地层

地层（Stratum）是在地壳发展过程中形成的各种成层岩石的总称，包括变质的和火山成因的成层岩石在内。从时代上讲，地层有老有新，具有时间的概念。地层和岩层这两个名词相似，但岩层一般是泛指各种成层岩石，而不必具有时代的概念。^[4]

地层学（Stratigraphy）^[6]是地质学的基础学科、分支之一，发展于19世纪初，主要研究构成地壳的所有层状或似层次岩石体固有的特征和属性，并据此将它们划分为不同类型和级别单位，进而建立它们之间的空间关系和时间顺序的学科。^[2][7]地层系统分两类：一是区域性或地方性的，以岩性变化为主的地层划分，称为岩石地层分类系统，地层单位为群、组、段等；^[8][9]一是国际性的、全国性或大区城性的，以时代为准的地层划分，称为年代地层分类系统，地层单位为宇、界、系、统、阶等，与其相对应的地质时代为宙、代、纪、世、期等。^[8][10]根据岩层等的不同特征或属性划分为不同单位，主要有岩石地层单位、年代地层单位、生物地层单位等。^[11][3]

地层在地质学中具有不可替代的重要意义，它是研究地球历史、地质构造、矿产资源和地质灾害的重要依据和基础。^[12][13][14]

所谓地层，是一切成层岩石的总称，它包括变质的和火山成因的成层岩石在内。^[7]地层具有特定岩性特性和属性的岩石层，将其与相邻层区分开来。^[15]在《国际地层学指南》出版之前，较早的出版物将地层定义为要么相当于一个地层，要么由多个地层组成。作为厚度大于1厘米的层，构成床的一部分。^[1]

总体上，相邻地层之间可以为明显的层面或沉积间断所分开，也可以由某些不十分明显的界线所分开。例如由岩性、矿物及所含化石、物理性质等特征的变化所导致的界线等。地层可以是固结的岩石，也可以是松散的堆积物。^[16]所以地层的外形必须是一层一层的。

地层和岩层这两个名词相似，但地层往往具有特定地质时代的涵义。因为地层是在一定时代形成的，或新或老，每一层或每一组地层都有它自己形成的时代或年龄；而岩层则往往是泛指各种成层的岩石，例如砂岩层、灰岩层等，不必强调时代的概念。举例来说：这里的地层是寒武纪的，这就是具有时代概念；又如，这种岩层是含水层，这就是没有强调它的时代概念。但在实际应用时，地层和岩层也可以互相代替，不必严格区分。^[16]

地层学（Stratigraphy）是研究构成地壳的所有层状或似层次岩石体固有的特征和属性，并据此将它们划分为不同类型和级别单位，进而建立它们之间的空间关系和时间顺序的学科。它是地质学中的一门基础学科。^[2][15]

人类对于地层的感性观察与认识可以追溯到古代希腊、中国和阿拉伯世界，其共同的特征是把陆地高山上岩层中所含的化石，作为“沧海桑田”海陆变化的证据；^[14]从17世纪就开始形成了一些地层的基本概念，丹麦学者尼古拉斯·斯坦诺（Niels Steensen）提出了地层层序律，表明地层沉积的原始位置近于水平，老者在下，新者在上；法国吉罗-苏拉威J提出的化石顺序律则认为不同的地层含有不同的化石。^[17]

19世纪，地层学的主要工作是利用化石逐步建立统一的地层系统，即年代地层学。19世纪末，人们发现同时期形成的地层具有不同的岩性特征和化石内容，德国学者约翰内斯·瓦尔特（Johannes Walther）把岩相横向变化同海侵作用联系起来，解释了时间界面同岩相界面的关系，称为瓦尔特定律。^[17]

19世纪40年代，从寒武系到第四系的地层层序已经初步建立，人们应用地层层序律、化石顺序律、岩相对比定律等原理和方法，不断完善各地区乃至全球的地层系统；20世纪30年代以来，人们通过对地层和生物群的对比研究，建立了生物地层学、年代地层学、岩石地层学、磁性地层学、地震地层学、事件地层学、层序地层学等学科体系，从而为重建地球演化历史奠定了基础。^[2][17]

随着“地层三定律”“大地质旋回理论”“化石顺序定律”等地质学基础理论的建立，使地质学进入有相对时间标尺的时代。1913年英国地质学家亚瑟·霍姆斯（Arthur Holmes）提出了第一个带有同位素年龄数据的地质年表，以后又陆续出现不同时间、不同国家、不同学者提出的地质年表。地质年表（或称地质年代表、地质时代表）的编制标志着地球演化时间标尺的建立。^[17]

