1、地層旋回性沉積記錄及巖石第1頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二 巖石地層學作為地層學的一個分支，在建立區域地層系統方面起著關鍵和基礎的作用，它同生物地層學、年代地層學一起構成了地層學的三大基礎。多種地層劃分和對比的方法是在傳統的統一地層學基礎上的一次飛躍，20世紀70年代所制定的地層規范充分地體現了這一思想，這也是地層學家認識自然，更尊重自然事實的重要表現。但是，迄今為止，由于地層記錄的復雜性和不完整性，沒有哪一種方法十全十美，地層的劃分和對比還是當代地質學的一個難題。以“巖石的本質上的統一”來定義的巖石地層單位，在許多情況下常常帶有人為性，眾多的研究成果表明組成地層的巖

2、石體在縱向上及橫向上均存在頻繁的變化，這也就給確定巖石第2頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二地層單位帶來困難和混亂，特別是將組再分為段時尤為突出。再者，巖石地層單位，如根據70年代的地層規范來定義，往往避開地層記錄中的各種不同規模的間斷面。同一個巖石體，存在多種名稱，巖石地層單位的界線往往隨不同的學者，隨研究者的重點不同而變，也就是說，雖然巖石地層單位的界線是天然界線，但是由于地層學與沉積學脫鉤，造成確定這一天然界線的標準不統一；再加上不同研究者對巖石體的形成發育規律的認識程度不一致，更加劇了這方面的混亂。第3頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二在巖石

3、地層學忽視了地層記錄中間斷面的同時，以Vail等(1977，1988)為首的Exxon公司的地質學家們，運用沉積學的研究成果，在地震地層學的基礎，對被動大陸邊緣的地層充填序列進行了高度的概括和總結，創立了“層序地層學”這一分支學科。層序地層學，更加重視和強調了地層記錄中的間斷面，并把以暴露間斷面為特征的界面分為兩種類型，從而定義出兩種類型的層序，把“層序”作為基本單位，并且從地層記錄中分析出海平面變化信息。因此，層序地層學是地層學、地震地層學、沉積學有機結合的綜臺產物。層序地層學在地震剖面解譯中顯示出巨大的實用性，受到油氣地質學家們的廣泛應用，在生產實踐中得到了高度重視和快速發展，因此有人聲稱

4、層序地層學的誕生是板塊構造之后的又一次地學革命，它為長期以來地層學與沉積學相互脫節的困惑局面探索出一條光明的大道。第4頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二層序地層學的貢獻主要表現在以下幾點：層序地層學的研究成果表明，控制地層堆積作用的主因是海平面變化，它是造成沉積物容納空間增長速度發生變化的主因，而海平面變化的驅動機制又是一個極為復雜的機制，既包括區域的和全球的因素，還包括天文因素；地層堆積作用過程是一個非漸變沉積過程，在兩個較大規模的不整合面所框定的序列中，存在一個從退積作用經加積作用到進積作用的準層序疊加形式；伴隨著海平面上升，沉積物容納空間的增長速率在變大，因而在層序

5、內存在兩個重要的界面海侵面及最大海泛面，與最大海泛面相共生的凝縮段具有近等時性地層學意義；層序地層學充分表明，不應該忽視地層記錄中的間斷面，而應該把間斷面及其所反映的沉積特征作為劃分和對比地層的標志，注意研究間斷面所反映的沉積規律。第5頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二層序地層學的貢獻主要表現在以下幾點：層序地層學的研究成果表明，控制地層堆積作用的主因是海平面變化，它是造成沉積物容納空間增長速度發生變化的主因，而海平面變化的驅動機制又是一個極為復雜的機制，既包括區域的和全球的因素，還包括天文因素；地層堆積作用過程是一個非漸變沉積過程，在兩個較大規模的不整合面所框定的序列中

6、，存在一個從退積作用經加積作用到進積作用的準層序疊加形式；伴隨著海平面上升，沉積物容納空間的增長速率在變大，因而在層序內存在兩個重要的界面海侵面及最大海泛面，與最大海泛面相共生的凝縮段具有近等時性地層學意義；層序地層學充分表明，不應該忽視地層記錄中的間斷面，而應該把間斷面及其所反映的沉積特征作為劃分和對比地層的標志，注意研究間斷面所反映的沉積規律。第6頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二作為一門新分支學科，層序地層學也存在自己的適用范疇及局限性，這主要表現在：在地震剖面解釋中，層序地層學根據層序界面、最大海泛面及海侵面在地震剖面的顯示，識別出層序類型及其內部的體系域劃分；在

7、地震剖面中，難以識別出米級旋回層序及其有序疊加形式，層序內部的巖相及相序特征難以分辨；在露頭研究中，能直觀地觀察和識別出巖相類型、相序組構，但對層序的空間變化，只能根據若干個剖面點進行綜合分析如果露頭研究只是分析到“層序”及其體系域劃分，那研究程度又未免過粗，機械地進行層序界面類型的識別和體系域劃分就是犯“層序病”的主要表現；層序地層學所依據的沉積學模式只是適用于被動大陸邊緣，對于廣泛的克拉通盆地層序地層學的方法太粗略太簡單化，特別是碳酸鹽地層更加明顯；第7頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二對于只存在零星露頭點的老地層來說，層序地層學顯得束手無策，更進一步講如果只是識別到

8、層序，有時一個組只歸屬到一個層序中，對地層劃分和對比層序地層學的作用并不大；層序地層學對地層中不同級別的以“成因相關的相序”為特征的旋回層序及其有序疊加形式重視不夠，只分辨出進積型、加積型、退積型準層序及準層序組，過于簡單化；因為層序地層學對地層記錄的沉積學規律研究不夠，在露頭研究中劃分和識別層序時缺乏一個共同標準，從現有的研究資料看層序在露頭上的識別人為性很大，層序與相序、層序界面與相變面的關系等常常是模糊不清的。第8頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二在我國，巖石地層單位的定義和識別可以分為以下幾個階段：第一階段，自19世紀末至1949年，老一輩學者如丁文江、李四光、孫

