[科普中国]-地层学

简介

所谓地层，是一切成层岩石的总称，它包括变质的和火山成因的成层岩石在内。在地质调查的实践中，首先要解决的问题就是关于一个地区的地层层序及与其相邻地区地层层序之间的对比关系。不同的地区，地层形成的具体层序差别是很大的。所以，地层的对比必须有一个客观的标准。这个标准就是把不同地区的地层单位，根据它们的岩石性质、化石特征进行对比，以证明这地层在层位上是否相当，在时间上是否接近。1

地层学主要研究地层的层序关系﹑接触关系和空间变化的关系。地层之间的接触关系可以是连续的也可以是不连续的,短期的沉积中断形成地层间的间断关系。长期的沉积间断，经过基盘抬升，构造变动和陆上剥蚀，与上覆地层间则形成多种类型的不整合关系(见地层接触关系﹑不整合)。关于地层之间的空间变化关系，也有一系列的分析方法和概念。多数地层属于沉积成因。根据现代沉积与其生成环境的关系﹐判断地层形成时的沉积环境，称为沉积相分析或岩相分析。同样，根据现代大陆内部﹑大陆边缘和海盆不同构造条件下形成的沉积特征，判断地层沉积时构造环境﹐称为沉积组合分析或建造分析。在较长时间内形成的一系列地层反映了所处构造环境的不断变化，可称为沉积组合序列。组合系列的总体特征即是地层沉积类型。地层的沉积类型反映了构造环境的空间分异。一般可按构造活动性区别为稳定类型﹑过渡类型和活动类型(见地层沉积组合)。为了概括地反映各区地层沉积类型的总体特征及其在时间上的发展交替，就有必要进行地层区划，称为地层分区(见地层区划)。为了使地层知识﹑概念﹑方法系统化和规范化，使地层学者在工作中有所遵循，有共同语言，便于学术交流，还须研究地层分类和名词术语等，这些内容都可归入地层指南(地层规范)。

地层的分类一般地讲，目前在国际上多数意见趋向于将地层分为三个类型：以岩性特征作为主要划分依据的岩石地层；以化石作为划分依据的生物地层；以沉积形成的时间作为划分依据的时间地层或者年代地层。

另外，还有一种意见，认为年代地层就是生物地层，由此出现了把地层分为两大类型的观点。

划分地层，主要有以下三方面的主要依据：

（1）依据沉积旋回划分地层。当地质工作者搜集到一个地区的地质资料，准备对这个地区的地层进行划分时，首先要建立一个标准剖面。这个标准剖面要具备一个沉积旋回的条件。譬如：如果是海相地层，其岩相就应表现出由粗到细，又由细到粗的重复变化，这样的变化就称为一个沉积旋回，它应表现一套完整的海侵地层和海退地层的变化过程。

（2）依据岩性变化来划分地层。在地质时期的地壳运动过程中，在一定的程度上岩性的变化反映了沉积环境的变化情况。因此，依据岩性的不同，把地层分为若干不同的单位，基本上可以代表地壳发展的阶段。比如：在一个地层剖面中，存在两种沉积，其上部是火山碎屑岩，其下部为含砂页岩煤层。这样两种不同的沉积，表现着两个不同的沉积环境和时代，下部表现的是还原环境和成煤时代，上部则反映着地壳运动强烈和火山活动时代。根据岩性的不同就可以把地层分为两个单位，代表两个发展阶段。

（3）依据岩层的接触关系划分地层。在地壳运动过程中，沉积有时出现不连续的情况，如地壳在下沉时发生沉积，地壳上升会产生剥蚀。地壳下沉时期，表现为沉积连续；地壳上升时期，表现为沉积间断。这种变化就会造成沉积的中断，形成时代不相连续的岩层重叠在一起，两者的接合面(即间断面)，就是所谓的不整合接触。任何类型的不整合(平行不整合和角度不整合)都代表岩质的不连续状态，由此可以反映出当时古地理环境的变化。

