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2、　從層序地層學角度論岩石地層單位界線的釐定與優化

在野外填圖以及其它地層學研究過程中，沉積岩石地層單位及其界線究竟應當如何定義、如何劃分才能更准確地反映地層的自然特性，並能更好地運用於生產和科研，一直是人們不斷探討的一個問題（尹贊勛，1978；魏家庸等，1991；趙志強等，1996）。長期以來，由於我國地層學界更多地受到了「統一地層學」等方面的影響，在岩石地層單位、尤其是組（formation）的界線選擇與劃分上存在著一些認識上和運作上的偏差，影響了填圖及相關科研中的地層對比等工作（尹贊勛，1978；全國地層委員會，1981；張守信，1990）。這一偏差通常主要表現為以下兩個方面：其一是將生物地層、年代地層與岩石地層「統一」起來，不恰當地割裂、分解原本是沉積連續的岩石地層序列；其二是「無視」岩石地層中的沉積間斷及不整合，不恰當地歸並一些岩石地層單位。前者比如按照筆石動物群、而不是岩性組合的差別，在浙江於潛奧陶紀—志留紀剖面上建立安吉組與堰口組（張守信，1990）；後者則如最近人們將中南區原來的五峰組與龍馬溪組合並為一個「龍馬溪組」（趙志強等，1996），等等。顯然，盡管「七五」期間已有了沉積岩區填圖新理論、新方法（魏家庸等，1991）的探索、問世，但是傳統觀念依然左右著人們的行為，致使在隨後的全國性地層清理工作中（趙志強等，1996），也沒有將這一問題完全處理好。

在現代地層學看來，岩石地層單位的劃分僅僅屬於多重地層劃分概念中的一支。岩石地層劃分以及它的單位並不具有固定的時間概念，反映的只能是地層岩性特徵的相似或一致（Hedberg,1976；全國地層委員會，1981；吳瑞堂等，1989；張守信，1990）。按照這一思想，人們給定了岩石地層基本單位——組（formation）的基本含義：組或由一種岩石組成，或包括一種主要岩石而兼有重復的夾層，或由兩三種岩石反復重疊所構成，還可能以很復雜的岩石組分為一組的特徵，而與其它比較單純的組相區別。即組首先應具有岩相、岩性和變質程度的統一性。同時，作為一個組的地層序列，它應該有著特徵明顯、易於識別的頂底界，並且要求這種頂底界應該是基本層序（primary sequence）的頂底界，而不應該從其內部通過（Hedberg,1976；全國地層委員會，1981；吳瑞堂等，1989；張守信，1990）。

近年來，隨著層序地層研究的廣泛開展，在過去被認為連續沉積的地層中識別出了物理特徵明顯的沉積間斷面——層序界面（SB:sequence boundary）、海侵面（TS:transgressive surface）或初始海泛面（FFS:first flooding surface）及最大海泛面（mfs:maximum flooding surface）等，區分出海平面不同變化階段的產物——沉積體系域（depositional system tracts），進而劃分出不同類型的沉積層序（Vail等，1977;Posamentier和Vail,1988），於是人們開始重新審視原有的岩石地層劃分，重新思索一些岩石地層單位的合理性。由於基本層序的含義為岩石地層單元組內、地層垂向序列中所能識別並可劃分的最小旋迴性單元，在很大程度上就等同於沉積相序列（facies succession）（Walker和James,1992）或習稱的副層序（parasequence）（Vail等，1977;Posamentier和Vail,1988），因此，層序地層研究與傳統的岩石地層劃分之間，理應存在天然的互通性。

作者在上揚子地台東南緣奧陶系中的工作表明，層序地層研究在岩石地層單位界線的釐定與優化方面，有著較好的可應用前景。下面試以一些實例來論述之。

圖8-1　宜昌黃花場南津關組－分鄉組層序地層、岩石地層劃分對比圖

例1　南津關組分鄉組（台地相區）

在宜昌黃花場剖面上的南津關組分鄉組界線界碑處，分鄉組是以一厚層狀球粒－鮞狀灰岩為界開始的（曾慶鑾等，1987）。但當離開該剖面時，這條界線即不清楚。實際上，現在界碑處更多地考慮了「與牙形石Paltos deltifer帶的首次出現相吻合」（曾慶鑾等，1987）。很明顯，這一劃分明顯地帶有統一地層學或生物地層學的烙印，並不是一個真正的岩石地層單位界線（圖8-1）。

