第六章地层

地质学基础1地质学基础2一、地层概念和地层层序律二、地层的划分和对比三、地层单位和地质年代表四、地层的构造分析五、稳定地区和活动地区六、各地质发展历史简介地质学基础3一、地层概念和地层层序律地层就像一部万卷巨著，记录和保存了地球形成的45亿年以来地球发展和演化的历史事实。地层中又蕴藏着丰富的沉积矿产资源。把野外见到的成层岩石，包括沉积岩、火山岩及其变质岩，这种成层岩层，泛称岩层；地层(Stratum)：是指具有某些共同特征和属性，与相邻岩层存在明显差异、具有一定地质年代的岩层或岩石组合；地层除具有一定的形体和岩石内容外，还有时间顺序的涵义。地质学基础4地层层序律：丹麦医生斯坦诺（N.Steno）根据意大利北部的野外观察，于1669年提出的，其内容是：年代较老的地层在下，年代较新的地层叠覆在上。也就是上新下老，这就是著名的地层形成的时间顺序规律——地层叠覆律（LawofSuperposition）。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（Lawoffaunalsuccession）。地层层序律和化石层序律是确定地层层序的主要方法。地质学基础5二、地层的划分和对比（一）、基本概念1、地层划分（Subdivision）：根据地层各种属性和特性（如岩性、化石、接触关系、地球物理特征、地球化学特征、同位素年龄等），按照地层的原始顺序，系统地把一个地区的地层划分为各种地层单位。2、地层对比（Correlation）：根据地层各种属性和特征（如岩性、化石、接触关系、地球物理特征、地球化学特征、同位素年龄等），对不同地区的地层单位进行比较，找出这些地层单位的相应关系和分布规律。在地层学的意义上是表示地层特征和地层位置的相当。3、地层划分与对比：确定地层的相对新老关系及其分布规律。地质学基础6地层有多少种属性，就有多少种地层划分对比的方法，因此，地层划分对比的方法很多。但最常用的方法有：岩石地层学、生物地层学、地球物理学等方法。1、岩石地层学方法基本原理：岩层的岩性（颜色、成分、结构、构造等）、岩石叠置顺序、沉积旋回和岩相特征等，都可以作为地层划分和对比的依据，这是地层学中重要的方法之一，在油气勘探的地层划分对比中得到广泛有效的应用。（二）、地层划分对比的方法地质学基础7（1）岩性法沉积岩的岩性特征反映了其形成时的古地理环境。在一个剖面上，岩性的变化意味古地理环境随着时间推移而改变。在地面露头和钻井地质剖面中，常常根据岩性特征来划分对比地层，这种划分对比在一定区域范围内是准确的，这就是常用的岩性法来划分对比地层。地质学基础8地层岩性对比图地质学基础9（2）沉积旋回法沉积旋回是指在纵剖面上一套岩层按一定生成顺序，有规律地交替重复，如岩石粒度由粗到细，再由细到粗的变化，通常把利用沉积岩的这种规律性交替出现的现象来划分对比地层的方法叫做沉积旋回法。海相沉积旋回的连续性表现为一个海侵序列逐渐过渡到海退序列，在纵向剖面上岩石粒度自下而上由粗到细为海侵序列，而从细到粗为一个海退序列。陆相沉积中湖水进退同样也可以造成岩性出现规律变化的沉积旋回。在一定范围内用沉积旋回法来划分、对比地层是行之有效的。地质学基础10（3）标志层法在复杂的岩层中有一些特殊的岩层，它们具有厚度不大、岩性特征突出、在区域地层中分布比较稳定等明显特征，这种岩层可称为标志层。地质学基础11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。地层年代的概念，必须建立在生物地层学的基础上。只要地层所含化石或化石组合相同或相似，它们的地质时代就相同或大致相当，这就是使用古生物化石划分对比地层的理论依据。古生物学方法是确定地层相对地质年代的基础。2、生物地层学方法（古生物学方法）地质学基础12W.