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[沉积岩岩石学] 在地层学和地层命名法方面经常产生误解的地方和问题 ——关于岩性地层、不整合地层...

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    [LV.5]渐新世

    发表于 2019-11-14 17:30:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
    辻野 匠
    目录:
    1、  前言
    2、  关于岩性地层划分的经常产生的某些误解和问题
    2.1、关于岩性地层单元的误解:没有组定义的群
    2.2、关于地层——年代地层单元的误解:白垩纪层
    2.3、关于地层——年代地层单元的误解:上蝦夷群
    3、关于地震地层划分的经常产生的某些误解和问题
       3.1、关于地震地层和层序地层的误解
       3.2、关于地震地层和岩性地层的误解
       3.3、已知地震地层单元与组不相应,不过层也是这样吗?
       3.4、不过,组和群这个单位易懂……
       3.5、地震地层单元是正式的单元吗?
       3.6、为什么地震地层单元在指南中没有?
       3.7、地震地层单元应该等同于层序术语吗?
       3.8、那么,地震地层单元应当怎样设置好呢?
    4、在层序地层学中经常产生的某些误解和问题
       4.1、层序地层学是正式的地层单元吗?
       4.2、层序地层学应该作为正式的地层单元吗?
       4.3、层序地层学作为正式的地层单元应该解决的障碍
    5、关于不整合界面单元中经常产生的某些误解和问题
       5.1、Alloformation和Synthen的整理
       5.2、为什么不整合界面单元的使用率低?
       5.3、为什么不整合界面单元大部分代表的时间长?
       5.4、不整合界面单元如果没有真正的不整合就不能定义吗?
    6、结尾
    摘要:
    地层学、地层命名法,尤其是关于岩性地层、不整合地层和地震地层方面,对经常出现的某些误解和问题给予了说明和回答,而且还涉及了产生这种误解和问题的思想。在地层学中最重要的方面是规范地构筑其理论的方法论,这种方法论确保了地层学属于自然科学领域。在岩性地层方面,分析了有关命名法的错误并说明了其广泛的现实主义的概念。在地震地层中,目前还没有正式的地层单元,本文从地质学研究方法的立场出发叙述了其没有正式单元的原因。在不整合地层(和层序地层)方面,以微妙的定义说明了其产生差异的原因,并叙述了其产生混乱的原因。
    1、前言:
    地层学象生物学中的分类学一样是一种朴素的体系,是地质学的基础,是记录区域地质
    的基本技术,所以极大地影响到地质学的整体。但遗憾的事情是和其他的学科一样,在地层学中误解到处可见。地层命名法中的误解从单纯事物性次序的错误到些许的误解无论哪一方面都好,首先在形式上常常被优先考虑为必须接受。但是命名法是建立在地层学原理(哲学家以外的人使用的哲学)之上的,不能处理单纯事物上的错误和些许的误解。相反解开这些误解能够对更好地理解有所帮助。某些误解并不是在上述的错误和误解中产生的,是因为对背景的理解不同而产生的。在此,为了理解地层学中的地层命名法的原理,举出地层命名法中经常发生的某些误解。而且为了说明为什么那是误解,介绍一下地层命名法的思考原理。
    2、 关于岩性地层划分的经常产生的某些误解和问题
    2.1、关于岩性地层的误解:没有组定义的群
    误解:在有关地层方面的论文中,有群的定义,但没有组的定义。这种地层分布广泛、
    复杂,不能细分,所以只定义群。
       这种做法在心情上是很好理解的,但在命名规则上却是错误的。只有群而没有组的地层为什么是错误的呢?这是因为岩性地层单元的基本单位是组。
    在地层学方面,关于地层的命名和分类有国际地层委员会的分会issc的规定,称为《国际地层指南》。日本地质学会的地层命名规则也基本上是以这个指南为基础的。根据该指南,组和群的定义如下:
    组是被用于成图、描述和解释区域地质概况的岩性地层分类的最重要的正式单元。它是岩石地层单位中间级别的岩石体,由岩性特征和地层位置来确定。组只是正式的岩性地层单位,各处的岩性柱完全以岩性为基础划分。群是高于组这个级别的正式的岩性地层单位,这个术语通常被最广泛地应用于有意义的和需要判断的岩石属性的两个或更多相邻的或有关联的组构成的层序。
    此外,也有对地层学给予重大影响的地方性规则,例如北美地层委员会(NACSN)规定的北美地层命名规则。在该规则中,组和群的定义是一样的。内容如下:
    组是岩石地层分类中的基本地层单元,它是由岩性特征和地层位置所确定的岩石体。它分布广泛但不一定连续,可在地球表面成图或在地下对比。
    群是高于组级别的岩石地层单位,群完全可以由同名的组组成,有时也完全不由同名的组组成。
    因此《国际地层指南》和《区域地层规则》中的岩性地层定义的最大区别是:相对于规则被限定在沉积物或沉积岩类中,指南并不限定这些,火成岩和变质岩也是其研究对象。因此,指南中组的使用范围广。
    总之,在指南和规则中,群被定义为包括组。如果应该包括的组没有定义,那么也不可以定义包括组的群。
    那么,为什么组的描述是必须的,而在地层研究论文中如果只叙述群就上不了水平呢?其原因在于英语,英语单词中的group在英国的袖珍牛津词典中做如下解释:
    许多人或事物被紧密地放在一起,或认为应该分类在一起。
    美国的词典也有大致相同的解释。美国英语传统词典(ADHE)和韦伯斯特新世界词典(WNWD)做如下解释:
    放在一起的或定位到一起的人或物的集合(ADHE)。
    放在一起或分类在一起的许多人和物(WNWD)。
