1、第第 一一 章章 沉积岩层的原生构造沉积岩层的原生构造 第一章 沉积岩层的原生构造 沉积岩层的原生构造沉积岩层的原生构造是指在是指在沉积过程中及沉积物固结沉积过程中及沉积物固结成岩之前成岩之前所产生的构造，如层理、层面构造，生物遗所产生的构造，如层理、层面构造，生物遗迹、叠层石以及迹、叠层石以及软沉积物软沉积物的各种变形构造等。的各种变形构造等。 代表岩层形成时原始产出的构造环境和构造形态代表岩层形成时原始产出的构造环境和构造形态沉积岩具有成层性，具有层面（岩层面）和层理沉积岩具有成层性，具有层面（岩层面）和层理（剖面）构造。（剖面）构造。构造指形态、面部特征，沉积岩构造分为构造指形态、面部特
2、征，沉积岩构造分为原生构造原生构造和和变形构造变形构造。第一节第一节 层理及沉积岩层面向的确定层理及沉积岩层面向的确定 一、层理及其识别一、层理及其识别二、利用原生沉积构造确定岩层的面向二、利用原生沉积构造确定岩层的面向层理：层理：沉积岩最常见的一种原生构沉积岩最常见的一种原生构 造，通过岩石造，通过岩石成分、粒度、结构和成分、粒度、结构和颜色颜色等特征在等特征在剖面上剖面上的变化所显现的变化所显现出来一种成层构造。出来一种成层构造。 一、层一、层 理（理（bedding)bedding)层面层面：沉积过程中形成的小的间断面：沉积过程中形成的小的间断面，经常发育层面构造。（顶底面），经常发育层
3、面构造。（顶底面）岩层岩层：上、下层面限制的岩性大致：上、下层面限制的岩性大致相同的岩体。相同的岩体。不具有时代的概念。不具有时代的概念。地层地层：同一地质历史时期形成的各：同一地质历史时期形成的各种岩层的总和。种岩层的总和。具有时代概念。具有时代概念。板状楔状槽状波状波状 层理的组成层理的组成: : (1) (1) 细层细层: : 细层又称细层又称纹层纹层, , 是组成层是组成层理的最小单位理的最小单位, , 细层厚度很小细层厚度很小, , 常以毫常以毫米计米计, , 同一细层多具有较均一的成分和同一细层多具有较均一的成分和结构结构, , 它们是在它们是在相同的水动力条件相同的水动力条件下同
4、下同时形成的时形成的(a)(a)。 细层可与层面平行或斜交细层可与层面平行或斜交 细层可以是平直的也可是波状弯曲的细层可以是平直的也可是波状弯曲的 细层与细层之间可平行或不平行细层与细层之间可平行或不平行细层与层面平行细层与层面平行细层与层面斜交细层与层面斜交细层与层面斜交细层与层面斜交 层理的组成层理的组成: (2) 层系：层系：是由成是由成分、结构和产状上分、结构和产状上相同的相同的许多细层组许多细层组成成，是在同一环境，是在同一环境相同水动力条件下，相同水动力条件下，不同时间不同时间形成的细形成的细层组成层组成(b)。 (3) 层系组：层系组：几个同几个同类型层系组成。类型层系组成。依据
5、层理形态及其结构可以分为依据层理形态及其结构可以分为水平层理、水平层理、平行层理、波状层理、交错层理和递变层理平行层理、波状层理、交错层理和递变层理等。等。板状楔状槽状波状波状水平层理：水平层理：由由平直平直且与且与层面平行的层面平行的一系列细层组成的层理。一系列细层组成的层理。稳定水动力条件。稳定水动力条件。波状层理波状层理：层理：层理波状波状起伏，总的方向起伏，总的方向平行层面平行层面，由波浪、，由波浪、风等引起。风等引起。单斜层理单斜层理：由一系列与层面斜交的细层组成的层理。：由一系列与层面斜交的细层组成的层理。交错层理交错层理：由多组不同方向的斜层理相互交错重叠而成，：由多组不同方向的
