化学地层学及其研究进展
1 沉积相研究现状及进展
一、国内外现状、发展趋势及开题意义（一）国外相关产业和技术现状、发展趋势沉积相相这一概念最早是由丹麦地质学家斯丹诺（Steno，1669）引入地质文献，并认为相是在一定地质时期内地表某一部分的全貌。
1838年瑞士地质学家格列斯利（Gressly）开始把相的概念用于沉积岩，他认为“相是沉积物变化的总和，它表现为这种或那种岩性的、地质的或古生物的差异”。
自此，相的概念逐渐为地质界所接受和引用[1]。
沉积相的研究对象是沉积物，研究不同环境有何不同的产物及表现，以及如何从产物本身反演出过程和环境，也就成为有关沉积相研究的密切相关的两个方面，前者是后者的前提和根据[2]。
自Homes（1965）提出沉积体系概念以来，沉积相研究形成了又一个新高潮。
近年来，沉积体系的概念在层序地层和沉积学研究中得到了广泛的应用，在不同类型三角洲、深水沉积体系、不同类型河流沉积体系研究与相应砂体油气勘探方面均取得了显著成果。
目前，沉积学理论日益丰富和完善，研究技术和手段日益先进，学科的交叉渗透出现了一系列与沉积学相关的学科，如沉积动力学、成岩作用和成矿理论、层序地层学、构造沉积学、生物成矿作用的学说和储层沉积学、测井沉积学等。
随着沉积学的发展，目前已从对局部沉积环境的研究扩大到了对整个盆地范围的沉积环境进行分析的阶段。
此外，随着仪器设备的日益更新和计算机的应用，对沉积学进行定量化研究己成大势所趋。
（二）国内相关产业和技术现状、发展趋势沉积相自70年代以来，我国的沉积相研究正在努力赶上国际研究的步伐，在碳酸盐岩、湖泊沉积、潮汐沉积、风暴沉积及重力流沉积等许多方面都取得了重要的研究成果[18-21]，同时为我国油气资源的开发提供了理论指导。
在陆相研究方面业已形成特色[2]。
目前，沉积相分析有向纵横两方面并行发展的趋势。
纵向上研究逐渐深入，精细地质研究成为重点，随着油田开发程度提高，已开始砂层沉积微相的识别；横向上由单一分析向综合研究发展。
地层的概念
地层的概念地层概念地层是指地壳中不同层次的岩石或土层的堆积状况。
地层是地球表面上形成并可见的地球材料的层状分布，是对地壳内在构造、演化历史的重要记录。
通过研究地层，可以了解地球历史的变迁和地质事件的发生过程。
相关内容地层研究是地质学的重要分支之一，涉及地层学、古生物学、地球化学等多个学科的知识。
地层学地层学是研究地球与地壳内不同层次的岩石或土层堆积状况的学科。
通过分析和描述地层的组成、性质、时代和空间分布等特征，可以对地球历史的演化进行重建，揭示地球内部及地壳变化的规律。
地层学是石油勘探、水文地质、工程地质和地质灾害研究的重要基础。
古生物学古生物学是研究地层中保存的古代生物化石及其生态环境的学科。
通过对不同地层中出现的古生物化石的鉴定、分类和分布等研究，可以推断不同时期的生物演化和生态环境变化，为研究地层的年代和沉积环境提供重要依据。
地球化学地球化学是研究地壳和地球表层各种元素和化学物质的组成、分布及其地球化学循环过程的学科。
通过分析不同地层中的元素、同位素及有机质等化学特征，可以揭示地层的沉积环境和沉积过程，对资源勘探和环境保护具有重要意义。
总结地层作为地质学研究的重要内容，可以通过地层学、古生物学和地球化学等学科的研究方法，揭示地球历史演化和地壳内部变化的规律。
通过对地层中的岩石、土层及其中的生物化石和化学特征的研究，可以了解地层的堆积时代、沉积环境和地球材料的性质，为资源勘探、环境保护和工程建设提供科学依据。
地层的划分和分类地层的划分是根据地质过程中的相变、沉积和变质等特征进行的。
常用的地层划分方法包括岩性地层和时代地层两种。
•岩性地层是根据不同岩石类型和岩性特征进行划分的。
常见的岩性地层包括砂岩层、泥岩层、石灰岩层等。
