地層學

地層學主要是研究成層岩系所含的古生物化石的相對年代順序，一般稱為生物地層學或者年代地層學。從沉積學的角度來講，研究成層岩系的沉積環境以及它的形成過程，被稱為“沉積地層學”或者“岩石地層學”。

基本介紹

• 中文名：地層學
• 外文名： Stratigraphy
• 套用：油氣勘探
• 領域：地質學
• 地位：地質學分支學科
• 相關：考古地層學

簡介

所謂地層，是一切成層岩石的總稱，它包括變質的和火山成因的成層岩石在內。在地質調查的實踐中，首先要解決的問題就是關於一個地區的地層層序及與其相鄰地區地層層序之間的對比關係。不同的地區，地層形成的具體層序差別是很大的。所以，地層的對比必須有一個客觀的標準。這個標準就是把不同地區的地層單位，根據它們的岩石性質、化石特徵進行對比，以證明這地層在層位上是否相當，在時間上是否接近。

地層學主要研究地層的層序關係﹑接觸關係和空間變化的關係。地層之間的接觸關係可以是連續的也可以是不連續的,短期的沉積中斷形成地層間的間斷關係。長期的沉積間斷，經過基盤抬升，構造變動和陸上剝蝕，與上覆地層間則形成多種類型的不整合關係(見地層接觸關係﹑不整合)。關於地層之間的空間變化關係，也有一系列的分析方法和概念。多數地層屬於沉積成因。根據現代沉積與其生成環境的關係﹐判斷地層形成時的沉積環境，稱為沉積相分析或岩相分析。同樣，根據現代大陸內部﹑大陸邊緣和海盆不同構造條件下形成的沉積特徵，判斷地層沉積時構造環境﹐稱為沉積組合分析或建造分析。在較長時間內形成的一系列地層反映了所處構造環境的不斷變化，可稱為沉積組合序列。組合系列的總體特徵即是地層沉積類型。地層的沉積類型反映了構造環境的空間分異。一般可按構造活動性區別為穩定類型﹑過渡類型和活動類型(見地層沉積組合)。為了概括地反映各區地層沉積類型的總體特徵及其在時間上的發展交替，就有必要進行地層區劃，稱為地層分區(見地層區劃)。為了使地層知識﹑概念﹑方法系統化和規範化，使地層學者在工作中有所遵循，有共同語言，便於學術交流，還須研究地層分類和名詞術語等，這些內容都可歸入地層指南(地層規範)。

地層的分類

一般地講，目前在國際上多數意見趨向於將地層分為三個類型：以岩性特徵作為主要劃分依據的岩石地層；以化石作為劃分依據的生物地層；以沉積形成的時間作為劃分依據的時間地層或者年代地層。

另外，還有一種意見，認為年代地層就是生物地層，由此出現了把地層分為兩大類型的觀點。

劃分地層，主要有以下三方面的主要依據：

（1）依據沉積旋迴劃分地層。當地質工作者蒐集到一個地區的地質資料，準備對這個地區的地層進行劃分時，首先要建立一個標準剖面。這個標準剖面要具備一個沉積旋迴的條件。譬如：如果是海相地層，其岩相就應表現出由粗到細，又由細到粗的重複變化，這樣的變化就稱為一個沉積旋迴，它應表現一套完整的海侵地層和海退地層的變化過程。

（2）依據岩性變化來劃分地層。在地質時期的地殼運動過程中，在一定的程度上岩性的變化反映了沉積環境的變化情況。因此，依據岩性的不同，把地層分為若干不同的單位，基本上可以代表地殼發展的階段。比如：在一個地層剖面中，存在兩種沉積，其上部是火山碎屑岩，其下部為含砂頁岩煤層。這樣兩種不同的沉積，表現著兩個不同的沉積環境和時代，下部表現的是還原環境和成煤時代，上部則反映著地殼運動強烈和火山活動時代。根據岩性的不同就可以把地層分為兩個單位，代表兩個發展階段。

（3）依據岩層的接觸關係劃分地層。在地殼運動過程中，沉積有時出現不連續的情況，如地殼在下沉時發生沉積，地殼上升會產生剝蝕。地殼下沉時期，表現為沉積連續；地殼上升時期，表現為沉積間斷。這種變化就會造成沉積的中斷，形成時代不相連續的岩層重疊在一起，兩者的接合面(即間斷面)，就是所謂的不整合接觸。任何類型的不整合(平行不整合和角度不整合)都代表岩質的不連續狀態，由此可以反映出當時古地理環境的變化。