    词典的说明从广泛性这个角度出发,所使用的词汇是不同的,但无论怎么考虑其语义都可以作为参考。英语中的group,其中的元素必须是people\persons\things\objects。元素是不明确的,而若明确了元素,那么group这个词就难以理解了。地层学是在英语圈中产生和发展的(例如:Willian Smith的英国地质图,1815;Charles Lyell的地质学原理等,1830)group(群)的概念是以英语的思考方法为基础的。
    但是在现实社会中有先前group的定义,从这个定义出发组为主要因素的情况经常出现。例如在定义了人事部之后配置人事部的人员就是一例。在定义了团体之后再定义其中的构成人员。这种情况以人类事物为对象的情况较多。人类的事物是根据目的组成并分类的。但是即使是在这种情况下决定构成人员也是必须的,没有构成人员的团体是有名无实的。
    另一方面,象地层这样为自然物质的情况下,元素不清楚,没有定义的group即使不根据英语的思考方法,说起来也是难以思量的。对其理由,我们以同为自然界物质的生物分类学为例加以说明。
    生物分类的基本单位是种(species)。在最初定义了种之后,才定义概括这些种的属、科和门。先定义group,而后再定义其组成部分,即先定义哺乳类这种分类群,在受到批评之后,就变成仅对应人、鼠、猫、狗、象和熊等个别的定义。但是,怎样做才能较好地首先定义哺乳类呢?上述的方法是不可能的。哺乳类只是一种解释,实际上的哺乳类是不存在的,只存在迄今被分类为哺乳类的各种生物。个体的人和鼠等在定义为组成元素的种之后,讨论它们的相互关系,明确它们的相似性和相异性,作为被分类的结果才存在哺乳类。人、鼠和熊等不同于蜥蜴、蝾螈和青蛙、马哈鱼和鲨鱼,它们具有相同的特征,作为一个组被认识容易理解生物,这样哺乳类的概念才产生。
    这种类推可能看起来有些牵强,但是生物和地层都同样是自然界的产物,它们的分类都基于共同的哲学原理这一思考方法。实际上,描述、分类和解释的方法论是大致相同的。在生物分类学中,确定模式标本再确定种,规定了模式种之后再规定属。而另一方面在地层学中,在确定了标准剖面之后再定义组,其方法论是相同的。在解释、分类自然界存在的物质的方法中,这种方法论是有效的。为什么呢?就是自然界中的物质,不用概念,以实际存在的物质本身为基础进行分类是最合适的。
    产生先定义哺乳类这个概念的现象是神学或者数学这样的形而上学领域。归纳从经验中得到的知识导出概念的自然科学并不是恰当的。在自然科学中,不是先有概念而是先有具体的物质。这不仅存在于地层学。遵守这个基本原则才是自然科学的条件。
    这样就把这种方法论应用到地层中。在地层学方面,相当于元素(element)的是组(formation),因此在定义了某个群之后再定义某个组这样的做法是先有解释后有具体信息的描述。例如,先定义某个群就相当于先有某个群在某个沉积盆地分布一系列地层这样的解释。当然,在不知道规则时,有时也会把应该定义为组的地方定义为群。
    但是,实际上如果不能定义组(formation)(如果没有地层信息描述),那么概括在某个群中的地层在沉积盆地内如何分布就不清楚。当然会不清楚,不过在最初命名为某个群的时候,就会失掉研究各套地层和组的机会。群与组相比缺乏具体性,但概念性(抽象性)高。
    在许多情况下,不定义组而描述某个群。这样的群是在“这个群分布在某各地方,有可能是一系列沉积物,因为没有名字不好办,所以暂且命名为某个群”这个意义上使用。这样的群毕竟缺乏地层信息记述,所以在地层学上有时不具备有意义的地层信息。可能只是没有名字不好工作而命名群的。象这样暂时命名为群的“暂时群”与定义了组后构成的群其确切程度是完全不同的。聪明的地层学家会从论文的微妙语意中察觉到规矩的定义和粗糙的命名。另外,地层学家在不得已没有组定义的情况下命名群时也意识到了其差异,因为明确地表示粗糙的命名是初始成果,所以即使有没定义组的群,实际上也没有多大问题。
    但是,地层并不只是地层学家的问题,是以地层为对象的学科的共同基础,地层学的知识超越了地质学而被广泛地应用到其他学科领域。在这种情况下,不了解地层学界的情况就不能正确地处理地层而产生误解,这对地层学和研究者的目的来说都是不幸的。为了回避这种情况,就要尽力于具体化“地层划分的基本单元为组”这一规则。假如在不十分清楚的地层中方便地给予名称,不是群,不包含解释,那么就有必要考虑与其他单元不发生混乱的客观的名称。例如:地名+沉积岩类这种基于非正式单元的命名法。
    最后,经常看到“群是以地层上下的不整合为界限标定的地层单元”这样的误解。根据《国际地层指南》和《北美地层命名规则》,群是包括组的,是否由不整合标定,没有必要。
    2.2、关于地层——年代地层单元的误解:白垩纪层
    误解:白垩纪层、新第三纪层这样的时代+层形式的命名。
    这些术语在地层学家以外的研究者中经常出现,但在形式上是错误的。这些术语在年代地层单元(Rock time stratigraphic units)中应该是白垩系和新第三系。白垩纪和新第三纪这样的名称是根据年代地层单元(Timestratigraphic unit),而白垩纪层则是什么根据也没有。
    对此,白垩纪对初学者来说有些困难而白垩纪层则相对容易,所以有人同意使用这样的术语,但是这种意见是误解了地层学。正如前述分类内容所涉及到的,在地层学中和其他自然科学一样,要把更具体的内容作为基础。在比较地层和年代时,地层是远为具体的。因此在比较白垩纪和白垩系时,白垩系是更为基本的概念。白垩纪这个时代只存在于地质学家的大脑中,而且白垩系作为具体的地层是可以定义的。在地层学中白垩纪被定义为白垩系地层沉积时的时间。白垩纪层意味着白垩纪这个时代先有而地层后有,这在科学方面是不正确的。即地层(年代地层单元的)白垩系和新第三系先有,之后才有分析、解释的结果——年代。白垩系和新第三系这样的术语是确保地质学是自然科学领域的证据。在地层划分中,和其他自然科学一样,不是先有概念而是先有具体的事物。说到底。白垩系这一术语意味着白垩系的层型剖面,即标准剖面,而其他的白垩系则不过是对比标准剖面后的地层。到目前为止,地层学在理论上构筑得非常严谨。
