地层的划分与对比及地质年代表

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1、1第二节 地层的划分与对比及地质年代表 一、地层划分与对比的概念 (一)地层划分 地层的划分是地层学的一项基础任务，也是地质工作的基础。其目的在于确定区域地层层 序和建立相应的地质年代系统。我们把一个地区的岩层，按其形成的先后顺序、岩性、化 石等特征归纳成不同级别的地层单位，建立区域地层层序，了解该区域地层在时间上的变 化规律，称为地层划分。如果地层形成以后，一直保持其原始生成顺序，即老地层在下， 新地层在上，属正常层序。但在地壳发生过强烈运动的地区，由于岩层遭受褶皱和断裂的 影响，使原始地层产状发生变动，甚至倒转，使早期形成的岩层覆盖于晚期形成的岩层之 上。因此地层划分首先要判定地层的正反顺

2、序，建立正常层序。 地层的特征和属性是多种多样的，如岩层的几何形态、接触关系、岩性、岩石组合、化石 特征、地球物理和地球化学性质等，其中任何一种特征都可以作为划分地层的依据。由于 切分地层的依据和标准不同且具有多样性，因而可以划分出多种地层系统，不同种类的地 层划分可以重叠在同一剖面上进行，这就是地层单位和地层划分的多重性。目前常用的有 岩石地层单位、生物地层单位和年代地层单位三种。 (二)地层对比 在地层划分的基础上，将不同地区(或剖面)的地层进行比较，论证其地质时代、地层特征 和地层层位的对应关系，即为地层对比。在实际工作中，由于特征和依据不同，有不同种 类的对比。例如：岩石地层对比是论证

3、岩性特征和岩石地层位置是否相当；年代层对比是 要论证地层的地质年龄和年代地层单位的位置是否相当；生物地层对比是要说明含化石层 的化石内容和生物地层位置是否相当。地层划分与对比两者在原则和依据上是同一的，在 方法上是有密切联系的。 二、地层划分与对比的方法23(一)岩石地层学方法 凡是以地层的岩性特征为主要研究内容，以岩性界面变化为准，划分地层，是建立区域地 层层序的主要方法统称为岩石地层学方法。岩石特征主要指岩性、岩石组合、岩相、岩层 的横向展布和岩石的变质程度等。根据岩石特征的相似程度，对地层进行划分，并建立岩 石地层系统。1岩性及岩石组合分析法 岩性包括组成地层各种岩石的颜色、矿物成分、结

4、构、构造、化石特点等，它是岩石特征 中最主要、最基本的内容。岩石组合指一个地质剖面中，自下而上岩性的变化，它反映沉 积环境的演变，它可作为用岩石地层学法划分对比地层的基本依据。河北蓟县、昌平“青 白口群”的岩石地层对比(图 3-22)。剖面下部以页岩为主，夹薄层砂岩及泥灰岩；中部以 粗碎屑岩为主，上部夹多层页岩；上部以泥灰岩为主，顶部夹少量页岩。剖面中岩性明显4分为三部分，所以划分为三组。两个剖面虽然地层厚度不同，但岩性相近，地层层位相当， 二者可以对比。 2标志层法 标志层是地层中厚度不大、岩性稳定、特征明显、容易识别的岩层或矿层。如含煤地层中 常见的灰岩、砂砾岩、砾岩、凝灰岩及厚煤层等。

5、3旋回结构法 地层剖面中，特别是含煤地层常具有旋回结构特征。旋回结构是指在地层垂直剖面上一套 岩性或岩相相多次有规律的交替。如果划分的地层是海相沉积，由下向上往往出现粒度由 粗变细、又由细变粗的交替岩性变化，岩性由砾岩、砂岩、泥岩、灰岩组成。这种变化是 由于地壳运动引起的海进和海退环境改变所致。由于地壳运动和沉积环境改变具有一定区 域性，因此地层剖面中的旋回结构常可作为区域性地层划分对比的依据。例如华北石炭系 太原组内砂岩一含煤页岩一灰岩沉积序列重复出现三次，构成由三个小旋回层组成的沉积 旋回结构，成为华北石炭系地层划分对比的重要依据。 岩石地层学方法是地层划分对比中应用广泛、行之有效的方法，

