地層學(xué)主要分支學(xué)科的運用例舉

地層學(xué)主要分支學(xué)科的運用例舉011111陳粲摘要：地層學(xué)是研究地殼表層成層巖石的學(xué)科。是地質(zhì)學(xué)的一個基礎(chǔ)學(xué)科。地層學(xué)研究的主要范圍是地層層序的建立及其相互間時間關(guān)系的確定，即地層系統(tǒng)的建立和地層的劃分與對比。地層學(xué)是一切地質(zhì)工作的基礎(chǔ)，許多重要礦層和有用巖石都直接屬于地層的一部分。本文就主要的地層學(xué)分支學(xué)科在今年來地質(zhì)工作中的運用舉例，幫助我們對地層學(xué)的學(xué)習(xí)，并使今后地層學(xué)在生產(chǎn)實習(xí)中的運用更加熟練。1.介紹地層學(xué)的主要分支包括年代地層學(xué)、巖石地層學(xué)和生物地層學(xué)。年代地層學(xué)以地層的地質(zhì)年代歸屬為主要研究內(nèi)容，以時間界面為準劃分地層，與地質(zhì)年代表一致是建立地層系統(tǒng)的基本要求。巖石地層學(xué)以地層的巖性特征為主要研究內(nèi)容，以巖性界面變化為準，劃分地層，是建立區(qū)域地層層序的主要方法。生物地層學(xué)以地層所含生物化石為主要研究內(nèi)容，以生物群的交遞變化為準劃分地層。由于生物演化具有全球的同時性和一致性，所以生物地層研究是確立地質(zhì)時代表的重要手段。現(xiàn)代地層學(xué)擴展了研究范圍，深化了地層類型及其時空分布與古環(huán)境、古構(gòu)造的關(guān)系，加強了歷史的、綜合的研究?，F(xiàn)代地層學(xué)還大量的使用了新的技術(shù)方法，開辟了新的領(lǐng)域，形成了新的分支學(xué)科，使地層學(xué)研究更為深入和準確。2.運用介紹2.1巖石地層學(xué)的運用巖石地層學(xué)是指對地殼中的巖石特征進行研究，并根據(jù)其特征和相互關(guān)系，將其組織成相應(yīng)地層單位的地層學(xué)分支學(xué)科。簡言之，是根據(jù)地層的巖性及巖性組合，對地層進行劃分、對比的學(xué)科。巖石地層學(xué)研究的對象為地層的巖石特征（包括巖石的顏色、成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造），巖石組合特征（巖層單層厚度、各類巖性的組合關(guān)系及旋回性），各巖層的接觸關(guān)系，巖層的空間展布特征和形成環(huán)境。在上述研究基礎(chǔ)上，劃分對比地層，建立巖石地層單位（龔一鳴、張克信，2007）。劉永清等在對峽東震旦系層型剖面沉積相研究中層運用到巖石地層學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，根據(jù)巖石組合特征，進一步還原了峽東地區(qū)震旦系的空間展布特征和形成環(huán)境。峽東地區(qū)震旦紀總體呈現(xiàn)的由北東向西南緩傾斜的構(gòu)造背景（趙自強等，1988,1980），據(jù)前人研究，震旦系碳酸鹽巖緩坡臺地沉積可以劃分出內(nèi)緩坡、中緩坡、外緩坡和盆地4個亞相帶。由于篇幅原因，在此只簡要的介紹內(nèi)緩坡相帶中環(huán)潮坪沉積。環(huán)潮坪沉積典型的特征是發(fā)育一系列向上變淺并具有帳篷構(gòu)造的角礫狀白云巖和細粉晶白云巖高頻疊加序列，單個高頻層序下部為泥晶或粉晶白云巖，發(fā)育水平層理和局部的凹狀和不規(guī)則狀紋層應(yīng)為潮間帶的沉積，上為角礫狀白云巖，具大型帳篷構(gòu)造，為潮間帶上部的沉積。田家園子陡山沱組底部露頭剖面發(fā)育2個完整的塞卜哈一環(huán)潮坪沉積序列，下部序列2.0~2.5m厚、上部1.5~2.O皿左右（劉永清等，2003）。將所做的研究，可做出地層柱狀圖如下（圖1）。

