地层学概论(地大武汉课程)

目录
一、地层学概念及基本原理 (3)
（一）地层学定义 (3)
1、地层（stratum） (3)
2、地层学（stratigraphy） (3)
（二）地层的沉积作用 (3)
1、纵向堆积作用（垂向加积作用） (3)
2、侧向堆积作用（侧向加积作用） (3)
3、生物筑积作用 (4)
（三）地层特征 (4)
1、岩石特征 (4)
2.生物特征 (4)
3.地层结构 (4)
4. 地层的厚度和体态 (4)
（四）地层学的几个基本原理 (4)
1、原始水平原理（principle of original horizontality） (4)
2、原始侧向连续原理（principle of original lateral continuity） (4)
3、叠覆原理（principle of superposition） (5)
4、侧向堆积原理（principle of lateral accumulation） (5)
5、动物群顺序原理（principle of faunal succession）也称生物顺序律（化石顺序律） (5)
6、相对比定律(low of the correlation of facies)也称瓦尔特相律 (5)
7、穿时普遍性原理（Principle of ubiguity of diachronism） (5)
8、穿切关系原理（principle of cross-cutting relationships） (6)
9、包含物原理（principle of inclusions） (6)
二、地层时间及地层的划分与对比 (6)
（一）地层时间 (6)
1、相对地层年代 (6)
2、绝对地层年代 (6)
3、绝对地层年代表示 (7)
（二）地层的划分和对比 (7)
1、地层划分 (7)
2、地层划分常用的几种方法 (7)
3.地层对比 (8)
4.地层对比常用的几种方法 (8)
三、地层接触关系、层型及地层区划 (9)
（一）地层接触关系 (9)
1、整合接触： (9)
2、不整合接触 (9)
3、研究不整合的意义 (9)
（二）层型 (10)
1、层型概念 (10)
2、层型的种类 (10)
3、单位层型构成形式 (10)
4、全球层型剖面和点（Global Stratotype Section and Point） (11)
5、年代界线层型建立情况 (11)
（三）地层区划 (12)
1、地层区划定义 (12)
2、地层区划确定的原则（横向） (12)
3、中国的地层区划 (12)
4、中国地层发育阶段性（纵向） (13)
四、岩石地层学 (13)
（一）岩石地层学概念 (13)
（二）岩石地层单位 (13)
Ⅰ、岩石地层单位定义 (13)
Ⅱ、岩石地层单位种类 (13)
（三）岩石地层学实例 (16)
1、华南扬子区 (16)
2、华北地区 (17)
（四）岩石地层学应用 (18)
五、生物地层学 (18)
（一）生物地层学的研究意义 (18)
1、相对地质年代地层单位确定的依据 (18)
2、生物地层学是其他地层分支学科发展的基础之一 (18)
3、生物地层方法是地层划分和对比的主要方法 (18)
4、是恢复古环境的有效工具之一 (19)
（二）生物地层学的发展前景 (19)
1、理论意义—— (19)
2、经济意义—— (19)
3、微体化石分布广、产量高，是目前高精度划分和对比地层不可缺少的。

(19)
六、年代地层学 (19)
（一）年代地层学的含义 (19)
（二）年代地层单位 (19)
（三）年代地层学实例 (21)
（四）年代地层学应用 (21)
七、岩石、生物、年代各种地层单位之间的关系 (22)
1、岩石地层单位与年代地层单位 (22)
2、岩石地层单位与生物地层单位 (22)
3、生物地层单位与年代地层单位 (22)
一、地层学概念及基本原理
（一）地层学定义
1、地层（stratum）
指具有某种共同特征或属性的岩石体，能以明显的界面或经研究后推论的某种解释性界面与相邻的岩层和岩石体相区分
特征：岩石的客观物质，如岩性、生物、矿物、磁的极性、电性、地震感应等方面的物理、生物性质和变化
属性：指对某种或某几种特征的综合、分析得出的推论、解释和认识。

