地層沉積組合

地層沉積組合

在一定的大地構造環境下形成的沉積(包括火山沉積岩)岩石共生組合體。沉積組合也稱沉積建造(俄文Формация,詞源出自拉丁文formation,有形成、形成物之意;但英文formation主要限於岩石地層含義,一般使用 sedimentary association)。大地構造環境是指地球上一個地區在一定地史時期中地殼構造運動總的活動程度和特徵(性質、強度、速度及對比度等)。因此,沉積組合不是瞬時的地質現象,而是在較長時期(>1000萬年)和較大範圍內(沉積盆地)才能有所顯現。

正文

 
地層沉積組合與大地構造環境密切相關,如在岩石組分結構構造地層層序地質體幾何形狀等方面。在組分上,是成分分選和集中的程度(成熟度)、火山物質的比例,以及岩石化學地球化學特徵等;在沉積結構構徐上,表現為粒級分選磨圓度球度層面層理構造等;在地層層序和幾何形體上,體現為韻律互動旋迴更疊的頻度以及規則席狀尖滅透鏡狀以及巨厚楔狀體等的區別。此外,如地層厚度大小、形成時水體深淺地層接觸關係成岩特徵和所含化石生態組合埋葬狀態等,都在一定程度上反映了構造運動的速度、幅度對比度,指明了其形成的構造環境。因此,地層沉積組合研究在闡明地殼構造運動性質演化歷史、了解礦產資源分布方面都有重要意義。

研究簡史

 18世紀中葉至19世紀初,歐洲學者開始採用不同的術語表示不同的岩石地層組合。1827年,瑞士B.施圖德在研究阿爾卑斯第三紀地層時,把堅硬的黑灰色頁岩砂岩韻律性組合稱為復理石(flysch,瑞士方言,頁岩狀岩石之意),把鬆散的長石砂岩組合稱為磨拉石(molasse,法語方言,鬆軟之意),當時也僅有岩石地層組合的意義。1897年,法國的M.A.貝特朗首先提到岩石地層組合與地槽發展的關係,認為復理石磨拉石地槽旋迴中一種周期性出現的相。這就使復理石、磨拉石等概念失去了岩石地層的含義,而具有了新的意義。1938年,英國O.T.瓊斯根據早古生代殼灰岩相和筆石頁岩相的分異,已經注意到沉積作用與大地構造背景關係。1951年,美國W.C.克倫賓等提出控制沉積岩形成構造環境的構造境(tectotope)概念,並指出雜砂岩相與優地槽有關,純淨的石英砂岩相與穩定陸架有關。1957年,F.J.裴蒂莊結合地槽旋迴提出不同階段的沉積作用特點,認為復理石屬雜砂岩套,磨拉石為次雜砂岩套。1965年,法國J.奧布萬在總結地槽發展史時,提出了前造山期-前復理石-復理石-磨拉石4個階段的沉積組合特徵。在火山-沉積組合方面,1941年荷蘭P.H.奎年根據印度尼西亞資料,提出優地槽帶的火山-沉積岩共生組合特徵,並認為沉積物主要來自地槽內部的中基性火山岩。

沉積建造學說

 1933年,蘇聯學者А.Д.阿爾漢格爾斯基和Н.С.沙茨基提出沉積建造的定義,1939年沙茨基又作了修定;40年代起已廣泛用於高加索、烏拉爾(復理石)、中亞、烏拉爾西坡(磨拉石)和俄羅斯地台(碳酸鹽岩、含磷岩)等區域地質研究。50年代,沙茨基首先區分陸台、過渡區和地槽建造,分別建立了縱向建造序列(表1),
地層沉積組合地層沉積組合
並認為建造的特徵受到構造、氣候、時代3大因素制約,標誌著沉積建造較完整的學術體系已經形成。
Н.М.斯特拉霍夫(1960) 強調古氣候因素在劃分建造中的作用,提出了冰川、潮濕氣候、乾燥氣候和噴發沉積4種建造類型(表2);
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還首先提出沉積岩石組合(建造)在地史中的演變趨勢,指出條帶狀含鐵建造 (BIF)僅出現於特定的太古宙元古宙早期階段等。前蘇聯的建造學派在傳統的地槽、地台學說發展中作出了重要貢獻。

板塊-沉積學說

 20世紀60年代後期,提出板塊構造學說後,歐美迅速出現了研究板塊構造與沉積作用關係的高潮。美國W.R.迪金森的《板塊構造與沉積作用》(1974)一書,在大地構造對沉積作用的控制和沉積盆地的分類方面具有代表性,全球構造中沉積盆地分布如圖。英國H.G.雷丁在其著作《沉積環境和相》中,根據現代資料和地史實例,系統地論述了板塊構造與沉積作用關係。對於與擴張作用有關的裂谷和大洋中脊,與消減作用有關的弧-溝-盆體系,與轉換斷層有關的拉分盆地,以及與大陸碰撞有關的殘留洋盆和晚造山期盆地的沉積組合特徵都作了深入的闡述。
地層沉積組合地層沉積組合

前蘇聯學者А.В.裴偉,於1972年提出了重建陸殼形成過程中物質演化的觀點,在擴大傳統建造學說研究內容以及與板塊構造結合方面起了很好的作用。

中國研究現狀

葉連俊於1960年探討了沉積建造分類原則及劃分方法,並對華北地台沉積建造進行過較系統的研究。陳國達(1965)提出過地窪型建造新類型。孟祥化(1979)結合中國情況,聯繫成礦特徵,較系統地介紹了建造學說。王鴻禎(1979、1985)根據由構造性質決定的地勢分異控制沉積組合的見解,提出6種沉積類型和22種沉積組合(表3)。