潮間卜環(huán)潮坪晚時，^OOOT環(huán)潮坪旋回￡.■環(huán)潮坪旋回5?[]一渤Uh"卜泌￡專果卜哈UOLJ1F*上曾匕帶塞卜哈SSxnrSxtS一W潮間卜環(huán)潮坪晚時，^OOOT環(huán)潮坪旋回￡.■環(huán)潮坪旋回5?[]一渤Uh"卜泌￡專果卜哈UOLJ1F*上曾匕帶塞卜哈SSxnrSxtS一W潮上帶塞七哈1瀚!1鼻町1小1購環(huán)潮扣旋回4■,=蕓；_-40s-JOL^irnriU土三■^三潮上帶寒卜哈潮間卜】0口用，潮坪旋叫3?裾11lO_1II1潮間匕11-J1切潮坪旋回2'1"--?虹潮I?帶塞卜哈好II腫!如響40cn)L^.41HPiMfriiHlBljFltlJEX.II--II弟1：匚―十Ji.m物i稱町7~潮L樣塞屋哈1環(huán)潮坪旋同1：中緩坡.,內(nèi)I緩I坡:壞1潮:坪ITII11ll：—潮1頑.ITithit圖1峽東陡山沱組下部塞卜哈一環(huán)潮坪沉積微相序列巖石地層學(xué)中的多個環(huán)潮坪旋回，充分而有力的表明了環(huán)潮坪沉積環(huán)境，并可以進一步的在后面沉積相研究中得到進展。2.2生物地層學(xué)的運用生物地層學(xué)是一個重要的分支學(xué)科，是運用生物進化的不可逆性和階段性來研究地層的學(xué)科。生物地層學(xué)的主要任務(wù)是研究地層中的化石記錄，并根據(jù)地層中所含化石的特性將巖層編制成若干地層單元，確定地層的相對地質(zhì)時代（龔一鳴等，2007）。本文就劉鵬舉等對華南峽東地區(qū)埃迪卡拉紀地層初探中對生物地層學(xué)的運用進行舉例。根據(jù)化石的產(chǎn)出層位和生物群組成特征，峽東地區(qū)埃迪卡拉紀古生物群明顯可劃分為早期以大型具刺疑源類為代表的微體古生物群發(fā)展演化階段和晚期以含埃迪卡拉型軟軀體宏體后生動物為特征的宏體后生生物兩個發(fā)展演化階段，兩個發(fā)展演化階段各自包含有若干個生物組合（劉鵬舉等，2012）。峽東地區(qū)早期微體古生物演化階段的化石產(chǎn)出層位位于陡山沱組的二段和三段的中下部，總體以大型具刺疑源類極度繁盛為特征，具刺疑源類不但豐度大，而且分異度高，其中，具刺疑源類化石Tianzhushania的親緣關(guān)系被解釋為后生動物胚胎的滯育囊胞。（尹磊明等，

2008）。峽東地區(qū)晚期生物化石在產(chǎn)出層位上位于陡山沱組四段和燈影組，以埃迪卡拉型軟軀體宏體后生動物的出現(xiàn)和宏體多細胞藻類的極度繁盛為特征，代表了一個重要生物演化階段的開始。此外，至晚期出現(xiàn)具弱礦化骨骼的管狀后生動物Cloudiniids類。根據(jù)宏體后生生物化石的垂向分布特征，可將此階段的化石劃分為3個組合，即：下部的廟河生物群組合；中部的以Vendotaenides類為主的宏體生物群組合；上部的以具弱礦化骨骼的管狀后生動物Cloudiniids類為特征的生物組合。由此得出了峽東地區(qū)埃迪卡拉紀的兩個生物發(fā)展階段，然后進一步的進行地層單元的編制。對埃迪卡拉紀劃分為兩統(tǒng)：下統(tǒng)對應(yīng)以大型具刺疑源類為主的生物演化階段；上統(tǒng)對應(yīng)含軟軀體后生動物為特征的生物發(fā)展演化階段，可與國際典型埃迪卡拉生物群出現(xiàn)的層位對比。2.3生態(tài)地層學(xué)的運用生態(tài)地層學(xué)是以生物的群落分析為基礎(chǔ)，研究地層中化石群落的時空分布及演替規(guī)律，用以劃分對比地層和恢復(fù)古環(huán)境，為盆地分析、沉積演化和礦產(chǎn)預(yù)測服務(wù)，海、陸、大氣演化控制生態(tài)系統(tǒng)的演化，三者的記錄分別保存在地層和化石群落中，利用古生態(tài)反演可識別古環(huán)境。