地层划分标准对比

几类重要地层划分标志对比班级：010121指导老师：张雄华姓名：纪开宣学号：20121001996中国地质大学（武汉）2015年4月近期在阅读二叠纪-三叠纪之交中外文献时有一个很深的感触：关于地层划分，尤其是地质界线划分的重要性、多样性以及准确性都是值得反复验证，不断考量的重大科学问题。不同的地区、年代的地层有着不同的特点，要找到全球性可对比的划分方法实属不易，有些时代的地层即便有大区域可对比标志也并非尽善尽美。即便有全球性对比因子，其“板上钉钉”的过程也是需要其他划分标志的约束和验证，否则便没有可信度。所以，地层界线的划分我综合考虑多种划分标准，优中取优，相辅相成。地层记录有4个特性：1不完整性----地层记录是不完整的,世界上任何一个地方所发育地层,总存在或多或少的缺失,即使那些被认为是“连续沉积”的地层,其间也存在不同时空幅度的间断。2非渐变性----形成地层的沉积作用过程不是一个逐渐变化的递加过程,而是一个非渐变作用过程。非渐变性包括两个方面的涵义:1)那些突发性的事件沉积总是比正常沉积显著,如洪水作用沉积在河流相地层中所占的比例比正常沉积大、深海沉积地层中总是包含较大比例的浊流沉积等;2)地层形成过程中,充满着各种时空幅度不同的间断,它包括暴露间断与加深饥饿间断。3旋回性----地层堆积作用需要沉积物容纳空间,而沉积物容纳空间的变化又受到各种驱动机制如构造作用、海平面变化、沉积作用速率等的控制,它们综合作用的结果即产生不同级别的异成因旋回层序。异成因旋回层序的两大特征:空间上相序变化的有序性和时间上环境变化的同步性,本身就赋予它较多的地层学意义4复杂性----在岩石地层中,斜交时间面的静态相变和与时间变化同步的动态相变,造成了两种穿时性:斜交时间面的相变面穿时和间断面在不同空间间断幅度不同造成的间断面穿时。另外,不同地层单位的界线在时间上的不统一,也从另一方面反映了地层记录的复杂性。地层学家历尽艰辛所追寻的“标志层”,往往难以成为标志,也是地层记录的复杂性的表现。(本段摘自《从地层记录的特性论岩石地层学的困惑》，梅冥相，1996）在地质界线划分中最经常用到的是古生物学标志（层序生物地层学），它被认为是划分地层最精确的方法。其次是岩相学标志、放射性元素定年（年代地层学）和元素同位素变化标志、分子地层学标志、旋回地层学标志、磁性地层学标志等。接下来我将结合实例简单介绍这几种标志的特点并做简要对比。古生物标志（生物地层学）生物地层学既是层序地层年代格架的依据,也是层序地层研究必要的基础和前提。层序地层学研究的首要任务是要在同一剖面不同层位(时代)的地层中正确地识别出相同级别的一系列层序,以及在不同地点相同时代的地层中正确地划分出层位、级别都相当的层序（陈源仁石和，1985）。生物对环境的反应是相当敏感的，环境一旦发生比较恶劣的变化，生物就会有选择性的进行迁移，优胜劣汰或者全部死亡。所以，生物的集体灭亡的背后基本是环境的急剧变化导致。灭亡的时间和环境变化的时间基本吻合，其时间定位性强。如笔石、牙形石、竹节石、菊石、有孔虫等,在地层中的保存和分布,是不均一的,但和其在层序中的部位及关键界面密切相关。晚二叠纪有孔虫的小型化和末期有孔虫的大量绝灭等都被认为是环境发生了巨大变化。但是前提是在地层不缺失的条件下生物要能很好的保存下来，并不被后期构造运动、风化作用等强烈影响。所以说要找到全球对比生物因子也是一项比较具有挑战性的课题。这就要求我们对各个时代的生物多样性和其生活习性要有所了解，从而便于筛选确定。我国浙江煤山剖面利用Hindeodusparvus的首现作为三叠纪地层基底的开始是地层学领域又一项重大的突破。这项研究确定了全球范围的二叠纪三叠纪界线位置。但是，其中也存在着一些问题：Hindeodusparvus地层中的数量比较少，要进行大量的样品采集和挑选工作；其次，虽然界线的确定是以Hindeodusparvus的首现为依据，但是并不是所有地区三叠纪地层中都能找到Hindeodusparvus，这就给界线的确定带来了一定的难度。比如在澳大利亚，二叠纪海相的沉积是非常稀少的，而且并没有出露和长兴阶一样年轻的地层。最年轻的生物群落出现在坎宁盆地和巴拿马盆地的朱尔法期。，因为被当时冷水环境的影响，二叠纪牙形石保存的比较少，仅仅存在于西澳大利亚的早-中二叠纪地层中。Hindeodusparvus这类三叠纪的标志化石，在澳大利亚地区并没有被发现。所以澳大利亚就不能采用全球性标准来划分界线。岩相学标志（岩石地层学）根据岩相的变化来划分地层是地质学者很早就在利用的一项划分标准。岩性的变化在一定程度反应出沉积环境的变化，大区域范围的岩性一致性变化反应出大区域规模沉积环境的改变。所以，根据岩性变化划分地层有一定的科学依据，而且根据岩性划分在在野外观察起来方便。但是地层记录有四个特性:不完整性、非渐变性、旋回性及复杂性。这四个特性在岩石地层中将形成两种穿时性----相界面穿时及间断面穿时,最终造成常规标志层的缺乏和复杂有序的相变。为此,根据“岩性、岩相的统一”来划分和对比岩石地层单位时,常常具有人为性及不确定性。