如沉积环境，时间等┄┄。

属于概念范畴水平状地层
界面——明显界面：看得见的层面
解释性界面：以岩性、化石种类、矿
物成分、岩石物理性质等要经过
仔细研究后才能确定的界面
与岩层的区别——岩层：泛指各种特征的一般层状岩石，无时代概念，一般不形成单位
地层：具有某种共同特征或属性的岩层。

具时代概念，构成单位
2、地层学（stratigraphy）
定义——研究层状和似层状岩石体固有的特征和属性，并据此将它们划分为不同类型和级别的单位，进而建立它们的空间关系和时间顺序的科学
研究内容——岩层的形状、分布、岩性、化石，地球物理、地球化学性质，形成环境，形成方式，形成时代（年龄），演化历史
研究对象——沉积岩（固结和未固结）、变质岩、火山岩、礁体
（二）地层的沉积作用
不同层状地层体有其不同的沉积作用形成。

形成成层岩系最重要的沉积作用有三种：
1、纵向堆积作用（垂向加积作用）
沉积形式：沉积物在水体中自上而下的降落，依此沉积在沉积底面上而构成成层岩系
条件、形成机制：介质必需处于静止状态；堆积的机械作用基本上属纯重力作用
地层特征：时间界面一般是水平或近于水平的时间界面，与岩性界面平行或基本平行
实例：现代—无锡太湖
湖面平均在海拔10m以下，没有大型河流注入，仅洪水季节湖泊对长江水量起调节作用，属典型的积水湖，湖底近于水平，沉积物为粘土质，形成湖底淤泥
古代—第三纪中新世山旺组
山旺组中硅藻土层的水平微细层理非常发育；保存着大量完好的动植物化石，植物花保存着花瓣向外弯的生动形态。

昆虫化石上还保存着原身上的细毛。

蝌蚪栩栩如生
纵向堆积形成的地层均是细粒均质的岩石地层体
2、侧向堆积作用（侧向加积作用）
沉积形式：侧向堆积沉积颗粒（沉积物颗粒在介质搬运过程中沿水平方向位移，当介质能量衰减时沉积）
条件、机制：搬运介质处于运动中；机械作用
实例：现代—大陆和陆棚环境中多见。

如陆地环境的鄱阳湖，赣江携带大量泥沙由南向北注入鄱阳湖，湖的南侧形成三角洲体系，湖水较浅；北区湖水较深。

整个湖底向北倾斜，沉积物由南向北逐渐变细
古代—大多数沉积地层都由侧向堆积作用所形成（陆表海、陆棚区形成的沉积皆是—河流三角洲，海滩，障壁沙坝，滨岸沉积等）
成层岩系最重要最常见的形式
3、生物筑积作用
沉积形式：由生物本身（骸骨物质）或生物活动而形成
条件、机制：生物作用；受生物生长时的物理因素所制约，非单纯的机械作用（丘状隆起）
实例：现代—大陆架多数碳酸盐物质基本上为有机成因（现代生物礁）
古代—古生物礁
与生物有关的碳酸盐沉积
（三）地层特征
1、岩石特征
包括组成地层的岩石的颜色、矿物组分或结构组分、结构、组构和沉积构造等
2.生物特征
地层中所含的生物化石组分（类别），以及生物化石的含量、生物化石的保存状态、生物化石之间及生物化石和围岩之间的相互关系等。

