หลักการทางธรณีวิทยาและสหสัมพันธ์ของชั้นหิน

หลักการง่ายๆ เพียงไม่กี่ข้อ ได้แก่ การลำดับชั้นหินตามการวางตัวในแนวดิ่ง (superposition), การวางตัวในแนวราบแต่เดิม (original horizontality), ความต่อเนื่องทางด้านข้าง (lateral continuity) และการลำดับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งมีชีวิต (faunal succession) ช่วยให้นักธรณีวิทยาสามารถจัดเรียงหินชั้นตามลำดับเวลาและเชื่อมโยงหินเหล่านั้นในพื้นที่ห่างไกลกันได้

Definition

หลักการทางธรณีวิทยาการลำดับชั้นหิน (stratigraphic principles) คือกฎเกณฑ์ต่างๆ ได้แก่ การลำดับชั้นหินตามการวางตัวในแนวดิ่ง, การวางตัวในแนวราบแต่เดิม, ความต่อเนื่องทางด้านข้าง, ความสัมพันธ์แบบตัดขวาง (cross-cutting relationships) และการลำดับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งมีชีวิต ซึ่งใช้ในการกำหนดอายุสัมพัทธ์ของชั้นหิน และการสหสัมพันธ์ (correlation) คือการจับคู่ชั้นหินที่มีอายุหรือชนิดหินเทียบเท่ากันระหว่างสถานที่ที่แยกจากกัน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมหลักการพื้นฐานของการหาอายุสัมพัทธ์ในหินชั้นและวิธีการที่ใช้ในการเชื่อมโยงชั้นหินระหว่างสถานที่ต่างๆ รวมถึงการลำดับชั้นหินตามลักษณะหิน (lithostratigraphy), การลำดับชั้นหินตามซากดึกดำบรรพ์ (biostratigraphy) โดยใช้การลำดับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งมีชีวิต และการระบุรอยชั้นไม่ต่อเนื่อง (unconformities) ซึ่งเป็นกรอบเวลาที่ธรณีวิทยาตะกอนและธรณีวิทยาการลำดับชั้นหินต้องอาศัย

Core questions

• หลักการใดบ้างที่ใช้กำหนดอายุสัมพัทธ์ของชั้นหิน?
• ซากดึกดำบรรพ์ช่วยให้สามารถเชื่อมโยงหินที่มีอายุเดียวกันทั่วโลกได้อย่างไร?
• รอยชั้นไม่ต่อเนื่องเผยให้เห็นอะไรเกี่ยวกับช่องว่างในบันทึกทางธรณีวิทยา?

Key theories

หลักการหาอายุสัมพัทธ์

หลักการของสเตโน ได้แก่ การลำดับชั้นหินตามการวางตัวในแนวดิ่ง, การวางตัวในแนวราบแต่เดิม และความต่อเนื่องทางด้านข้าง ร่วมกับความสัมพันธ์แบบตัดขวาง ช่วยให้สามารถสร้างลำดับเหตุการณ์ทางธรณีวิทยาขึ้นใหม่ได้จากลักษณะทางเรขาคณิตของมวลหิน

การลำดับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งมีชีวิตและธรณีวิทยาการลำดับชั้นหินตามซากดึกดำบรรพ์

สมิธแสดงให้เห็นว่ากลุ่มซากดึกดำบรรพ์ที่มีลักษณะเฉพาะปรากฏในลำดับแนวตั้งที่สอดคล้องกัน ดังนั้นชั้นหินในสถานที่ต่างๆ จึงสามารถเชื่อมโยงกันได้ด้วยซากดึกดำบรรพ์ที่บรรจุอยู่ ซึ่งเป็นพื้นฐานของธรณีวิทยาการลำดับชั้นหินตามซากดึกดำบรรพ์

Mechanisms

เนื่องจากตะกอนถูกสะสมตัวเป็นชั้นแนวนอนต่อเนื่องกัน ชั้นหินที่ไม่ถูกรบกวนจึงรักษาระเบียบตามลำดับเวลาที่สามารถอ่านได้จากการลำดับชั้นหินตามการวางตัวในแนวดิ่ง ลักษณะที่ตัดขวาง เช่น รอยเลื่อนและการแทรกซอน เกิดขึ้นภายหลังหินที่ถูกตัด ซากดึกดำบรรพ์ที่วิวัฒนาการ แพร่กระจาย และสูญพันธุ์ไปนั้นเป็นเครื่องหมายบอกเวลาที่ช่วยให้สามารถเชื่อมโยงลำดับชั้นหินที่อยู่ห่างไกลกันได้ ในขณะที่รอยชั้นไม่ต่อเนื่องบ่งบอกถึงช่วงเวลาของการกัดเซาะหรือไม่เกิดการสะสมตัวที่ขัดขวางบันทึกทางธรณีวิทยา

Clinical relevance

การสหสัมพันธ์ของชั้นหินเป็นกรอบการทำงานในการสำรวจปิโตรเลียมและแร่ธาตุ การทำแผนที่น้ำบาดาล และการประเมินอันตรายทางธรณีวิทยา และยังเป็นมาตราส่วนเวลาสัมพัทธ์ที่ใช้อ้างอิงอายุสัมบูรณ์จากการหาอายุทางธรณีวิทยา (geochronology)

History

สเตโน (Steno) ได้วางหลักการพื้นฐานของการลำดับชั้นหินในปี ค.ศ. 1669 ในช่วงต้นศตวรรษที่ 19 วิลเลียม สมิธ (William Smith) ซึ่งทำงานเป็นนักสำรวจคลอง ได้ตระหนักว่าซากดึกดำบรรพ์สามารถใช้ในการเชื่อมโยงชั้นหินได้ และได้จัดทำแผนที่ธรณีวิทยาฉบับแรกของประเทศ ซึ่งเป็นการวางรากฐานของธรณีวิทยาการลำดับชั้นหินตามซากดึกดำบรรพ์ (biostratigraphy) และธรณีวิทยาการลำดับชั้นหินประยุกต์ (applied stratigraphy)

Key figures

• Nicolas Steno
• William Smith
• Georges Cuvier

Seminal works

• steno1669
• smith1815

Frequently asked questions

กฎการลำดับชั้นหินตามการวางตัวในแนวดิ่งคืออะไร?

กฎการลำดับชั้นหินตามการวางตัวในแนวดิ่งระบุว่า ในลำดับชั้นหินตะกอนที่ไม่ถูกรบกวน แต่ละชั้นจะอ่อนกว่าชั้นที่อยู่ข้างใต้และแก่กว่าชั้นที่อยู่ข้างบน ดังนั้นลำดับของชั้นหินจึงบันทึกตามลำดับการสะสมตัวของหินเหล่านั้น