6、斜层理相互交错重叠而成，表水动力频繁变化。表水动力频繁变化。递变层理递变层理：在外貌上与水平层理相似，由沙粒产生由：在外貌上与水平层理相似，由沙粒产生由粗细粗细分离分离而显示的水平细层。而显示的水平细层。层理的判别层理的判别： 1.1.成分变化：沉积物成分的变化是显示层理的成分变化：沉积物成分的变化是显示层理的重要标志，重要标志，如灰岩与泥灰岩互层。在成分较均一的如灰岩与泥灰岩互层。在成分较均一的巨厚岩层中，有时可能存在成分特殊的薄夹层，如巨厚岩层中，有时可能存在成分特殊的薄夹层，如白云岩中的燧石条带（白云岩中的燧石条带（Fe,CaFe,Ca变化），藉助于这类变化），藉助于这类夹层可以识别巨厚
7、岩层的层理。夹层可以识别巨厚岩层的层理。 2.2.结构变化结构变化：碎屑沉积岩层一般由不同：碎屑沉积岩层一般由不同粒度粒度、不、不同同形状形状的颗粒分层堆积而成，形成粒序层理，根的颗粒分层堆积而成，形成粒序层理，根据据碎屑粒度和形状碎屑粒度和形状的变化可以识别层理。的变化可以识别层理。3.3.颜色变化颜色变化：在层理隐蔽、成分均一、颗粒较细的：在层理隐蔽、成分均一、颗粒较细的岩层中，如有岩层中，如有颜色不同颜色不同的夹层或条带，可以指示层的夹层或条带，可以指示层理。理。4.4.层面原生构造层面原生构造: : 波痕、底面印模、暴露标志等层波痕、底面印模、暴露标志等层面原生构造也可以作为确定和识别
8、层理的标志。面原生构造也可以作为确定和识别层理的标志。二、利用原生构造确定岩层的面向二、利用原生构造确定岩层的面向沉积岩层在其形成过程中，顶面在上，底面在下，但现今保存沉积岩层在其形成过程中，顶面在上，底面在下，但现今保存的岩层形态是经历了多次构造变动的产物。的岩层形态是经历了多次构造变动的产物。有些已不是正常产有些已不是正常产状状，而变为直立或倒转。通常可利用，而变为直立或倒转。通常可利用古生物学古生物学和和沉积学方法沉积学方法确确定岩层的顶底面。定岩层的顶底面。古生物学方面可利用标准化石、生物的生态、生物的埋藏状古生物学方面可利用标准化石、生物的生态、生物的埋藏状态、钻孔生物的洞穴、爬痕、
9、足印等，进行顶底面的确定。态、钻孔生物的洞穴、爬痕、足印等，进行顶底面的确定。沉积学方面包括：泥裂、波痕、雨痕、冰雹痕、冲刷面、印沉积学方面包括：泥裂、波痕、雨痕、冰雹痕、冲刷面、印模等模等层面构造和层理构造层面构造和层理构造。1.斜层理（交错层理）斜层理（交错层理） ：风及流水等动力介质沉积：风及流水等动力介质沉积环境形成的，由一组或多组环境形成的，由一组或多组与主层面斜交与主层面斜交的细层组的细层组成的原生构造。成的原生构造。（一）层理标志（一）层理标志斜层理确定岩层顶、底面的判别特征斜层理确定岩层顶、底面的判别特征： 每组细层理与层系顶部主层面成截交关系，而与每组细层理与层系顶部主层面成
