构造地质学沉积岩的原生构造及产状

1、沉积岩的原生构造与产状1沉积岩原生构造及产状 一基本概念岩层:由两个平行或近于平行的界面所限制的岩性基本一致的层状岩体；沉积岩层：沉积作用所形成的岩层；层面、上层面（顶面）、下层面（底面）、岩层的厚度：真厚度、铅直厚度、视厚度沉积岩的原生构造：沉积岩在沉积或者成岩过程中产生的非构造变动的构造；层理：岩石的成分、结构及颜色等在剖面上的渐变或突变所显示的层状特征。2沉积岩原生构造及产状 二层理类型及识别岩石成分的变化 在成分比较单一的巨厚层岩石中，要注童寻找成分特殊的夹层。如块状砂岩中的砂砾层、粗砂岩夹层或透镜体；巨厚层石灰岩或白云岩中的薄层泥灰岩、页岩夹层或硅质条带等，这些夹层是识别巨厚岩层层理

2、的比较可靠的标志。岩石结构的变化 如砾岩中大小不同的砾石分层堆积呈带状，砂岩中云母呈面状分布，各种原生结核或扁平状砾石在沉积岩中呈面状排列等。岩石颜色的变化 在成分单一，颗粒较细，层理隐蔽的岩石中，如有颜色不同的夹层或条带，也可指示层理。但要注意区别由某些次生变化造成的岩石颜色差异。如氢氧化铁胶体溶液常沿节理或岩石孔隙扩散并沉淀，从而在岩石中形成不同色调的褐红色条带或晕圈，当其规模很大时在个别露头上观察，就容易误认为层理。岩层的原生层面构造 这些构造包括波痕、泥裂、雨痕、生物遗迹及其印模等。特殊的标志层。3原生构造及产状 三利用原生构造确定岩层顶底面 确定岩层的新老层序是野外观察地质构造的重要

3、问题。因为岩层形成并经受构造变动，虽然有的还保持其正常层序，即岩层的顶面在上，底面在下，沿着岩层倾向，按由老到新的层序排列；但也有些岩层在强烈的构造变动后，产状变为直立甚至发生倒转，造成岩层底面在上，顶面反而在下，使岩层沿着倾斜方向，出现由新到老的层序倒置的现象。确定岩层的地质时代和层序，主要是依据化石。但是在某些情况下，尤其在缺乏化石的“哑地层”中，也可以根据岩层的原生构造或某些次生构造，通过判别岩层的顶、底面去确定其相对新老层序。 利用次生构造(如层间小褶皱、劈理等)确定岩层顶、底面问题，将在后面有关章节中论述。4三利用原生构造确定岩层顶底面 1 斜层理 交错层理又叫斜层理，由一系列斜交于

4、层系界面的纹层组成，有多种类型。其中，可用来判别岩层顶、底面的交错层理有板状和槽状交错层理这两种交错层理的斜纹层均呈弧形，斜纹层的顶部被截切，与层系面呈高角度相交，下部常逐渐收敛，变缓，与底面小角度相交或相切。纹层凹向顶面，凸向底面。5三利用原生构造确定岩层顶底面 2 粒级层理又称粒序层理、递变层理，是碎屑物质在沉积过程中由于流体(通常是浊流)逐渐衰减而形成的一种沉积结构。甚特点是，在一个单层中，从底到顶颗粒由粗逐渐变细。例如，由底部的砾石或粗砂向上递变为细砂，粉砂以至泥质。图示的递变层理是携带各种粒级悬浮体的浊流沉积；虽然其中混有粗细不同的颗粒，但总的特点仍是下粗上细。另外，递变层理的顶面与

5、其上一层的底面是突变的，有明显的界面。 6三利用原生构造确定岩层顶底面 2 粒级层理 在少数情况下，会出现反向递变层理，即在一个单层内由底到顶粒度逐渐变粗，这是由于水流逐渐加强等原因造成的，它与正常递变层理的区别在于它的顶面是渐变过渡的。 粒级层理除发育于砂岩等碎屑岩中外，在以凝灰质为主的火山碎屑岩中也可见到，也同样可作为鉴别岩层顶、底面的特征。 这种具粒级层理特征的岩层变成浅变质岩石时，还可能保留粒级层理的特征。不过当变质程度较深时，由于成分、粒度不同，对变质作用的反应也不同，如原来细致的泥质物质经重结晶，可能形成比由砂质变质的石英质粒度还要粗大的新矿物，因而会出现与原岩粒级层理相反的现象。

