沉积构造指示水动力条件、古水流方向以及古水体深度

沉积构造与水流环境沉积构造是沉积物和沉积岩中最常见而又是最容易直接观察到的主要特征之一，无论是研究沉积物或沉积岩本身，还是解释沉积环境，都必然要涉及到沉积构造。

一定的水流作用于一定的沉积物，可以产生一定的沉积构造，故而可以将沉积构造与水流环境有机地联系起来，并利用这种关系来解释形成该种沉积构造时水流环境，进而做出环境解释。

本文归纳总结了不同沉积构造及其所反映的不同水流环境，包括水动力条件、水流方向和水体深度等方面。

1 沉积构造与水动力条件有些沉积构造可以反映一定的水动力条件特征，比如水流的强弱、水流流速的快慢、水流作用形态等（表1）。

表1 沉积构造指示水动力条件1.1 波痕及其指示的水动力条件波痕是由风、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。

根据波痕指数的差异（图1），可以将波痕划分为对称波痕（RSI ≈1）和不对称波痕（RSI>1），其中流水成因的波痕为不对称波痕，浪成波痕有对称波痕和不对称波痕。

因此可以根据波痕指数来区分波痕是流水成因还是波浪成因。

另外，从波痕的形态特征角度来讲，浪成波痕表现为波峰尖锐、波谷圆滑、形状对称，而不对称浪成波痕一般是拍岸浪所致；流水波痕表现为波峰、波谷均较圆滑，呈不对称状，且波谷颗粒粒度一般比波峰的要粗（图2）。

图1 波痕要素图A、B：脊点，a、b：谷点，H：波高，l1：向流面水平投影长度，l2：背流面水平投影长度图2 流水波痕（a）与浪成波痕（b）示意图（1）流水波痕流水波痕的脊有不同的形态：直线形、波曲形、锥形、舌形、新月形、菱形等；可以是连续的，也可以是断续的。

波脊形态的变化主要与水深和流速有关。

一般说来，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（图3）。

因此，流水波痕的波脊形态特征反映了一定的水动力条件，可以作为环境解释的依据。

图3 不同水深和流速下的流水波痕的波脊形态根据波痕要素的不同，可以将流水波痕划分为小波痕、大波痕和巨波痕等不同规模的波痕，而不同规模的波痕往往反映了不同的沉积水动力条件。

小波痕：波长4-60cm，波高0.3-6cm的流水波痕，波痕指数大于5，多数在8-15之间，一般产生于粒径小于0.6mm的砂质表面。

这种波痕在河流、海岸、潮坪等浅水环境中十分普遍，在湖泊、三角洲、陆架、甚至浊流环境中也是常见的。

小波痕的波脊由直线形向菱形的变化，反映了水流能量的逐渐增大。

大波痕：波长0.6-30m，波高0.06-1.5m的流水波痕，波痕指数一般大于15，一般产生于0.6mm的砂中，多发育于河流和潮道环境中，在海滩和潮坪上也常见到。

但是，在古代沉积物中，保存完整的大波痕并不多见。

巨波痕：波长在30m以上，一般为30-1000m，波高1.5-15m，波痕指数一般大于30，有时可达100。

一般认为大多数巨波痕分布在水深较大的环境中，如浅海和大河中。

（2）浪成波痕浪成波痕主要发育在浅水环境中，如滨湖、潮坪、海滩等环境，波速一般小于90cm/s，根据波痕指数可将浪成波痕划分为对称状的和不对称状的。

对称浪成波痕：波谷圆滑、波脊尖而对称，呈直线形，波长0.9-200cm，波高0.3-23cm，波痕指数4-13，大多数为6-7。

不对称浪成波痕：波脊具有不对称的形态，一般呈直线形，波长1.5-105cm，波高0.3-20cm，波痕指数5-16，大多数6-8，对称指数1.1-3.8，一般是拍岸浪成因。

另外，不同规模的浪成波痕也可以反映沉积时期的波浪规模。

1.2 槽模及其指示的水动力条件槽模的出现说明当时的古沉积环境中有强烈的底流及其冲刷作用，虽然槽模不是浊流沉积的独有产物，但是，其总是判断浊流沉积的重要标志。

1.3 剥离线理构造及其指示的水动力条件剥离线理通常是在F>1的高流态下形成的，在这种情况下，单个颗粒可能是在几个颗粒直径那么厚的薄水层内几乎连续地顺流滚动，并且出现底负载的分异，从而形成了平行于水流方向的纵向条纹。

因此，剥离线理构造一般反映的是高流态的水动力特征。

1.4 交错层理及其指示的水动力条件组成交错层单元的前积纹层有不同的形状，可以是与下界面成锐角相交的直线形、成切线相交的切线形或凹形，甚至是S形，前积纹层从直线形到S形的形状变化，反映了形成交错层单元的水动力条件逐渐增强和环境中悬浮负载相对于底负载的逐渐增多。

另外，交错层理的规模也可以作为水动力条件判断的依据。

1.5 平行层理、水平层理及其指示的水动力条件当水流功率比生成大波痕更强时，也就是高流态（F>1）下，产生有沉积物运动的平坦底床，如果沉积物供应充分，就可以形成一些相互平行的、近水平（构造运动可能改变这种保存形态）的纹层。

