古生物化石国外研究现状

一、相对地质年代的确定

(一)地层层序律

地层最重要的特征是具有时间的概念，而“岩层”一般是泛指成层的岩石，不具有时间概念。所以，地层就有新老之分。就沉积岩上下关系来说，地层形成时的原始产状一般是呈水平的或近似水平的，如果一个地区沉积岩层没有受到过扰动，先沉积的是较老地层，后沉积的在上面，是较新的地层。这种上新下老的地层关系，就称为地层层序律，它是确定地层相对年代的基本方法，如图3-1(a)所示。当地层因构造运动而发生倾斜，在倾斜而未倒转时，倾斜面以上的地层较新，倾斜面以下的地层则较老，如图3-1(b)所示。但组成地壳的地层往往由于构造运动的影响，造成地层残缺不全，或由于构造运动剧烈而使层序颠倒，这就给确定地质年代带来了困难，因而必须根据地层中的生物化石、岩层接触关系及岩性特征，把扰动或颠倒了的地层恢复到正常的层位，以确定其地层的相对地质年代。

(1～5代表地层时代由老到新)

图3-1　地层相对地质年代的确定

(二)生物地层学法

根据地层中的生物化石确定地层的相对年代是比较可靠的方法。地史上的生物称为古生物，它们绝大部分早已绝灭，但是古生物的遗体或遗迹却可保存在沉积岩中形成化石。

地球上生物界的演化具有一定的阶段性和不可逆性。生物的演化是从简单到复杂、从低级到高级不断进化和发展的。以往出现过的生物类型，在以后的演化过程中绝不会重复出现。因此，随着地壳历史的发展，每一阶段都有其特有的生物组合。同时，生物界的演化历史又是生物不断适应环境的过程。

岩石圈发展演变具有阶段性，是缓慢的量变与急速的质变交替出现的过程，当岩石圈演变由一个阶段向另一个阶段飞跃时，往往都有强烈的构造运动和岩浆活动为标志，这必然会引起自然环境的巨大变化，从而引起某些生物的突然灭绝，另一些适应环境条件比较强的生物就会突发演化，这就显示出生物演化的阶段性。因此，每一个生物种属的化石总是埋藏在一定时代的地层里，而在相同时期相同地理环境下所形成的地层，不论相距多远都含有相同的化石及其组合。

按生物演化的规律，老地层里所含的生物低级简单，较新地层里的生物就较高级复杂，这样，结合地层层序律，就可把地层的新老次序排列起来，用以确定地层的地质年代。图3-2就是根据岩性、化石和地层层序律的特征，划分和对比甲、乙、丙三地地层的情况，以及在地层划分和对比的基础上恢复三个地区完整的地层沉积顺序，并建立正常的地层层序关系。但是，并非所有的生物化石对确定地层相对年代都有价值，有的生物对环境变化的适应能力很强，它们在漫长的地质年代里没有变化，它们的化石可以在不同时代的地层中出现，那么，这种化石对确定地层的年代是没有意义的。只有那些延续时间短、分布范围广、数量多、特征显著的化石，才是鉴定地质年代、划分地层最有价值的化石，这种化石叫做标准化石，如中生代的恐龙、古生代的笔石和三叶虫等。

图3-2　生物地层对比综合柱状图

生物和它生存的环境具有密切的关系，海洋里有海生生物，陆地上有陆生生物，自然界各种环境都有一些特殊的生物。有些生物只能生存在一定的环境里，所以，我们可以根据地层中的某些化石，推测当时的古地理环境，这种化石叫指相化石。例如，在地层中找到珊瑚化石，说明当时沉积环境是热带清澈的浅海环境；破碎的贝壳化石，指示出滨海的环境；苏铁化石表示陆上气候湿热，等等。因此，化石是研究地层形成环境和确定相对地质年代的重要标志。

