地质年代与地层系统.pdf

“ “ “ “ 第二篇 地质年代与地层系统 第一章古生物基础 第一节古生物概述 一、 化石及其形成 （一） 古生物 古生物是指在地质历史时期中曾经生存过而现在已大部分绝灭了的生物。由于古 生物与今生物 （现生物） 之间很难用某一时间界限来把它们截然划分， 为了研究的方便， 一般以最新地质时代 全新世的开始 （距今约为一万年） 来作为古生物与今生物的分 界， 也就是， 全新世以前的生物称之为古生物， 而全新世开始以来的生物则称之为今生物 （现生物） 。 在地质学领域中， 有一门研究地质历史时期中的生物界及其进化发展的科学， 称为 古生物学。古生物学研究的对象是化石 （还有一些生物成因的沉积结构也逐渐成为古生 物学研究的对象， 如叠层石、 核形石、 矿瘤等） 。 （二） 化石 化石是指保存在岩层中的古生物的遗体或遗迹。凡化石都能指示古生物的存在， 都 保持了古生物的某些特征 （如形态、 构造、 纹饰等） ， 或是保存了古生物生命活动中留下的 产物 （如足迹、 爬痕、 粪、 蛋等） ， 即遗迹。 （三） 化石的形成 不是所有的古生物或古生物生命活动过程中的产物都可以保存在地层中而形成化 “ 第一章古生物基础 石的， 绝大多数的古生物死亡以后， 都腐烂损坏或被其他生物所吞食掉。所以， 古生物的 遗体或遗迹要保存下来形成化石， 是必须具备一定的条件的。一般来说要具有硬体， 如 外壳、 鳞甲、 骨骼、 植物纤维或孢子、 花粉等； 死后要被沉积物迅速掩埋， 以免遭生物、 物理 和化学等破坏作用的破坏； 还要经过石化作用。因此， 化石大多是古生物的硬体部分， 只 有在特殊条件下， 少数古生物的软体和遗迹也能较完整地保存下来形成化石 （如琥珀中 的昆虫， 第四纪冻土层中的猛犸象等） 。 石化作用大致可以分为三种 一是充填作用， 即生物硬体中的空隙被地下水中所含 矿物质充填的作用， 此种作用常见于新生代的一些贝壳和哺乳动物的骨骼化石。二是换 质作用 （交代作用） ， 即生物硬体的成分被地下水中所含矿物质置换的作用， 如常见的硅 化木就是换质作用的产物。三是炭化作用， 即生物遗体中的不稳定成分 （如 、 “、 等） 被分解逸去而仅留下炭质薄膜保存成化石的作用， 如骨骼成分为几丁质 （“’’） 的 笔石化石以及原为碳水化合物的植物化石等。 二、 古生物的分类和命名 （一） 古生物的分类 古生物分类的方法有两种 一种是建立在亲缘关系基础之上的分类的方法， 称为自 然分类法 （也称系统发生分类法） ； 另一种是根据化石之间某些构造和形态上的相似性所 作的人为分类的方法， 称为形态分类或人为分类法。 古生物的分类单位和现代生物一样， 由大而小主要有 界、 门、 纲、 目、 科、 属和种七个 单位。除这些主要分类单位外， 还有各种辅助单位 亚门、 亚纲、 亚目、 亚科、 亚属、 亚种以 及超门、 超纲、 超目和超科。其中种， 又称物种， 是古今生物分类的基本单位。每一类生 物都有其分类位置。现以北京直立人为例， 说明其分类位置如下 ’* 第二篇地质年代与地层系统 （二） 古生物的命名 古生物和现代生物一样， 一经研究后， 在发表时必须按照国际上统一规定取一个国 际通用的科学名称 学名。各级分类单位的学名一律用拉丁文或拉丁化文字书写或 印刷。属和属以上的学名采用单名法， 即由一个字构成， 开首的字母要大写； 科及科以上 的学名用正体字书写或印刷。种的学名采用双名法， 属名在先， 开首字母大写； 种名在 后， 开首字母小写。属名及种名均用斜体字书写或印刷。有时在各级学名之后附有原命 名人的姓氏 （以拉丁字正楷字体拼写， 开首字母大写） 和命名年代， 以便于查考。例如 “’’“**,--，./01 莱得利基虫中华 （属名）（种名）（命名人姓氏）（命名年代） 该种应译为中华莱德利基虫 （译名的种名在前， 属名在后） 。有时在文献中见有属名 后为 *23 这是 *2““* （种） 的缩写， 写在属名之后， 表示种名未确定， 如 45-“* *23 即为 种名未确定的芦木， 可译为 芦木 （未定种） 。 