地層旋回性沉積記錄及巖石

地層旋回性沉積記錄及巖石第一頁，共九十八頁，2022年，8月28日

巖石地層學(xué)作為地層學(xué)的一個(gè)分支，在建立區(qū)域地層系統(tǒng)方面起著關(guān)鍵和基礎(chǔ)的作用，它同生物地層學(xué)、年代地層學(xué)一起構(gòu)成了地層學(xué)的三大基礎(chǔ)。多種地層劃分和對(duì)比的方法是在傳統(tǒng)的統(tǒng)一地層學(xué)基礎(chǔ)上的一次飛躍，20世紀(jì)70年代所制定的地層規(guī)范充分地體現(xiàn)了這一思想，這也是地層學(xué)家認(rèn)識(shí)自然，更尊重自然事實(shí)的重要表現(xiàn)。但是，迄今為止，由于地層記錄的復(fù)雜性和不完整性，沒有哪一種方法十全十美，地層的劃分和對(duì)比還是當(dāng)代地質(zhì)學(xué)的一個(gè)難題。以“巖石的本質(zhì)上的統(tǒng)一”來定義的巖石地層單位，在許多情況下常常帶有人為性，眾多的研究成果表明組成地層的巖石體在縱向上及橫向上均存在頻繁的變化，這也就給確定巖石第二頁，共九十八頁，2022年，8月28日地層單位帶來困難和混亂，特別是將組再分為段時(shí)尤為突出。再者，巖石地層單位，如根據(jù)70年代的地層規(guī)范來定義，往往避開地層記錄中的各種不同規(guī)模的間斷面。同一個(gè)巖石體，存在多種名稱，巖石地層單位的界線往往隨不同的學(xué)者，隨研究者的重點(diǎn)不同而變，也就是說，雖然巖石地層單位的界線是天然界線，但是由于地層學(xué)與沉積學(xué)脫鉤，造成確定這一天然界線的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一；再加上不同研究者對(duì)巖石體的形成發(fā)育規(guī)律的認(rèn)識(shí)程度不一致，更加劇了這方面的混亂。第三頁，共九十八頁，2022年，8月28日在巖石地層學(xué)忽視了地層記錄中間斷面的同時(shí)，以Vail等(1977，1988)為首的Exxon公司的地質(zhì)學(xué)家們，運(yùn)用沉積學(xué)的研究成果，在地震地層學(xué)的基礎(chǔ)，對(duì)被動(dòng)大陸邊緣的地層充填序列進(jìn)行了高度的概括和總結(jié)，創(chuàng)立了“層序地層學(xué)”這一分支學(xué)科。層序地層學(xué)，更加重視和強(qiáng)調(diào)了地層記錄中的間斷面，并把以暴露間斷面為特征的界面分為兩種類型，從而定義出兩種類型的層序，把“層序”作為基本單位，并且從地層記錄中分析出海平面變化信息。因此，層序地層學(xué)是地層學(xué)、地震地層學(xué)、沉積學(xué)有機(jī)結(jié)合的綜臺(tái)產(chǎn)物。層序地層學(xué)在地震剖面解譯中顯示出巨大的實(shí)用性，受到油氣地質(zhì)學(xué)家們的廣泛應(yīng)用，在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了高度重視和快速發(fā)展，因此有人聲稱層序地層學(xué)的誕生是板塊構(gòu)造之后的又一次地學(xué)革命，它為長(zhǎng)期以來地層學(xué)與沉積學(xué)相互脫節(jié)的困惑局面探索出一條光明的大道。第四頁，共九十八頁，2022年，8月28日層序地層學(xué)的貢獻(xiàn)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①層序地層學(xué)的研究成果表明，控制地層堆積作用的主因是海平面變化，它是造成沉積物容納空間增長(zhǎng)速度發(fā)生變化的主因，而海平面變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制又是一個(gè)極為復(fù)雜的機(jī)制，既包括區(qū)域的和全球的因素，還包括天文因素；②地層堆積作用過程是一個(gè)非漸變沉積過程，在兩個(gè)較大規(guī)模的不整合面所框定的序列中，存在一個(gè)從退積作用經(jīng)加積作用到進(jìn)積作用的準(zhǔn)層序疊加形式；③伴隨著海平面上升，沉積物容納空間的增長(zhǎng)速率在變大，因而在層序內(nèi)存在兩個(gè)重要的界面——海侵面及最大海泛面，與最大海泛面相共生的凝縮段具有近等時(shí)性地層學(xué)意義；④層序地層學(xué)充分表明，不應(yīng)該忽視地層記錄中的間斷面，而應(yīng)該把間斷面及其所反映的沉積特征作為劃分和對(duì)比地層的標(biāo)志，注意研究間斷面所反映的沉積規(guī)律。第五頁，共九十八頁，2022年，8月28日層序地層學(xué)的貢獻(xiàn)主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①層序地層學(xué)的研究成果表明，控制地層堆積作用的主因是海平面變化，它是造成沉積物容納空間增長(zhǎng)速度發(fā)生變化的主因，而海平面變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制又是一個(gè)極為復(fù)雜的機(jī)制，既包括區(qū)域的和全球的因素，還包括天文因素；②地層堆積作用過程是一個(gè)非漸變沉積過程，在兩個(gè)較大規(guī)模的不整合面所框定的序列中，存在一個(gè)從退積作用經(jīng)加積作用到進(jìn)積作用的準(zhǔn)層序疊加形式；③伴隨著海平面上升，沉積物容納空間的增長(zhǎng)速率在變大，因而在層序內(nèi)存在兩個(gè)重要的界面——海侵面及最大海泛面，與最大海泛面相共生的凝縮段具有近等時(shí)性地層學(xué)意義；④層序地層學(xué)充分表明，不應(yīng)該忽視地層記錄中的間斷面，而應(yīng)該把間斷面及其所反映的沉積特征作為劃分和對(duì)比地層的標(biāo)志，注意研究間斷面所反映的沉積規(guī)律。第六頁，共九十八頁，2022年，8月28日作為一門新分支學(xué)科，層序地層學(xué)也存在自己的適用范疇及局限性，這主要表現(xiàn)在：①在地震剖面解釋中，層序地層學(xué)根據(jù)層序界面、最大海泛面及海侵面在地震剖面的顯示，識(shí)別出層序類型及其內(nèi)部的體系域劃分；在地震剖面中，難以識(shí)別出米級(jí)旋回層序及其有序疊加形式，層序內(nèi)部的巖相及相序特征難以分辨；②在露頭研究中，能直觀地觀察和識(shí)別出巖相類型、相序組構(gòu)，但對(duì)層序的空間變化，只能根據(jù)若干個(gè)剖面點(diǎn)進(jìn)行綜合分析．如果露頭研究只是分析到“層序”及其體系域劃分，那研究程度又未免過粗，機(jī)械地進(jìn)行層序界面類型的識(shí)別和體系域劃分就是犯“層序病”的主要表現(xiàn)；③層序地層學(xué)所依據(jù)的沉積學(xué)模式只是適用于被動(dòng)大陸邊緣，對(duì)于廣泛的克拉通盆地層序地層學(xué)的方法太粗略太簡(jiǎn)單化，特別是碳酸鹽地層更加明顯；第七頁，共九十八頁，2022年，8月28日④對(duì)于只存在零星露頭點(diǎn)的老地層來說，層序地層學(xué)顯得束手無策，更進(jìn)一步講如果只是識(shí)別到層序，有時(shí)一個(gè)組只歸屬到一個(gè)層序中，對(duì)地層劃分和對(duì)比層序地層學(xué)的作用并不大；⑤層序地層學(xué)對(duì)地層中不同級(jí)別的以“成因相關(guān)的相序”為特征的旋回層序及其有序疊加形式重視不夠，只分辨出進(jìn)積型、加積型、退積型準(zhǔn)層序及準(zhǔn)層序組，過于簡(jiǎn)單化；⑥因?yàn)閷有虻貙訉W(xué)對(duì)地層記錄的沉積學(xué)規(guī)律研究不夠，在露頭研究中劃分和識(shí)別層序時(shí)缺乏一個(gè)共同標(biāo)準(zhǔn)，從現(xiàn)有的研究資料看層序在露頭上的識(shí)別人為性很大，層序與相序、層序界面與相變面的關(guān)系等常常是模糊不清的。第八頁，共九十八頁，2022年，8月28日在我國，巖石地層單位的定義和識(shí)別可以分為以下幾個(gè)階段：第一階段，自19世紀(jì)末至1949年，老一輩學(xué)者如丁文江、李四光、孫云鑄、高振西、尹贊勛等，主要根據(jù)巖石體的宏觀巖性來劃分和命名巖石地層單位，由于歷史的限制，當(dāng)時(shí)所確定的巖石地層單位很少包含沉積學(xué)內(nèi)容，但以宏觀巖性來劃分和命名為我國的地層學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第二階段，自1949年至1976年，或到1979年，這一段時(shí)間由于大規(guī)模的地質(zhì)勘探工作的展開，在全國范圍內(nèi)進(jìn)行l(wèi)：20萬區(qū)域地質(zhì)調(diào)查工作，并在50年代制定了地層規(guī)范。由于受到前蘇聯(lián)的影響，這一階段的地層學(xué)研究以“統(tǒng)一地層學(xué)”為特征，階與組相統(tǒng)一，以生物帶代表的年代地層來確定巖石地層單位及其界線，如張夏階等于張夏組。這一階段，生物地層學(xué)的研究程度大大提高，受統(tǒng)一地層學(xué)的影響，巖石地層學(xué)的研究處于停滯階段，造成沉積學(xué)家與地層學(xué)家相互脫節(jié)的現(xiàn)象。第九頁，共九十八頁，2022年，8月28日同時(shí)，由于政治上的原因，在70年代以赫德伯格為首的地質(zhì)學(xué)家已經(jīng)制訂出新的地層規(guī)范，并提出多重地層單元的概念時(shí)，我國許多學(xué)者還堅(jiān)持己見，認(rèn)為“多重劃分等于不劃分”，并運(yùn)用所謂的辯證法思想——“生物的、巖石的變化是統(tǒng)一的，并統(tǒng)一到時(shí)間上來”去批判多重地層單位，造成了許多地層單位概念不清、同一地層體存在多種叫法的混亂情況。第三階段，從1979年至t990年，我國新一代地層規(guī)范的制訂并使用，接受了“多重地層單元”的概念，并在1：20萬及新開展的l：5萬區(qū)域地質(zhì)填圖中推廣這一方法，修正了以前的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。但由于對(duì)沉積學(xué)規(guī)律重視不夠，犯了傳統(tǒng)的巖石地層學(xué)本身的“巖性巖相的統(tǒng)一”來定義巖石地層單位的錯(cuò)誤，有時(shí)出現(xiàn)同一地層體在各自不同的圖幅中出現(xiàn)不同的名稱的奇怪現(xiàn)象，對(duì)以前的混亂未得到全面的糾正。第十頁，共九十八頁，2022年，8月28日第四階段，自1990年至今，為全面認(rèn)識(shí)階段，在這一階段1：5萬區(qū)域地質(zhì)填圖的全面展開．對(duì)以前巖石地層單位混亂的現(xiàn)象進(jìn)行全面清理工作，并且在地質(zhì)填圖中引入了層序地層學(xué)等方面的研究，使地層學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新階段。但是，從現(xiàn)在進(jìn)行的工作來看，還存在以下幾方面的問題：第一，在地層清理工作中，對(duì)沉積學(xué)研究還不夠重視；第Z-．對(duì)70年代國際地層規(guī)范中“巖石地層單位”的定義存在的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)不足；第三，機(jī)械地套用層序地層學(xué)，“層序病”還普遍流行；第四，在強(qiáng)調(diào)巖石地層的同時(shí)，忽視了生物地層學(xué)的更進(jìn)一步研究；第五，地層學(xué)家與沉積學(xué)家各自為政的現(xiàn)象還繼續(xù)存在；第六，出現(xiàn)了一些錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，如用“層序地層”填圖之類的認(rèn)識(shí)，忽視了層序地層學(xué)本身的局限性。第十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日

