A4 · 出版卷 5

地质历史的相对顺序

穿切关系、叠覆律、不整合和事件顺序

学习目标

学完本课后，你应能把地图关系转换成部分事件顺序，谨慎使用叠覆与穿切关系，识别不整合，并区分“较老或较新”与没有依据的数值时代。

地图保存关系，而不是完整电影

地质历史由保存下来的关系重建。相对定年在不赋予日历年龄的情况下排列事件。它经常只能给出部分顺序：事件 A 老于 B，C 老于 D，但 B 与 C 的关系仍然未知。

叠覆、穿切和不整合关系组成可检验的相对事件序列。
叠覆、穿切和不整合关系组成可检验的相对事件序列。

核心原则

叠覆律： 在未倒转的地层序列中，上覆层比下伏层年轻。对变形地层使用前，必须先建立向上方向。

原始连续性： 地层可能曾经跨越现今侵蚀缺口连续分布，但连续性需要用岩性、层位、化石、时代和厚度检验，不能只凭外观连接。

穿切关系： 切穿另一要素的地质体较年轻。该原则要求真实的穿切证据，不能把地图上的简单重叠当作穿切。

包体关系： 碎块通常老于包含它的寄主，但再搬运可能带来复杂历史。

不整合： 侵蚀或未沉积把老岩石和年轻沉积物分开，并可能截切老构造。不整合面晚于被截切岩石、早于其上覆物。

叠加关系： 若能证明一个组构、矿物组合或蚀变改造了另一要素，则前者较年轻。

建立关系表

为每项观测写出成对关系和证据：

| 较老 | 较新 | 证据 | 置信度 | |---|---|---|---| | Psh 单位 | Trl 单位 | Trl 覆盖 Psh，两个站点均有向上标志 | 高 | | Psh–Kf 各单位 | 岩脉 d | 岩脉切穿层理和接触线 | 出露处高 | | 褶皱 | 侵蚀面 | 褶皱层被截切 | 高 | | 侵蚀面 | Qs | 沉积物位于该面之上 | 覆盖区中等 |

关系表可转换为有向无环图。如果出现“A 老于 B、B 老于 C、C 又老于 A”的循环，至少一项对比或关系存在错误，或者一个“事件”实际上合并了多期过程。

开放山脊事件序列

合成证据支持以下顺序：

  1. Psh、Trl、Jm 和 Kf 沉积；
  2. 成岩固结；
  3. 褶皱并形成现今测得的层理产状；
  4. 断层活动使标志层错开；
  5. 岩脉切穿地层和断层；
  6. 侵蚀形成现今基岩面；
  7. 谷地中沉积 Qs。

若岩脉穿过断层时迹线连续且没有可识别错断，可能是岩脉晚于断层，也可能是后期滑动小于地图分辨率。正确表达应包含置信度和替代解释，而不是绝对叙事。

区分事件与要素

一个断层面可能记录多次滑动；岩脉可能利用更老的裂隙；不整合可能包含风化、侵蚀、未沉积和再次埋藏。不能把一个地图要素等同于一个瞬时事件。有证据时，应把形成、再活化、蚀变和出露分别作为事件节点。

谨慎加入数值年龄

放射性测年结果在一组假设下约束特定材料中的特定同位素系统。它可能记录结晶、冷却、变质或蚀变，并不一定直接记录地图事件。把年龄加入相对关系图时，必须同时写明地质意义和不确定性。碎屑颗粒年龄通常只给出沉积最大年龄限制，并不直接等于沉积时代。

替代历史

若 X 与 Y 两单位只沿断层接触，它们的沉积先后可能未知。除非图例明确编码时代，不能因图例排列顺序而强制排序。保留未排序分支，是高质量历史模型的重要部分。

实践调查

在六张透明片上绘制三层地层、一个褶皱、一条断层、一条岩脉和一个侵蚀面，交换给另一位学习者。对方应建立成对关系，找出无法排序的一对，并提出能够解决它的一项观测。

常见失败方式

  • 没有向上证据就在倒转地层中使用叠覆律。
  • 把地图重叠当作穿切。
  • 认为外观相似的分离单位必然曾经连续。
  • 不检查说明就把图例位置当成年龄。
  • 把一条断层等同于一次事件。
  • 把日期赋给并未由被测材料记录的事件。
  • 在只支持部分顺序时强行构建完整序列。

掌握检查

  1. 在变形地层中使用叠覆律需要什么前提？
  2. 穿切关系图为什么有用？
  3. 不整合面在相对顺序中位于何处？
  4. 岩脉跨断层却没有明显错开，有哪些替代解释？
  5. 为什么断层接触的两个单位可能没有已知沉积先后？

来源与延伸阅读

  • USGS，*Geologic Maps and Mapping Principles*：https://pubs.usgs.gov/of/1998/of98-487/haug1.html
  • FGDC，*Geologic Map Symbol Standard*：https://ngmdb.usgs.gov/fgdc_gds/geolsymstd/download.php