6、此外，在某些粗碎屑岩中，也有反粒级层理的现象。因此，在利用粒级层理判断岩层顶、底面时，要注意区别这些反常现象。7三利用原生构造确定岩层顶底面 3 波痕及印模 波痕的成因和类型很多，能指示岩层顶、底面的主要是对称型的浪成波痕。 浪成波痕由尖棱状波峰和圆弧形波谷组成(图1-4)。这种波痕无论是原型还是其印模，都是波峰尖端指向岩层的顶面，波谷的圆弧则是凸向底面。波痕常见于砂岩、粉砂岩、泥灰岩和石灰岩中。8三利用原生构造确定岩层顶底面 4 泥裂及印模泥裂又称干裂，是未固结的沉积物露出水面，失水干固时，因收缩而形成与层面大致垂直的裂缝。泥裂常见于粘土岩和粉砂岩中，也见于碳酸盐岩中。泥裂使层面构成网状、放

7、射状或不规则的分又状的裂缝，在剖面上一般呈“V“字型(有时切穿层面也可呈“U”字型)这些裂缝为上覆沉积物填充时，其填充层的底面成为脊形印模(图2-7)。无论是楔形裂缝或脊形印模的尖端均指向岩层的底面，即指向较老岩层。 9三利用原生构造确定岩层顶底面 5 雨痕及印模 雨痕和冰雹痕是雨点或冰雹落在湿润而柔软的泥质或粉砂质沉积物上，冲打出圆形或椭圆形，边缘略高于沉积物表面的凹坑。冰雹痕较雨痕大而深，形状不太规则，也较粗糙，凹坑边缘也较高。两种凹坑形成后又被上覆沉积物填充掩埋，成岩之后，遂在岩层的顶面上留下凹坑，而在上覆岩层的底面形成圆形或椭圆形瘤状突起的印模。因此，凹坑总是分布在岩层的顶层，瘤状印模

8、则出现在岩层的底面，或者说，凹坑和瘤状印模的圆弧外形总是凹或凸向岩层的底面。 此外，还有许多不同成因、形态各异的印痕和印模，如由生物活动形成的虫迹、脚印；流水的流痕，或者流水携带某些“工具(如石块、贝壳、树枝等)对沉积物表面的冲击或刻划所造成的各种印痕；它在上覆岩层底面都会形成各种对应的印模，如槽模、沟模、。这些印痕和印模都是凹形印痕分布在岩层的顶面上，凸起的印模则出现在岩层底面上。 10三利用原生构造确定岩层顶底面 6冲刷痕（面） 固结和半固结的沉积层的顶面，会因水流冲刷而成为凹凸不平的冲刷面。而在这不平整的冲刷面之上再沉积时，被冲刷下来的下伏岩层的碎块和砾石又往往堆积在冲刷出的沟、槽中。根

9、据冲刷面和上覆岩层的碎屑可以判别岩层的相对层序。 11三利用原生构造确定岩层顶底面 7 生物标志 由某些藻类形成的叠层石，虽其类型不同、形态各异，如柱状、分枝状和锥状等，但均具有向上穹起的叠积纹层构造，这些穹状纹层的凸出方向即指示岩层的面向。 根系向上变粗并收敛，向下变细且分叉。此外，生物活动造成的遗迹化石，如三叶虫的停息迹、爬行觅食迹及潜穴的蹼状构造凹面均指示岩层的顶面。异地埋藏的腕足类、腹足类和瓣鳃类介壳化石，多数保持着凸面向上的稳定状态，故其凸面方向往往指示岩层的面向。12三利用原生构造确定岩层顶底面 软沉积变形构造 软沉积变形是指沉积物尚未固结成岩时发生的变形。构造研究确认，软沉积变形

10、是比较常见的，有些还具有一定的规模。斯宾塞(E.W.Spencer,1977)指出，褶皱造山带中坚硬岩石内见到的一些构造，可能是在沉积物尚未固结或半固结时形成的。他甚至提出，巨大的逆冲断层、褶皱系，甚至某些板状劈理，都可能是岩石处于半固结状态时发生的。我们提出软沉积变形的目的：一方面是要指出构造现象并不全是成岩后构造作用引起的，以便更好地理解构造形成和发展的复杂历程，另一方面是为了正确分析和区分成岩前与成岩后的变形和其叠加关系，避免构造分析的简单化。 软沉积变形涉及面很广，包括形成软沉积变形的构造环境、动力或促成因素、形态类型等。 从局部沉积区来说，软沉积变形的形成作用主要包括负荷作用、重力滑

