第二节 地质剖面类
一、地层剖面
（一）全球界线层型剖面（金钉子）
地质学上的金钉子实际上是全球年代地层单位界线层型剖面和点位（GSSP）的俗称。
1．金钉子GSSP概述
金钉子一名源于美国的铁路修建史。1869年5月10日，美国首条横穿美洲大陆的铁路钉下了最后一颗钉子，这颗钉子是用18K金制成，它宣告了全长1 776m的铁路胜利竣工。这条铁路的修建在美国历史上具有里程碑的意义，对美国政治、经济、文化的影响极其深远，特别是对于美国西部开发战略的实施具有举足轻重的作用。为纪念这一事件，美国在1965年7月30日建立了“金钉子国家历史遗址”。
全球年代地层单位界线层型剖面和点位，在地质年代划分上的意义与美国铁路修建史上金钉子的重要历史意义和象征意义具有异曲同工之处，因此，金钉子就为地质学家所借用。
如果要了解全球界线层型剖面和点位（GSSP）（即通常所称的金钉子）及其意义，首先要懂得什么是年代地层单位。就像历史学家把人类的历史划分为不同时期（如我国的唐、宋、元、明、清）那样，地质学家按地球所有岩石形成时代（时间）的先后，建立一套年代地层单位系统，并依次称为太古宇（宙）、元古宇（宙）、古生代（界）、中生代（界）和新生代（界），每一个代的时间内，又进一步划分出次一级的年代地层单位（如系、统、阶）。类似每一个人类历史时期都占据人类历史的一定时间间隔或段落，包含一定的人类活动内容和事件那样，每一个时间地层单位则包括在这个时间间隔内在地球上所形成的所有岩石和与其相关的地质事件。
按国际地质科学联合会（简称地科联）（IUGS）和国际地层委员会（地层委）（ICS）的规定，全球统一地质时代（年代）表要通过建立全球不同时代（年代）地层单位界线层型和点位（GSSP）（俗称金钉子）的方式来建立，以便于按统一时间（时代）标准去理解、解释、分析和研究世界不同地区同一时间内发生的或形成的各类地质体（岩石、地层等）及地质事件及其相互关系。所以，年代地层单位界线层型和点位（金钉子）是国际地层委和地科联，以正式公布的形式所指定的年代地层单位界线的典型或标准，是为定义和区别全球不同年代（时代）所形成的地层的全球唯一标准或样板，并在一个特定的地点和特定的岩层序列中标出，作为确定和识别全球两个时代地层之间的界线的唯一标志。
每一个时代的全球界线层型和点位（金钉子）的选取，都必须在对全球包含这个时代地层序列（即界线剖面）进行调查，并组织有关专家对所申报的有可能成为该代年代地层单位界线金钉子剖面的建议和相关研究成果进行详细研究、检验和讨论的基础上，由国际地层委员会下属的有关地层分会的各国专家通过投票的方式产生，然后报国际地层委和地科联批准公布。
全球层型剖面和层型点（GSSP）是指特定地区内，特定岩层序列中的一个专有的标志点，藉此构成两个年代地层单位之间界线的定义和识别标准。金钉子是全世界科学家公认的、全球范围内某一特定地质时代划分对比的标准，因此，它的成功获取往往标志着一个国家在这一领域的地学研究成果达到世界领先水平，其意义绝不亚于奥运金牌。
1977年于捷克确立的全球志留系-泥盆系界线层型剖面和点（GSSP）是全球第一枚金钉子。全球地层年表中一共有金钉子110枚左右，而目前已经确立的有近60枚。
2．中国的金钉子GSSP 1）黄泥塘金钉子GSSP 1997年1月，在中国确认的位居浙江省常山县黄泥塘达瑞威尔阶金钉子。这是我国第一枚金钉子。
