第一节 地史的研究方法
地球经历了46亿年的历史。研究人类历史有文字文物可考，而研究地球历史则无任何文字和文物可鉴。但地球本身在其发展过程中记录下来自己的“书页”，这些“书页”就是地层。地层留下了历史事件的痕迹，保存了不同时代的生物遗体和遗迹，遗留下环境变化的物质凭证。恢复地球的历史，主要是靠“阅读”和分析这些不是文字、却胜似文字的记录。
一、地层的划分和对比
（一）地层的划分的依据
所谓地层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。
地层既然具有时代的概念，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。前面已经讲过，这种上新下老的关系叫地层层序律。但是，组成地壳的地层是十分错综复杂的，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。这就如同一本年代久远并保存不好的古书一样，已经变成残篇断简，字迹模糊，必须进行一番校订考证工作，分章划段，才能读懂其内容；地层也是如此，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。划分地层的主要根据如下：
1.沉积旋回和岩性变化 对于一个地区的地层进行划分时，一般是先建立一个标准剖面。凡是地层出露完全、顺序正常、接触关系清楚、化石保存良好的剖面就可以做为标准剖面。如果是海相地层，往往表现出岩相由粗到细又由细到粗的重复变化，这样一次变化称一个沉积旋回，也就是每一套海侵层位和海退层位构成一个完整的沉积旋回。例如，在剖面中共包括三个大的沉积旋回，那末就可以据此把地层划分为三个单位。根据沉积旋回划分地层应当注意这样几点：第一，因为地壳升降运动是波动性的，所以沉积旋回的级别有大有小，即一个大旋回中可以有几个小旋回，而一个小旋回中又可以包括几个更小的旋回，根据具体情况，划分的地层单位也有大有小。第二，每一旋回中的海侵层位容易保存，而海退层位则不易全部保存或者根本不保存，因此一个沉积旋回不一定是完整的。第三，每一沉积旋回一般总是由粗碎屑岩（通常是砾岩）开始，称底砾岩，因此，底砾岩的下部层面往往是两个地层单位的分界面。
地层中的沉积旋回特别是陆相地层，不一定都是很清楚的。这时，就可以根据岩性来划分地层。岩性变化在一定程度上反映了沉积环境的变化，而沉积环境的变化又往往与地壳运动密切相关。因此，根据岩性把地层划分成许多单位，基本上可以代表地方性的地史发展阶段。例如，在一个剖面中，下部是砂页岩含煤层，上部是火山碎屑岩，它们代表两个不同的环境和时代，一个是还原环境和成煤时代，一个是地壳运动强烈和火山活动时代。这样，就可以根据岩性把地层划分成两个单位，代表两个发展阶段。
2.岩层接触关系 岩层之间的不整合面是划分地层的重要标志。任何类型的不整合（平行不整合和角度不整合）都代表岩层的不连续现象，反映了地理环境的重大变化。其实，两大沉积旋回之间往往存在一个不整合面，所以，根据不整合面和沉积旋回所划分出来的地层界限在一定范围内常是一致的。
地层划分的对象一般是沉积岩，但对于火成岩也必须确定它的新老顺序。对于喷出岩来说，如果喷出岩夹于沉积岩层之间，只要把喷出岩上下沉积岩的时代确定出来，喷出岩的时代就知道了。
对于侵入岩来说，则必须根据侵入岩和围岩的接触关系确定时代。一种关系是侵入接触，即岩浆体侵入围岩之中，其特点是围岩接触部分有变质现象，火成岩中还往往有捕虏体存在。这种情况，可以确定侵入岩的时代晚于围岩。另一种关系是沉积接触，即侵入岩上升地表遭受侵蚀之后，又为新的沉积岩层所覆盖。其特点是上覆沉积岩层不可能有接触变质现象，而侵入岩中也不会有上覆岩层的捕虏体存在。这种情况可以确定侵入岩的时代早于上覆岩层的时代。
如果有多次侵入现象，则侵入体往往互相穿插，在这种情况下，被穿过的岩体时代较老，穿越其他岩体者时代较新。
3.古生物（化石） 上述方法只能确定各组地层间的界限和相对新老关系。若确定各地层时代则必须根据地层中所含的生物化石。凡是保存在地层中的地质时期的生物遗体（如动物骨骼、硬壳等）和遗迹（如动物足印、虫穴、蛋、粪便、人类石器等）都叫化石。但是，并不是所有古生物都能保存下来成为化石。首先，生物本身具有硬壳、骨骼等不易毁坏的硬体部分容易形成化石。只有在特殊条件下，硬体和软体才一齐被保存下来，例如保存在琥珀中的昆虫化石，栩栩如生；1710年在西伯利亚发现的保存在冻土内的第四纪猛犸象，皮毛血肉具存。以后又在西伯利亚、阿拉斯加多次发现。但这种化石毕竟是少见的。第二，生物死后必须尽快地被沉积物所掩埋，这样才能避免氧化腐烂或者被其他动物所吞食。第三，埋藏下来的生物遗体必须在较长时间内经历一定的填充（如疏松多孔的贝壳、骨骼等被水溶液中的CaCO2、SiO3等所填充）、置换（如有机体分子被SiO2、CaCO3等分子所代换）或升馏（如植物叶子、昆虫的几丁质外壳中的氢、氧等成分挥发逸出，最后保留下来碳质薄膜）等作用才能形成化石。
生物是从简单向复杂，从低级向高级发展的，生物演化既具有不可逆性，又具有阶段性。所以一定种类的生物或生物群总是埋藏在一定时代的地层里，而相同地质年代的地层里必定保存着相同或近似种属的化石或化石群。前面也已经讲过，这种关系就叫生物层序律。这样就有可能根据化石确定地层的地质年代。但并非所有化石都具有相等的价值，只有那些演化最快（地层中垂直分布距离短）、水平分布最广的化石，才是鉴定地质年代最有价值的化石，这样的化石叫标准化石。例如，在地层中找到一种节肢动物——莱氏三叶虫，就可以据此断定地层时代是早寒武世。因此，化石是鉴定地层时代的重要依据。
总之，地层的划分既要根据地层本身的发展规律，又要根据古生物的发展规律。其实，地壳上的无机界和有机界的发展都服从于一个普遍的规律，那就是事物发展的不可逆性和阶段性，所以它们之间是存在着辩证统一关系的。例如，地层的旋回，表示环境的变化，而这种环境的变化也必然会引起相应的古生物的变化。所以根据沉积旋回、岩性、岩层接触关系和古生物划分地层的结果，常常具有一致性。