13第四章地层学的其他方法和理论概论
地质学中的地层学原理
地质学中的地层学原理地质学是研究地球和地球物质的学科，而地层学则是地质学的重要分支之一。
地层学研究的是地球表层的岩石和地质现象。
而在地层学中，有很多原理被广泛应用，这些原理是构建地质年代学体系和实现地层对比的基础。
一、岩层相对时代原理岩层相对时代原理，又称相对年代划分法，是地层学的基本原理之一。
根据相对时代划分法的原理，同一区间内某一岩层是相对于其他岩层而言具有特定的地质年代。
这里的相对时代指的是地层中岩石的相对位置和结构特征，而不是绝对时代。
通过岩层相对时代原理运用，可以将地球历史的时间轴分为本来年代和相对年代两个层次。
相对年代可以按照顺序来排列，这为地质记录和演化的研究提供了一种方便的方式。
二、地层叠置法则原理地层叠置法则原理是基于地层相对时代原理的基础上开发出来的。
根据这个原理，垂直于岩层的力量涡流方向会导致岩层发生叠置。
这个原理意味着在水平时间内，顶部岩层年代小于下部岩层年代。
通过地层叠置法则原理，我们可以判断岩石的相对年代，具有重要的应用价值。
例如，当岩层的叠置方向向上或者向下倾斜时，我们可以根据叠置的方向来判断岩石的年代，提供了方便快捷的年代划分。
三、地质断裂原理地质断裂原理指的是地球或地壳内的地震，会导致岩层中的重要断层。
这个原理应用非常广泛，可以在寻找石油、煤炭、矿产、地下水方面有着非常重要的作用。
根据地质断裂原理，并不是所有岩石都有同样的年代，不同年代的岩石可以通过地层中的断裂带区别出来。
这个原理在矿产勘探中应用广泛，可以从中得出石油、煤炭、铁矿石、铜矿石等矿产的年代和分布。
四、生物带原理生物带原理是通过不同生物类型的分布在不同的岩石中，来判断该岩石的地质年代。
常见的情形包括不同的化石或不同种类的化石的分布区域、分布深度和分布时间顺序等。
同样的，在现代地质学研究中，也经常利用生物学原理来进一步研究岩石中的化石，这可以使我们对不同化石种类，以及不同地质年代的地球演化的认识更加深入。
地层学基本原理和方法
layered
地层学基本原理
地层学的概念： 传统（狭义）地层学：研究地层顺序及与邻 区地层的对比关系，建立其地层系统和相应的 地质年代系统。 现代（广义）地层学：不但要研究岩层的形 成顺序和年代关系，还要研究地层的物质特征 （物理和化学）、时空分布规律和成因环境等 方面的内容。
3．年代地层单位和地质年代单位
年代地层单位是在特定地质时间内形成的所有岩石的综合体； 只包括在该时间跨度内形成的岩层。年代地层单位以等时面为 界，单位级别与岩层所包含的时间长短相对应，而与岩层的厚 度无关。年代地层单位与地质年代严格对应。
年代地层单位
地质年代单位
宇 Eonothem 界 Erathem 系 System 统 Series 阶 Stage 时带Chronozone
At edge of a depositional basin (a); Faulting followed by erosion (b)
a
b
Pinchout (c), Intertonguing (d), Lateral gradation (e)
地层的侧向延伸与尖灭
c d e
Sedimentary facies change with the depositional environments, while the fossils change mainly with time
§7-1 地层学基本原理
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地层单位(Stratigraphic unit)
地层单位是指依据岩石所具有的任一特征或属性划分的、 并能被识别的一个独立的特定岩石体或岩石体组合。
依据地层的不同性质所作的地层划分，可建立 不同的地层单位，最常用的地层单位有以下三类：
地层学