三、 古生物的进化及生物与环境的关系 生物的进化与环境密切相关。在内外因素的影响下， 生物产生变异。不能适应环境 的变异被自然淘汰， 能够适应环境的变异则可保留下来， 一代代遗传并且得到逐渐加强， 到一定程度就会产生质变而形成新的物种。也就是说， 由于环境和生物变异、 遗传、 自然 选择的结果， 使生物界中旧的物种不断灭亡， 新的物种不断产生， 因而使生物不断地进化 发展。 生物与其生活的环境是相互联系、 相互作用、 相互制约的。任何生物都不能脱离生 活环境而存在， 一定的生物只能适应一定的生活环境， 如鱼不能离开水体而生活， 陆生植 物必须有土壤、 水分和阳光； 生物的生命活动过程中， 又能改变环境， 如树林可使荒山变 为 “绿色的海洋” ， 使沙漠变绿洲， 可以调节气温等， 以致改变当地的气候。这就是生物与 环境的关系。 676 第一章古生物基础 第二节主要古生物类别简介 一、 类 （一） 的一般特征 是一类已经绝灭了的微小的单细胞动物， 因外形常呈纺锤形而得名为或纺锤 虫。其个体的大小一般如麦粒， 长约 “ ， 最小者不到 ， 大者可达到 ’ “ ’ 或更大。 类是温暖的浅海远岸底栖动物， 依靠伪足伸缩活动， 少数种类营漂浮生活。化石 主要保存于灰岩中， 钙质页岩和硅质岩中较少见。 （二） 壳的构造 壳的主要构造如下 （图 ） 。 图 壳的构造 壳的中心为一球形的初房， 初房之外有许多围绕初房包旋生长的房室， 房室每增 长一圈为一壳圈； 房室的外壁相连而成旋壁。旋壁的细微的构造主要分为致密层、 透明 层、 疏松层 （位于致密层的内、 外两面， 分别称内疏松层和外疏松层） 和蜂巢层等。根据组 成旋壁细微的构造不同， 可将旋壁分为单层式、 三层式、 四层式及二层式 （图 ） 。 旋壁向内弯的部分称为隔壁， 隔壁与中轴平行、 平直或褶皱。旋壁的蜂巢层向下延伸而 形成的板状物称为副隔壁。隔壁底部中央的一个半圆形小孔叫口孔。口孔两侧堆积物 形成的堤坝状隆脊叫旋脊。两条旋脊之间成沟渠状物叫通道。 第二篇地质年代与地层系统 图 “ “ 壳旋壁的细微构造 单层式；“三层式；四层式；二层式 致密层； 内外疏松层； 透明层； 蜂巢层 （三） 类的地史分布及地质意义 类最初出现于早石炭世晚期， 全盛于二迭纪至晚二迭世末期全部绝灭。它在地理 上分布广泛， 几乎全球各洲的石炭纪、 二迭纪海相沉积中均有发现， 而且演化迅速， 因此， 对石炭、 二迭纪地层的划分、 对比有很重要的价值， 是一种良好的标准化石。 二、 珊瑚 （一） 珊瑚的一般特征 珊瑚是海生底栖固着生活的高等腔肠动物， 有单体和群体 （复体） 之分， 一般生活于 温暖清澈的浅海区。珊瑚动物的软体叫珊瑚虫， 形态呈袋状， 顶端有口， 口周围环生许多 触手， 口下有一食道 （食管） 与腔肠 （体腔） 相通， 腔肠内有许多放射状排列的隔膜 （图 “ “ ） 。 图 “ “ 珊瑚的解剖结构图 （） 现代六射珊瑚软体与骨骼的关系； （’） 横切面 长的为隔膜， 短的为隔壁 珊瑚硬体称珊瑚体， 其外围的壁称之为外壁； 体内有呈放射状排列的直立的薄骨板， 称为隔壁； 有水平方向排列的骨板称为床板 （横板） ； 珊瑚体边缘， 介于隔壁之间有上下叠 置， 状如鱼鳞大小均一的上凸小板， 称为鳞板； 有时珊瑚体边缘有不规则的， 切割隔壁的， 第一章古生物基础 状如泡沫的小骨板称为泡沫板； 有的珊瑚体的中心有直立的钙质实心轴， 称为中轴； 有的 则是直立的， 且横切面是呈蛛网状的虚心轴， 称为中柱。 （二） 四射珊瑚 四射珊瑚有单体及复体之分， 单体外形常呈锥状、 柱状及拖鞋状， 复体常呈丛状和块 状。四射珊瑚的隔壁和床板都很发育。隔壁有原、 后生之分。原生隔壁有六个 主隔壁、 对隔壁、 两个侧隔壁和两个对侧隔壁， 这六个隔壁把珊瑚体分为两个主部和两个对部。 后生隔壁又有长隔壁和短隔壁之分； 长隔壁又称一级隔壁， 生长于主部及对部， 生长时， 每次在两个主部和两个对部都同时分别长出一个， 共四个， 因而得名四射珊瑚 （图 “ “ ） 。短隔壁又可分二级、 三级隔壁， 生长于长隔壁之间且为不分先后同时长出， 是为 轮生。 