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03-3章2-沉积岩区填图方法

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第二节 沉积岩区区域地质调查积岩区多重地层单位的建立保 护 碑全球二叠三叠系界线层型剖面及点 (志碑中国地质大学煤山地区 剖面正确建立沉积岩区岩石地层单位填图 要点: 以现代地层学 、 沉积学为理论依据 , 以沉积地层多重划分为基础 , 通过研究岩石地层单位的基本层序 ,较准确地描述沉积地层的组成 、 结构 、 变化和单位的识别特征;通过正式与非正式岩石地层单位填图 , 查明并具体表示其时 — 空存在状况 ( 包括形态 、 几何关系与排列规律 ) 、 纵横向变化与年代单位的相互关系;通过分析研究 , 逐步建立和完善区域地层格架和模型;分析 、阐明和预测各岩石地层单位的形成环境 、 沉积作用 、 区域地质发展史与自然资源的分布规律 。岩石地层单位 岩石地层单位是以宏观岩石学特征变化为划分基础的岩石地层体 。 它是以一种岩石 , 或以一种岩石为主 , 或数种岩石类型的联合;或是具有明显的整体的或统一的岩性特征和岩性的组合 , 它必须是野外易于识别和可划分的原始沉积层序的四度时空岩层体 。 它强调了宏观岩石学特征 , 整体统一 , 宏观地层实体 。 根据其准确程度及延展范围分别划分为正式或非正式单位 , 并有相应的等级划分 。 群 段 00余年,研究内容其本上属于史密斯地层学 (范畴。最早的地层学科学奠基人史坦诺在论文《天然固体中的坚硬物》 (1669)中提出著名的地层学三定律:层序叠加律 (即若地层未经变动则下老上新;原始连续律 (即若地层未经变动则呈连续体并逐渐尖灭;原始水平律 (即若地层未经变动则呈水平或大致水平产状。史密斯地层史密斯 ( 1769参加索美塞得郡煤运河施工,他在六年的野外考察实践中,认识到 “ 每一层都含有独特的生物化石, ” 在他的地质图上,布满了各种化石的地点和符号,将含相同化石的岩层位置勾画出来,完成了“ 不列颠地层表 ” (1799)。 1816年史密斯出版了被称之为地层学奠基之作的《用生物化石鉴定地层》一书,提出了著名的 “ 化石层序律 ” ,即不同时代的地层所含化石不同,含有相同化石的地层属同一时代。化石层序律“史密斯填图法”• 由于生物演化的不可逆性、阶段性和生物较强的迁移能力,可以将地层中的化石作为一种指示时间先后的符号。• 史密斯提出用地层中所含化石的划分、对比代替地层本体的划分、对比,这无论就其指导思想,还是操作方法、精度等方面都较地层层序叠加律先进得多。史密斯的历史功绩在于第一次确立了生物地层学的基本原理和方法,并将其原理成功地应用于地质填图,完成了英国乃至全球的第一张真正的地质图 (1815),直至现今,全球各国地层划分对比和地质填图仍遵循 “ 史密斯地层法 ” 和“ 史密斯填图法 ” 的基本原理和方法。史密斯地层学• 利用史密斯开创的生物地层学方法, 19世纪 70年代末,古生代以来的纪(系)已在欧洲全部建立,为地质学的研究建立了统一的时间坐标。不仅如此,史密斯的化石层序律也开辟了利用地层中所含各种信息、特征这些能独立于地层本体之外的标志进行地层划分、对比的新途径,如利用地层的岩性、磁性、化学性质、矿物标志、气候标志、生态标志、突发事件(如火山爆发、撞击、缺氧、海啸等)标志、海面变化标志等进行地层的划分、对比从而产生的岩石地层学、磁性地层学、化学地层学、矿物地层学、气候地层学、生态地层学、事件地层学、层序地层学等均为化石层序律思想、方法的延续和扩展,因此,上述地层学学科分支均可归入史密斯地层学的研究范畴。典型剖面选择准则 由此可见,史密斯地层学是指研究那些层序正常,横向上可以远距离追索对比,构造简单,无变质或变质轻微,海相火山岩系不发育,具较广地理分布的地层的学科(王乃文等, 1994)。