学习任务地层的基本概念、基本理论和方法

2025-03-13 11:21:17

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回答1：

【任务描述】 ①掌握地层的相关概念；②了解地层的形成作用；③了解与地层有关的各种理论；④理解地层的沉积旋回和沉积韵律。

一、地层基本概念

（一）地层

地层是具有某种共同特征或属性的岩石体，是在一定地质时期形成的所有岩层或岩体的总称，能以明显界面或经研究后推论的某种解释性界面与相邻的岩层和岩石体相区分。地层在纵向上和横向上岩性是变化的，对于地层的研究须从多方面属性去综合认识，才能得出准确的结果。

（二）地层划分

地层划分是指根据岩层具有的不同特征或属性把岩层组织成不同的单位。

岩石本身客观存在着许多不同的特征和据此引申出不同的属性，依据任何一种特征或属性都可以对岩石进行分类和划分。由于岩石的特征和属性在地层分布的时空范围内并非一致，依据不同特征或属性所划分的地层单位往往不相吻合。因此，仅用一种类型地层单位不可能表示岩石所有不同的特征，需要根据岩石不同特征和属性分别建立不同类型的地层单位。

（三）地层对比

地层对比是指证明不同地区地层单位间的特征或属性一致和（或）地层位置相当。

地层单位或地层界线从层型向外延伸是通过对比实现的。由于所依据的特征或属性不同，对比也是多种的。论证地层单位的岩石特征一致和岩石地层位置相当是岩石地层对比；论证地层单位的化石内容一致和生物地层位置相当是生物地层对比；论证地层单位的时间相同和年代地层位置相当是年代地层对比。

（四）层型

指一个已命名的成层地层单位或地层界线的原始或后来被指定作为对比标准的地层剖面或界线。在特定的岩层序列内，层型代表一个特定的间隔，或一个特定的点，它构成了定义和识别该地层单位或所确定的地层界线的标准。这个特定的间隔就是地层单位的单位层型；特定的点就是界线层型，如图5-1所示。

图5-1 单位层型和界线层型图

层型分为：正层型、副层型、选层型、新层型和次层型五种。岩石地层单位一般使用单位层型，年代地层单位一般使用界线层型，生物地层单位除组合带外，一般不指定层型。

（五）标准剖面

标准剖面是根据层型在其他地区选定的，可作为某一地区地层划分对比标准的典型剖面。实际上，标准剖面是层型剖面的延伸，它应具备层序相对正常齐全、化石较丰富、研究详细、地质构造简单等特点（力求排除由于褶皱、断裂等构造变动造成的地层重复、缺失、倒转的影响）。标准剖面应该选在适当的位置，有一定的代表性，以便对研究区有一定的控制作用。在大范围内，标准剖面往往是几个剖面综合而成的。例如，我国寒武系的标准剖面由滇东和山东张夏等剖面综合而成。

（六）地层层序

地层层序即地层形成的先后顺序。构造运动常常导致岩层倾斜、直立、断裂甚至倒转，从而改变原有的地层层序。地质工作者必须根据层序性标志确定研究区正常的地层层序，否则，地质构造、沉积环境、矿产分布规律等研究工作就无法进行。实际上，任何地区的地层研究，都要选择露头好、地层发育相对齐全的剖面系统观察、研究各岩层的岩性、化石、接触关系及其地质年龄，将地层由老到新排序。

二、地层的形成作用

沉积地层主要的形成作用方式有：

（一）纵向堆积作用

纵向堆积作用是指沉积物在水体中自上而下降落，依次沉积在沉积盆地底部的沉积作用。水体中呈悬浮状的沉积物像“雨滴”一样自由降落，沉积物纵向堆积形成“千层糕式”的地层模型。纵向堆积作用形成的地层具以下特征：沉积地层的时间界面一般是水平或近于水平的，它与岩性界面是平行或基本平行的。

（二）横向堆积作用

横向堆积作用是沉积地层形成的主要作用方式。横向堆积作用指沉积物的颗粒在介质搬运过程中沿水平方向位移，当介质能量衰减时沉积下来。横向堆积作用可以形象地称之为“推土机式”的沉积作用。比较典型的如曲流河河道侧向迁移形成的侧向加积作用，河流作用为主的三角洲与海滩、障壁砂坝的进积作用以及滨岸沉积的退积作用等。如图5-2a所示，代表了海进横向堆积作用，形成地层超覆现象；如图5-2b所示，代表了海退横向堆积作用，形成地层的退覆现象。

作为沉积地层主要的形成方式，横向堆积作用形成的地层具以下特征：沉积地层的时间界面一般是非水平的，地层的时间界面与岩性界面一般是不一致或斜交的。对横向堆积作用的认识导致了穿时普遍性原理的产生。穿时普遍性原理可以归纳为：在所有横向堆积作用过程中形成的岩石地层必然是穿时的。图5-2c代表了多次海进、海退沉积作用，地层呈指状交叉现象，岩石呈现穿时现象。

图5-2 海进（a）和海退（b）及其多次旋回形成的沉积物（c）发育示意图

（转引自刘本培，1996，修改）

（三）生物的筑积作用

生物筑积作用是生物礁型的沉积地层形成的一种特殊方式。它是指造礁生物原地筑积形成地层的作用方式。由于原地生物首先形成生物格架，之后才充填填隙物，类似于现代建筑中的钢筋混凝土结构，因此可形象称之为“钢筋水泥式”堆积作用。生物筑积作用所形成的地层一般呈丘状隆起（又称为“生物丘”），岩层多具块状构造。在垂向加积的情况下，生物筑积作用所形成的地层基本上符合传统的地层学原理。而在侧向加积的情况下，所形成的地层则与传统地层学原理不相符合，而与地层的穿时性普遍存在原理相符。