2）长兴灰岩金钉子GSSP
浙江湖州长兴煤山剖面既是二叠系与三叠系界线的标志，又是中生界与古生界之间的标志，被认为是地质历史上3个最大的断代金钉子之一（图3-1）。
地质学界100多年来，一直沿用耳菊石化石作为划分古生界和中生界的标志，但由于耳菊石分布的局限性，无法充分解释全球范围内的地质现象。1986年，殷鸿福院士提出，将我国地质工作者在浙江长兴煤山发现的牙形石化石作为划分古生界和中生界的标准化石，以此确定古生界和中生界的分界线。1996年，中、美、俄、德等国的9名科学家在国际刊物上发表联名文章，推荐以中国浙江长兴煤山的牙形石化石为划分古生界和中生界的标准化石。此后，经过国际学术组织三轮投票，最终由国际地质科学联合会阿根廷会议认可。
3）花垣排碧金钉子GSSP
2002年7月，位于湖南省花垣县排碧乡的金钉子，被国际地层委员会批准为全球地层年表寒武系的首枚金钉子。它也是寒武系确定的第一枚金钉子。
4）蓬莱滩金钉子GSSP
广西自治区来宾市蓬莱滩，二叠系。5）古丈金钉子GSSP湖南古丈，寒武系。
6）王家湾金钉子GSSP
由中国科学院南京地质古生物研究所牵头取得的王家湾奥陶系赫南特阶的金钉子。这是宜昌第一枚金钉子，地点位于夷陵区分乡镇王家湾村，距今约4.56亿年。
7）黄花场金钉子GSSP
2007年7月，由国土资源部宜昌地质矿产研究所牵头取得的黄花场全球中和下奥陶统暨奥陶系第三个阶的金钉子。这颗金钉子是奥陶系最后一颗，标志着全球奥陶系年代系统的最终建立。这也是世界第六十六枚、中国第七枚、宜昌第二枚金钉子，距今约4.72亿年。
8）长兴阶金钉子GSSP
位于浙江省长兴县煤山镇与槐坎乡的交界处，为长兴灰岩剖面。1931年，美籍科学家葛利普以长兴地名将长兴灰岩命名为“长兴阶”，代表二叠系最晚期的一个年代地层单位，是第一个以中国地名命名的地层年代单位。2005年9月3日，国际地科联在长兴灰岩剖面上确定了全球长兴阶底界和吴家坪阶顶界的接触线层型。
9）碰冲金钉子GSSP
2009年初，位于中国广西柳州的碰冲剖面日前经国际石炭纪地层委员会表决，以全票21票当选为国际石炭纪维宪阶金钉子，这是全球石炭纪首个“阶”一级的金钉子，也是中国科学家取得的第九枚金钉子。
10）江山阶金钉子GSSP
2011年8月12日从中国科学院南京地质古生物研究所获悉，我国第十枚金钉子——寒武系江山阶金钉子经过该所专家团队的深入研究，正式在浙江江山确立。
据悉，此次确定的金钉子位于我国浙江江山县碓边村附近的碓边B剖面，以该县县名命名，它是南京地质古生物研究所确立的第七枚金钉子，也是南京地质古生物研究所彭善池研究员及其团队继创立芙蓉统、排碧阶、古丈阶之后，以我国地名所命名的第四个全球年代地层标准单位。
图3-1 浙江长兴灰岩金钉子景观
（二）标准剖面
凡根据横式剖面在其他地区选定的典型剖面，作为本地区对比标准的剖面，都称为“标准剖面”。例如山东张夏寒武系剖面发育完好，化石丰富，可作为华北地区寒武系的标准剖面。但它的下寒武统发育不全，就全国来说，必须以云南东部的下寒武统来补充，才能建立中国整个寒武系的标准剖面。因此，标准剖面往往是综合了几个地区的剖面，并可以用来补充模式剖面。1985年中国国务院批准在天津市蓟县建立了上元古界标准地层剖面，已成为中国第一个国家级地质自然保护区（图3-2）。1987年9月，在陕西洛南县建立了小秦岭元古界标准剖面，作为国家级第二个地质自然保护区。吉林省也决定在浑江市建立大阳岔寒武奥陶系接触界线的地质遗迹保护区，这个标准剖面比英国原标准地区含有更全的标准化石群。
