碎屑岩的构造与颜色.ppt

Structures and colors of clastic rocks,碎屑岩的构造与颜色,沉积构造是沉积物和沉积岩中最常见的而又最容易直接观察到的主要特征之一。,第一节 沉积构造概述,一、沉积构造的概念,沉积构造(sedimentary structure)是指沉积岩各组成部分的空间分布和排列方式，它是沉积物在沉积期或沉积以后由物理作用、化学作用、生物作用在沉积物内部或者沿着沉积物与流体界面所形成的。,原生沉积构造(primary sedimentary structure)在沉积过程中形成的并受沉积条件所控制的沉积构造，如波痕、层理等。,次生沉积构造(secondary sedimentary structure)在沉积期后由各种成岩作用所形成的沉积构造，如缝合线、成岩结核等。,二沉积构造的研究意义,确定沉积环境,分析恢复水流系统、指出水流状态,确定地层的顶底和层序,三沉积构造的分类,（1）按形态分,（2）按沉积岩形成阶段分,（3）按成因分,层理构造,层面构造,结核,（2）按沉积岩形成阶段分,沉积的,成岩的,后生的,（3）按成因分,物理成因的沉积构造,化学成因的沉积构造,生物成因的沉积构造,Physical genetic structure,第二节 物理成因的沉积构造,一、流动构造,二、准同生变形构造,三、暴露成因的构造,current structure,流动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。,一、流动构造,（一）波痕,（二）冲刷痕,（三）压刻痕,（四）其它表面痕迹,（五）层理,（六）叠瓦状构造,波痕是风、水流或波浪等介质的运动，在沉积物表面所形成的一种波状起伏的层面构造。,（一）波痕（ripple mark）,波痕指数（RI）= L/H，表示波痕相对高度及起伏情况,不对称指数（RSI）= l1/l2，表示波痕的不对称程度,波长（L）两个相邻波峰或波谷之间的水平距离,波高（H）波峰与波谷之间的高差,波 痕 要 素,波痕的形态、大小差别很大，种类繁多，按成因可大致分为三种类型：浪成的、流水的和风成的，然后再根据其大小和形态还可以进一步划分。,成因：由波浪作用于沉积物表面所形成的，也称为摆动波痕(oscillation ripple)，常见于海、湖浅水地带。,特点：波峰尖锐、波谷圆滑、形状对称，RSI1，RI=413（多为67）。,1、浪成波痕（wave ripple）,浪成波痕,特点：波峰波谷均较圆滑，呈不对称状，RSI2，RI5（815），陡坡倾向指示水流方向。,成因：由定向流动的水流形成，见于河流和存在有底流的海、湖近岸地带。,2、流水波痕（current ripple）,流水波痕,波脊形态的变化主要与水深和流速有关。一般来说，随着水深减小和流速增大，波脊形态由简单变复杂，由连续变断续。,波脊(波峰的脊线)的形态：直线形、波曲形、链形、舌形、新月形、菱形等。,巨型的：波长30m，波高1.515m,流水波痕按大小可进一步分为:,大型的：波长0.630m，波高6cm 1.5m,小型的：波长0.6m，波高0.36cm,特点：呈不对称状(极不对称)，不对称度比流水波痕更大，RI=1070，陡坡倾向与风向一致。,成因：由定向风形成的，常见于沙漠、海或湖的滨岸沙丘沉积中。,3、风成波浪 (aeolian ripple),4、修饰波痕和叠置波痕,由于水位、水流和波浪方向、浪基面的变化，而导致早先形成的波痕被修饰改造而形成修饰波痕(modified ripple)，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。,干涉波痕,叠加波痕,5、波痕的研究意义,（1）根据波痕类型可以了解岩石形成条件,（2）不对称波痕指示介质的流动方向,（3）浪成波痕可指示地层的顶底,（4）海、湖波痕在平面上的分布有平行滨线的趋势,因此，波痕的形态和分布，是识别沉积环境的重要依据。