图 “ “ 四射珊瑚隔壁排列方式示意图 主隔壁； 对隔壁； ’侧隔壁； 对侧隔壁 * 为一级隔壁及其生长顺序。 根据四射珊瑚的内部构造可分为四种构造类型 单带型 隔壁 床板； 泡沫型 只有泡沫板； 双带型 隔壁 床板 鳞板 （或泡沫板） 及隔壁 床板 中轴或中 柱； 三带型 隔壁 床板 鳞板 （或泡沫板） 中轴或中柱 （图 “ “ ,） 。 图 “ “ ,四射珊瑚的构造类型 单带型； 泡沫型； -双带型； 、 ,三带型 ..- 第二篇地质年代与地层系统 （三） 床板珊瑚 床板珊瑚全为复体珊瑚， 块状或丛状， 由许多细小的管状小个体组成， 管内床板发 育， 因而得名。床板珊瑚的隔壁不发育， 个体之间的连接构造有连接孔、 连接管或连接 板。 （四） 珊瑚的地史分布及地质意义 珊瑚包括许多现存和已灭绝的种属， 其中四射珊瑚和床板珊瑚化石甚多。 四射珊瑚在古生代非常繁盛， 进化迅速， 构造由简单到复杂， 石炭、 二迭纪时出现了 中柱或中轴构造， 到二迭纪末全部绝灭。 床板珊瑚化石最早见于晚寒武世地层中， 具联结构造的种类始于中奥陶世， 以中志 留世和中泥盆世为最盛时期， 石炭纪时大为减少， 二迭纪末趋于绝灭。 我国古生代地层中， 四射珊瑚、 床板珊瑚化石丰富， 对奥陶纪至二迭纪海相地层划 分、 对比和进行岩相分析都具有十分重要的意义。 三、 腕足动物 （一） 腕足动物的一般特征 腕足动物全为海生单体动物。软体有两个旋曲的腕 （纤毛环） ， 为呼吸及捕食之用， 故名腕足。一般体外具有不对称的两瓣外壳， 两壳大小不等， 一般大的称为腹壳， 小的称 为背壳， 每壳左右两侧对称， 常有内茎从腹壳上的茎孔伸出。 腕足动物大多群居在水深 ““ 以内的温暖的浅海中， 几乎全属固定底栖， 也有少数 生活在深海中。化石一般保存完整， 灰岩、 页岩或砂岩中均有保存。 （二） 腕足动物壳的形态及外部构造 腕足动物壳形随着观察方向不同而变化很大 在腹视或背视时， 常有近方形、 圆形、 卵 形和三角形等； 侧视时， 则反映两壳的凹凸形态， 可分双凸、 平凸、 凹凸、 凸凹和双曲等类型， 每一类型的前一字形容背壳， 后一字则形容腹壳的形态 （图 ） 。一般将两壳的开闭 部定为前方， 铰合部定为后方。其壳长指前后端之间的最大距离； 壳宽指与壳长垂直的壳 体两侧之间的最大距离， 壳厚指垂直壳长、 壳宽的两壳之间的最大距离 （图 ’） 。 图 腕足动物两壳凸凹的类型 ’ 第一章古生物基础 图 “ “ 腕足动物壳体定向及度量 侧视； 背壳正视； 前视 一般腹壳中央常凹陷， 称为中槽； 背壳中央常凸起， 称为中隆。壳后方中央的高凸处 称为壳顶。壳顶附近弯曲而尖锐部分称壳喙。两壳在后部铰合的接触线称铰合线。铰 合线与壳喙之间的三角形面称铰合面。铰合面中央的三角形孔洞称三角孔。覆盖在三 角孔上的一块三角形板状物称为三角板 （图 “ “ ） 。 图 “ “ 腕足动物壳的外部构造 （三） 腕足动物的地史分布及地质意义 腕足动物从寒武纪到现代都有， 繁盛于古生代。寒武纪和奥陶纪是无铰纲繁盛时 期， 此后逐渐衰退延至现代； 有铰纲在奥陶纪开始繁盛， 志留、 泥盆纪时达于极盛， 石炭、 二迭纪时仍然相当繁盛。古生代末， 大量属种灭绝； 中生代时大为衰退； 新生代时只剩下 少数属种。 腕足动物标准化石很多， 对古生代海相地层的划分与对比具有重要意义。 四、 软体动物 软体动物包括现生的螺、 蚌、 乌贼等， 广布于咸水、 淡水和陆地上。软体动物从古生 代到现代都很繁盛， 很多属种是重要的标准化石。 ’ 第二篇地质年代与地层系统 （一） 腹足类 腹足类是现代软体动物中最庞大的一类， 属种繁多， 分布广泛， 大多生活于水底， 少 数生活于陆地， 营爬移、 钻穴及附着等生活。软体居于壳内， 肌肉足发达， 位于躯体腹面， 故而得名 （图 “ “ ） 。 