    经常可以看到上中新世和前中新统这样的说法,而这在地层学中是不应有的,原因是地层和时间发生了混乱。
    2.3、关于地层——年代地层单元的误解:上蝦夷群
    误解:上蝦夷群地层单元
    上蝦夷群这个词的本身是没有问题的。这个词表示蝦夷群的上部(但一般应使用蝦夷群上部这样的表示法)。把这个词作为地层单元来使用时就产生了问题。上蝦夷群有蝦夷群地层中上部的意义吗?“没有认识蝦夷群框架本身,把原本是蝦夷群这个整体分为上部、中部和下部,而仅把上部定义为群——上蝦夷群,这就在意义上产生了混乱。蝦夷群作为地层单元是应该有的,而上蝦夷群作为地层单元是不应该有的。若拆分“上蝦夷群”这个术语,就会出现上蝦夷群或上“蝦夷群”。后者因为等同于蝦夷群上部,所以不是独立的地层单元,前者则有“上蝦夷”这样的奇妙的“群”的意义。可见此处的思考混乱。
    3、 关于地震地层学中经常产生的某些误解和问题
    3.1、关于地震地层和层序地层学的误解
    误解:地震地层学和层序地层学单元都是sequence,是相同的。
    若把上述误解改写为下述形式,那么哪产生的误解就会更清楚。
    误解:地震地层学的单元是sequence,层序地层学的单元也是sequence,所以二者是相
    同的。
    相同的名称应该表示相同的内容,但并不总是这样。地震地层学和层序地层学在同一时期由同一研究者发展,而且在多数情况下在同一著作记述(Mitchum et al., 1977; Payton, 1977; Vail, 1987)。因此有上述误解的人很多。而且这种误解导致了地震地层学的不明确。
    在层序地层学和地震地层学的黎明期(1980年代),sequence这个词的语意是相同的
    ,所以倒不如把层序地层学作为地震地层学的一部分发展来得更好。所谓地震地层学是根据反射波地震勘探记录剖面划分地层的一种方法。其方法论是这样。在反射面上,上超和下超等反射面与界面反射相交,一方的反射波消失(观测到的事实)。
    作为解释的前提,假设反射面为等时面。若根据这种假设,上超和下超等模式中应该有的反射面意味着地层的缺失,所以这是不整合。所以不整合可以定义为上超和下超等反射面相交,一方的反射波消失的模式。把上下由不整合标定的一系列反射波定义为层序(depositional sequence)。这就是地震地层学的成果。
    这种层序是什么原因形成的呢?这是层序地层学研究的领域,在层序地层学中并不只使用地震剖面,也用测井和地表露头用同样的思考方法划分层序,并根据其和海平面变化的关系确定层序的位置(Emery and Myers, 1996)。
    相同的定义如下(Mitchum et al.,1977):
    沉积层序是由相对整合的有成因联系的一系列地层组成的,其顶和底由不整合或与之相关的整合标定的地层单元。
    在地震地层学中,该定义又添加了反射面是等时面这样的假设,而在层序地层学中又增加了成因——意味与海平面变化有关的命题。所以,两者不完全不同而又不完全相同。两个sequence具有相同意义时是如下情况:用地震剖面确认的是地震地层学中的层序,该层序的成因是因海平面变化引起的。
    32、关于地震地层和岩性地层的误解
    误解:根据地震地层学的方法划分反射波地震剖面,其划分的单元相当于组(formation)。
    也有相似的情况,认为地震单元相当于群。其理由可能是在地震地层中没有正式的单元名,而组和群的知名度又很高的原因。但是组(formation)和群(group)是岩性地层单元,若用做地震地层单元,就是把不同的术语用到了相同的名称上,对研究方法是不利的。因为地震地层和岩性地层不同,所以在地震地层中有一种意见是使用别的“层”定义,而且它们都属于地层学范畴,用相同的名称称呼不同的概念、不同的定义是产生混乱的根源,也不能说是科学的态度。这在比较了作为岩性地层单元而定义的大阪群和被定义为地震地层学的大阪群就再明白不过了。岩性地层单元的大阪群和地震地层学中的大阪群具有相同的名称,可能是可以对比的,但是它们不是同一内涵,地震地层中的大阪群和岩性地层中的大阪群存在偏差。偏差本身并不是问题,而不知道这种偏差的存在才是问题。给予了相同的名称这种情况,原因是没有发现两者间的偏差。问题的所在是给予相同的名称,即使可对比,但在原理上不同,会招致混乱。
    根据地层命名法的定义,组(formation)具有岩性综合的特征,不根据时间划分。而另一方面,地震地层单元若根据Mitchum et al. (1977) 的沉积层序,被定义为地震反射面为等时面,上下由不整合划分且成因上有联系的一套相对整合的地层。在地震地层学中,根据定义,单元在时间上不斜交(被看作),而岩性地层是可以和时间斜交的。
    另外,必须注意到在地震剖面上看得到的类似于地层的反射,还没有钻探时具体情况就不明确,有可能是地层以外的物性分界面(例如:BSR,或本身不是沉积岩的层状岩体)。不象露头那样,无论谁看到了也不能判断它就是地层,把一系列反射波认为是地层,这是一种解释。用地震剖面划分地震地层时总是纠缠着解释。而且地震剖面的质量依赖于勘探设备的性能。即便在相同的探区,设备如果不同,看法就会完全不同。定义时没有相同的标准。
    接下来在这里讨论一下在层序地层单元中使用群(group)的情况。和在陆地上定义的群(group)且能够对比的现象相适合,在地震地层划分等场合下,为了取得相互协调有时也想使用群(group)。尤其是因为很多情况下误解为群(group)是把上下界限界定为不整合的地层,所以同样地以不整合为边界的地震地层单元自然也想使用群(group)。但是如上所述,这是同名异物的错误。更进一步地,如果这种群(group)没有组(formation)单元的话,就象在前面“没有组(formation)定义的群(group)”章节下所描述的一样,因为包含命名法中的基本单元错误,所以和同名异物错误合起来就犯了双重错误。
    3.3、地震地层学与组(formation)不相关,那么日文的“层”也是这样吗?