进行史密斯地层学研究,首先要求建立典型剖面(标准剖面、层型剖面),其剖面选择准则有三:( 1)构造简单;( 2)层序完整、清楚、化石丰富(即保持原始的上下叠覆关系,无沉积缺失,无构造变动造成的缺失等);( 3)交通便利。岩石地层单位 组是岩石地层划分中的基本正式单位 。 任何地区的全部地层柱 , 都以组为单位作无遗漏的整分;组是可鉴别 、可填图的岩石地层体 。 它虽然是客观上具有成因联系 ,但它并不是以成因为基础所划分的单位;组的厚度可大可小 , 从大于 1米到数千米 , 总体具划分适度 、 等级居中的特点;其界线和延伸必须清楚 , 易于鉴定 , 如特殊岩性 、 特殊结构构造标志层 、 单一岩性中的复杂互层或复杂岩性中的单一岩性夹层 、 生物层 、 火山岩夹层等 , 但不允许存在长期间断;组级单位的延展和建立应与相应的地层分区或地层小区大体一致或基本吻合;为避免产生混乱 , 组宜概分而不宜细分 , 以保持实际效用最大 ,数量最小 。 在条件不具备时可先建非正式地层单位 。岩石地层 “组”建立的基本原则和方法 一个合格的岩石地层 “ 组 ” ,必须具有 “ 野外可识别(区别)、图面可表达、大区可对比 ” 三项基本原则,简称 “ 三可 ” 原则 。因此 “ 三可 ” 原则是衡量一个 ”组 ” 级地层单位的基本标准。 通常,一个岩石地层 “ 组 ” 是通过以下途径和方法确立和不断完善的: ① ” 组 ” 的正式命名 ② ” 组 ” 的清理与修订 ③ ” 组 ” 的重新厘定等岩石地层 “ 组 ” 建立的基本原则和方法 “ 组 ” 的命名:按照国际标准 , 地方剖面划分的 ” 组 ”的名称由两个部分组成 。 例如霍山砂岩 、 太原组:第一部分是地理专名 ( 地方名称 ) , 即指明该组典型出露并能加以研究的位置或其附近的地名;第二部分是术语“ 组 ” 字 ( 如果没有一种岩石是主要类型的话 ) ;或者用岩石名称如砂岩 、 石灰岩 。 目前趋势是越来越普通地用 “ 组 ” 来代替岩石名称 。 地理专石 +岩石名称的用法只限于 “ 组 ” 级单位 , 如霍山砂岩意味着是 ” 组 ” 一级的单位 , 等于霍山组 。 ” 组 ” 名的两部分是不可缺少的 。岩石地层 “ 组 ” 建立的基本原则和方法 “ 组 ” 的命名关键是给 “ 组 ” 名选择合适的地名 。 ” 组 ”名的地名部分之所以重要只因围绕它有一个优先权问题 。国际公认一个地名不得用于两个不同的正式地层单位( 实际上各国都有少数例外 ) 。 国际上同样一般公认相冲突的地名则受同名律支配 。 另一方面 , 为了保持名称稳定 , 有时宁愿保持已习惯使用的著名名称 , 而不用较早的不著名的名称 。“组”的基本属性和特性 “ 组 ” 通常有以下基本属性和特性: ① “ 组 ” 是整体统一的宏观地层实体 , 是岩石地层单位中唯一基本正式单位 , 因此所有 “ 组 ” 必须是正式建立和命名的地层实体; ② 一个 “ 组 ” 必须符合 “ 三可 ” 原则; ③ “ 组 ” 常常普遍有穿时性 。“组”的基本属性和特性 “组”是一个空间上持续分布的岩石特征基本一致的三维空间地层体。因此,“组”穿时的理沦就是当海水持续前进或后退时,沿着垂直岸线方向陆表海的各种沉积环境,在移动下形成的岩石地层单位的时空变化关系的原理。“组”穿时的理论与 三山子白云岩 和 马家沟石灰岩 的穿时性是我国研究岩石地层“组”穿时的典型代表。“ 组 ” 的穿时性 原称三山子石灰岩 , 谢家荣 1932年创名于江苏省贾汪煤田内东南部大泉村南的三山子 , 它是一套灰白色 、 黑灰色的白云岩或白云质石灰岩 。图 1 三山子白云岩淮南 张守信, 2006)“ 组 ” 的穿时性 这个岩石地层单位在不同地点有不同的名称 , 安徽省淮南市叫土坝组 ( 徐嘉炜 , 1956) , 辽宁省太子河一带叫下平州白石岩 , 等等 。 这些名称构成同名关系 , 三山子自云岩是有效名称 。 三山于白云岩普遍发育于华北克拉通之上 , 而且是一个明显的穿时岩石地层单位 ( 图 1) 。 