图 “ “ 腹足动物的软体构造 腹足类螺壳由螺环组成， 最大 （最后） 的一个螺环叫体环 （体螺环） ； 其余螺环总称为 螺塔， 螺塔的尖端称螺顶； 最初几个螺环的外切线在螺顶处的交角称顶角； 螺壳旋卷宽松 时在壳的中心所留下的凹陷称为脐孔； 螺壳旋卷紧密时在壳中心所形成的实心的壳质 轴， 称为壳轴 （中轴） ； 体环开口处为壳口； 壳口前端的一条长沟称前沟； 口缘外翻光滑部 分为唇； 靠近螺轴者为内唇； 另一侧为外唇 （图 “ “ ） 。 图 “ “ 腹足动物螺壳综合构造图 腹足类最早出现于寒武纪， 时代越新越繁盛， 现代达全盛。奥陶纪、 石炭纪、 中生代 的侏罗白垩纪和新生代是腹足类在地史上的四个繁盛期。 （二） 双壳类 双壳类的软体左右两侧对称， 头部退化， 因为两片外壳一般互相对称， 故名双壳类。 ’ 第一章古生物基础 又因具有两对瓣状鳃和一个斧状的饥肉足， 故又称为瓣鳃类或斧足类。双壳类大多营浅 水底栖的爬移、 钻穴或固着生活， 少数还可以浮游。 双壳类的壳形有圆形、 椭圆形、 三角形或扇形等。两壳的尖锐部分称壳喙； 壳喙附近 的高凸部分称壳顶。将壳顶向上， 壳喙尖端指向观察者前方， 此时位于对称面左边的壳 称为左壳， 右边的壳称为右壳； 壳喙尖端所指方向称为前方， 相反的方向称为后方。上方 称为背部， 下方称为腹部， 壳面光滑或具同心纹线、 层或放射纹线、 褶， 有的具瘤、 刺等壳 饰。有些双壳类在壳喙前面的韧带区形成新月形凹陷， 称为小月面， 壳喙后面的狭长的 凹陷， 称为盾纹面。此外壳顶前后有翼状伸出部分， 分别称前耳及后耳 （图 “ “ ） 。 图 “ “ 双壳类壳的构造 双壳类在早寒武世开始出现， 一直延续到现代， 以中、 新生代最为繁盛。 海相双壳类最早见于早寒武世； 陆相双壳类从泥盆纪才开始出现。我国三迭纪的陆 相双壳类化石主要产于北方。侏罗、 白垩纪时， 海、 陆相的双壳类均很繁盛。但因我国侏 罗、 白垩系几乎全为陆相地层， 故多见陆相双壳类化石。在划分、 对比中生代、 新生代地 层中， 双壳类化石具有重要的实际意义。 （三） 头足类 头足类是软体动物中最高级的一纲。头很显著， 在口的周围生有许多触腕用以捕 食、 爬行和游泳， 故名头足类。头足类全为海生肉食性动物， 善于游泳， 也可爬行， 身体两 侧对称。大多数头足类的软体外包有硬壳， 如鹦鹉螺类和菊石类， 少数硬壳被包在软体 中， 如箭石、 乌贼类。在我国， 以鹦鹉螺类和菊石类化石最为重要 （图 “ “ ） 。 头足类外壳壳形以锥形和平旋形为主， 壳有前方、 后方， 腹、 背方之分； 旋壳中央的凹 陷称为脐； 壳表面有生长线、 横肋 （棱、 脊） 、 纵棱、 脊； 瘤、 突起、 刺等壳饰。 壳内部构造有 胎壳、 住室 （体室） 、 气室； 隔壁 （梯板） 、 隔壁孔、 隔壁颈或隔壁领、 连接 环、 体管、 缝合线 （隔壁与壳壁内面的交线） 等 （图 “ “ 、 图 “ “ ） 。 ’ 第二篇地质年代与地层系统 图 “ “ 具外壳头足类的软体构造 图 “ “ 直角石壳的构造 （示意图） 图 “ “ 平旋壳的类型 外卷； 半外卷； 半内卷； 内卷 鹦鹉螺类出现于晚寒武世， 至奥陶纪、 志留纪达到全盛， 在泥盆纪后大为衰退。菊石 类从晚古生代出现， 至中生代兴盛， 中生代末灭绝。鹦鹉螺类在奥陶纪海相地层中， 菊石 类在晚古生代及中生代海相地层中留下了非常丰富的化石， 具有重要的地层意义。 第一章古生物基础 五、 三叶虫 （一） 三叶虫的一般特征 三叶虫是较低等的节肢动物， 营浅海底栖爬行或游泳等生活。其背甲在横向上分为 头、 胸、 尾三部分， 在纵向上被两条从头到尾的背沟分为轴部和两个肋部三部分， 故名三叶 虫。三叶虫背甲一般为椭圆形。头、 尾及胸甲常分散保存为化石， 以头、 尾甲化石常见。 （二） 三叶虫的背甲构造 三叶虫头甲多呈半圆形， 分头鞍和颊部两部分。头鞍上有鞍沟、 鞍叶， 头鞍之后有颈 沟、 颈环、 颈环上可具瘤或刺； 颊部被面线分为固定颊和活动颊， 固定颊上有眼叶， 活动颊上 有眼； 头鞍与固定颊合称头盖。头甲的边缘分称为前边缘， 侧边缘和后边缘； 前边缘被一边 缘沟分为内边缘和外边缘； 侧边缘与后边缘相交处称颊角， 颊角若向后延伸便成颊刺。 三叶虫胸甲由胸节组成， 胸节由轴节和肋节组成。轴节上有关节半环， 肋节上有肋 沟， 其末端向后延伸成肋刺。 