地层具有时代的概念，所以地层就有所谓上下或新老关系，这叫做地层层序，也就是相当于一本书的页次。如果地层没有受过扰动，愈处于下部的地层时代愈老，愈处于上部的地层时代愈新，叫做正常层位。这种上新下老的关系叫地层层序律。但是，组成地壳的地层是错综复杂的，或者由于地壳运动造成地层缺失，或者由于构造变动弄得层序颠倒，或者由于岩浆活动和变质作用改变了地层的产状和面貌。地层如同一本年代久远且保存不佳的古书，已经变成残篇断简，字迹模糊，必须展开校订考证、分章划段，既要把地层整理出上下顺序又要划分出不同等级的阶段和确定其时代，这就是地层的划分。^[16][18]

因为一个地区的全部地层就是该地区地壳历史发展的“书页”。地层划分必须有一定根据，一是以岩性为根据，例如砾岩层、砂岩层、灰岩层、砂页岩互层等；二是以生物化石为根据，因为不同时代的地层常含有不同种类的古生物或古生物群；三是根据沉积旋回，例如某个时代从海侵到海退，沉积岩层往往表现为从粗到细（如从砾岩、砂岩、页岩到灰岩等）、又由细到粗（如从灰岩、页岩、砂岩到砾岩等）的有韵律的变化，这种现象称为一个沉积旋回。沉积旋回可以反映海陆变迁及地理环境的变化；四是根据地层接触关系，如整合、平行不整合、角度不整合等，它们可以反映在沉积过程中地壳的升降运动或褶皱变动（亦称造山运动）；五是根据地层的同位素年龄，特别是对那些缺少化石的古老地层更具有重要意义。^[16]

地层的划分是指对一个地区的地层进行时代的划分；如果把不同地区的地层进行层位和时代的比较，则称为地层对比。根据一个地区的地层划分，只可了解一个地区的地史发展情况；根据几个地区的地层对比，则可了解更广范围内的地史发展的共性和差异性，认识广大地区的地层区域特征，掌握地层空间分异的规律，换言之，才可能重塑较大地区的甚至全世界的地壳发展历史和古地理环境。^[16]

地层对比首先是地质时代或层位的对比，对比的主要根据是生物化石。在三个地点的地层中凡含有相同化石的，就可以用点线连接起来，表示它们的层粒（用A、B、C、D表示）或时代是相同的。地点3缺失B层，可能因地壳抬升没有沉积，也可能有沉积而被剥蚀掉了。不含化石的地层一般称为“哑地层”，在这种情况下，就不能用古生物方法进行对比，而利用岩性、沉积旋回、岩层接触关系、同位素年龄等进行对比就成为重要方法。^[16][19]

国际上趋向把地层主要分为大三类：以岩性为主要划分依据的岩性地层；以化石为划分依据的生物地层；以形成时间作划分依据的时间地层或年代地层。^[16]地层单位在地层学中是指根据岩层的不同特征或属性将其划分成的不同单位。由于划分依据的不同，^[11]根据岩性、岩相划分的岩石地层单位，根据化石划分的生物地层单位，根据地质时代划分的年代地层单位。有时也可以根据地层的其他特征（如矿物成分、化学成分、放射性等）而划分为非正式地层单位。^[3]

岩石地层单位根据岩石学特征进行划分，包括：

超群（Supergroup）：两个或两个以上相邻群的组合；群（Group）：两个或两个以上相邻组的组合；组（Formation）：岩石单位系统的基本单位；段（Member）：组内的岩石实体；层（Bed）：组内或段内的独特岩层。^[9][20]

年代地层单位根据地层形成的时代进行划分，并与地质年代相对应，包括：

宇（Eonothem）：最大的年代地层单位，与地质年代的的“宙”对应；界（Erathem）：与地质年代的“代”对应；系（System）：与地质年代的“纪”对应；统（Series）：与地质年代的“世”对应；阶（Stage）：年代地层的基本单位，与地质年代的“期”对应；时带（Chronozone）：最小的年代地层单位，与地质年代的“时”对应。^[10]