9、云鑄、高振西、尹贊勛等，主要根據巖石體的宏觀巖性來劃分和命名巖石地層單位，由于歷史的限制，當時所確定的巖石地層單位很少包含沉積學內容，但以宏觀巖性來劃分和命名為我國的地層學奠定了堅實的基礎。 第二階段，自1949年至1976年，或到1979年，這一段時間由于大規模的地質勘探工作的展開，在全國范圍內進行l：20萬區域地質調查工作，并在50年代制定了地層規范。由于受到前蘇聯的影響，這一階段的地層學研究以“統一地層學”為特征，階與組相統一，以生物帶代表的年代地層來確定巖石地層單位及其界線，如張夏階等于張夏組。這一階段，生物地層學的研究程度大大提高，受統一地層學的影響，巖石地層學的研究處于停滯階段，造

10、成沉積學家與地層學家相互脫節的現象。第9頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二同時，由于政治上的原因，在70年代以赫德伯格為首的地質學家已經制訂出新的地層規范，并提出多重地層單元的概念時，我國許多學者還堅持己見，認為“多重劃分等于不劃分”，并運用所謂的辯證法思想“生物的、巖石的變化是統一的，并統一到時間上來”去批判多重地層單位，造成了許多地層單位概念不清、同一地層體存在多種叫法的混亂情況。 第三階段，從1979年至t990年，我國新一代地層規范的制訂并使用，接受了“多重地層單元”的概念，并在1：20萬及新開展的l：5萬區域地質填圖中推廣這一方法，修正了以前的錯誤認識。但由于對

11、沉積學規律重視不夠，犯了傳統的巖石地層學本身的“巖性巖相的統一”來定義巖石地層單位的錯誤，有時出現同一地層體在各自不同的圖幅中出現不同的名稱的奇怪現象，對以前的混亂未得到全面的糾正。第10頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二第四階段，自1990年至今，為全面認識階段，在這一階段1：5萬區域地質填圖的全面展開對以前巖石地層單位混亂的現象進行全面清理工作，并且在地質填圖中引入了層序地層學等方面的研究，使地層學進入了一個新階段。但是，從現在進行的工作來看，還存在以下幾方面的問題：第一，在地層清理工作中，對沉積學研究還不夠重視；第Z-對70年代國際地層規范中“巖石地層單位”的定義存

12、在的錯誤認識不足；第三，機械地套用層序地層學，“層序病”還普遍流行；第四，在強調巖石地層的同時，忽視了生物地層學的更進一步研究；第五，地層學家與沉積學家各自為政的現象還繼續存在；第六，出現了一些錯誤的認識，如用“層序地層”填圖之類的認識，忽視了層序地層學本身的局限性。第11頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二 第一節 異成因海平面變化旋回層序的特征一、空間上相序的有序性二、時間上環境變化的同步性第12頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二一、空間上相序的有序性 一個旋回層序，不管它是何種級別，首先應該是一個“有成因相關的相序”，其成因相關的確切含義是該相序

13、是一個海平面升降旋回過程的產物，是伴隨著海平面上升產生的“環境加深效應”及海平面下降產生的“環境變淺效應”過程的產物。有序，即是有規律可循，主要包括以下幾個方面：第13頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二第一，在一個剖面點上，由一個有成因相關的相序構成的旋回層序本身能反映出其相應級別的海平面升降過程，相序的反復性即代表地層記錄的旋回性。 第二，旋回層序存在級別，不同級別旋回層序之間存在一個有規律的疊加形式。圖752所示的復合海平面變化旋回層序，疊加在四級海平面變化旋回的上升階段發育的米級旋回層序則以LM型為主，在下降階段則以發育鮞粒灰巖的中緩坡型及淺緩坡型為主；疊加在三級海

14、平面上升階段的四級海平面變化旋回其加深效應比變淺效應明顯，因此第一、第二個四級旋回層序向上變淺達不到淺緩坡而只能達到中緩坡。第14頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二 第三，在不同地點，由于古地理背景不同，不同地點旋回層序的相序組構存在差異，但它們的空間變化有規律可循。從理論上講，即使是米級旋回層序，隨著古地理背景的不I司，其類型將發生變化，但存在一個有規律的環境變化譜系(圖81)。圖81所代表的碳酸鹽米級旋回層序的環境變化譜系，特征是從深到淺由LM型經潮下型變到環潮坪型，這表明米級旋回層序本身，至少也可以作為一個相標志來使用。米級旋回層序的環境變化譜系表明，只有在米級旋回

15、層序的時空層次上，沃塞爾相律(等時相是等位相的統一)才適用；在更大的時空層次上，地層的堆積作用序列會出現加積、進積、退積序列三種情況，沃塞爾相律就不適用了。第15頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二圖8-1 典型的碳酸鹽米級旋回層序環境變化譜系圖第16頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二我們把圖8-1建立一個相模式(圖8-2)，可得出垂向上“遠洋相黑色鈣質泥巖半遠相薄層泥晶灰巖顆粒灰巖顆粒泥晶灰巖白云巖”的演化序列，且在橫向上也存在相應的變化序列，但在更大的時問范圍上看情況就變得復雜(圖8-3)，而出現進積、加積、退積三種堆積序列。第17頁，共98頁，2

16、022年，5月20日，21點4分，星期二圖8-2 由圖8-1綜合推斷出的沉積模式第18頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二圖8-3 米級旋回層序的三種疊置序列沉積模式第19頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二 二、時間上環境變化的同步性時間上變化的同步性是指：在不同的古地理背景下，同一級別的旋回層序內部相序組構不同，但這些特征各異的相序所反映的海平面升降變化規程在時問上是同步的。時間上變化的同步性并不是指異成因旋回層序是嚴格等時的，而是代表其時間變化過程的一致性，不嚴格等時的原因是由于旋回層序界面代表的沉積間斷時間在空間上的不致。 圖8-1所示的米級旋回