    这有些难。在日语中“层”是大众化的名词。象“砂层”、“黏土层”、“地震波杂乱层”这样,使用的语意与formation(组)没有关系。英语名称中使用formation(组)是命名法上的错误,而日语中使用“层”则不能断言是命名法方面的错误。但是和“砂层”、“杂乱层”等不同,岩性地层单元通常在“层”前冠以地名,也容易和上述名词混同,所以应该避免。
    这与其说是命名法上的错误,倒不如说是日语用字的错误。Formation的译意相当于“层”,这样就不能区别“bed”和“formation”了。例如,琵琶湖黏土层,用Biwa-ko clay bed,是非正式的地层名称(这里的bed不是单层的含义),而门泽粉砂岩层,用Kadono-sawa siltstone Formation,却是正式的地层单元,同一个“层”字却表示不同的概念,在日语中同样不能辨别。以前对应formation(组)的日文是“累层”,bed对应单层,这种表示方法是清楚的。悔之晚矣。
    3.4、不过,组和群这个单位易懂……
    误解:我们知道在地震地层单元中使用组和群不好,不过,组和群在习惯上一直沿用至今,而且一般的地质学家也并不很通透地震地层学,所以若按规则定义组和群,在地震地层中不是也可以使用组和群吗?
    对此,在指南中已经有相反的论述,所以在此原本引述如下:
    ……
    严密地说:在地震地层学中定义的不整合与露头中定义的不整合是不同的。
    ……
    非正式地层术语法。
    ……
    非正式单元术语,如含水层、油气储集层、煤层和采石层以及以电缆测井记录或地震剖面为基础的地层单元在比较明确的场合下使用是合适的。但是在公开刊发的文件内,非正式地使用正式单元术语(组、段、生物地层单元、统等)是极为常见的。在地表或地下地质成图过程中,所有的地质学家都暂时使用非正式的单元术语,这些情况在工作中是必要的。但是在公开发表其研究成果的时候,提倡使用正式术语并且在没有对正式术语描述就把非正式单元术语用于印刷品中则是不希望的。原本使用者所使用的非正式的单元术语,如:“the limestone at Blue Mountain”(蓝山石灰岩)、“the stony river granite”(石河砾岩)或“Victoria sandstone formation”(维多利亚砂岩组),不久之后就会由著者、编辑者改为“Blue Mountain Limestone”、 “Stony River Granite”或“Victoria Formation”。非正式的单元术语,到了确切地提出、定义时,要成为正式的单元术语。
    在某张地质图上,即使有地震地层单元相当于组、群的词汇,也并不是什么问题吧?或许定义也进行了说明吧?而且读者也会在阅读中理解它是海相的还是陆相的。但是在引用它的时候,组和群会独立地存在了吗?为什么呢?这是因为还没有详细地把地震地层单元引用到定义中。指南的执着就在这里。
    对此就自然产生了把海相含义包含在术语词汇中的方法。例如“房总冲群”。“冲”在日语里有海洋的意义。用这种方法,因为明确表示出了海相地层的含义,所以产生混乱的可能变小。但是此种情况翻译成英语时,“房总冲群”被表示为“bausou oki group”,表示海相地层的信息消失了。英语是世界自然科学共同的语言,所以用英语顺利地表示出海相含义还是很重要的,这方面还需要研究。
    通俗易懂是重要的,但是过分追求通俗易懂,必然产生错误。
    3.5、地震地层单元是正式的地层单元吗?
    问题:地震地层单元是正式的地层单元吗?
    在地震地层学中还没有定义正式的地层单元。即使没有正式的定义编写论文(工作)也是正常进行的。这是因为在每篇论文中可以自行定义。多数论文使用acoustic units、seismic units或只使用units。作为公共出版物的地质图是有必要统一标准的,但是在国际、国内,地震地层单元的正式单元并不存在。
    在下一节将叙述方法上的原因,不过也不能忽视社会背景上的原因。主要利用地震地层学的是石油地质领域和层序地层领域。石油地质是现实学科而且是工业的核心,所以没有必要在学术上作出思想上的统一。坦率地讲在学科内如果能够沟通思想那是再好不过。层序地层学长期以来都不是正式单元,层序地层学本身也不是正式的地层划分,何况想将地震地层升格为正式的地层单元的研究人员还没有。
    3.6、地震地层单元为什么在指南中没有?
    问题:地震地层学在海洋地质学领域尤为重要,可为什么没有正式的地层单元呢?
    例如ISSC在《指南》中明确表示:地震地层(以及测井地层)不设地层单元(指南,p1)。
    ...theSubcommission decided against stratigraphic unit based exclusively well log and seismic re ection pro les...(……地层分委员会对地层单元做出决定:排除测井和地震剖面……)。
    其理由是:……the information supplied by wireline logs andseismic re ection pro les is not recorded in the rocks; it is only a graphic (orelectronic) record of remote measurements of certain physical properties。(……由电缆测井和地震剖面提供的信息不是岩石记录,它只是某些物理属性遥测的图解(或电子)记录。)。
    即地震地层和测井地层仅远距离测定岩石的物理性质,它不是岩石中被记录的内容。
    ...formalstratigraphic units should not be established on the basis of these remote measurements。(……正式的地层单元应该不是建立在这些遥测技术的基础上。)
    ISSC的意见是:在没有岩性资料的情况下,不应该以遥测为基础设定正式单元(Salvador and ISSC, 1994)。此处,可以更具体地了解到作为地层单元基础的内涵。
    地震地层学者的立场是希望对这种措施进行批判。这种情况本身是可以评论的,但对于ISSC来说,是其一己之见,是自相矛盾的措施。古地磁地层就是矛盾的证据。古地磁地层和测井地层一样,都是观测岩石所具有的物理性质,但在指南中被定义为正式的地层单元。测井地层不能作为正式的地层单元的原因是基于地球物理测井是遥测的,古地磁测量不是遥测的这样的判断,这是相当微妙的。测井地层因上述原因不能被正式化,古地磁地层尽管具有相同的原因却被正式化。这不是双重标准吗?
