13第四章地层学的其他方法和理论

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”。一、地磁地层学根据地层记录中古地磁极性变化所建立的地层单位称为地磁地层单位或磁性地层单位。地磁地层单位有三级：极性超带、极性带、极性亚带，与之对应的地质时代单位是：超极性时、极性时、极性亚时。现今，磁性地层学使用的基本单位，属于一般的等级叫极性时（或带）。通常，每个极性时（或带）是以自身特有的极性为其特征，延续时限是在0.1－1Ma。地磁场的变化是全球一致的，因此地磁地层单位也具有与时间地层单位类似的全球等时性特点。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，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。3万年前现在磁性期布容正磁性期松山反磁性期高斯正磁性期吉尔伯特反磁性期500万年以来地磁极倒转及磁性期划分1）基本概念是20世纪80年代后期发展起来的一个地层学分支。层序地层学是研究以不整合或与之相对应的整合面为边界的年代地层格架中具有成因联系的、旋回岩性序列间相互关系的地层学分支学科。其基本原理是从四维时空来认识沉积记录，将其和全球海平面升降变化与地壳沉降联系起来，从而增强了全球不同地域、不同时代地层间的可对比性和沉积相的预测性。二、层序地层学及其意义沉积层序（Sedimentarysequence）：是一个最重要的概念和基本单位，它由一系列体系域所组成，是指一套相对整一的、成因上存在联系的、顶底以不整合面或与之可对比的整合面为界的地层单元（Mitchun,1977）。层序是一个具有年代意义的地层单位，层序内部相对整合的地层形成于同一个海平面升降旋回中，也就是书上说的前一个下降拐点至后一个下降拐点之间的沉积物。体系域（systemtract）：是指一系列同周期沉积体系的集合体。是一个三维沉积单元。沉积体系（depositionalsystem）：有成因联系的岩相组合。如河流、三角洲、障壁岛等低水位体系域（lowstandsystemtract,简称LST）：位置最低、最老的体系域，是在相对海平面下降到最低点并且开始缓慢上升时期形成的沉积序列。书上是在F和R点之间最大海平面下降及其后缓慢上升时期的沉积序列。2）体系域由于海平面降到陆棚坡折外侧，暴露陆棚上出现河流深切谷，大量陆源碎屑越过陆棚直接带到陆坡、盆地区，先后形成成分复杂的低水位扇（LSF）和低水位楔（LSW）。低水位扇主要由斜坡扇及海底扇组成，低水位楔以粒度细的楔形斜坡沉积为主。海侵体系域（transgressivesystemtract,简称TST）：是在全球海平面迅速上升与构造沉降共同产生的海平面相对上升时期形成的，以沉积作用缓慢的低砂泥比值的一个或多个退积型沉积序列为特征。形成于海平面迅速上升时期。海侵体系域是从低水位体系域之上的最初海泛面（firstmarine-floodingsurface,简称ffs）开始，内部以出现一系列海侵事件为特征，顶部以出现最大海泛面（maximumfloodingsurface,简称mfs）结束。海侵体系域代表了持续海侵阶段的特有沉积相组合，通常在垂向上呈现向上变深的退积序列，在碎屑岩以出现分选良好的滨岸带沉积为标志；在碳酸盐岩中往往呈现成层清晰、化石经过海浪筛选的特征；也包括深切河谷中后来充填的海相沉积物。高水位体系域（highstandsystemtract,简称HST）：是在全球海平面的高水位期沉积下来的体系域。高水位期一般指从R拐点之后的某一时刻开始，至F拐点之前某一时刻结束的时间间隔。高水位体系域（HST）的底是最大海泛面（mfs），顶界则是另一个不整合面。HST代表海侵达到最大范围后相对静止再转化为开始海退的特殊阶段，垂向沉积相结合呈现向上变浅的进积序列。