史密斯（1769－1839），英国测量工程师，在参加开凿运河的土地测量工作时热心收集古生物化石，在此基础上提出了化石层序律。地质学基础13（1）标准化石法在一个地层单位中，选择少数特有的生物化石，它们在该地层上下层位中基本上没有，该种化石只在该段地层里出现，它们是特定地质时代的产物，这些化石就叫作标准化石。根据标准化石来进行地层划分和对比的方法叫做标准化石法。所谓标准化石也是相对的，但它具有明显特征：①生物生活时代短；②分布范围广；③数量多；④保存完好，易于鉴定。标准化石在海相地层划分对比中发挥着重要作用，化石带往往可以作为洲际对比。地质学基础14（2）化石组合法与标准化石法用单一化石属种划分对比地层不同，化石组合法是用生物群划分对比地层。在地质历史中，同一生活环境中不只有一类生物，而是多种生物共生在一起组成一个生物群。在不同时代不同环境中，由于各种生物适应能力不同，产生的组合就不相同。生物群及其演化，在一定程度上，反映了该地层形成时期生物群的总体面貌。因此利用生物群组合来划分地层界线，用来对比地层，也是十分可靠的。地质学基础15同位素：原子是由原子核和壳层电子组成的，原子核除氢外都是由质子和中子构成，质子数相同，中子数不同的元素称为同位素。上个世纪初，发现放射性元素都是自动的、恒定的速率逐渐衰变为非放射性的子体同位素，并释放出能量来。如：U238→8α＋6β＋206PbU235→7α＋4β＋207Pb其基本原理是基于放射性元素有固定的衰变常数，即每年每克母体同位素能产生的子体同位素的克数。因此，分别测定岩石中矿物所含的放射性同位素（母体同位素）及由其蜕变产物（子体同位素）的含量，就可以计算出该矿物从形成到现在的实际年龄。3、同位素地质年龄的测定地质学基础16计算公式：t－被测矿物或岩石的年龄；λ－衰变常数，即单位时间内母体同位素衰变出子体同位素的原子数；D－为t时间内由原始总数为P0的母体同位素所产生的子体同位素原子数；P－为在t时间后剩余的母体原子数。同位素种类很多，能用来测定矿物或岩石年龄的必须满足条件是：（1）衰变常数必须准确地测定；（2）先要确定现存子体同位素丰度；（3）母体或子体同位素不受外界影响而发生增加或丢失。)PD1ln(1t地质学基础17目前利用放射性同位素测定矿物的年龄，进而推断岩石或地层形成的年龄，已经成为一个独立学科，称为地质测年学（Geochronometry）。常用的方法由铀铅法、铷锶法、钾氩法。半衰期衰变常数铀U238→铅Pb2064.468×109年0.155×10－9/年铷Rb87→锶Sr874.9×1010年0.141×10－10/年钾K40→氩Ar401.28×109年0.541×10－9/年碳C14→氮N145730年1.21×10－4/年地质学基础18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”。4、古地磁方法地质学基础19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，每隔几万年或几十万年，地磁场的极性就会发生一次倒转，即地磁北极变为地磁南极，地磁南极变为地磁北极。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。地质学基础20地质学基础21在石油天然气勘探中已普遍采用地震、测井等地球物理学方法，它们在地层对比工作中也发挥着重要作用。测井技术在开发地质和油田细分层中发挥着主力作用，在区域地层对比中也有重要意义。地震资料对比地层在区域地层对比中更是举足轻重。5、地球物理学方法地质学基础22麻柳场含气构造嘉陵江组嘉四3地层对比图地质学基础23地震勘探中获得的反射波资料是地层的地震响应。同一反射界面的反射波有相同或相似的特征，如反射波振幅、波形、频率、反射波波组的相位个数。根据这些特征，沿横向对比追踪出同一反射界面的反射，也就实现了对同一地质界面的对比。