    由此看来这并不是遥测如何,而是把重要性作为理由而产生的现象。即测井地层和古地磁地层在原理上是相同的,但古地磁地层的范围是地球,把该地层界面作为全球等时面是有效的。测井地层只不过是局部现象。在表述局部地层方面有岩性地层,而且测井地层没有岩性描述,因重要性低而没有被定为正式地层单元。但这并不是一种科学原理的应用,反倒可以说是一种经验主义的确定方法(若根据这种逻辑,地震地层学如果在世界范围内看到了海平面变化,那么因重要性就会被选择为正式的地层单元)。
    假设测井地层和古地磁地层没有本质上的差异,那么和测井地层相同,古地磁地层也不应该是正式的地层单元。但是若仔细地考虑的话,如果古地磁地层不是正式的地层单元,那么微体古生物化石地层也可能变得不能成为正式的地层单元。古地磁地层是研究地层中的磁性矿物的性质,微体古生物化石地层是研究岩石中的某些微生物,没有本质的差异。微体古生物化石地层、古地磁地层和测井地层其性质是阶段性的变化。微体古生物化石与古地磁之间的差异和古地磁与测井地层之间的差异,微体古生物化石与古地磁这一方面具有更远的关系。如果用差异的大小来划分,微体古生物化石地层与古地磁地层之间理应会有差距。而测井地层和古地磁地层之间有本质性的差别吗?
    若再以稍广的视野来看的话,在岩性地层、大型古生物化石地层、微体古生物化石地层、古地磁地层、测井地层、地震地层的顺序中,抽象性增加。ISSC在古地磁地层和测井地层之间设定了正式和非正式地层单元的分界线。其各自的性质不是阶段性的和具体的,那又为什么在古地磁地层和测井地层之间拉一条线呢?这是根据由各种情况所引起的决疑法(一种哲学方法)进行的判断吗?这种情况因为不是根据原理决定的,所以如果有变化就会有边界面,这是决疑法的一种决定,所以根据情况,地震地层也可以成为正式的单元。
    假设测井地层没能确定为正式的地层单元的原因不是决疑法和双重标准,那么就必须考虑测井地层比古地磁地层在本质意义上缺乏具体性。即古地磁地层所测定的样品是手头有的,通常是岩石。而相对于此,测井地层(地震地层)可以在完全看不到岩石的情况下存在。换句话说,古地磁地层是以物质为基础的地层学,可以认为测井地层和地震地层在这方面含混而使其失去了成为正式地层单元的资格。如果是这样的话,测井地层和古地磁地层之间的分界就不是差异决定的,而极有可能是由手头是否看到岩石标本来决定的,即对于地质学家来说,是否看到手头的岩石标本是非常重要的。可以这样说吧!
    另外,古地磁地层即使有一块岩心样品也可能确定一个层序,而地震地层仅有一道地震波则是不可能的。至少要有一条地震剖面,否则不可能划分地层。在这方面,测井地层(在层序地层学测井记录的应用中)也相同,如果没有若干测井记录就不能够确认不整合。这种情况也使得地震地层和测井地层的基础消弱。
    3.7、在地震地层单元中应该放入层序术语吗?
    问题:exxon研究组提出的地震(层序)地层学得到了广泛的应用,所以把sequence升格为地震地层单元不是很好吗?
    在论文中笔者使用什么术语完全是笔者学术范畴所决定的。笔者在自述中完全有自由使用sequence这个地震地层单元。但是应该指出作为正式或准正式的术语,使用sequence和后述的在不整合边界单元中置入层序同样是不完备的。简洁地说,不完备是因为sequence这个术语具有多意性和模糊不清的地方。为了使用这个术语,此时有必要再定义。此外作为实际问题,在地震地层学论文中,包括笔者在内,多数情况下使用unit。如前所述,sequence把由海平面变化所引起的一系列变化这种印象给予读者,所以在地震地层学论文中,只要不想如上做法,就能够避免。
    3.8、那么,地震地层单元怎样设置好呢?
    问题:加深了对各种文献的涉猎和学习,明白了地震地层单元名是比较难以解决的问题。那么怎样设置地震地层单元好呢?
    可以考虑用一个中性的术语来作为解决方案,例如unit(单元)就是其一。这种方法的优点是可以回避目前的问题。其缺点也正来源于此,即为了回避当前的问题就没有自己的特点。甚至不清楚哪些是单元,哪些不是单元。附属体是单元,火山喷出岩体是单元。因此即使采用“单元”这个术语,也不是广泛意义上的单元,应该使用象“地震地层单元”这样的有限定意义的名称。至少在正式的出版物中不应该使用单独标记的unit。为什么呢?这是因为unit是中性词汇,并不仅存于地震地层学中。
    若进一步地促进这种限定工作,就涉及到了其他的解决方案。首先是如何界定当前的问题。当前的问题是没有和单元名相适应的术语。如果没有的话是可以归纳的,但是在归纳的时候,如果是上述情况,就极有可能是谁都不认可。因此到目前为止是处于放任自流的状态。但是如果认为地震地层学是一门自成体系的学科,就应该终止现有学科体系术语的无理应用而提出独立的单元名。不批判地使用岩性地层单元名和有问题的术语,就等同于承认地震地层学是《指南》主张的——是其它地层学的附属物。
    如果设置独立的单元名,就应该考虑两类造词法。其一是希腊语和拉丁语。词汇分别是re ecthem、echothem、acousthem。后述的Synthem是这种造词法产生的。此外,从文艺复兴以来到现在,许多科学技术术语是用这种造词法产生的。实际中,在大量的术语产生的同时,一部分术语被淘汰了。其二是Acoustic Formation(声波组)、Acoustic Group(声波群)和Seismic Formation(地震组)、Seismic Group(地震群)等用这种普通的英语单词记述的方法。当然基本单元是Formation(组)。Acoustic和Seismic这两个词可能对应着震源频率的差异(10赫兹以上的高频为声波,其以下的或震动称为地震波)。这种方法容易理解和承认,不过是由几个词组成的,因而显得冗长和散乱。简洁的术语是希望三音节词以下的一个英语单词,但笔者并不认为这是恰当的。有时在地震地层学论文中作为相当的地层单元而使用的Package可能较好(和unit相同,存在过于普遍的问题)。
    哪一种方法都有优缺点,若考虑地震地层学目前不是主要的地层学而今后也不会为主(30年前的层序地层学黎明期和反演技术活跃期却不得而知)的话,那么前者因难以理解和承认而可能淘汰,即使尽可能使其在整个地质学中通过,那也还是后者好一些。由已知单词关联而产生的术语没有必要说明,因为直观上容易理解。但是seismic formation(地震组)容易产生“形成地震”这种印象,所以应该避免使用。seismicgroup也会产生错误的印象,应该避免使用。英文名称用Acoustic Stratigraphic Unit,日文名称用“声波层”可能容易推广。
    4、关于层序地层学中容易产生的误解和问题
    4.1、层序地层学是正式的地层单元吗?