（4）依据生物化石来划分地层。在生物演变过程中，是由简单向复杂变化，由低级向高级发展的。同时，在生命的循环过程中，又表现为周期性的生与灭的循环，也就是说，生物的演化是在不停地发生着和消灭着，而各门类生物的发展，又有着阶段性和不连续性。生物的每一个属种在地质历史上的存在只有一次(当然，时期有长短)，因此，不同的地质时期都有生物的生存，不管是由于生物演化本身发生的消亡和灭绝，还是由于外界原因，如地壳运动等环境造成的消亡，它们在灭绝后将不再重复出现。这些消亡的生物遗迹分布于不同的地层沉积环境中。因此，不同时代的地层所含生物化石就会有所不同，这就意味着地层时代愈久远，其所含的生物化石将愈原始、愈低级；地层时代愈新，其所含生物化石将愈先进、愈高级。这个规律具有不可逆转的性质。因此，以生物化石来划分地层是一个科学的依据。

地层单位根据地层的不同特征或属性，将其划分为不同的地层单位。但常用的有岩石地层单位、生物地层单位、年代地层单位。2

生物地层单位生物地层单位(biostratigraphic unit)是根据地层中所含有的生物化石内容和特征划分出来的地层单位。生物地层单位是以含有相同的化石内容和分布为特征，并与相邻单位化石有别的地层体。

生物带(biozone，或化石带fossil zone)是生物地层划分的基本单位；生物地层的单位主要有：组合带、延限带、富集带、间隔带等。

组合带(assemblage zone)指含有一定特征的化石组合的一段地层，且该组合与相邻地层

中的生物化石组合有明显区别。组合带不是以某一化石类别延续的时间所占有的地层确定的，

而是根据多种化石类别的共存所占有的地层确定的。

延限带(range zone)是指某一个或几个化石种、属延续的时限所代表的地层体。代表该类生物从“发生”到“消亡”所占用的地层。但在一个地层剖面上，延限带的界线仅仅是该生物类别最早出现到最后消失的界线。因此延限带的确切界线应在所有剖面都调查清楚以后才能确定。

顶峰带(acme zone)指一些化石属、种最繁盛时期的一段地层(并非该属种全部时间分布范围)，它不包括前期属、种出现数量不多时的地层，也不包括后期属、种逐渐稀少时的地层。

间隔带(interval zone)指上、下两个明显的生物带之间的一段地层，它可以不含特别明显的生物地层组合或生物地层特征。完全缺失化石的地层称哑间带。

年代地层单位年代地层单位(chronostratigraphic unit)指以地层的形成时限(或地质时代)为依据而划分的地层单位。它代表了地质历史时期某一时间片断内形成的所有地层。年代地层单位是按时间阶段来划分的，与地质年代严格对应。年代地层单位有宇、界、系、统、阶、亚阶，与其对应的地质年代单位为宙、代、纪、世、期、亚期。其中字、界、系、统时间跨度大，具有全球统一性，是全球性年代地层单位。阶是全国性或大区域性的年代地层单位。

宇(eonothem)指在“宙”的时间内形成的地层。宇是年代地层单位中最大的地层单位。根据生物演化最大的阶段性，即生命物质的存在及方式划分。由于地球早期的生命记录为原核细胞生物，之后的生命记录为真核细胞生物，最后才发展为高级的具硬壳的后生生物。所以可将整个地史时期分为太古宙、元古宙和显生宙。所对应的年代地层单位则为太古宇(Archaean)、元古宇(Proterzoic)和显生宇(Phanerozoic)。

界(erathem)指在一个“代”的时间内形成的地层。根据生物界发展的总体面貌以及地壳演化的阶段性划分的。太古宙和元古宙依据地壳演化的阶段性划分：显生宙主要根据生物界演化的阶段性来划分，以象征生物发展阶段的古生、中生和新生等命名。其中古生界(Paleozoic)以海生无脊椎动物为特征；中生界(Mesozoic)以爬行类和裸子植物为特征；新生界(Cenozoic)以哺乳类和被子植物为特征。

一个界包括2～3个甚至6个系。

系(system) 指在一个“纪”的时问内形成的地层。纪的划分主要是依据生物某些纲或目的演化的阶段性，如寒武系以三叶虫纲为特征；又如泥盆系鱼纲发展，石炭系两栖纲发展。系是年代地层单位中最重要的单位。

