地層學是怎麼回事兒？

作者：徐洪河（科學院南京地質古生物研究所）

代表了地球史卷的地層（作者供圖）

地層由地殼中層層疊疊的岩石所構成，是記載地球演變發展的書卷。地層中的岩石、化石和各種沉積構造是這部史卷中的密碼，地質學家的任務就是解讀這些密碼。

關於地層的基本認識

早在地質學建立之初，地質學家們就對地層產生了兩點至關重要的認識，其一，不同性質的地層代表了不同的地質時代；其二，不同地區的地層可以進行對比。

這兩點認識是地層學的基礎，它們也很容易理解。

從不同的地層中可以找到不同的、代表不同地質時代的生物化石。比如，三葉蟲化石產自古生代的地層中，而恐龍的化石則產在中生代的地層中，絕不可能在同一套地層中同時找到這兩種化石。

但是，我們可以從不同的地區找到相同的化石，比如，我們可以在南京和昆明這兩個相隔兩千多公里的地方找到相同的三葉蟲化石，由此我們就可以判斷這兩套地層代表的是相同的地質年代。

指示寒武系地層的三葉蟲化石：萊德利基蟲（Redlichia）

化石生物所生活的時間往往是距今千萬甚至上億年，比如，三葉蟲生活在距今5.5-2.5億年，而恐龍大約在距今6500萬前遭到滅絕。那麼化石和地層的年齡是如何確定的呢？

地層的年齡值是利用放射性元素而測定的。一些具有放射性的化學元素具有非常穩定的半衰期，通過精確測量衰變元素與放射性元素的比值，再利用已知的半衰期，就可以測算出岩石的年齡。有了岩石地層的年齡，從這些地層中挖掘出的古生物年齡也就確定了。

然而，放射性同位素測年方法往往需要火山灰或火山岩樣品，並不是所有的地層中都能找到含有火山岩的樣品，因此，有些地質年代的確定不得不利用數學上的差值法來計算。而對於地層古生物學領域的科學家來說，更為常用的是地層的相對年齡，即，根據地層的性質和其中所含有的化石情況，開展區域性的地層研究，識別不同區域中地層的相關性。這就是地層學研究中最常見的地層對比。

地層對比，年代地層和地層年代

在地層學研究領域，有一個最常用的表格：國際年代地層表（International Chronostratigraphic Chart）。

國際年代地層表（英文版，2017年2月版）

國際地層委員會（International Commission on Stratigraphy）定期更新這個表格，把地層學研究的最新進展融入到這個表格中。國際地層委員會是一個非常傳統的選舉性科學機構，主要職能就是為全球年代地層和地質年代確立全球性標準，比如地質年代的名稱，年齡值，地層識別特徵、可供對比的化石，以及「金釘子」等等。

有了這些全球統一的標準，世界各國的地質學家們就有了通用的語言，可以協同合作，共同解讀地球的歷史。

這裡提到的「金釘子」，其實是全球年代地層單位界線層型剖面和點位（GSSP）的俗稱，是為開展全球地層對比而在某一地區所選取的典型案例，是在地層學和古生物學等領域所確立的，用於開展全球對比的地層標尺。一旦在某地方釘下「金釘子」，該地就變成一個地質年代的「國際標準」，成為了地層年代統一的「度量衡」，是全球地質學家開展地層學工作的參照。

「金釘子」一詞的由來，要追溯到1869年的美國，當時第一條貫穿北美的鐵路合攏時，最後一顆道釘用18k金製成，用以宣告竣工和貫穿鐵路的重大意義。在地質學家看來，GSSP 對於地層劃分與這顆「金釘子」的歷史意義和象徵意義異曲同工。因此，「金釘子」的概念便在地質學領域得到了廣泛使用。

目前，全球地質學家共釘下了68顆「金釘子」，在確立了10顆，居世界第一（2017年義大利「金釘子」也達到10顆）。

值得一提的是國際地層委員會的logo，中文宋體的「山」字上加上了4條橫線，在開展區域性地層對比時，我們經常能看到這種圖，把不同區域的地層用柱狀圖繪製，再把這些地層之間彼此相關的地方用橫線連接起來。這個logo非常完美地概況了地層學中地層對比的方法，似乎也暗示出地層學和「山」之間的密切關係。這種地層對比圖在學術期刊《地層學雜誌》的封面上經常可以看到。

國際地層委員會的logo是中文宋體的「山」字上面加上四條橫線，《地層學雜誌》封面經常表示地層對比的示意圖，二者神似。

地層表中每個小格子都有不同的顏色，這些顏色可不是隨意確定的，它們也有國際標準呢！

世界地質圖委員會為所有的地層單位都確定了兩套色譜，分別為用於電腦顯示的RGB模式和用於印刷的CMYK模式，這些色譜的數值在地質年代表的網站和資料中都可以查到，有了這些數值，全球地質學家眼中的地層顏色也有了統一的標準。

另外，我們也注意到，這些地質學名詞似乎和我們印象中並不一樣，我們知道寒武紀，王菲也唱過《寒武紀》，可是為什麼表格中寫的是寒武系？

這其實就是年代地層和地層年代的差別，因為地質時代的是根據地層而確立的，相對而言，地層是實在的，而地質時代是抽象的。在中文語境下，地層和地質年代分別用不同的詞尾來代表，用來表示地層的單位分別是：宇、界、系、統、階，這些也是我們在地層表格中所看到的，它們所對應的地質年代單位分別是：宙、代、紀、世、期。

國際年代地層表的局部放大。宇、界、系、統、階是地層單位，它們所對應的地質年代單位分別是宙、代、紀、世、期。右側的數值是利用放射性元素和插值法所得到地層絕對年齡，單位是百萬年，黃色的釘子圖標表示該地層界線的國際標準「金釘子」已經確立。

比如說，上泥盆統所代表的是泥盆系之內的一套地層，其又可具體分為弗拉階和法門階兩套地層，而上泥盆統地層所對應的地質時代被稱為晚泥盆世，其地質時代具體為距今3.82~3.58億年。我們看不到泥盆紀，但是能看到代表了泥盆紀這段地質時期的地層，即，泥盆系。

石油，天然氣和故事

為什麼要研究地層學？

其實，地層學研究對於石油和天然氣資源的開發至關重要。

石油和天然氣蘊藏在地層中，為了尋找和開採這些資源，就要在地表或海洋中進行鑽井。對鑽井所獲得的岩芯首先要開展地層對比研究，地層是在三維空間展布的，識別岩芯中的地層學信息才能了解地表或海洋以下地層的延展規律，分析油氣礦藏的具體位置和運移模式，為石油和天然氣資源的開發利用服務。

地層是記錄地球歷史的史卷，在地球漫長的生命歷史中，無數生命形式起源，分化，滅絕，復甦。無數遠古生命變成了化石，凝結在地層之中。層層疊疊的岩石是不可以逆轉的地質時代之箭，就在我們劈開岩石的那一刻，遠古生命穿越了漫長的地質時代，安靜地與我們相遇。

化石不會說話，但卻給我們講述了生命歷史中的無數精彩故事。

生命演變歷史，不同地層中產有不同的化石，這些化石為我們講述了生命演化歷程中的各種故事。（圖：徐洪河）

大院熱門文章top榜

即刻關注