三叶虫尾甲分为尾轴和尾肋， 尾轴、 尾肋上分节数相等或不相等。尾缘可具缘刺、 尾 刺等 （图 “ “ ） 。 图 “ “ 三叶虫背甲构造图 第二篇地质年代与地层系统 （三） 三叶虫的地史分布和地质意义 三叶虫在寒武纪初已大量出现， 寒武纪、 奥陶纪时极为繁盛； 志留纪开始衰退， 晚古 生代仅存少数代表， 古生代末全部灭绝。 我国三叶虫化石非常丰富， 分布广泛， 是寒武纪地层划分对比的重要根据。 六、 笔石动物 （一） 笔石动物的一般特征 笔石动物是一类已经绝灭的海生群体动物。由于其几丁质的骨骼形成化石后， 很像 是铅笔在岩石上书写的痕迹， 故名笔石。笔石多数营海生漂流生活 （少数固着海底） ， 分 布广， 演化快， 数量多， 是奥陶纪、 志留纪的重要标准化石。 （二） 笔石体的主要构造 笔石动物的硬体统称笔石体， 它由一个胎管和一个或多个笔石枝组成 （图 “ “ ） 。胎管位于笔石体始端， 胎管上有胎管口、 胎管刺、 线管、 由线管硬化的管轴。胞管是 笔石软体的住室。第一个胞管从胎管长出， 从第二个胞管开始， 后一胞管是从前一胞管 上长出， 这样连续生长， 便形成笔石枝。胞管一端连通形成共通沟 （共管） ， 另一端向外开 口称胞管口（图 “ “ ） 。 图 “ “ 由两个笔石枝组成的笔石体 （三） 笔石动物的地史分布与地质意义 笔石动物最早出现于中寒武世， 奥陶纪、 志留纪最盛， 早泥盆世末期衰退， 至早石炭 世全部绝灭。由于正笔石动物地史分布短， 地理分布广， 演化迅速， 成为划分对奥陶纪、 志留纪地层的重要标准化石。 七、 古脊椎动物 脊椎动物是动物界中最高等的一类， 例如鱼、 蛙、 鸟、 狗、 猴、 人等， 种类繁多， 适应能 力强。 第一章古生物基础 图 “ “ 笔石体构造 除了都具有脊椎骨外， 还有以下的共同特点 身体两侧对称， 一般可分为头、 颈、 躯干和尾部。 身体具有两对附肢作为运动器官 （低等脊椎动物的附肢不成对， 水生种类的附肢 为鳍） 。 具有发育完善的中枢神经和脑。 ’ 具内外两种骨骼， 主要为内骨骼 （外骨骼如鱼鳞、 蹄、 角、 鸟的羽毛等） 。 低等脊椎动物为水生， 后来逐步演化发展到陆地和空中生活。脊椎动物的分类见图 “ “ 。 图 “ “ 脊椎动物分类图 脊椎动物化石最早见于奥陶纪地层中， 泥盆纪是鱼类繁盛发展的时代； 石炭、 二迭纪 是两栖类主要的发展时期； 中生代时爬行类盛极一时； 新生代哺乳类和鸟类兴起； 生物的 演化发展规律很显著。脊椎动物个体较大或很大， 身体结构也复杂， 所以化石常是较零 散骨骼， 其中以头骨和牙齿最为重要， 鉴定价值最大， 但一般比较难以鉴定。 八、 古植物 一般将植物分为两大类 低等植物和高等植物。其分类情况如图 “ “ 。 ’ 第二篇地质年代与地层系统 图 “ “ 植物自然分类及其兴衰时期简图 低等植物没有根、 茎、 叶的分化， 又称为叶状体植物， 绝大多数为水生。其中含有各 种色素的为藻类 （如蓝藻、 绿藻、 红藻等） ； 不含色素的为菌类。故一般又统称为菌、 藻植 物。近些年来在南非地区距今 亿 ’ 亿年前的太古宇中发现有菌类和藻类化石。而 藻类化石的大量出现， 则始于中、 晚元古代， 其中叠层石最重要。 高等植物一般都有根、 茎、 叶的分化， 并有输导组织， 因而能适应陆上生活， 故又称为 茎叶植物。植物的根、 茎、 叶等常分散保存为化石。其中保存最多的为叶化石， 其次为茎 化石。植物的孢子、 花粉、 果实亦能保存为化石。由于孢粉体积微小， 数量极多， 各种类 型的沉积地层中均有保存， 可用以划分、 对比地层， 尤其是在石油、 煤田勘探工作中及解 决不含大化石的地层年代问题上作用更大。 第一章古生物基础 第二章地层与岩相 地史 地球的发展历史。地史学即历史地质学， 是一门研究地球历史的科学。它 主要是研究地壳发展历史和规律的一门地质学科。地史学研究的内容是 研究生物发展 史， 以确定岩层的时代顺序及其划分和对比； 研究沉积发展史， 确定岩层形成的环境条 件， 以重塑古地理； 研究构造发展史及与之有关的岩浆活动和变质作用。