岩性地层的划分可以说明地质过程中的沉积环境和物质来源，对工程建设和地质灾害防治有重要作用。
•时代地层是按地壳中不同时代的沉积岩层进行划分的。
时代地层的划分是根据地层中保存的古生物化石和地球化学特征，结合地层序列和地层剖面等综合研究给地层标定年代的过程。
三级层序体系域四分：陆相层序地层学研究进展之一
三级层序体系域四分：陆相层序地层学研究进展之一经典层序地层学重塑了一个堪称”模式”的被动大陆边缘盆地层序地层模式，在该模式中一个完整的三级层序应由低位体系域、海侵体系域和高位体系域所构成，并被广泛应用于海相硅质碎屑岩层序地层研究中。
但理论及实践证明，该模式并不完全适用于陆相盆地。
由于陆相湖盆无论在盆地发育特点、层序地层发育主控因素等方面都与被动大陆边缘盆地差异悬殊，国内在陆相层序地层研究中，并没有生搬硬套这个经典层序地层学体系域三分模式，而是在长期过程中逐步形成了三级层序体系域四分的主流趋势，尽管这个趋势当前尚没用引起高度重视。
本文以层序地层学相关研究进展为主线，通过文献综述形式，对陆相湖盆三级层序四分体系域的发展过程和理论体系原理提出作者个人浅见，以期抛砖引玉。
标签：陆相湖盆层序地层学层序模式三分体系域四分体系域0引言20世纪90年代以来，国内陆相湖盆层序地层学研究进入了全面发展阶段，在层序地层发育控制因素、层序边界形成机制、层序分级、体系域划分方案、层序地层模式、研究方法与技术手段以及层序地层学应用等方面都取得长足进展[1-2]。
但也遗留下来了一些问题和争议。
笔者通过大量的文献调研发现，当前国内在陆相湖盆层序地层研究过程中，一个三级层序地层单元内体系域组成具有四分的趋势，但这个趋势尚未引起学术界的高度重视。
本文总结了陆相湖盆三级层序四分体系域理论体系的发展过程，并结合国内外层序地层学相关的研究进展，浅析其理论机理，以期抛砖引玉。
1陆相湖盆三级层序四分体系域的发展过程1.1三分体系域阶段国内的层序地层学研究始于20世纪90年代，理论体系主要源自国外例如P.R.Vail等人的经典层序地层学、以及Olsen、Scholz等人倡导的裂谷湖盆层序地层学，探索性地将之应用于中国陆相湖盆尤其东部裂谷盆地的油气勘探实践。
然而，尽管也建立了一些有别于前人的中国陆相湖盆层序地层模式，但其仍摆脱不了经典层序地层学三分体系域模式的束缚，尤其是在体系域命名上，将经典层序地层学低位体系域、海侵体系域和高位体系域的术语体系效仿性地称为低水位体系域、湖侵体系域（或湖进体系域、水进体系域等）和高水位体系域。
地层学原理---第五章 地层层序 地层结构 地层
2） 二级层序：mesosequence（中层序）
该层序代表地球一个中等周期的变化，这种变化是 由太阳学穿越银道面周期发生的，其时限，据Innanen （1978）计算为67Ma，即太阳系两次穿越银道面的间 隔时间为33.5Ma，Stothers(1985)提出了（31±3）Ma和 （33±3）Ma两个值；Wang and shi(1996)认为最短时 间段为35—36Ma，史晓颖把35Ma称为地质历史上一个 重要的自然临界周期。二级层序不仅表现在全球海平 面变化、生物群绝灭、构造强动幕、岩浆活动、古气 侯、古地磁侧转等，而且还表现在古地理的演化上。
2. 李勇等（1994）提出3种岩石地层结构：进积型、加积型和 退积型，陆相地层均决于冲积体系进积、加积、退积的 演化过程。
3. 魏家庸等（1991）提出韵律结构（Rhythmic texture）、旋 回 结 构 （ Cyclic textare ） 、 均 一 结 构 （ Homogeneous texture）、加积结构（Aggradational textune）、退积结构 （ Retrogradational texture ） 和 进积 结 构 （ Progradational texture）
（二） 岩石地层结构的构成单元