11、塌和滑移作用、液化作用、孔隙压力效应以及水体拢动作用等。以下着重对一些常见的软沉积变形作一实例分析。13三利用原生构造确定岩层顶底面 8压模与火焰构造 压模是一种底面印模，又称重荷模或负荷铸型，一般发育在泥质物之上的砂层底面。呈圆丘状或不规则的瘤状突起其排列杂乱，大小不一，突起高度从几毫米到十几厘米，但在同一层面上，压模的形状和大小较近似。有时砂岩中的原生层理因这种构造存在而变形，但向上层面逐渐恢复正常。 压模是当砂层沉积处在塑性状态的泥质层之上时由于超负载或差异负载作用使沉积物发生垂向流动而成。14三利用原生构造确定岩层顶底面 8压模与火焰构造 火焰状构造是与压模密切相关的一种现象，即下伏的

12、泥质层向上尖灭形成一排尖舌(图1-17)，这些尖舌有时弯曲并向一个方向倾斜。这是由于上覆砂岩的不均匀负载压力使砂岩之下呈塑性状态的泥质沉积物挤入负载瘤状突起之间形成的 压模和火焰状构造在判断岩层面向时是极为重要的标志。具压模的层面为岩层的底面，火焰状构造的泥质舌尖指向岩层顶面。15三利用原生构造确定岩层顶底面 9球状与枕状构造 球状和枕状构造多发育在泥岩或粉砂岩之上的砂岩底部，一般局限在某一层内。其特征是，砂岩层的底部往往破裂成紧密排列或孤立分布的膝垫状和枕状体，有的为半球状或肾状体，大小从几厘米到数米不等。砂岩的纹层与砂体的枕状边界一致，常呈向上凹的盆状或倒蘑菇状。 发育球、枕构造的砂岩层具

13、有起伏不平的底面和平直的顶面，其下伏泥质层常常发生变形，甚至被挤压成舌状伸入到砂岩枕和砂岩球之间 球状和枕状构造是由于地震、水体扰动和局部负重使砂层破裂、下沉而形成的。某些砂岩球和砂岩枕的形成也可能与滑塌作用有关。 其凹面指向岩层顶面。16三用原生构造确定岩层顶底面 10滑塌构造与卷曲层理 滑塌构造是指松散沉积物在未固结成岩之前，在重力的作用下沿斜坡向下滑塌(或滑动)而形成的各种滑塌褶皱、滑塌断层及滑塌角砾岩等一系列相互有成因联系的构造。 风暴、海啸、地震等因素常诱发滑塌构造的产生。滑塌构造往往涉及到一个以上的沉积层，褶皱变形纹理极复杂且不连续。滑塌构造的规模和厚度变化很大，小到厘米尺度，大到

14、几十公里的范围。大的滑塌构造被卷进的地层可达数十米至数百米厚，且往往有很大的位移。但不论其规模大小，滑塌构造均仅局限于与斜坡有联系的局部地带。17三用原生构造确定岩层顶底面 10滑塌构造与卷曲层理 卷曲层理是具有强烈卷曲或复杂褶皱的变形纹层(图1-20)。变形纹层仅局限在一个特定的厚度稳定的沉积层内，其上下相邻岩层均未变形，多数具卷曲变形的岩层厚度在2.5-25cm之间。卷曲层理不同于滑塌褶皱，其中的纹层即使褶皱极为强烈，但仍非常连续，不伴有断层和角砾岩化现象。 卷曲层理主要产于细砂岩和粉砂岩中，在复理式地层，尤其是浊积岩中最为发育。卷曲层理有的是由于沉积物发生差异液化、侧向流动而成；有的则是

15、因水流的拖曳作用引起层理变形所致。18三用原生构造确定顶底面 11砂岩墙（床）、叠状构造 砂岩墙是斜切岩层的板状砂岩体，形态不规则者可称为砂岩脉（图1-21)。砂岩床是与围岩产状一致的砂岩体。砂岩墙和砂岩床的成因相当复杂，但主要是未固结碎屑物质液化后贯入到裂隙中形成的。它们的形态和规模差别极大，内部常具有流动构造，反映了液态的液化碎屑物质的贯入-变形作用，为构造作用和孔隙压力引起砂岩或砂层液化，其形成机制仍在探索之中。 叠状构造系指砂岩或粉砂岩中凹面向上、形似盘碟的纹理图1-22)。直径一般在1-50cm之间，边缘上翘，在横向上呈断续分布，在垂向上互相叠置。它们的形成与沉积物中的水分向上流动有