從層序地層研究的角度來看，這一界線可有三種方案重新界定：其一，是置於原剖面南津關組中上段之間。這里發育數層硅質泥質膠結的礫狀白雲質灰岩，與下伏白雲岩界線明確。實際上，它們代表了數次暴露的產物。或可以最下一層礫狀白雲質灰岩為界，即OSq3OSq4間Ⅱ型層序界面，作為南津關組與分鄉組的界線。其二，以原剖面分鄉組下段近頂部薄層生屑灰岩與泥岩互層出現並便串珠狀藻礁被截切處為界；它實際上代表了一次較大的侵蝕間斷，即OSq6OSq7間Ⅱ型界面，同時也比較接近王鈺最早劃分的「分鄉頁岩」（王鈺，1938）的底界（比其底界低2～3m）。其三，以原剖面南津關組上段近頂部硅質條帶灰岩消失處，即OSq4OSq5間Ⅰ型界面為界。此處在原剖面兩側的岩壁上可見到一清晰的槽溝狀剝蝕地形。追索後發現，該界面延伸十分穩定。顯然，它代表著較長時間的暴露剝蝕。界面以下多為白雲岩，以上為灰岩夾頁岩，暗示其上下環境和岩相存在較大的差異。

作者在此推薦第三個界面。它比宜昌所（曾慶鑾等，1987）劃分的南津關分鄉組界線界碑位置低約15m，代表了兩河口期中晚期的一次分布廣泛的海退－海侵事件（參見圖3-1等）。界面特徵明顯，上下岩性組合區別明顯，在整個台地范圍內均可容易地識別對比。

例2　桃花石組（台緣斜坡相區）

原組標准劃分來源於九溪剖面上厚約3m的雜色生屑灰岩，這層灰岩之底即為該組與下伏馬刀育組間界線（湖南區調隊，1986）。但追索觀測表明，這一界線是不準確的，或者說桃花石組的定義是不全面的。

向西20km到桃源黃石鎮，這套顏色艷麗雜駁的生屑灰岩變為3個層組，總厚約為5～6m，夾厚度不等的黃綠—深綠色及雜色含筆石頁岩；再往西南約20km到慈利陳家河時，則變為6～7個層組，總厚度近10m，夾多層深綠色含筆石泥頁岩。由其中的海綠石化介屑層、正粒序、波狀侵蝕底型及丘狀交錯層理以及多向水流特徵等，可推斷它們屬典型的風暴岩（Walker和James,1992）。

對九溪剖面原馬刀育組頂部至「桃花石組」的一段地層進行觀測發現，「桃花石」層位之下的約40m紫紅—黃綠—灰綠等雜色頁岩，與多個薄層狀、總體向上變厚（由3cm逐漸增至8cm）的泥質生屑灰岩夾層，及上覆的厚層狀「桃花石組」（3m）等，恰好構成一個完整的風暴控制型陸棚加積－進積序列（Walker和James,1992），即OSq7之HST（圖8-2）。其間並無大的沉積間斷或暴露剝蝕，因此在進行岩石地層單位的劃分時，似乎不宜將其分割開來。鑒於此，作者建議，桃花石組的定義應進行補充，即該組應表述為「紫紅、灰綠等雜色生物碎屑灰岩與黃綠、紫紅等雜色頁岩互層所組成的一套岩石組合」。它與下伏的馬刀育組之間的界線，實質上是該相區層序OSq7的最大海泛面，也即雜色頁岩與含生屑灰岩、白雲質泥灰岩等之間的岩性轉換面。該轉換面往往還可表現為硬底。相信新釐定的桃花石組將會有更為完整的岩性組合、突出易認的頂底界而便於野外操作。