在碎屑岩中可以分选较差的三角洲沉积为典型代表，底部下超面十分明显；碳酸盐岩中经常出现巨厚至块状外貌，顶部出现白云岩和多种暴露标志。凝缩段（condensedsection,简称CS）：是指沉积速率很慢（10－100mm/万年）、厚度很薄的、缺乏陆源物质的半深海和深海沉积物，是在海平面相对上升到最大、海岸线海侵最大时期在陆棚、陆坡和盆地平原地区沉积的。CS是海侵达到最大范围时期的特殊地质记录。陆架边缘体系域（shelfmarginsystemtract,简称SMST）：与低水位体系域同属最大海退阶段的沉积序列，但因海退规模小，陆棚并未全部暴露，也未出现深切河谷和相应的低水位扇和楔。海平面下降速度小于陆架边缘沉降速度。陆架边缘体系域（SMST）下界的特点是海岸平原或滨海——三角洲沉积覆盖于河流沉积之上，上界为一海侵面，与上覆的堆积型海侵体系域分开。海泛面是一个新老地层的分界面。它们常是平整的，仅有米级的地形起伏，但穿过这个界面时有证据表明水深会突然增加。这种水深的突然增加常伴随着小规模的水下侵蚀作用和无沉积作用，表现存在小规模的沉积间断。3）海泛面（marinefloodingsurface）初次海泛面：是Ⅰ型层序内部初次跨越陆架坡折的海泛面，也是低水位和海侵体系域的物理界面。最大海泛面：是一个层序中最大海侵时形成的界面，它是海侵体系域的顶界面并初上覆的高水位体系域下超，以从退积式层序组变为进积式组为特征，常与凝缩层伴生。根据沉积层序内部沉积体系域组合特征，可以区分出两种常见类型：Ⅰ型层序和Ⅱ型层序，各自的沉积体系域配置和关键面的关系表示如下：（4）层序类型Ⅰ型层序Ⅱ型层序Ⅰ或Ⅱ型不整合Ⅰ或Ⅱ型不整合高水位体系域HST高水位体系域HST最大海泛面mfs、凝缩段CS最大海泛面mfs、凝缩段CS海侵体系域TST海侵体系域TST最初海泛面ffs最初海泛面ffs低水位体系域LST陆架边缘体系域SMSTⅠ型不整合Ⅱ型不整合Ⅰ型不整合是指相对海平面低于陆架边缘时形成的不连续面。特点:在陆架上出现陆上不整合面，在陆坡外侧出现海底剥蚀面，它们与向盆地方向移动的、局部向陆架边缘外侧移动海岸加积沉积密切相关，常伴有河谷侵蚀和海底峡谷的侵蚀作用，在不整合面的上下常伴有沉积相带的大幅度迁移。Ⅱ型不整合是指相对海平面高于陆架边缘时形成的不连续面。其特点是在陆架上出露不整合，而在陆坡外侧过渡为整合面。尽管与向盆地方向移动的海岸加积沉积有关，但仅限于陆架范围内。若底界为Ⅰ型不整合，便形成Ⅰ型层序；若底界为Ⅱ型不整合，则形成Ⅱ型层序。Ⅰ型层序和Ⅱ型层序顶面可以是Ⅰ型不整合也可以是Ⅱ型不整合。一个层序代表一次完整的海平面升降旋回，是一次海平面升降旋回的产物。地质构造发展的主要控制因素是地壳运动。地壳运动在地层中的记录就是各种类型的地质构造和地层间的接触关系。接触关系分整合接触和不整合接触，不整合接触又分为角度不整合和平行不整合。不整合接触关系就是划分对比地层的可靠自然界线，但这种界线应该是区域性的，而不是全球性的。利用地层间的接触关系来划分对比地层的方法就是构造地质学方法。三、构造地质学方法四、历史大地构造的分析方法1、地层成分、结构和体态分析2、厚度-相分析3、沉积组合和沉积盆地分析QuartzsandstoneArkoseGraywacke成分分析-1席状楔状成分和体态分析-1成分和体态分析-2体态与构造性质成分分析-2成分分析-3不同大地构造性质的地层成分、结构和体态特征类型特征稳定型次稳定型非稳定型基质含量基质含量最低基质含量较高基质含量最高石英含量90%90%_65%65%或15%主要物质成分组合石英岩砾岩；石英砂岩；稳定组分的泥岩（如高岭石粘土岩）、可燃有机岩（如孢子煤、树皮煤）花岗岩砾石，长石碎屑砂岩；次稳定组分的泥岩（如水云母粘土岩）、可燃有机岩杂砾岩，杂砂岩、硬砂岩，火山碎屑岩屑砂岩，非稳定组分的泥岩、可燃有机岩微量元素分配类型规则型为主过渡型为主紊乱型为主沉积旋回