第二章 巖石地層學(xué)

第二章巖石地層學(xué)第1頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)巖石地層劃分的目的目的：系統(tǒng)地把地球的巖層組織成為代表這些巖石的巖性特征主要變化的命名單位。所有的地層單位都是由巖石組成的，因而具有“巖石特征”，但是，只有巖石地層單位才是根據(jù)巖石(巖性特征)的類別：石灰?guī)r、砂巖、凝灰?guī)r、粘土巖、玄武巖、大理巖等劃分的。識別這樣的單位，對于推論地球地層的物理性質(zhì)，確定局部和區(qū)域構(gòu)造，研究礦物資源的分布規(guī)律，決定巖層的成因和清理巖石順序等，均具有重要的意義．而且是解決這些問題的必不可少的工作。巖石地層劃分常常是新地區(qū)地層工作的第一步，仍然是區(qū)域地層學(xué)的一項(xiàng)主要內(nèi)容。此外，對于地質(zhì)歷史的研究經(jīng)常是一把重要的鑰匙。很多地質(zhì)事件，在確定了巖石地層單位以后，即使沒有化石或同位素年齡值，對其成生順序也可加以肯定的判斷和推論。第2頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)巖石地層學(xué)的基本定義一、巖石地層學(xué)及巖石地層劃分二、巖石地層單位三、巖石地層帶四、巖石地層面

第3頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月一、巖石地層學(xué)及巖石地層劃分巖石地層學(xué)是論述地層的巖性及根據(jù)巖石特征組織成地層單位的地層學(xué)組成部分。巖石地層劃分是根據(jù)其巖性特征把巖層組織成地層單位的劃分。化石被看成巖石的物質(zhì)組成部分。在建立巖石地層單位時(shí)，不考慮生物地層界線及年代地層界線，但巖石地層單位一旦建立后，就要繼續(xù)進(jìn)行詳盡的生物地層及年代地層研究，從而弄清巖石地層單位的時(shí)空分布特征。第4頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月二、巖石地層單位巖石地層單位是指“一個(gè)含某種巖石類型為主，或幾種巖石類型的聯(lián)合，或者具有其他明顯的或一致的巖性特征而統(tǒng)一在一起的巖石體”(赫德伯格，1976)。一個(gè)巖石地層單位可以由沉積巖，或巖漿巖、或變質(zhì)巖，或者是這些巖石的兩種以上的共生所組成。巖層可以是固結(jié)的，也可以是未固結(jié)的。單位的關(guān)鍵性要求是整體巖性一致的實(shí)質(zhì)程度(本身變化多端的細(xì)節(jié)可以構(gòu)成一個(gè)整體巖性統(tǒng)一的形式)。巖石地層單位根據(jù)能觀察到的物理特征來識別和下定義，而不是根據(jù)推論的地質(zhì)歷史或形成方式?；蛘咦鳛樯倭康牡珔s明顯的物理組分，或者由于像在貝殼巖、硅藻土、煤層中它們的成巖特征．對于識別一個(gè)巖石地層單位很重要。巖石地層單位的地理分布完全受其特殊的巖性特征的連續(xù)性和延展所控制。只有野外易于識別的宏觀巖性特征才用作巖石地層單位的基礎(chǔ)。

《國際地層指南》(赫德伯格，1976)對巖石地層單位所下的定義，其本質(zhì)是“巖性的整體一致性”與“野外易于識別的宏觀巖性特征作為基礎(chǔ)”，這對于野外地質(zhì)人員的具體工作來說有其實(shí)用和簡便的一面。但是地層記錄中具有巖性整體一致的情況太少，只要那些厚度不大、空間分布廣泛、巖性巖相單一的具有“相的持續(xù)性”特征的地層，才可以根據(jù)這種定義來識別和組建地層單位。實(shí)際上，地層記錄中由于巖石形成環(huán)境的頻繁的時(shí)空遷移和演變，不管在縱向上還是橫向上，巖性總是變化的，而這種變化也存在其本身的成因聯(lián)系和規(guī)律性，巖性整體一致的情況很少，這往往給建立巖石地層單位帶來了困難。另外．工作人員對巖石的了解程度不一樣，所劃分的巖石地層單位也不一樣。目前，離開巖石的成因規(guī)律來建立、識別和定義地層單位，總存在許多混亂。第5頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月三、巖石地層帶巖石帶是一個(gè)非正式的巖百地層單位，是根據(jù)一般巖石特征統(tǒng)一起來的一個(gè)地層體，但對于這種巖石特征缺乏充分的必要的資料足以證明其代表一個(gè)正式單位時(shí)，就便用巖石帶來代表它。第6頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月四、巖石地層面是一個(gè)巖石地層變化的面或明顯巖石地層特征的面；對于對比(不一定是時(shí)間對比)非常有價(jià)值；一般地說，它是一個(gè)巖石地層單位的界線，它是巖石地層單位內(nèi)一個(gè)巖性上明顯的面或極薄的標(biāo)志層。第7頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)巖石地層單位的種類一、正式巖石地層單位的等級