17、層序環境變化譜系，表明了在同一次高頻率海平面變化旋回過程中，由于不同的古地理背景中所產生的沉積環境的古水深不一，從而產生不同的巖相序列形成不同類型的米級旋回層序。但是，高頻率海平面變化產生的環境加深及環境變淺效應對一定古地理背景的水探變化影響幅度不太大，持續時間也較短，在較深或較淺的古地理背景中尤為顯著，不發育米級旋回層序(“失去節拍”)，圖8-l所示的米級旋回層序環境變化譜系常常只能推斷出，難以從實際的地層記錄中直接觀察到。第20頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二 長周期三級、四級旋回層序所反映的時間變化同步性要明顯得多，這也為在露頭上確定“三級層序”及“四級亞層序”提

18、供了方便。如圖7-52所示的北京西山張夏組的復合海平面變化旋回層序，所代表的三個四級層序疊加成的一個三級旋回層序，在華北地臺北部均能追索(圖84)，盡管在不同地點其內部巖性及巖相組成存在不一致性，也就是說它們所反映的長周期海平面變化過程是同步的。 第21頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二圖8-4 華北地臺北緣寒武系張夏組四級旋回層序及其空間對比第22頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二從時間變化的同步性方面講，根據相序確定的旋回層序在地層學上具有等時性年代地層學意義，但并不是說這些旋回層序的形成時限是嚴格等時的，只是它們的形成過程是等時的，它們也可能是

19、斜交時間界面的，原因是其界面代表的間斷時間在各地的不一致。一個旋回層序的形成時限是指在其界面處于過渡連續的地方所代表的時限。如果配合詳盡的生物地層學資料，便可以更好地確定其年代地層格架，更好地研究地層體的時空變化規律，這一點是傳統的巖石地層學無法比擬的。第23頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二第二節 異成因旋回層序的界面及其內部相序構成形式旋回層序的界面首先是一個“相變面”，但是從圖82、8-3中可知，地層記錄中廣泛分布著各種各樣的相變面：第一種是由于古地理背景不同，在沉積環境的時間動態變化過程中，由于巖相體隨古水深變化產生的橫向遷移，即產生巖石體的進積和退積作用所產生的

20、相變面，如圖82、83中各種巖相體之間的接觸面，這種相變面常常斜交時間面；第二種是地層的堆積作用過程中，巖石體的垂向疊加所產生的相變面，例如米級旋回層序內部各巖石單元之間的接觸面，也就是各巖石體的頂底界面，這種相變面可能與時間重疊，也可能斜交時間面；第三種是與沉積間斷或非沉積作用有關的相變面，只有這種相變面才可能成為旋回層序的界面。第24頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二旋回層序界面與一般的相變面的本質區別包括以下幾個方面： (1)旋回層序界面除了具有一般相變面的特征外，常常與間斷面共生。這種間斷面有兩種：加深饑餓間斷面和暴露間斷面。加深饑餓間斷面是海平面相對快速上升產生

21、的環境加深過程中，沉積物的生產和堆積速率突然降低而造成的沉積作用間斷，這種類型的間斷面在碳酸鹽地層中較發育，與Goldhammer(1990)、Schlager(1981，1990)所定義的“淹沒不整合面”一致。暴露間斷面是指沉積基底露出水面而產生的沉積間斷面，層序地層學所定義的類型I及類型界面均屬于暴露間斷面。作為旋回層序的界面，間斷面與一般相變面的本質區別是：界面之下的巖石或地層具總體向上變淺，界面之上的地層具向上變深，界面上、下地層或巖石之間相帶不連續、相變突然，它是下伏地層或巖石代表的沉積環境向上變淺、上覆巖石或地層所代表的沉積環境總體向上加深的綜合過程的產物。第25頁，共98頁，20

22、22年，5月20日，21點4分，星期二(2)如果是暴露間斷面，間斷面之下的地層或巖石常常存在暴露標志，如喀斯特面與喀斯特角礫巖、硅結殼、鈣結殼、古土壤、強烈的白云石化和淡水成巖作用特征、滲流豆粒等等，而且隨著古水深由淺變深，界面變為連續界面。 (3)加深饑餓間斷面，常缺乏暴露標志，其直觀標志是：下伏地層向上變淺，上覆地層向上變深，而且加深的幅度和規模較大，常常是遠洋和半遠洋相的深水或半深水沉積物直接覆蓋在淺水沉積之上，界面上下的地層或巖石相帶不連續，相變突然，型層序的界面、潮下型米級旋回層序的界面均為此類型間斷面，也就是說遠洋及半遠洋的具“凝縮段”性質的慢速沉積直接覆蓋在淺水沉積之上。凝縮段直

23、接覆蓋在淺水沉積之上即形成該類型界面，但不是所有的“凝縮段”之下均為加深間斷面的旋回層序界面，作為界面它一定具有下伏地層或巖石向上變淺、上覆地層突然變深的相序突然變化特征。如圖8-5所示，華北地臺北緣張夏組之頂界面與底界面均為“加深饑餓間斷面”。其底界面特征是徐莊組頂部的由淺緩坡(灘相)型米級旋回,序構成的塊塊厚層鮞粒灰巖沉積，上覆地層為張夏組底部的以發育LM型碳酸鹽米級旋回層序的深水沉積物，二者之間相變突然，且相帶不連續；其頂界面是以張夏組頂部的淺灘相鮞粒灰巖與崮山組部的深水鈣質泥巖及條帶灰巖直接相接觸為特征。第26頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二圖8-5 加深饑餓間