地层学:研究层状岩石形成的先后顺序,地质年代,时空分布规律(狭义)和形成环境条件及其物理,化学性质的地质学分支学科.她的核心目标就是建立地球科学的时间坐标(地层学三大定律:地层叠覆律,原始水平律,原始侧向连续律) 地层与其他地质体接触关系:沉积接触,侵入接触地层划分根据地层的特征和属性（如岩性、化石和不整合面等）将地层组织成相应的单位对比方法:1.岩石地层划分对比2.磁性地层划分对比3.同位素年龄测定与地层划分对比4.地震地层划分对比5.测井地层对比6.化学地层对比7.旋回地层对比8.事件地层(事件面、事件层、事件带、事件组合和事件集群)9.层序地层学对比岩石地层单位:由岩性、岩相或变质程度均一的岩石构成的地层体，即以岩性岩相为主要依据而划分的地层单位(群、组、段、层)岩石地层单位-组定义：组是基本的岩石地层单位,具有相对一致的岩性、岩相和变质程度，且具有一定结构类型的地层建组条件：1)岩性相对一致（均一、夹层、互层或特别复杂）;2)内部结构一致（内部不分段的组为一种结构类型，内部分段的组可有多种结构类型）;3)顶底界线明显（不整合或明显的整合）;4)一定和厚度和分布范围（一般要求能在区域地质图（1/5-1/20万）上表达）。
地层划分和对比的结果:形成相应的地层单位和地层系统强调三套常用地层单位（岩石地层单位、生物地层单位和年代地层单位）和两套独立的地层单位系统（岩石地层单位系统和年代地层单位系统）时带是指在某个指定的地层单位或地质特征的时间跨度内在世界任何地区所形成的岩石体，与之对应的地质年代单位是时时带是没有特定等级的正式年代地层单位，而不是年代地层单位等级系列(宇、界、系、统、阶)中的一部分;LU-CU1 LU具穿时性，而CU不穿时2 CU的根本特点在于它与时间严格对应；而LU的上下界线与时间界面是不一致的3 LU所依据的岩性特征主要受沉积-古地理环境控制，而后者不可能全球一致的，因此, LU 的地理分布只能是区域性的；4 CU没有固定的具体岩石内容，而LU当岩性特征发生改变后，单位名称也变化；5 Cu反映了全球统一的地质发展阶段，对了解全球地质史有巨大的优点；而LU反映了一个地区的地质发展阶段，对了解某一地区的地质发展史有重要意义。
地层学总论
5. 生物地层带的类型 1 延限带：是指从地层序列的化石组合中，经过 选择的任何一个或几个化石分子的已知延限 所代表的那段地层体。 （1）分类单元延限带：一特定分类单元标本的已 知（地层与地理）产出延限所代表的地层体。 （2）共存延限带：是包含两个特定的分类单元延 限带的共存、一致或重叠部分的地层体。 2 组合带：是单个地层或地层体，其特征是将一 个独特的由三个或更多的化石分类单元构成的 组合或伴生视为一个整体，而区别于相邻地 层的生物地层特征。
特殊的沉积建造和岩石类型 （1）老于19－20亿年的特别是老于25亿年的条带 状磁铁矿，传统称呼为磁铁石英岩，是沉积变质岩 （BIF），即所谓的鞍山式铁矿，是海底火山喷发喷 出的铁质，后经变质作用发生富集，如果发现（BIF） 在很大范围内可以对比。属于碧玉铁质岩类，是太古 宙和古元古代典型的沉积建造. （2）21－22亿年左右的含金、铀砾岩具有全球性 的分布，是古元古界下部层位的重要标志； （3）形成于6－7亿年左右（新元古代后期）的冰 碛层,国际上称之为成冰系。 （我国为南沱冰期），＞6亿年； （我国为长安冰期），＜8亿年。 （4）广泛的原生白云岩沉积。
紫红色：强氧化条件，如红层
暗绿色：相对还原的沉积环境。 2、沉积物结构 粒度粗、圆度高、分选好、颗粒支撑的岩石：较高能量的沉积条 件。 粒度细、圆度低、分选差、杂基支撑的岩石：较低能的水体形成
3、沉积构造
沉积构造的概念
物理成因的沉积构造
流动构造
前寒武纪岩系（石）的基本特征 1．多为复杂变质岩系，许多原岩建造 为深成 侵入岩；少量为层状岩石（沉积岩、火山岩， 表壳岩） 2．许多岩系（石）强烈变质 ----曾沉入地壳中、深层次。 3．经受了多次构造运动（变形）和岩 浆活动。 4．化石稀少，不具有带壳动物化石。
地层学
地层单位
生物地层单位 年代地层单位
岩石地层单位
生物地层、年代地层 和岩石地层单位之间 关系
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。
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。
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。
（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。
地层学
地质学分支学科
01 简介
