第三章 陆源碎屑岩的特征-构造和颜色

1、第三节 沉积构造和颜色,一、概述 （一）概念 碎屑岩构造：指岩石各组成部分的空间分布和排列方式。 沉积构造：沉积物沉积时或沉积之后，由于物理作用、化学作用及生物作用形成的各种构造。 （二）分类 按构造的形成时间 原生构造：在沉积物沉积过程中和沉积物固结成岩之前形成的构造，如层理、波痕、滑塌构造等； 次生构造：在沉积物固结成岩之后形成的构造，如成岩结核。 按成因 机械成因/物理成因构造 流动成因构造 同沉积变形构造 暴露成因构造 生物成因构造沉积物沉积过程中由生物形成的。 化学成因构造多为成岩作用的产物。,二、流动成因的构造,概念 沉积物在搬运和沉积时，由于介质（如水、空气）的流动，在沉积物内部

2、或表面形成的构造，属机械成因构造。 层理 上层面构造 下/底层面构造,一）层理 1.概述 定义：岩石性质沿垂向变化而产生的层状构造，可通过矿物成分、颜色、粒度、形状、排列或填集方式的突变或渐变而显现出来。 层理要素： 纹层、层系、层系组,层理要素 纹层、层系、层系组 纹层（细层，laminae） 组成层理的最小宏观单位 厚度极小 同一纹层在相同水动力条件下同时形成,2）层系（单层，a single bed） 多个成分、结构、厚度和产状近似的纹层组成 一段时间内同一环境中水动力条件基本稳定 相邻层系由层系界面分开 层系内成分和结构可以一致或均匀，也可呈现韵律变化或有规律变化。单层厚度一般从数毫米

3、数米。,层系组（也称层组） 由两个或两个以上岩性相似或成因有联系的层系组成 在同一环境、不同时间、相似水动力条件下形成 内部没有明显的沉积间断。 例如，由厚度不等的板状、楔状层系组成的层系组。,层 组成沉积地层的基本单位、有清晰的顶底界面（层面） 层面代表了无沉积或沉积作用突然变化的间断面。 一个层可以包括一个或若干个纹层、层系或层系组,层按厚度划分 块状 1m 厚层 10.5m 中层 0.5 0.1m 薄层 0.10.01m 页状层 0.01m,层理按层系的厚度划分 大型 10cm 中型 103cm 小型 3cm,2.主要的层理类型及其特征,按层内组分和结构的性质划分 非均质层理（按几何形态

4、划分） 水平层理 平行层理 波状层理 交错层理 均质层理 韵律层理 粒序层理,1）水平、平行层理,水平、平行层理的异同点,波状层理、上攀波纹/爬升交错层理、砂纹交错层理 形成介质的水动力能量小，Fr1； 层面呈波状起伏 水介质较浅，海湖浅水地带、河漫滩、海湾、泻湖等。 沉积介质中悬浮载荷和推移载荷丰度不同 呈现出不同的形态特征,波状层理、上攀/爬升层理、砂纹交错层理,解释说明 迎水坡 背水坡 迎水坡剥蚀厚度为H1 背水坡沉积厚度为H2 悬移载荷沉积厚度为H，推移载荷沉积厚度为H。 迎水坡沉积厚度 H迎=H-H1=H-H H1=H2=H 背水坡沉积厚度 H背=H+H2=H+H,波状层理、上攀/爬

5、升层理、砂纹交错层理,波状 悬移推移 悬移推移 HH1H2 H=HH0，迎水面仍有沉积； 若当HH1=H2 HH 对称波状或不对称波状层理,波状层理、上攀/爬升层理、砂纹交错层理,悬浮=推移 H=H H迎=HH=0，H背HH=2H 形成上攀层理 上攀 悬移=推移,砂纹 悬移推移 悬移推移 HH H迎HH0， 迎水面出现侵蚀，仅保存背风面的前积纹层砂纹层理。,波状层理、上攀/爬升层理、砂纹交错层理,3）交错层理（Cross bedding）,交错层理：也叫斜层理，由一系列与层系界面斜交的纹层（前积层）组成，层系可以彼此平行、交错、切割，组成不同形态的交错层理。 交错层理是沉积介质（流水与风等）的