24、斷面（sb）代表的三級旋回層序界面以北京西山張夏組為例第27頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二如圖8-4所示，張夏組內部包含的三個四級旋回層序間的界面也為加深饑餓間斷面。隨著古地理背景由深變淺，該類型間斷面逐漸變為連續沉積型界面。加深饑餓間斷面主要發育在碳酸鹽地層中。 旋回層序是“一個有成因相關的相序”。不管是哪一種類型碳酸鹽米級旋回相序均為“總體向上變淺相序”，而且多不對稱的相序。只有在少數情況下，才見到由幾個巖石單元構成的能反映環境變深然后變淺的相序型式，如貴陽花溪壟頭三疊系壟頭組灰巖中發育的碳酸鹽米級旋回層序(圖86)就具有這種相序特征，它由“含生物殼泥晶灰巖(a)

25、核形石凝決石灰巖(b)發育鈣質結殼的滲流豆粒灰巖(c)”構成，代表“潮下低能較深水相(a)一潮下至潮問動蕩淺水相(b)暴露相(c)”的相序特征，反映了沉積環境在海平面升降旋回中向上變深、然后又向上變淺的沉積過程。第28頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二圖8-6 近似對稱型碳酸鹽米級旋回層序以貴陽花溪三疊系壟頭組為例第29頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二長周期三級四級旋回層序，也可分為對稱或準對稱型、非對稱型相序兩類。 非對稱型相序代表的三級和四級旋回層序可分為兩種：一種是在地殼沉降的幅度和速度較大的背景下，疊加于其上的長周期海變面變化產生的環境加深

26、效應強于變淺效應，在快速海平面上升時常在層序界面上形成凝縮段，從而形成一個非對稱的總體向上變淺序列這以型層序(CS+HST序列)以及以淹沒間斷面為特征的四級旋回層序(CS+RHST序列)，圖84所示的華北地臺張夏組的三級、四級旋回層序即為這種類型的非對稱總體向上變淺相序；另一種是三級或四級平面上升雖然沒有產生淹沒事件，但其加深效應強于變淺效應，從而形成一個總體向上變淺的相序，這種情況常常是疊加在二級或一級海平面變化的相對上升階段(或海侵階段)形成的三級或四級旋回層序(圖87，8-8示)。第30頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二圖 8-7 元古宇霧迷山組中發育的三級旋回層序

27、以河北興隆為例第31頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二圖8-8 元古宇常州溝組的三級層序相序特征以河北興隆為例第32頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二圖87是元古宇霧迷山組中常見的非對稱總體向上變淺相序構成的三級旋回層序，在三級海平面上升期間主要發育以“潮下相厚層塊狀疊層石白云巖潮上坪白云質泥巖”型米級旋回層序，潮下相疊層石白云巖(疊層礁)與薄層泥晶白云巖、泥質白云巖、白云質泥巖構成的米級旋回層序，在海平面下降期間主要發育泥晶白云巖及泥質白云巖為特征潮間坪至潮上坪相沉積，局部發育“泥晶白云巖+泥質白云巖+白云巖泥頁巖，偶見潮下相疊層石白云巖與泥晶白云

28、巖或泥質白云巖”為特征的米級旋回層序。第33頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二圖8-8是元古宇常州溝組砂巖中上部發育的以不對稱相序為特征的三級旋回層序，在其三級海平面變化上升期間主要沉積厚層至塊狀細粒石英砂巖，砂巖中見脈狀潮汐層理，發育大型槽狀、楔狀交錯層理及沖刷面，沖刷面之上由粒徑較大的石英砂及部分細礫石充填而形成正粒序層，又稱“海灘型風暴巖”，因此這種砂巖是潮下高能帶環境的產物；在其三級海面下降期間，主要發育潮間至潮上局限坪砂頁巖，見波狀及透鏡狀交錯層理，見泥裂，偶夾潮道砂體。由此而構成從潮下高能砂體到潮間潮上坪砂頁巖為特征的總體向上變淺序列，三級旋回層序界面以類型界

29、面為特征，在向古地理背景較深的地方變為連續沉積的過渡型界面，但仍是一個相變面。第34頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二 在某些情況下，長周期三級旋回層序的相序組構能反映海平面升降變化，在層序地層學中介紹的發育“凝縮段”的I型及型層序的相序多屬此類，即型層序的SMT和TST具向上變深的相序，CS代表最深時期，HST又具向上變淺相序組構；在型層序中。LST(低水位體系域)和TST具向上變深的相序特征，在淺海陸架中，如果盆地基底沉降幅度不大，常沒有凝縮段，但從相序上具有向上變深然后向上變淺近似對稱的相序，如貴陽烏當志留系地中發育的三級或四級旋回層序就是以對稱型相序為特征。該套地

30、層以“潮上坪泥頁巖潮間坪砂頁巖潮下坪灰巖潮間坪砂頁巖潮上坪泥頁巖斗暴露相的紫紅色泥頁巖”的巖石序列為特征(圖89)。第35頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二圖8-9 貴陽烏當志留系地層中典型的相序形式第36頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二整個志留系由這種巖石序列反復發育而成，包含六個四級旋回層序，歸屬為兩個三級旋回層序。正因為巖石序列的反復性發育，故對該套地層進行巖石地層劃分時，即使分為兩個段難以找出其上下段的獨特標志，更何況進行組的劃分，但對其旋回性記錄進行研究之后，巖石地層劃分也就迎刃而解了。 綜上所述，在露頭上進行地層研究時，巖相分析與相序建

31、立非常重要，離開了相序，不但會把“層序識別錯，而且還會產生混亂，這不但不利于巖石地層單位的厘定，更不利于對地層的沉積規律進行有效全面的分析。第37頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二第三節 從地層的旋回性沉積記錄對巖石地層系統進行合理厘定的兩個實例一、華北北都晚寒武世的旋回性沉積記錄及成因巖石地層系統二、河北興隆元古宇霧迷山組的異成因旋回性沉積記錄及“段”的劃分第38頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二地層記錄具有以下幾個特征： 第一，不完整性，從任何一個地區的區域地層表均可知道。 第二，非漸變性，地層的堆積作用是個非漸變過程，這是由于地層記錄中充滿著各