第一節(jié)異成因海平面變化旋回層序的特征一、空間上相序的有序性二、時(shí)間上環(huán)境變化的同步性第十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日一、空間上相序的有序性

一個(gè)旋回層序，不管它是何種級(jí)別，首先應(yīng)該是一個(gè)“有成因相關(guān)的相序”，其成因相關(guān)的確切含義是該相序是一個(gè)海平面升降旋回過程的產(chǎn)物，是伴隨著海平面上升產(chǎn)生的“環(huán)境加深效應(yīng)”及海平面下降產(chǎn)生的“環(huán)境變淺效應(yīng)”過程的產(chǎn)物。有序，即是有規(guī)律可循，主要包括以下幾個(gè)方面：第十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日第一，在一個(gè)剖面點(diǎn)上，由一個(gè)有成因相關(guān)的相序構(gòu)成的旋回層序本身能反映出其相應(yīng)級(jí)別的海平面升降過程，相序的反復(fù)性即代表地層記錄的旋回性。第二，旋回層序存在級(jí)別，不同級(jí)別旋回層序之間存在一個(gè)有規(guī)律的疊加形式。圖7－52所示的復(fù)合海平面變化旋回層序，疊加在四級(jí)海平面變化旋回的上升階段發(fā)育的米級(jí)旋回層序則以L—M型為主，在下降階段則以發(fā)育鮞?；?guī)r的中緩坡型及淺緩坡型為主；疊加在三級(jí)海平面上升階段的四級(jí)海平面變化旋回其加深效應(yīng)比變淺效應(yīng)明顯，因此第一、第二個(gè)四級(jí)旋回層序向上變淺達(dá)不到淺緩坡而只能達(dá)到中緩坡。第十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日

第三，在不同地點(diǎn)，由于古地理背景不同，不同地點(diǎn)旋回層序的相序組構(gòu)存在差異，但它們的空間變化有規(guī)律可循。從理論上講，即使是米級(jí)旋回層序，隨著古地理背景的不I司，其類型將發(fā)生變化，但存在一個(gè)有規(guī)律的環(huán)境變化譜系(圖8－1)。圖8－1所代表的碳酸鹽米級(jí)旋回層序的環(huán)境變化譜系，特征是從深到淺由L—M型經(jīng)潮下型變到環(huán)潮坪型，這表明米級(jí)旋回層序本身，至少也可以作為一個(gè)相標(biāo)志來使用。米級(jí)旋回層序的環(huán)境變化譜系表明，只有在米級(jí)旋回層序的時(shí)空層次上，沃塞爾相律(等時(shí)相是等位相的統(tǒng)一)才適用；在更大的時(shí)空層次上，地層的堆積作用序列會(huì)出現(xiàn)加積、進(jìn)積、退積序列三種情況，沃塞爾相律就不適用了。第十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-1典型的碳酸鹽米級(jí)旋回層序環(huán)境變化譜系圖第十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日我們把圖8-1建立一個(gè)相模式(圖8-2)，可得出垂向上“遠(yuǎn)洋相黑色鈣質(zhì)泥巖－半遠(yuǎn)相薄層泥晶灰?guī)r－顆?；?guī)r－顆粒泥晶灰?guī)r－白云巖”的演化序列，且在橫向上也存在相應(yīng)的變化序列，但在更大的時(shí)問范圍上看情況就變得復(fù)雜(圖8-3)，而出現(xiàn)進(jìn)積、加積、退積三種堆積序列。第十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-2由圖8-1綜合推斷出的沉積模式第十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-3米級(jí)旋回層序的三種疊置序列沉積模式第十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日

二、時(shí)間上環(huán)境變化的同步性時(shí)間上變化的同步性是指：在不同的古地理背景下，同一級(jí)別的旋回層序內(nèi)部相序組構(gòu)不同，但這些特征各異的相序所反映的海平面升降變化規(guī)程在時(shí)問上是同步的。時(shí)間上變化的同步性并不是指異成因旋回層序是嚴(yán)格等時(shí)的，而是代表其時(shí)間變化過程的一致性，不嚴(yán)格等時(shí)的原因是由于旋回層序界面代表的沉積間斷時(shí)間在空間上的不致。圖8-1所示的米級(jí)旋回層序環(huán)境變化譜系，表明了在同一次高頻率海平面變化旋回過程中，由于不同的古地理背景中所產(chǎn)生的沉積環(huán)境的古水深不一，從而產(chǎn)生不同的巖相序列．形成不同類型的米級(jí)旋回層序。但是，高頻率海平面變化產(chǎn)生的環(huán)境加深及環(huán)境變淺效應(yīng)對(duì)一定古地理背景的水探變化影響幅度不太大，持續(xù)時(shí)間也較短，在較深或較淺的古地理背景中尤為顯著，不發(fā)育米級(jí)旋回層序(“失去節(jié)拍”)，圖8-l所示的米級(jí)旋回層序環(huán)境變化譜系常常只能推斷出，難以從實(shí)際的地層記錄中直接觀察到。第二十頁，共九十八頁，2022年，8月28日

長(zhǎng)周期三級(jí)、四級(jí)旋回層序所反映的時(shí)間變化同步性要明顯得多，這也為在露頭上確定“三級(jí)層序”及“四級(jí)亞層序”提供了方便。如圖7-52所示的北京西山張夏組的復(fù)合海平面變化旋回層序，所代表的三個(gè)四級(jí)層序疊加成的一個(gè)三級(jí)旋回層序，在華北地臺(tái)北部均能追索(圖8－4)，盡管在不同地點(diǎn)其內(nèi)部巖性及巖相組成存在不一致性，也就是說它們所反映的長(zhǎng)周期海平面變化過程是同步的。