例如陳忠等對海底冷泉的研究，利用了生態(tài)地層，還原了海底冷泉的古環(huán)境。長期以來深海環(huán)境被認為是生命的禁區(qū)，那里陽光無法到達，光合作用不能進行，生物缺乏必要的食物來源。然而，在海底冷泉噴口或熱液噴口，存在以化能自養(yǎng)細菌為初級生產(chǎn)者的食物鏈，衍生成群落結(jié)構(gòu)獨特的生態(tài)系統(tǒng)，拓展了深海極端環(huán)境下生命的潛在界線。在高等生物分類學(xué)上，冷泉環(huán)境和熱液環(huán)境的生態(tài)群落相似，但冷泉系統(tǒng)的生物量高而生物多樣性低，已被確認的冷泉生物物種已超過210個。冷泉和熱泉生態(tài)系統(tǒng)的生長速率不同。熱泉生物一般生長得很快，巨大熱液管狀蠕蟲是地球上生長最快的無脊椎動物之一；然而冷泉生態(tài)系統(tǒng)生長非常慢，如冰蠕蟲可以存活250a。冷泉生態(tài)系統(tǒng)的分布形式受甲烷流體流速、水體或沉積物間隙水中還原態(tài)化學(xué)元素種類的活性所控制。在冷泉環(huán)境中存在的微生物類型主要為自由生活的甲烷氧化菌、硫酸鹽還原菌和共生的甲烷氧化菌、硫酸鹽還原菌。在甲烷和硫酸鹽濃度高的環(huán)境中，甲烷氧化菌和硫ss異養(yǎng)微生物、型底棲生杉微型生物統(tǒng)蟲類魚、螃蟹、章魚、扁形蟲、冷水珊瑚蛤類貽貝類管狀蠕蟲共生多毛類動物圖2冷泉化能自養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及食物鏈特征（陳忠等，2007）ss異養(yǎng)微生物、型底棲生杉微型生物統(tǒng)蟲類魚、螃蟹、章魚、扁形蟲、冷水珊瑚蛤類貽貝類管狀蠕蟲共生多毛類動物圖2冷泉化能自養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及食物鏈特征（陳忠等，2007）酸鹽還原菌與甲烷發(fā)生AOM,為化能合成生物群落繁衍提供了碳源和能量，成為冷泉生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者。在初級生產(chǎn)者基礎(chǔ)上，繁衍著管狀蠕蟲、蛤類、貽貝類、多毛類動物以及海星、海膽、海蝦等一級消費者和魚、螃蟹、扁形蟲、冷水珊瑚等二級消費者，它們最終被線蟲類動物分解而回歸自然，形成一套完整的冷泉生態(tài)系統(tǒng)（圖2）。如圖，弄清了海底冷泉生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，便弄清了海底冷泉古環(huán)境的特征。以缺氧甲烷氧化為能量基礎(chǔ)而繁衍成的冷泉生態(tài)系統(tǒng)，以嶄新的面貌詮釋著生命的含義，同時也改變了人們的思維方式，為探索生命的起源、發(fā)現(xiàn)新的微生物代謝途徑和生存對策等提供了前所未有的機遇。2.4化學(xué)地層學(xué)綜合前人化學(xué)地層學(xué)研究的方法或手段，基本上是根據(jù)地層中化學(xué)元素（常量、微量、稀土元素）和同位素的含量或比值的特征，采用一些數(shù)學(xué)方法進行圖譜分析，進而歸納出其中的變化特征或規(guī)律，且常常結(jié)合地層巖性、巖相、生物學(xué)和構(gòu)造學(xué)特征等，應(yīng)用于地層的劃分、對比和成因等方面的研究（龔一鳴等，2007）。