32、種各樣的、時間幅度不同的沉積間斷面和非沉積作用面，包括暴露間斷面及饑餓問斷面。 第三，旋回性，它主要反映在巖石序列及巖相序列的反復發育或重復發育方面，并且旋回的周期具有不同的級別，因而形成不同級別的旋回層序。 第四，復雜性，一個地層體記錄了相應地質時代的各種生物的、化學的和物理的變化，包含著各種各樣的地質信息，迄今為止我們還不敢輕言我們已經可以完全識別出地層記錄所包含的各種變化和信息。 第39頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二相分析不但是沉積學研究的核心，也應該是地層學，特別是層序地層學及旋回地層學研究的核心。在進行相分析時，不要輕易地對某一個組或段的地層下結論，以前常出

33、現的某某組是濱海相地層之類的說法，均是很粗略的，哪怕是幾米或只有幾十厘米厚的地層，都可能包含有若干種巖相單元。建立在相分析基礎上識別出的地層記錄的旋回性，也應該作為地層記錄的一個屬性特別是對那些宏觀巖性變化不大但厚度巨大的地層體，我們更應在相分析方面下功夫。下面舉兩個例子來說明這類問題。第40頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二一、華北北都晚寒武世的旋回性沉積記錄及成因巖石地層系統(一)米級旋回層序及其環境變化譜系(二)晚寒武世的長周期旋回層序(三)從旋回性地層記錄論華北部晚寒武世的巖石地層系統第41頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二1923年以前將崮

34、山組以上晚寒武地層名日“炒米店灰巖”。1924年孫云鑄教授唐山趙各莊一帶的晚寒武世地層自下而上劃分為崮山層、長山層、風山層，并將炒米店一名限于上寒武統下部，與長山層相當。1956年中國科學院地質研究所等單位將三河、昌黎一帶的崮山組、長山組、風山組劃歸炒米店統。1991年河北地質學院將井陘至平山一帶的晚寒武世地層稱“炒米店群”，包括崮山灰巖、長山灰巖、鳳山灰巖。在1994年河北省多重地層劃分研究報告中，將晚寒武世地層分為崮山組和炒米店組，認為炒米店級包括部分早奧陶世地層，指出崮山組與炒米店組的巖石劃分標志也不清楚，有待今后研究。這似乎存在“復古”現象，重新確定炒米店組但叉未找到它與崮山組的劃分標

35、志；同樣根據三葉蟲化石帶確定的崮山階、長山階、鳳山階，以及相對應的崮山組、長山組、鳳山組，均存在劃分標志不清楚的問題。第42頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二存在以上幾種爭論的巖石地層劃分方案，是基于華北北部晚寒武世地層的宏觀巖性以“竹葉灰巖及條帶灰巖”為特征，但不管哪種劃分方案均未得到廣泛承認，原因可能還是對晚寒武世地層的巖相及相序研究不夠所致。 20世紀80年代以來，一些地質學家對華北北部晚寒武世地層的沉積學方面的研究，如王祥珍(1981)、管守銳(1982)對“竹葉灰巖”成因的研究，孟祥化、喬秀夫等(1986)對晚寒武世碳酸鹽風暴沉積的研究王英華等(1989)關于碳

36、酸鹽巖石學方面的研究，馮增昭等(1990)關于巖相古地理方面的研究，這些研究也沒有從沉積學上指出該地區晚寒武世巖石地層的劃分和識別標志。第43頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二 (一)米級旋回層序及其環境變化譜系 在華北北部晚寒武世地層中，主要發育以下成因巖石及巖相單元(圖8-l0之ag)： (1)盆地相泥頁巖及砂質泥頁巖發育水平紋層，時夾風暴礫屑灰巖及含海綠石生物屑灰巖透鏡體，為透光帶之下或附近寧靜深水弱還原環境的產物。 (2)深緩坡相具風暴韻律層(毫米級)的薄層含泥質泥晶灰巖，偶夾泥質條帶；風暴韻律層厚13mm ，以來自于淺水臺地的砂屑及粉屑構成的韻律層為特征，透光帶

37、之上，風暴浪基面之下的深水寧靜體環境的產物。 第44頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二圖8-10 典型的完整巖石序列及相序第45頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二 (3)深緩坡相薄層泥質泥晶灰巖，夾少量泥質條帶，為透光帶之上，風暴浪基面之下或附近的深水寧靜環境的產物，時夾風暴礫屑灰巖。 (4)中至淺緩坡相生物潛穴及生物擾動灰巖，發育生物擾動構造，見垂直和斜交層面的生物潛穴，呈中厚層至塊狀，亦見由砂屑充填的沖刷面，屬浪基面附近淺水動蕩環境的產物。這種灰巖有時局部白云石化，且生物潛穴處云化較強而呈“豹斑狀”，有些學者形象化地稱之為“豹斑灰巖”及“豹皮狀灰

38、巖”。第46頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二 (5)淺緩坡相中厚層鮞粒灰巖，見交錯層理，偶見沖刷面，沖刷面之上由細礫屑、砂屑及鮞粒充填，為浪基面附近及其上的淺水動蕩環境的產物。 (6)淺緩坡相生物丘灰巖，呈均一的厚層狀一塊狀，發育丘狀及柱狀疊層石，有的為凝塊石及藻屑灰巖，常與鮞粒灰巖呈橫向相變共生，屬浪基面之上淺水動蕩環境的產物。 (7)風暴礫屑灰巖，由扁平狀礫石構成，習稱為“竹葉灰巖”，多為兩種：一種是由具紫紅色鐵質浸染圈的扁平狀礫石構成，這種類型的風暴巖常與盆地相泥頁巖共生，為異地型風暴巖；另一種是不具鐵質浸染圈的礫石構成的風暴巖，與薄層泥晶灰巖共生，多為薄層泥晶灰