生物化石在地层中的意义：
年代学的意义
环境学的意义
3.地层结构
地层是由有限的岩层类型构成的，这些岩层通常以规律的组合方式组构在一起。

根据岩层的组构方式所划分地层的结构类型可作为地层划分的依据
4. 地层的厚度和体态
地层单位应有一定厚度，厚度过小不足于建立一个地层单位。

地层单位的厚度要求可以在地质图上以最小尺度(1mm)去表达
地层的体态是指岩层或地层体空间形态和分布状态。

形态：层状或楔状、透镜状、丘状等
分布状态：水平、近于水平或斜列
（四）地层学的几个基本原理
1、原始水平原理（principle of original horizontality）
由丹麦医生斯丹诺（1669）提出：
沉积形成的地层，当时沉积时都是近于水平的，基本上与堆积于其上的那个面平行
应用此原理有其一定的范围，在纵向（垂向）堆积作用形成的地层
对侧向加积作用形成的地层不要简单应用此原理来解释区域构造运动
2、原始侧向连续原理（principle of original lateral continuity）
也由斯丹诺（1669）提出：称地层的连续性
沉积地层中的岩层在侧向上是连续的，或者延伸到一定的距离逐渐尖灭
如果野外看到岩层突然中断（不能追溯）说明中断不是原来沉积形成，而是后来构造变动造成的
原始侧向连续原理是区域地层对比的理论基础
要注意此原理仅能在小范围内应用
3、叠覆原理（principle of superposition）
又称层序律也由斯丹诺（1669）提出
沉积地层的原始状态自下而上是从老到新
此原理可确定岩层的相对年龄，作为地质年代学的基础原理。

在现代地层学中仍是重要原理之一
但要注意：①地层序列未经挠动的本来顺序才能应用；②局部或单个岩层的纵向序列可用，而大范围或一个沉积盆地或与沉积盆地岸线相垂直的横剖面应用则会发生错误；③侧向加积形成的地层，在不同的观测尺度上，并非总是下老上新
4、侧向堆积原理（principle of lateral accumulation）
由威梅尔（Weimer）1978年提出
绝大部分沉积岩是由侧向加积作用堆积形成
侧向堆积原理大致可归纳为以下几点：
①堆积沉积物的表面为等时面，这种等时面一般是倾斜的——原始倾斜
②地层主要通过侧向加积作用堆积在原始倾斜的等时面上，形成次生的纵向堆积组分——侧向加积
③由于侧向加积和进积，沉积物一般是在物质搬运方向上堆积。

通过这种作用，沉积斜坡可能变得过陡，不稳定的沉积体可以通过滑塌、蠕动或顺坡滑动变形——堆积机制
侧向堆积作用非常普遍
5、动物群顺序原理（principle of faunal succession）也称生物顺序律（化石顺序律）
史密斯（Smith）1815年提出
不同时代的地层中含有不同的化石群，时代相同的地层中含有相同或近似的化石群
年代愈老的地层中所含化石构造愈简单、愈低级；年代愈新的地层中所含化石构造愈复杂、愈高级
6、相对比定律(low of the correlation of facies)也称瓦尔特相律
由瓦尔特（J.Walther)1894年创立
相邻沉积相在纵向上的变化顺序与横向上的变化顺序是一致的
即地层的纵向序列必然在侧向序列中出现
此定律明显的体现了沉积作用的侧向堆积过程
在侧向堆积作用形成的地层相的变化服从于此定律
但纵向堆积作用（垂向加积）下形成的地层其相的变化不服从瓦尔特相律，而服从于具体沉积作用的特有规律或随机性
7、穿时普遍性原理（Principle of ubiguity of diachronism）
由肖（shaw）提出：
“全部侧向可以识别和追溯的非山成因的陆表海沉积的岩石地层单位都必然是穿时的”
原因：海侵、海退时，岩性特征随沉积环境的变迁而变化，海侵时岩性带向大陆主向移动，海退时各岩性带又向海洋方向，形成岩性界面与时间界面的斜交，造成岩石地层单位的穿时
岩性界面切穿时间界面
实际上是海侵
另外，岩石形成阶段与生物界的演化阶段并不完全一致，因此岩石地层层单位与生物地层单位界线也斜交的
根据不同特征划分的地层单位及其界线，一般彼此间都是斜交的，尤其与时间面斜交是普遍的
穿时的理论与瓦尔特相律的原理是一致的，适合于侧向加积形成的地层
纵向堆积形成的地层不适合
8、穿切关系原理（principle of cross-cutting relationships）
由赫顿（Hutton）1975年提出
凡穿切另一个岩石单位的岩石单位，它的时代晚于被穿切的岩石单位
推广使用：
凡穿切另一个地质体的地质体，后者时代晚于被它穿切的地质体
9、包含物原理（principle of inclusions）
由莱伊尔（Lyell）提出：
被包含在一个岩石体内的小碎块，小碎块的年龄必然老于包含小碎块的那个大岩石体
二、地层时间及地层的划分与对比
（一）地层时间
相对地质年代确定的依据，相对地质年代强调地壳历史演化的阶段性，绝对地质年代突出地质事件发生的具体年代，两者互相补充，但不能取代
1、相对地层年代
⑴地层层序律
⑵生物化石顺序律（生物演化律）
①化石
用来了解地质事件发生的先后顺序和确定相对地质年代是十分有效的
根据生物演化的不可逆性，可确定相对地层年代
②某些海洋无脊椎动物的生长饰
无脊椎支动物中的软体动物、腔肠动物、低等植物中的钙质蓝藻及叠层石等都具有规律的生长纹、线、带。