三山子白云岩沿华北克拉通的南缘在河南和安徽属晚寒武世最早期 , 或甚至到中寒武世 ( 河南鲁山 ) ;到江苏省徐州市南属中寒武世 , 到徐州和山东省的新泰莱芜地区属晚寒武世 , 寒武纪和奥陶纪的界线在三山子白云岩之内斜穿过 , 更向北这条界线恰好和炒米店石灰岩和三山子白云岩的界线一致;再向北去 , 这条界线就穿进炒米店石灰岩之内 。“ 组 ” 的穿时性 在另一个方向 , 即从河南省临汝至河北省曲阳方向上 , 三山子白云岩同样存在从南往北类似的明显穿时现象 ( 图 2) 。图 2 三山子白云岩临汝 张守信, 2006)“ 组 ” 的穿时性 马家沟石灰岩是一代表华北克拉通中奥陶世的著名岩石地层单位 , 由美国旅华著名地质学家葛利普 ( 1922) 命名于河北省榆林县西北的小马家沟 。 是一套灰色厚层状石灰岩 、 豹皮状石灰岩 、 白云质石灰岩夹白云岩 、 泥质石灰岩 、 夹角砾状白云石灰岩 ( 图 3) 。“ 组 ” 的穿时性 马家沟石灰岩常常破传统观点的中国地层学家门根据地质时间的概念肢解 ( 张守信 , 2006) 为许多仅具有非岩石地层单位含义的岩石地层单位名称 ( 如:八陡组 、 阁庄组 、 北庵庄组;纸坊庄组 、 肖县组 、 峰峰组等 ) 。 由于人们不重视地层命名法中地层单位名称的唯一性 , 即一物一名 , 往往有时不同的地尼单位也使用 “ 马家沟 ”地名命名其他的地层单位的做法 , 如马家沟页岩 ( 白垩纪 ) 、 马家沟组 ( 早侏罗世 ) , 这些名称构成异同关系 。岩石地层单位 段是级别低于组的正式岩石地层单位 , 是组的组成部分 ,段具有与组内相邻岩石不同的岩石特征 , 如为区域性分布的特殊岩性实体 , 则选定层型使用地理名称命名;如为非区域性分布的特殊岩性实体可作为非正式单位处理 。段的厚度无固定的标准 , 它可由一个组横向延至另一个组 , 视需要和可能将一个组划分为若干段或指定某一部分为段 。岩石地层单位 层是等级最低的岩石地层单位 , 层由岩石特征上明显区别上 、 下相邻层的单层或复层所组成 , 并可穿过不同的段或组;对区域对比和填图有用的标志层如事件层 、 凝缩层等可作为正式岩石地层单位并命名;其余标志层如特殊岩性或均一岩性夹层 ( 煤层 、 铁矿层 、 灰岩 、 凝灰岩 、 砂岩 ) ,各种岩石舌状体 、 透镜体 、 礁体 、 生物富集层 、 含矿层及其他岩石体等 , 则作为非正式单位实体尽可能填绘 。 利用这些非正式单位填图 , 以增加地质信息 、 便于综合分析 。岩石地层单位 群是具有某种共同岩性特征的两个或多个上下相邻的组归并而成的高级岩石地层单位 , 它应该是研究程度的提高和小比例尺编图以及综合研究需要的产物 。 因此 , 我们提倡在条件许可时并组为群 , 改变将群的建立仅限定在工作或研究程度低的地区或先建群再建组的观念 。 但具有与上 、 下相邻群不同岩性特征的组都不能并入相邻的群 , 而应单独存在于地层柱中 。 群内不允许有重要的沉积间断或不整合存在 。 特别注意两种性质截然不同的群 !!注意区分!!史密斯群与非史密斯群煤 山 剖 面 长 兴 组 底 界 剖面二叠三叠系界线地层叠系界线层型剖面( 状图煤山 剖面般坑组高频旋回层煤山 叠系界线层型剖面( 状图生物地层单位 生物地层单位是根据化石的类型 、 分布和化石的某些特征 ( 富集程度 、 生态类型 、 演化阶段和其他特征 ) 而统一在一起 , 并区别于相邻地层的四维时空岩层体 。 生物地层是客观物质实体 , 生物地层单位是相对客观划分的产物 。 生物地层带 ( 单位 ) 不分等级 , 但用属命名的带和以该属某个种命名的带之间有等级的差别 。 任何生物带都有一个时间值 , 但它们并不是到处等时的时 ( 间 ) 带 。 生物带可以采用不同的生物内容和生物特征进行分带 。 因此 , 就有内容 、 意义和作用不同的多种生物带 。 通常生物地层单位划分为组合带 、 延限带和顶峰带 。煤山 ee ee T SB l a c k c l a yW h i t e c l a 4 529 1 00 . 