沉积构造

纹层、 层系和 层系组 的关系 图（图 14）
1. 交错层理 概念：交错层理由一系列与层系界面斜交的倾斜纹层
或前积纹层组成。它可发育于多种不同的沉积环境中， 主要产于粉砂级和砂级沉积物内，具有水流、波浪、 风等多种不同的成因，其形态和规模变化较大。
常见成因不同的交错层理分类： （1）流水成因的交错层理：
（a）沙纹交错层理：它是沙纹迁移形成的小型交错层理。 其形态主要取决于迁移沙纹的波脊形态。一般来说，直 线形沙纹的迁移产生板状交错层理，波曲形和舌形沙纹 形成槽状交错层理，受波浪振荡运动影响的沙纹往往造 成波状交错层理 。如图（15）
图15
A―直线形 流水波痕迁 移而成的板 状交错层理； B、C、D― 分别是波曲 形、新月形 和舌形流水 波痕迁移而 成的槽状交 错层理；E― 波浪影响下 流水波痕迁 移而成的波 状交错层理
称，常呈直线形，有分叉；波谷圆滑。典型的对称浪 成波痕的内部构造非常特征，即波脊中的纹层显出中 心部分交叉叠覆的人字形构造，而波谷中的纹层则呈 倒人字形。如图（9）
（2） .不对称浪成波痕：它的特征是形态不对称，
背流面较陡，向流面较缓，波脊一般呈直线形，而且 常显出分而复合。
图（9）浪成波痕中的各种人字形构造
孤 立 波痕按其 形成动力 可分为孤 立流水波 痕和孤立 浪成波痕， 然后分别 按大小和 对称性进 一步划分。 图（13）
（二）、
层
理
概念：沉积物沉积所产生的成层构造，由组成物质的成分、 颜色、粒度、形状、排列方向或填集方式等在垂直于沉积 表面的方向上的变化显示出来。层理是沉积物沉积时介质 动力条件的直接反映，也是沉积环境的重要标志之一。 关于层理的描述术语： 纹层：是组成层理的最基本的最小单位，其厚度一般为几 毫米到几厘米。一个纹层是同时形成的。 层系：层系是组成层理的基本单位，系由一组在成分、结 构、厚度和产状上均相似的同类纹层所组成。 层系组：两个或两个以上有成因联系的、性质相似或不同 的层系叠置便构成层组。
3、 风成波痕
风成波痕常具平直、平行的波脊，形态不对称， 波痕指数30~70或更大，而且波痕指数的变化与粒度 成反比，与风速成正比；对称指数则与粒度成反比 （sharp 1963)。由于波脊上粗粒难以通过跳跃和碰 撞作用发生运动，以致风成波痕的脊部颗粒较粗， 而谷部颗粒较细，这与流水波痕恰好相反，可作为 一个鉴别标志。（图10）
一、波痕
（一）、波痕概念：
波痕是现代和古代沉积物中最常见的表面或层面 特征之一。它是非粘性沉积物在水流、波浪或风的作 用下形成的一种有规律的波状起伏的表面痕迹。 一个波痕由一个脊和一个谷组成，相邻的两个波 脊共用一个波谷。在自然界中，单个波痕极少见，而 往往是成组出现，在平面上表现为一系列近于彼此平 行或分叉的波峰和波谷，在剖面中则由起伏相间的峰 和谷组成。
图20 丘状交错层理块状示意图
丘状交错层理主要产于浅海风暴浪基面以上和正常浪基 面以下的沉积物中，湖泊环境中也可发育。可以作为风暴 沉积的良好标志之一，但判别风暴沉积，应结合其它标志。
（3）潮汐成因交错层理 (a)羽状交错层理
这是一种特殊类型的波痕层理。层系形态呈板状， 规模常为大型。典型特征是上下相邻层系中的前积纹 层的倾向相反(图21)，一般相差180o左右，层系间的界 面明显，有时被一泥质薄层隔开。 这种层理应该是沙波迁移的产物，是由周期性往 返运动的水流所形成的，常见于潮道和三角洲环境， 一般认为是潮汐沉积的典型构造之一 。
图3 波痕要素图 A和B－脊点；a和b－谷点；L－波长；H－波高； l1－向流面水平投影长度；l2－背流面水平投影长 度。 RI（波痕指数）=L/H RSI（对称指数）=l1/l2
（二）、波痕的分类：流水的、浪成的、风 成的、干涉的、孤立的。 1、 流水波痕
概念： 单向水流作用于非粘性沉积物表面所形成
的波痕为流水波痕。
特点：波痕垂直于水流流向，横剖面中显出不对称，
向流面平缓，背流面较陡。据此可以恢复水流的大致 流向。