10、截交关系，而与层系底部主层面呈层系底部主层面呈收敛变缓而相切收敛变缓而相切的关系，弧形层的关系，弧形层理凹向顶面。理凹向顶面。2.粒序（递变）层理粒序（递变）层理： 沉积岩中常由沉积碎屑粒度变化形成粒序层理。沉积岩中常由沉积碎屑粒度变化形成粒序层理。特点是在一个单层中，从特点是在一个单层中，从底面到顶面粒度由粗到细底面到顶面粒度由粗到细，如由底部的砾石或粗砂向上递变为细砂、粉砂以至如由底部的砾石或粗砂向上递变为细砂、粉砂以至泥质，泥质，递变层理的顶面与其上一层的底面常为突变递变层理的顶面与其上一层的底面常为突变界面界面。 1.波痕波痕：波痕是沉积物表面由于水和空气流动而：波痕是沉积物表面由于水
11、和空气流动而形成的一种形成的一种波状起伏不平的层面构造波状起伏不平的层面构造。主要发育。主要发育在粉砂岩、砂岩及碳酸盐岩的表面。在粉砂岩、砂岩及碳酸盐岩的表面。 波痕类型很波痕类型很多，多，浪成波痕一般为对称型，而流水作用形成的浪成波痕一般为对称型，而流水作用形成的一般为不对称型。一般为不对称型。（一）层面标志（一）层面标志并不是浪成波痕都为对称波痕并不是浪成波痕都为对称波痕，据对称程度分，据对称程度分为：为：对称波浪波痕对称波浪波痕和和不对称波浪波痕不对称波浪波痕。 对称波浪波痕对称波浪波痕：是由水体振荡运动形成：是由水体振荡运动形成 不对称波浪波痕不对称波浪波痕：是由是由水体运动时往复速度
12、水体运动时往复速度不同不同而造成的。在滨岸地区，由于水体运动受而造成的。在滨岸地区，由于水体运动受海底摩擦作用的影响，海底摩擦作用的影响，波浪向陆的速度大于向波浪向陆的速度大于向海运动的速度海运动的速度，故波痕形成方式和单向水流的，故波痕形成方式和单向水流的波痕相似，内部只有一个方向的前积层。波痕相似，内部只有一个方向的前积层。利用波痕确定岩层顶、底面的利用波痕确定岩层顶、底面的主要标志主要标志是：是：尖脊尖脊指向顶面，指向顶面，圆弧状圆弧状波谷则指向底面。波谷则指向底面。仅适用于不对称型。仅适用于不对称型。印模印模：沉积物表面留下各种凹坑和沟槽被砂：沉积物表面留下各种凹坑和沟槽被砂所充填，对
13、称型波痕印模和波痕相似。所充填，对称型波痕印模和波痕相似。4.4.层面暴露标志层面暴露标志：当未固结的沉积物暴露在水面之：当未固结的沉积物暴露在水面之上时，其表面会留下各种成因的暴露标志。常见的上时，其表面会留下各种成因的暴露标志。常见的暴露标志有暴露标志有泥裂、雨痕泥裂、雨痕等。等。 泥裂（干裂）泥裂（干裂）：未固结沉积物露出水面后，经曝晒：未固结沉积物露出水面后，经曝晒干涸时收缩形成的与层面大致垂直的楔状裂缝。干涸时收缩形成的与层面大致垂直的楔状裂缝。 白垩系朱巷组（K1）中的泥裂合肥盆地网状、放射状或不规则分叉状，呈网状、放射状或不规则分叉状，呈“V”形。形。 上覆沉积物填充，底面形成上
14、覆沉积物填充，底面形成脊状印模脊状印模。楔状裂缝和脊状印。楔状裂缝和脊状印模的模的尖端均指向岩层底面尖端均指向岩层底面。泥裂常见于粘土岩、粉砂岩及。泥裂常见于粘土岩、粉砂岩及细砂岩层面上。细砂岩层面上。分析书图分析书图1-71-72) 雨痕和冰雹痕雨痕和冰雹痕：当雨当雨点或冰雹落在湿润而又点或冰雹落在湿润而又柔软的柔软的泥质或粉砂质泥质或粉砂质沉沉积物表面时，冲打出的积物表面时，冲打出的圆形凹坑及其凸起的边圆形凹坑及其凸起的边缘缘。雨痕被上覆沉积物。雨痕被上覆沉积物填充掩埋并成岩后，岩填充掩埋并成岩后，岩层面上会留下凹坑，在层面上会留下凹坑，在上覆岩层底面形成凸起上覆岩层底面形成凸起印模印模。