    误解:层序地层学是地层单元。
    层序地层学在《指南》和《规则》中没有被认定为正式的地层单元。例外的是英国地层
    命名规则(Whittakeret al., 1991)涉及到了该地层范畴。但是因如下理由,和岩性地层相比,层序地层学不应该成为标准。(1)、层序地层学概念与全球海平面变化是不同的。(2)、因为层序地层学更加依赖于解释,所以多数人主张从基本出发应该遵从于《指南》。由遵从《指南》的日本地质学会颁布的《地层命名指针》没有把层序地层学设置为正式地层单元。
    此外,虽说层序不是正式的地层单元,不过简单地把层序改换为组和群违反岩性地层命名法。不是组和群是否用层序,而是组和群应该定义为岩性上的统一性。
    4.2、层序地层单元应该是正式的地层单元吗?
    问题:层序地层学现在正是地层分析的必须工具,可以定义层序地层学单元为正式的地层单元吗?
    这正是现在所讨论的问题。赞成派和反对派至少根据现状都不赞同把层序地层学设定为正式的地层单元。此外,在《指南》和《规则》中都已经有和层序地层学相近的概念。这就是《指南》中的不整合边界单元和《规则》中的不连续边界单元。但是相近并不等于相同,层序地层学和其他地层学的思考方法相比,在较重大的地方存在差异,决不能等同视之。不过,层序地层学在概念上存在混乱。这种混乱从80年代就视为问题(福田,1981),但一直搁置至今。最近,到了2000年代,召开了谋求结论的工作会议,讨论在燃战火。例如Berggren et al. (2005)把层序记述的概念和解释的概念分离,认为可分为stratal sequence (地层层序)和depositional sequence(沉积层序)。也有学者反对其作为正式的地层单元。其原因是层序地层学为地层研究的好工具,而且处于发展阶段,因为今后如何发展下去还是未知数,所以不应该成为正式的地层单元(如果成为正式的单元,那么定义的更改自由就受到了限制)(Bhattacharya, 2005; Vai, 2004)。
    关于这方面的议论,还没有结束,而且结束的必要性暂且还是比较低的吧。其原因是在陆相地层中,岩性地层学具有领先的优势,其趋势今后也不会改变。在各种研究中,应用层序地层学可以识别层序,但这不是其成为正式单元的必要原因。今后如果时间分辨率和对比精度上升(尤其是第四系),根据后面讨论的层序地层和不整合边界单元的关系,可能有必要修改作为正式单元的不整合边界单元。
    另外,我们有必要注意和层序地层学为孪生关系的地震地层学。地震地层学和层序地层学之间,概念和术语交错。为了正式化这两种地层学就有必要整理。如果不区分、整理层序地层学和地震地层学的概念(例如不整合的确认方法),那么就会产生混乱的单元。性急的正式化甚至是有害的。
    4.3、层序地层学为了成为正式的地层单元应该解决的障碍
    在层序地层学中,用不整合面和与其相应的整合面(a correlative conformity)划分地层。这就要确定不整合面渐变为整合面的正确层位,在由整合面组成的一套地层中追踪不整合面,无非是确定层序边界。这是极为主观的确定方法。既然是追踪等时面层位(在地震地层学中,反射面被定义为等时面),那么与其说层序地层学是不整合边界单元,倒不如说是年代地层单元。此处,层序地层学具有双重性。不拘泥这种细微的地方是层序地层学的长处,在学科上能有长足的进步。笔者认为不拘泥于细微之处是使学科有较大发展的不可缺少的因素。但是这种双重性在其成为正式单元时是不能漏掉的。
    另外层序地层学是以成因论(genetic interpretation) 为基础的,术语也是成因论的名称(genetic terminology),是不适于成为正式地层单元的框架。
    在使用上也存在困难。在地震地层学中根据概念如果从侧向上追踪不整合面的话,那么是能够比较客观地确定与不整合面相应的整合面的。但是在陆相地质和岩心研究中,一套整合的序列在何处确定对应不整合面的整合面呢?是比较难的。在Journal of Sedimentary Petrology(沉积岩杂志)的SEPM中担任委员的Owen(1999)说:correlative conformities are the phantom sticky issue of sequence stratigraphy(相关的整合面是层序地层学的幻象般的难题),批评:a correlative conformitiy(相关的整合面)把层序变成了hybriddescriptive and interpretiveunits(混合的描述和解释单元)。
    另一方面,acorrelative conformity(相关的整合面)的追加,其主要原因是回顾了很少有人顾及的不整合边界单元,自在地层学中作出巨大贡献的哈顿以来,地质学家认识到不整合的重要意义,但没有好的表现手段。如后所述地设定了不整合边界单元,但严格意义上讲不整合边界单元作为实质问题是难以应用的。解决这个问题的手段就是correlative conformity(相关的整合面)这个概念。但是什么是那个相关于不整合的整合面呢?这个问题还含糊地保留着。
    另外,什么是不整合呢?(应该重视什么样的不整合呢?)意见不一。坦率地说就是体系域的解释问题。如何确定层序的边界的讨论目前还没有完结(即爱克森研究组、欧洲和得克萨斯的学校)。因此根据研究者或研究场所的不同,可以得到各种各样的结论,还没有统一的、正式的划分法。
    5、关于不整合边界单元的经常产生的误解和问题
    什么是不整合边界单元呢?在ISSC的《指南》中,设置了chang(1975)提出的不整合
    边界单元,作为类似的概念在《规则》中设置了allostratigraphy(不连续边界单元地层学)。下面是《指南》中该定义的摘录:
    为不整合标定的单元。是在地层序列中,其上部和下部有特定的、有意义的、起示范作用的不连续面(角度不整合、非整合等)标定的岩石体,适用于区域和区域与区域之间的范围。用于建立和识别这些地层单元的判别标准是它的两个特定的标志不整合面……。因为对建立、识别和标定不整合边界范围来说标定不连续面的存在与否是唯一的判别标准,所以定义和描述这些单元应该强调不连续面的性质、位置和特征的讨论(ISSC指南,1994)。