圖8-2　桃源九溪馬刀育組－桃花石組層序地層、岩石地層劃分對比圖

根據該組在層序OSq7中的位置以及所含的牙形石Serratognathus diversus（湖南區調隊，1986；安太庠，1987）和此次研究中在所夾頁岩里采獲的Tetragraptus sp.等可知，釐定後的桃花石組，基本上可與台地相區的紅花園組相對比。

例3　南石沖組五峰組（陸棚斜坡—盆地相區）

桃江地區的南石沖組原定義為一套「灰、深灰色或灰綠色薄—中層狀泥岩」（湖南區調隊，1986）。少有化石。其上覆五峰組則與桃源九溪一帶類似。

根據徐熊飛（1981）及作者的觀察，發現在響濤園南石沖剖面等地，該組頂部存在數米至十數米厚的近源性濁積砂礫岩（圖8-3）。它強烈下蝕下伏地層，顯示出不同於前的沉積機制。往上與上覆原五峰組之間則以一個較清晰的加深間斷面相隔。但總體上仍呈連續過渡，再沒有如其底界上下那樣大的變化。由於在臨近的鄂東南等台地相區，五峰組頁岩之下存在著淡水白雲岩化及海陸交互相砂礫岩沉積等（劉永耀等，1984）明顯的海退標志，說明在桃江一帶的這套濁積岩和下伏地層之間，顯然存在著一個由於海退而形成的規模較大、時限較長的沉積間斷及侵蝕缺失，濁積岩本身則很可能代表著海平面由降低向升高階段、即總體水位較低時期的產物。因此，這套濁積岩看來只宜歸入上覆地層的沉積序列中，其底界在該地區為OSq17OSq18間Ⅰ型界面，本身則為層序OSq18的低位域（LST），頂界為OSq18的初始海泛面即海侵面（TS）。

由於這套濁積型砂礫岩無論從岩性上，還是從成因序列或沉積旋迴上，都與下伏岩層有著較為截然的區別，區域上又有著廣泛而穩定的展布（徐熊飛，1981），因此，筆者建議：該段可單獨建立一個新組；或成為本區五峰組的一個段，將之與原來意義上的南石沖組區別開來。筆者在這里趨向於後者，並暫名之為響濤園組。根據它在OSq18中的位置及上覆地層所含筆石Dicellograptus complexus（＝szechuanensis）（徐熊飛，1981；湖南區調隊，1986；曾慶鑾等，1987）等可推知，此段地層很有可能相當於Dicellograptus complanatus帶或其部分沉積。

圖8-3　桃江響濤園南石沖組－五峰組層序地層、岩石地層劃分對比圖（圖例同圖3-1）

從以上例子可以看出，層序的頂底界（SB）、尤其是Ⅰ型界面（SB1），往往代表著較大規模的海退與暴露剝蝕；各體系域之間的界面（TS或FFS,mfs等），則往往顯示著較大程度的沉積環境及相的變化。兩者在區域上是極易追索的。同時，無論是前者還是後者，它們又都是某一基本層序，即地層序列中最小沉積單元的頂底界，符合組的基本定義（Hedberg,1976；全國地層委員會，1981），因此它們是可以作為岩石地層基本單位——組的界線並運用於野外的實際操作中的。

顯然這里需要探討這樣幾個問題：一是傳統意義上的岩石地層單位，比如說「組」，是所謂「普遍穿時」的地質體，而沉積層序則被定義為一種「等時」的地質體，因此人們會懷疑按照上述途徑優化「組」的界線是否存在互相矛盾、是否有混淆兩種不同概念之傾向；二是傳統岩石地層單位與沉積層序在地層對比中各自的地位和效用，或者說它們之間的關系如何。