39、巖經風暴作用原地改造而形成，為原地型風暴巖。 如果把上述巖石從深到淺組成一個向上變淺序列，即得到如圖8-10所示的相序。但在地層記錄中，這種完整的相序極為罕見，常見的是由兩個巖石單元構成的“米級旋回層序”(圖811)，許多國外學者稱之為“碳酸鹽對偶層(carbonat couplet)”，它們是高頻率(周期為萬年至10萬第47頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二圖8-11 米級旋回層序及其環境變化譜系第48頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二年級別)海平面變化旋回產生的環境加深及環境變淺過程的產物。在不同的古地理背景下，它們在同一次海平面相對升降變化旋回

40、中形成特征各異的巖石序列及相序，從而構成米級旋回層序的環境變化譜系(圖811)。在圖811中，(1)和(2)屬深緩坡型米級旋回層序，與LM型米級旋回層序相同；(3)和(4)屬中緩坡型米級旋回層序；(5)和(6)為淺緩坡型米級旋回層序。從深到淺，深水相巖石單元(如盆地相泥頁巖、薄層泥晶灰巖、具毫米級風暴韻律層的薄層泥質泥晶灰巖)變薄，淺水相巖石單兀(鮞粒灰巖、生物潛穴灰巖、生物丘灰巖)增厚。它們的共同特征是：巖層向上變厚、顆粒向上變粗、環境向上變淺，為潮下型碳酸鹽米級旋回層序。 第49頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二這些米級旋回層序常3至5個(多為4個)構成更大級別的也以

41、“總體向上變淺”為特征的旋回層序(圖812)，其總體向上變淺表現為從下至上，深水相巖石單元變薄、淺水相巖石單元增厚的趨勢。這種1：4的疊置序列說明了米級旋回層序的形成與米蘭柯維奇旋回有關，即單個米級旋回層序是與短偏率旋回(周期為10萬年，六級旋回)有關的海平面變化旋回的產物，由4個米級旋回層序有序疊加成一個與長偏心率旋回(周期為40萬年)有關的旋回層序。這與Osleger等(1991)對北美晚寒武世地層研究結果具相似之處，這種有序疊加形式在Swarzacher(1993)的著作中有詳細系統的論述，把它們歸為五級和六級旋回層序符合C.EBrett(1990)與梅冥相(1992)的旋回層序級別分類

42、。第50頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二圖8-12 米蘭克維奇機制控制下的米級旋回層序及其有序疊加形式第51頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二 (二)晚寒武世的長周期旋回層序根據米級旋回層序及其垂向有序疊加形式，以及由此反映出的相序特征，在華北北部的晚寒武世地層中識別出四個三級旋回層序(相當于層序地層學定義的“層序”)。這些層序均以“盆地相一緩坡相”的總體向上變淺的沉積相序列為特征(圖813，8-14)，它們是在華北北部地殼沉降相對較快的背景下、疊加于其上的三級海平面變化旋回產生的“環境加深效應”比“環境變淺效應”顯著的沉積過程的產物，形成型層序(

43、以CS+HST序列為特征)，這與Goldhammer等(1990)關于歐州Alpine地區三疊紀地層研究中提出的“淹沒不整合型碳酸鹽層序”相似，華北中寒武世張夏組的旋回層序，中國南方貴陽附近三疊紀大冶組灰巖石發育的兩個三級旋回層序也屬于這種類型。這種型層序以凝縮段(cs)直接覆蓋在層序界面之上為特征，從而與I型層序(LST+TST+CS+HST)和型層序(SMT+TST+CS+HST)形成明顯的區別，主要發育在碳酸鹽地層中。第52頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二圖8-13 三級旋回層序的相序特征第53頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二從圖8-13可

44、看出，這些三級旋回層序均以總體向上變淺的不對稱相序為特征，在三級相對平面快速上升期間，環境加深速度較快(可能超過了碳酸鹽的生產和堆積速率)，產生淹沒事件，環境的變深不利于碳酸鹽的生產和堆積，而且又加劇了淹沒過程，故形成凝縮段(CS)，以深水相的盆地相泥頁巖(局部為粉砂質泥頁巖)及少量薄層泥質泥晶灰巖為特征，常見海綠石物屑灰巖透鏡體及異地型風景礫屑灰巖，局部發育圖811所示的(1)和(2)型米級旋回層序；在三級海平面相對停滯及下降期間，隨著水體環境的逐漸變淺，故發育中緩坡及淺緩坡型米級旋回層序。只是在晚寒武世末期才發育一個較大規模的變淺事件或暴露事件，這主要表現在晚寒武世末的地層在各剖面點均可見

45、到的厚度不一的潮坪相白云巖。第54頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二圖8-14 華北北部晚寒武世三級旋回層序及其橫向對比第55頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二 從圖814可知，盡管在不同地點晚寒武世地層中發育的4個三級旋回層序的相序組構特征不完全一致，如山西省渾源縣懸空寺剖面的長山組旋回層序的HST單元為較厚的生物丘灰巖；保定清醒剖面的第四個層序的CS單元為海綠石生物殼及生物屑灰巖，各剖面頂部潮坪相白云巖的厚度不一致等，但它們所反映的海平面升降變化過程是同步的，而且它們的相序特征有規律可查。這也充分地體現了異成因海平面變化旋回層序的兩大特點：空間上

46、相序組構的有序性及時間上環境變化的同步性，而且巖相在垂向上及橫向上都會產生明顯的相變，且這些相變是有序的。第56頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二(三)從旋回性地層記錄論華北部晚寒武世的巖石地層系統大約自20世紀50年代末以來，華北北部晚寒武世地層的巖石地層序列為三個組：崮山組、長山組、鳳山組。中國科學院南京地質古生物研究所的地質學家們根據三葉蟲化石帶將晚寒武世分為三個階：崮山階、長山階、鳳山階，并把這三個階對應于三個組。這種劃分方案自60年代至80年代末為大多數學者所用。當時，這種劃分是建立在統一地層學思想上的，故出現了崮山階對應于崮山組之類的情況。自70年代末以后，隨