例如震旦系沉積相研究中，對Ce、Eu的異常研究：稀土元素在沉積巖中的分布除自身固有的物理、化學(xué)習(xí)性外，與沉積環(huán)境和亞、微相關(guān)系密切，并表現(xiàn)出不同的稀土元素配分樣式。峽東震旦系碳酸鹽巖稀土元素總量以潮間帶中下部一潮下帶上部微相最為豐富平均值為23.21x10-6,潮間帶上部和潮上帶微相居中，為12.21X10-6,而臺緣淺灘、潮汐流淺灘和灘后障蔽渴湖等微相稀土總量最低，為6.99-4.83X10。以變淺、暴露以及干燥蒸發(fā)環(huán)境為主的碳酸鹽巖沉積亞微相中稀土元素普遍表現(xiàn)Eu的虧損。6Ce和0Eu在判別沉積環(huán)境的變淺、變深或海平面的升降方面更具有獨到的意義，從小尺度沉積旋回序列上,沉積環(huán)境由深到淺的變化往往伴隨著6Ce的明顯減少和6Eu豐度的相對減低。因此，利用6Ce隨環(huán)境由淺變深的正異常以及6Eu的負異常特征完全可以幫助判別乃至微小沉積環(huán)境的變化，尤其是在層序地層學(xué)研究中可以依此合理推斷和判別層序界面的發(fā)育和位（劉永清等，2003）。朱茂炎老師等也利用同位素地層學(xué)，做出了陡山沱組沉積相的研究。對于著名的三峽和宜昌北部的沉積相分析表明三峽地區(qū)是樣子板塊近海沉積，與貴州省甕安地區(qū)相似。不同地區(qū)的碳同位素顯示了不同的相，結(jié)果證明613C的負偏移在陡山沱組第二段十分顯著，名為BAINCE。伴隨了其他三個613C的偏移，初期的CANCE，第一個邊界中的WANCE，和陡山沱組頂部的DOUNCE。這些化學(xué)底層學(xué)數(shù)據(jù)證明了埃迪卡拉紀的海相演變（朱茂炎等，2011）。通過對不同地區(qū)的同位素碳、氧同位素分析，得出以下結(jié)論（圖3）。0gucnbtts圖3湖北西部陡山沱組研究地區(qū)和貴州中部甕安北斗山地區(qū)的地層對比0gucnbtts圖3湖北西部陡山沱組研究地區(qū)和貴州中部甕安北斗山地區(qū)的地層對比普遍的地層序列和（513C地層學(xué)變化在左列?；疑幱氨硎矩撈?，紅色虛線表示地層序列邊界。同位素地層對比，證明了埃迪卡拉紀的海相演變。3.結(jié)語地層學(xué)的分支學(xué)科有許多許多，除了文中所述，主要的地層學(xué)分支學(xué)科還包括年代地層學(xué)、磁性地層學(xué)、層序地層學(xué)、事件地層學(xué)、旋回地層學(xué)、地震地層學(xué)、土壤地層學(xué)等。各個地層學(xué)分支學(xué)科在實際的科學(xué)研究中息息相關(guān)又缺一不可。地層學(xué)的運用廣泛、方法多樣，在以后我們的生產(chǎn)實習(xí)中，熟練的運用地層學(xué)的相關(guān)知識，是成為一個合格地質(zhì)工作者的基本要求。參考文獻趙自強，邢裕盛，馬國干等.1980.湖北峽東震旦系.中國震旦亞界.天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社.趙自強，邢裕盛，丁啟秀，等.1998.湖北震旦系.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社.劉永清，尹崇玉，高林志，等.2003.峽東震旦系層型剖面沉積相研究.地質(zhì)評論（49卷，第2期）.陳忠，楊華平，黃奇瑜，等.2007.海底冷泉特征與冷泉生態(tài)系統(tǒng)的群落結(jié)構(gòu).熱帶海洋學(xué)報（26卷，第6期）.龔一鳴，張克信.2007.地層學(xué)基礎(chǔ)與前沿.武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社.尹磊明，周傳明，袁訓(xùn)來.2008.湖北宜昌埃迪卡拉系陡山沱組天柱山卵囊胞