    这段较长的摘要反复地叙述了仅由上下不整合面确定地层单元的内容。有必要注意:和层序地层学及地震地层学不同,没有不整合面和与之对应的整合面这样的语言。在《规则》中对不整合边界单元的描述也是一样,摘录如下:
    不连续边界单元是以它标定的不连续面为基础的、可成图的岩石体(NACSN,2005)。不连续边界单元的上下边界是侧向上可追踪的不连续面。
    《指南》和《规则》中对该单元定义的差异是不整合面或不连续面的差异。不连续面包含不整合和古土壤,可以认为和《指南》中的不整合面大致相同。
    在《指南》中把单元名定为Synthem(希腊语),在《规则》中把单元名定为Alloformation(希腊语)。
    这些在概念上是非常相似的,但在最初构思却是完全不同的。Synthem是为了在非常广的范围内划分地层而确立的(chang,1975),所以,每个地层单元就是相当广范围内堆积的沉积物。这和后述的Sloss et al. (1949) 和Sloss (1963)的层序相接近。后者的Alloformation是为了划分冰川湖和第四纪沉积物而构思的,规模颇小。
    5.1、Alloformation(NACSN)和synthem(ISSC)的整理
    如上所述NACSN的Alloformation和ISSC的synthem几乎没有差异(“more nuancethan substance”, Edwards,2004; Easton et al., 2005).因此G.B.Vail在美国地层委员会的第57界年会上提出把Alloformation更名为ISG的synthem修正案。这个提案被搁置了。理由之一是因为ISSC的主席salvador要求搁置十年。
    但是讨论没有就此终止。例如从使用频率来说,统一成Alloformation的意见,甚至更过激的意见:把synthem和Alloformation都废弃,作为正式单元应该使用sequence的意见也有 (Murphy and Salvador,1999)。NACSN 的 allostratigraphic unit和 ISSC 的Unconformity-bounded unit 和 Sequence Stratigraphy 的 sequence 交互現象多次成为研讨的对象,在举办的研究会中也是主要的内容,如丹佛的GSA年会(1999)、AAPG的达拉斯研讨会(2001)、GSA的波士顿年会(2001)、佛罗伦萨的IGC(2004)等。
    5.2、为什么不整合边界单元的使用频度低?
    没有听到过synthem和alloformation这些不整合边界单元的人比较多吧!根据GeoRef的synthem术语使用频度的调查,80年代是3次,90年代是5次,2000年代是16次。和层序地层学的使用频度相比,差距是明显的。而关于Allostratigraphy单元,根据爱德华兹的调查,比synthem多。在90年代有59次,但仍然较少。
    当然,层序地层学是主流,多数的研究者理解层序,且因知名度也高,所以容易选择层序作为研究工具,因此也有层序流行的自我反馈吧!在这种科学体系内的社会学现象中(流行),不整合边界单元被撵到抬不起头的角落里是必然的。
    不过在不整合边界单元中,在学术上存在深刻的缺陷。不整合边界单元中的限制条件不存在于层序地层学中(Ashton, 2004; Wheeler, 1958, 1959b,a),即不整合边界单元在上下不整合存在时被定义,假如上下某一方不是不整合,那么单元就不成立。Ashton (2004)说:an individual unconformity-bounded unit exists onlywhere its tow bounding unconformities are present(某个不整合边界单元仅存在于界定不整合存在的场所。)例如在某个沉积盆地的边缘相(洼地和沿岸),因构造运动和海平面变化将发育不整合面。这样的不整合面在中心相(沉积盆地的深部)几乎不能追踪,多数情况下是整合。根据场合不同,不整合面在中心相有时一点都没有。在这样的地层序列中,边缘相即便是不整合,总体上也不能设定不整合边界单元。Sloss et al (1949)最初定义的层序实际上也是和ISG的synthem条件相同的不整合边界单元,如果不用不整合规定上下边界是不行的。因此在不整合变为整合的地方(部分不整合),层序在定义上(水平方向而非上下方向)没有两个的道理。例如并行于水平方向的层序大部分可以对比整合。这种划分方法因为不必要地使地层划分复杂化,所以可认为没有落实。相反若保护这些条件,那么单元必然也不得不在时空上变得相当大。
    在另一方面,在层序地层学中,层序的上下边界不只是不整合面,也可以用与之相对应的整合面来定义,所以如上所述用沉积盆地的局部不整合面也可以定义层序。这就是层序地层学中的层序战胜其他的不整合边界单元的主要原因。这样一来,层序地层学中的层序,从这个意义上讲,可以改称为succession(层序、次序、序列)。
    5.3、为什么不整合边界单元中时间规模较长的较多呢?
        问题:无论是sloss的sequence还是chang及IGC的synthem,从年代地层单元来说,相当于系,大多数具有相当长的时间规模。在定义中没有规范时间范围。但是时间范围如此之大确是为什么?
    前面曾叙述过sloss的层序和synthem单元仅在上下边界为不整合面限定的情况下实用,同时也说明过必须在局部不整合的地方在纵向上分割由不整合转变为整合的地方。为了预防地层在整合的地方被纵向上分割的错误,就必须用遍及整个盆地的大的不整合划分地层。这样一来,无论如何不整合的空间规模就会变大。产生这种大的空间规模的不整合在时间上是稀有的现象,所以时间范围就会变大。Sloss提出的sequence和chang(1975)提出的synthem单元应该是横切大陆的。
    但是最近的synthem出现了时间范围短的单元。用synthem划分的对象和以前的地层不同,被用于火山熔岩流和火山碎屑流层序(succession)(De Ritaiet al., 1997)。这种情况时间就变短了。而在熔岩这种情况下,其上下必然是以不整合(非整合)为边界的,所以就避免了上述纵向切割地层的“悲剧”。在严谨的意义上讲,不整合边界单元在这种场合下会发挥作用。相反来说,在其他场合,不整合边界单元是难以确实地应用的。
    5.4、不整合边界单元真的不能定义整合地层吗?
