第五章 碎屑岩的构造和颜色

碎屑岩的构造和颜色包括沉积构造的分类，层理最常见流动成因构造，层面构造，变形层理，化学成因的构造，生物成因的构造。

第五章 碎屑岩的构造和颜色

• 第一节 沉积构造的分类
  • 一、概念
    • 1、沉积构造：是指岩石各组成部分的空间分布和排列方式
  • 二、沉积构造的分类
    • 碎屑岩中有着丰富的沉积构造，据其成因和形态可进行详细的划分
• 第二节 层理最常见流动成因构造
  • 一、 基本术语及分类
    • 1、层理
      • 层理是岩石性质沿垂向变化的一种层状构造，它可以通过矿物成分、结构、颜色的突变或渐变而显现出来。 或：岩石的成分、结构、颜色、形象等在垂直层面的方向上有明显变化而显现的特征称沉积岩的“层理构造”，简称“层理”
    • 2、层理基本术语
      • (1)纹层(细层):组成层理的最基本的最小的单位，纹层之内没有任何肉眼可见的层。其厚度甚小，一般为数毫米至数厘米
      • (2)层系：由许多在成分、结构、厚度和产状上近似的同类型纹层组合而成，它们形成于相同的沉积条件下，是一段时间内水动力条件相对稳定的产物。水平和波状纹层的组合，一般情况下不再划分层系。纹层组→层系
      • (3)层系组(层组)：由两个或两个以上岩性(成分、结构)基本一致的相似层系或性质不同，但成因上有联系的层系叠覆组成，其间没有明显间断，是同一环境的连续生成物。层系→层系组
      • (4)层(岩层)：组成沉积地层基本单位。成分基本一致岩石组成，在较大区域内，基本稳定自然条件下沉积而成。一个层可以包括一个或若干个纹层、层系或层系组
      • 按厚度可划分为:块状层(> lm)、厚层(1.0~0.5m)、中层0.5~0.1m)、薄层(0.1~0.01m)、微细层或页状层(<0.01m) (1)层可以根据它在成分和结构上的不连续性与上下邻层区分开。(2)层可包括一个或若干个纹层、层系或层系组。
  • 二、主要层理类型介绍
    • 1. 水平层理和平行层理
    • 2. 波状层理
      • 波状层理：纹层成连续的波状，或薄的泥纹层和砂纹层成波状的互层。纹层呈对称或不对称波状，但其总的方向平行于层面
      • 形成动力：可由波浪振荡运动造成的，形成对称形态波状层理；在悬浮物丰富条件下，也可由单向水流的流动造成的，形成不对称波状层理，同时叠覆层的相位错开
      • 形成环境：波状层理形成于水介质稍浅地区，如在海、湖的浅水地带和河漫滩等地区较常见，在海湾、泻湖等地区也可见
    • 3. 交错层理
      • 概念：通常也称斜层理，是由一系列斜交于层系界面的纹层组成。斜层系可以彼此重叠、交错、切割方式组合 。类型最多，成因多样，意义最重要的层理类型
      • (1)板状交错层理：层系之间界面为平面而且彼此平行。大型板状交错层理在河流沉积中最为典型，常具如下特征：层系底界有冲刷面，纹层内常呈下粗上细粒度变化，有纹层向下收敛
      • （2）楔状交错层理：层系之间界面为平面，但不互相平行，层系厚度变化明显呈楔形。层理系间常彼此切割。纹层倾向及倾角变化不定，常见于海、湖浅水地带和三角洲地区
      • （3）槽状交错层理：层系底界为槽形冲刷面，纹层在顶部被切割。大型槽状交错层理层系底界冲刷面明显，底部常有泥砾。多见于河流环境中
      • ⑷、其它典型