群、組、段、層、體（巖流層）二、組：巖石地層劃分的基本單位，是完全根據(jù)巖性劃分各地地層柱的唯一正式的巖石地層單位。三、段：組內(nèi)命名的巖石實(shí)體，級別僅低于組的正式巖石地層單位四、層：段內(nèi)或組內(nèi)的命名的特征巖層，或在火山巖序列中最小的獨(dú)特層狀巖石，最小的巖石地層單位五、群：兩個(gè)或兩個(gè)以上相鄰組的組合或行將劃分為若干組的序列。級別高于組的正式巖石地層單位第8頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月六、亞群或超群：可以用于幾個(gè)群的組合，或具有明顯共同特征的組和群的組合。七、雜巖：一種或幾種不同類型的巖石組成的，并以其構(gòu)造高度復(fù)雜、組分巖石的原始層序模糊不清為特征的一個(gè)巖石地層單位。八、非正式巖石地層單位：（1）工業(yè)單位。如：含水層、油層。（2）舌狀體和扁豆體。舌狀體和扁豆體(透鏡體、透鏡狀體)曾常常用作級別獨(dú)立的巖石地層術(shù)語，它們不過是段的(或組的)特殊形狀。（3）礁。礁足通常用于珊瑚、鈣藻或其他固著生物就地造成的一個(gè)有機(jī)碳酸鹽巖團(tuán)塊的術(shù)語。（4）其他的非正式單位。如：泥流、底辟、巖墻、旋回層等。第9頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)建立巖石地層單位的程序一、作為定義標(biāo)準(zhǔn)的層型在一個(gè)巖石地層單位的定義中，指定一個(gè)典型的剖面是最重要的。二、參考剖面（次層型）三、巖石地層單位的界限放在巖性變化的位置處，應(yīng)劃在最有益表現(xiàn)巖石地層發(fā)育的地方。四、不整合面和間斷

第10頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月一、作為定義標(biāo)準(zhǔn)的層型