03 地层单位 05 地层对比
目录
02 地层的分类 04 地层划分 06 分支
地层学主要是研究成层岩系所含的古生物化石的相对年代顺序，一般称为生物地层学或者年代地层学。从沉 积学的角度来讲，研究成层岩系的沉积环境以及它的形成过程，被称为“沉积地层学”或者“岩石地层学”。
生物地层学的基本原理及方法ppt文档
• 剖面对比依赖的是各剖面之间所共有化石类别，因 此要求参与对比的剖面应该有较好的生物地层研究 基础，并且各剖面间有一定量的相同化石类型；
• 两条剖面对比时，由化石首现点和末现点产生的坐 标投影往往并不在一条直线上，对比线应该是一条 线性回归线。
生物地层学的基本原理及方法
• 地层中生物的存在和分布形式客观地反映了地 层的时空结构。
• 基本原理：
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• 基本原理：著名的英国地层学之父Smith根据自 己的长期实践于1815年提出：不同岩层中所含 的化石各不相同，可以根据相同的化石来对比 地层并证明是同一时代。这就是后来受到一致 推崇的化石层序律（Law of faunal succession） 。
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13Βιβλιοθήκη 百分比法是生物地层学中常用的最简单的数理 统计法。将所要研究的地层中化石进行全面统 计，与已知时代的剖面中的化石作分层比较， 求其相同的百分含量，以此便可以确定其时代 的方法称百分比法。这是Lyell在研究新近系的 时候提出并利用。
百分统计法的优点是直观，在小范围内使用相 当准确，尤其适合于石油、煤田等微体化石统 计研究。
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• 利用所含化石的百分比对地层进行划分和对比是定量 地研究地层的方法之一，它是标准化石法和化石组合 法的有效补充。
• 但百分比这一简单的数理统计法有明显不足之处。如 作为对比标准的已知剖面各层中，可能因环境变化而 所含化石数量有差异，即与未知剖面相当的层位可能 因环境不适宜恰好含化石稀少；有时，已知剖面各层 位中所含化石的数量与这些化石的标准化不一致，出 现化石虽多，但时间标志较差的情况。这些都会给百 分比法带来困难。
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以时间为对应参照标志，可以在一个二维空间坐标系中 将两个同时形成的地层剖面以地层厚度为标尺对比起来， 而两剖面上各化石的分布区间成为两剖面时间对比的参 照点。
地层学基础知识页PPT文档
层内构造 斜层理 叠层石 垂直分布的 虫孔等
层面构造
层面构造：
波痕
层面构造：干裂
层内构造
第二节
地层地划分和对比
一.地层的划分
地质时期中无机界和生物界的演化都有阶 段性和不可逆性的特征，根据这个特征将 地层分为若干自然组合的过程称为地层的 划分。
利用地层中所含的化石为依据划分出的 地层单位称为生物地层单位。 生物地层单位的名称为化石带。 依据定义化石带方式不同，化石带可有 各种类型，常见的化石带有： 延限带 极盛带 共生延限带 组合带等。
延限带
某一生物分类单位从出现到绝灭期所 形成的异端地层。
极盛带
某一生物分类单位最繁盛时期形成的一 段地层。
U235— Pb207+7He4
古地磁学方法
地球磁场在地质时期中其方向曾发生过多次反 转，这个现象称为磁极倒转。 根据地球磁场与现代磁场方向的异同将地质时 期分为正向期和反向期两种类型。 在正向期中较短的反向期称为反向事件。 在反向期中较短的正向期称为向事件。 根据地球磁场变化建立的地质年代表称为地磁 年代表。据此可确定地层形成的年代。
放射性同位素测年 古地磁学方法 古气候学方法 事件地层学方法
放射性同位素测年
利用放射性同位素衰变速度稳定不变的 特征可以测定地层形成的年龄。 选择放射性同位素的原则： 半衰期与地球年龄应属同一数量级，不 能过大也不能过小。 在地层中含量较丰富。
常用放射性同位素方法
铀钍铅法 U238___ PB206+8He4 Th232— Pb208+6He4 铷锶法 Rb87— Sr87 钾氩法 K40— Ar40
地层的产状