韵律简单复杂而节奏清晰沉积旋回相当复杂，从节奏明显至无节奏沉积体的几何形态固有型，有板状、席状条带、收缩体、移位体移位体、扩张体代表克拉通盆地裂谷盆地和张裂边缘盆地（被动边缘盆地）洋中脊盆地、岛弧海沟盆地沉积物厚度可以反映地壳升降运动的幅度（与基盘的下降和物质供给的多少有关）2、沉积物厚度-相分析补偿compensation非补偿starvation超补偿Over-supply厚度→升降幅度→构造性质沉积物厚度-相分析的有关概念补偿：沉积基盘的下降速度等于沉积物的堆积速度时，水深不变，岩相不变。非补偿：沉积基盘下降速度大，物质供应不足，水深变大，表现为海进序列。这类盆地也称饥饿盆地。超补偿：沉积基盘下降慢，物质供应多，水体变浅，表现为海退。沉积组合(建造)分析概念：在一定时期内形成的、能够反映其沉积过程主要构造环境的沉积岩共生综合体概念核心：1沉积时的构造条件2较长时期3一定的区域范围4综合特征(组分-结构-构造等)构造背景分类：稳定、过渡、活动三种类型沉积组合与构造性质稳定过渡活动大陆游移盆地湖泊碎屑组合；内陆盆地河湖泥质组合；近海盆地含煤碎屑组合近海盆地碎屑泥质组合；海陆交互相碎屑泥质组合山麓山间粗碎屑（磨拉石）组合；大陆火山喷发—碎屑组合海洋滨浅海碎屑岩或碳酸盐岩组合非补偿边缘海碳质、硅质组合；活动陆棚泥质碳酸盐岩组合岛弧海岩屑杂砂岩—火山岩组合；半深海至深海砂泥质复理石组合；蛇绿岩组合Flysch复理石Molasse磨拉石板块背景下的部分沉积盆地分布示意图（据Dickinson,1974）16世纪意大利学者布鲁诺最早提出收缩说。收缩说认为地球从起源由热变冷发生收缩，从而形成地壳中的褶皱和其他构造。但收缩说不能解释地壳中由于拉张形成的大规模的裂陷或裂谷盆地。19世纪中、后叶，由美国学者霍尔、丹纳和奥地利学者休斯相继提出地槽-地台学说。槽台说的主要观点：地壳的基本构造单元是由地槽区和地台区。地台具有平整沉积盖层的稳定大地构造单元，通常由基底和盖层两部分组成，其间为大型的角度不整合面。是大陆上相对稳定的地区，具面积大、地形起伏小、构造活动弱的特点。地槽以发育巨厚海相沉积为主的活动大地构造单元，是指地壳上的强烈活动带。分布于大陆边缘、大陆内部或大陆间，一般呈长条形，长达数百至数千公里、宽几十至几百公里。地槽的发展一般经历了两个阶段：早期为大幅度沉降并形成巨厚沉积层；晚期为褶皱回返形成山系，并伴随有强烈的岩浆活动和变质作用。地槽褶皱回返后经剥蚀、夷平可转变为地台区。从而形成的地台具双层结构：变质的褶皱基底和不整合面以上的沉积层（沉积盖层）。美国学者J.Hall(1859)andJ.D.Dana(1873),在北美的Appalachian地区创立陆缘地槽的概念.欧洲学者E.Suess(1875),E.Haug(1900)在Alps创立陆间地槽的大地构造分区图地台的双层结构地槽的分带板块构造魏格纳（德国）研究世界地图，发现南美洲的东海岸与非洲的西海岸是彼此吻合的，好象是一块大陆分裂后、南美洲漂出去后形成的。大陆漂移学说大陆漂移说大陆本来是直接连在一起海底扩张学说到20世纪60年代初，海底调查有3个较为重要的成果，为海底扩张说的建立准备了条件：1、全球大洋中脊及中央裂谷的发现；2、海沟及贝尼奥夫地震带3、洋底地壳的新认识贝尼奥夫地震带说明：沿着大陆边缘的海沟，存在着倾向大陆的、正在活动的巨大断裂带。板块构造1968年前后，板块构造的提出，被誉为是地球科学上的一场革命。板块构造学说：固体地球上层在垂向上可划分为物理性质显著不同的两个圈层，即上部的刚性岩石圈和下垫的塑性软流圈；刚性的岩石圈在侧向上可划分为若干大小不一的板块，它们漂浮在塑性较强的软流圈上作大规模的运动；板块内部是相对稳定的，板块的边缘则由于相邻板块的相互作用而成为构造活动性强烈的地带；板块之间的相互作用从根本上控制着各种地质作用的过程，同时也决定了全球岩石圈运动和演化的基本格局。一）、