[科普中国]-沉积构造

研究目的

研究沉积岩的原生构造，可以确定沉积介质的营力及流动状态，从而有助于分析沉积环境，有的还可确定地层的顶底层序等。1

作用对沉积构造的研究，可以确定其沉积环境，地层的顶底和层序，分析恢复水流系统以及指出水流状态等。沉积构造的研究通常有助于:

①确定地层顶、底，进而确定地层层序;

②确定沉积物的搬运与沉积方式、沉积介质性质以及流体的水动力状况;

③恢复沉积盆地中的古水流和古沉积环境;

④推测沉积后的物理与化学变化。1

分类碎屑岩的沉积构造，有许多不同的分类方案。按照发育部位与形态分类，分为层内构造(如层理构造)和层面构造等;按照沉积岩形成阶段分类，分成沉积的、成岩的、后生的等;按照成因分类，分为物理成因、生物成因、化学成因。采用最多的是成因结构分类。

物理成因构造物理成因的原生沉积构造是由于沉积物在搬运和沉积时以及沉积后不久在流体、重力等因素作用下产生。可以分为三类：流动成因构造、同生变形构造、暴露成因构造。

1、流动成因构造所指示的各种沉积环境意义

流动成因构造系指沉积物在搬运和沉积时在流体（主要是水和空气）的流动作用下形成的构造。包括层面构造、层理构造、叠瓦状构造。

（1）层面构造

层面构造是岩石（沉积岩）的一类构造。在沉积岩层面上保留有自然作用产生的一些痕迹，统称层面构造。它常常标志着岩层的特性，并反映岩石的形成环境。层面构造又分为波痕、冲刷痕、压刻痕。

①波痕（ripple mark）波痕是非粘性的砂质沉积物层面上特有的波状起伏的层面构造。其中，浪成波痕（wave ripple）波峰尖锐、波谷圆滑、形状对称，由产生波浪的动荡水流形成，其指示的环境为海、湖浅水地带；流水波痕（current ripple）波峰波谷均较圆滑，呈不对称状，其中陡坡可以指示水流方向，其指示的环境为河流和存在有底流的海、湖近岸地带；风成波痕（aeolian ripple)呈不对称状，不对称度比流水波痕更大，其指示的环境为沙漠、海、湖滨岸的沙丘沉积环境。除上述主要的波痕外，有时由于水位、水流、波痕方向、波基面的变化导致早先形成的波痕被修饰改造而形成修饰波痕或在早先形成的大波痕的基础上重叠小波痕，形成叠置波痕。

综上所述，波痕研究意义可归纳为：根据波痕类型可以了解岩石形成的条件；其中的不对称波痕可以指示介质的流动方向；浪成波痕可以指示地层的顶底；海、湖波痕在平面上的分布有平行滨线的趋势等。总之，波痕的形态和分布，是识别沉积环境的重要依据。

②冲刷痕（scour marks）冲刷痕通常形成于泥质沉积物的表面，以上覆砂质层底面上的铸型形式保存下来。其中最常见的形式是槽痕与槽模。槽痕凹坑的深浅缓陡可以指示其形成环境是上游位置还是下游位置（一般陡而深的为上游位置）；槽模的突起顺着水流的方向排列，始终朝上游的水流方向，与波痕的判断方向相反。

③压刻痕（press marks）通常为水流所携带的物体在松软的沉积物表现上运动时所刻蚀出来的痕迹。该构造可以指明其形成环境为流水相的沉积环境；并且，诸如锥模、刷模的新月形等均可以作为指示水流方向的依据。

④剥离线理（parting lineation)这种构造常出现在具有平行层理的薄层砂岩中，沿层面剥开，出现大致平行的非常微弱的线状沟和脊，常代表水流方向。

综上所述，冲刷痕、压刻痕还有其他表面痕迹形式的构造往往能反映其沉积环境为流水相，并有些能指示当时的流水方向。

（2）层理构造

层理构造是沉积物沉积时在层内形成的成层构造。分为水平层理、平行层理、波状层理、交错层理、递变层理、韵律层理、块状层理等。

①水平层理（horizontal bedding)反映地是一种弱水动力条件，一种低能的环境。代表的环境类型是深湖、泻湖、深海等环境。

②平行层理（parallel bedding)反映地是一种较强水动力的地质条

③波状层理（wavy bedding）纹层呈对称或不对称的波状，但总的方向平行于层面。其环境意义为反映地是一种水介质稍浅的地区，比如海、湖的浅水地带及河漫滩等地区。

④交错层理(cross bedding)根据层系上下界面的形状及性质等可以分为板状、楔状与槽状。其中板状交错层理一般反应地是一种河流沉积相环境；楔状交错层理反映地是一种海、湖浅水带与三角洲地区等环境；槽状交错层理多反映地是一种河流相沉积环境。

⑤递变层理（graded bedding)反映地是一种粒度在垂向上变化的特殊的层理，其环境意义为代表了一种浊流、风暴流环境。

⑥韵律层理（rhythmic bedding)环境意义为代表了一种季节性潮汐环境或浊流沉积相环境，反映了一种随季节性变化而变化的沉积构造。

⑦块状层理（massive bedding）代表了一种强烈生物扰动、重结晶或交代作用。很可能反映地是一种河流洪水泛期。

⑧其他类型的交错层理：爬升波纹交错层理主要反映了一种三角洲、河流天然堤等环境，代表了一种浊流沉积环境；羽状交错层理的环境意义为其可以代表潮汐环境；冲洗交错层理的倾向一般可以指示向海方向，其在前滨环境中较多出现（未列举完全）