第二十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-4華北地臺(tái)北緣寒武系張夏組四級(jí)旋回層序及其空間對(duì)比第二十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日從時(shí)間變化的同步性方面講，根據(jù)相序確定的旋回層序在地層學(xué)上具有等時(shí)性年代地層學(xué)意義，但并不是說這些旋回層序的形成時(shí)限是嚴(yán)格等時(shí)的，只是它們的形成過程是等時(shí)的，它們也可能是斜交時(shí)間界面的，原因是其界面代表的間斷時(shí)間在各地的不一致。一個(gè)旋回層序的形成時(shí)限是指在其界面處于過渡連續(xù)的地方所代表的時(shí)限。如果配合詳盡的生物地層學(xué)資料，便可以更好地確定其年代地層格架，更好地研究地層體的時(shí)空變化規(guī)律，這一點(diǎn)是傳統(tǒng)的巖石地層學(xué)無法比擬的。第二十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日第二節(jié)異成因旋回層序的界面及其內(nèi)部相序構(gòu)成形式

旋回層序的界面首先是一個(gè)“相變面”，但是從圖8－2、8-3中可知，地層記錄中廣泛分布著各種各樣的相變面：第一種是由于古地理背景不同，在沉積環(huán)境的時(shí)間動(dòng)態(tài)變化過程中，由于巖相體隨古水深變化產(chǎn)生的橫向遷移，即產(chǎn)生巖石體的進(jìn)積和退積作用所產(chǎn)生的相變面，如圖8－2、8－3中各種巖相體之間的接觸面，這種相變面常常斜交時(shí)間面；第二種是地層的堆積作用過程中，巖石體的垂向疊加所產(chǎn)生的相變面，例如米級(jí)旋回層序內(nèi)部各巖石單元之間的接觸面，也就是各巖石體的頂?shù)捉缑?，這種相變面可能與時(shí)間重疊，也可能斜交時(shí)間面；第三種是與沉積間斷或非沉積作用有關(guān)的相變面，只有這種相變面才可能成為旋回層序的界面。第二十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日旋回層序界面與一般的相變面的本質(zhì)區(qū)別包括以下幾個(gè)方面：

(1)旋回層序界面除了具有一般相變面的特征外，常常與間斷面共生。這種間斷面有兩種：加深饑餓間斷面和暴露間斷面。加深饑餓間斷面是海平面相對(duì)快速上升產(chǎn)生的環(huán)境加深過程中，沉積物的生產(chǎn)和堆積速率突然降低而造成的沉積作用間斷，這種類型的間斷面在碳酸鹽地層中較發(fā)育，與Goldhammer(1990)、Schlager(1981，1990)所定義的“淹沒不整合面”一致。暴露間斷面是指沉積基底露出水面而產(chǎn)生的沉積間斷面，層序地層學(xué)所定義的類型I及類型Ⅱ界面均屬于暴露間斷面。作為旋回層序的界面，間斷面與一般相變面的本質(zhì)區(qū)別是：界面之下的巖石或地層具總體向上變淺，界面之上的地層具向上變深，界面上、下地層或巖石之間相帶不連續(xù)、相變突然，它是下伏地層或巖石代表的沉積環(huán)境向上變淺、上覆巖石或地層所代表的沉積環(huán)境總體向上加深的綜合過程的產(chǎn)物。第二十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日(2)如果是暴露間斷面，間斷面之下的地層或巖石常常存在暴露標(biāo)志，如喀斯特面與喀斯特角礫巖、硅結(jié)殼、鈣結(jié)殼、古土壤、強(qiáng)烈的白云石化和淡水成巖作用特征、滲流豆粒等等，而且隨著古水深由淺變深，界面變?yōu)檫B續(xù)界面。

(3)加深饑餓間斷面，常缺乏暴露標(biāo)志，其直觀標(biāo)志是：下伏地層向上變淺，上覆地層向上變深，而且加深的幅度和規(guī)模較大，常常是遠(yuǎn)洋和半遠(yuǎn)洋相的深水或半深水沉積物直接覆蓋在淺水沉積之上，界面上下的地層或巖石相帶不連續(xù)，相變突然，Ⅲ型層序的界面、潮下型米級(jí)旋回層序的界面均為此類型間斷面，也就是說遠(yuǎn)洋及半遠(yuǎn)洋的具“凝縮段”性質(zhì)的慢速沉積直接覆蓋在淺水沉積之上。凝縮段直接覆蓋在淺水沉積之上即形成該類型界面，但不是所有的“凝縮段”之下均為加深間斷面的旋回層序界面，作為界面它一定具有下伏地層或巖石向上變淺、上覆地層突然變深的相序突然變化特征。如圖8-5所示，華北地臺(tái)北緣張夏組之頂界面與底界面均為“加深饑餓間斷面”。其底界面特征是徐莊組頂部的由淺緩坡(灘相)型米級(jí)旋回,序構(gòu)成的塊塊厚層鮞?；?guī)r沉積，上覆地層為張夏組底部的以發(fā)育L－M型碳酸鹽米級(jí)旋回層序的深水沉積物，二者之間相變突然，且相帶不連續(xù)；其頂界面是以張夏組頂部的淺灘相鮞粒灰?guī)r與崮山組部的深水鈣質(zhì)泥巖及條帶灰?guī)r直接相接觸為特征。第二十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-5加深饑餓間斷面（sb）代表的三級(jí)旋回層序界面以北京西山張夏組為例第二十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日如圖8-4所示，張夏組內(nèi)部包含的三個(gè)四級(jí)旋回層序間的界面也為加深饑餓間斷面。隨著古地理背景由深變淺，該類型間斷面逐漸變?yōu)檫B續(xù)沉積型界面。加深饑餓間斷面主要發(fā)育在碳酸鹽地層中。旋回層序是“一個(gè)有成因相關(guān)的相序”。不管是哪一種類型碳酸鹽米級(jí)旋回相序均為“總體向上變淺相序”，而且多不對(duì)稱的相序。只有在少數(shù)情況下，才見到由幾個(gè)巖石單元構(gòu)成的能反映環(huán)境變深然后變淺的相序型式，如貴陽花溪壟頭三疊系壟頭組灰?guī)r中發(fā)育的碳酸鹽米級(jí)旋回層序(圖8－6)就具有這種相序特征，它由“含生物殼泥晶灰?guī)r(a)－核形石凝決石灰?guī)r(b)－發(fā)育鈣質(zhì)結(jié)殼的滲流豆?；?guī)r(c)”構(gòu)成，代表“潮下低能較深水相(a)一潮下至潮問動(dòng)蕩淺水相(b)－暴露相(c)”的相序特征，反映了沉積環(huán)境在海平面升降旋回中向上變深、然后又向上變淺的沉積過程。第二十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-6近似對(duì)稱型碳酸鹽米級(jí)旋回層序——以貴陽花溪三疊系壟頭組為例第二十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日長(zhǎng)周期三級(jí)四級(jí)旋回層序，也可分為對(duì)稱或準(zhǔn)對(duì)稱型、非對(duì)稱型相序兩類。非對(duì)稱型相序代表的三級(jí)和四級(jí)旋回層序可分為兩種：一種是在地殼沉降的幅度和速度較大的背景下，疊加于其上的長(zhǎng)周期海變面變化產(chǎn)生的環(huán)境加深效應(yīng)強(qiáng)于變淺效應(yīng)，在快速海平面上升時(shí)常在層序界面上形成凝縮段，從而形成一個(gè)非對(duì)稱的總體向上變淺序列．這以Ⅲ型層序(CS+HST序列)以及以淹沒間斷面為特征的四級(jí)旋回層序(CS+RHST序列)，圖8－4所示的華北地臺(tái)張夏組的三級(jí)、四級(jí)旋回層序即為這種類型的非對(duì)稱總體向上變淺相序；另一種是三級(jí)或四級(jí)平面上升雖然沒有產(chǎn)生淹沒事件，但其加深效應(yīng)強(qiáng)于變淺效應(yīng)，從而形成一個(gè)總體向上變淺的相序，這種情況常常是疊加在二級(jí)或一級(jí)海平面變化的相對(duì)上升階段(或海侵階段)形成的三級(jí)或四級(jí)旋回層序(圖8－7，8-8示)。第三十頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-7元古宇霧迷山組中發(fā)育的三級(jí)旋回層序——以河北興隆為例第三十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-8元古宇常州溝組的三級(jí)層序相序特征——以河北興隆為例第三十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8－7是元古宇霧迷山組中常見的非對(duì)稱總體向上變淺相序構(gòu)成的三級(jí)旋回層序，在三級(jí)海平面上升期間主要發(fā)育以“潮下相厚層塊狀疊層石白云巖－潮上坪白云質(zhì)泥巖”型米級(jí)旋回層序，潮下相疊層石白云巖(疊層礁)與薄層泥晶白云巖、泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖構(gòu)成的米級(jí)旋回層序，在海平面下降期間主要發(fā)育泥晶白云巖及泥質(zhì)白云巖為特征潮間坪至潮上坪相沉積，局部發(fā)育“泥晶白云巖+泥質(zhì)白云巖+白云巖泥頁巖，偶見潮下相疊層石白云巖與泥晶白云巖或泥質(zhì)白云巖”為特征的米級(jí)旋回層序。第三十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-8是元古宇常州溝組砂巖中上部發(fā)育的以不對(duì)稱相序?yàn)樘卣鞯娜?jí)旋回層序，在其三級(jí)海平面變化上升期間主要沉積厚層至塊狀細(xì)粒石英砂巖，砂巖中見脈狀潮汐層理，發(fā)育大型槽狀、楔狀交錯(cuò)層理及沖刷面，沖刷面之上由粒徑較大的石英砂及部分細(xì)礫石充填而形成正粒序?qū)?，又稱“海灘型風(fēng)暴巖”，因此這種砂巖是潮下高能帶環(huán)境的產(chǎn)物；在其三級(jí)海面下降期間，主要發(fā)育潮間至潮上局限坪砂頁巖，見波狀及透鏡狀交錯(cuò)層理，見泥裂，偶夾潮道砂體。由此而構(gòu)成從潮下高能砂體到潮間潮上坪砂頁巖為特征的總體向上變淺序列，三級(jí)旋回層序界面以類型Ⅱ界面為特征，在向古地理背景較深的地方變?yōu)檫B續(xù)沉積的過渡型界面，但仍是一個(gè)相變面。第三十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日

