地层学主要分支学科的运用例举

地层学主要分支学科的运用例举011111陈粲摘要：地层学是研究地壳表层成层岩石的学科。是地质学的一个基础学科。地层学研究的主要范围是地层层序的建立及其相互间时间关系的确定，即地层系统的建立和地层的划分与对比。地层学是一切地质工作的基础，许多重要矿层和有用岩石都直接属于地层的一部分。本文就主要的地层学分支学科在今年来地质工作中的运用举例，帮助我们对地层学的学习，并使今后地层学在生产实习中的运用更加熟练。1.介绍地层学的主要分支包括年代地层学、岩石地层学和生物地层学。年代地层学以地层的地质年代归属为主要研究内容，以时间界面为准划分地层，与地质年代表一致是建立地层系统的基本要求。岩石地层学以地层的岩性特征为主要研究内容，以岩性界面变化为准，划分地层，是建立区域地层层序的主要方法。生物地层学以地层所含生物化石为主要研究内容，以生物群的交递变化为准划分地层。由于生物演化具有全球的同时性和一致性，所以生物地层研究是确立地质时代表的重要手段。现代地层学扩展了研究范围，深化了地层类型及其时空分布与古环境、古构造的关系，加强了历史的、综合的研究。现代地层学还大量的使用了新的技术方法，开辟了新的领域，形成了新的分支学科，使地层学研究更为深入和准确。2.运用介绍2.1岩石地层学的运用岩石地层学是指对地壳中的岩石特征进行研究，并根据其特征和相互关系，将其组织成相应地层单位的地层学分支学科。简言之，是根据地层的岩性及岩性组合，对地层进行划分、对比的学科。岩石地层学研究的对象为地层的岩石特征（包括岩石的颜色、成分、结构、构造），岩石组合特征（岩层单层厚度、各类岩性的组合关系及旋回性），各岩层的接触关系，岩层的空间展布特征和形成环境。在上述研究基础上，划分对比地层，建立岩石地层单位（龚一鸣、张克信，2007）。刘永清等在对峡东震旦系层型剖面沉积相研究中层运用到岩石地层学的相关内容，根据岩石组合特征，进一步还原了峡东地区震旦系的空间展布特征和形成环境。峡东地区震旦纪总体呈现的由北东向西南缓倾斜的构造背景（赵自强等，1988,1980），据前人研究，震旦系碳酸盐岩缓坡台地沉积可以划分出内缓坡、中缓坡、外缓坡和盆地4个亚相带。由于篇幅原因，在此只简要的介绍内缓坡相带中环潮坪沉积。环潮坪沉积典型的特征是发育一系列向上变浅并具有帐篷构造的角砾状白云岩和细粉晶白云岩高频叠加序列，单个高频层序下部为泥晶或粉晶白云岩，发育水平层理和局部的凹状和不规则状纹层应为潮间带的沉积，上为角砾状白云岩，具大型帐篷构造，为潮间带上部的沉积。田家园子陡山沱组底部露头剖面发育2个完整的塞卜哈一环潮坪沉积序列，下部序列2.0~2.5m厚、上部1.5~2.O皿左右（刘永清等，2003）。将所做的研究，可做出地层柱状图如下（图1）。

潮间卜环潮坪晚时，^OOOT环潮坪旋回£.■环潮坪旋回5•[]一渤Uh"卜泌£专果卜哈UOLJ1F*上曾匕带塞卜哈SSxnrSxtS一W潮间卜环潮坪晚时，^OOOT环潮坪旋回£.■环潮坪旋回5•[]一渤Uh"卜泌£专果卜哈UOLJ1F*上曾匕带塞卜哈SSxnrSxtS一W潮上带塞七哈1瀚!1鼻町1小1购环潮扣旋回4■,=芸；_-40s-JOL^irnriU土三■^三潮上带寒卜哈潮间卜】0口用，潮坪旋叫3•裾11lO_1II1潮间匕11-J1切潮坪旋回2'1"--™虹潮I•带塞卜哈好II肿!如响40cn)L^.41HPiMfriiHlBljFltlJEX.II--II弟1：匚―十Ji.m物i称町7~潮L样塞屋哈1环潮坪旋同1：中缓坡.,内I缓I坡:坏1潮:坪ITII11ll：—潮1顽.ITithit图1峡东陡山沱组下部塞卜哈一环潮坪沉积微相序列岩石地层学中的多个环潮坪旋回，充分而有力的表明了环潮坪沉积环境，并可以进一步的在后面沉积相研究中得到进展。