（4）依據生物化石來劃分地層。在生物演變過程中，是由簡單向複雜變化，由低級向高級發展的。同時，在生命的循環過程中，又表現為周期性的生與滅的循環，也就是說，生物的演化是在不停地發生著和消滅著，而各門類生物的發展，又有著階段性和不連續性。生物的每一個屬種在地質歷史上的存在只有一次(當然，時期有長短)，因此，不同的地質時期都有生物的生存，不管是由於生物演化本身發生的消亡和滅絕，還是由於外界原因，如地殼運動等環境造成的消亡，它們在滅絕後將不再重複出現。這些消亡的生物遺蹟分布於不同的地層沉積環境中。因此，不同時代的地層所含生物化石就會有所不同，這就意味著地層時代愈久遠，其所含的生物化石將愈原始、愈低級；地層時代愈新，其所含生物化石將愈先進、愈高級。這個規律具有不可逆轉的性質。因此，以生物化石來劃分地層是一個科學的依據。

地層單位

根據地層的不同特徵或屬性，將其劃分為不同的地層單位。但常用的有岩石地層單位、生物地層單位、年代地層單位。

生物地層單位

生物地層單位(biostratigraphic unit)是根據地層中所含有的生物化石內容和特徵劃分出來的地層單位。生物地層單位是以含有相同的化石內容和分布為特徵，並與相鄰單位化石有別的地層體。

生物帶(biozone，或化石帶fossil zone)是生物地層劃分的基本單位；生物地層的單位主要有：組合帶、延限帶、富集帶、間隔帶等。

組合帶(assemblage zone)指含有一定特徵的化石組合的一段地層，且該組合與相鄰地層

中的生物化石組合有明顯區別。組合帶不是以某一化石類別延續的時間所占有的地層確定的，

而是根據多種化石類別的共存所占有的地層確定的。

延限帶(range zone)是指某一個或幾個化石種、屬延續的時限所代表的地層體。代表該類生物從“發生”到“消亡”所占用的地層。但在一個地層剖面上，延限帶的界線僅僅是該生物類別最早出現到最後消失的界線。因此延限帶的確切界線應在所有剖面都調查清楚以後才能確定。

頂峰帶(acme zone)指一些化石屬、種最繁盛時期的一段地層(並非該屬種全部時間分布範圍)，它不包括前期屬、種出現數量不多時的地層，也不包括後期屬、種逐漸稀少時的地層。

間隔帶(interval zone)指上、下兩個明顯的生物帶之間的一段地層，它可以不含特別明顯的生物地層組合或生物地層特徵。完全缺失化石的地層稱啞間帶。

年代地層單位

年代地層單位(chronostratigraphic unit)指以地層的形成時限(或地質時代)為依據而劃分的地層單位。它代表了地質歷史時期某一時間片斷內形成的所有地層。年代地層單位是按時間階段來劃分的，與地質年代嚴格對應。年代地層單位有宇、界、系、統、階、亞階，與其對應的地質年代單位為宙、代、紀、世、期、亞期。其中字、界、系、統時間跨度大，具有全球統一性，是全球性年代地層單位。階是全國性或大區域性的年代地層單位。

宇(eonothem)指在“宙”的時間內形成的地層。宇是年代地層單位中最大的地層單位。根據生物演化最大的階段性，即生命物質的存在及方式劃分。由於地球早期的生命記錄為原核細胞生物，之後的生命記錄為真核細胞生物，最後才發展為高級的具硬殼的後生生物。所以可將整個地史時期分為太古宙、元古宙和顯生宙。所對應的年代地層單位則為太古宇(Archaean)、元古宇(Proterzoic)和顯生宇(Phanerozoic)。

界(erathem)指在一個“代”的時間內形成的地層。根據生物界發展的總體面貌以及地殼演化的階段性劃分的。太古宙和元古宙依據地殼演化的階段性劃分：顯生宙主要根據生物界演化的階段性來劃分，以象徵生物發展階段的古生、中生和新生等命名。其中古生界(Paleozoic)以海生無脊椎動物為特徵；中生界(Mesozoic)以爬行類和裸子植物為特徵；新生界(Cenozoic)以哺乳類和被子植物為特徵。

一個界包括2～3個甚至6個系。

系(system) 指在一個“紀”的時問內形成的地層。紀的劃分主要是依據生物某些綱或目的演化的階段性，如寒武系以三葉蟲綱為特徵；又如泥盆系魚綱發展，石炭系兩棲綱發展。系是年代地層單位中最重要的單位。