（1） 岩层（bed）； （2） 岩层组（bed sets）； （3） 基本层序（essential sequence）； （4） 基本层序组（essential sequence set相当于
Parasequence)Байду номын сангаас
层序地层学的研究进展及发展方向
层序地层学的研究进展及发展方向苗爱生1,2,张亚平2,唐发春3,李西得2,陈 冬4,徐志伟5(1.中国地质大学(武汉)地球科学学院,430074;2.核工业208地质队,014010;3.青海省湟中县水务局设计室,811601;4.中国黄金集团公司;5.中石油吉林油田勘探开发研究院,131100) 摘 要:层序地层学经过二十多年的快速发展,已成为一个具有巨大应用前景的地学分支。
作为当今地质学界研究的热点问题之一,备受国内外地质学界的关注。
笔者在综合国内外大量研究成果的基础上,回顾了层序地层学的起源和发展历史,总结了层序地层学的研究进展,评述了层序地层学的发展方向。
关键词:层序地层学;研究进展;发展方向1 层序地层学概述层序地层学是研究以侵蚀面或无沉积作用面以及可与之对比的整合面为界的、有成因联系并具旋回性的地层格架内的岩石关系为主要内容的一门学科[1]。
是上个世纪70年代末由美国Rice大学Vail 及其在Ex xo n公司卡特研究中心的同行M itchum 和Sargr ee等在地震地层学基础上创立起来的一门新的地层学分支科学[2]。
Vail提出的层序地层学认为:层序发育的主要控制因素是全球海平面升降,并提出它是研究一套由侵蚀面或无沉积面、或与之相当的不整合面所限定的、重复出现并有成因联系的、限制在一定年代地层格架内的岩石关系,从而体现了成因地层学本质。
并且Vail等提出层序是层序地层学研究的基本单元,并定义:层序是一个成因上相关、内部相对整合连续的地层单元,其顶、底被不整合面或与之相对应的整合面所限定。
由于层序界面的等时性和层序内沉积的连续性,使层序体现了年代地层和岩石地层的双重属性。
层序地层学代表了地质学领域里的一场新的革命,是一种划分、对比和分析沉积岩系的新方法,其理论指导的地层研究极大地改变了人们对地层形成过程和盆地建造控制作用的认识,其模式分析对地层格架的建立和数字模拟研究提供了一个强有力的手段,使地层学的研究前进了一大步[3]。
地层年代 阶的划分
地层年代阶的划分地层年代划分是地质学研究的基础内容之一，它对于了解地球历史、探究地球演化规律以及资源勘探和环境保护等方面具有重要意义。
本文将从地层年代划分的重要性、划分方法、应用领域、我国研究进展以及其在资源勘探和环境保护中的作用等方面进行详细阐述。
一、地层年代划分的重要性地层年代划分是研究地球历史的关键环节，通过对地层的年代学研究，可以揭示地球表层形成的顺序、演化的历程以及地球系统的演化规律。
此外，地层年代学还为资源勘探、环境保护以及地质灾害防治等领域提供了重要的时间尺度。
二、地层年代的划分方法地层年代的划分主要依赖于生物地层学、岩石地层学和化学地层学等方法。
1.生物地层学划分：通过研究地层中的生物化石，确定其所属的时代和生物群落特征，从而进行地层年代划分。
这种方法在地层划分中具有较高的准确性，尤其在晚古生代和新生代地层研究中具有重要意义。
2.岩石地层学划分：依据地层的岩石组合、岩相、岩性等特征进行地层年代划分。
这种方法在地层划分中具有广泛的应用，尤其在沉积岩分布广泛的地区。
3.化学地层学划分：通过分析地层中的地球化学元素组成和同位素特征，为地层年代划分提供依据。
这种方法在地层划分中具有较高的精确度，尤其在复杂地层研究中具有重要意义。
三、地层年代划分的应用领域地层年代划分在地球科学、资源勘探、环境保护、地质灾害防治等领域具有广泛的应用。
四、我国地层年代划分的研究进展近年来，我国地层年代学研究取得了显著成果。