流水波痕的波脊形态主要与流速和水深有 关。随着水深减小和流速增大，波脊形态由 简单平直变得复杂弯曲，由连续变为断续， 如图(4)所示。
波痕的内部构造： 发育完善的流水波痕，由
一个或几个向流面纹层、许多个前积纹层以及一个 或几个水平的底积纹层组成。图（5）
图18 波浪波痕交错纹理的一般鉴别特征
（b）丘状交错层理
这种由波状起伏的交错层组成的层理，主要特征 是(图20)：层系呈平缓波状起伏，层系间以低角度(3º 一6º )相互交切，底界面为侵蚀面，纹层与之平行或近 平行。层面上表现为圆丘状，波长大(10cm～5m)，波 高小(1—100cm)。
一般认为，这种层理是在正常浪基面以下和风暴 浪基面之上，由风暴浪的作用造成凹凸不平的表面， 随后悬浮粉砂沉积于其上而形成的。与此有关的另一 种风暴沉积构造是凹状交错层理。它与平缓上凸为主 的丘状层理不同，其层系主要呈平缓下凹的波状起伏。
迹为浪成波痕。
特点：是波脊一般较直，垂直于波浪传播方向延伸， 而且常表现出音叉状的分而复合 。（图8） 控制因素 ：第一，波浪的传播速度和波长。
第二，沉积物的粒径。
浪成波痕主要发育于湖滨、潮坪、海滩等浅水环境中。 一般认为，水深超过200m便不能生成浪成波痕。
图8 浪成波痕 波脊有分叉现象
浪成波痕可以根据波脊的对称性分为对称的 和不对称的浪成波痕。 （1）.对称浪成波痕： 它的突出特征是波脊尖而对
粗颗粒往往集中在前积纹层的外侧和底部，也就是 说，波谷中的沉积物比波脊上的粗。
流水波痕的分类
流水波痕一般可按其规模和形态及其与水流功率 的关系分为四种：沙纹 ( ripples)、 沙 波 ( waves)、 沙 丘 (dunes) 及逆行沙丘 (antidunes)，下面分别描述之。
（ 1）．沙纹：波长在 4～60cm、波高在 0．3—6cm范 围内的小型流水波痕可称为沙纹。它的波痕指数(RI＝ L／H) 总是大于 5 ，多数在 8 ～ 15 之间。沙纹按其波脊 形态可进一步分为直线形、波曲形、链形、舌形和菱 形沙纹 。沙纹在河流、海岸、潮坪等浅水环境中十分 发育 。（图6）
（b）大中型交错层理：
它们是分别由沙波和沙丘顺流移动产生的倾斜前积纹 层所组成的大型交错层理，层系厚度大于5cm 。具有直 线形波脊的沙波，形成大型板状交错层(图16) ，沙丘的 迁移造成大型槽状交错层(图17）。
(c)逆行沙丘交错层理 ：
它由逆行沙丘迁移产生的倾斜纹层所组成。其特 点是：层系一般呈透镜状，内部纹层以低角度(<10o) 倾斜，倾向取决于逆行沙丘是逆流还是顺流迁移，纹 理一般较模糊，常与平行层理共生。它通常只出现在 水浅流急的环境(如海滩和河流)中，是高流态下高速 水流的标志。
图6 菱形沙纹
（2）． 沙波和沙丘： 它们是波长大于60cm、波高
在6cm以上的大型流水波痕。波痕指数一般在15以上。 沙波具有以直线形为主的波脊和十分清晰的垮落面，波 谷内没有不平整的明显冲刷。形成沙波的水流速度高于 沙纹而低于沙丘。在较高流速条件下生成的沙丘，以其 波脊呈波曲形、新月形至极不规则状和波谷内发育深的 冲刷坑为典型特征。
大型板状交错层(图16)
大型槽状交错层(图17）
（2）波浪成因的交错层理
（a）浪成沙纹层理 由浪成波痕迁移所产生的交错层理叫浪成沙纹层 理，或称为波浪波痕层理。多数情况下，波痕的迁移 有一定的优选方向，产生单向的交错层。波浪波痕交 错纹理有如下特征：（1）似槽状形态较少；（2）具 有不规则的下界面；（3）前积纹层向上堆积成束状； （4）隆起的透镜状层组；（5）具分叉和披盖的前积 层。如图（18）
沉积构造
沉积构造定义： 沉积构造是沉积岩中最常见的宏观特征之一， 是沉积岩各个组成部分的空间分布和排列方式。 它是在沉积时或沉积后由物理、化学、生物等作 用在沉积物表面或内部所形成的。其中沉积时期形 成的构造成为原生构造，如层理、波痕等流动成因 构造；沉积后形成的构造，有的是在沉积固结成岩 之前形成，如负荷构造，有的是在沉积物固结成岩 之后产生，如缝合线、叠锥等化学成因构造。