一个系的延续年限平均为30～80Ma，但第四系例外，仅2Ma。有的系(如寒武系)延续时限超过一个界(如新生界为65Ma)。

系的名称来源不一：有的表示时间位置(第四系)；有的出自岩石含义(石炭系、三叠系、白垩系)：有的源于种族名称(奥陶系、志留系)；有的来自地名(寒武系、二叠系、泥盆系、侏罗系)。

统(series) 指在一个“世”的时间内形成的地层。统是根据生物目或科演化的阶段性划分。一般一个纪可以依据生物界面貌划分为两到三个世，通常称之为早、中、晚世，与之对应的年代地层单位则为下、中、上统。

一个统的延续时限为13-35Ma，第四系的统例外，更新统2Ma，全新统约1万年。

阶(Stage)指在一个“期”的时间内形成的地层。阶是年代地层单位中最基本的单位。阶的划分主要是根据属、种级的生物演化特征。

标准阶的延续时限为2～10Ma。一般一个统包含2～6个阶。阶的应用范围取决于建阶所选的生物类别，以游泳型、浮游型生物建阶一般可进行全球对比，如奥陶系、志留系以笔石建阶、中生代以菊石建阶。而以底栖型生物建阶一般是区域性的，只能用于一定区域，如寒武系以底栖型生物三叶虫建阶。

岩石地层单位岩石地层单位(1ithostratigraphic unit)为区域性地层单位，是由岩性、岩相或变质程度均一的岩石构成的三度空间岩层体。其只着眼于岩石特征的空间延展，而不考虑其形成年龄。

岩石地层单位是因为化石依据不足或研究程度不够，只按地层层序及岩性特征，并结合构造运动特点划分的地层单位，分为群、组、段、层四级。

群(group)最大的岩石地层单位。其通常相当于一个统，有可能大于统，甚至大于系。一般由两个或两个以上相邻或相关具有共同岩性(或岩性组合)特征的组联合构成，或指厚度巨大、岩性复杂、未做深入研究又不能分组的一套岩系。对这个复杂的地层序列可给予专名，如太古代的五台群、阜平群。群的顶底界线一般为不整合面或明显的沉积问断面。常用于前寒武系和中生代陆相地层。

组(formation)是地方性的岩石地层单位，是划分岩石地层的基本单位。与上下地层间界线明确，具岩性、岩相和变质程度的一致性。组的厚度一般从几米到几百米，无具体标准限制。组应当展布于一定范围，便于追索对比，在此范围内其岩性、岩相应基本稳定。

群和组大都以建群、建组剖面所在的地名命名，如泰山群、胶东群、桂林组、融县组。

段(member)组内次一级岩石地层单位。通常一个组可以根据岩层岩性特征等标志的不同而划分为若干段。如宁镇山脉的栖霞组由下而上分为碎屑岩段、臭灰岩段、下硅质岩段、本部灰岩段、上硅质岩段、顶部灰岩段。

层(bed)是最小的岩石地层单位。层有两种类型：一是岩性或结构相同或相近的岩层组合，可以用于剖面研究时的分层；二是岩性特殊、标志明显的岩层单位，如煤层等。

段和层大都以岩性命名，如砂岩段、灰岩层。

生物地层、年代地层和岩石地层单位之间关系生物地层和年代地层单位之间的关系

生物地层单位是物质性的，而年代地层单位是时间性的。生物地层单位是指含有某化石的地层，而年代地层单位是指某种生物生存的时间内形成的全部地层，并非仅指含有化石的地层。生物地层单位不连续，不能独成系统，是为年代地层系统服务的。

生物地层和岩石地层单位之间的关系

一般来说，生物地层单位与岩石地层单位无一定对应关系。二者的界线在局部地区可以吻合，一个生物地层单位有时可跨越几个低级别的岩石地层单位，一个组一级的岩石地层单位有时也可包括几个生物地层单位。岩石地层单位中的化石，在某些情况下可作为特殊的岩石特征。

地层划分地层划分是按地层的岩性、古生物等特征及形成先后顺序，将地层划分为若干个地层的单位，建立地层系统。通过地层的划分，建立本地区的地层剖面，可以了解本地区地壳运动和环境演变情况。地层划分的方法如下。

构造学方法根据不整合(角度和平行不整合)面及地层变形样式不同来划分地层的方法；如我国东南一带，泥盆系和下伏的下古生界之间普遍存在区域角度不整合，代表早古生代末期发生了一次巨大的构造运动(加里东运动)，这种角度不整合可作为地层划分的标志。