對於第一個問題，作者認為這兩者之間並不矛盾。正如前面所指出的那樣，問題首先出在怎樣理解和選擇岩石地層單位及其界線，其次是怎樣理解「組」的「穿時性」。本文的基本論點就是：既然層序地層研究已在原以為「整合」的一套地層序列中發現了諸如層序界面、海侵面及最大海泛面，以及台地相區經常見到的層序界面與海侵面的復合體，甚至在台地淹沒過程中所出現的這三種界面的復合體（即淹沒型層序界面等）大的不整合或沉積間斷面，其物理特徵明顯，同時這些界面之間所分隔的地層本身又符合「組」的定義，那麼再繼續把這樣一段地層當做同一個岩石地層單位「組」，就有悖情理了。正如本章開頭所引的例子，不顧其間早就被人們確認的廣泛分布的平行不整合而將中南地區五峰組與龍馬溪組下段劃歸為同一個所謂的「龍馬溪組」（趙志強等，1996），這種作法現在看來是不甚妥當的。

另一方面，由於受「統一地層學」多年的影響，使得我國許多岩石地層單位及其界線的選擇更多地遷就了生物地層，或者說更多地遷就了由生物地層研究而獲知的地質體的時代，忽略了界線的自然性與物理性。正如黃花場分鄉組底界的最初確認（曾慶鑾等，1987）以及前述根據筆石帶在浙江於潛奧陶—志留紀剖面上來建立「安吉組」與「堰口組」（張守信，1990），這樣的做法實際上又走到了另外一個極端，也是不足取的。

至於說到組（或群、段等岩石地層單位）的「穿時性」，作者認為它和層序的「等時性」一樣，都具有一定的相對性，應根據不同的背景來認識問題。「組」之所以具有「穿時性」，首先是因為海（水）侵時間早晚差異造成的沉積邊界的不等時性，其次是因為相同沉積相及其組合的側向遷移，還可能因為白雲岩化等成岩作用而導致的次生性岩石組合邊界的不統一性（比如湘黔地區婁山關群及華北中南部的三山子組的頂底界等），等等。而對於「組」等岩石地層單位，在規定並用作特定的地層單元時，其實還是首先默認了其形成時代的可比性或者說某種程度上的「等時性」，只不過這種可比性是通過一定范圍內（比如一個或數個單點陣圖幅內）基本穩定的岩性組合及正常的地層疊覆關系反映其形成順序的相當性。相信人們並不會這樣做：只因為岩性的相似性、不顧其時代早晚，而將湘鄂地區早寒武世早期的水井沱組與早奧陶世晚期的煙溪組或廟坡組及晚奧陶世晚期的五峰組等黑色頁岩（徐熊飛，1981；湖南區調隊，1986；曾慶鑾等，1987；趙志強等，1996）混為一談。

而在另一方面，雖然層序在理論上是由周期性的海平面升降所形成的層序界面所包絡的「等時」的地層格架，但在從盆地經斜坡到近岸地區的廣大區域內，其底界或頂界的時限並不是一成不變的（Vail等，1977;Posamentier和Vail,1988）。一般來說，因海平面的逐步上升，越靠近岸邊，層序底界的時限會越來越晚。而其頂界則會因為海平面下降的幅度及不同相區暴露時間不同等原因，造成遭受剝蝕的程度也會有所不同。但在多數情況下，越靠近岸邊其頂界往往會缺失得越多些。類似的情況也會出現在斜坡附近，當然那裡的成因稍有不同。但不管怎麼說，沉積層序的頂底界在台地的近岸地帶及斜坡區實際上已變成了穿時界面。而這與「組」的「穿時性」是完全一致的。只有在①靠近台地樞紐帶的某些地區，因為原始的沉積基底相對較為平坦，海平面上升幅度不大即可在相對短暫的時間內將其淹沒；②海平面升降一般不容易影響到的盆地相區，才有可能存在大致等時的層序界面（Vail等，1977;Posamentier和Vail,1988）。可見，此時層序的「等時性」反倒更具有抽象性和局限性了。