6、流动造成的。 当介质有一定流速时，底床上可以产生一系列的砂波，砂波移动时就在自身陡坡一侧形成了由一系列纹层组成的斜层系，纹层倾向代表了介质流动方向。,3）交错层理,交错层理按成因可分为 流水成因 波浪成因 潮汐成因 风成成因,（1）流水成因的交错层理 A。流水砂纹、上攀层理 B.板状交错 层系界面为平面而且彼此平行，层系呈板状。 层系底界有冲刷面，前积纹层在平行于流动方向的剖面上与界面斜交 纹层内常有下粗上细的粒度变化。,按纹层与层系底界的倾角和斜交特征可以反映水流强度 急流型：纹层平直，倾角大，水流强； 缓流型：纹层略向上弯曲，向下收敛，倾角小，1530， 判断岩层的顶底，即产状。 出现环境

7、 河流、滨湖、滨海、三角洲沉积。 大型板状交错层理在河流沉积中最为典型。 急流型 缓流型,板状交错层理,C.楔状交错层理 特点 层系界面为平面，但不平行， 层系厚度变化明显呈楔形。 层系间常彼此切割，纹层倾角和倾向变化不定。 出现环境 海、湖浅水地带和三角洲地区。,D. 槽状交错层理 层序底界为槽形冲刷面，纹层在顶部被切割。 横切面，层系界面和纹层都是槽形； 纵剖面，层系界面呈弧形，纹层与之斜交。 顶面俯视，层系界面和纹层为重叠的花瓣状。 大型槽状交错层理层系底界冲刷面明显，底部常有泥砾。 出现环境 多见于河流。 判断古流向。,（2）波浪成因的交错层理 浪成砂纹交错层理（wave-ripple

8、 bedding） 出现环境：海湖滨岸、陆棚和泻湖等浅水环境。 特点 层系常呈人字形构造或收敛束状，相邻层系界面倾向相反。 前积层可通过波谷达到相邻沙纹的翼部 有时前积纹层单向倾斜，层系界面呈缓波状，其上有泥质纹层覆盖。-向岸浪、离岸浪的作用,浪成砂纹交错层理,冲洗交错层理-低角度交错层理 特点 纹层和层系界面平直，以低角度相交，210，层系厚度稳定，细层多向海倾斜； 层系顶部被切蚀而底部完整； 纹层内砂粒成熟度高，可有粒序变化。 出现环境 后滨前滨带及沿岸砂坝沉积,冲洗交错层理,丘状交错层理和洼状交错层理 丘状：宽缓波状层系组成，外形呈圆丘状，向四周倾斜。 洼状：下洼波状层系，纹层与浅洼坑底

9、界面平行。 丘状和洼状常伴生，高2050cm，层系上部被侵蚀，纹层与层系底界近平行。纹层倾角15。 出现环境： 在正常浪底和风暴浪底之间由风暴浪形成。,（3）潮汐成因的交错层理 A.羽状层理/青鱼骨交错层理 形态呈羽毛状或鱼骨状。 纹层平直或微向上弯曲， 相邻斜层系纹层倾向相反，在层系界面处锐角相交 涨潮流形成的前积层与退潮流形成的前积层交互而成反向水流 常见于河流入湖、海的三角洲地带,B.潮汐层理 涨潮、退潮期，水流活动 砂呈波状被搬运沉积，泥呈悬浮状态； 潮间期，水流停滞 悬浮的泥发生沉积 层理类型： 压扁层理 透镜状层理 波状复合层理,（4）风成交错层理 在风的吹扬作用下形成 特点 无泥