三、地层的有关理论和方法

（一）地层层序律

在一定地质时期内所形成的层状岩石（泛称为岩层）的原始产状是水平的或近于水平的（地层原始水平律），先形成的地层位于下部，后形成的地层位于上部，即原始产出的地层具有下老上新的规律，这就是地层层序律或称地层叠覆律。它是确定地层相对年代的基本方法。如果地层因构造运动而倾斜，则顺倾斜方向的地层新，反倾斜方向的地层老。有时，因发生构造运动，地层层序倒转，即上下关系颠倒。此时必须利用沉积岩的沉积构造泥裂、波痕、雨痕、交错层理等，来判断岩层的顶面和底面，恢复其原始层序，以确定其相对的新老关系（图5-3）。

图5-3 地层相对年代的确定（地层层序倒转时）

（引自郭宝炎，2007）

1～4为地层序号

（二）生物层序律

生物的演变是从简单到复杂、从低级到高级不断发展的。一方面，年代越老的地层中所含生物越原始、越简单、越低级，年代越新的地层中所含生物越进步、越复杂、越高级；另一方面，不同时期的地层中含有不同类型的化石及其组合，而在相同时期且在相同地理环境下所形成的地层，只要原先的海洋或陆地相通，都含有相同的化石及其组合，这就是生物层序律。是由生物进化的进步性和不可逆性决定的。

（三）切割律或穿插关系法

确定地层先后形成顺序，就侵入岩与围岩的关系说来，总是侵入者年代新，被侵入者年代老，这就是切割律。这一原理还可以用来确定有交切关系或包裹关系的任何两地质体或地质界面的新老关系（图5-4）。即切割者新，被切割者老；包裹者新，被包裹者老。如侵入岩中捕虏体的形成年代比侵入体老；砾岩中砾石形成的年代比砾岩的年代老。

图5-4 运用切割律确定各种岩石形成顺序

（引自郭宝炎，2007）

1.石灰岩，形成最早；2.花岗岩，形成晚于石灰岩；3.矽卡岩，形成时代同花岗岩；4.闪长岩，形成晚于花岗岩；5.辉绿岩，形成晚于闪长岩；6.砾岩，形成最晚

（四）同位素年龄法

其原理是基于放射性元素都具有固定的衰变常数，根据矿物中放射性同位素衰变后剩下的母体同位素含量与衰变而成的子体同位素含量可以计算出该放射性同位素的年龄。即为包含该放射性元素的矿物的形成年龄，称为矿物的同位素年龄，它相当于包含该矿物并和该矿物同时形成的岩石的绝对年龄。

四、沉积旋回与沉积韵律

沉积旋回和沉积韵律是指成因上有联系地层的岩性（颜色、结构、构造、成分等）或岩石组合等特征按一定的生成顺序在剖面上有规律叠覆的现象（图5-5）。沉积旋回和沉积韵律是现代地层学工作的重要内容。在一些文献中韵律和旋回常常作为同义词，实际上它们在成因、规模及应用范围等方面有所不同。一般来说沉积旋回可由地壳升降、气候冷暖变化或海平面升、降（水体进、退）等造成，其厚度及分布范围较大。例如，水进导致浅水相变为深水相的水进序列即水进旋回，一般称正旋回（图5-5中旋回1、旋回2的下部、旋回3和旋回4）；水退导致深水相变为浅水相的水退序列即水退旋回，一般称反旋回（图5-5中旋回2的上部）。水进旋回紧接一个水退旋回，构成一个完整沉积旋回（图5-5中旋回2）。如果地壳震荡等原因不足以把先期沉积剥蚀掉而继续沉积，就会形成完整旋回。从沉积盆地的某一点来看，在纵向上完整沉积旋回由近岸沉积变为远岸沉积，再由远岸沉积变为近岸沉积。

沉积韵律一般是指局部地区小规模的岩性按一定生成顺序规律叠覆的现象，如岩石的粒度由粗变细或由细变粗、岩石的颜色由深变浅或由浅变深等。潮汐变化、河道迁移、沉积方式改变、季节变化等都可造成沉积特征的规律性叠覆，形成沉积韵律。如曲流河发展过程中产生的滞留沉积-边滩沉积-泛滥平原沉积、浊流沉积的鲍玛序列等，都是几种岩性规律叠覆形成的沉积韵律。

图5-5 沉积旋回、沉积韵律示意图

（据冯增昭，1993，有改动）

1.厚层状水平层理；2.薄层状水平层理；3.水平波状层理；4.单向斜层理；5.交错层理；6.植物化石；7.植物化石碎片；8.动物化石；9.鱼鳞化石；10.介形虫化石；11.波痕；12.团粒构造；13.泥球；14.侵蚀切割；15.黄铁矿

旋回和韵律是由于地质环境规律变化所导致的成因上有联系的地层岩性或岩石组合等特征按一定顺序在剖面上有规律的叠覆现象，而不是重复。旋回和韵律是沉积环境和构造环境分析乃至成矿条件分析的重要依据，是划分对比地层的重要标志。

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