47、著“多重地層單位劃分”的概念的廣泛應用，發現了三個組的劃分方案存在以下問題：首先是把階與組混同，在化石產出不豐富或缺乏的地方難以確定組與組的劃分標志；其次是對晚寒武世的沉積巖石學特征缺乏詳盡的研究。第57頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二自80年代后期至今，隨著1：5萬區域地質填圖的開展，發現該套地層都以“竹葉灰巖及條帶灰巖”為特征，可劃分的標志不清楚，故有人把該套地層命名為炒米店群，或者分為崮山組和炒米店組。實際下，奧陶系下產部的地層如冶里組與亮甲山組的中下部也以“竹葉灰巖及條帶灰巖”的特征，因而又認為炒米店組還包括奧陶系的一部分地層。既便如此，炒米店組與崮山組的劃分標

48、志還不清楚；把晚寒武世的地層以“條帶灰巖及竹灰巖”為特征統稱為炒米店群也存在一個問題，其底界與張夏組鮞粒灰巖分界清楚，但根據宏觀巖性又找不到寒武系與奧陶系地層的分界，因此炒米店群叉可以包含部分奧陶系地層。第58頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二造成以上巖石地層劃分方案的不確定性的關鍵是對該套地層的巖性、巖相、相序的研究不夠，這反映了一個突出的問題：巖石地層學在定義和識別巖石地層單位的標準是“巖性、巖相的本質統一”。實際上，在絕大多數情況下任何地層體的巖性及巖相總存在橫向與縱向變化，但是這種變化是有規律可循的。當把這種變化的規律認識和解析出后，才有可能找到天然的巖石地層劃分

49、依據。第59頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二 如圖813和圖814所示，華北北部晚寒武世地層包含四個三級旋回層序，總體上崮山階地層構成一個，長山階地層構成一個，鳳山階地層構成兩個。每一個三級旋回層序的底均以深水相巖石(盆地相泥頁巖及深緩坡相薄層泥晶灰巖)為特征，即表明每一個三級旋回層序的底界面為相應的海泛事件面和與之可對比的面(又稱加深饑餓間斷面或淹沒不整合面)而這種特征的面是一個反應下伏地層向上變淺、上覆地層向上加深的突然相變面，它們在較大的區域范圍內均能追索，完全可以作為巖石地層單位的界面。晚寒武世末在各地發育的厚度不一的潮坪相白云巖，表明了寒武世紀末是具有一個暴露

50、間斷面(sb2界面)，根據北美地臺的資料(Osleger，1990；Osleger等，1991)，該暴露間斷面具有全球性，即寒武紀末的海退事件具全球性。第60頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二其實，為什么在以前大部分學者認為是連續沉積的華北北部找不到真正連續沉積的、可以作為寒武-奧陶紀界線層型的剖面，原因就是這個暴露間斷面的存在。 梅冥相在與梅仕龍博士測制河北保定清醒剖面時，發現根據生物地層資料確定的階的界線總是滯后于三級旋回層序界面，地層厚度相差11.5m，這是否表明生物變化要滯后于沉積環境的變化，還有待今后進一步探索。第61頁，共98頁，2022年，5月20日，21點

51、4分，星期二從旋回性記錄研究表明，晚寒武世地層完全可劃分為崮山組、長山組、鳳山組，每個組的底界均是海泛事件面(型界面)，鳳組的頂界面為一以暴露間斷為特征的型界面。崮山組對應于一個三級旋回層序，長山組對應一個，鳳山組包含兩個三級旋回層序。這些三級旋回層序均以“盆地組一緩坡相”的總體向上變淺序列為特征，盡管在不同地方由于古地形的差異，所形成的相序相構及巖性特征存在某些方面的變化，但這些反復發育的總體向上變淺相序所反映海平面升降變化(或海侵一海退過程)在時間上大致是同步的。這三個組的巖石地層單位也可能是穿時的，原因是作為界面的間斷面(加深饑餓間斷面及暴露間斷面)在各地的間斷時間幅度不一致。 旋回性地

52、層記錄的研究必須是詳盡、全面、系統的沉積學研究，同時應輔之以較系統的生物地層工作，而且不能只看一個剖面，應該是多個剖面廣泛研究。第62頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二從另一方面講，相序本身就是一個有規律可循的巖石組合，同旋回性可以作為確定巖石地層單位的標志。在運用地層的旋回性記錄來確定巖石地層單位時，要注意以下問題： 第一，不要輕易根據旋回性記錄重新命名巖石地層單位，應尊重優先法原則去修訂巖石地層單位和豐富巖石地層單位的內容。 第二，巖石地層單位是根據巖性、巖相的變化規律來定義的，不要把巖石地層單位的群、組、段與旋回層序的級別等同起來，巖石地層單位有優先命名法則，還有一

53、個實用性問題，后者是由沉積規律所確定的而且不存命名問題。 第63頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二第三，在研究地層的旋回性沉積記錄時，不能機械地套用層序地層學的方法如層序地層學是建立在地震地層學基礎上的，對地震剖面解譯較實用。在缺乏地震剖面的露頭研究中，巖性、巖相、相序是研究的關鍵和基礎，根據相序的反復發育識別出的旋回性不同級別旋回層序及其有序疊加形式才是研究的核心，而且應該是從點到面，最后找出區域變化規律。第64頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二二、河北興隆元古宇霧迷山組的異成因旋回性沉積記錄及“段”的劃分 (一)霧迷山組的巖相特征及其米級旋回層序