由此可見，以一些層序（尤其是Ⅰ型）的邊界及內部體系域的界面來重新釐定一些岩石地層單位的界線，從根本上並無矛盾之處，也並無混淆兩種概念之傾向。相反，這樣做首先只會更加合理地優化界線，修正一些如本文所舉實例那樣的一些「組」界劃分的不妥之處，其次是希望這樣的優化會因為沉積層序本身所具有的特點而使地層的對比更易操作，對比結果更為精確。同時也是至關重要的一點就是，由於這一優化是以不同相區內最易識別、並可實現良好對比的層序地層最基本單元即三級層序（正層序）為基礎來進行的，所以將會使「組」從此暗含這樣的前提與特性：某一相區該組的「穿時性」將被限定在一個正層序即三級層序之內，特殊情形下甚至可被限定在更小的一個體系域之內。這里實際上已談到了上述第二個問題，即傳統的岩石地層單位「組」與沉積層序在地層對比中各自的地位和效用，以及它們之間的關系。

眾所周知，傳統岩石地層單位「組」在進行橫向對比時，首先依靠的是地層的疊覆關系以及岩性組合的相似性和相對穩定性，同時實際上還考慮了在一定范圍內一個地質體粗略的、時限不太嚴格的時空的基本一致與對應。而層序地層主要依靠的是海平面變化的旋迴性以及沉積體系（域）的時空配置關系來實現地層的對比相當，更多地從沉積體的成因角度以及聯系的觀點看問題。與前者相比，層序地層在沉積相—沉積相組合—沉積體系—沉積體系域—層序的分析過程中，可將這些不同相區的沉積體置於同一個有機的時間－空間格架中綜合分析，因此更富於預測性地解決了不同沉積相區的相變沉積體之間的時空對應問題，並使得地層對比第一次有可能達到高精度及高解析度的要求。由此可見，以組為基本岩石地層單位的地層對比和以沉積層序為基本單元的地層對比，實際上只是地層學及沉積學發展的不同階段使然，它們之間應該說具有一定的繼承性和互補性。這一點，其實完全可以從Sloss（1949,1963,1974,1988）的系列研究中得到認識。

然而，當一個沉積層序因其厚度和空間的分布等原因不足以單獨成為一個填圖單位時（比如在沉積缺失很多的古陸邊緣），或者恰好相反時（比如沉降很大的斜坡區），我們就依然需要用組等不甚精確的岩石地層單位。但是，此時的組也應該是一個優化或調整了一些界線、修改或補充了部分內涵的新的岩石地層單位。另外在盆地相區，因遠離物源區和能量非常低的水動力條件，那裡的沉積層序其邊界是整合的也是等時的，單個層序厚度很薄，而且相鄰層序間岩性岩相的區別也很小，此時當然就沒有可能也沒有必要以層序或體系域邊界來「優化」岩石地層單位了。實際上，這種相區的一些「組」，往往相當於較淺水相區的數個「組」，或者一個層序地層組（sequence set）（Wang和Shi,1996），其邊界則代表了較高級別、較大規模的海平面及環境變化。比如奧陶紀早期湘中地區的白水溪組、橋亭子組及煙溪組等。

通過上述實例及相關討論可以體會到，以一些沉積層序（特別是Ⅰ型）及體系域的界線來優化和釐定部分岩石地層單位的界線，不僅不會給傳統的岩石地層學研究帶來混亂，反而會帶來富有潛力的積極的效應。歸結起來有：

（1）可使現行岩石地層單位，尤其是它們的界線更具物理的和自然的特徵，易於識別和對比，便於野外的操作。

（2）可使一些含有大的間斷或不整合（Ⅰ型界面等）的「組」等，分解、重組為內部更具成因序列性質、不含大的間斷與缺失的新的岩石地層單位，使其更加符合其定義，便於精確地填制組圖。

（3）由於這種優化將使得特定相區的「組」的穿時性被限定在一個三級層序（特殊情形下可限定在一個體系域）的時限之內，因此藉助於層序地層研究過程中各體系域間的沉積順序及結構匹配分析，將會使一些不含化石或化石層位不確定的岩石地層單位之間的對比，變得較為准確且便於預測，從而可望彌補傳統生物地層研究的一些不足之處。

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