6、但它的使用范围仅限于同 一沉积盆地，只能确定地层的相对新老关系而不能确地层时代。 (二)生物地层学方法 生物地层学以地层所含生物化石为主要研究内容，以生物群的交递变化为准划分地层。由 于生物演化具有全球的同时性和一致性，所以生物地层研究是确立地质时代表的重要手段。 自从地球上出现生命以来，作为地质历史重要组成部分的生物界演化是极其丰富多彩但 是它们的千变万化绝非无序，而是始终遵循着某些特定规律发展的。例如，无论是生物界 总体，或是某一个门类的演化，总是遵循从低级到高级、由简单到复杂、由不完善到趋于 完善的规律。尽管其演变速度有快有慢，但总趋势是向前发展的或称其为上升进步性。生 物在演化过程中，

7、其形态和习性可能会有返祖现象，也可能出现构造简化现象，但绝不会 出现真正的重复，表现出生物进化的不可逆性。生物发展演变的形式有渐变和突变，甚至 经常发生由外因导致的灾变，而且每次巨大的灾变，都有大量生物绝灭和大批新的生物出 现，形成明显的生物演化的阶段性。许多生物对环境的适应有较大的容忍度，并且有不同 的迁移能力和多种迁移方式。从地史发展这一巨大时间尺度来看，这种生物迁移可视为在 “瞬间”完成，因而导致在同一地史时期，生物界面貌在较大范围内(甚至在全球)有大体 的同一性。上述生物演化的前进性、不可逆性、阶段性和空间上的同一性均属生物演化的 基本规律，也是利用古生物化石划分地层单位、确定地层相对

8、年代和进行远距离对比的理 论依据(图 3-23)。 1标准化石法 在地史时期，生物界的各门类生物中，那些演化迅速、地质历程短、地理分布广、数量丰 富、易于鉴别的古生物化石称为标准化石，如笔石、菊石、牙形石等。利用这些标准化石 有效地划分地层，进行广泛的区域地层对比的方法，即为标准化石法。标准化石法的优点 是简便、易行、经济，是生物地层划分最常用的方法；但标准化石并非到处都有，也未必 每层都能发现，其标准性也是相对的，因此标准化石法的运用有时会受到限制。 2生物组合法 在实际工作中常采用综合分析地层中所含生物群特征的方法，对地层进行划分对比，这称 为生物组合分析法。具体作法是对地层中的生物化石进

9、行全面采集，详细研究各门类化石 出现情况并进行综合分析，根据生物群总体及其在地层中的变化，对地层进行研究和对比 地层。 (三)接触关系分析法 地层记录了地质历史中地壳运动的表现形式。当某地质时期某地的地壳连续发生沉降，该5区连续接受沉积，形成一套很厚的连续沉积的地层；当某地质时期某地地壳发生上升运动， 于是该区遭受剥蚀，发生长时期沉积中断，因而缺失这一地质时期的地层；当某一地区发 生强烈地质运动时，使原来大致呈水平状态的地层，变得倾斜、直立、甚至倒转。正因为 存在上述几种情况，因此不同时代形成的地层间接触关系也分为三种：整合、假整合、不 整合。这几种接触关系，在划分对比地层方面起着十分重要的作

10、用。 (四)古地磁学方法 近年来，科学家们已经发现较古老的磁化方向与现在的地磁场的方向并不一致。岩石在形 成过程中因磁场的影响获得磁性，并顺着当时的地磁场磁力线方向磁化，岩石的磁化即时 经过长期的变化也不会消失，这种与现代地磁场无关的岩石磁性称为剩余磁性。它反映了 地质历史时期的地磁场情况。因此，某些能基本保持剩余磁性的岩石，只要通过地质研究， 消除后期的地壳运动等的影响，恢复其原始位置，同时通过消除后期叠加的剩余磁性的干 扰，便可以求带当时的原始剩余磁性的方向，还可以依据磁倾角与纬度的关系，求得该地 当时所出的磁纬度。如果经过同一时期各个地点研究的结果，便可求得该时期古地磁的位 置和当时的古

11、地磁特征。通过对比不同时期的古地磁个位置，可以了地壳不同部分相对位 移的情况，以及根据古地磁场反转周期来确定岩石形成时代。 (五)放射性同位素地质年龄测定法 一般情况下，我们主要是依据古生物化石、岩性、地层等方面的资料来划分和对比底层， 确定地层形成的相对地质年代。根据古生物化石、岩性、地层等方面的资料来划分地层， 实际上只能说明岩层的新老关系或时间上的先后顺序，而得不到时间上的确切的定量概念； 其次，在整个地壳发展的漫长历史进程中，生物的大量出现并以化石的形式而保存下来， 且不超过 10 亿年，因而，在生物出现以前无法利用古生物学等方法来研究地层的时代；此 外，岩浆岩和变质岩中不含古生物化石