相比较而言，水平层理是在比生成小波痕更低的弱水动力条件下，由悬浮细粒物质不断沉降而形成的，反映了低能或静水环境。

1.6 生物遗迹构造及其指示的水动力条件生物遗迹构造都是原地形成的，不会被搬运转移，并随沉积物固结成岩而保存下来，所以是判断环境的良好标志，其中部分生物遗迹构造可以反映当时水动力条件，例如觅食痕迹构造（搜索迹构造），反映了较深水平静的环境，穴居遗迹反映了滨岸较强水动力环境。

就叠层石来说，层状叠层石生成环境的水动力条件较弱，而柱状叠层石的生成环境的水动力条件较强。

2 沉积构造与水流方向流水成因的沉积构造往往能够反映古流水方向，是判别古流水方向的直观而重要的沉积标志（表2）。

表2 沉积构造指示水流方向2.1 波痕指示水流方向波痕是反映古水流方向最直观、最常见的沉积构造之一，是砂波迁移运动在层面保留下来的床底形态，其中不对称性波痕最为明显，包括流水波痕和不对称浪成波痕，波痕的陡坡倾向指示古水流方向（图4）。

图4 波痕指示水流方向示意图2.2 剥离线理构造指示水流方向剥离线理构造中平行的线状沟或脊（长形颗粒面）平行于古水流方向，其中长形颗粒往往表现出定向排列（图5）。

图5 平行层理中的剥离线理构造示意图2.3 槽模指示水流方向槽模是分布在岩层底面上的一种半圆锥形、不连续的凸起构造（图6），是定向浊流在尚未固结的软泥表面侵蚀冲刷的凹槽被砂质充填而成，向上游一端具有圆滑的球根状形态，向下游端则呈倾伏状渐趋层面而消失。

槽模长轴平行于浊流流动方向，凸起一端指向上游，故其形状是确定古流向的可靠标志。

图6 槽模实例照片（箭头指向水流方向）2.4 压刻痕指示水流方向压刻痕是水流所携带的物体在松软的沉积物表面上运动时刻蚀形成的，包括沟模、跳模、刷模、锥模和弹跳模等，压刻痕被砂质沉积物充填保存在岩层底面的印模成为刻蚀模。

这些时古水流方向判断的重要标志。

沟模纵长的、微微凸起和下凹的脊和槽延伸的方向与古水流方向平行。

刷模被砂质沉积物充填后在岩层底面形成的新月形印模，其新月形端指示水流方向。

锥模一端低而尖，指示着迎水流方向，另一端高而宽，指示着顺水流方向。

弹跳模的长轴平行于水流方向，其充填后形成的弹跳痕的长轴同样平行于古水流方向。

2.5 交错层理指示水流方向交错层理（包括板状交错层理、槽状交错层理、楔状交错层理和爬升波纹层理等）中前积纹层的倾向指示古水流方向，逆转变形层理变形面倾向指示古水流方向（图7）。

图7 交错层理与水流方向示意图2.6 叠瓦状构造指示水流方向叠瓦状构造的最大扁平面的倾向指向迎水流方向，即最大扁平面的倾向与古水流方向相反；长条状的砾石，其长轴方向垂直于古水流方向（图8）。

图8 砾石叠瓦状构造在不同环境中的发育情况2.7 生物化石的定向排列指示水流方向长形的生物化石在水流作用下可发生定向排列，形成类似于砾石定向排列的形态，例如：箭石类的鞘，原始头足类，竹节石，植物枝干等。

虽然长形的生物化石的定向排列类似于砾石定向排列，但在具体问题当中还需做具体分析。

3 沉积构造与水体深度在不同水体深度中所形成的沉积构造表现出不同的形态特征，故而有些沉积构造可以根据其形态特征来推测古环境的水体（相对）深度（表3）。

但此部分不涉及出露地表（暴露成因）的沉积构造，因为这些沉积构造已经没有水体深度可言。

表3 沉积构造指示水体深度3.1 浪成波痕指示水体深度浪成波痕主要发育在浅水环境中，如湖滨、潮坪、海滩等环境，研究表明，一般水深超过200米便不能生成浪成波痕，因此可以说，浪成波痕一般指示着古环境中水体深度不超过200米。

3.2 细流痕指示水体深度细流痕时细小水流在沉积物表面上流动时侵蚀出来的痕迹，在横断面上往往呈U形。

细流痕的形成一般与沉积物表面由水下出露水面的变化有关。

当沉积物表面因水退后而露出水面时，水往往从沉积物中渗出，这些水一般呈几毫米到两厘米厚的水层沿着自然表面斜坡流动，从而在沉积物表面上侵蚀出不同形状的细小沟槽。

随后，这种渗出水流入这些细沟中，并在其中向下流动。

因此，细流痕时沉积物表面间歇性出露水面的一个可靠的标志，是时而在出露水面又时或处于水下的一种表现。

3.3 生物遗迹化石指示水体深度生物遗迹化石在判断沉积环境中很重要，可以用来确定海洋的相对深度，例如直立潜穴深度较大的（可达300m）常见于滨海带；而滨外的潜穴一般较浅，多呈斜歪或水平；在很深的水中，潜穴方向杂乱，蜿蜒曲折，其中以常见的食泥生物的水平遗迹为主（图9）。

图9 生物遗迹化石的水深分带叠层石的形态多样，但主要有层状和柱状两种基本形态，一般来说层状叠层石生成环境多为潮间带上部，而柱状叠层石多为潮间带下部及潮下带上部（图10）。

图10 叠层石的形态与水动力条件的关系。