长期以来，许多学者利用观察化石生长线，得知每年的天数来确定地质年代
韦尔斯以现代珊瑚生长为例，指出生长纹是在一昼夜内形成的。

同时研究地史时期珊瑚的生长纹，计算出各时代一年的天数
⑶地质体之间的切割关系
优点
根据显生宙的生物化石建立了相对地质年表，为地层学的发展作出了贡献
相对地质年代的缺陷
①只有少数化石能在世界各地同时代的地层中找到
②相当于地质年代85%的前寒武系，大多缺乏可供利用的化石
2、绝对地层年代
（同位素地层年龄）
⑴绝对地层年代的确定——主要用放射性同位素测定
同位素年龄测定是根据放射性同位素衰变原理进行的。

放射性元素在衰变过程中，释放出能量并转化为终极元素用于地层年龄测量的同位素方法主要有铀－铅法、钍－铅法、铷－锶法、钾－氩法、钐－钕法等。

同位素地质年龄的测定
t = 1/λ ln(1+D/P)
其中: λ为衰变常数
P为母同位素值
D为子同位素值
·同位素测年优点
①放射性同位素测年提供了地层定量的依据—绝对年龄
②对化石稀少、构造复杂和变质作用较深的前寒武纪地层提供了年龄值此和年代关系
③对显生宙的地层也提供了年代和持续时间
因而放射性同位素年龄测定为年代地层学的发展也作出了重要贡献
·同位素测年缺陷
同位素年龄什测定受到测试精度的限制
并受到可测定岩石的影响
3、绝对地层年代表示
（同位素地层年龄）
⑵地质年代表
（二）地层的划分和对比
1、地层划分
地层划分——根据构成地壳的岩层、岩石体不同方面的特征或属性，按照地层的原始顺序，划分成不同类型的地层单位，称为地层划分
地层划分的多重性——地层的岩石特征多种多样，任何一种特征都可以作为划分地层的依据。

因此地层有多少种能够用于划分的依据，地层就有多少种类别的划分，这就是地层划分的多重性
如岩石地层，生物地层，年代地层，生态地层等等
地层划分的多重性
2、地层划分常用的几种方法
⑴古生物学方法：根据上、下地层中所含化石或化石群落的不同来划分地层
①标准化石法——用标准化石的方法来划分地层
②生物组合分析法——利用化石属的总体特征来划分地层
即对地层中所含化石进行系统研究和综合分析，确定组合特征，用生物群的整体出现来划分地层
I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类生物构成了“某一年代地层单
位”的生物组合特征，可以作为识别划分地层单位的标志
⑵岩石学方法：根据上、下地层岩性或岩石组合的不同、岩石物理化学性质的不同，将相邻地层划分开
①岩性法——要据岩石的颜色、成分、结构、构造等特征来划分地层
②标志层法——地层中特征突出、岩性稳定、层不厚并易识别的岩层（称标志层）可作为地层划分的标志
如：冰碛层，火山灰层，褐煤层，蒸发岩层，粘土矿物层等。