地层产状的基本概念 地层产出的状态称为地层的产状。 地层产状要素 走向 倾向 倾角
《地球科学概论》各章重点掌握的内容
各章重点掌握的内容第一章地质学、地球科学的概念第二章1、大气圈的结构；2、地壳均衡的含义；3、地球内部圈层及特征；4、地震波不连续面；5、重力异常（布格校正）、地温梯度、磁场三要素第三章1、地壳表面的形态特征(大陆的地形特征、海底地形)2、克拉克值；3、三大类岩石及其特点第四章一、相对和绝对地质年代的确定方法二、熟记地质年代表三、岩石地层单位和年代地层单位种类、含义和特征、标准化石的概念四、地质作用、内力地质作用、外力地质作用的概念五、外力地质作用与沉积岩形成的内在联系六、内力地质作用与外力地质作用的关系第五章1、构造运动的概论及类型2、岩层的接触关系及表示方法3、岩层的产状要素（含义及表示方法）4、褶皱概念、类型、褶皱要素、褶皱形成时间的确定5、断层的概念、类型、要素、识别标志、断层时间的确定第七章的相对含量）1、岩浆的类型（依据SiO22、火山作用的类型和产物3、侵入体的概念和类型4、各类岩浆的侵入岩和喷出岩代表岩石第八章1、变质作用的因素；2、变质作用的方式；3、变质作用的类型第九章1、风化作用的概念及其常见类型；2、风化壳、古风化壳的概念、组成及其研究意义；3、岩石和矿物的抗风化能力第十章1、流水运动状态分类2、侵蚀基准面、向源侵蚀作用、河流的袭夺3、河流的侵蚀作用（下蚀作用、侧蚀作用）形成条件及结果4、三角洲在纵剖面上具有三层构造研究其对油气的意义5、河流地质作用与构造运动的关系（河流阶地）第十一章1、孔隙度、渗透率、透水层、含水层、隔水层、包气带、饱水带、自由水面、潜水、承压水等概念2、发育于地表和包气带中的岩溶地形类型 T3、溶洞沉积物主要类型4、古岩溶的研究意义第十二章1、冰川类型；2、冰蚀作用方式；3、冰蚀作用的产物T；4、冰碛物的特征第十三章1．风蚀作用；2．风的沉积作用第十四章1、海水运动的主要形式、波浪的要素2、海洋的环境分区3、滨海区沉积物的一般特点、滨海带进一步分区及划分依据（要求绘图说明）4、基岩海岸的海蚀地貌及特征5、海洋沉积物的来源6、潮坪沉积物特点第十五章1、湖泊、沼泽的概念及湖泊的成因分类2、潮湿气候区湖泊的机械沉积作用及干旱气候区湖泊的沉积作用特点3、沼泽的沉积作用及其产物第十六章1、负荷地质作用的概念及类型2、滑坡形成的要素及其发育过程3、泥石流的特征及泥石流的形成条件第十七章1大陆漂移的证据2板块边界的类型及全球岩石圈划分的六大板块3板块构造与地质作用。
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在碎屑岩中可以分选较差的三角洲沉积为典 型代表，底部下超面十分明显；碳酸盐岩中经常 出现巨厚至块状外貌，顶部出现白云岩和多种暴 露标志。
凝缩段（condensed section, 简称CS）： 是指沉积速率很慢（10－100mm/万年）、厚度很 薄的、缺乏陆源物质的半深海和深海沉积物，是 在海平面相对上升到最大、海岸线海侵最大时期 在陆棚、陆坡和盆地平原地区沉积的。
最大海泛面：是一个层序中最大海侵时形成 的界面，它是海侵体系域的顶界面并初上覆的高 水位体系域下超，以从退积式层序组变为进型
根据沉积层序内部沉积体系域组合特征， 可以区分出两种常见类型：Ⅰ型层序和Ⅱ型层 序，各自的沉积体系域配置和关键面的关系表 示如下：
3）海泛面（marine flooding surface）
海泛面是一个新老地层的分界面。它们常是 平整的，仅有米级的地形起伏，但穿过这个界面 时有证据表明水深会突然增加。
这种水深的突然增加常伴随着小规模的水下 侵蚀作用和无沉积作用，表现存在小规模的沉积 间断。
初次海泛面：是Ⅰ型层序内部初次跨越陆架 坡折的海泛面，也是低水位和海侵体系域的物理 界面。
由于海平面降到陆棚坡折外侧，暴露陆棚上 出现河流深切谷，大量陆源碎屑越过陆棚直接带 到陆坡、盆地区，先后形成成分复杂的低水位扇 （LSF）和低水位楔（LSW）。低水位扇主要由斜 坡扇及海底扇组成，低水位楔以粒度细的楔形斜 坡沉积为主。
海 侵 体 系 域 （ transgressive system tract, 简称TST）：是在全球海平面迅速上升 与构造沉降共同产生的海平面相对上升时期形 成的，以沉积作用缓慢的低砂泥比值的一个或 多个退积型沉积序列为特征。形成于海平面迅 速上升时期。