,波痕在不同沉积环境中的分布,6、波痕的研究方法,（1）测量波峰走向、陡坡倾向和倾角、波长、波高，计算波痕指数、不对称度。,（2）测量大量波峰走向、陡坡倾向，编制玫瑰图。,（3）波痕在平面上的分布。,深海调查一个引人注目的发现是：在世界各大洋盆中广泛发育一种大型沉积物波，包括泥波和沙波，特别是泥波更为普遍。,问题2：波痕的出现反映沉积环境的水体是深还是浅？,问题1：波痕主要出现在砂质沉积物中还是泥质沉积物中？,Normark等总结了已报道的30个深海大型沉积物波发育区的沉积物波特征：,波长范围为0.320km，以110km最为常见。,波高范围为3140m，以10100m为主,高振中、Eriksson、何幼斌等编著的深水牵引流沉积一书对深水沉积物波进行成因初探（1998），用内波理论进行了合理的解释,（二）冲刷痕,current structure,（一）波痕,（三）压刻痕,（四）其它表面痕迹,（五）层理,（六）叠瓦状构造,一、流动构造,形成于泥质沉积物表面上的冲刷痕，通常以上覆砂质层底面上的铸型形式保在下来。,水流在泥质沉积物表面流动时冲刷出来的痕迹称为冲刷痕。,（二）冲刷痕 （scour mark）,上覆砂质层底面上的槽痕铸型槽模。,凹坑最深可达几厘米，长从几厘米到几十厘米。其上游端陡而深，向下游变宽变浅，逐渐与沉积物表面齐平。,水流在泥质沉积物表面冲刷而形成的不连续的长形小凹坑。,1、槽痕（flute mark）,内蒙古桌子山中奥陶统拉什仲组,槽 模（flute cast）,是由一系列平行于水流方向延伸的脊与沟紧密间互排列所组成的构造。,（longitudinal ridge and furrow）,2、纵向脊与沟,3、横向冲刷痕（transverse scour mark）,是垂直于水流方向排列的、一系列相互平行的、浅而不对称的冲沟。,可能与水流在泥质沉积物表面流动时所产生的剪切现象相结合的侵蚀作用有关。,是指水流在位于沉积物表面上的障碍物周围发生侵蚀和沉积所形成的构造，也常称为水流新月形构造（current crescent）。,4、障碍冲刷痕（obstacle-scour mark）,current structure,（一）波痕,（四）其它表面痕迹,（五）层理,（六）叠瓦状构造,（三）压刻痕,（二）冲刷痕,一、流动构造,（三）压刻痕,水流所携带的物体在松软的沉积物表面上运动时所刻蚀或刻划出来的痕迹称为压刻痕或工具痕（tool mark）。,8、大型滚动痕（large-scale slide mark）,6、跳跃痕（skip mark）,7、滚动痕（roll mark）,3、戳痕（prod mark）,5、刷痕（brush mark ）,2、V形痕（chevron mark）,1、沟痕(模)（groove mark / cast）,4、弹跳痕（bounce mark）,current structure,（一）波痕,（二）冲刷痕,（三）压刻痕,（五）层理,（六）叠瓦状构造,（四）其它表面痕迹,一、流动构造,（四）其它表面痕迹,1、细流痕(rill mark),2、冲淤构造(scour and fill structure),3、冲蚀构造(washout structure),4、冲流痕(swash mark),5、剥离线理(parting lineation),6、水位痕(water level mark),7、皱痕(wrinkle mark),8、粘附波痕和粘附瘤(adhesion ripple and adhesion warts),current structure,（一）波痕,（二）冲刷痕,（三）压刻痕,（四）其它表面痕迹,（六）叠瓦状构造,（五）层理,一、流动构造,（五）层理(bedding),层理是沉积岩最典型最重要的特征之一。