史密斯地层学及其局限性

16.1.1　现代地层的概念

在《国际地层指南》(第二版，2000)第二章“地层分类原理”的“概述”中写道:“从广义上讲，整个地球都是分层的，因此所有各类岩石——沉积岩、火山岩及变质岩都属于地层学和地层分类的研究范畴。”第三章“定义与程序”中，地层学被定义为:“非成层岩石体——沉积火山岩和侵入火成岩以及成因不明的块状变质岩所提供的信息，在地层学方面的重要价值已变得非常明显。……地层学的定义应扩展为包括对构成地壳的所有岩石体的描述。……所有各类岩石——沉积的、火成的、变质的，固结的和非固结的，都属于地层学和地层分类的总体研究范畴。”

《中国地层指南及中国地层指南说明书》(修订版，2000)第一章将地层学定义为:“地层学(stratigraphy)是研究构成地壳的所有层状或似层状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的单位，进而建立它们之间的空间关系和时间顺序的一门基础地质学科。构成地壳的各类层状或似层状的岩石——沉积岩(包括固结的或未固结的沉积物)、火山岩及变质岩都属于地层学的研究范畴。”

两个指南的地层含义有所不同，国际地层指南的含义非常广泛，中国地层指南则将它限制为“构成地壳的所有层状或似层状岩石体”，并未如国际地层指南那样明确地说“整个地球都是分层的”，特别是没有明确包括如“侵入火成岩”“块状变质岩”这些岩石类型。中国地层指南所说的“构成地壳的所有层状或似层状岩石体”，亦采取了一定的模糊性，并未明确指明沉积层以下被康拉德界面分隔的陆壳上层、陆壳下层，以及莫霍面、古登堡面、莱曼面等以不同地震波速面分开的层状或似层状岩石体是否属于地层学的范畴。但是，在该指南中，有一节专述“特殊岩石地层单位”，包括岩群、岩组、杂岩、滑塌岩、构造岩、混杂岩、蛇绿岩7种。这就明确地把洋壳中、洋陆转换带(缝合线)中，至少部分非沉积成因的上陆壳中形成的岩石算作地层了。从以上两指南的叙述可见，地层的定义已扩展到非沉积成因的岩石。

16.1.2　史密斯地层学的原理、概念及特点

回顾地层学产生、发展历史，不难发现，地层学是基于地台盖层区地层的研究而形成的。一个多世纪以来，它已形成了一整套地层规范和系统的研究方法，这些规范和方法产生的基本出发点就是地层学的5个基本定律:层序叠覆律(若地层未经变动则下老上新)、地层侧向连续律(若地层未经变动则呈连续体并逐渐尖灭)、地层水平律(若地层未经构造变动则呈水平或大致水平产状)、化石层序律(不同时代的地层所含化石不同，含有相同化石的地层属同一时代)和瓦尔特相律(只有那些目前可以观察到是彼此毗邻的相和相区，才能原生地叠置在一起)。由于英国的威廉·史密斯(Willian Smith，1769－1839)提出著名的“化石层序律”并被誉为地层学之父，所以这类地层可以称为史密斯地层，其对应的学科则称为史密斯地层学(Smith stratigraphy)。

史密斯地层的特点可以概括为:①序态上，构造改造较弱，成层有序，横向上可以远距离追溯对比;②位态上，不同沉积环境下形成的地层序列，空间上的相对位置没有明显变化，基本能够反映原始沉积盆地的空间结构;③物态上，地层无变质或变质轻微，海相火山岩系不发育，具较广的地理分布;④成因上，主要为机械作用下沉积成因的地层，包括火山－沉积成因的地层和沉积－变质成因的地层。具备这些特点的地层主要分布于板块内部或地台盖层区。

16.1.3　史密斯地层学的局限性

将现代地层学的概念与史密斯地层相对照，不难发现，许多地层没有包含在史密斯地层之中，史密斯地层学的规范和方法也不适用于这些地层。没有包含在史密斯地层范畴之内的地层主要分布于造山带和地台基底。