在生物地层学、岩石地层学和化学地层学等方面取得了世界领先水平的研究成果。
特别是在我国西部地区，通过对地层年代学的研究，为揭示青藏高原的形成和演化过程提供了重要依据。
五、地层年代划分在资源勘探和环境保护中的作用1.资源勘探：地层年代划分在石油、天然气、煤炭等能源矿产资源的勘探中发挥着重要作用。
通过对地层年代的准确划分，可以为油气藏评价、煤系地层划分等提供重要依据。
2.环境保护：地层年代划分在环境地质研究中具有重要意义。
沉积地球化学的研究现状和发展趋势_陈云华
沉积地球化学的研究现状和发展趋势X陈云华(成都理工大学,成都 610059) 摘 要:沉积地球化学是一门沉积学与地球化学相互渗透、相互结合而产生的一门新兴边缘学科。
本文详细介绍了沉积地球化学的研究现状,最后总结了沉积地球化学研究两个大的发展趋势。
关键词:沉积地球化学;研究现状;发展趋势;沉积岩1 沉积地球化学的概念沉积地球化学是一门沉积学与地球化学相互渗透、相互结合而产生的新兴边缘学科。
是以沉积物和沉积岩为对象,研究其在沉积——成岩过程中所含元素及稳定同位素的迁移、聚集与分布规律来判断、恢复沉积古环境。
现在研究结果表明:利用沉积地球化学特点不仅有助于恢复确定古环境(古气候、古盐度、古水温、氧化——还原条件和古水深等),还可以判断当时海平面变化旋回,为层序地层学研究提供证据。
2 沉积地球化学的研究内容沉积地球化学研究的对象内容涉及面甚广,归纳起来主要涉及到两个大的领域:研究沉积中的化学成分、化学元素及同位素的分布与分配、分散与集中、共生组合与迁移也就说是“研究物质的化学运动和变化过程”,研究控制和影响元素和同位素运动和变化的各种因素,亦即沉积物质中化学运动和变化过程中的控制因素。
研究内容涉及到沉积岩形成的全过程:风化产物在搬运过程中的元素的迁移形式和沉积分异规律及影响因素;沉积物中元素的沉积方式、机制、元素集中、分散规律及控制因素;成岩作用过程中元素及同位素的转移、分配及化学机制;元素和同位素分配和组合,元素在沉积岩中的丰度、赋存状态、分配规律;地史时期沉积岩中化学成分的地球演化历史、规律;有机地球化学的演化及其在沉积成矿的作用。
3 沉积地球化学研究现状3.1 元素地球化学主要研究沉积岩中元素的静态和动态变化,及控制因素。
沉积岩的形成过程同时也是地壳中的元素再分配和重新分布的过程。
沉积物在风化、搬运、沉积过程中,不同的元素可以发生一些有规律的迁移、聚集,沉积区的大地构造背景、古气候、源区母岩性质、沉积盆地地形、沉积环境和沉积介质的物理化学性质对元素的分异和聚集均有影响。
地层学重点
生物地层学1.概念生物地层学是地层学的一个重要分支学科，是运用生物进化的不可逆性和阶段性来研究地层的学科。
生物地层学的主要任务是研究地层中的化石记录，并根据地层中所含化石的特性将岩层编制若干地层单位，确定地层的相对地质时代。
2.方法①生物群层序原理：也称化石对比原理，意思是相同的岩层总是以同一叠覆顺序排列着，并且每个连续出露的岩层都含有其本身特有的化石，利用这些化石可以把不同时期的岩层区分开。
这一认识符合生物演化的前进性和不可逆性。
②标准化石法：标准化石指能据以确定地层地质年代的化石。
标准化石应具备时代分布短、特征显著、数量众多、地理分布广泛等条件，以利于地层的划分对比。
利用标准化石研究地层的方法称为标准化石法。
如寒武纪的三叶虫、奥陶纪和志留纪的笔石等，他们已被广泛应用于生物地层学研究中。
③生物组合法：对地层中的多门类化石进行系统的研究和综合分析，以了解它们的共生组合及其变化情况。
利用生物组合进行地层的划分和对比的方法，称为生物组合法。
④百分统计法：百分统计法即根据两个区域各个地层单元中所含化石群之间的百分相似量的比较，建立地层对比关系的方法。