岩石学方法根据不同的岩性特征(成分、颜色、结构、构造等)或岩石组合的不同、岩石物理、化学性质的差异来划分地层。

古生物学方法根据上、下地层中所含化石或化石群落的不同来划分地层。

地层对比地层对比是在地层划分的基础上，将不同地区的地层进行比较，论证它们的地质时代、地层特征、地层层位的对应关系。通过地层对比，可以建立广大地区地层的年代顺序系统。通过地层对比，可更好地了解地层分布规律，了解广大范围的环境的异同，为勘查沉积矿产资源奠定基础。地层对比的方法主要有：

野外直接追溯 ：

在野外根据露头从一个剖面追索到另一个剖面。

岩性相似性对比：

根据岩性特征，如岩层的颜色、成分、结构和构造的相似性进行对比。

古生物对比：

论证地层中所含化石内容和生物地层位置的相当。

通过地层的划分和对比，建立一个地区或全球性的地层时空关系，从而研究一个地区或全球性地壳的历史演化。

地层学分支地层学的主要分支包括年代地层学﹑岩石地层学和生物地层学。（牟中海，尹成编,高等学校教材 地震地层学,石油工业出版社,2013.03,第5页）

年代地层学年代地层单位是以地层形成年代作为依据而划分的地层单位。在某一特定地质时间间隔内所沉积的一套地层即为年代地层单位。年代地层单位之间的界限应为沉积等时面或同时沉积面。确定等时面的方法包括生物地层学(根据标准化石)、同位素年代学(适用于前寒武纪的深变质地层)、古地理(海陆变迁)、古地磁(适用于寒武纪以后的地层)和古气候等方法。一般情况下，层面和不整合面都可作为年代地层界面。

岩石地层学岩石(岩性)地层单位是以岩性特征作为主要依据而划分的地层单元。这些岩性特征的主要对比标志是粒度、颜色、层理、厚度、矿物成分、沉积构造、电性特性、钻时录井等等。总之，岩石地层单位之间是以岩性的明显变化作为岩石地层界面，但是大部分情况下岩性在横向上是渐变的，所以这种岩性界面的确定是人为的，并不是一个实际存在的物理界面，并且岩石地层单位的范围不定，没有严格的时限，因而具穿时性。只有当岩性界面与层面或不整合面重合时，它才是一个真正的物理界面。

生物地层学生物地层单位是根据地层所含化石的一致性和特殊性而划分的地层单位，并以所含化石的明显变化作为生物地层单位之间的界限。由于生物的演变是渐变的，因而这种界限也带有一定的人为性。同时由于生物的演化变种以及不同的环境下有不同的生物种属，因而这种界限可能平行于等时线，也可能穿时。

地层学的主要分支包括年代地层学、岩石地层学和生物地层学。年代地产以地层的地质年代归属为主要研究内容，以时间界面为准划分地层，与地质年代表一致是建立地层系统的基本要求。岩石地层学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。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。 现代地层学扩展了研究范围，深化了地层类型及其时空分布与古环境、古构造的关系，加强了历史的、综合的研究。现代地层学还大量的使用了新的技术方法，开辟了新的领域，形成了新的分支学科，使地层学研究更为深入和准确。

事件地层学的出现与地质事件概念和灾变概念的提出密切相关。

地震地层学一些结构特征，比如盐穹和背斜，已经在地震数据采集的开始被认可。在20世纪70年代，地质学家想出了一个办法来解释与海平面相关的大规模沉积物(维尔等人，1977)。这一理论被称为地震地层学，考虑全球沉积板块，通过解释地震线来展示特定区域是如何沉积的，以此来研究地震地层学。通过解释地下沉积岩层的形成条件，地质学家可以推断出周围的岩石类型，还可以利用地震地层学获得对油藏更好的认识。3

层序地层学层序地层学是对同一年代地层构架的岩性构架的研究。“年代地层学”指的是按时间排序的地层。同一年代地层构架南一个年代地层的表面决定，这里年代地层的表面指的是年轻岩层在上、年长岩层在下的界面。年代地层的表面是有效的时间标记，因为它们在较大的横向距离上是相关的。层序边界是潜在相关的年代地层的界面。