它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。,1、基本术语,层理（bedding）岩石性质沿垂向变化的一种层状构造，它可以通过矿物成分、结构、颜色的突变和渐变而显现出来。,岩石因层理的存在而显出岩石的非均质性。,层理的基本类型及有关术语,纹层(Lamina)组成层理的最基本的最小的单位，纹层之内没有任何肉眼可见的层。亦称细层。,成因：在一定条件下同时沉积的。,特征：厚度小，一般数mm数cm。,层系（set）由许多在成分、结构、厚度和产状上近似的同类型纹层组合而成。,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。,层系组(coset)由两个或两个以上岩性（成分、结构）基本一致的相似层系或性质不同但成因上有联系的层系叠覆组成，其间没有明显间断。也称层组。,层（bed）组成沉积地层的基本单位。由成分基本一致的岩石组成，它是在较大区域内，在基本稳定的自然条件下沉积而成的。,一个层可以包括一个或若干个纹层、层系或层系组。层没有限定的厚度，其厚度变化范围很大，为几厘米几十米，通常是几厘米几十厘米。,按厚度，可以划为：块状层(1m)、厚层(0.51m)、中层(0.10.5m)、薄层(0.10.01)、微细层或页状层(0.01m)。,2、层理的分类及主要类型,首先，按照层内组分和结构性质把层理划分为四种类型：（1）非均质层理、（2）均质层理、（3）递变层理、（4）韵律层理。,其次，在非均质层理中，再按照几何形态进一步分为水平、平行、波状、交错、压扁、透镜状层理。,2.1 水平层理和平行层理,（1）特点：纹层呈直线互状相平行，并且平行于层面。,（2）水平层理（horizontal bedding）主要产于泥质岩、粉砂岩以及泥晶灰岩中，是在比较弱的水动力条件下，由悬浮物沉积而成。出现在低能环境中，如深湖、泻湖、深海等环境。,（3）平行层理（parallel bedding）主要产于砂岩中，是在较强的水动力条件下，高流态中由平坦的床沙迁移而成的。,一般出现在急流或高能环境中，如河道、湖岸、海滩等环境。,2.2 波状层理（wavy bedding）,（1）特点：纹层呈对称或不对称的波状，但总的方向平行于层面。,（2）成因：主要是沉积介质的波浪振荡造成的，其次是单向水流的前进运动造成的。,一般要有大量悬浮物质沉积，当沉积速率流水的侵蚀速率时，可保存连续的波状层理。,在水介质稍浅的地区，如海、湖的浅水地带和河漫滩等地区较常见。,在波浪影响下水流波痕的迁移形成波状交错层理,2.3 交错层理（cross bedding）,最常见的一种层理。在层的内部边一组倾斜的细层（前积层）与层面或层系界面相交。又称斜层理。,按层系厚度，交错层理可分为：,小型交错层理（3cm）,中型交错层理（310cm）,大型交错层理（10200cm）,特大型交错层理 （200cm）,这种层理是沉积介质（水流及风）的流动造成的。,当介质具有一定流速时，底床上可以产生一系列的沙波，这种沙波顺层流动的结果，在陡坡一侧形成了由一系列纹层组成的斜层系，纹层倾向表示介质流动方向。,斜层系互相平行或彼此切割构成不同形态的交错层理。,根据层系与上下界面的形状和性质，通常可以将交错层理分为三种基本类型：板状、楔状、槽状交错层理。,（1）板状交错层理（tabular cross bedding）,层系之间的界面为平面而且彼此平行。大型板状交错层理在河流沉积中最为典型。,直线形水流波痕的迁移形成板状交错层理的示意图,（2）楔状交错层理,（wedge-shaped cross bedding）,层系之间的界面为平面，但不互相平行，层系厚度变化明显呈楔形。层系间常彼此切割，纹层的倾向及倾角变化不定。常见于海、湖浅水地带及三角洲地区。