这是生物地层学中常用的简单的统计学方法，尤其在采用孢粉、介形虫等微体化石进行含油气地层划分对比中应用广泛。
⑤种系发生法：所谓种系发生是指生物发展演化进程中的演化系列和彼此间所存在的亲缘关系。
若地层中化石丰富，应逐层详细采集，经详细鉴定和研究，则可根据各种生物属、种之间在层位上和形态、构造上的逐渐过渡关系，找出它们在发展演化上的内在联系，根据其祖先和后代之间的亲缘关系将其划分成不同的演化阶段。
以此，便可将含有这些化石的地层划分开来。
3.应用（意义）①年代地层单位的确定：确定地层的时代可有不同的方法，常用的如各种放射性同位素测年。
但应看到这种方法的局限性。
首先，目前年龄测定值的误差较大；其次，由于样品常受后期热变质事件的影响，所测得的年龄值有时并不代表岩层的生成年龄，而是代表热变质年龄。
化学地层学
Progress Diagram
宽城尖山子村杨庄组微量元素分布与地层层序的关系
对比地层
在塔里木盆地的油气勘探中，泥盆系与石
炭系界线的划分长期存在争议，其原因是 缺乏化石证据。鉴于华南地区化学、生物 地层学研究得较为详细，因此把贵州省长 顺县睦化剖面(盆地相)和湖南省祁阳县黎 家坪剖面(台地相)与塔中剖面进行对比研 究。虽然塔里木与华南两大区域因沉积环 境不完全相同而导致它们的化学地层学曲 线不完全相似，但依然可以明显地看出， 在3条剖面上都出现了2个显著的Sr元素含 量异常。
古气候、古环境研究中的应用
地层中的各类化学信号是在特定的物理、
化学、生物条件和特定环境下形成的，因 此它们本身也代表了一定的环境意义。 可以通过研究地层中化石钙质壳体或骨骼 的微量元素和碳、氧同位素成分的分布来 恢复地质时期的古温度等古气候特征。
汇报提纲
1. 发展历程
2. 基本原理 3. 研究方法
研究方法模式图
汇报提纲
1. 发展历程
2. 基本原理 3. 研究方法
4. 应 用
5. 总 结
划分地层
燕山地区中、新元古代有关化学层序地层
学的研究主要集中在蓟县剖面，而其他剖 面鲜有系统的化学层序地层学研究。90年 代以来，稳定同位素的研究取得了一定进 展，为燕山冀北剖面的化学层序地层学研 究奠定了基础。通过对该地区进行了C, O, Sr同位素及常量、微量元素、X衍射的系 统测试分析，为准确划分层序及其边界提 供了新的证据。
2. 基本原理 3. 研究方法
4. 应 用
5. 总 结
基本原理
化学地层学的基本原理是研究岩层中化学
元素(常置元素，微量元素、稀土元素、 稳定同位素、有机元素)随时间的演变进 而探讨元素演化的化学历史。 所以，化学地层学是以地层体为对象，以 地球化学为主要内容和理论依据，以周期 表中的化学元素为其研究内容，借助数理 统计及电子计算机来研究元素在时间域和 空间域中的演变规律。
地质学中的沉积学与地层学
地质学中的沉积学与地层学地质学是研究地球的物质组成、内部结构和演化过程的学科，而沉积学和地层学则是地质学的两个重要分支学科。
沉积学是研究地质过程中形成的沉积物的起源、组成、分布和演化规律的学科，而地层学则是通过研究不同地层的特征和地层序列的堆叠关系，推断地球历史上的演化过程和环境变化。
1. 沉积学沉积学是地质学中重要的组成部分之一，它主要研究地表和水体中形成的沉积物。
沉积物是由岩石颗粒、有机质和溶解物质等物质沉降而形成的，广泛存在于岩层中。
沉积学通过研究沉积物的岩性、矿物组成、化学成分和结构特征等，可以了解过去的环境条件、气候变化、地球构造运动和生物演化等信息。
2. 沉积物的起源与分类沉积物的起源可以分为物源岩石的物理、化学和生物作用，以及运动介质（如水、风、冰等）的搬运和沉积作用。
根据岩性和地质环境的不同，沉积物可以分为碎屑岩、化学沉积岩和生物沉积岩。
碎屑岩主要由碎屑颗粒堆积而成，包括砂岩、泥岩等；化学沉积岩主要由溶解物质沉积而成，如石膏、盐岩等；生物沉积岩主要由生物残骸、贝壳、珊瑚等有机物沉积而成，如石灰岩、煤等。