54、類型(二)霧迷山組的長周期旋回層序(三)從旋回性沉積記錄分析霧迷山組的分段第65頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二霧迷山組即高振西等(1934)所稱的“霧迷山灰巖”。1959年全國地層學會議之后稱霧迷山組，沿用至今未變。本組巖穩定，富鎂碳酸鹽占絕對優勢(含量達99以上)，巖性組合主要為頁片狀含砂內碎屑白云巖、燧石條帶白云巖、厚層至塊狀疊層石白云巖夾泥青質白云巖及燧石層，在研究區域的河北興隆一帶厚2500m左右，可分為四段，見河北省北京市天津市區域地質志。第66頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二 一段，下部為灰色中厚層含粉砂泥晶白云巖，與燧石條帶白云巖

55、互層，偶夾級層狀泥青質白云巖；上部為灰、深灰色中層及厚層含燧石條帶粗晶白云巖、泥青質白云巖，夾灰色厚層至巨厚層粉砂質泥晶白云巖，韻律性明顯。偏上部見有白色、黑色硅質小型疊層石白云巖，底部具一層厚度不穩定(07m)的頁片狀含粉砂泥晶白云巖。 二段，下部由灰色厚層燧石細晶白云巖、泥青質泥狀白云巖及穹狀疊層石白云巖和燧石層組成韻律層；上部由粉砂質泥晶白云巖、雜色厚巨厚層粗晶含灰白云巖、深灰色紋層狀泥青質白云巖、燧石條帶白云巖及黑色燧石層構成韻律層。第67頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二 三段，底部為層數不等的紫紅色泥狀白云巖，下部為灰色、淺灰色含粉砂泥晶白云巖、含白云質砂礫巖

56、、泥晶灰質白云巖、黑色燧石條帶燧石和硅質層構成韻律層；上部為深灰色厚層泥晶灰質白云巖，含灰白色硅質條紋和條帶；頂部可見鮞粒白云巖，泥晶灰質白云巖及紫紅色中層碎屑泥晶白云巖，具硅質條帶、條紋及礁狀穹形疊層石。 四段，底部為灰白色白云質砂巖、砂質白云巖；下部為灰白色含灰粗晶白云巖和深灰色燧石條帶白云巖及葡萄狀藻屑白云巖、泥青質白云巖、疊層石白云巖；上部為淺灰色燧石條帶白云巖、厚層狀疊層石白云巖。第68頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二一、二段硅質白云巖中小型柱狀、杯狀疊層石發育，區域較穩定；三段燧石形態復雜，為放射狀、葡萄狀、暖氣片狀，疊層石為大型錐柱狀。四段灰質白云巖中含泥

57、青質塊體，縫合線發育，偶見黃鐵礦晶體；此外，層理一般較平直，或呈微波狀，有時可見斜層理和波痕，層面上有干裂等。 霧迷山組地層巖性復雜，但各段之間又缺乏明顯的劃分標志，各段之間的界線確是難以確定。本書作者之一梅冥相在參加河北省隆縣兩幅1：5萬地質填圖中，對這一套厚達2500m的碳酸鹽地層進行了旋回性沉積記錄研究以二級旋回層序作為分段標志，分為六個段，并把這六個段分為填圖單元，成功地解決了其“段”的劃分，下面對這一情況予以介紹。第69頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二(一)霧迷山組的巖相特征及其米級旋回層序類型在霧迷山組地層中，主要發育以下巖相單元： (1)潮下相厚層至塊狀疊

58、層石白云巖及灰質疊層石白云巖，發育大型柱狀、穹狀、丘狀、錐狀疊層石，見燧石結核，最厚者可達10m，為潮下高能環境的產物，類似于習稱的“疊層礁”。 (2)潮間相發育燧石條帶及紋層的疊層石白云巖，發育波狀及水平狀疊層石，疊層石多硅化，見燧石條帶及紋層，燧石條帶及紋層的形態與疊層石一致，屬潮間帶下部中等動蕩環境的產物。 第70頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二 (3)潮間相含疊層石泥晶白云巖，發育燧石團塊和結核，見水平及微波狀疊層石，時見沖刷面，沖刷面之上為砂屑及細礫屑所充填，屬潮間帶上部中等至弱動蕩環境的產物。 (4)潮上相含泥含粉砂泥晶白云巖，見水平紋層，亦發育燧石團塊和結

59、核，局部偶見水平狀疊層石，陸源泥質物及粉砂含量局部較高，屬潮上帶下部弱動蕩及寧靜水體環境的產物。第71頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二(5)潮上相白云質泥巖，見水平紋層，有時與燧石層共生，有的分布在古喀斯特面之上，從而構成較薄的古土壤層。大部分情況是與泥晶白云巖共生，屬潮上坪上部寧靜水體環境的產物。 (6)暴露相及風化殼相巖石單元，屬于這種相單元的巖石除了白云質泥巖外，更多更明顯的是硅結殼、喀斯特角礫白云巖。作為暴露標志的硅結殼，多呈灰黑色及雜色，有的風化后在其表面顯紫紅色，或多或少含有陸源泥質物，主要分布在喀斯特面之上。喀斯特角礫巖是一種角礫白云巖，白云巖角礫大小不一

60、、分布雜亂，多呈透鏡體和透鏡層狀產出有時明顯地分布在喀斯特面之上；在多數情況下，喀斯特角礫巖之下不見喀斯特面，與白云質泥巖及泥晶白云巖共生。第72頁，共98頁，2022年，5月20日，21點4分，星期二 把上述巖相單元自下至上疊加在一塊，即構成一個典型的具有完整連續變化的相序特征的米級旋回層序(圖815)，該米級旋回層序以環境向上變淺，巖層向上變薄、顆粒向上變細、白云石化程度向上增強為特征，屬環潮坪型碳酸鹽米級旋回層序(梅冥相1993)。 但在實際地層記錄中，圖815所示的具有完整連續變化的巖相單元構成的米級旋回層序極為罕見，多數為兩個巖石單元構成的米級旋回層序，如厚層疊層石白云巖(a)與發育