地史学研究的 主要资料就是地层及其所含化石。地史学根据地层的组成、 分布、 变形及生物化石等方 面的特征来分析地壳发展的历史。 第一节地层的划分、 对比及地质年代表 一、 地层的概念 地层是在一定的地史时期中和一定的地质环境下形成的层状岩石。因而， 地层具有 一定的层位； 它可以是沉积岩或是火山岩或是由它们变质而来的变质岩； 它是层状岩石； 各地层之间可以可见的层面为界， 也可以岩性、 化石及地质年代等划定的界面为界； 它与 岩石的区别是， 它具有时间和空间概念， 而岩石没有。例如灰岩， 它只是一种岩石的名 称， 而由灰岩构成的 “船山组” ， 则是在晚石炭世形成的， 分布于华南一带、 有一定厚度的 一套岩层， 它有明显的生成时间和一定分布空间范围的涵义。 “ 第二篇地质年代与地层系统 二、 地层的划分和对比 地层划分 对某一地区的地层剖面， 依据其生成顺序、 岩性特征、 古生物化石特征 等内在规律， 将其划分为若干个适当的单位 （描述单位或分层单位） ， 并建立这个地区的 地层系统的过程。 地层对比 研究和确定不同地区地层剖面的地层特征及其相互的时间关系的过 程。 地层划分对比的方法主要有如下几种 （一） 地层层序律法 按岩层形成的原始顺序， 先形成的在下， 后形成的在上的这种自然规律来判别岩层 相对新老关系的方法， 称之为地层层序律法。 （二） 生物地层学法 利用古生物化石划分、 对比地层的方法称为生物地层学方法， 常用的有以下几种 “ 标准化石法 在地层中保存的化石， 那些地史分布短， 演化迅速， 地理分布广， 数量多， 特征明显， 仅出自一定层位的古生物种属化石， 叫标准化石。利用标准化石来划分、 对比地层的方 法称为标准化石法。 “ 生物群组合法 在野外常常可以见到多种不同类型的化石出现在同一层或同一个地层系统之中。 如果把所有这些生物化石 （即化石组合） 进行综合分析来划分、 对比地层， 就叫生物群组 合法。 “ 孢粉分析法 根据地层中所含孢子或花粉的组合特征来划分、 对比地层的方法称之为孢粉分析 法。对一些不含大型化石的地层的划分、 对比具有重要的意义。 由于生物的进化、 发展具有阶段性、 进步性和不可逆性， 因此， 保存在地层中的化石， 在不同时代的不同层位上也就不同。任何一个 “种” 的化石， 只能在某一段地层中存在。 另外， 同一时期生物界总体面貌具有一致性。这些就是生物地层学方法能够准确地划 分、 对比地层的依据。 （三） 岩石地层学方法 在不同时间和不同沉积环境下， 形成的岩石往往具有不同特征。根据岩石的岩性特 征来划分和对比地层的方法叫岩石地层学法。主要可分以下几种 第二章地层与岩相 “ 岩性法 利用岩层的不同岩性特征如 颜色、 粒度、 成份、 硬度， 原生结构构造及风化特征等来 划分、 对比地层的方法。这种方法只能适用于较小范围内。如华北蓟县和昌平两个地区 的上元古界青白口系， 按其岩性可划分为三个部分 下部以页岩为主， 称 “下马岭组” ； 中 部以砂岩为主， 称 “长龙山组” ； 上部主要为砂岩、 泥灰岩， 称 “景儿峪组” 。 “ 标志层法 利用岩层中的标志层来划分对比地层的方法。地层剖面中， 那些厚度不大、 岩性稳 定、 特征突出， 易于识别的岩层称之为标志层。如华北地区下寒武统馒头组顶部有一层 鲜红色易碎页岩， 厚度不大而且稳定，自辽宁经山东、 河北直到河南均有出露。所以这一 具有特殊颜色的岩层就可作为划分、 对比我国北方下寒武统馒头组顶界的一个很好的标 志层。 “ 沉积旋迥法 利用岩层中的沉积旋迥的材料来划分、 对比地层的方法称之为沉积旋迥法。 所谓沉积旋迥是指地层的岩性粗细在剖面纵向上出现连续的、 有规律的更迭， 如由 砾岩一砂岩一页岩一灰岩， 或出现相反的情况。沉积旋迥的形成是由于沉积环境条件随 着时间的推移发生更迭的结果。而这种沉积环境的更迭主要与地壳周期性的下降、 上升 运动交替进行有关， 而这种运动常波及很大的范围。所以， 沉积旋迥现象可以作为一定 区域内地层划分、 对比的依据 （图 ， 示沉积旋迥与地层划分的关系） 。 