在某些情況下，長(zhǎng)周期三級(jí)旋回層序的相序組構(gòu)能反映海平面升降變化，在層序地層學(xué)中介紹的發(fā)育“凝縮段”的I型及Ⅱ型層序的相序多屬此類，即Ⅱ型層序的SMT和TST具向上變深的相序，CS代表最深時(shí)期，HST又具向上變淺相序組構(gòu)；在Ⅱ型層序中。LST(低水位體系域)和TST具向上變深的相序特征，在淺海陸架中，如果盆地基底沉降幅度不大，常沒有凝縮段，但從相序上具有向上變深然后向上變淺近似對(duì)稱的相序，如貴陽烏當(dāng)志留系地中發(fā)育的三級(jí)或四級(jí)旋回層序就是以對(duì)稱型相序?yàn)樘卣?。該套地層以“潮上坪泥頁巖－潮間坪砂頁巖－潮下坪灰?guī)r－潮間坪砂頁巖－潮上坪泥頁巖斗暴露相的紫紅色泥頁巖”的巖石序列為特征(圖8－9)。第三十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-9貴陽烏當(dāng)志留系地層中典型的相序形式第三十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日整個(gè)志留系由這種巖石序列反復(fù)發(fā)育而成，包含六個(gè)四級(jí)旋回層序，歸屬為兩個(gè)三級(jí)旋回層序。正因?yàn)閹r石序列的反復(fù)性發(fā)育，故對(duì)該套地層進(jìn)行巖石地層劃分時(shí)，即使分為兩個(gè)段難以找出其上下段的獨(dú)特標(biāo)志，更何況進(jìn)行組的劃分，但對(duì)其旋回性記錄進(jìn)行研究之后，巖石地層劃分也就迎刃而解了。綜上所述，在露頭上進(jìn)行地層研究時(shí)，巖相分析與相序建立非常重要，離開了相序，不但會(huì)把“層序’’識(shí)別錯(cuò)，而且還會(huì)產(chǎn)生混亂，這不但不利于巖石地層單位的厘定，更不利于對(duì)地層的沉積規(guī)律進(jìn)行有效全面的分析。第三十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日第三節(jié)從地層的旋回性沉積記錄對(duì)巖石地層系統(tǒng)進(jìn)行合理厘定的兩個(gè)實(shí)例一、華北北都晚寒武世的旋回性沉積記錄及成因巖石地層系統(tǒng)二、河北興隆元古宇霧迷山組的異成因旋回性沉積記錄及“段”的劃分

第三十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日地層記錄具有以下幾個(gè)特征：

第一，不完整性，從任何一個(gè)地區(qū)的區(qū)域地層表均可知道。第二，非漸變性，地層的堆積作用是—個(gè)非漸變過程，這是由于地層記錄中充滿著各種各樣的、時(shí)間幅度不同的沉積間斷面和非沉積作用面，包括暴露間斷面及饑餓問斷面。第三，旋回性，它主要反映在巖石序列及巖相序列的反復(fù)發(fā)育或重復(fù)發(fā)育方面，并且旋回的周期具有不同的級(jí)別，因而形成不同級(jí)別的旋回層序。第四，復(fù)雜性，一個(gè)地層體記錄了相應(yīng)地質(zhì)時(shí)代的各種生物的、化學(xué)的和物理的變化，包含著各種各樣的地質(zhì)信息，迄今為止我們還不敢輕言我們已經(jīng)可以完全識(shí)別出地層記錄所包含的各種變化和信息。

第三十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日相分析不但是沉積學(xué)研究的核心，也應(yīng)該是地層學(xué)，特別是層序地層學(xué)及旋回地層學(xué)研究的核心。在進(jìn)行相分析時(shí)，不要輕易地對(duì)某一個(gè)組或段的地層下結(jié)論，以前常出現(xiàn)的某某組是濱海相地層之類的說法，均是很粗略的，哪怕是幾米或只有幾十厘米厚的地層，都可能包含有若干種巖相單元。建立在相分析基礎(chǔ)上識(shí)別出的地層記錄的旋回性，也應(yīng)該作為地層記錄的一個(gè)屬性．特別是對(duì)那些宏觀巖性變化不大但厚度巨大的地層體，我們更應(yīng)在相分析方面下功夫。下面舉兩個(gè)例子來說明這類問題。第四十頁，共九十八頁，2022年，8月28日一、華北北都晚寒武世的旋回性沉積記錄及成因巖石地層系統(tǒng)

(一)米級(jí)旋回層序及其環(huán)境變化譜系(二)晚寒武世的長(zhǎng)周期旋回層序(三)從旋回性地層記錄論華北部晚寒武世的巖石地層系統(tǒng)

第四十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日1923年以前將崮山組以上晚寒武地層名日“炒米店灰?guī)r”。1924年孫云鑄教授唐山趙各莊一帶的晚寒武世地層自下而上劃分為崮山層、長(zhǎng)山層、風(fēng)山層，并將炒米店一名限于上寒武統(tǒng)下部，與長(zhǎng)山層相當(dāng)。1956年中國科學(xué)院地質(zhì)研究所等單位將三河、昌黎一帶的崮山組、長(zhǎng)山組、風(fēng)山組劃歸炒米店統(tǒng)。1991年河北地質(zhì)學(xué)院將井陘至平山一帶的晚寒武世地層稱“炒米店群”，包括崮山灰?guī)r、長(zhǎng)山灰?guī)r、鳳山灰?guī)r。在1994年河北省《多重地層劃分研究報(bào)告中》，將晚寒武世地層分為崮山組和炒米店組，認(rèn)為炒米店級(jí)包括部分早奧陶世地層，指出崮山組與炒米店組的巖石劃分標(biāo)志也不清楚，有待今后研究。這似乎存在“復(fù)古”現(xiàn)象，重新確定炒米店組但叉未找到它與崮山組的劃分標(biāo)志；同樣根據(jù)三葉蟲化石帶確定的崮山階、長(zhǎng)山階、鳳山階，以及相對(duì)應(yīng)的崮山組、長(zhǎng)山組、鳳山組，均存在劃分標(biāo)志不清楚的問題。第四十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日存在以上幾種爭(zhēng)論的巖石地層劃分方案，是基于華北北部晚寒武世地層的宏觀巖性以“竹葉灰?guī)r及條帶灰?guī)r”為特征，但不管哪種劃分方案均未得到廣泛承認(rèn)，原因可能還是對(duì)晚寒武世地層的巖相及相序研究不夠所致。