反射波组对应的地层层位是根据钻井资料和地质资料来标定的。利用地震资料对比地层有其不可取代的重要作用，如覆盖区地层的划分对比，在一定条件下，它正确地揭示出岩石地层学和生物地层学方法的缺陷与弊端，并予以修正。地质学基础24地质学基础25三、地层单位和地质年代表（一）岩石地层单位及其级别岩石地层单位分为四级：群、组、段、层，这是主要单位。组：是最重要的基本岩石地层单位。其含义在于具有岩性、岩相和变质程度的一致性。组由一种岩石构成，或者以一种岩石为主，夹有重复出现的夹层；或者由两三种岩石交替出现所构成；还可能以很复杂的岩石组合为一个组的特征，而与其它比较单纯的组相区别。组的厚度无固定的标准，可以由1m到几千米不等。地质学基础26群：比组高一级的岩石地层单位，常用的最大岩石地层单位。由两个或两个以上经常伴随在一起而具有某些统一的岩石学特点的组联合构成的，或由一大套厚度巨大，岩类复杂的地层组成。群的顶底界线即其顶底组的上下界，而不应当从组内穿过；群内不允许有重要的间断或不整合存在。群在必要时可以再分成亚群，或合并为超群。群的名称通常取自典型剖面附近的地名。地质学基础27段：是低于组的岩石地层单位，必须具有与组内相邻岩层不同的岩性特征，且分布广泛，对研究区域地层有用。组是否要分段应根据其内部有无分段的岩性条件和区域地层研究的需要来定，有的组可全部划分为段；也可仅指定组的某一部分为段，其余部分不正式命名为段；有的组可不分段；有的组在某一地区分段，在另一地区不分段。层：等级最低的岩石地层单位。它一般由岩性、成分、生物组合等特征显著而又明显区别于相邻岩层的地层构成。它的厚度不大，可以从数厘米、数米至十余米。层是组内或段内的一个特殊单位层，在岩性上与相邻岩层显著不同。地质学基础28（二）生物地层单位生物地层单位是根据地层中所含有的生物化石内容和特征所划分出来的地层单位。以含有相同化石内容和分布为特征，并与邻层化石有别的三度空间岩层体。在地层层序中，却有许多不含化石的部分，它们就不具有生物地层的特征，那么就不是生物地层划分的对象。生物地层单位的最大特点，在于它们具有指示相对年龄的作用。生物地层单位有三种类型：组合带、延限带、顶峰带，还有间隔带。地质学基础29（三）年代地层单位及其级别按地质历史中生物演化阶段可建立六个级别的年代地层单位及其对应的地质年代单位。宇Eonthem宙Eon界Erathem代Era系System纪Period统Series世Epoch阶Stage期Age时带Chronozone时Chron年代地层单位是指在特定地质时间间隔内形成的岩石体。其顶底界线都是以等时面为界的，因此，这种地层单位及其界线是全球等时的。每一个年代地层单位与相应的地质年代单位严格对应。地质学基础30（四）、地质年代表宇：冥古宇HadeanEonthem太古宇ArchaeozoicEonthem太古宙ArchaeozoicEon元古宇Proterozoic显生宇Phanerrozoic地质学基础31元古宇新元古界（Pt3）Neo-Proterozoic震旦系（Z）上统（Z2）下统（Z1）青白口系（Qn）中元古界（Pt2）Meso-Proterozoic蓟县系（Jx）长城系（Ch）古元古界（Pt1）Palaeo-Proterozoic地质学基础32显生宇新生界（Kz）（Cenozoic）中生界（Mz）（Meozoic）古生界（Pz）（Palaeozoic）上古生界（Pz2）下古生界（Pz1）地质学基础33下古生界寒武系Cambrian(Є)三分Є1Є2Є3奥陶系Ordovician(O)三分O1O2O3；或四分：『O1宜昌统、O2扬子统』、O3艾家山统、O4钱塘江统志留系Silurian(S)三分S1、S2、S3；或四分：S1、S2、S3、S4地质学基础34上古生界泥盆系Devonian(D)三分D1、D2、D3石炭系Carboniferous(C)二