沙波和沙丘主要产于粒径大于0．6mm的砂层表面上， 多数发育于河流和潮沟环境中，在海滩、潮坪以及三角 洲中有时也可见到。
（3）. 逆行沙丘：逆行沙丘是在Fr大于1的高流态
条件下，急流作用于松散砂质表面上形成的一种与
水面波同相位的沙丘状底形。它通常具有较长的波 脊，形态大致对称，向流面和背流面均较平缓，波 长一般为lcm至6m，波高l mm到45cm不等。 多发育于海滩环境中，在潮坪、河流及浊流环 境中有时也可见到。在古代沉积物中，保存完好的 逆行沙丘极少见到。
根据水槽实验的结果，底形的类型、 大小和形状主要以决于水流速度、流动深 度和沉积物粒径(图1) ; 或者说，取决于水 流功率(v to=v r DS;水流速度×流体和沉积 物的相对密度×流动深度×能量梯度斜率) 和沉积物粒径(图2)。
图1 水深为20cm时与流速和粒 径有关的各种底形的稳定范围
图2 各种底形与沉积物粒径和水流功率的关系 波脊形态：a—直线型；b—波曲型；c—舌型；d—新月型
基本知识：
流态（flow regime)：可以根据弗劳德数（Fr）将 水流分为低流态、过渡流态和高流态。 Fr<1为 低流态，水流阻力大，沉积物搬运方式不连续; Fr≈1为过渡流态；Fr>1为高流态，水流阻力小， 沉积物搬运连续。
底形（bedform）：达到一定强度的水流在底床上 流动时，将使底床上的推移质沿床面运动。随 着水动力的变化，在底床上将相应地产生不同 形态的各种几何形体，称之为底形，例如沙纹、 沙丘等。
图 11 波 浪 波 浪 干 涉 波 痕
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波 浪 水 流 干 涉 波 痕 (图 12)
5、 孤立波痕
概念：水流或波浪作用于砂供应不足的非砂质表面
上所形成的、波脊不连续的波痕称为孤立波痕或不完 整波痕。
特点：它往往呈底平顶凸的孤立砂质透镜体出现在泥
质层面上。当它被嵌在泥质沉积物中时就成了透镜状 层理。这种波痕与正常波痕相似，但发育不完整，波 高一般较低，波痕指数较大。
沉积构造的分类：
沉积构造的种类繁多，形态各异。按照沉积构 造形成时所涉及的主要作用机理分为物理、化学和 生物成因的三大类：
物理成因的 波痕 层理 侵蚀构造 变形构造
化学成因的 晶体印痕与假晶 鸟眼构造 结核 缝合线和叠锥构造
生物成因的 遗迹化石 生物扰动构造 生物层理构造
研究沉积构造的意义
研究沉积构造，有助于确定地层的顶底和层序， 分析沉积物搬运与沉积的方式、沉积介质的性质及 流体的动力状态，恢复沉积环境，以及估计沉积后 的物理与化学变化。绝大多数物理成因的原生沉积 构造是沉积环境动力条件的直接反映，因此可以将 两者有机地联系起来，并据此作出合理的环境解释。 另一方面，原生沉积构造在沉积期后可以保持 其基本的特征，而观察和研究它们不需要复杂的仪 器，主要通过露头研究、岩心观察来进行，因此原 生沉积构造及层理序列可作为环境解释的有效工具。
风成波痕大多发育于沙漠、海岸、干旱—半干 旱气候下的冲积等环境中。来自图 10 风 成 波 痕
4、 干涉波痕
概念：在浅水区，不同方向的波浪或不同方向的
水流与波浪同时或基本同时地联合作用于非粘性沉积 物表面所形成的波痕称之为干涉波痕。
特点：它们一般由不同方向的两组或两组以上的
波痕组合而成。由于起作用的波浪和水流的方向、强 度及影响顺序的不同，干涉波痕的形态和内部构造往 往复杂多变。 类型：干涉波痕可以根据相互叠加的形成动力分为 波浪—波浪干涉波痕(图11)和波浪水流干涉波痕(图12)。 它们主要发育于水流和波浪同时存在或者有不同方向 波浪的浅水区，例如潮坪和海滩。
逆行沙丘的迁移方向及其相应的内部构造有三种不 同的情况(图7)。
(A) 是逆行沙丘 向下游迁移， 不明显的低角 度纹层沉积在 背流面上； (B) 是保持原地不 动，纹层覆盖 在整个逆行沙 丘上； (C) 水流 从沙丘背流面 上侵蚀出来的 砂粒顺流运动。
2、 浪成波痕
概念：波浪作用于非粘性沉积物表面所产生的波状痕