        • ①爬升波纹交错层理(或上攀层理)：特点是后一个层系爬叠在前一个层系上.形成条件:悬移物质供应充分，悬浮物的沉积数量，大于流水搬运沉积物的数量。
        • ②羽状交错层理:(青鱼骨刺式交错层理)：纹层平直或微向上弯曲，相邻斜层系的纹层倾斜方向相反，延伸至层系界面时彼此呈锐角相交，呈羽毛状 。这种层理是在有反向往复水流存在的环境中形成的。常见于河流入湖、海的三角洲地带。也是潮汐环境典型的有代表性的层理类型。
        • ③浪成交错层理：是典型波浪成因的一种中、小型交错层理，其特点是：层系界面不规则，成波状起伏，前积层上叠成束状，层系成膨胀的凸镜状，层系内部细层可保留前积层和后积层，成不对称的波状
        • ④ 冲洗交错层理（双向交错层理）: 是典型波浪成因的交错层理。多发育在近岸的前滨冲洗带。。 特点：a.细层和层系的倾角均很小，细层与层系夹角2～10度；b.相邻细层倾向、倾角不一致，但细层一般倾向海方；c.组成细层的砂粒结构成熟度和成分成熟度高，重矿物多，可有逆粒序；d.细层倾角小，延伸远（可达30m），层系厚度稳定（厚1～35cm。
        • ⑤丘状交错层理(风暴交错层理)：由风暴浪形成的，常是大型交错层理，是风暴岩的标志之一。 特点：a. 由一系列缓波状起伏的向上凸起的丘和向下凹的洼组成细层和层系，丘和洼的高20～50cm。b. 细层倾角常＜ 15度，且各部位倾角有变化。 c. 层系上部被侵蚀，纹层与层系底近乎平行，而中部呈发散-收敛状。d. 水体较深，沉积物细，多为细砂岩和粉砂岩，无粒序，但顶部可有植物和云母碎片。
        • ⑥风成交错层理：特征：层系通常厚度巨大，甚至可达30m。前积纹层具有高角度倾角，一般在25º～34º之间，甚至大于空气中的休止角，可达40º以上。交错层形态多呈槽状，也有板状或楔状，常见纹层与层系底界成切线接触。风成砂岩成分成熟度高，不含泥质，磨圆和分选较好，有助于该类层理成因的确定
    • 4.
      • 压扁层理（脉状层理）砂>泥：是在波谷及部分波脊上含有泥质条纹的沙纹层理。在涨潮及退潮流的活动期，形成砂质纹层，而泥质保持悬浮状态；在静水期，悬浮泥质沉降覆盖在沙纹上，当下一个潮汐流和活动期开始时，波脊上的泥被削去，而波谷中的泥被新的沙纹覆盖而保存，最终形成脉状层理。
      • 透镜状层理：泥质中夹有砂质透镜体，其形成条件与脉状层理相反，是在潮汐水流或波浪作用较弱，并且砂供应不足，泥质比砂质的沉积和保存均有利的条件下形成
      • 波状复合层理：两种层理之间的过渡类型。这三种层理常相互伴生，主要出现在粉砂和粉砂质泥岩中，在潮间坪及潮上坪环境中常见，又称潮汐层理
    • 5. 递变层理又称粒序层理
      • （1）完全递变,是水流强度渐减弱的产物，多见于河流
      • （2）递变不完全，多是流速度突然减低的结果，多见于重力流
    • 6、韵律层理：是在成分、结构与颜色方面不同的薄层作有规律地重复出现而显现的层理构造。 这种韵律性重复的原因是物质搬运或产生方式有规律地发生交替变化造成的。如:潮汐韵律;或者是长期的，季节韵律。
    • 7、均质层理或块状层理：呈现大致均质外貌，不具任何纹层构造的层理。在细粒与粗粒沉积中都有块状层理出现。非常快速地沉积而成或生物的强烈搅动作用形成
  • 三、流动体制、床砂形态及与层理形成的关系
    • 底形或床沙形体：实验和观察均表明，随流水的流动底床上的推移荷载必定铸造成各种几何形体，这些几何形态体则称为床砂形体。