二、岩浆岩（体）剖面
岩浆岩或称火成岩，是由岩浆凝结形成的岩石，约占地壳总体积的65%。岩浆是在地壳深处或上地幔产生的高温炽热、黏稠、含有挥发成分的硅酸盐熔融体，是形成各种岩浆岩和岩浆矿床的母体。岩浆的发生、运移、聚集、变化及冷凝成岩的全部过程，称为岩浆作用。
图3-2 天津市蓟县中上元古界标准地层剖面
（一）分类
SiO2是岩浆岩中最主要的一种氧化物，因此，它的含量有规律的变化是岩浆岩分类的主要基础。根据酸度，也就是SiO2含量，可以把岩浆岩分成4个大类：超基性岩（SiO2＜45%）、基性岩（SiO245%～52%）、中性岩（SiO252%～66%）和酸性岩（SiO2＞66%）。(www.xing528.com)
1．超基性岩类
在四大岩类中，超基性岩类在地表分布很少，是四大岩类中最小的一个分支，仅占岩浆岩总面积的0.4%。超基性岩体的规模也不大，常形成外观像透镜状、扁豆状的岩体，它们好像一串大小不同的珠子一样沿着一定方向延伸，断断续续排列，有时可以追索上千千米。
超基性岩颜色比较深，大部分都是黑灰色、墨绿色，密度也很大，一般都在3以上，因此很坚硬，常具致密块状构造。它的化学成分特征是酸度最低，SiO2含量小于45%；碱度也很低，一般情况下K2O+Na2O不足1%；但铁、镁含量高，通常FeO+Fe2O3在8%～16%之间，MgO含量范围较宽，在12%～46%之间。
超基性岩基本上由暗色矿物组成，主要是橄榄石、辉石，二者含量可以超过70%；其次为角闪石和黑云母；不含石英，长石也很少。
这类岩石最常见侵入岩是橄榄岩类（图3-3），喷出岩是苦橄岩类。
2．基性岩类
基性岩类岩石颜色比超基性岩浅，密度也稍小，一般在3左右。侵入岩很致密，喷出岩常具有气孔状和杏仁状构造。其化学成分的特征是SiO2为45%～52%，Al2O3可达15%，CaO可达10%；而铁镁含量约各占6%左右。在矿物成分上，铁镁矿物约占40%，而且以辉石为主，其次是橄榄石、角闪石和黑云母。基性岩和超基性岩的另一个区别是出现了大量斜长石。
这类岩石的侵入岩是辉长岩，分布较少；而喷出岩——玄武岩，却有大面积分布。虽然玄武岩（图3-4）构成的火山和台地在陆地上比较多见，但是和海洋底部玄武岩的分布情况相比，就逊色得多，因为海洋底部几乎全部由玄武岩形成。
辉长岩的成分和玄武岩很相近，但是结构上差别较大。辉长岩因为在地下深处，斜长石和辉石同时结晶，因此，矿物颗粒形态发育比较完整，大小也差不多。玄武岩一般由斑晶矿物和基质两部分组成，斑晶主要是斜长石、辉石、橄榄石，基质就是岩浆喷发时没有来得及结晶的玻璃质或者是只有在显微镜下才能看出的隐晶质。
图3-3 橄榄岩
图3-4 玄武岩
3．中性岩类
中性岩类岩石颜色较浅，多呈浅灰色，密度比基性岩要小。化学成分特征是SiO2为52%～65%，铁、镁、钙比基性岩低，Al2O316%～17%，比基性岩略高，而Na2O+K2O可达5%，比基性岩明显增多。