一個系的延續年限平均為30～80Ma，但第四系例外，僅2Ma。有的系(如寒武系)延續時限超過一個界(如新生界為65Ma)。

系的名稱來源不一：有的表示時間位置(第四系)；有的出自岩石含義(石炭系、三疊系、白堊系)：有的源於種族名稱(奧陶系、志留系)；有的來自地名(寒武系、二疊系、泥盆系、侏羅系)。

統(series) 指在一個“世”的時間內形成的地層。統是根據生物目或科演化的階段性劃分。一般一個紀可以依據生物界面貌劃分為兩到三個世，通常稱之為早、中、晚世，與之對應的年代地層單位則為下、中、上統。

一個統的延續時限為13-35Ma，第四系的統例外，更新統2Ma，全新統約1萬年。

階(Stage)指在一個“期”的時間內形成的地層。階是年代地層單位中最基本的單位。階的劃分主要是根據屬、種級的生物演化特徵。

標準階的延續時限為2～10Ma。一般一個統包含2～6個階。階的套用範圍取決於建階所選的生物類別，以游泳型、浮游型生物建階一般可進行全球對比，如奧陶系、志留系以筆石建階、中生代以菊石建階。而以底棲型生物建階一般是區域性的，只能用於一定區域，如寒武系以底棲型生物三葉蟲建階。

岩石地層單位

岩石地層單位(1ithostratigraphic unit)為區域性地層單位，是由岩性、岩相或變質程度均一的岩石構成的三度空間岩層體。其只著眼於岩石特徵的空間延展，而不考慮其形成年齡。

岩石地層單位是因為化石依據不足或研究程度不夠，只按地層層序及岩性特徵，並結合構造運動特點劃分的地層單位，分為群、組、段、層四級。

群(group)最大的岩石地層單位。其通常相當於一個統，有可能大於統，甚至大於系。一般由兩個或兩個以上相鄰或相關具有共同岩性(或岩性組合)特徵的組聯合構成，或指厚度巨大、岩性複雜、未做深入研究又不能分組的一套岩系。對這個複雜的地層序列可給予專名，如太古代的五台群、阜平群。群的頂底界線一般為不整合面或明顯的沉積問斷面。常用於前寒武系和中生代陸相地層。

組(formation)是地方性的岩石地層單位，是劃分岩石地層的基本單位。與上下地層間界線明確，具岩性、岩相和變質程度的一致性。組的厚度一般從幾米到幾百米，無具體標準限制。組應當展布於一定範圍，便於追索對比，在此範圍內其岩性、岩相應基本穩定。

群和組大都以建群、建組剖面所在的地名命名，如泰山群、膠東群、桂林組、融縣組。

段(member)組內次一級岩石地層單位。通常一個組可以根據岩層岩性特徵等標誌的不同而劃分為若干段。如寧鎮山脈的棲霞組由下而上分為碎屑岩段、臭灰岩段、下矽質岩段、本部灰岩段、上矽質岩段、頂部灰岩段。

層(bed)是最小的岩石地層單位。層有兩種類型：一是岩性或結構相同或相近的岩層組合，可以用於剖面研究時的分層；二是岩性特殊、標誌明顯的岩層單位，如煤層等。

段和層大都以岩性命名，如砂岩段、灰岩層。

生物地層、年代地層和岩石地層單位之間關係

生物地層和年代地層單位之間的關係

生物地層單位是物質性的，而年代地層單位是時間性的。生物地層單位是指含有某化石的地層，而年代地層單位是指某種生物生存的時間內形成的全部地層，並非僅指含有化石的地層。生物地層單位不連續，不能獨成系統，是為年代地層系統服務的。

生物地層和岩石地層單位之間的關係

一般來說，生物地層單位與岩石地層單位無一定對應關係。二者的界線在局部地區可以吻合，一個生物地層單位有時可跨越幾個低級別的岩石地層單位，一個組一級的岩石地層單位有時也可包括幾個生物地層單位。岩石地層單位中的化石，在某些情況下可作為特殊的岩石特徵。

地層劃分

地層劃分是按地層的岩性、古生物等特徵及形成先後順序，將地層劃分為若干個地層的單位，建立地層系統。通過地層的劃分，建立本地區的地層剖面，可以了解本地區地殼運動和環境演變情況。地層劃分的方法如下。

構造學方法

根據不整合(角度和平行不整合)面及地層變形樣式不同來劃分地層的方法；如我國東南一帶，泥盆系和下伏的下古生界之間普遍存在區域角度不整合，代表早古生代末期發生了一次巨大的構造運動(加里東運動)，這種角度不整合可作為地層劃分的標誌。