不論哪一級的巖石地層單位，對它進(jìn)行命名都需要清楚而精確的標(biāo)準(zhǔn)定義，以便盡可能最充分，解其側(cè)向和縱向變化。在一個(gè)巖石地層單位的定義中，指定一個(gè)典型剖面(單位層型)是最重要的。巖石地層單位的層型是特指的巖層序列。據(jù)此對單位巖石特征作出標(biāo)準(zhǔn)定義。層型指定在一個(gè)特定的地點(diǎn)，單位的名稱最好就取自這個(gè)地點(diǎn)。組或更低級別的巖石地層單位的層型一般是簡單的單位層型。比組大的巖石地層單位(如群)的層型經(jīng)常是復(fù)合層型，即群內(nèi)組的層型的復(fù)合。地層接近水平或露頭不多的地方，一個(gè)單位的完整剖面在一個(gè)合理的有限面積內(nèi)沒有出露的地方，往往無法指定任一特別完整而連續(xù)的剖面作為單位層型。這時(shí)只能指定一個(gè)典型地區(qū)或典型地點(diǎn)，而不是一個(gè)典型剖面。在這種情況下，主要是明確地規(guī)定特定諸剖面的上、下界線層型，從這些層型能看到和上覆、下伏單位間的變化。單位層型的等同物就是典型地區(qū)內(nèi)上、下界線層型間出現(xiàn)的、顯然是一個(gè)特殊剖面或地區(qū)內(nèi)的一特殊地層間隔，但在別處認(rèn)出來的這個(gè)單位，其厚度和時(shí)間間隔可以比層型大，或者小。在他處要規(guī)定為同一單位的唯一關(guān)鍵性要求，就是必須具有和層型同樣的巖性和相對地層位置。第11頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月二、參考剖面（次層型）用一個(gè)指定的單位層型剖面(正層型)作基礎(chǔ)的巖石地層單位，其定義常由一個(gè)在其他地理區(qū)內(nèi)指定的一個(gè)或幾個(gè)輔助的參考剖面(次層型)進(jìn)行有效的補(bǔ)充，這些參考剖面有時(shí)甚至比原來的單位層型出露得還要，或者更容易接近。但這種參考剖面必須看作是附屬于正層型的。第12頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月三、巖石地層單位的界限巖石地層單位的界線放在巖性變化的位置處，它可以是巖性突變的接觸面，也可以人為地置于巖性漸變帶內(nèi)。他們應(yīng)劃在最有益于表現(xiàn)巖石地層發(fā)育的地方，巖石地層單位的界線往往穿切時(shí)間面，穿切化石延續(xù)時(shí)限的界線及穿過其他任一種地層單位的界線。當(dāng)一個(gè)巖石地層單位以兩種或兩種以上的巖石相互漸變或復(fù)雜的相互交錯(cuò)方式沿縱、橫向過渡到另一個(gè)單位時(shí)，這個(gè)界線必然是人為的，并應(yīng)選擇最能提供實(shí)用的單位。例如．一個(gè)石灰?guī)r單位向上經(jīng)頁巖和石灰?guī)r的互層而到一個(gè)頁巖單位的漸變中，界線可以人為地放地序列內(nèi)最高處易于追索的石灰?guī)r層的頂。如果兩個(gè)單位間的漸變或交錯(cuò)帶延展甚廣，則界于二單位間巖性混合部分可以建立和命名第三個(gè)獨(dú)立單位，或者以二單位名稱間以連結(jié)號如“α－β組”，來指定它為代表兩組間側(cè)向過渡的一個(gè)非正式臨時(shí)單位，總之采取對情況最有意義的辦法。一般地說，單位應(yīng)保持實(shí)際效用最大、數(shù)量最少。第13頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月由于巖層的許多巖性變化給描繪巖石地層單位的界線提供了廣闊的選擇余地。只要要求保持巖性一致的程度不變，這些界線的選擇自然就要受到諸如側(cè)向的可追索性、自然地理表現(xiàn)、化石內(nèi)容、成巖作用以及錄井特征等因素的影響。赫德伯格(1976)對巖石地層單位的界線的處理上，總是帶有人為性及隨意性。今天，當(dāng)我們重新思考巖石地層單位的界線時(shí)，大量的事實(shí)表明它無非是兩種：相變面和間斷面，因?yàn)檫@兩種類型的界面常常是巖石序列發(fā)生重大變化的面，實(shí)際上許多巖石地層單位的界線已無意識地與相變面和間斷面重疊，但赫德伯格(1976)所推出的“地層規(guī)范”又盡量想避開這樣的界線，他的理由是這樣的界線帶有成因和推斷的涵義，這就表明了“地層規(guī)范’’總想把復(fù)雜的地層記錄簡單化，這似乎給應(yīng)用和實(shí)踐帶來方便，但同時(shí)又產(chǎn)生了無數(shù)的混亂。第14頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月四、不整合面和間斷巖性非常相似但卻包含著一個(gè)局部的小間斷、平行不整合或不整合的巖石序列不應(yīng)當(dāng)只因?yàn)檫@些沉積內(nèi)存在間斷而分成兩個(gè)巖石地層單位。除非具有一個(gè)合適確定界線的巖石特征．但把區(qū)域性不整合或大間斷隔開的相鄰地層聯(lián)合成單一巖石地層單位的做法，即使不存在大的巖性差別證明可分時(shí)，也應(yīng)最好避免。對于以上“地層規(guī)范”中的論述，表明赫德伯格(1976)在當(dāng)時(shí)忽視了不整合和間斷的重要意義，同時(shí)也忽視了地層記錄的復(fù)雜性和不完整性。這方面的問題放在本章第六節(jié)專門介紹。這當(dāng)然也是本書介紹和討論的主題，后文的幾章將詳盡地介紹。第15頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)延伸巖石地層單位的程序—巖石地層對比一、對于鑒定巖石地層單位及其界線間接證據(jù)的使用當(dāng)巖性或許一致，但因出露貧乏或無露頭難以證明絕對可靠時(shí)，單位的鑒定和對比只可以根據(jù)間接指定的巖石成分作標(biāo)準(zhǔn)。地貌表現(xiàn)、成巖證據(jù)、電錄井特征、地震反射、明顯的植被在這類方法中曾一般被采用。特征化石的存在對于確認(rèn)一個(gè)巖石地層單位的可能存在也是有用的。但是，根據(jù)這一方法追索或鑒定一個(gè)巖石地層單位只是應(yīng)用推論的巖石證據(jù)，不是直接的真正的巖石地層特征。二、當(dāng)界線用的標(biāo)志層當(dāng)一個(gè)容易發(fā)現(xiàn)的巖性垂直變化處或附近有標(biāo)志層時(shí)，標(biāo)志層的頂或底可以當(dāng)作一個(gè)正式巖石地層單位的界線使用。即使這個(gè)標(biāo)志能追出典型地區(qū)，這個(gè)潛在的界線標(biāo)志并不單獨(dú)證明一個(gè)巖石地層單位的延伸。當(dāng)兩個(gè)界線標(biāo)志層之間的巖石變得基本上不同于典型地點(diǎn)的巖石時(shí)，即使標(biāo)志層仍然連續(xù)，也應(yīng)該承認(rèn)一個(gè)新的單位。