3. 沉积作用与环境条件沉积作用是沉积学研究的核心内容之一，它描述了沉积物的生成、运移和沉积的过程。
不同的环境条件会导致不同类型的沉积作用，如河流、湖泊、海洋、沙漠、冰川等。
河流沉积作用是指河流中水流的冲刷和沉积作用，形成了河道、滩涂、冲积扇等地貌；海洋沉积作用是指海洋中潮汐、波浪、海流等的作用，形成了海底扇、海底丘等地貌。
4. 地层学地层学是研究地层的构造、特征和演化的学科，通过研究地层的垂直堆叠关系、岩性及其类型、化石等特征，可以推断地球历史上的地质事件和环境变化。
地层学研究的重要手段是地层剖面的测量和对比，并建立地层序列和地层柱图。
5. 地层与地质历史地层记录了地球历史上发生的各种地质事件和环境变化。
通过对不同地层的研究，可以了解地球的演化过程、生物的起源和演化、地壳构造运动等重要信息。
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1999年7月JOU RNAL OF ST RATIGRAPHY 第23卷 第3期原稿收到日期:1996-12-20;修改稿收到日期:1998-11-30国际动态化学地层学及其研究进展吴智勇(江汉石油学院 湖北荆州 434102) 化学地层学是利用岩层中化学元素及其化合物的演变规律及含量分布特征进行地层的划分和对比,进而推断地层形成时的地球化学环境的一门地层学分支。
根据所采用的化学信号,化学地层学可进一步划分为放射性同位素地层学、稳定同位素地层学、分子化学地层学、有机碳和碳酸盐碳化学地层学和元素化学地层学等。
关键词 化学地层学,化学信号,地层划分与对比中图法分类号 P 534沉积环境中的各种化学信号随着沉积物的沉积、成岩过程而保存在沉积岩层中,这些化学信号能够提供有关岩石、生物和年代地层过程的重要信息。
化学地层学(chem ostrati-graphy 或chemical stratigraphy )即是化学信号在地层学中的应用,其主要内容是利用岩层中化学元素及其化合物的演变规律及含量分布特征进行地层的划分和对比,同时推断地层形成时的地球化学环境及其演变规律(吴瑞棠等,1994)。
其基本方法是,根据地层中的化学信号特征,如放射性同位素的蜕变、稳定同位素的含量比值、痕量元素的含量与分布、有机分子的分布等对地层进行研究,绘制化学地层信号与深度(相对时间)的关系曲线,进而对沉积序列中的沉积旋回、古气候—古海洋变化以及成岩方式的变化进行对比。
在与其他地层学方法(如生物地层、岩石地层、磁性地层、岩相学以及地震地层等)综合之后,化学地层学可为沉积过程的数值模拟提供必要的信息,并且有可能提高地质年代表的分辨率。
根据所采用的化学信号,化学地层学可进一步划分为放射性同位素地层学、稳定同位素地层学、分子化学地层学、有机碳和碳酸盐碳化学地层学和元素化学地层学等。
一、放射性同位素地层学本世纪初,科学家们发现放射性元素都具有以自动的、恒定(不受外界温度、压力等条件影响)的速率逐渐衰变为非放射性的子同位素,并释放出能量的性质。
30年代,地质学家开始利用放射性元素的蜕变现象来测定矿物和岩石的年龄,进而推断岩石或地层形成的年龄。
目前,这种方法已经成为地质界普遍采用的方法,并发展成为一个独立学科,称为地质测年学或纪年学。
常用的手段有铀铅法、铷锶法和钾氩法等。
该方法自提出以来,已广泛应用于绝对地质年龄的确定和哑地层的地层对比等领域。
迄今为止,这一方法仍然是测定岩层绝对年龄、建立年代地层框架的唯一方法。
二、稳定同位素地层学稳定同位素地层学是利用稳定同位素组成在地层中的变化特征进行地层的划分对比,确定地层的相对年代,并探讨地质历史中发生的重大事件的化学地层学方法。
其研究对象是地层中的稳定同位素,目前主要研究的是氧、硫、碳和锶的稳定同位素。