12、，且大多数不象沉积岩一样成层状，无法直接确定 它们的形成时代。同位素年龄法弥补了这方面的缺陷，它是利用岩石中放射性同位素衰变 产物的含量，来计算各种岩石、矿物形成的实际年龄。例如，若岩石中含有某一放射性元 素，开始时有 N0 个原子，由于衰变，现只剩下 N 个原子，则产生出新的原子数 D=N0- N。如果测出岩石中某一放射性元素的原子数 N 及其衰变产物终极元素的原子数 D, 则岩石形成的年龄 t 可按下式计算：式中：t岩石生成的地质年龄，Ma 年；衰变常数，=0.6931/T，T 为半衰期；D产生的终极元素原子数；N测得的放射性元素原子数； 岩石同位素地质年龄的测定，对地质时代的确定，特别是

13、很少含化石或不含化石的古老变 质岩系年代划分对比是十分有用的方法。 (六)地震地层学方法 使用地震波反射提供的地层界面信息，用于地下和海底地层界面的确定。层序地层学利用 由间断面分开的、由沉积体系构成的地层层序划分和对比地层。间断面接近于等时面，层 序接近于旋回层。层序地层学是地震地层学方法的深化和发展。 (七)化学地层学方法 依据地层中化学元素含量分布特征，进行区域地层的对比；也可利用不同时代化学元素含 量的变化，推断地球化学环境演变的规律。6(八)生态地层学方法 主要从事古生物生态环境的研究，与沉积环境研究相结合，使生物地层学的研究有了明显 的提高。 (九)定量地层学方法 是指利用计算技术

14、对地层的各种信息数据进行处理(使用较多的是用化石群的统计分析)， 以优化地层的划分和对比，提高生物地层学的研究精度。 (十)事件地层学方法 本方法的出现与地质事件概念和灾变概念的提出密切相关。事件地层学方法将突然发生的 灾变事件形成的影响用于地层的对比，和用于地层界限的划分，取得了重要的成果。所谓 突发的灾变事件主要指全球性事件，例如全球性地磁场的变化，全球性海平面的变化以及 水圈气圈物化条件的阶段变化，以及由此引起的沉积作用和生物界的明显改变。此外，还有地外事件，如陨星撞击等形成的灾变。事件地层学方法的重要性在于其全球同 时性特征，以多学科综合研究为手段，用于地层对比与划分的研究，提高了准确

15、性，也促 进了地层学研究的全面发展。三、地层单位的分类 (一)岩石地层单位 表 3-1 地层划分的种类和各种地层单位术语表地层划分的种类主要地层单位术语相应的地质年代单位岩石地层学群 组 段 层生物地层学生物带 组合带 延限带 顶峰带 其它各种带 年代地层学宇 界 系 统 阶 时间带宙 代 纪 世 期 时其它地层划分的依据 (矿物学、环境学、地震 学、 地磁学等)在划分地壳岩层层序时，根据岩石所具有的特征或属性的差异，把单独一个地层，或若干 个有关地层划分出来，看作是一个地层体，这就是一个地层单位。以地层的岩石的岩性、 岩相和变质程度均一的岩石构成的三度空间岩层体作为划分依据的地层单位，称为岩

16、石地 层单位。它一般是适用于地区性的地层单位。所有地层单位都是由岩石构成的，也被看作 是物质单位。只有岩石地层单位才是根据实际岩石的岩性特征和岩石类别划分的，并一次 区别于根据化石划分的生物地层单位和依据年龄划分的年代地层单位。岩石地层单位包括 群、组、段、层四个级别(表 3-1)。71群 群是最大的岩石地层单位。群一般由两个或两个以上经常伴随在一起而又具有某些统一的 岩石特征的组联合构成，或指一套厚度巨大、岩类复杂、又因受到构造扰动致使原始层序 无法重建时，也可以视为一个特殊的群。群多用于前寒武纪或陆相地层的划分，群与群之 间常为明显的沉积间断或不整合。群也以地名命名。如五台群命名于山西五台山一带，包 括四个组，由中等变质程度的岩石组成，总厚大于 15000m，与下伏地层龙泉关群和上覆地 层滹沱群元古宙时期形成的地(岩)层称元古界。元古界为中变质到浅变质的巨厚岩层，与 下伏太古界呈明显不整合。在元古代也发生多次大规模地壳运动，形成多个区域性的不整 合接触。 2组 组是划分岩石地层的基本单位。组的重要含义在于具有岩性、岩相和变质程度