地層沉積組合地層沉積組合

展望

 地層沉積組合(建造)及其與大地構造環境相互關係的研究,目前仍處於蓬勃發展的探索階段。雖然在術語名詞上仍不一致,使用概念上有廣義和狹義之分,對控制因素也強調不同的方面,但研究的根本目標是一致的。
前蘇聯的沉積建造學說建立於傳統地槽、地台理論基礎上,如何進一步與活動論大地構造觀點結合;歐美的沉積組合學說興起於板塊構造之後,在解釋現代海洋地質、2 億年來地史發展以及與板塊結合方面有明顯優點,但如何運用到更古老的大陸地質中去,均待探索。

發展簡史

為了建立地層之間的時間關係,19世紀初期就形成了一些地層的基本概念。地層層序律說明地層沉積的原始位置近於水平,老者在下,新者在上。化石順序律認為不同的地層含有不同的化石,可利用不同化石特徵鑑別地層。19世紀地層學的主要工作是利用化石逐步建立了統一的地層系統,就是現代所稱年代地層學。到19世紀末,人們發現同時期形成的地層具有不同的岩性,這種橫向變化導出了岩相橫變的概念。德國學者瓦爾特,J.把岩相橫變同海侵作用聯繫起來,解釋了時間界面同岩相界面的關係,稱為瓦爾特定律。岩相的研究說明岩性界限在多數情況下,並非時間界限,所以除年代地層學以外,還須建立岩性或岩石地層學。20世紀30年代以來,詳細的地層和生物群的對比研究建立了生物地層學。年代地層學、岩石地層學和生物地層學一直是地層學中的主要分支學科。50年代以後,由於研究範圍的擴大和研究手段的發展,出現了不少新的地層分支學科,如磁性地層學、地震地層學、事件地層學、層序地層學等。

研究內容

地層學主要研究地層的層序關係、接觸關係和空間變化的關係。地層之間的接觸關係可以是連續的也可以是不連續的。短期的沉積中斷形成地層間的間斷關係。長期的沉積間斷,經過基盤抬升,構造變動和陸上剝蝕,與上覆地層間則形成多種類型的不整合關係(見地層接觸關係、不整合)。關於地層之間的空間變化關係,也有一系列的分析方法和概念。多數地層屬於沉積成因。根據現代沉積與其生成環境的關係,判斷地層形成時的沉積環境,稱為沉積相分析或岩相分析。同樣,根據現代大陸內部、大陸邊緣和海盆不同構造條件下形成的沉積特徵,判斷地層沉積時構造環境,稱為沉積組合分析或建造分析。在較長時間內形成的一系列地層反映了所處構造環境的不斷變化,可稱為沉積組合序列。組合系列的總體特徵即是地層沉積類型。地層的沉積類型反映了構造環境的空間分異。一般可按構造活動性區別為穩定類型、過渡類型和活動類型(見地層沉積組合)。為了概括地反映各區地層沉積類型的總體特徵及其在時間上的發展交替,就有必要進行地層區劃,稱為地層分區(見地層區劃)。為了使地層知識、概念、方法系統化和規範化,使地層學者在工作中有所遵循,有共同語言,便於學術交流,還須研究地層分類和名詞術語等,這些內容都可歸入地層指南(地層規範)。
地層學的主要分支包括年代地層學、岩石地層學和生物地層學。年代地層學以地層的地質年代歸屬為主要研究內容,以時間界面為準劃分地層,與地質年代表一致是建立地層系統的基本要求。岩石地層學以地層的岩性特徵為主要研究內容,以岩性界面變化為準,劃分地層,是建立區域地層層序的主要方法。生物地層學以地層所含生物化石為主要研究內容,以生物群的交遞變化為準劃分地層。由於生物演化具有全球的同時性和一致性,所以生物地層研究是確立地質時代表的重要手段。
磁性地層學,利用地層的岩石磁性可作岩性劃分的依據,更重要的是利用天然剩磁確定地層形成時古磁極的位置和正反方向等,作為全球性對比和古大陸位置再造的依據。
地震地層學,使用地震波反射提供的地層界面信息,用於地下和海底地層界面的確定。層序地層學利用由間斷面分開的、由沉積體系構成的地層層序劃分和對比地層。間斷面接近於等時面,層序接近於旋迴層。層序地層學是地震地層學的深化和發展。
化學地層學,依據地層中化學元素含量分布特徵,進行區域地層的對比;也可利用不同時代化學元素含量的變化,推斷地球化學環境演變的規律。
同位素地層學,利用放射性同位素測定岩石生成年齡,為年代地層系統提供年齡標定數據,稱為地質測時學或地質紀年學。
生態地層學,主要從事古生物生態環境的研究,與沉積環境研究相結合,使生物地層學的研究有了明顯的提高。
定量地層學,是指利用計算技術對地層的各種信息數據進行處理(使用較多的是用化石群的統計分析),以最佳化地層的劃分和對比,提高生物地層學的研究精度。
事件地層學的出現與地質事件概念和災變概念的提出密切相關。事件地層學將突然發生的災變事件形成的影響用於地層的對比,和用於地層界限的劃分,取得了重要的成果。所謂突發的災變事件主要指全球性事件,例如全球性地磁場的變化,全球性海平面的變化以及水圈氣圈物化條件的階段變化,以及由此引起的沉積作用和生物界的明顯改變。

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