生物地层单位是以生物化石为依据进行的划分，包括以下类型：

延限带（Range zone）：特定的化石从出现到消失所占用的地层；间隔带（Interval zone）：两个生物地层面间的包含化石的地层；种系带（Lineage zone）：进化种系中特定片断化石标本的地层；组合带（Assembleage zone）：特定的化石组合所占有的地层；富集带（Abundance zone）：特定化石最为繁盛的地层。^[21][22]

磁性地层单位是以岩石磁学性质为依据进行的划分，基本单位为极性带（Polarity zone）。此外还可分为极性超带、极性亚带等。^[9]

除上述几种常用的地层单位外，还中根据划分依据的不同，建立化学地层单位、生态地层单位、地震地层单位、矿物地层单位、构造地层单位等。^[9]

地质年代是指地壳上不同时期的岩石和地层，时间表述单位：宙、代、纪、世、期、时；地层表述单位：宇、界、系、统、阶、带。在形成过程中的时间（年龄）和顺序。^[10]

它包含两方面含义：其一是指各地质事件发生的先后顺序，称为相对地质年代；其二是指各地质事件发生的距今年龄，由于主要是运用同位素技术，称为同位素地质年龄（绝对地质年代）。这两方面结合，才构成对地质事件及地球、地壳演变时代的完整认识，地质年代表正是在此基础上建立起来的。^[23]

在地质制图和地质记录等实际工作中，各级地层单位及其所属地质时代经常用各种专门地层符号来表示地层单位（宇、界、系、统、阶）的名称代号。根据2000年第三届全国地层委员会《中国地层指南》规定：国际性的地层单位——宇、界、系、统等代号，用英文大、小写正体字母并配合阿拉伯数字表示；全国性或大区域性年代地层单位——阶（期）的代号，是在统的符号右上角注以该阶在统内所处序列位置，用阿拉伯数字顺序号表示；但阶的符号国内的传统用法是在统的符号后加阶名汉字词拼音头一个正体小写字母，其中宇、界、系的符号基本上是采用原拉丁文名称的第一个字母或再加一个字母表示。^[24]

地层表作为研究地球历史的时间标尺、地质填图的基本指南、地质调查评价的基本工具。按地质年代顺序排列来描绘某地区或某露头或某钻井记录的岩系柱状图（一般附有简要文字说明），又称“地层柱状剖面图”。有时按顺序（上新下老）、相互关系、岩性、化石和厚度等只作文字描述，地层间只用线段分开，而不考虑岩层平均厚度的比例。^[1][26]但通常地层表要求按岩层平均厚度比例绘出，标明各层厚度，以求更具有直观印象。^[27]

中国区域年代地层年代表的102个阶中，已有59个阶得到了较深入的研究；10个全球层型剖面和点位（金钉子）被确立在中国，使中国成为拥有“金钉子”最多的国家。^[28][29][30]

地层学研究对人类认识和理解地球上岩石圈、水圈、大气圈和生物圈的组成和演化具有重要的科学意义；同时对国家的经济建设和社会发展，如国土资源调查、能源和矿产资源的勘探与开发、生态环境的保护及基础设施建设等，均具重要的实践意义。^[2]

记录地质历史

地层学从“存在的时间”和“演化的时间”中，依据客观规律和需要选定自己的时间坐标单位谱（如时、天、月、年，以及岁差、斜度、偏心率周期等），建立能与人类社会接轨的时间单位谱和地质学时间坐标。^[5]

研究地质构造

地层学的研究对象已从沉积岩和层状火成岩扩展到所有具有层状构造的岩石，即除了沉积岩和层状火成岩外，还包括了相当部分的变质岩和岩浆岩。通过对地层构造的研究，可以了解地球上的地质构造演化过程，如山脉的形成、地震断裂带的产生等。^[31]

勘探矿产资源

地层中含有丰富的矿物资源和化石资源，尤其中国区域年代地层年代表的102个阶中，已有59个阶得到了较深入的研究；10个全球层型剖面和点位（金钉子）被确立在中国，使中国成为拥有“金钉子”最多的国家。^[28]通过对地层学理论和实践的需求以及新技术方法的引进和使用，为矿产资源的寻找与勘探和环境工程规划整治提供重要依据。^[17]

研究地质灾害

地层的分布和变形反映了地球历史上的地质灾害事件，如地震、火山喷发、泥石流等。通过对地层的研究，可以了解地质灾害的发生规律和演化过程，为地质灾害预测和防治提供科学依据。^[32]