    问题:如果不整合边界单元在没有不整合的地方不能定义,那么当然不会有使用者。这种方法还是废止了好,是这样吗?
    在回答这个问题之前,请思考如下实验:
    研究了某个地区,在这里某地层和某地层之间可以确认不整合面。该不整合面在整个范围内是可以追踪的,所以应用不整合边界单元。经过数年,最近预探时确认此处应该可以追踪的不整合面不存在。那么根据定义,这个不整合边界单元应该废弃。
    的确,可能应该废弃,但是若接受这样的逻辑,那么为了设定不整合边界单元就必须证明这个边界单元在任何地方都是不整合面,换一句话说就是必须证明在任何地方都不存在整合面。在原理上,必须证明到没有露头的地方,即地下地质,而且也不能放过被剥蚀的地层。这在陆上地质都是不可能的。那么是在最初就不应该存在不整合边界单元吗?如果本来就不存在的话,当然就没有必要使用了。实际上并不是这样,不整合边界单元还是有必要存在的。不整合的存在与否是不确切的,即便如此也和不整合边界单元不必要不同。这期间的差异如下叙述。
    同样的情况可以说也存在于最基本的岩性地层单元中。虽说用岩性特征来划分,但是如果上部组和下部组的岩性特征相同的话,就没有了划分依据。因此必须证明上部地层和下部地层在各处都存在岩性特征的差异。但这不可能。实际上上部组和下部组的岩性特征差异不明的岩性地层单元划分是经常出现的,也有论文描述从下部组到上部组的岩性特征渐变的情况。虽说如此,这种岩性地层划分也并不是没有意义。自然的地质体本身就是模糊的,这就不能随意地让地质学家明确它。如果自然地质体本身是模糊的,那么划分时就应该忠实地反映这种状态。不应该马虎。
    这样,前面的问题就可能变成如下问题:
    问题:不整合边界单元真的没有不整合就不能定义吗?
    何为定义?在自然科学中所用的定义可分为两类:其一是内在的定义,其二是外延的定义。笔者简单地概括如下:内在的定义是本质论,而外在的定义是是务实论。狗多被用于这些定义的说明。在此仍以狗为例做如下说明。
    内在的定义回答“狗是什么”这个问题时,是“狗科的家畜,狼的家畜化”。这个定义几乎等于没有说明,但在内在的定义中无论怎样做精心的叙述,都没有提高定义的严谨性。有“亲近人的狗”,也有“不亲近人的狗”;有“咬人的狗”,也有“不咬人的狗”。那么或许记述两者都有是正确的,但是不具备有意义的信息。在内在的定义中存有例外,过于严谨地考虑以及指出定义的要点有时也没有意义(至少在自然科学中和现实生活中)。内在的定义中简单地附加说明比较困难,不过幸运的是以人类为对象,一句话就可以点明对方。例如如果得到“狗是家畜化狼的哺乳类”这样的答案,就会知道“是狗吧!”这就是内在的定义。
    外延的定义在回答“狗是什么?”这个问题时,以其最基本的特征可称为枚举定义,就是一种把相当于狗的条件全部列举出来的方法,这种方法在数学领域(数学归纳法)是简单的,但是在实际生活和自然科学中是不可能的,所以代替上述方法采用以条件为依据的判别法。在提出某物是狗的时候,明确满足某种条件的是狗这样的判别条件就是很好的外延性定义。狗的外延性定义因条件的不同而不同。房主说的“在公寓中不可养狗”中的狗和动物保护团体所说的“不可以虐待狗”中的狗不同。房东是以是否麻烦居住者为条件来判断狗,而保护团体往往附加“狗不加害于人”这样的条件。总之,内在的定义强调的是本质,而外延的定义是附带条件的。
    冗长地说明了有关定义,或许在定义中就存在着不整合边界单元和层序地层学争论的核心。即不整合边界单元是内在的定义还是外延的定义?在回答这个问题之前,要问一下岩性地层学所说的岩性特征是内在的定义还是外延的定义?它是内在的定义。关于什么是岩性特征?没有明确其条件,所以不是外延的定义。什么是岩性特征呢?这要依赖于地质学家的认知。那么什么是不整合呢?在《指南》中仅定义了不整合的种类,所谓不整合怎样定义是内在的。而且在地层中识别不整合本身就是内在的定义。《规则》中的不连续地层学(allostratigraphy)没有定义什么是不连续面(discontinuity),也就是说内在的定义即使不说明也清楚其含义。所以,在不整合变为整合的地方,认为不整合边界单元消失是不确切的。
    地层命名规则在某些方面类似于法律,在规则中使用内在的定义是产生混乱的原因。但是和岩性特征不能是外延性定义一样,不整合也不能是外延性定义吧?这需要每个地质学家的见解。在这方面地层命名法和法律是完全不同的。
    在不整合面变为整合面的地方,不整合边界单元消失这种解释不是绝对的。那么在这种情况下,不整合边界单元会是什么情况呢?把不整合面在侧向上延长,无论如何应该考虑到在不整合面上下会存在地层单元,结果这就是Mitchum et al. (1977) 的 depositional
    Sequence(沉积层序)。必然Correlative conformity(相关的整合面)是内在的定义。
    此外,在《指南》和《规则》中,对synthem单元设置了Sub-, Super-,和 allogroup, alloformaion, allomember等次一级的地层单元,这些地层单元含有局部不整合,对不整合单元的大小不做出判断,这些单元就不能成立。换言之,导入这些地层单元意味着承认了局部不整合。
    6、 结尾
    福田(1981年)先于国际地层指南,介绍了指南制定时发生的讨论。叙述如下:“指南
    本身是精华,几乎没有包括截止到《指南》制定时的历史经过,但是真正对我们有参考价值的是所发生的讨论的本质“。为了了解原理,我们有必要深入到《指南》形成的经过、误解和未解决的问题中。
        错误之处在所难免,请一起学习吧!918をわすれないで。

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    发表于 2019-11-27 11:03:49 | 显示全部楼层
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