图 山西石炭纪地层柱状图， 表示沉积旋迥与地层划分的关系 （据王鸿祯 ’） ’ 第二篇地质年代与地层系统 （四） 地层接触关系法 利用地层间的假整合和角度不整合的接触关系来划分、 对比地层的方法 （图 “ “ ） 。 图 “ “ 角度不整合接触 假整合和角度不整合面的存在， 表明在一定的区域范围内， 在一定的地质历史时期 中曾有一个明显的沉积间断。新老地层间被一个沉积间断面 （剥蚀面） 所分开， 这是地层 中的自然地质界面， 因而可利用来划分、 对比地层。 此外， 还有地球物理学方法、 同位素年龄法等方法。 三、 地层单位和地质年代表 （一） 地层单位 由于地层划分的依据不同， 也就有多种类型的地层单位， 目前国际上一般把地层单 位分为 岩石地层单位、 生物地层单位和年代地层单位三类。这里主要介绍岩石地层单 位和年代地层单位。 岩石地层单位 以地层的岩性、 岩相特征作为主要依据而划分的地层单位， 叫岩石地层单位。这种 地层单位主要用来反映一个地区的沉积过程和环境特征， 因而只能适用于一定范围。地 方性或区域性地层层序主要是由这类单位构成的。它是一般地质工作的基本实用单位。 岩石地层单位分为群、 组、 段、 层等四级。 组 是岩石地层单位的基本单位， 一个 “组” 具有岩性、 岩相和变质程度的一致性。它 可以由一种岩石组成， 也可以由两种或更多的岩石互层组成。一个组常用地名加 “组” 来 命名， 如筇竹寺组、 馒头组。 段 是比 “组” 低一级的地层单位， 是组的再分， 代表组内具有明显岩性特征的一段地 层。段可用地名加 “段” 命名， 如乌龙箐段， 也可以用岩石名称加 “段” 来命名， 如石灰岩段 等。 层 最小的岩石地层单位。指组内或段内的一个明显的特殊单位层。通常对能起标 志层作用的层才起专名。 ’ 第二章地层与岩相 群 是级别比组高一级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 又具有某些统一岩石学特点的组联合构成， 如石千峰群， 但组不一定归并为群。群也可 以是一套厚度巨大没有作过深入研究， 但很可能划分为几个组的岩系。一大套厚度巨 大、 组分复杂， 又因受构造干扰致使原始顺序无法重建时， 也可以看做一个特殊的群。群 的命名是用地名加 “群” ， 如泰山群。群与群之间有明显的沉积间断或不整合。 “ 年代地层单位 年代地层单位主要是以地层的形成地质年代为依据而划分的地层单位。年代地层 单位和地质年代表中的年代单位有严格的对应关系。年代地层单位的级别， 由大到小依 次分为宇、 界、 系、 统和阶、 时间带等六个不同等级。其中， 宇、 界、 系、 统是全世界可以作 为对比的统一标准， 称为国际性地层单位； 阶和时间带一般只适合使用于某一个大区域 内， 故又称大区域性地层单位。 宇是最大的年代地层单位。根据生物是稀少、 低级还是丰富、 高级， 把整个地层划 分成三个宇 太古宇、 元古宇、 显生宇。 界是宇中所划分的次一级地层单位。如显生宇内由老至新划分为古生界、 中生界 和新生界。界主要是根据生物演化的巨大阶段来划分的。 系是界内所划分的次一级地层单位。如古生界从下到上依次分为寒武系、 奥陶 系、 志留系、 泥盆系、 石炭系和二迭系。 统是系内划分的次一级地层单位。一个系有的分为二个统， 如二迭系下统和二迭 系上统。有的系可分为三个统， 如泥盆系下统、 泥盆系中统和泥盆系上统。 阶是统内进一步划分的地层单位。一个统可以分为几个阶。如我国上寒武统自 下而上分为崮山阶、 长山阶和风山阶。 时间带是在年代地层单位中级别最低的一个正式单位。是根据生物属、 种的延限 带建立起来的地层带。延限带是指任一生物分类单位在其整个延续范围之内所代表的 地层体。 （二） 地质年代单位和地质年代表 “ 地质年代单位 不同等级的年代地层单位所对应的地质年代称为地质年代单位。 由于同一岩石地层单位的时限在各地不一致， 变动较大， 其地质年代单位一般笼统 地称为 “时” 、“时代” 或 “时期” 。 地层单位和地质年代单位的关系如下表 。 ’ 第二篇地质年代与地层系统 表 “ “ 地层单位和地质年代单位的分类及相互关系表 地层单位分类使用范围地层划分单位地质年代单位 年代地层单位 国际性的 大区域性的 宇宙 界代 系纪 统世 （统）（世） 阶期 时间带时 岩石地层单位地方性的 群 组 段 层 时 （时代， 时期） 地质年代表 地质年代表是综合了世界的地层划分、 对比和生物发展阶段的研究， 结合同位素地 质年龄资料编制而成的 （表 “ “ ） 。 第二章地层与岩相 表 “ “ 地质年代表 第二篇地质年代与地层系统 第二节岩相分析 地层是地质历史遗留下来的最主要的物质记录。根据地层的岩性、 结构、 构造特征 和生物特征推论其形成环境和条件， 从而重塑古地理的研究方法就叫岩相分析。岩相分 析和古地理的研究不仅是再造地质历史的重要方法， 并且对一些沉积矿产 （如石油、 煤、 磷块岩等） 的找矿和勘探有重要的指导意义。 一、 沉积相的概念 沉积岩是在一定的自然地理环境和一定的地质条件下形成的， 这些因素就决定了沉 积岩的一切原生特征 （包括岩石特征和古生物化石特征） ， 这些原生特征反过来又能够反 映其形成时的沉积环境。 （一） 沉积相 所谓沉积相， 就是沉积岩岩石特征和所含的生物化石特征及它们所反映的沉积环境 的总和。例如浅海珊瑚灰岩相， 指的是以珊瑚礁为主的礁状灰岩， 反映出一种海水清澈 温暖的浅海环境。可见， 沉积相的概念中包括了沉积环境和物质记录两个方面的内容。 （二） 岩相分析的原则 岩相分析的原则是 仔细研究现代沉积物与它们的形成环境和地质作用的关系， 把 这些研究成果应用到对地史时期沉积物的研究上。这个原则就是所谓的现实主义原则， 也称历史比较原则。 二、 沉积相的主要类型及特征 沉积相一般可分为海相、 陆相和过渡相三大类型。 （一） 海相 在正常海中 （海水含盐度为 “ “’） ， 根据海底地形和海水深度划分为滨海、 浅海、 半深海和深海等四个海区。于是海相沉积也相应地分为滨海相、 浅海相、 半深海相 和深海相四种相型。 “ 滨海相特征 滨海区位于潮汐地带， 波浪作用强烈， 环境动荡， 不适宜生物生长。沉积物比较复 第二章地层与岩相 杂， 以碎屑 （砾石、 砂、 粉砂） 沉积为主， 其次有黏土质及少量碳酸盐。常见到的岩石有砾 岩、 砂岩、 粉砂岩等； 岩层呈似层状、 透镜状； 化石少， 保存不完整， 有时夹有陆生生物； 常 见到交错层、 波痕、 雨痕和泥裂等原生构造。滨海相有关的矿产有石油、 天然气等。 “ 浅海相特征 浅海区位于大陆棚地带， 地势平坦， 水深 ， 是海生生物的乐园。沉积物除 砂、 粉砂质和黏土质外， 有大量的碳酸盐沉积。常见到的岩石有化学和生物化学成因的 碳酸盐岩以及碎屑岩和黏土岩类。常具特有的礁灰岩和海绿石矿物； 岩层稳定， 一般为 水平层理； 化石丰富， 生物门类众多； 常见有鲕状、 豆状、 肾状以及竹叶状等原生结构。主 要有铁、 锰、 磷、 铝等沉积矿产。 “ 半深海相特征 半深海区位于大陆斜坡地带， 水深在 至 之间。水深， 光线不能透射， 温 度低而食物少， 不适于底栖生物生存。生物少， 以浮游生物为主。沉积物为黏土质和碳 酸盐类， 以黏土岩和化学岩为主， 化石稀少。 ’“ 深海相特征 深海区位于深海盆地， 水深大于 。这里黑暗无光， 温度低而压力大， 仅有少量 漂浮生物。沉积物主要为红色黏土和深海软泥， 有时可见浊流沉积物， 化石极为稀少。 （二） 陆相 大陆上地形复杂， 气候变化大， 沉积介质多样， 因而陆相沉积类型繁多。陆相沉积在 空间分布上是不稳定的， 相变更为显著。同时代沉积物， 即便在小范围内也常常是不连 续的。 陆相沉积物一般以碎屑物和黏土为主， 除大型湖泊外， 化学沉积少见。沉积物层理 和结构、 构造类型多种多样。陆相沉积物中含有淡水生物和陆生植物遗体。 研究陆相的成因和分布， 对寻找煤、 石油、 天然气以及铁、 金、 铂、 金刚石等砂矿有着 重要的意义， 对工程建筑也具有现实意义。 按成因陆相可分为残积相、 坡积相、 洪积相、 河流相、 湖泊相、 沼泽相和冰川相、 荒漠 相等多种类型。 （三） 过渡相 海陆过渡环境是指受海面明显的短期变化影响， 由海到陆的过渡地带， 它兼受海