T2统底的绿豆岩层（火山灰）
③沉积旋回法——岩石按照一定的生成顺序在地层中作有规律的重复，称为沉积韵律。

成因相同的韵律构成沉积旋回。

用沉积旋回来划分地层的方法称沉积旋回法
沉积旋回反映岩石组合在纵向上有规律的变化
这种规律变化通常由于地壳升降运动造成海侵、海退所形成
海侵、海退的沉积序列组成一个完整的沉积旋回
海侵或海退的沉积序列组成海侵型或海退型半个沉积旋回（半韵律）
④岩石的有关物理性质
☞古地磁法——岩石形成时受
当时地磁场影响而产生磁性，保存在岩石中的磁性称为剩余磁性
岩石中的天然剩余磁性在同一时期具有全球一致性
在不同时期则地磁极性方向不同
由此可根据岩石的地磁极性方向的变化来划分地层
☞地震波法——利用地震波
反射提供的信息来划分地层
☞ 射线法曲线划分法
☞电测井曲线划分法
⑤岩石的有关化学性质
元素含量曲线法
⑶构造学方法
●构造运动引起地表自然地理条件的巨大变化，在地层上表现为上、下岩层间的区域性角度不整合或平行不整合，用不整合面来将地层划分开（用构造运动作为地层划分的标志）
●如：我国东南一带，泥盆系和下伏的下古生界之间普遍存区域角度不整合，代表早古生代末期发生了一次巨大的构造运动（加里东运动），这种角度不整合可作为地层划分的标志
⑷海平面升降曲线变化
据地震地层、层序地层的研究，克拉通地区海平面变化是有规律的，在全球基本一致，因此可根据变化来划分地层
3.地层对比
地层对比概念：地层意义上的对比指地层特征和地层位置的相当。

根据所强调的现象的不同，有不同种类的对比●岩石地层“对比”是论证岩石特征和岩石地层位置的相当；
●生物地层“对比”是证明化石内容一致和生物地层位置相当；
●年代地层“对比”是论证单位时间相同和年代地层位置的相当
4.地层对比常用的几种方法
地层有多种特征或属性，因此地层的对比亦有多种方法
⑴野外横向连续性对比
在野外工作中进行，根据露头或标志层从一个剖面直接追溯到另一个剖面，可迅速而简单有效地完成地层对比
⑵岩石或岩性相似对比
岩性对比法：在侧向连续的条件下，不同地区岩石学特征相同（色、成分、结构、构造等）和地层位置相当的地层可以对比
岩性复杂对比：据岩性序列的相似性
标志层方法：标志层是指那些厚度不大、岩性稳定、特征突出、易于识别、分布广泛的特殊岩层
标志层有穿时性的标志层和等时性的标志层两种类型。

前者只能用于岩石地层单位的对比。

后者才能用于年代地层单位的对比
⑶古生物标志对比
根据地层所含化石或生物组合的一致性或相似性对比地层
化石横向渗透对比
据古生物群落的相似性进行对比
古生物群落
⑷地质事件对比
同一地质事件所产生的物质记录都代表同一时间内发生的地质事件，在等时性方面是可以对比的
地磁极反转对比
根据极性倒转来对比地层
日本琵琶湖沉积物
（a ）与V20-108钻孔
岩芯（b）磁倾角对比
曲线
小星体撞击事件对比
小星体撞击地球后，可造成铱异常、局部铂族元素含量异常，这种异常代表发生了重大的地质事件，并有同时及等时性，可作为对比的标志
冰川事件对比
根据各冰期在不同地区的不同产物来对比地层
如O3末期的冰川作用
北非—产生大陆冰盖沉积
法国诺曼第、德国图林根—为冰海沉积
中国上扬子地区—代表海退期的笔石页岩
物质记录虽然不同，但都是在同一冰川作用影响下的产物，因而是同时的
生物灭绝事件对比
大规模生物灭绝，往往与外界环境有关，即与各种事件有关，具有同时性，可用进行地层对比
如二叠纪—三叠纪之交
白垩纪—古近纪之交
生物都发生了大规模灭绝
⑸同位素年龄对比
不同地区的地层的同位素年龄可以用于地层对比
三、地层接触关系、层型及地层区划
（一）地层接触关系
从沉积作用来看：
1、整合接触：
地层的连续指沉积盆地内，沉积作用没有发生中断
地层的小间断表明有沉积作用的中断，但是没有明显的大陆剥蚀作用，常为岩性的截然变化（小间断不涉及整个体系的变化）
连续的地层和具间断的地层都属整合接触。