（梅冥相，1996）。正如澳大利亚二叠纪-三叠纪之交界线出找不到Hindeodusparvus的存在，所以有很多学者就提出继续沿用岩石划分标准。他们把界线定在了煤层和上覆非煤层之间，也有来自其他方面的证据证明这种划分依据的可靠性，但没有古生物学的证据，所以并不一定完全正确。因为岩性的变化过程可能和时间有关也可能和时间无关。而且岩相变化之间不确定是否有沉积间断的存在。同位素变化标志同位素地层学可以为地层的划分和对比及相关的古环境、古构造、古海洋等的研究提供新的依据和研究手段。而且对缺乏生物地层资料的剖面的断代、划分和对比提供了一种可靠的方法。地层学中最常用的是锶、碳、硫等同位素。比如海相沉积矿物中锶同位素的比值，监狱其形成过程中通常与海水之间存在物理化学平衡，其物质组成记录了海水87Sr/86Sr的演化过程。（王文倩，王伟等，2014）通过其变化曲线，我们可以大体判断陆壳的风化程度继而判断当时的全球气候特点。图1地球历史上锶同位素变化图2伊朗abadeh乐平剖面的同位素地层学特征分子地层学划分标准分子地层学是运用分子化石（molecularfossils）探讨地层的特征和属性，并进行地层划分和对比的学科。它不同于传统的岩石地层学、生物地层学和年代地层学，目前还没有一套成熟的、具有一定等级的地层单位。在研究内容上，分子古生物学侧重于分子化石特征、分子化石所记录的生物体特征和属性、所揭示的生命起源和生物演化等相关的生物学信息，而分子地层学则主要研究地层中分子化石所反映的地层特征和属性，以及在地层划分和对比中的应用等地层学信息。分子地层学主要是利用地质体中的各类分子化石来划分、对比地层。分子化石在地球科学乃至环境科学中有着广泛的应用，但不管是哪类分子化石(古DNA、古蛋白、地质类脂物等)，其地层学应用的主要原理实际上是依据分子化石的生物源信息和其离开生物体后发生的一系列转化途径来实现的。图3各类生物体的特征性类脂物分子分子地层学主要研究两个方面的内容，一个是古生物DNA，一个是古氨基酸。古DNA是指从动植物残骸（如化石、亚化石、博物馆收藏标本、考古学与法医学标本）中分析出来的脱氧核糖核酸（DNA）分子。古DNA研究属于分子古生物学范畴。古代材料的DNA具有更加详细的生物源信息,可以与特定的生物属种联系起来。因此,在反映地层的生物面貌方面更好，它也能提供气候环境信息。如：西伯利亚永久冻土中大量不同的紫菀科、禾木科等草本植物以及野牛、马、麝牛和猛犸象等大型动物的DNA片段的发现说明了晚更新世到全新世之间草本植物和猛犸象等大型食草动物在西伯利亚繁盛，而且也显示了在整个更新世期间，草本植物下降，灌木上升的趋势，全新世期间这种趋势更加明显。而且在末次冰期高峰以后，禾本植物明显下降，莎草科植物上升，这可能是导致晚更新世大的动物区系灭绝的一个因素。DNA序列可以通过三联体遗传密码转换成蛋白质中氨基酸的排序,因此带有完整氨基酸序列的古蛋白同样带有反映生物亲缘关系的遗传信息。但与其他分子化石一样，由于水解和成岩作用，完整的蛋白质分子在地质记录中极为少见。（谢树成，赖旭龙2007）旋回地层学划分依据旋回地层学已经被定义成为“对地层记录的(准)周期性旋回变化进行识别、描述、对比和成因解释,并将其应用于地质年代学以提高地层年代框架的精度和分辨率,实现地层高精度划分与对比的一门地层学分支学科”。能够反映古气候变化的岩性、岩相、地球物理和地球化学参数(即古气候替代指标)均可用于旋回地层学分析.通过岩性组合识别、频谱分析、连续窗口频谱分析、小波分析、滤波和调谐等方法可进行识别米兰科维奇旋回信号和建立高精度天文年代标尺。（吴怀春，张世红等2011）在相序基础上识别出的旋回层序,具有空间上相序的有序性及时间上环境变化的同步性图4浙江长兴煤山二叠系-三叠系界线地层的分子化石带划分两大特征,在把它用于岩石地层学研究时,具有以下优点:)l不同级别旋回层序及其有序叠加形式的研究是从岩石地层记录的复杂性中寻找规律的最好方法;2)旋回层序,特别是长周期旋回层序的界面,同样可以作为岩石地层单位的界面;3)地层记录的旋回性的研究,可以丰富岩石地层单位的的内容,为其划分对比提供更多的天然标志。（梅冥相，1996）总结：地层界线的划分我综合考虑多种划分标准，优中取优，相辅相成。文献：[1]李任伟.分子地层学[J].地球科学进展,1992,02:78-79.[2]梅冥相,从地层记录的特性论岩石地层学的困惑,地层学杂志,1996，03[3]陈源仁,石和.层序生物地层学,成都理工大学学报(自然科学版),2003,03[4]王文倩,王伟,冯先翠,刘欣春,叶法丞,陈毅凤,刘静,陈孝政.锶同位素地层学在海相地层划分和对比中的应用---以二叠纪乐平世海相碳酸盐岩地层为例,地层学杂志,2014,04[5]谢树成,赖旭龙,黄咸雨,马相如,杨淑娟.分子地层学的原理、方法及应用实例[J].地层学杂志,2007,03:209-221.[6]吴怀春,张世红,冯庆来,方念乔,杨天水,李海燕.旋回地层学理论基础、研究进展和展望,地球科学———中国地质大学学报.2011,03