15、雨痕雨痕凹凹向底面。向底面。雨痕新疆民丰县安德尔河泥裂和雨痕（现代）新疆库车河泥裂和雨痕（现代）新疆库车河3.冲刷槽和冲刷印模冲刷槽和冲刷印模：水流的冲刷或水流携带物：水流的冲刷或水流携带物(如介如介壳碎片、岩屑、树枝等壳碎片、岩屑、树枝等) 的刻划在松软细粒（的刻划在松软细粒（泥质泥质）沉积物表面留的凹坑和沟槽称为冲刷槽。冲刷槽被砂沉积物表面留的凹坑和沟槽称为冲刷槽。冲刷槽被砂质沉积物充填，成岩后在泥质岩层之上的质沉积物充填，成岩后在泥质岩层之上的砂岩底面形砂岩底面形成的凸起印迹成的凸起印迹称作底面印模。（砂岩抗风化强，印模称作底面印模。（砂岩抗风化强，印模保留在砂岩底面）。保留在砂岩底面）
16、。 底面印模为砂岩底面底面印模为砂岩底面4.冲刷面冲刷面 固结或半固结沉积物顶固结或半固结沉积物顶面因流水冲刷而成。面因流水冲刷而成。为下伏层理顶面。为下伏层理顶面。5.生物标志生物标志 植物根系、贝壳类化石、叠层石等（生物活动）植物根系、贝壳类化石、叠层石等（生物活动）叠层石凸向顶面；根系向上收敛，贝壳凸向顶面，虫叠层石凸向顶面；根系向上收敛，贝壳凸向顶面，虫穴开口向上，爬行觅食迹为顶等。穴开口向上，爬行觅食迹为顶等。顶面顶面顶面顶面纹层凸出方纹层凸出方向即指示岩向即指示岩层的面向。层的面向。第二节 软沉积物变形一、负荷作用负荷作用二、滑塌和滑移作用滑塌和滑移作用三、孔隙液压效应孔隙液压效应
17、软沉积变形软沉积变形 ： 指沉积或成岩作用过程中形成的指沉积或成岩作用过程中形成的非构造应力非构造应力作用而作用而形成的变形。沉积物此时尚未固结成岩，形成的变形。沉积物此时尚未固结成岩，处于塑性或半处于塑性或半塑性状态塑性状态，故称之为软沉积变形。，故称之为软沉积变形。 构造应力构造应力：仅指各种地壳构造运动作用力影响下，地：仅指各种地壳构造运动作用力影响下，地壳中所产生的应力，如拉伸、挤压、剪切等。壳中所产生的应力，如拉伸、挤压、剪切等。 软沉积变形代表成岩前的变形，反映沉积物未固结时软沉积变形代表成岩前的变形，反映沉积物未固结时的构造环境、动力特征，易与变形构造混淆，如软沉积的构造环境、动
18、力特征，易与变形构造混淆，如软沉积褶皱。褶皱。软沉积变形的类型 一、负荷作用形成的软沉积变形一、负荷作用形成的软沉积变形（负荷构造、火焰构造、砂球和砂枕）（负荷构造、火焰构造、砂球和砂枕） 二、滑塌和滑移作用二、滑塌和滑移作用 三、与孔隙液压效应有关的软沉积变形三、与孔隙液压效应有关的软沉积变形一、负荷作用形成的软沉积变形（负荷构造、火焰构造、砂球和砂枕） 负荷作用负荷作用 负荷构造负荷构造 砂层砂层沉积处在塑性状态的沉积处在塑性状态的泥质泥质层层之上时由于超载或差异负载作之上时由于超载或差异负载作用使沉积物发生用使沉积物发生垂向流动垂向流动而成。而成。 压模压模：发育在泥质层之上砂层：发育在
19、泥质层之上砂层底面上的圆丘或不规则瘤状凸底面上的圆丘或不规则瘤状凸起（起（与印模区别与印模区别） 火焰状构造火焰状构造：下伏泥质层向上：下伏泥质层向上尖灭形成一排尖舌尖灭形成一排尖舌 二者成因一致二者成因一致 压模面为砂岩底面（不易风化）压模面为砂岩底面（不易风化）软沉积物变形砂岩球和砂岩枕砂岩球和砂岩枕砂岩球和砂岩枕发育全过程砂岩球和砂岩枕发育全过程在在差异负荷差异负荷状态下覆状态下覆于塑性于塑性泥质层之上的泥质层之上的砂质层砂质层，会因震动等，会因震动等触发而断开并下陷至触发而断开并下陷至泥质层中，形成砂球泥质层中，形成砂球或砂枕。这类砂球或或砂枕。这类砂球或砂枕相连或孤立产出。砂枕相连或