,（3）槽状交错层理（trough cross bedding）,层系底界为槽形冲刷面，纹层在顶部被切割。在横切面上，层系界面是槽状，纹层与之一致也是槽状；在纵切面上，层系底界面呈弧状，纹层与之斜交。顶视为重叠的瓣状。,大型槽状交错层理系底界冲刷面明显，底部常有泥砾。多见于河流环境中。,在确定交错层理类型时，最好有三度空间或至少有两个断面的露头。因为在不同的断面上，层系或细层可以有不同的形态。,曲波形水流波痕的迁移形成槽状交错层理的示意图,舌形水流波痕的迁移形成槽状交错层理的示意图,新月形水流波痕的迁移形成槽状交错层理的示意图,（4）其它类型的交错层理,爬升波纹交错层理（climbing ripple bedding）,羽状交错层理（herringbone cross bedding）,浪成波纹交错层理（wave-ripple bedding）,冲洗交错层理（swash cross bedding）,侧积交错层理（epsilon cross bedding）,丘状交错层理（hummocky cross bedding）,洼状交错层理（swaley cross badding）,风成交错层理（aeolian cross bedding）,羽状交错层理,一种特殊类型的交错层理。其特点是纹层平直或微向上弯曲，相邻斜层系的纹层倾向相反，延伸至层系界面进彼此呈锐角相交，呈羽毛状。,丘状交错层理,由一些大型的宽缓波状层系组成，外形上象隆起的圆丘状，向四周缓倾斜。,2.4 压扁层理和透镜状层理,这是在砂、泥沉积中的一种复合层理。,它是由压扁层理（又称脉状层理flaser bedding）、波状复合层理和透镜状层理（lenticular bedding）组合而成。,这种复合层理的形成，说明环境有砂、泥供应，而且水流活动期与水流停滞期交替出现。,主要发育在粉砂岩、泥质粉砂岩与泥岩、粉砂质泥岩互层的地层中。,主要形成于潮下带、潮间带及深水砂泥沉积环境中。,2.5 递变层理,又称粒序层理（graded bedding），是具有粒变递变的一种特殊层理。,其特点由底向上至顶部颗粒逐渐由粗变细，除了粒度变化外，没有任何内部纹层。主要由浊流、风暴流等形成。,2.6 韵律层理(rhythmic bedding),在成分、结构和颜色方面的不同的薄层作有规律地重复出现而组成的。,成因：物质搬运或产生方式有规律地发生交替变化造成的。,（1）潮汐环境中形成的韵律层理,（2）季节性变化产生的韵律层理,2.7 均质层理,通常称块状层理（massive bedding），是一种呈现大致均质外貌，不具任何纹层构造的层理。,其特点内部物质均匀，组分和结构都无分异现象。,成因：（1）悬浮物质快速沉积，（2）浊流，（3）生物扰动。,3、流动体制、底床形态及其与层理形成的关系,4、层理的意义和研究方法,研究意义：,（1）有助于正确划分和对比地层、恢复地层产状。,（2）交错层理是最有价值的指向构造，可以确定古水流系统。,（3）根据层理类型，可以推断沉积环境。,研究方法：,（1）确定层理类型及其在剖面中的组合关系。,（2）查明层理显现的原因。,（3）详细描述层理的内部特征。,（4）必须进行交错层理的定向测量。,一、流动构造,current structure,（一）波痕,（二）冲刷痕,（三）压刻痕,（四）其它表面痕迹,（五）层理,（六）叠瓦状构造,（六）叠瓦状构造 （imbricated structures）,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。,砾石的叠瓦形式与流水方向的关系，最常见的是迎流叠瓦，即砾石的最大扁平面的倾斜方向与水流方向相反。