就像这个岩类的名称一样，它是在基性岩和酸性岩中间的过渡类型。侵入岩是闪长岩，相应的喷出岩是安山岩。闪长岩既可以向基性岩辉长岩过渡，也可以向酸性岩花岗岩过渡。同样，喷出岩之间也关系密切，安山岩（图3-5）、玄武岩、流纹岩也常常共生在一起。
4．酸性岩类
酸性岩类中以人们熟悉的花岗岩（图3-6）类出露最多，是在大陆壳中分布最广的一类深成岩，常形成巨大的岩体。喷出岩是流纹岩和英安岩。这类岩石的SiO2含量最高，一般超过66%，K2O+Na2O平均在6%～8%之间，铁、钙含量不高。
矿物成分的特点是浅色矿物大量出现，主要是石英、碱性长石和酸性斜长石。暗色矿物含量很少，大约只占10%。
图3-5 安山岩
图3-6 花岗岩
（二）岩浆岩与名山大川
岩浆岩，特别是花岗岩造就了很多名山大川，东北大小兴安岭、东南沿海一带都有成群的花岗岩分布。安徽黄山多姿的奇观就是花岗岩体经过漫长的地质构造运动形成的。在陕西华山也可以看到花岗岩体被断裂切割成十分陡峭的地形，形成好像被斧头劈开一样笔直的百丈陡崖。花岗岩这么坚硬耐磨，是因为组成它的矿物比较坚硬、结构致密的缘故。花岗岩的种类比较多，按照所含的矿物种类可分为黑云母花岗岩、白云母花岗岩、二云母花岗岩、角闪石花岗岩等；按照岩石的结构、构造可分为细粒花岗岩、中粒花岗岩、粗粒花岗岩、斑状花岗岩和片麻状花岗岩等。花岗岩因为结构均匀，质地坚硬，颜色美观，是一种优质的建筑材料。但有些花岗岩含有放射性元素，会使人身体受到伤害，易得不育症。一般说碱性花岗岩含有放射性矿物较多。放射性矿物的特征是具有鲜艳的颜色和油脂光泽等。在选购石材时最好不要用红色天然的花岗岩。不含放射性矿物的花岗岩呈灰白色，颜色虽然不很鲜艳，但为了安全起见最好还是选择它们，或者去选购人造花岗岩的板材。
玄武岩常形成广阔的台地，高原玄武岩是岩浆溢流形成的地貌景观。安山岩浆的黏度比玄武岩浆要大得多，不容易形成溢流，常喷发形成边坡比较陡的大型火山，比如世界著名的日本富士山、意大利维苏威火山就属于这种类型。
我国黑龙江镜泊湖地区有很多奇特的玄武岩景观，不仅可以供人们观光游览，而且也是认识和了解火山岩最好的一个天然课堂。
三、变质岩相剖面
各种变质岩的存在条件，几乎跟它们的变质作用的类型有密切关系，换句话说，如果在野外工作时，能识别出变质作用的类型，那么也就大体上能估计出其中有哪些具体的变质岩的种类了。何谓变质作用的类型？主要是根据地质成因和变质作用的因素来考虑变质作用的格局，实际上，也包括了变质作用的规模。其类型大体上划分为4种，都是野外常遇到的。
（1）接触变质作用。这是由岩浆沿地壳的裂缝上升，停留在某个部位上，侵入到围岩之中，因为高温，发生热力变质作用，使围岩在化学成分基本不变的情况下，出现重结晶作用和化学交代作用。例如，中性岩浆入侵到石灰岩地层中，使原来石灰岩中的碳酸钙熔融，发生重结晶作用，晶体变粗，颜色变白（或因其他矿物成分出现斑条），而形成大理岩。从石灰岩变为大理岩，化学成分没有变，而方解石的晶形发生变化，这就是接触变质作用最普通的例子。又如页岩变成角岩，也是接触变质造成的。它的分布范围局部，附近一定有侵入体。
（2）动力变质作用。这是由于地壳构造运动所引起的、使局部地带的岩石发生变质。特别是在断层带上经常可见此种变质作用。此类变质的岩石主要是因为在强大的、定向的压力之下而造成的，所以产生的变质岩石也就破碎不堪，以破碎的程度而言，就有破碎角砾岩、碎裂岩、糜棱岩等。好在这些岩石的原岩容易识别，故在岩石命名时就按原岩名称而定，如花岗破裂岩、破碎斑岩等。