1 轻稳定同位素地层学轻稳定同位素一般包括氧、碳、硫同位素。
氧同位素地层学是Emiliani (1955)首先提出的,他在世界上率先对加勒比海和北大西洋第四纪深海沉积物(其地质年龄为0～600ka)中有孔虫壳的氧同位素进行分析研究,并发现这些氧同位素组成的变化具有一定的规律性,根据这些规律性,Emiliani(1955,1966)将深海沉积地层划分为若干阶段。
此后,Be &Duplessy(1976)、Shackleton &Opdyke(1976)以及Cita (1977)又分别发现印度洋、地中海和太平洋的同时代或相近时代深海沉积物中有孔虫壳的氧同位素组成亦具有一定规律性变化,其变化情况与Emiliani(1955)在加勒比海和北大西洋所发现的情况几乎完全一致。
这表明,深海沉积物中有孔虫壳的氧同位素组成的变化完全可以作为划分对比地层的一种标志(陈锦石,1989)。
硫同位素地层学的研究是以Ault &Kulp(1959)的工作揭开序幕的。
他们首先以较高的精度分析了大西洋、太平洋和墨西哥湾等地区不同深度的海洋硫酸盐中的硫同位素组成,随后,国内外许多学者先后研究了世界各地不同地质时期海相石膏层中的硫同位素,获得了数以千计的数据,并汇编成一条显生宙海相硫酸盐岩中硫同位素组成的变化曲线(陈锦石,1989)。
这条曲线的建立,使得利用地层中所含的硫同位素组成来确定地层时代和进行地层对比成为可能。
对于海相碳酸盐中的碳同位素早在30年代就有人进行过研究,但都是对零散样品进行分析,其目的只是确定海水盐度和碳酸盐岩的早期成岩作用。
直到70年代人们才懂得,对海相碳酸盐的碳同位素研究必须系统进行,就象地层学研究那样,在一个剖面或一套钻孔岩心上系统地采集样品,进行同位素分析。
最先在一个海相碳酸盐岩地层剖面上进行系统碳同位素研究的是前苏联的 !∀#∃%(1973,参见陈锦石,1989)。
他认为,海相碳酸盐岩的碳同位素组成的变化可以作为划分地层的标志,从而第一次把碳同位素与地层学联系起来。
这些轻稳定同位素的急剧变化往往是由于水温、盐度的快速的短期变化或元素的循环与海底储集所造成的。
在显生宙地层记录中经常可以见到这类稳定同位素的急剧的正偏移或负偏移的大量实例,它们构成了可用于区域性的、甚至全球性地层对比的化学事件地层单元(Kauffm an,1988)。
例如,Shackleto n &Opdy ke(1976)根据采自加勒比海和赤道大西洋的岩心的 18O 的短期偏移的对比,在距今900ka 的沉积物中建立起了22个全球等时的冰川海平面升降控制的同位素阶段。
这些阶段代表了21～100ka 的米氏轨道旋回,因而具有极高的年代地层分辨率。
William s(1989)根据墨西哥湾4.5Ma 以来的上新世至更新世海洋沉积物中有孔虫的氧碳同位素值建立起了化学地层学剖面,在此基础上,绘制了该区的沉积速率图,展示了该区研究时段的沉积速率、沉积间断(或不整合)和年代地层信息。
中生代或更老的地层中的稳定同位素研究不是太多,而且主要集中在群集绝灭和大洋缺氧事件的特定层段中。
Zacho s &Arthur(1986)发现 13C 在海底岩心的白垩-第三系界线上有明显的负偏移。
陈锦石(1984,1989,1992)对地史时期几条重要界线的碳同位素研究现状进行了综述,并指出, 13C 值在这些界线上下均发生了较明显的变化。
钟华和马永生(1995)系统研究了山西五台县早元古代滹沱群的209块样品的碳同位素组成,分析结果清楚地显示出几个地层界线附近的碳同位素突变现象,并认为这些前寒武系中的碳同位素突2353期吴智勇:化学地层学及其研究进展236地 层 学 杂 志23卷变与白垩-第三系、二叠-三叠系和前寒武-寒武系等界线层的碳同位素突变类似,可以用于大区域甚至全球地层对比的标志。