,砾石叠瓦状构造在不同环境中的发育情况,二、准同生变形构造,（一）负载构造,（二）球枕构造,（三）滑塌构造,（四）包卷层理（构造）,（五）碟状构造,（六）坑丘构造,（penecontemporaneous deformation structures）,准同生变形构造(penecontemporane- ous deformation structures)是指在沉积作用的同时或在沉积物固结成岩之前处于塑性状态时发生变形所形成的各种构造。,这类构造通常是局部分布的，基本上局限于上、下未变形层之间的一个层内。,（一）负载构造(Load structure),也称负荷构造、重荷模（load casts）等。是指覆盖在泥质岩之上的砂层底面上的瘤状突起。,它是由于下伏的含水塑性软泥承受了不均匀的负载，使上覆砂质物陷入下伏泥质物中而产生的。,形状很不规则，一般不对称，排列杂乱，大小不一，几毫米几分米。,负载构造多在浊积岩中保存良好。,（二）球枕构造,砂球和砂枕构造,（ball-and pillow structure）,主要出现在砂、泥互层并靠近砂岩底部的泥岩中，是被泥质包围了的紧密堆积的砂质椭球体或枕状体。,大小几厘米几米，一般不具内部构造。,多数人认为，球枕构造是砂层断裂，然后陷入下伏泥质岩中形成的。,（三）滑塌构造（slump structure）,是指斜坡上未固结的沉积物在重力作用下发生滑动而形成的变形构造。,这类构造常局限于一定层位中，与上、下岩层呈突变接触。,一般伴随快速沉积而产生，它是水下滑坡的良好标志。,多出现在三角洲的前缘、礁前、大陆斜坡及海底峡谷前缘。,江西萍乡T1d,（四）包卷层理（构造） （convolute bedding）,或称包卷构造、旋卷层理、扭曲层理、揉皱层理、卷曲层理等。,是指在一个岩层内所发生的纹层盘回和扭曲现象。,它常被限于一个层内连续分布，并显示出小型开阔向斜和紧密背斜的复杂现象。 主要见于较薄层粗粉砂层或细粉砂层中，可以是硅质的或碳酸盐质的。,有多种成因解释：,（1）沉积物的液化作用；,（2）孔隙水的泄水作用。,在浊流沉积中较为常见。,（五）碟状构造（dish structures）,由模糊的形如碟状的上凹纹层组成，直径一般为几cm。它们在横向上断续分布，垂向上互相重叠，其间的泄水通道的砂柱分开。,一般认为，碟状构造的形成与快速堆积的沉积物中孔隙水的向上泄出引起颗粒重新排列有关，因而又称泄水构造(water-escape structure)。,主要出现在迅速沉积并饱含孔隙水的砂岩中，尤其是重力流沉积中。,（六）坑丘构造 （pit and mound structures）,当沉积物中所含的气体或水分穿过沉积层向上运动到沉积表面时，就形成坑丘。,三、暴露成因的构造,（一）雨痕及冰雹痕,（二）泥裂（干裂）,（三）流痕,（四）泡沫痕,沉积物露出水面（或在水面附近），处于大气中，表面逐渐干涸收缩，或者受到撞击而形成的层面构造，如干裂、雨痕、泡沫痕等。,这些沉积构造具有指示沉积环境及古气候的意义。,（一）雨痕及冰雹痕 （raindrop impression & hail print）,雨痕、冰雹痕是雨滴或冰雹降落在泥质沉积物的表面，撞击成的小坑。,（二）泥裂（干裂） （mud crack）,它是沉积物露出水面时因曝晒干涸所产生的收缩裂缝。,在平面上呈多角形或网格状龟裂纹，断裂面形状呈“V”字形，也可呈“U”字型。,常见于粘土岩和碳酸盐岩中。,（三）流痕（current mark）,流痕是在水位降低，沉积物即将露出水面时，薄水层汇集在沉积物表面上流动时形成的侵蚀痕。,一般呈齿状、梳状、穗状、树枝状、蛇曲状等。,（四）泡沫痕（foam impressions）,是沉积物近于出露水面时，水泡沫在沉积物表面暂停留所留下的半球形小坑，坑壁光滑，边缘凸起，很象小的痘疤，常成群出现，大小悬殊。,第三节 化学成因的沉积构造,一、结晶构造,二、压溶构造,三、增生与交代构造,这类构造是指在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。