（3）区域变质作用。分布面积很大，变质的因素多而且复杂，几乎所有的变质因素——温度、压力、化学活动性的流体等都参加了。凡寒武纪以前的古老地层出露的大面积变质岩及寒武纪以后造山带内所见到的变质岩分布区，均可归于区域变质作用类型。例如泰山及五台山所见的变质岩，均为区域变质作用所产生。就岩石而言，包括板岩、千枚岩、片岩、大理岩与片麻岩等。
（4）混合岩化作用。这是在区域变质的基础上，地壳内部的热流继续升高，于是在某些局部地段，熔融浆发生渗透、交代或贯入变质岩系之中，形成一种深度变质的混合岩，是为混合岩化作用。也就是说，在区域变质作用所产生的千枚岩、片岩等，由于熔融浆的渗透贯入而成混合岩。此外，尚有不大常见的气体化水热变质作用、复变质作用。其实，对于野外地质旅行者来说，最常见的变质作用还是接触变质和区域变质两大类，其次是混合岩化作用。
四、沉积岩相剖面
岩相是一定沉积环境中形成的岩石或岩石组合，它是沉积相的主要组成部分。岩相和沉积相是从属关系，而不是同一关系。另外，为了突出沉积环境中的古地理条件和沉积物特征中的岩性特征，通常把“岩相”和“古地理”这两个术语联系在一起，以表示沉积相中最重要最本质的内容。
沉积物的沉积环境和表明沉积环境的岩性特征、生物特征、地球化学特征的总和，就叫做沉积相（图3-7）。例如浅海珊瑚灰岩相，浅海说明环境，珊瑚礁反映古生物特征，灰岩反映岩性特征。总之，“相”是沉积物形成环境和条件的物质表现。沉积环境的特征反映在沉积物的颜色、成分、结构、构造所含的古生物及沉积物本身的原始产状等。沉积岩的相可分陆相、海相、海陆过渡相3种基本类型。再根据岩石建造进一步划分亚类。
岩相是随时间的发展和空间条件的改变而变化的。岩相的变化可以从横向和纵向两方面来观察。同一岩层在水平方向的相变，反映了同一时期不同地区的自然地理条件（即沉积环境）的差异。如海洋沉积物可由滨海相过渡到浅海相，一般依次沉积砾岩、砂岩、黏土类石灰岩等，而且所含生物化石也不相同。在垂直岩层剖面方向上的相变，则反映了同一地区但不同时间的自然地理环境的改变，而自然地理环境的重大改变则往往是地壳运动的结果。
海相沉积的总特点是：以化学岩、生物化学岩和黏土岩为主，如石灰岩等；离海岸愈远，碎屑沉积颗粒愈细；在水平方向上岩相变化小，沉积物中含海生生物化石和矿物。海相沉积又可分为滨海相、浅海相、半深海相及深海相4类。
陆相沉积的总特点是：沉积物多以碎屑、黏土和黏土沉积为主，岩石碎屑多具棱角，分选欠佳，在水平方向上岩相变化大，含陆生生物化石。陆相沉积又可分为残积相、坡积相、洪积相、冲积相、湖积相、冰碛相、火山相等。
海陆过渡相的总特点是：属于在海洋与大陆之间过渡环境中的沉积物，其特点为含盐度不正常，含有大量盐度变动生物，如藻类、有孔虫、软体动物等，其沉积作用受海陆二者的影响。过渡相中以三角洲相为主，在古代三角洲体系中发现了大量的矿产，如科威特的布尔干油田（储量为90亿吨），加拿大的含铀砾岩等；中国不少油田与三角洲沉积有关。
图3-7 沉积岩相建造剖面
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