2.2生物地层学的运用生物地层学是一个重要的分支学科，是运用生物进化的不可逆性和阶段性来研究地层的学科。生物地层学的主要任务是研究地层中的化石记录，并根据地层中所含化石的特性将岩层编制成若干地层单元，确定地层的相对地质时代（龚一鸣等，2007）。本文就刘鹏举等对华南峡东地区埃迪卡拉纪地层初探中对生物地层学的运用进行举例。根据化石的产出层位和生物群组成特征，峡东地区埃迪卡拉纪古生物群明显可划分为早期以大型具刺疑源类为代表的微体古生物群发展演化阶段和晚期以含埃迪卡拉型软躯体宏体后生动物为特征的宏体后生生物两个发展演化阶段，两个发展演化阶段各自包含有若干个生物组合（刘鹏举等，2012）。峡东地区早期微体古生物演化阶段的化石产出层位位于陡山沱组的二段和三段的中下部，总体以大型具刺疑源类极度繁盛为特征，具刺疑源类不但丰度大，而且分异度高，其中，具刺疑源类化石Tianzhushania的亲缘关系被解释为后生动物胚胎的滞育囊胞。（尹磊明等，

2008）。峡东地区晚期生物化石在产出层位上位于陡山沱组四段和灯影组，以埃迪卡拉型软躯体宏体后生动物的出现和宏体多细胞藻类的极度繁盛为特征，代表了一个重要生物演化阶段的开始。此外，至晚期出现具弱矿化骨骼的管状后生动物Cloudiniids类。根据宏体后生生物化石的垂向分布特征，可将此阶段的化石划分为3个组合，即：下部的庙河生物群组合；中部的以Vendotaenides类为主的宏体生物群组合；上部的以具弱矿化骨骼的管状后生动物Cloudiniids类为特征的生物组合。由此得出了峡东地区埃迪卡拉纪的两个生物发展阶段，然后进一步的进行地层单元的编制。对埃迪卡拉纪划分为两统：下统对应以大型具刺疑源类为主的生物演化阶段；上统对应含软躯体后生动物为特征的生物发展演化阶段，可与国际典型埃迪卡拉生物群出现的层位对比。2.3生态地层学的运用生态地层学是以生物的群落分析为基础，研究地层中化石群落的时空分布及演替规律，用以划分对比地层和恢复古环境，为盆地分析、沉积演化和矿产预测服务，海、陆、大气演化控制生态系统的演化，三者的记录分别保存在地层和化石群落中，利用古生态反演可识别古环境。例如陈忠等对海底冷泉的研究，利用了生态地层，还原了海底冷泉的古环境。长期以来深海环境被认为是生命的禁区，那里阳光无法到达，光合作用不能进行，生物缺乏必要的食物来源。然而，在海底冷泉喷口或热液喷口，存在以化能自养细菌为初级生产者的食物链，衍生成群落结构独特的生态系统，拓展了深海极端环境下生命的潜在界线。在高等生物分类学上，冷泉环境和热液环境的生态群落相似，但冷泉系统的生物量高而生物多样性低，已被确认的冷泉生物物种已超过210个。冷泉和热泉生态系统的生长速率不同。热泉生物一般生长得很快，巨大热液管状蠕虫是地球上生长最快的无脊椎动物之一；然而冷泉生态系统生长非常慢，如冰蠕虫可以存活250a。冷泉生态系统的分布形式受甲烷流体流速、水体或沉积物间隙水中还原态化学元素种类的活性所控制。在冷泉环境中存在的微生物类型主要为自由生活的甲烷氧化菌、硫酸盐还原菌和共生的甲烷氧化菌、硫酸盐还原菌。在甲烷和硫酸盐浓度高的环境中，甲烷氧化菌和硫ss异养微生物、型底栖生杉微型生物统虫类鱼、螃蟹、章鱼、扁形虫、冷水珊瑚蛤类贻贝类管状蠕虫共生多毛类动物图2冷泉化能自养生态系统结构及食物链特征（陈忠等，2007）ss异养微生物、型底栖生杉微型生物统虫类鱼、螃蟹、章鱼、扁形虫、冷水珊瑚蛤类贻贝类管状蠕虫共生多毛类动物图2冷泉化能自养生态系统结构及食物链特征（陈忠等，2007）酸盐还原菌与甲烷发生AOM,为化能合成生物群落繁衍提供了碳源和能量，成为冷泉生态系统的初级生产者。