1 028 0 . 0 4 0 40 . 0 42625 0 . 0 50 . 0 6e 0 . 1 0 3 9 1 7 1 1 1 0240 . 0 40 . 0 4年代地层单位是根据地层层序内存在的一系列特定时间间隔的等时面划分 , 由同一特定地质时间间隔内形成的全部岩层 、 岩体组成的地层单位 。 建立年代地层单位的目的是为了解释地层序列的年代关系 , 为全球性的对比提供年代地层格架 , 为建立和不断完善相应的地质年代单位和地质时间格架提供依据 。 划分年代地层的关键是对特定地质时间间断等时面的鉴定 , 以及界限层型和地层年代属性解释 , 而不是它的物质特征 。 年代地层单位分为宇 、 界 、 系 、 统 、 阶 、 亚阶 6级 。显生宙巳确定的 不整合界限单位是顶 、 底被特定的 、 明显的区域性不整合面限定的岩石体 。 它可以包含任一类或多类岩石 , 但岩石特征 、 化石内容或其年代与成因解释 , 都不是它的定义和划分的标准 , 只有顶 、 底不整合面的建立和辨认才是这种单位的唯一标准 。 因为不整合界限单位是一类独立的描述性的客观地层单位及其在地层学研究中的特殊意义 。 所以 ,国际地层划分分会建议修订 《 国际地层指南 》 时新增 “ 不整合界限单位 ” 一章 ( 1989) 。不整合界限地层单位 由于不整合界限单位对于描述 、 解释 、 预测沉积地层的时空分布状态 , 建立区域地层格架非常重要 , 因此在区域地质调查中应该注意研究不整合界限单位 。 不整合界限单位的基本单位为 “ 序 ” ( , 必要时可划分 “ 亚序 ” ( , 或并序为 “ 超序 ”( 。 发育不全或因严重剥蚀而保存不全的序又可称为 “ 小序 ” ( 。 序的划分要具有大区性意义的顶 、 底面 , 而序内存在的较长时间沉积间断面 、 下超面 、 上超面等则作 “ 亚序 ” 的界限 。磁性地层极性单位 是在地层的原始序列中 , 以磁极性的一致而统一在一起 ,并区别于相邻岩层体的单位 。 它也是以可测量的天然剩余磁性方向变化 ( 倒转 、 漂移 ) 特征划分的一种客观单位 。单位的正式术语是磁性地层极性带 , 简称 “ 极性带 ” , 与极性带相对应的年代称 “ 时 ” 。 应用磁性地层和结合地球磁场极性倒转时间表 , 可进行地层年代划分 , 目前这种方法在中生代和新生代地层中被广泛使用 。系牙形带层号石 厚度岩性结构构造泥 粉砂三叠系130 4829 1828444445510232 7 1 . 4 ±0 . 3 m 0 . 7 ±0 . 3 M 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0灰白浅灰灰深灰灰黑煤山二叠-三叠系界线层型剖面 磁性地层极性单位层号厚度岩性岩相粉泥 砂1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0 2 0 0 2 1 0337 1436 1735 1634 25101028833341431煤山二叠-三叠系界线层型剖面磁性地层极性单位化学地层单位 将岩层按照特定的地球化学变化分割为不同的层位或单元 。 岩层的地球化学特征包括:主要氧化物成分含量 ,各种元素 ( 微量元素 、 稀土元素 、 稳定同位素等 ) 及其含量;成分组合状况 、 丰度变化和分布型式;相关元素比值及其变化;以及地球化学异常层的存在等 。系牙形带层号石 厚度岩性结构构造泥 粉砂三叠系130 4829 1828444445510232 7 1 . 4 ±0 . 3 m 0 . 7 ±0 . 3 M a h 5 30 40 60 0 20 40 60 80 0 20 40 60 80 01 5 0 3 0 0 4 5 06 0 0 060 1 2 0 1 8 02 4 00 40 801 2 0 1 6 00 5 10 15 20 0 20 40 6080煤山二叠-三叠系界线层型剖面 化学地层单位矿物地层单位 是根据沉积序列中所含稳定重矿物组合特征划分的地层 。