    • 流动体制即水流的急与缓的状态可分：(1)下部流动体制(低流态)，Fr<1；(2)过渡流动体制(过渡流态)，Fr=l；(3)上部流动体制(高流态)，Fr>l。
    • 床砂形体与水流强度密切相关：(1)静水状态或当流速极缓时，平坦床砂，保存在层内即为水平层理; 水流速度极小，Fr <<1时，床沙形成沙纹。 (2)水流速度变大，Fr<<1时，沙纹加高加长形成沙垄。 (3)当水流速度再大，沙垄进一眇加高加长形成形成大型沙垄、沙浪。Fr<l的低流态，产生前积纹层，称异相位。 (4)水流速度再加大,Fr≤1时，沙垄因受侵蚀而降低高度，产生受冲刷侵蚀的沙垄。 (5)水流速度更大，Fr>1时，床砂全部滑、滚连续迁移，形成平坦底床。 (6)水流速度>2m/s，Fr>>1时，床沙形态的下游一侧受侵蚀，碎屑堆积在迎流面而形成逆行沙波。 (7)水流速度更大，逆行沙波加高加长。 (8)水流速度更强时，Fr>>>1，床沙几乎全部被搬运并在床沙表面出现冲槽和冲坑。Fr>l的高流态，沙波与水面波起伏相同，称同相位，遭侵蚀或产生后积纹层
• 第三节层面构造
  • 层面构造:在岩层表面呈现出的各种不平坦的但却有一定规律的上凸或下凹的形体。层面构造有的保存在岩石层面上，如波痕、剥离线理、干裂纹、雨痕冰雹痕等;有的保存在岩层的底面上，特别是砂岩底面铸模构造，如槽模、沟模等。层面构造可分为流动成因和暴露成因两类
  • 一、波痕 --最常见的上层面构造
    • 1、波痕:波痕与交错层理是同一事物的两个方面，它们的形成条件是密切关联的。砂波迁移在层内保留下来的底床形态，即为交错层理;而当它们被埋藏下来保留在层面上，即为波痕。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。为了对波痕进行定量研究，需要了解以下各种波痕要素:
    • 2. 波痕要素
      • 波长L--相邻波峰或波谷间的水平距离；波高H--波峰与波谷之间高差；波痕指数L/H--波长与波高的比值，不对称度RSI(RSI=L1/L2)
    • 3. 按成因可分为
      • (1)流水波痕：特点:①波峰、波谷均较圆滑，呈不对称状，不对称指数>2(或2.5)，多为8~15，波长>60cm的大型流水波浪一般>15;②陡坡倾向指示水流方向 环境:由定向流动的水流形成，见于河流和存在有底流的海湖近岸地带。在海、湖滨岸，波峰走向大致平行岸的延伸方向，陡坡朝向陆地。
      • ⑵浪成波痕：特点：①波峰尖锐，波谷圆滑，形状对称，不对称指数近于1，波痕指数一般为4～13，多数为6～7。而拍岸浪波痕指数可达20；②并可呈不对称状 环境：一般由产生波浪的动荡水流形成，常见于海湖浅水地带,其陡坡朝向岸的一方
      • ⑶风成波痕：特点：①呈极不对称状，不对称度比流水波浪更大，波痕指数很高，变化范围为10～70，一般在15～20以上，个别达50，甚至更大。波峰、波谷都较圆滑、开阔，但常常谷宽峰窄；②陡坡倾向与风向一致。 环境：由定向风形成，常见于沙漠及海、湖滨岸的沙丘沉积中。应当指出的是，风成波浪成石化状态的极为罕见
      • ⑷其他波痕：除简单的波痕形态外，还常见到两组或两组以上的复合形态。有的可见到两组波痕成一定角度相互交叉，呈蜂巢状或多角状；有的可在较大型波痕背景上叠覆有次级波痕；另外，可见波痕被切蚀使其波峰部分或全部受到破坏。所以这些干涉波痕、叠覆波痕和削顶波痕都取决于当时水位、浪基面、介质运动方向和强度的变化。环境：这些波痕一般形成在浅水和极浅水的环境，常可作为浅水和极浅水环境的标志。