16、关。这种碟状纹层的凹面指向岩层顶面19三用原生构造确定岩层顶底面，并恢复褶皱剖面形态20四 沉积岩产状 平面的产状要素走向：岩层与水平面的交线所指的方向（AB或BA，0-360）；倾向：层面上与走向垂直的线（倾斜线）在水平面上的投影线指向岩层倾斜下方的方向（0D）；倾角：层面上与走向垂直的线与其在水平面上的投影线的夹角（a）；-视倾向：层面上与走向不垂直的线（倾斜线）在水平面上的投影线指向岩层倾斜下方的方向（0D）；视倾角：层面上与走向不垂直的线（视倾斜线）与其在水平面上的投影线的夹角（）；21四 沉积岩产状 直线的产状要素倾伏向与倾伏角：倾伏向：空间倾斜直线在水平面的投影线指向直线下倾的方向

17、；倾伏角：空间的倾斜直线与其在水平面的投影线的夹角；侧伏向与侧伏角：当线状构造包含在某一倾斜平面内时，此线与该平面走向线间所夹的锐角即为此线在那个面上的侧伏角。侧伏方向或侧伏向就是构成上述锐夹角的走向线的那一端的大致方向。22四 沉积岩产状 产状的测定及表示方法岩层产状要素通常是用地质罗盘直接在层面上测量。也可用经纬仪测量。在难以准确测定时，可根据钻孔资料、地形地质图上的表现等求出岩层的产状要素。 岩层的产状要素可用文字和符号两种方法表示。由于地质罗盘上方位标记有的用象限角表示，也有的用3600的圆周角表示，因此文字表示也有两种： (1)方位角表示法 一般只测记倾向和倾角。如SW2050250

18、(也可书写为2050250)，前面是倾向方位角，后面指倾角，即倾向为南西2050，倾角250。 (2)象限角表示法 以北和南的方向作为00，一般测记走向、倾角和倾向象限。如N650W250SW，即走向为北偏西650，倾角为250，向南西倾斜。在地质图上，岩层产状要素是用符号来表示。常用符号如下： 长线表示走向，短线表示倾向，数字表示倾角。长短线按实际方位标绘； 岩层产状是水平的； 岩层直立，箭头指向新岩层； 岩层倒转，箭头指向倒转后的倾向，即指向老岩层，数字是倾角度数。23四 沉积岩产状 岩层的厚度厚度(一般指岩层的真厚度)是指岩层的两个平行界面之间的垂直距离；在与岩层走向斜交的直立剖面或在与

19、岩层面不垂直的任何方向的非直立剖面上测得的岩层顶、底界线之间的垂直距离，都是视厚度；铅直厚度是指岩层顶、底面之间沿铅直方向的距离。地质工作中，经常要测量和使用的是岩层真厚度。得知岩层的真厚度和真、视倾角，铅直厚度和视厚度即可用三角公式求出。24四 沉积岩产状 岩层的原始产状、地质界线岩层的原始产状：在广阔而平坦的沉积盆地(如海洋和大湖泊)中所形成的沉积岩层，其原始产状大都是水平的或近于水平的。只有在沉积盆地边缘、岛屿、水下隆起和火山锥周围边坡等局部地带，岩层才会出现一定程度的倾斜，是为原始倾斜。因此，将岩层的原始产状理解为水平的，以水平面作为参考面，是认识和分析地质构造的一个基本前提。原始产状

20、呈水平的岩层，在地壳运动影响下发生构造变形，形成倾斜岩层、直立岩层、倒转岩层和各种褶曲形态，但也有一些岩层仍保持其水平状态。各种地质界面在地表的出露线就是地质界线。地质界线的形态取决于地质界面的形态、产状和地面起伏状态。当地面接近于水平面或可近似地视其为水平面时，地质界线就是地质界面与水平面的交迹线，其形态只取决于地质界面的形态和产状。当地形是一个波状起伏的曲面时，它与各种产状、形态的地质界面相交的迹线，即地质界线的出露形态是不同。25四 沉积岩产状 水平岩层在地质图上的特点在地形地质图上，岩层面的出露界线与地形等高线平行或重合。在山顶或孤立山丘上的地质界线呈封闭的曲线；沟谷中呈尖齿状条带，其尖端指向上游。岩层出露宽度是其上层面与下层面出露界线间的水平距。同一厚度的岩层，其出露