20、孤立产出。其周围的泥质层常绕其周围的泥质层常绕砂球或砂枕弯曲。砂球或砂枕弯曲。砂砂岩球和砂岩枕的凹面岩球和砂岩枕的凹面指向岩层顶面。指向岩层顶面。二、滑塌和滑移作用二、滑塌和滑移作用（滑塌褶皱、卷曲层理）（滑塌褶皱、卷曲层理）滑滑塌塌卷卷曲曲滑塌构造滑塌构造：松散沉积物在未固结成岩之前，在：松散沉积物在未固结成岩之前，在重力的作用重力的作用下沿斜下沿斜坡向下滑塌（或滑动）而形成的各种滑塌褶皱、滑塌断层及滑塌坡向下滑塌（或滑动）而形成的各种滑塌褶皱、滑塌断层及滑塌角砾岩等一系列相互有成因联系的构造。易与后期形成的褶皱、角砾岩等一系列相互有成因联系的构造。易与后期形成的褶皱、断层等相混淆。断层等相
21、混淆。卷曲层理：卷曲层理：上、下沉积层未变形，而夹在其中的沉积层明显的变上、下沉积层未变形，而夹在其中的沉积层明显的变形形，如盘回褶曲或复杂揉皱。与滑塌构造不同的是旋卷纹层的，如盘回褶曲或复杂揉皱。与滑塌构造不同的是旋卷纹层的纹纹层虽然强烈褶皱但仍非常连续层虽然强烈褶皱但仍非常连续，无断层、滑动及角砾化现象，而，无断层、滑动及角砾化现象，而且且仅限于一个层内仅限于一个层内，不涉及上下层。，不涉及上下层。其成因主要是由于沉积物的其成因主要是由于沉积物的液化作用和液化层的侧向流动的结果液化作用和液化层的侧向流动的结果。（上下层、无断层、连续、（上下层、无断层、连续、成因）成因）三、与孔隙液压效应有
22、关的软沉积变形三、与孔隙液压效应有关的软沉积变形 当饱和水的砂层被不透水层封闭并受到重当饱和水的砂层被不透水层封闭并受到重压等作用时，砂层中的孔隙水就会产生异压等作用时，砂层中的孔隙水就会产生异常高压，即常高压，即异常孔隙压力异常孔隙压力。孔隙压力可以。孔隙压力可以诱发近地表砂质层的滑坡，导致柔软沉积诱发近地表砂质层的滑坡，导致柔软沉积物出现各种滑塌构造，甚至促发大规模的物出现各种滑塌构造，甚至促发大规模的冲断作用。一些沉积岩中的砂岩墙，就是冲断作用。一些沉积岩中的砂岩墙，就是饱水砂层被压入裂隙中形成的。饱水砂层被压入裂隙中形成的。砂岩墙、砂岩床砂岩墙、砂岩床砂岩墙砂岩墙是是斜切岩层斜切岩层的
23、板状砂岩体，的板状砂岩体，形态不规则形态不规则者可称为者可称为砂岩脉砂岩脉（如图（如图1-21）。砂岩床砂岩床是与围岩是与围岩产状一致产状一致的砂岩体。（如岩床和岩墙）的砂岩体。（如岩床和岩墙）二者的成因相当复杂，但主要是未固结碎屑物质液化后贯入到裂二者的成因相当复杂，但主要是未固结碎屑物质液化后贯入到裂隙中形成的。隙中形成的。碟状构造（泄水构造）碟状构造（泄水构造）是指砂岩或粉砂岩是指砂岩或粉砂岩中凹面向上、形似盘碟的纹理。中凹面向上、形似盘碟的纹理。 由于由于孔隙水的泄出过程中，沉积物中水孔隙水的泄出过程中，沉积物中水分向上流动有关，破坏了原始沉积物的颗分向上流动有关，破坏了原始沉积物的颗粒支撑关系粒支撑关系，而引起颗粒移位和重新排列，而引起颗粒移位和重新排列，形成向上凹的似碟状模糊纹层构造。形成向上凹的似碟状模糊纹层构造。 纹层的凹面指向岩层顶面。纹层的凹面指向岩层顶面。碟状构造碟状构造