在初级生产者基础上，繁衍着管状蠕虫、蛤类、贻贝类、多毛类动物以及海星、海胆、海虾等一级消费者和鱼、螃蟹、扁形虫、冷水珊瑚等二级消费者，它们最终被线虫类动物分解而回归自然，形成一套完整的冷泉生态系统（图2）。如图，弄清了海底冷泉生态系统结构，便弄清了海底冷泉古环境的特征。以缺氧甲烷氧化为能量基础而繁衍成的冷泉生态系统，以崭新的面貌诠释着生命的含义，同时也改变了人们的思维方式，为探索生命的起源、发现新的微生物代谢途径和生存对策等提供了前所未有的机遇。2.4化学地层学综合前人化学地层学研究的方法或手段，基本上是根据地层中化学元素（常量、微量、稀土元素）和同位素的含量或比值的特征，采用一些数学方法进行图谱分析，进而归纳出其中的变化特征或规律，且常常结合地层岩性、岩相、生物学和构造学特征等，应用于地层的划分、对比和成因等方面的研究（龚一鸣等，2007）。例如震旦系沉积相研究中，对Ce、Eu的异常研究：稀土元素在沉积岩中的分布除自身固有的物理、化学习性外，与沉积环境和亚、微相关系密切，并表现出不同的稀土元素配分样式。峡东震旦系碳酸盐岩稀土元素总量以潮间带中下部一潮下带上部微相最为丰富平均值为23.21x10-6,潮间带上部和潮上带微相居中，为12.21X10-6,而台缘浅滩、潮汐流浅滩和滩后障蔽渴湖等微相稀土总量最低，为6.99-4.83X10。以变浅、暴露以及干燥蒸发环境为主的碳酸盐岩沉积亚微相中稀土元素普遍表现Eu的亏损。6Ce和0Eu在判别沉积环境的变浅、变深或海平面的升降方面更具有独到的意义，从小尺度沉积旋回序列上,沉积环境由深到浅的变化往往伴随着6Ce的明显减少和6Eu丰度的相对减低。因此，利用6Ce随环境由浅变深的正异常以及6Eu的负异常特征完全可以帮助判别乃至微小沉积环境的变化，尤其是在层序地层学研究中可以依此合理推断和判别层序界面的发育和位（刘永清等，2003）。朱茂炎老师等也利用同位素地层学，做出了陡山沱组沉积相的研究。对于著名的三峡和宜昌北部的沉积相分析表明三峡地区是样子板块近海沉积，与贵州省瓮安地区相似。不同地区的碳同位素显示了不同的相，结果证明613C的负偏移在陡山沱组第二段十分显著，名为BAINCE。伴随了其他三个613C的偏移，初期的CANCE，第一个边界中的WANCE，和陡山沱组顶部的DOUNCE。这些化学底层学数据证明了埃迪卡拉纪的海相演变（朱茂炎等，2011）。通过对不同地区的同位素碳、氧同位素分析，得出以下结论（图3）。0gucnbtts图3湖北西部陡山沱组研究地区和贵州中部瓮安北斗山地区的地层对比0gucnbtts图3湖北西部陡山沱组研究地区和贵州中部瓮安北斗山地区的地层对比普遍的地层序列和（513C地层学变化在左列。灰色阴影表示负偏移，红色虚线表示地层序列边界。同位素地层对比，证明了埃迪卡拉纪的海相演变。3.结语地层学的分支学科有许多许多，除了文中所述，主要的地层学分支学科还包括年代地层学、磁性地层学、层序地层学、事件地层学、旋回地层学、地震地层学、土壤地层学等。各个地层学分支学科在实际的科学研究中息息相关又缺一不可。地层学的运用广泛、方法多样，在以后我们的生产实习中，熟练的运用地层学的相关知识，是成为一个合格地质工作者的基本要求。参考文献赵自强，邢裕盛，马国干等.1980.湖北峡东震旦系.中国震旦亚界.天津：天津科学技术出版社.赵自强，邢裕盛，丁启秀，等.1998.湖北震旦系.武汉：中国地质大学出版社.刘永清，尹崇玉，高林志，等.2003.峡东震旦系层型剖面沉积相研究.地质评论（49卷，第2期）.陈忠，杨华平，黄奇瑜，等.2007.海底冷泉特征与冷泉生态系统的群落结构.热带海洋学报（26卷，第6期）.龚一鸣，张克信.2007.地层学基础与前沿.武汉：中国地质大学出版社.尹磊明，周传明，袁训来.2008.湖北宜昌埃迪卡拉系陡山沱组天柱山卵囊胞