他们的研究带动和促进了国内氧碳同位素地层学的研究,王玉新等(1995),陈均远等(1995),陈云等(1996),王宗哲等(1994,1996),周传明(1997),邵龙义等(1997),李玉成(1998a,b),吴明清等(1998)分别选择不同地区和不同层位进行了氧碳同位素地层学研究,不同程度地解决了地层的划分与对比问题,也明确证实了氧碳同位素的地层学意义。
氧碳同位素的地层学意义除表现为在地层界线附近发生 13C的正负偏移之外,还反映在其变化与海平面变化的密切联系之上。
李玉成(1998a)在对华南晚二叠世的碳同位素变化曲线进行研究时,发现该区的碳同位素变化呈现出与全球海平面变化一致的旋回性,表明二者之间存在密切联系。
这一现象在全球其他地区亦有发现(王宗哲等,1996;李玉成,1998a)。
氧碳同位素的这一特性,有助于全球年代地层格架以及全球海平面变化曲线的建立。
2 锶同位素地层学锶同位素地层学是近来开发的最有希望的化学地层学方法之一。
锶是在海水沉淀过程中掺入到碳酸盐岩中的一种痕量元素,其同位素比值在不同时期海洋中是稳定的,并且这一比值可由当时形成的未经蚀变的碳酸盐可靠地反映出来。
因此,有可能用保存较好的古代海相碳酸盐岩中的锶同位素组成确定地史时期海水的锶同位素比值(William s,1989)。
锶同位素比值(87Sr/86Sr)作为化学地层学的工具而用于海相碳酸盐岩地层对比和测龄是由Burke等(1982)提出的。
他们在对显生宙700余块海相碳酸盐样品的锶同位素的研究表明,自中、晚侏罗世至更新世,海水中的锶同位素比值发生了较大幅度的缓慢而单调的变化,这种变化趋势使我们有可能利用锶同位素测定沉积序列的年龄。
继这一里程碑式的研究之后,DePaolo&Ing ram(1985),DePao lo(1986),Elder field(1986),Hess等(1986),Ko ep-nick等(1985,1990),Ludw ig等(1988),Hodell等(1989,1991),M cNeil&M iller(1990), Capo&DePao lo(1990),DePaolo&Fing er(1991),Clemens等(1993),Hallam(1994),Far-rell等(1995),Diener等(1996),Ruppel(1996),Bralow er等(1997)对不同时代不同区域的软体动物、有孔虫、腕足类、牙形石等古生物以及碳酸盐矿物和白垩层等进行了更为详尽的研究。
这些研究进一步证实了锶同位素具有地层学意义且具有较高的分辨率,目前,它对新生代沉积物的分辨率已达到0.5～1Ma(William s,1989)或0.1～2M a(DePaolo,1986)。
国内对锶同位素地层学的研究尚不多见,少量的研究主要集中在海水化学组成的变化上,但其研究成果同样可以用于地层的划分与对比。
如田景春和曾允孚(1995)研究了中国南方二叠纪古海洋的锶同位素演化规律,指出锶同位素的演化与海平面变化直接相关。
张明书等(1995)对西沙群岛西琛一井礁序列全岩样的锶同位素测定得到了新生代晚期古海水的87Sr/86Sr记录,与用DSDP钻孔岩心中浮游有孔虫得出的曲线一致,只是数据略偏高。
根据他们的研究,在中新世末和中更新世末,古海水中曾发生过锶同位素的急剧增高,反映出两次重大事件,尤其是后一期事件位于布容古地磁界线的底界,是一次全球性的大事件,完全可以用于全球性地层对比。
锶同位素地层学要求有较高的分析精度,一般要求精确到小数点后5～6位,其分析手段要比其他轻同位素的分析复杂。
但锶同位素地层学只需要进行很少的分析就可以进行地层对比,而且锶同位素对成岩作用不敏感,也不象轻稳定同位素那样依赖于钙质化石(Williams,1989),这些足以弥补其分析方法上的不足。
因此,锶同位素地层学是一种很有希望的化学地层学方法。