10、质物 砂粒磨圆和分选较好。 常呈板状、槽状交错层理。 层系厚度大，几十cm到数m， 前积纹层倾角高达2534。 出现环境 沙漠及海滩风成沙丘带。,4）粒序层理,又称递变层理（graded bedding） 颗粒的粒度垂向递变，层面基本平行。 单层厚度从数mm到1m或数m。 单层内，由底到顶，粒度由粗变细者为正粒序； 由细变粗者为逆粒序。 底部常有冲刷面 内部除粒度递变外，不具任何纹层。 成因浊积岩的特征性层理 流动强度减小，流水携带能力减弱，悬浮搬运的沉积物按粒度大小依次先后沉降。,4）粒序层理,5）块状层理,块状层理（homogeneous bedding）均质层理 层内成分、结构、颜色均匀

11、，不具任何显纹层构造。 粗、细粒沉积中均可出现。 成因 快速沉积 细粒悬浮物质：洪水沉积； 重力流沉积物：浊流沉积。 生物扰动 滨浅海和三角洲相，原生层理被生物扰动完全破坏。,6）韵律层理,韵律层理（rhythmic bedding） 成分、结构或颜色方面不同的薄层有规律重复出现。 纹层厚度从数mm到数十cm，层与层平行或近于平行。 成因 物质搬运或产生方式有规律地交替变化 潮汐流的周期变化形成砂质纹层与泥质纹层重复交替 潮汐韵律层理，也称砂泥互层层理； 气候的季节性变化 形成浅色层与深色层互层的季节性韵律层理。 冰川纹泥。,3. 层理的研究意义,确定地层顶底，正确划分对比底层，恢复地层正常产

12、状； 交错层理纹层向下收敛 大型纹层下部常富集粗碎屑物质 交错层理可确定古水流方向、强度和水深等，是最有价值的指向构造； 前积纹层 凹槽轴向 推断古水深。 层系厚度与层理形成时的沙波高度大体相当，一般不超过河流水深的1/6。,二）层面构造,出现在沉积物或岩层表面、底面上的各种沉积构造 波痕（ripples or ripple marks） 1）概念：由于风、水流或波浪等介质的运动，在非粘性沉积物（主要是松散砂）表面形成的一种波状起伏的层面构造，也称为波纹或沙纹。,2）波痕要素 波长（L）：垂直于两个相邻波峰之间的水平距离。 波高（H）：波痕谷底至脊顶的垂直距离。 波痕指数（L/H）：波长与波高

13、比值波痕相对高度和起伏。 波痕不对称指数（l1/l2）：表示波痕不对称程度。 脊顶（或波峰）：波痕垂直剖面上的最高点。 波谷（或槽）：小于1/2波高下凹部分。 波脊：大于1/2波高上凸部分。,波脊形态 直线状、弯曲状、舌状、新月状等； 随水深减小和流速增大，波脊形态由简单（平直）到复杂，由连续到断续。,3）波痕类型 按波脊形态 直线状 弯曲状 舌状 新月状,直线状,弯曲状,舌状,链状,按对称性 对称波痕 不对称波痕 按成因，将波痕大致分为 浪成波痕 流水波痕 风成波痕 修饰波痕（叠加波痕） 干涉波痕,A.浪成波痕,峰尖谷圆 对称、不对称 波痕指数4-13（6-7） 波脊多平直，可出现分叉,B.

14、流水波痕,峰谷均圆 不对称 波痕指数5（8-15） 波脊形态多样,C.风成波痕,峰谷均圆，谷宽峰窄 极不对称 波痕指数30-70或更大 波脊形态平直,Question: 沉积物谷粗， 还是峰粗？,D.干涉波痕,多个水流、波浪等同时作用,波浪流水干涉波痕,E.改造波痕,早期形成的波痕被后期水流、波浪作用的改造,双脊波痕,削顶波痕,波浪波浪干涉波痕,菱形沙纹,浪成波痕,波浪波浪干涉波痕,波浪水流干涉波痕,双脊波痕,风成撞击波痕,风成沙丘,削顶波痕,对称波痕（东柴山剖面,N1）,浪成波痕（红三旱一号剖面,N1）,波痕(东柴山剖面,N1),削顶波痕和双峰波痕(东柴山剖面,N1),4）波痕的研究意义 了