岩石學方法

根據不同的岩性特徵(成分、顏色、結構、構造等)或岩石組合的不同、岩石物理、化學性質的差異來劃分地層。

古生物學方法

根據上、下地層中所含化石或化石群落的不同來劃分地層。

地層對比

地層對比是在地層劃分的基礎上，將不同地區的地層進行比較，論證它們的地質時代、地層特徵、地層層位的對應關係。通過地層對比，可以建立廣大地區地層的年代順序系統。通過地層對比，可更好地了解地層分布規律，了解廣大範圍的環境的異同，為勘查沉積礦產資源奠定基礎。地層對比的方法主要有：

野外直接追溯 ：

在野外根據露頭從一個剖面追索到另一個剖面。

岩性相似性對比：

根據岩性特徵，如岩層的顏色、成分、結構和構造的相似性進行對比。

古生物對比：

論證地層中所含化石內容和生物地層位置的相當。

通過地層的劃分和對比，建立一個地區或全球性的地層時空關係，從而研究一個地區或全球性地殼的歷史演化。

地層學分支

地層學的主要分支包括年代地層學﹑岩石地層學和生物地層學。（牟中海，尹成編,高等學校教材 地震地層學,石油工業出版社,2013.03,第5頁）

年代地層學

年代地層單位是以地層形成年代作為依據而劃分的地層單位。在某一特定地質時間間隔內所沉積的一套地層即為年代地層單位。年代地層單位之間的界限應為沉積等時面或同時沉積面。確定等時面的方法包括生物地層學(根據標準化石)、同位素年代學(適用於前寒武紀的深變質地層)、古地理(海陸變遷)、古地磁(適用於寒武紀以後的地層)和古氣候等方法。一般情況下，層面和不整合面都可作為年代地層界面。

岩石地層學

岩石(岩性)地層單位是以岩性特徵作為主要依據而劃分的地層單元。這些岩性特徵的主要對比標誌是粒度、顏色、層理、厚度、礦物成分、沉積構造、電性特性、鑽時錄井等等。總之，岩石地層單位之間是以岩性的明顯變化作為岩石地層界面，但是大部分情況下岩性在橫向上是漸變的，所以這種岩性界面的確定是人為的，並不是一個實際存在的物理界面，並且岩石地層單位的範圍不定，沒有嚴格的時限，因而具穿時性。只有當岩性界面與層面或不整合面重合時，它才是一個真正的物理界面。

生物地層學

生物地層單位是根據地層所含化石的一致性和特殊性而劃分的地層單位，並以所含化石的明顯變化作為生物地層單位之間的界限。由於生物的演變是漸變的，因而這種界限也帶有一定的人為性。同時由於生物的演化變種以及不同的環境下有不同的生物種屬，因而這種界限可能平行於等時線，也可能穿時。

地層學的主要分支包括年代地層學、岩石地層學和生物地層學。年代地產以地層的地質年代歸屬為主要研究內容，以時間界面為準劃分地層，與地質年代表一致是建立地層系統的基本要求。岩石地層學以地層的岩性特徵為主要研究內容，以岩性界面變化為準，劃分地層，是建立區域地層層序的主要方法。生物地層學以地層所含生物化石為主要研究內容，以生物群的交遞變化為準劃分地層。由於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時代表的重要手段。 現代地層學擴展了研究範圍，深化了地層類型及其時空分布與古環境、古構造的關係，加強了歷史的、綜合的研究。現代地層學還大量的使用了新的技術方法，開闢了新的領域，形成了新的分支學科，使地層學研究更為深入和準確。

事件地層學的出現與地質事件概念和災變概念的提出密切相關。

地震地層學

一些結構特徵，比如鹽穹和背斜，已經在地震數據採集的開始被認可。在20世紀70年代，地質學家想出了一個辦法來解釋與海平面相關的大規模沉積物(維爾等人，1977)。這一理論被稱為地震地層學，考慮全球沉積板塊，通過解釋地震線來展示特定區域是如何沉積的，以此來研究地震地層學。通過解釋地下沉積岩層的形成條件，地質學家可以推斷出周圍的岩石類型，還可以利用地震地層學獲得對油藏更好的認識。

層序地層學

層序地層學是對同一年代地層構架的岩性構架的研究。“年代地層學”指的是按時間排序的地層。同一年代地層構架南一個年代地層的表面決定，這裡年代地層的表面指的是年輕岩層在上、年長岩層在下的界面。年代地層的表面是有效的時間標記，因為它們在較大的橫向距離上是相關的。層序邊界是潛在相關的年代地層的界面。