,这类次生成因的沉积构造是沉淀和溶解二种作用的结果。如晶体印痕、结核、缝合线、叠锥等。,一、结晶构造,（一）晶体印痕与假晶,（二）鸟眼与窗孔构造,（三）示顶底构造,（一）晶体印痕与假晶 （crystal imprints and crystal pseudomophos）,在适宜条件下，在松软沉积物表面上形成的盐类和冰等物质的结晶体后来由于溶融、溶解作用等而消失，而在层面上留下特殊的晶体印痕。,晶体印痕一般在泥质沉积物中容易保存。常见的有石盐晶体印痕（石盐假晶）、石膏晶体印痕（石膏假晶）、冰晶印痕等。,（二）鸟眼与窗孔构造 （bird-eye, fenestral structures）,主要出现在泥晶灰岩、微晶白云岩、球粒灰岩、粉屑、砂屑灰岩中的原生小孔洞，被亮晶方解石或硬石膏充填。,主要出现在潮上带和潮间带上部的沉积物中。,成因：气泡成因、收缩成因、生物成因等 。,（三）示顶底构造 (geopetal structure),在碳酸盐岩的原生孔洞中，有两种不同的充填物，在孔洞的底部或下部，为泥屑、粉屑等内碎屑充填，色较暗；孔洞的顶部或上部为亮晶方解石充填，色较浅，两者之间界面平直，能表示岩层的顶和底。,二、压溶构造,（一）缝合线,（二）叠锥构造,（一）缝合线（styolite）,缝合线是一种裂缝构造。,常见于碳酸盐岩中，但也出现在石英砂岩、硅质岩及蒸发岩中。,在岩层的切面上，它呈现为锯齿状的曲线缝合线,在平面上，它呈现的参差不齐凹凸起伏的面缝合面；,从立体上看，这些凹下或凸起的大小不等的柱体缝合柱。,缝合线大小：1mm几十厘米（起伏）,产状：有的与层面平行，甚至与层面一致，有的则与层面交叉。,（二）叠锥构造 （cone-in-cone structures）,叠锥常见于泥灰岩、钙质泥岩中，也可见于石灰岩和方解石脉中。,它是由一连串漏斗状锥体套叠在一起所组成。,锥体一般垂直于层面或脉壁，在层面上呈同心圆状，纵切面上呈“V”字型套叠。锥高一般110cm，锥顶角3060。,三、增生与交代构造,（一）结核（concretion）,（二）葡萄状构造（cluster structure）,（一）结核（concretion）,结核是岩石中自生矿物的集合体。,这种矿物集合体表现为在成分、结构、颜色等方面与围岩有显著区别的不规则团块。,中扬子地区二叠系石灰岩中的结核,结核成因分类：,（1）同生结核：与沉积作用同时形成的，如现代海底的Fe、Mn结核，结核不切穿层理，而是层理绕过结核呈弯曲状。,（2）成岩结核：成岩阶段物质重新分配的产物。它既可以切穿层理，又可见层理绕过结核呈弯曲状。,（3）后生结核：形成于沉积物固结成岩以后，常沿裂隙带和层理分布，故它切穿层理而无层理弯曲现象。,结核的研究意义：,（1）结核可以作为对比标志，用于划分对比地层。,（2）结核可以作为地球化学相的标志。,（3）结核可以作为直接找矿标志。,（二）葡萄状构造 （cluster structures）,葡萄状构造是指碳酸盐岩中一种由许多具有碳酸盐包壳的似球状或不规则状的大颗粒密集堆积而成的、表面看起来象成串葡萄的沉积构造。,第四节 生物成因的沉积构造,一、生物遗迹构造,二、生物扰动构造,三、生物生长构造叠层构造,四、植物根痕迹,生物成因的沉积构造是指生物由于活动或生长而在沉积物表面或内部遗留下来的各种痕迹，其中包括生物遗迹构造、生物扰动构造、生物生长构造、植物根迹等。,一、生物遗迹构造,生物遗迹构造是指由生物活动而产生于沉积物表面或内部并具有一定形态的各种痕迹。包括生物生存期间的运动、居住、觅食和摄食等行为遗留下的痕迹，所以又称痕迹化石或遗迹化石。,塞拉克(Seilacher, 1964)根据习性特征把痕迹化石划分为五个主要组合。,痕迹化石的基本类型及其在复理石和磨拉式沉积中的产状,痕迹化石是判断沉积环境的良好标志。,二、生物扰动构造,