20世紀(jì)80年代以來，一些地質(zhì)學(xué)家對(duì)華北北部晚寒武世地層的沉積學(xué)方面的研究，如王祥珍(1981)、管守銳(1982)對(duì)“竹葉灰?guī)r”成因的研究，孟祥化、喬秀夫等(1986)對(duì)晚寒武世碳酸鹽風(fēng)暴沉積的研究．王英華等(1989)關(guān)于碳酸鹽巖石學(xué)方面的研究，馮增昭等(1990)關(guān)于巖相古地理方面的研究，這些研究也沒有從沉積學(xué)上指出該地區(qū)晚寒武世巖石地層的劃分和識(shí)別標(biāo)志。第四十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日

(一)米級(jí)旋回層序及其環(huán)境變化譜系

在華北北部晚寒武世地層中，主要發(fā)育以下成因巖石及巖相單元(圖8-l0之a(chǎn)．g)：

(1)盆地相泥頁巖及砂質(zhì)泥頁巖．發(fā)育水平紋層，時(shí)夾風(fēng)暴礫屑灰?guī)r及含海綠石生物屑灰?guī)r透鏡體，為透光帶之下或附近寧靜深水弱還原環(huán)境的產(chǎn)物。

(2)深緩坡相具風(fēng)暴韻律層(毫米級(jí))的薄層含泥質(zhì)泥晶灰?guī)r，偶夾泥質(zhì)條帶；風(fēng)暴韻律層厚1－3mm

，以來自于淺水臺(tái)地的砂屑及粉屑構(gòu)成的韻律層為特征，透光帶之上，風(fēng)暴浪基面之下的深水寧靜體環(huán)境的產(chǎn)物。

第四十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-10典型的完整巖石序列及相序第四十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日

(3)深緩坡相薄層泥質(zhì)泥晶灰?guī)r，夾少量泥質(zhì)條帶，為透光帶之上，風(fēng)暴浪基面之下或附近的深水寧靜環(huán)境的產(chǎn)物，時(shí)夾風(fēng)暴礫屑灰?guī)r。

(4)中至淺緩坡相生物潛穴及生物擾動(dòng)灰?guī)r，發(fā)育生物擾動(dòng)構(gòu)造，見垂直和斜交層面的生物潛穴，呈中厚層至塊狀，亦見由砂屑充填的沖刷面，屬浪基面附近淺水動(dòng)蕩環(huán)境的產(chǎn)物。這種灰?guī)r有時(shí)局部白云石化，且生物潛穴處云化較強(qiáng)而呈“豹斑狀”，有些學(xué)者形象化地稱之為“豹斑灰?guī)r”及“豹皮狀灰?guī)r”。第四十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日

(5)淺緩坡相中厚層鮞?；?guī)r，見交錯(cuò)層理，偶見沖刷面，沖刷面之上由細(xì)礫屑、砂屑及鮞粒充填，為浪基面附近及其上的淺水動(dòng)蕩環(huán)境的產(chǎn)物。

(6)淺緩坡相生物丘灰?guī)r，呈均一的厚層狀一塊狀，發(fā)育丘狀及柱狀疊層石，有的為凝塊石及藻屑灰?guī)r，常與鮞粒灰?guī)r呈橫向相變共生，屬浪基面之上淺水動(dòng)蕩環(huán)境的產(chǎn)物。

(7)風(fēng)暴礫屑灰?guī)r，由扁平狀礫石構(gòu)成，習(xí)稱為“竹葉灰?guī)r”，多為兩種：一種是由具紫紅色鐵質(zhì)浸染圈的扁平狀礫石構(gòu)成，這種類型的風(fēng)暴巖常與盆地相泥頁巖共生，為異地型風(fēng)暴巖；另一種是不具鐵質(zhì)浸染圈的礫石構(gòu)成的風(fēng)暴巖，與薄層泥晶灰?guī)r共生，多為薄層泥晶灰?guī)r經(jīng)風(fēng)暴作用原地改造而形成，為原地型風(fēng)暴巖。如果把上述巖石從深到淺組成一個(gè)向上變淺序列，即得到如圖8-10所示的相序。但在地層記錄中，這種完整的相序極為罕見，常見的是由兩個(gè)巖石單元構(gòu)成的“米級(jí)旋回層序”(圖8－11)，許多國外學(xué)者稱之為“碳酸鹽對(duì)偶層(carbonatcouplet)”，它們是高頻率(周期為萬年至10萬第四十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-11米級(jí)旋回層序及其環(huán)境變化譜系第四十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日年級(jí)別)海平面變化旋回產(chǎn)生的環(huán)境加深及環(huán)境變淺過程的產(chǎn)物。在不同的古地理背景下，它們?cè)谕淮魏Ｆ矫嫦鄬?duì)升降變化旋回中形成特征各異的巖石序列及相序，從而構(gòu)成米級(jí)旋回層序的環(huán)境變化譜系(圖8－11)。在圖8－11中，(1)和(2)屬深緩坡型米級(jí)旋回層序，與L－M型米級(jí)旋回層序相同；(3)和(4)屬中緩坡型米級(jí)旋回層序；(5)和(6)為淺緩坡型米級(jí)旋回層序。從深到淺，深水相巖石單元(如盆地相泥頁巖、薄層泥晶灰?guī)r、具毫米級(jí)風(fēng)暴韻律層的薄層泥質(zhì)泥晶灰?guī)r)變薄，淺水相巖石單兀(鮞?；?guī)r、生物潛穴灰?guī)r、生物丘灰?guī)r)增厚。它們的共同特征是：巖層向上變厚、顆粒向上變粗、環(huán)境向上變淺，為潮下型碳酸鹽米級(jí)旋回層序。

第四十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日這些米級(jí)旋回層序常3至5個(gè)(多為4個(gè))構(gòu)成更大級(jí)別的也以“總體向上變淺”為特征的旋回層序(圖8－12)，其總體向上變淺表現(xiàn)為從下至上，深水相巖石單元變薄、淺水相巖石單元增厚的趨勢(shì)。這種1：4的疊置序列說明了米級(jí)旋回層序的形成與米蘭柯維奇旋回有關(guān)，即單個(gè)米級(jí)旋回層序是與短偏率旋回(周期為10萬年，六級(jí)旋回)有關(guān)的海平面變化旋回的產(chǎn)物，由4個(gè)米級(jí)旋回層序有序疊加成一個(gè)與長(zhǎng)偏心率旋回(周期為40萬年)有關(guān)的旋回層序。這與Osleger等(1991)對(duì)北美晚寒武世地層研究結(jié)果具相似之處，這種有序疊加形式在Swarzacher(1993)的著作中有詳細(xì)系統(tǒng)的論述，把它們歸為五級(jí)和六級(jí)旋回層序符合C.E．Brett(1990)與梅冥相(1992)的旋回層序級(jí)別分類。第五十頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-12

米蘭克維奇機(jī)制控制下的米級(jí)旋回層序及其有序疊加形式第五十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日

(二)晚寒武世的長(zhǎng)周期旋回層序

根據(jù)米級(jí)旋回層序及其垂向有序疊加形式，以及由此反映出的相序特征，在華北北部的晚寒武世地層中識(shí)別出四個(gè)三級(jí)旋回層序(相當(dāng)于層序地層學(xué)定義的“層序”)。這些層序均以“盆地相一緩坡相”的總體向上變淺的沉積相序列為特征(圖8．13，8-14)，它們是在華北北部地殼沉降相對(duì)較快的背景下、疊加于其上的三級(jí)海平面變化旋回產(chǎn)生的“環(huán)境加深效應(yīng)”比“環(huán)境變淺效應(yīng)”顯著的沉積過程的產(chǎn)物，形成Ⅲ型層序(以CS+HST序列為特征)，這與Goldhammer等(1990)關(guān)于歐州Alpine地區(qū)三疊紀(jì)地層研究中提出的“淹沒不整合型碳酸鹽層序”相似，華北中寒武世張夏組的旋回層序，中國南方貴陽附近三疊紀(jì)大冶組灰?guī)r石發(fā)育的兩個(gè)三級(jí)旋回層序也屬于這種類型。這種Ⅲ型層序以凝縮段(cs)直接覆蓋在層序界面之上為特征，從而與I型層序(LST+TST+CS+HST)和Ⅱ型層序(SMT+TST+CS+HST)形成明顯的區(qū)別，主要發(fā)育在碳酸鹽地層中。第五十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-13三級(jí)旋回層序的相序特征第五十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日從圖8-13可看出，這些三級(jí)旋回層序均以總體向上變淺的不對(duì)稱相序?yàn)樘卣?，在三?jí)相對(duì)平面快速上升期間，環(huán)境加深速度較快(可能超過了碳酸鹽的生產(chǎn)和堆積速率)，產(chǎn)生淹沒事件，環(huán)境的變深不利于碳酸鹽的生產(chǎn)和堆積，而且又加劇了淹沒過程，故形成凝縮段(CS)，以深水相的盆地相泥頁巖(局部為粉砂質(zhì)泥頁巖)及少量薄層泥質(zhì)泥晶灰?guī)r為特征，常見海綠石物屑灰?guī)r透鏡體及異地型風(fēng)景礫屑灰?guī)r，局部發(fā)育圖8－11所示的(1)和(2)型米級(jí)旋回層序；在三級(jí)海平面相對(duì)停滯及下降期間，隨著水體環(huán)境的逐漸變淺，故發(fā)育中緩坡及淺緩坡型米級(jí)旋回層序。只是在晚寒武世末期才發(fā)育一個(gè)較大規(guī)模的變淺事件或暴露事件，這主要表現(xiàn)在晚寒武世末的地層在各剖面點(diǎn)均可見到的厚度不一的潮坪相白云巖。第五十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-14