常用的地层单位为矿物组合带 , 其划分方法类似于生物地层组合带 。 应用它可以对矿物源区相同不含化石的地层进行矿物地层对比 ( 如中生代陆相红层 ) , 追索陆源区 , 判断母岩性质 , 推测侵蚀顺序 、 沉积物分散途径 、 成岩变化以及利用某些重矿物作放射性年龄测定等二、基本层序调查基本层序( 沉积地层垂向序列中按某种规律叠覆的 , 一般能在露头范围内观察到的 、 代表一定地层间隔发育特点的单层组合 。 基本层序内各单层在沉积时不一定完全连续 , 但其顶 、 底常由更明显的侵蚀或突变界面所限定 。 所谓基本 ,是相对于地层序列中一定地层间隔 ( 如段或组或群等 )而言 , 一定地层间隔往往由某 1~ 2种基本层序反复重现组成 。 它是地层单位最重要的实质性内容之一 , 是地层最原始的结构和最基本的细胞组织 。岩相证据旋回性基本层序 由于沉积作用本身具有自旋回性 , 只要外界随机因素的干扰不过分强大 , 沉积作用的产物就会呈现旋回性特点 。 所以 , 沉积序列多带有旋回性 , 这也是我们识别 、 划分基本层序的主要依据之一 。 旋回性基本层序是由三个以上的单层按一定顺序依次叠置而成的 , 多在一定地层间隔内反复重现 。不显旋回性的基本层序 凡肉眼看不出垂向变化规律的沉积序列 , 如岩性单一的粘土页岩或泥岩 , 看不出叠覆规律的薄层 ( 毫米至厘米级 ) 韵律沉积等 , 可以任取一段地层柱当作岩性均匀的不显旋回性的基本层序 , 来表示该地层间隔的特征 。基本层序基本层序基本层序调查内容 单层成分 。 鉴别地层序列中具特殊成分或成因的夹层 。 单层厚度 、 形态 、 岩石结构 、 沉积构造 、 遗迹化石 、 古生态 、 古流向和成岩结构与构造研究 ( 如帐篷构造 、 干裂 、内沉积物 、 各种成岩变化与胶结物 ) 。 基本层序内各单层与基本层序间的叠覆特征和接触关系 。 基本层序的纵横向变化 。 基本层序与理想的相模式对比基本层序调查方法 实测主干剖面是研究岩石地层单位基本层序的厚度 、 组成 、结构 、 数量及纵向变化等特征的主要方法 , 此外还有主干地质路线和辅助地质路线的调查 。 主干剖面的观察描述需要满足调查内容的要求 , 并要图 ( 基本层序柱状图 ) 、 表( 各种数据表格 ) 化 。 主干地质填图路线是为了调查各类岩石地层单位的基本层序在空间上的变化 , 包括其厚度 、组成 、 结构和数量 ( 用统计法获得 ) 变化 , 并发现和补充查明新的基本层序的特征及时空分布特征等 。 而辅助路线调查只要求对已有的基本层序研究成果进行控制性验证 。地层格架调查 区域性岩石地层单位的时 、 空有序排列形式称为地层格架 ,它可以用一定的几何图形来表示 。 因为时间和空间是两种不同的物理量 , 按不同的物理含意 , 地层格架又可分为空间格架和时间格架两类 。 地层的空间格架又叫作岩石地层格架或地层的沉积格架;时间格架又叫年代地层格架 。 两类格架中 , 岩石地层格架为基础 , 它是客观存在的 , 可根据岩石地层序列的结构和空间排列特征察觉的描述性格架 ,是沉积盆地分析和沉积地层及层控矿产分布规律预测的基础 。地层格架调查 年代地层格架是解释性格架 。 要建立高分辨率的年代地层格架 , 除使用生物地层方法和各种年代地层方法之外 ,还必须研究岩石地层格架的几何关系 。 区域地层格架调查主要是了解基本不整合界限单位的垂向叠覆及其内部地层的侧向堆积规律 。 其调查要点是区域性不整合面的识别与追索 , 饥饿段的识别与追索 , 特殊形态岩石单位的填图 , 遥感图象解译 , 基本层序垂向变化研究 , 年代地层格架研究 , 地层序列中各不整合界限单位地质特征变化规律的研究以及地层格架中矿产分布规律 。地层格架调查岩石地层格架年代地层格架
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