  • 二、剥离线理构造
    • 概述
      • 剥离线理是一种原生流水线理构造，主要出现在具有平行层理砂岩中，沿层面剥开出现大致平行的1-2个砂粒高度的线状沟或脊，镜下可见长形颗粒定向排列。剥离线理一般平行于古水流方向，故人们将其定为原生沉积构造。因为该构造是在层理剥开面上比较清楚，才通称为剥离线理构造。它是由砂粒在平坦底床上作连续迁移时所留下的痕迹，所以常与平行层理共生。
  • 三、泥裂（干裂）
    • 泥裂也称为干裂，它是沉积物露出水面时因曝晒干涸所发生的收缩裂缝。
    • 形成条件：①泥质沉积物(或灰泥)露出水面并干 涸收缩；②重新沉降水下并接受砂质沉积物的充填；
    • 特征：平面上泥裂常呈网格状龟裂纹，把岩石切割成多角形；断裂面上常呈“V”字形；规模不一，裂缝上部宽度一般小于2～3cm，深度自几毫米到几十厘米
  • 四、雨痕和冰雹痕
    • 雨痕是指雨滴降落在松软沉积物表面时所形成的小型撞击凹穴。如果雨滴垂直降落，则凹穴为圆形；如果雨滴倾斜降落，则凹穴略呈椭圆形。凹穴边沿耸起，略高于地面，且粗糙。降雨多时，凹穴形状多不规则；在偶有降雨的地方，雨痕易于保存。所以，雨痕主要见于干燥与半干燥气候条件下的陆相泥质沉积。冰雹痕形似雨痕，区别在于冰雹痕较大、较深，且不规则，其边沿比雨痕更为参差不齐
  • 五、岩层底面构造——底模
    • 1．槽模：底面构造槽模是分布在砂质岩层底面上的一种半圆锥形突起构造形体，它是定向的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。形态特点：①在岩层底面上略呈对称的伸长状、椭圆状、舌形、三角形状的隆起体，对称轴彼此平行并平行于流水方向；②在平行于流水的剖面上，一端陡峻而另一端平缓并渐消失于层面；常成群出现。
    • 2．沟模：地面构造--沟模是砂质岩层底面上一些稍微突起的直线形的平行脊状构造。脊的起伏通常只有1～2mm，极少超过1cm，但可延长较远，且较平直。它是由下伏泥质岩层面上的细沟被砂质物充填而成
  • 六、冲刷面构造
    • 流动介质流速突然增大（如河流由的山区进人平原、浊流的突发、潮水的流动），将对下伏的疏松沉积产生一定的侵蚀作用，形成起伏不平的不规则侵蚀凹坑
    • 冲刷-充填构造:侵蚀作用后能量释放，被冲刷下来的下伏沉积(以粘土和粉砂为主)搬运不远(近于原地)接着又沉积下来，充填于凹坑中。 在冲刷面上常含有陆源砾石或下伏(盆内)沉积物被冲刷、破碎、再磨圆的泥砾。
• 第四节 变形层理
  • 变形构造:也称同生变形构造，是指在沉积作用的同时或在沉积物固结成岩之前处于塑性状态时发生变形所形成的各种构造
  • 一、负载构造(重荷模）
    • 1、负载构造也称负荷构造、载荷模构造、重荷模构造等：是指覆盖泥岩之上的砂层底面上的不规则瘤状突起。负载构造形状很不规则、大小不一、无优选方向、内部纹层复杂、是差异压实的产物、与砂球砂枕共生，可与槽模相区别。
    • 2. 火焰构造：当下伏软泥中的纹层发生畸变时，常被向上挤入夹于下垂的负载构造之间，呈薄的舌状体
  • 二、球枕构造（假结核）
    • 是砂岩层被分割成许多紧密或稀疏排列的陷落于下伏泥岩内的椭球状或枕状的砂质块体。成因：差异压实；振动塌陷。