与地台区盖层地层相比，造山带地层的基本特征可以概括为:①沉积建造特征。造山带岩石类型复杂多样，具体表现在两个方面:一是岩石种类多样，三大岩类均发育。火山岩、火山碎屑岩广泛分布，沉积岩除台区常见的灰岩和碎屑岩外，还大量发育层状硅质岩。沉积岩和火山岩有不同程度的变质，从而形成多种类型的变质岩。二是成因类型的多样性，如玄武岩有洋壳、洋岛、陆缘弧、洋内弧等成因。造山带岩石类型的复杂性，导致了造山带岩相类型的多样性。与岩石类型的复杂性相反，造山带化石通常单调、稀少。这是因为造山带地层以深海、半深海沉积为主，不适合底栖生物生存，大化石稀少。在造山过程中，大化石受变质作用和构造作用破坏几率较大。因而能够用于生物地层学研究的资料主要为微体化石。②地层改造特征。造山带由古海洋演化而来，从古海洋向造山带转化过程中，各类地质体发生了大幅度水平位移，沉积地层被挤压成为许多地层断片，相互叠置，形成规模宏大的造山带。地层的连续性、延展性及时代有序性普遍遭到破坏，不同时代地层断片混合堆积，相同时代地层断片多次重复出现，某些地层被剥蚀或俯冲消失，绝大多数地质体、地层单元之间呈断层关系。有些地区这类地层断片受较强构造作用改造，形成大小不等的岩块，被称为构造混杂岩。由此可见，在序态上，造山带地层宏观上是无序的，具体每个地层断片内基本是有序的;在位态上，造山带地层不能反映原型盆地的结构，应当是无序的。③成因特征。造山带许多地层体的形成并非仅重力作用所致，热力作用、构造应力作用及其复合作用形成的地层体随处可见。

与地台区盖层地层相比，台区基底地层全部由变质岩组成，这些地层在位态和序态上基本是无序的，在成因上基本为热力和构造力机制下形成。

因此，传统的史密斯地层学理论与方法，已难以满足造山带地层和基底地层研究的需要，根据这些地层的特点，提出一种新的地层学分支学科对其进行补充，十分必要。

中国大陆新元古代以来是由泛华夏陆块群、劳亚和冈瓦纳两个大陆边缘、三个大洋(古亚洲洋、特提斯洋和太平洋)洋陆转换逐渐集合长大而成的(潘桂棠等，1997，2009)。洋陆转换过程中岛弧增生、弧－弧碰撞、弧－陆碰撞、陆－陆碰撞是大陆生长的主要方式。在中国大陆增生中，经历了多个大洋岩石圈板块构造向大陆岩石圈构造转换、增生、碰撞聚集，形成了以华北、塔里木、扬子为核心的3个地台(陆块)区，8个造山带(阿尔泰－兴蒙、天山－准噶尔－北山、秦－祁－昆、羌塘－三江、冈底斯、喜马拉雅、武夷－云开、台东)镶嵌组成的复式大陆(潘桂棠等，2009)。在造山带中，还包含了大洋消亡、陆陆碰撞形成的对接带(额尔齐斯－西拉木伦、南天山、宽坪－佛子岭、班公湖－双湖－怒江－昌宁－孟连、雅鲁藏布、江绍－郴州－钦防)，以及众多的由陆缘弧－弧碰撞增生、弧－陆碰撞增生形成的叠接带(王鸿祯，1985)。中国大陆地台(稳定陆块)区与造山带相比，造山带面积远远大于地台区面积(张克信等，2015)。在造山带调查与研究中，如何对造山带混杂岩区进行精细的地层学调查是亟待解决的问题，这就要求我们必须更新观念，非史密斯地层(non－Smithian strata)这一新的地层学概念因此应运而生(冯庆来，1993;王乃文等，1994;杜远生等，1995;龚一鸣等，1996a，b;郭宪璞等，1996;殷鸿福等，1998，1999;张克信等，1997，2001a，2003)，旨在精细恢复造山带组成、结构、形成和演化历程，进一步提高我国造山带地质研究与环境资源调查评价水平。