華北北部晚寒武世三級(jí)旋回層序及其橫向?qū)Ρ鹊谖迨屙摚簿攀隧摚?022年，8月28日

從圖8－14可知，盡管在不同地點(diǎn)晚寒武世地層中發(fā)育的4個(gè)三級(jí)旋回層序的相序組構(gòu)特征不完全一致，如山西省渾源縣懸空寺剖面的長(zhǎng)山組旋回層序的HST單元為較厚的生物丘灰?guī)r；保定清醒剖面的第四個(gè)層序的CS單元為海綠石生物殼及生物屑灰?guī)r，各剖面頂部潮坪相白云巖的厚度不一致等，但它們所反映的海平面升降變化過程是同步的，而且它們的相序特征有規(guī)律可查。這也充分地體現(xiàn)了異成因海平面變化旋回層序的兩大特點(diǎn)：空間上相序組構(gòu)的有序性及時(shí)間上環(huán)境變化的同步性，而且?guī)r相在垂向上及橫向上都會(huì)產(chǎn)生明顯的相變，且這些相變是有序的。第五十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日(三)從旋回性地層記錄論華北部晚寒武世的巖石地層系統(tǒng)

大約自20世紀(jì)50年代末以來，華北北部晚寒武世地層的巖石地層序列為三個(gè)組：崮山組、長(zhǎng)山組、鳳山組。中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所的地質(zhì)學(xué)家們根據(jù)三葉蟲化石帶將晚寒武世分為三個(gè)階：崮山階、長(zhǎng)山階、鳳山階，并把這三個(gè)階對(duì)應(yīng)于三個(gè)組。這種劃分方案自60年代至80年代末為大多數(shù)學(xué)者所用。當(dāng)時(shí)，這種劃分是建立在統(tǒng)一地層學(xué)思想上的，故出現(xiàn)了崮山階對(duì)應(yīng)于崮山組之類的情況。自70年代末以后，隨著“多重地層單位劃分”的概念的廣泛應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)了三個(gè)組的劃分方案存在以下問題：首先是把階與組混同，在化石產(chǎn)出不豐富或缺乏的地方難以確定組與組的劃分標(biāo)志；其次是對(duì)晚寒武世的沉積巖石學(xué)特征缺乏詳盡的研究。第五十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日自80年代后期至今，隨著1：5萬區(qū)域地質(zhì)填圖的開展，發(fā)現(xiàn)該套地層都以“竹葉灰?guī)r及條帶灰?guī)r”為特征，可劃分的標(biāo)志不清楚，故有人把該套地層命名為炒米店群，或者分為崮山組和炒米店組。實(shí)際下，奧陶系下產(chǎn)部的地層如冶里組與亮甲山組的中下部也以“竹葉灰?guī)r及條帶灰?guī)r”的特征，因而又認(rèn)為炒米店組還包括奧陶系的一部分地層。既便如此，炒米店組與崮山組的劃分標(biāo)志還不清楚；把晚寒武世的地層以“條帶灰?guī)r及竹灰?guī)r”為特征統(tǒng)稱為炒米店群也存在一個(gè)問題，其底界與張夏組鮞粒灰?guī)r分界清楚，但根據(jù)宏觀巖性又找不到寒武系與奧陶系地層的分界，因此炒米店群叉可以包含部分奧陶系地層。第五十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日造成以上巖石地層劃分方案的不確定性的關(guān)鍵是對(duì)該套地層的巖性、巖相、相序的研究不夠，這反映了一個(gè)突出的問題：巖石地層學(xué)在定義和識(shí)別巖石地層單位的標(biāo)準(zhǔn)是“巖性、巖相的本質(zhì)統(tǒng)一”。實(shí)際上，在絕大多數(shù)情況下任何地層體的巖性及巖相總存在橫向與縱向變化，但是這種變化是有規(guī)律可循的。當(dāng)把這種變化的規(guī)律認(rèn)識(shí)和解析出后，才有可能找到天然的巖石地層劃分依據(jù)。第五十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日

如圖8－13和圖8－14所示，華北北部晚寒武世地層包含四個(gè)三級(jí)旋回層序，總體上崮山階地層構(gòu)成一個(gè)，長(zhǎng)山階地層構(gòu)成一個(gè)，鳳山階地層構(gòu)成兩個(gè)。每一個(gè)三級(jí)旋回層序的底均以深水相巖石(盆地相泥頁巖及深緩坡相薄層泥晶灰?guī)r)為特征，即表明每一個(gè)三級(jí)旋回層序的底界面為相應(yīng)的海泛事件面和與之可對(duì)比的面(又稱加深饑餓間斷面或淹沒不整合面)．而這種特征的面是一個(gè)反應(yīng)下伏地層向上變淺、上覆地層向上加深的突然相變面，它們?cè)谳^大的區(qū)域范圍內(nèi)均能追索，完全可以作為巖石地層單位的界面。晚寒武世末在各地發(fā)育的厚度不一的潮坪相白云巖，表明了寒武世紀(jì)末是具有一個(gè)暴露間斷面(sb2界面)，根據(jù)北美地臺(tái)的資料(Osleger，1990；Osleger等，1991)，該暴露間斷面具有全球性，即寒武紀(jì)末的海退事件具全球性。第六十頁，共九十八頁，2022年，8月28日其實(shí)，為什么在以前大部分學(xué)者認(rèn)為是連續(xù)沉積的華北北部找不到真正連續(xù)沉積的、可以作為寒武-奧陶紀(jì)界線層型的剖面，原因就是這個(gè)暴露間斷面的存在。梅冥相在與梅仕龍博士測(cè)制河北保定清醒剖面時(shí)，發(fā)現(xiàn)根據(jù)生物地層資料確定的階的界線總是滯后于三級(jí)旋回層序界面，地層厚度相差1~1.5m，這是否表明生物變化要滯后于沉積環(huán)境的變化，還有待今后進(jìn)一步探索。第六十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日從旋回性記錄研究表明，晚寒武世地層完全可劃分為崮山組、長(zhǎng)山組、鳳山組，每個(gè)組的底界均是海泛事件面(Ⅲ型界面)，鳳組的頂界面為一以暴露間斷為特征的Ⅱ型界面。崮山組對(duì)應(yīng)于一個(gè)三級(jí)旋回層序，長(zhǎng)山組對(duì)應(yīng)一個(gè)，鳳山組包含兩個(gè)三級(jí)旋回層序。這些三級(jí)旋回層序均以“盆地組一緩坡相”的總體向上變淺序列為特征，盡管在不同地方由于古地形的差異，所形成的相序相構(gòu)及巖性特征存在某些方面的變化，但這些反復(fù)發(fā)育的總體向上變淺相序所反映海平面升降變化(或海侵一海退過程)在時(shí)間上大致是同步的。這三個(gè)組的巖石地層單位也可能是穿時(shí)的，原因是作為界面的間斷面(加深饑餓間斷面及暴露間斷面)在各地的間斷時(shí)間幅度不一致。旋回性地層記錄的研究必須是詳盡、全面、系統(tǒng)的沉積學(xué)研究，同時(shí)應(yīng)輔之以較系統(tǒng)的生物地層工作，而且不能只看一個(gè)剖面，應(yīng)該是多個(gè)剖面廣泛研究。第六十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日從另一方面講，相序本身就是一個(gè)有規(guī)律可循的巖石組合，同旋回性可以作為確定巖石地層單位的標(biāo)志。在運(yùn)用地層的旋回性記錄來確定巖石地層單位時(shí)，要注意以下問題：第一，不要輕易根據(jù)旋回性記錄重新命名巖石地層單位，應(yīng)尊重優(yōu)先法原則去修訂巖石地層單位和豐富巖石地層單位的內(nèi)容。第二，巖石地層單位是根據(jù)巖性、巖相的變化規(guī)律來定義的，不要把巖石地層單位的群、組、段與旋回層序的級(jí)別等同起來，巖石地層單位有優(yōu)先命名法則，還有一個(gè)實(shí)用性問題，后者是由沉積規(guī)律所確定的而且不存命名問題。