    • 特征：①发育于砂、泥互层的泥岩内部，愈近泥岩上界面球枕数量愈多个体愈大;②砂岩被分割成大小不一的塑性变形状的球枕状块体；③球枕内部常有变形纹层或包卷纹层；④常与重荷模伴生。
  • 三、包卷层理（变形层理、揉皱层理）
    • 是指在一个岩层内所产生的纹层盘回和扭曲现象。主要见于较薄层粗粉砂层和细砂层中，可以是硅质的或碳酸盐质。又称扭曲层理或揉皱层理。
    • 包卷层理特征:常被限于一个层内连续分布;显示出小型开阔向斜和紧密背斜的复杂现象，这些褶曲常常是顺滑塌方向倒转，且褶曲轴大致平行;纹层复杂变形揉皱但无断裂;向岩层底部渐趋消失，向顶部渐趋消失或被侵蚀截割。包卷层理在浊流沉积中较为常见，如鲍玛序列的“C”段（包卷层理段）。但在潮间滩地与河流环境中小的泛滥平原及点砂坝也很丰富
    • 多种成因解释：沉积物的液化作用，即液化层的层间流动引起原生层理的弯曲，无疑是非常重要的因素。液化流与震动、流体的拨吸、顺层滑动等
  • 四、滑塌构造
    • 是指斜坡上未团结的沉积物在重力作用下发生滑动而形成的变形构造。
  • 五、泄水构造（碟状构造）
    • 1．碟状构造系由模糊的形如蝶状的上凹纹层组成，直径一般为几厘米，它们在横向上断续分布，垂向上互相重叠，其下部可见泄水通道或泄水管构造。
    • 2．一般认为，碟状构造的形成与快速堆积的沉积物中孔隙水的向上泄出引起颗粒重新排列有关，因而又称为泄水构造。这类构造主要出现在迅速沉积并饱含孔隙水和有较强震动作用的砂岩中，尤其是斜坡脚根部的重力流环境
• 第五节 化学成因的构造
  • 是指在成岩作用过程中和其以后由化学作用所形成的构造。这类次生成因的沉积构造多是沉淀和溶解二种作用的结果。属于这一类的构造有晶体印痕和结核等
  • 一、晶体印痕
    • 如果条件适宜，在松软沉积物表面上可形成盐类和冰等物质的结晶体，这些晶体后来由于熔融、溶解作用等而消失;从而在层面上留下特殊的晶体印痕
  • 二、结核
    • 结核是岩石中的近等轴状或不规则状的自生矿物集合体，表现为在成分、结构、颜色等方面与围岩有显著差别的不规则团块。它主要是由在本固结的沉积物中呈溶液状态的分散物质重新分配和集中并逐渐增长而成。结核的形状通常为球状、椭球状、饼状或不规则状。有时也常见管状。结核的大小可以<1cm至数十厘米
    • 特征：①结核在围岩中可以单独存在，也可呈串珠状成群产出，甚至平行层面分布。它们与围岩的界限一般是清楚的,但也有逐渐过渡，不甚清晰的。②常见的结核的成分有碳酸盐、硫化铁、硫酸盐、硅质、磷酸盐及锰质等。结核成分常与一定的岩性和形成条件有关。结核的内部构造很不相同，可以是均质的、同心圆状或放射状等。干燥脱水收缩，可产生网状裂缝。裂缝通常从里往外，由宽变窄，后被其他矿物充填，形成龟背石构造。
    • 查明结核与围岩层理之间的关系可阐明结核的成因。按其成因有人把结核分为同生的、成岩的和后生的三类。
• 第六节 生物成因构造
  • 生物成因构造是指保存在沉积物表面和内部的生物活动的遗迹或痕迹，又叫遗迹化石。包括生物遗迹构造、生物扰动构造、植物根迹等。
  • 一、生物遗迹构造
    • 常生物遗迹构造: 是指由生物活动而产生于沉积物表面或内部并具有一定形态的各种痕迹。根据生态习性特征可将遗迹化石分为: 停迹、爬迹逃逸迹、觅食速、牧食迹、居住迹
  • 二、生物扰动构造