综上所述：层理构造研究有着重要的地质意义。包括：有助于正确划分和对比地层、恢复地层产状；是最有价值的指向构造，能够确定古水流系统；根据层理构造的类型，在一定程度上可以推断其之前沉积环境等。 （3）叠瓦状构造

叠瓦状构造主要是指扁平砾石在流水的作用下均向同一方向排列的现象。砾石最大扁平面的倾斜方向的可以指示水流环境的方向（其反方向指向水流方向）。2

化学成因构造化学成因构造指沉积时期和沉积期后由结晶、溶解、沉淀等化学作用在沉积面上或沉积物中所形成的沉积构造。包括结晶构造、压溶构造和增生与交代构造。

1、结晶构造所指示的各种沉积环境意义

结晶构造包括晶体印痕与假晶、鸟眼状构造、示顶底构造。

（1）晶体印痕与假晶

印晶体痕与假晶（crystal imprints)一般在泥质沉积物中容易保存。其中石盐晶体所反映的环境一般为盐湖、内陆盐沼泽等，反映地是一种温暖的古地理气候。

（2）鸟眼构造

鸟眼构造（bird-eye)在碳酸盐沉积物中较为常见。反映地沉积环境多为潮上带，是一种良好的指相标志。

（3）示顶底构造

示顶底构造（geopetal structures)能反映碳酸盐原生孔洞中岩层的顶和底。

2、压溶构造所指示的各种沉积环境意义

压溶构造包括缝合线构造和叠锥构造。

（1）缝合线构造

缝合线构造（stylolites)主要产生于较纯净的碳酸盐岩中。有时也可出现在石英砂岩、盐岩、硅岩等中。

（2）叠锥构造

叠锥构造（come-in-cone structures)常反映地是一种泥灰岩、钙质泥灰岩，有时也可以反映石灰岩和方解石脉。

3、增生与交代构造所指示的各种沉积环境意义

增生与交代构造主要探究结核构造的沉积环境意义。

（1）结核构造

结核构造（concretion)是岩石中自生矿物的集合体。首先，该构造可以作为对比标志，用于划分对比地层；其次，其可以作为地球化学相的标志；该构造还可以作为找矿的标志。

综上所述：虽然研究化学成因构造对于研究沉积环境意义不是很大，但是对于了解沉积后经历的化学变化是很有帮助的。

生物成因构造生物成因构造指生物由于活动或生长在沉积物表面或内部遗留下来的各种痕迹。包括生物痕迹构造、生物扰动构造、叠层石构造、植物根痕迹等。

（1）生物痕迹构造

生物痕迹构造又称痕迹化石或遗迹化石，是判断沉积环境的良好的标志。可以直接反映某些环境条件（如水深、盐度、含氧量等）

（2）生物扰动构造

生物扰动构造破坏原生物理构造，特别是成岩构造。所以生物成因构造对于研究一些低栖生物的活动有一定的价值。

（3）叠层石构造

叠层石构造反映地是一种水相环境，通过其形态的差异可以推断其所处的古地理环境的水动力条件等。

（4）植物根痕迹

植物根痕迹常呈炭化残余或枝杈状矿化痕迹出现，在煤系地层中很常见。因此其环境意义为是陆相的可靠的标志；同时植物根印痕对于淡水和微咸水环境有很大价值；其次，根系层的存在可说明植物就地生长。

综上所述：生物成因构造是研究一些古地理环境的最直接资料。2

基本单元名称1.纹层(Laminar)

指为组成层理的最基本、最小单位，纹层内没有任何肉眼可以分辨的层。确切而言，它是床砂底形在迁移过程中留下的“足迹”，其厚度小，一般为数毫米至数厘米，厚者仅见于砾岩中。

2.层系(Set)

由许多在成分、结构、厚度和产状上相近的同类型的纹层组合而成。它们形成于相同的沉积条件下，是一段时间内水动力条件相对稳定的产物。它是一个完整床砂底形迁移的结果，因此层系厚度(两个层系界面之间的厚度)通常代表床砂底形的高度。

另外，纹层又可以依据其与层系界面的交角方式(如收敛式相交或直线相交)可分成两种一下切纹层与下截纹层(右图)。前者与层系界面呈收敛式切角形相交，后者与层系界面呈直线形或截断式相交。从水动力条件上来讲，前者为缓流型，后者为急流型;或者说前者是由于砂体的迁移所致，而后者则卞要是由于砂体的加积所致。前者纹层略向上弯曲，向下收敛，倾角变化较大，主要取决形成的环境与背景，它可用于判断岩层的顶底，即产状;后者通常具有纹层平直、倾角大、水流强的特点。

由此说明，纹层的识别对确定沉积微相有很大的辅助作用，因而，对纹层的形态、倾角大小与方式的观察可判别其水流的性质(如单向还是双向)、水流的方向。通常纹层与层系交角大于15°时，为高角度，反之为低角度。

3.层系组(Coset)

由两个或两个以上岩性相似或成因有联系的层系组成层系组，因此，可以将层系划分为单组和多组。成因上讲，层系组是在同一环境、不同时间、相似水动力条件下形成的内部没有明显的沉积间断的沉积单元。

4.层理(Bedding)

层理是由纹层与层系组合在垂向卜的综合表现，它是碎屑岩最典型、最重要的沉积特征之一，是沉积物沉积时水动力条件的直接反映，也是沉积环境的重要标志之一。因此，层理是岩石性质沿垂向上变化的一种层状构造，它可以通过矿物的成分、结构、颜色的突变或渐变而显现出来。2