第六十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日第三，在研究地層的旋回性沉積記錄時(shí)，不能機(jī)械地套用層序地層學(xué)的方法．如層序地層學(xué)是建立在地震地層學(xué)基礎(chǔ)上的，對(duì)地震剖面解譯較實(shí)用。在缺乏地震剖面的露頭研究中，巖性、巖相、相序是研究的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，根據(jù)相序的反復(fù)發(fā)育識(shí)別出的旋回性——不同級(jí)別旋回層序及其有序疊加形式才是研究的核心，而且應(yīng)該是從點(diǎn)到面，最后找出區(qū)域變化規(guī)律。第六十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日

二、河北興隆元古宇霧迷山組的異成因旋回性沉積記錄及“段”的劃分

(一)霧迷山組的巖相特征及其米級(jí)旋回層序類型(二)霧迷山組的長(zhǎng)周期旋回層序(三)從旋回性沉積記錄分析霧迷山組的分段

第六十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日霧迷山組即高振西等(1934)所稱的“霧迷山灰?guī)r”。1959年全國地層學(xué)會(huì)議之后稱霧迷山組，沿用至今未變。本組巖穩(wěn)定，富鎂碳酸鹽占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)(含量達(dá)99％以上)，巖性組合主要為頁片狀含砂內(nèi)碎屑白云巖、燧石條帶白云巖、厚層至塊狀疊層石白云巖夾泥青質(zhì)白云巖及燧石層，在研究區(qū)域的河北興隆一帶厚2500m左右，可分為四段，見《河北省北京市天津市區(qū)域地質(zhì)志》。第六十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日

一段，下部為灰色中厚層含粉砂泥晶白云巖，與燧石條帶白云巖互層，偶夾級(jí)層狀泥青質(zhì)白云巖；上部為灰、深灰色中層及厚層含燧石條帶粗晶白云巖、泥青質(zhì)白云巖，夾灰色厚層至巨厚層粉砂質(zhì)泥晶白云巖，韻律性明顯。偏上部見有白色、黑色硅質(zhì)小型疊層石白云巖，底部具一層厚度不穩(wěn)定(0－7m)的頁片狀含粉砂泥晶白云巖。二段，下部由灰色厚層燧石細(xì)晶白云巖、泥青質(zhì)泥狀白云巖及穹狀疊層石白云巖和燧石層組成韻律層；上部由粉砂質(zhì)泥晶白云巖、雜色厚－巨厚層粗晶含灰白云巖、深灰色紋層狀泥青質(zhì)白云巖、燧石條帶白云巖及黑色燧石層構(gòu)成韻律層。第六十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日

三段，底部為層數(shù)不等的紫紅色泥狀白云巖，下部為灰色、淺灰色含粉砂泥晶白云巖、含白云質(zhì)砂礫巖、泥晶灰質(zhì)白云巖、黑色燧石條帶燧石和硅質(zhì)層構(gòu)成韻律層；上部為深灰色厚層泥晶灰質(zhì)白云巖，含灰白色硅質(zhì)條紋和條帶；頂部可見鮞粒白云巖，泥晶灰質(zhì)白云巖及紫紅色中層碎屑泥晶白云巖，具硅質(zhì)條帶、條紋及礁狀穹形疊層石。四段，底部為灰白色白云質(zhì)砂巖、砂質(zhì)白云巖；下部為灰白色含灰粗晶白云巖和深灰色燧石條帶白云巖及葡萄狀藻屑白云巖、泥青質(zhì)白云巖、疊層石白云巖；上部為淺灰色燧石條帶白云巖、厚層狀疊層石白云巖。第六十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日一、二段硅質(zhì)白云巖中小型柱狀、杯狀疊層石發(fā)育，區(qū)域較穩(wěn)定；三段燧石形態(tài)復(fù)雜，為放射狀、葡萄狀、暖氣片狀，疊層石為大型錐柱狀。四段灰質(zhì)白云巖中含泥青質(zhì)塊體，縫合線發(fā)育，偶見黃鐵礦晶體；此外，層理一般較平直，或呈微波狀，有時(shí)可見斜層理和波痕，層面上有干裂等。霧迷山組地層巖性復(fù)雜，但各段之間又缺乏明顯的劃分標(biāo)志，各段之間的界線確是難以確定。本書作者之一梅冥相在參加河北省隆縣兩幅1：5萬地質(zhì)填圖中，對(duì)這一套厚達(dá)2500m的碳酸鹽地層進(jìn)行了旋回性沉積記錄研究．以二級(jí)旋回層序作為分段標(biāo)志，分為六個(gè)段，并把這六個(gè)段分為填圖單元，成功地解決了其“段”的劃分，下面對(duì)這一情況予以介紹。第六十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日(一)霧迷山組的巖相特征及其米級(jí)旋回層序類型

在霧迷山組地層中，主要發(fā)育以下巖相單元：

(1)潮下相厚層至塊狀疊層石白云巖及灰質(zhì)疊層石白云巖，發(fā)育大型柱狀、穹狀、丘狀、錐狀疊層石，見燧石結(jié)核，最厚者可達(dá)10m，為潮下高能環(huán)境的產(chǎn)物，類似于習(xí)稱的“疊層礁”。

(2)潮間相發(fā)育燧石條帶及紋層的疊層石白云巖，發(fā)育波狀及水平狀疊層石，疊層石多硅化，見燧石條帶及紋層，燧石條帶及紋層的形態(tài)與疊層石一致，屬潮間帶下部中等動(dòng)蕩環(huán)境的產(chǎn)物。

第七十頁，共九十八頁，2022年，8月28日

(3)潮間相含疊層石泥晶白云巖，發(fā)育燧石團(tuán)塊和結(jié)核，見水平及微波狀疊層石，時(shí)見沖刷面，沖刷面之上為砂屑及細(xì)礫屑所充填，屬潮間帶上部中等至弱動(dòng)蕩環(huán)境的產(chǎn)物。

(4)潮上相含泥含粉砂泥晶白云巖，見水平紋層，亦發(fā)育燧石團(tuán)塊和結(jié)核，局部偶見水平狀疊層石，陸源泥質(zhì)物及粉砂含量局部較高，屬潮上帶下部弱動(dòng)蕩及寧靜水體環(huán)境的產(chǎn)物。第七十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日(5)潮上相白云質(zhì)泥巖，見水平紋層，有時(shí)與燧石層共生，有的分布在古喀斯特面之上，從而構(gòu)成較薄的古土壤層。大部分情況是與泥晶白云巖共生，屬潮上坪上部寧靜水體環(huán)境的產(chǎn)物。

(6)暴露相及風(fēng)化殼相巖石單元，屬于這種相單元的巖石除了白云質(zhì)泥巖外，更多更明顯的是硅結(jié)殼、喀斯特角礫白云巖。作為暴露標(biāo)志的硅結(jié)殼，多呈灰黑色及雜色，有的風(fēng)化后在其表面顯紫紅色，或多或少含有陸源泥質(zhì)物，主要分布在喀斯特面之上?？λ固亟堑[巖是一種角礫白云巖，白云巖角礫大小不一、分布雜亂，多呈透鏡體和透鏡層狀產(chǎn)出．有時(shí)明顯地分布在喀斯特面之上；在多數(shù)情況下，喀斯特角礫巖之下不見喀斯特面，與白云質(zhì)泥巖及泥晶白云巖共生。第七十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日

把上述巖相單元自下至上疊加在一塊，即構(gòu)成一個(gè)典型的具有完整連續(xù)變化的相序特征的米級(jí)旋回層序(圖8－15)，該米級(jí)旋回層序以環(huán)境向上變淺，巖層向上變薄、顆粒向上變細(xì)、白云石化程度向上增強(qiáng)為特征，屬環(huán)潮坪型碳酸鹽米級(jí)旋回層序(梅冥相．1993)。但在實(shí)際地層記錄中，圖8－15所示的具有完整連續(xù)變化的巖相單元構(gòu)成的米級(jí)旋回層序極為罕見，多數(shù)為兩個(gè)巖石單元構(gòu)成的米級(jí)旋回層序，如厚層疊層石白云巖(a)與發(fā)育燧石條帶及紋層的疊層白云巖(b)構(gòu)成的ab型米級(jí)旋回層序等等。如把這些常見的米級(jí)旋回層序由深到淺進(jìn)行排列，即得以下序列：

“ab-ac-ad-ae-af-bc-bd-be-ed-ce-ef-df”第七十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-15

霧迷山組地層中的成因巖石及巖相單元及其相序模式——以河北興隆為例第七十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日這些米級(jí)旋回層序的總體特征是：形成環(huán)境總體向上變淺、巖層向上變薄、顆粒向上變細(xì)、白云石化程度向上增強(qiáng)、疊層石發(fā)育程度向上減弱，從而構(gòu)成環(huán)境坪型碳酸鹽米級(jí)旋回層序，該序列構(gòu)成一個(gè)米級(jí)旋回層的環(huán)境變化譜系(圖8－16)。第七十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-16