15、解岩石的形成条件； 指示介质的流动方向； 能指示地层的顶底； 海、湖波痕在平面上的分布有平行于滨岸线的趋势，具有古地理意义。 波痕的形态、分布和相对丰度，为识别沉积环境的重要依据。,2.原生流水线理/剥离线理构造,原生流水线理（primary current lineation）或剥离线理（parting lineation）构造 形态 出现在平行层理砂岩层的剥开面上，由微细的脊与沟交替排列组成(因为在剥开面上比较清楚，故称为剥离线理）构造)。 产状 线状脊平行于水流方向延伸 有几个砂粒的直径那么高。 成因 Fr1的高流态，与平行层理相同。,3.底层面构造,定义： 发育在岩层底面上的构造，是由

16、水流或其携带的“工具”（如砾石、介壳等）对底床（泥或粉砂）侵蚀或刻蚀成槽、坑等，后来被（砂）充填而成。 类型 槽模 沟模 渠模,1）槽模 是由定向水流（突发性水流、涡流）在尚未固结的软泥表面侵蚀冲刷出许多凹槽，后被砂质充填而在砂岩底面上铸成的印模。 特点 规则而不连续的舌状突起 确定古流向。 判断浊流环境的重要依据。,2）沟模 是一种工具刻压模，是由流水携带运动的颗粒对下伏泥质沉积物侵蚀而成细沟，后被砂质物充填，而在砂质岩底面上呈现出一些稍微突起的直线形的平行脊状构造。 宽度只有0.001mm到几mm，能延伸数cm到数m。成组同向出现指示古流向。 浊流沉积环境的最常见构造。 与其共生的有槽模、

17、梭模、刷模、椎模等。,3.其它层面构造,1）冲刷充填构造 砂冲泥 冲刷面上常含陆源砾石或泥砾。 多见于河流、近岸浅水和重力流水道等沉积环境中。,2）截切构造 有些砂岩顶面也有侵蚀下切现象，但其内充填的是粘土质沉积。 泥冲砂,三）波痕、层理、水动力条件的关系,底形和流态（流动体制）的概念 底形（床沙形体） （bedform） 在河床或水槽中，流水沿非粘性沉积物（如砂、粉砂）的底床上流动时，在沉积物表面铸造的几何形态。 流态（流动体制）（flow regimes） 底形与流动条件之间的关系叫流态。 直接标志是Fr=V2/L/g=V2/(Lg)水流强度。 Fr1，下部流动体制（低流态） Fr1，过渡

18、流动体制（过渡流态） Fr1，上部流动体制（高流态）,波痕、层理、水动力条件的关系-流态与层理之间的关系 水槽实验，最早由sorby, Gilbert进行研究，后来西蒙斯、理查森（Simons and Richardson）等总结了水槽实验资料，并建立流动条件与床沙形体的关系。,低流态 v0，Fr1，流动强度小，床沙载荷不能移动，只有悬浮载荷沉积。 底形为无运动的平坦沙床 形成水平层理。,低流态 v20cm/s，Fr1，将产生作用于颗粒上方的剪切力，砂粒开始移动，并出现波状起伏的床沙形体（向上游缓，向下游陡），既有床沙载荷，又有悬浮载荷， 底形：不对称沙纹，波高0.53cm，波长30cm， 层理：小型波状、上攀层理。,低流态 v50cm/s，Fr1，剪切力增加，底形长度、高度逐渐增加，波高由3cm1020cm,，波长可达数米。 底形为沙浪（sand waves）或沙丘（dune） 沙波：平直，L/H大，流速低，直脊大波痕板状、楔状交错层理； 沙丘：弯曲，L/H小，流速高，曲脊大波痕槽状交错层理。,过渡流