(三)岩石地层学法

虽然生物地层学法是确定地质年代的一种可靠的方法，但在很多地层中往往很难找到化石，这时就只能依据地层的岩性或岩相变化来对比划分。所谓岩相，就是岩石的面貌，是岩层的岩性特征和生物特征的综合，也是岩层生成环境的反映。一般情况下，相同环境下形成的岩层往往具有相同的岩性(指岩石组成成分、颜色、结构、构造等)。岩性的变化在一定程度上反映了沉积环境的变化，如在某一地层剖面中，下部是砂页岩夹有煤层，上部是火山碎屑岩，它们就代表了两个不同的环境和时代，前者是还原环境和成煤时代，后者则是地壳运动强烈和活动时期，这样，就可以根据岩性把地层划分成两个单元，代表地壳两个不同的发展阶段。当沉积环境发生变化时，岩性也要发生变化，如地壳运动使海水发生海浸和海退，沉积物的颗粒大小也随之变化，因沉积物颗粒粗细与海水深浅或海岸线位置有关，越靠近海岸附近的浅海地区，沉积物颗粒越粗，远离海岸的深水区，沉积物颗粒愈细，在同一垂直剖面上岩相的粗细变化就反映了海水的进退情况(见图3-3)。

图3-3　海浸、海退时岩性界面与时间界面的关系

如果在海相地层中发现岩相由粗—细—粗，或相反系列有节奏性的、周期性的变化，这种现象称为一个沉积旋回。一次大的沉积旋回，就地层来说，包括一套海浸地层和海退地层；就地壳运动而言，表明有过大的升降运动，通常，有几次旋回就有几次升降过程，但由于地壳运动常是波动性的，一次大的沉积旋回常常还包括许多小的沉积旋回，这样，划分地层单位也有大小之分。沉积旋回是地壳历史发展阶段性的表现，而沉积旋回的变化必然反映到岩性特征上，所以它也是划分地层的重要依据之一。

(四)构造地层学法

地层之间的接触关系，从另一个侧面记录了地壳运动演化的历史，也是划分地层的重要依据之一。

对沉积岩来说，地层的接触关系可分为整合、假整合和不整合三种类型。

整合接触在地壳长期处于缓慢下降的地区，沉积物一层层连续沉积，新的地层覆盖在老的地层之上，层理互相平行，说明沉积时间无间断，沉积物是连续沉积的，这种上下层之间的接触关系，称为整合接触。这时可利用地层层序律确定其相对年龄，如图3-4(a)中S。

O—奥陶系　S—志留系　D—泥盆系　C—石炭系　→—地壳运动方向

图3-4　地层整合、假整合、不整合接触的形成过程示意图

假整合接触当地壳运动由长期下降转为上升，而在上升过程中地层没有发生明显的变形，只是垂直上升露出水面，这时沉积发生中断，并遭受剥蚀，形成高低起伏的侵蚀面，如图3-4(a)D中S地层被剥蚀，而后再次下降接受新的沉积，从而上下两套地层之间缺失了某一时代的地层，但新老地层仍彼此平行，这种接触关系叫假整合接触，又称平行不整合，如图3-4(a)中C所示。

不整合接触地壳在由下降转为上升过程中，原先沉积的地层发生强烈的变形(如褶皱)，岩层产状发生倾斜，并逐渐出露水面，经过风化剥蚀后，又再次下降接受新的沉积。这时上下两套地层之间不但有明显的缺失，而且上覆新地层与下伏老地层之间成一定角度相交，地层的这种接触关系称为不整合接触，如图3-4(b)中C所示。

地层划分的对象一般是沉积岩。对岩浆岩的新老顺序，一般用切割律或穿插关系来确定。就侵入岩与围岩关系来说，总是侵入者年代新，被侵入者年代老，这就是岩层切割律。如果有多次侵入现象，则侵入体往往互相穿插，在这种情况下，被穿过的岩体时代较老，穿插其他岩体者较新，图3-5是运用切割律确定各种岩体形成顺序的示意图。

图3-5　多次侵入的岩体时代的确定