沉积层序（Sedimentary sequence）：是一 个最重要的概念和基本单位，它由一系列体系域 所组成，是指一套相对整一的、成因上存在联系 的、顶底以不整合面或与之可对比的整合面为界 的地层单元（Mitchun, 1977）。层序是一个具 有年代意义的地层单位，层序内部相对整合的地 层形成于同一个海平面升降旋回中，也就是书上 说的前一个下降拐点至后一个下降拐点之间的沉 积物。
地磁事件是指地质历史时期内，地磁场强度 随时间变化所发生的极性倒转或偏移。是构成磁 性地层学的基础。
也就是地球磁场的极性并不是固定不变的， 这些变化记录在岩石中，利用保存在岩石中的地 球磁场极性变化来划分对比地层。
3万年前
现在
磁性期
布容 正磁性期
松山 反磁性期
高斯 正磁性期
吉尔伯特 反磁性期
500万年以来地磁极倒转 及磁性期划分
二、层序地层学及其意义
1）基本概念 是20世纪80年代后期发展起来的一个地层学
分支。 层序地层学是研究以不整合或与之相对应的
整合面为边界的年代地层格架中具有成因联系的 、旋回岩性序列间相互关系的地层学分支学科。
其基本原理是从四维时空来认识沉积记录， 将其和全球海平面升降变化与地壳沉降联系起来 ，从而增强了全球不同地域、不同时代地层间的 可对比性和沉积相的预测性。
CS是海侵达到最大范围时期的特殊地质记 录。
陆架边缘体系域（shelf margin system tract, 简称SMST）：与低水位体系域同属最大海退阶 段的沉积序列，但因海退规模小，陆棚并未全部 暴露，也未出现深切河谷和相应的低水位扇和楔。 海平面下降速度小于陆架边缘沉降速度。
陆架边缘体系域（SMST）下界的特点是海岸 平原或滨海——三角洲沉积覆盖于河流沉积之上， 上界为一海侵面，与上覆的堆积型海侵体系域分 开。
高水位体系域（highstand system tract, 简 称HST）：是在全球海平面的高水位期沉积下来 的体系域。
高水位期一般指从R拐点之后的某一时刻开 始，至F拐点之前某一时刻结束的时间间隔。
高水位体系域（HST）的底是最大海泛面（ mfs），顶界则是另一个不整合面。HST代表海侵 达到最大范围后相对静止再转化为开始海退的特 殊阶段，垂向沉积相结合呈现向上变浅的进积序 列。
地磁地层单位有三级：极性超带、极性带、极 性亚带，与之对应的地质时代单位是：超极性时、 极性时、极性亚时。
现今，磁性地层学使用的基本单位，属于一般 的等级叫极性时（或带）。通常，每个极性时（或 带）是以自身特有的极性为其特征，延续时限是在 0.1－1Ma。
地磁场的变化是全球一致的，因此地磁地层单 位也具有与时间地层单位类似的全球等时性特点。
海侵体系域是从低水位体系域之上的最初 海 泛 面 （ first marine-flooding surface, 简 称 ffs）开始，内部以出现一系列海侵事件为特征 ，顶部以出现最大海泛面（maximum flooding surface, 简称mfs）结束。
海侵体系域代表了持续海侵阶段的特有沉积 相组合，通常在垂向上呈现向上变深的退积序列， 在碎屑岩以出现分选良好的滨岸带沉积为标志； 在碳酸盐岩中往往呈现成层清晰、化石经过海浪 筛选的特征；也包括深切河谷中后来充填的海相 沉积物。
一、地磁地层学
地球是一个磁性体。 岩石的磁性特征（尤其是剩余磁性）是地球物 理参数中唯一能够测量及评价地球过去磁场分布状 态的参数。 岩石中的磁性矿物所具有的剩余磁性是一种类 似于化石作用的磁性，它记录了岩石形成时期的地 球磁场特征，也就是过去地磁场历史存在岩石中的 “录音机”。
根据地层记录中古地磁极性变化所建立的地层 单位称为地磁地层单位或磁性地层单位。
体系域（system tract）：是指一系列同周期 沉积体系的集合体。是一个三维沉积单元。
沉积体系（depositional system）：有成因联 系的岩相组合。如河流、三角洲、障壁岛等
2）体系域
低水位体系域（lowstand system tract, 简 称LST）：位置最低、最老的体系域，是在相对海 平面下降到最低点并且开始缓慢上升时期形成的 沉积序列。书上是在F和R点之间最大海平面下降 及其后缓慢上升时期的沉积序列。