第16頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月第六節(jié)傳統(tǒng)的巖石地層學(xué)面臨的挑戰(zhàn)1.傳統(tǒng)的“統(tǒng)一地層學(xué)”方法：把哲學(xué)的“統(tǒng)一變化論”強(qiáng)加于天然事實(shí)之上，生物的變化與巖石的變化是有機(jī)相連的，并且它們的變化是同步的。2.赫德伯格“國際地層指南”一些局限性總是強(qiáng)調(diào)巖石的本質(zhì)上的總體物質(zhì)統(tǒng)一來劃分和對比巖石地層。第17頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月一、沉積地層的物質(zhì)組分的產(chǎn)生變化及時(shí)空分布特征如圖，在碎屑巖沉積體系中，相對海平面變化將造成沉積物容納空間增長速率的變化，在相對海平面上升期間使潮下高能砂灘向陸地方向遷移，在相對海平面停滯期及下降期將造成砂灘的進(jìn)積作用——向海盆方向遷移，這種升降旋回過程就產(chǎn)生了旋回性記錄，即旋回層序I、Ⅱ、Ⅲ，這些旋回層序的內(nèi)部組成相序在不同的剖面點(diǎn)將發(fā)育各自不同的相序及其有序疊加形式，巖石體(A、B、C)將隨海平面變化而發(fā)生橫向遷移。旋回層序I、Ⅱ、Ⅲ與巖石地層單位A、B、C之問的疊置關(guān)系不是一下就可以識別出來的，而是由若十個(gè)露頭點(diǎn)(圖之①至⑤)的詳細(xì)的巖性巖相研究而總結(jié)出來的。圖2－1碎屑巖沉積體系中，相對海平面變化產(chǎn)生的旋回層序第18頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月圖2－2碳酸鹽沉積體系中，相對海平面變化產(chǎn)生的旋回層序在碳酸鹽沉積體系中，也存在類似的情況。與相對海平面變化響應(yīng)的是顆粒灘的進(jìn)積和退積作用，其結(jié)果將形成旋回層序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，它們與物質(zhì)特征整體一致的巖石地層單位A、B、C之間存在一個(gè)復(fù)雜的疊置關(guān)系，這種復(fù)雜的疊置關(guān)系是通過不同的剖面點(diǎn)的詳細(xì)觀察才能推斷出。第19頁，課件共21頁，創(chuàng)作于2023年2月綜上所述，我們可以得出以下結(jié)論：

(1)巖石地層的沉積記錄中存在兩種穿時(shí)面，即相界面穿時(shí)和間斷面穿時(shí)。圖2-l及圖2-2中，巖石組分較均一的巖石地層體(A、B、c)之間的界面就是相界面，必然是穿時(shí)面；而旋回層序Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ之間的界面是間斷面(或者為加深間斷或者為暴露間斷)，這種間斷面由于古地理位置不同，其間斷時(shí)間也不相同，也是一個(gè)穿時(shí)面。地層記錄的復(fù)雜性又說明，兩種穿時(shí)只在一個(gè)點(diǎn)上難以識別。

(2)地層紀(jì)錄相當(dāng)復(fù)雜，復(fù)雜變化的巖石體的空間分布在露頭點(diǎn)上的表現(xiàn)特征變化多端(圖2-1之①至⑤，圖2－2之①至③)，要確定巖石體的時(shí)空分布特征，必須經(jīng)過若干點(diǎn)的詳細(xì)工作才能得出符合規(guī)律的事實(shí)。

(3)在各個(gè)不同的剖面點(diǎn)，其巖層的疊加形式變化多端。如圖2-1中，純粹由巖石體c構(gòu)成的地層只在⑤處所見到，B在③處，A在①處；剖面②和④是它們的過渡類型，但剖面②以向上變細(xì)、向上變淺為特征，剖面④以向上變淺、向上變粗的相序?yàn)樘卣?，在圖2－2中也存在類似的變化特點(diǎn)。也就是說，在地層記錄中，不管在橫向上還是垂向上，那種總體巖性均一的情況是很少的，不同的古地理背景下其巖石序列由于動(dòng)態(tài)環(huán)境的變化而變化多樣，要人為的避免這種變化是行不通的，因?yàn)樗c自然事實(shí)不相符合。

(4)從圖2－1與圖2—2中可看出，雖然巖石序列變化多樣，