2、不整合接触
不仅沉积作用发生过间断，而且间断时间较长，并发生过明显的大陆剥蚀作用。

包括平行（假）不整合、角度不整合和非整合
⑴平行（假）不整合
两套地层近于平行，但中间缺失地层，有个不整合面
地层接触面凸不平，具有较大起伏的平行不整合也称嵌不整合（易发现）
⑵角度不整合
原地层褶皱倾斜，上覆地层沉积之前遭剥蚀、切截
⑶非整合接触关系（异岩不整合）
指沉积盖层和下伏岩浆岩或深变质岩之间的分隔界面
标志：上覆地层底部掺有岩浆岩或深变质岩的碎屑物质或底砾岩
上覆地层未发生接触变质，表明上覆地层在岩浆岩形成后才形成
下伏岩浆岩体在不整合处突然尖灭或被截取
3、研究不整合的意义
在稳定的克拉通地区，不整合是划分不整合界线地层单位的唯一依据
不整合在研究古地理、古构造、地史、工程地质、矿床、油气等方面都有意义
4、识别不整合的依据
♣地层记录中找缺失、间断的证据
♣地层记发中寻找侵入的证据（构造不一致，地形不规则）
♣古陆表面证据——风化面、古土壤、底砾岩、熔解等
（二）层型
1、层型概念
层型（stratotype）——一个已经命名的地层单位或其界线原始或后来被指定作为对比标准的地层剖面，它是确定和识别一个地层单位或一个地层界线的标准
层型是在一个特定的岩层序列内，代表了一个特定的间隔或一个特定的界线点。

这个特定的间隔就是这个地层单位的单位层型。

特定点即是地层界线的界线层型
单位层型：指定义和识别一个地层单位当标准用
的地层典型剖面
界线层型：给两个命名的地层单位之间的地层界
线下定义和为识别这个界线作标准的特殊岩
层序列中的一个特定的点（gold point）
层型的意义——给一个地层单位或界线下一个清楚的、精确的标准定义
有一个典型示范是很重要的，让使用这些单位的第一个人从一开始就能够以同一概念和标准理解单位或界线的含义，消除含混不清使用混乱的状况，对于地层划分和对比以及促进国际地层学的发展与交流具有重要意义
2、层型的种类
正层型（holostratotype)：指原作者（或单位）在建立地层单位或地层界线的当时所指定的原层型
副层型(parastratotype)：指原命名人为解释正层型，根据原定义所建立或使用的一个补充层型
选层型(lectostratotype)：指命名人命名地层单位或界线时未选定合适的层型，而于事后补选的层型
新层型(neostratotype)：指取代已经毁坏而不复存在或失效的层型，在层型所在地或相邻地区重新指定的层型
次层型(hypostratotype)：为延伸一个地层单位或地
层界线在别的地区或相区指定作为参考用的
派生层型。

也可叫参考剖面（reference
section）
参考剖面含义——后来指定的辅助剖面，用于帮助阐明典型概念或把这种概念延伸到其他地理区或相区扩展了正副层型的概念或界线
原始模式——正层型⎫
副层型
后来补选⎬位于典型地区之内
的原始模式—选层型⎭
新层型⎫
从属于任何⎬可选在典型区之外
原始模式——次层型⎭
一个层型一旦建立，原则上不应当变动或加以修正，除非该层型永久性被破坏或发现建立时违背了公认的地层这原理
如果发现阶段某地层单位的其他剖面比这个单位命名时的层型出露得更好或者更标准，也不能作为层型，只能被视为参考剖面或次层型，级别总附属于层型
3、单位层型构成形式
单位层型的组成：
ஐ由一个剖面构成（如组、段、层）
ஐ由几个分散在多处的特殊单位层型联合构成，这样组成的单位层型称为复合层型（composite-stratotype），复合层型内的各个层型称为组分层型（componeat stratotype）
ஐ按其上、下两个界线层型范围内的特征总合形成
ஐ同一单位的两个界线层型可以在同一地方，也可以在不同的地方
层型并不是所有地层单位都具有
岩石地层单位有层型。