霧迷山組米級(jí)旋回層序類型及其環(huán)境變化譜系——以河北興隆為例第七十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日從圖8－16可知，從潮下坪至潮上坪，碳酸鹽生產(chǎn)和堆積速率降低，米級(jí)旋回層的厚度在遞減，相序組構(gòu)也存在有規(guī)律的變化，米級(jí)旋回層序的成因巖相單元也存在有規(guī)律的變化，如潮下坪中的米級(jí)旋回層序，均發(fā)育潮下相厚層至塊狀疊層白云巖(a)，隨著古水深的逐漸變淺，依次發(fā)育b、c、d、e、f相作為米級(jí)旋回層序的頂部巖相單元。米級(jí)旋回層序的發(fā)育特征表明，以發(fā)育疊層層石白云巖為特征的霧迷山組，其質(zhì)地均一，單層厚度為數(shù)米(1～8m)的與習(xí)稱的“疊層礁”相近的疊層石白云巖，在高頻率振蕩海平面變化旋回中其單個(gè)“疊層礁”主要形成于高頻率海平面相對(duì)上升期間，“疊層礁”組合主要發(fā)育在長(zhǎng)周期海平面變化的相對(duì)上升期或海侵期。第七十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日(二)霧迷山組的長(zhǎng)周期旋回層序

1.關(guān)于長(zhǎng)周期旋回層序的界面2.關(guān)于三級(jí)旋回層序的相序組構(gòu)3．霧迷山組中的二級(jí)旋回層序第七十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日霧迷山組中，根據(jù)米級(jí)旋回層序在三級(jí)海平面變化旋回的相對(duì)上升期及相對(duì)下降期的不同發(fā)育特征及疊置方式，共識(shí)出六個(gè)二級(jí)旋回層序(大層序)及二十六個(gè)三級(jí)旋回層序(層序)，霧迷山組與其上覆的洪水莊組、鐵嶺組共同構(gòu)成一個(gè)一級(jí)旋回層序(超層序)。第七十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日1.關(guān)于長(zhǎng)周期旋回層序的界面

在前面有關(guān)章節(jié)中，我們已指出旋回層序的界面首先是一個(gè)相變面，而且以突然相變面或沉積間斷面與一般的相變面相區(qū)分，作為旋回層序的界面應(yīng)該具有反映下伏地層向上變淺、上覆地層向上變深的綜合沉積過程，如果是加深饑餓間斷面那就以“凝縮段”的深水慢速沉積物直接覆蓋在層序界面之上，如果是暴露間斷面那在界面之下的地層可見大量的暴露標(biāo)志：如硅殼、鈣質(zhì)結(jié)殼、淡水滲流豆、帳篷構(gòu)造、古喀斯特面、喀斯特角礫巖等。

第八十頁，共九十八頁，2022年，8月28日在霧迷山組中，均以暴露間斷面為特征，而其中又包括兩種類型：一種是間斷幅度大、暴露時(shí)間長(zhǎng)的I型界面，其上的三級(jí)旋回層序具有一個(gè)近對(duì)稱的相序，除了發(fā)育暴露標(biāo)志外，I型界面之上的米級(jí)旋回層序反映的向上加深過程明顯(即具“退積型米級(jí)旋回層序的序列)；在Ⅱ型界面之上，由米級(jí)旋回層序的疊加形式反映的向上變深過程不明顯，Ⅱ型層序多以不對(duì)稱的總體向上變淺序列為特征(圖8-17)。當(dāng)然，與區(qū)域不整合面相重合的沉積間斷面也常常是I型界面。第八十一頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-17霧迷山組中旋回層序界面示意圖第八十二頁，共九十八頁，2022年，8月28日

要注意的是，不是所有的暴露間斷面都是類型I或類型Ⅱ界面，許多類型的米級(jí)旋回層序的界面也常常是暴露間斷面；如果機(jī)械地追求暴露標(biāo)志的存在，那米級(jí)旋回層序的界面與三級(jí)旋回層序的界面常常難以區(qū)分。也就是說，由于海平面變化產(chǎn)生的間斷面，常常是旋回層序的界面，但根據(jù)其間斷時(shí)間幅度可知這些間斷面又存在一個(gè)級(jí)別歸屬問題，區(qū)分以及識(shí)別其級(jí)別歸屬不只是看間斷面本身，主要是相．即兩個(gè)間斷面之間包含的由相序所反映的旋回層序的級(jí)別，這就是米級(jí)旋回層序是基本工作單元、米級(jí)旋回層序的有序疊加形式是識(shí)別長(zhǎng)周期旋回層序的關(guān)鍵。第八十三頁，共九十八頁，2022年，8月28日

2.關(guān)于三級(jí)旋回層序的相序組構(gòu)

在一個(gè)長(zhǎng)周期三級(jí)旋回層序的長(zhǎng)周期海平面相對(duì)上升期間，疊加于其上的高頻率海平面變化旋回的加深效應(yīng)比變淺效應(yīng)顯著，故以發(fā)育厚層至塊狀疊層石白云作為下部巖石單元的ab、ac、ad、ae、af型米級(jí)旋回層序，即“疊層礁”主要發(fā)育于疊加于長(zhǎng)周期海平面變化的相對(duì)海平面上升時(shí)期和高頻率海平面變化的上升過程中；在三級(jí)海平面變化的相對(duì)下降時(shí)期，“疊層礁”不太發(fā)育，主要發(fā)育潮間至潮上坪的泥晶白云巖、含砂含泥泥晶白云巖、白云質(zhì)泥頁巖，常見喀斯特角礫白云巖透鏡體和透鏡層，局部發(fā)育cd、ce、cf、de、df序列為特征米級(jí)旋回層序。因此，米級(jí)旋回層序的有序垂直疊加形式表明，三級(jí)旋回層序也是一個(gè)“內(nèi)部相對(duì)整合的、有成因相關(guān)的、能反映一個(gè)長(zhǎng)周期海平面升降過程的相序”。第八十四頁，共九十八頁，2022年，8月28日

在霧迷山組中，I型層序的相序組構(gòu)多為近似對(duì)稱的相序，即該相序能反映出一個(gè)“環(huán)境加深、然后變淺”的沉積過程(圖8－18)。造成這種近似對(duì)稱相序的主要原因是，其底界面的暴露時(shí)間較長(zhǎng)，伴隨著長(zhǎng)周期海平面相對(duì)上升產(chǎn)生的環(huán)境加深過程，存在一個(gè)環(huán)境的逐漸變深及碳酸鹽生產(chǎn)和堆積速率的逐漸增大的響應(yīng)時(shí)期。第八十五頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-18

近對(duì)稱型三級(jí)旋回層序的相序模式第八十六頁，共九十八頁，2022年，8月28日在大多數(shù)情況下，霧迷山組的長(zhǎng)周期三級(jí)旋回層序均是一個(gè)以“總體向上變淺序列”為特征的相序(圖8-19，圖8-20示)，這種情況是其底界面暴露間斷時(shí)間不長(zhǎng)，伴隨著長(zhǎng)周期海平面相對(duì)上升過程，其沉積環(huán)境很快就恢復(fù)到發(fā)育“疊層礁”的潮下環(huán)境，因而在相序上反映不出一個(gè)逐漸加深階段。一般來講，這種非對(duì)稱相序又存在兩種情況：第一種情況是海平面長(zhǎng)周期變化旋回過程，環(huán)境加深效應(yīng)比變淺效應(yīng)顯著，因而其TST單元的厚度大于RST單元的厚度(圖8－19)；第八十七頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-19

霧迷山組三級(jí)旋回層序非對(duì)稱相序模式第八十八頁，共九十八頁，2022年，8月28日?qǐng)D8-20

霧迷山組中三級(jí)旋回層序的非對(duì)稱相序模式第八十九頁，共九十八頁，2022年，8月28日而由潮坪泥晶白云巖及潮上坪白云質(zhì)泥巖構(gòu)成的RST單元的總體厚度要大于發(fā)育潮下坪疊層石白云巖構(gòu)成的TST單元的厚度(圖8－20)。這也就說明，同樣是一具海平面升降變化過程，由于其加深效應(yīng)及變淺效應(yīng)在不同時(shí)間、不同古地理背景，將產(chǎn)生不同的沉積環(huán)境變化的響應(yīng)，從而形成不同的相序組構(gòu)形式。因此，那種以“厚層至塊狀疊層石白云巖”為特征的“疊層礁”，作為單個(gè)個(gè)體主要形成于高頻率海平面變化旋回的相對(duì)上升時(shí)期，作為組合體又主