    • 底栖生物的活动使沉积物层理遭到破坏，而又未能留下可辨认的形体。
    • 斑点构造也是生物作用的结果。在泥质沉积物中，有砂质潜穴呈不规则斑点状分布的现象，一般是生物扰动的良好标志。这些标志在不同的岩类和沉积环境中的分布是不均衡的。当生物搅动强烈时，可使无机沉积的原始构造（层理）全部破坏，形成具块状层理的生物扰动岩。均质化的砂质扰动岩具良好含油气性。
  • 三、植物根茎构造
    • 植物根呈炭化残余或技叉状矿化痕迹出现在陆相地层中，它们在煤系中特别常见，是陆相的可靠标志。
    • 特征：矿化残余或矿化痕迹呈植根状。在煤系地层中，经常被铁和钙的碳酸盐所交代，形成各种形状的结核——植物根假象，有时可以成为一定层位的典型标志。在红层中，通常植物根完全烂尽，但有时可以根据模糊的绿色（或灰蓝色）枝叉状痕迹加以区别，这是由于氧化铁受到植物有机体的局部还原作用造成的。植物根印痕对识别淡水和微咸水环境很有价值。
• 第七节 碎屑岩的颜色
  • 碎屑岩的颜色是碎屑岩最醒目的标志，是鉴别岩石、划分和对比地层、分析判断古气候和古地理条件的重要依据之一。
  • 一、碎屑岩颜色的成因类型
    • 碎屑岩的颜色，按成因可分为三类，即继承色、自生色和次生色。继承色和自生色都是原生色
    • 1、继承色(原生色)：主要取决于陆源碎屑颗粒的颜色，而碎屑颗粒是母岩机械风化的产物，故碎屑岩的颜色继承了母岩的颜色。石英砂岩、石英砾岩因为碎屑石英无色透明而呈白色
    • 2. 自生色（原生色）由沉积物质及早期成岩过程中自生矿物赋予岩石的颜色，称自生色。比如，含海绿石或鲕绿泥石的岩石常呈各种色调的绿色和黄绿色，红色软泥是因为其中含赤铁矿。
    • 3．次生色：主要是在成岩作用阶段或风化过程中，沉积岩原生组分发生次生变化，由新生成的次生矿物所造成的颜色。这种颜色多半是由氧化作用或还原作用、水化作用或脱水作用，以及各种矿物（化合物）带入岩石中或从岩石中析出等引起的。
  • 二、引起碎屑岩颜色的原因
    • 碎屑岩的颜色主要取决于岩石的成分，即取决于岩石中所含的染色物质——色素的种类与比例
    • 1．灰色和黑色：大多数粘土岩由暗灰色变为黑色，是因存在有机质或分散状硫化铁造成的。岩石颜色随着有机碳含量增加而变深，表明岩石形成于还原或强还原环境
    • 2．红、棕、黄色：通常是由于岩石中含有铁的氧化物或氢氧化物（赤铁矿、褐铁矿等）染色的结果。若系自生色，则表示沉积时为氧化或强氧化环境
    • 3、绿色：岩石的绿色多数是由于其中含有低价铁的矿物（如海绿石、鲕绿泥石等）所致；少数是由于含铜的化合物所致，如含孔雀石而呈鲜艳的绿色。若系自生色，绿色一般反映弱氧化或弱还原环境。除自生矿物外，碎屑岩的绿色有时是由于含有绿色的碎屑矿物，如角闪石、阳起石、绿泥石、绿帘石等所致；而泥质岩的绿色还常因含伊利石而造成。
    • 岩石中同时存在高价铁的氧化物和低价铁的氧化物，那么，它的颜色与含铁量则无明显关系，而是取决于这两种组分比值（Fe3+/Fe2+）的变化
    • 影响颜色的因素除了岩石成分和风化程度外，岩石颗粒大小、干湿程度、向阳、背阳等对颜色都有很大影响。粒度越细、越湿、越阴暗时，色调越深；反之色浅。因此，在观察颜色时，必须看到新鲜面，并需说明它们是在怎样的岩石状态下测定的。 在进行野外描述时，颜色的描述应逐层进行，在岩层范围内还要考虑到沿裂缝和向深处的变化、斑点颜色的分布，并需查明颜色的原生性或次生性及其成因性质。
  • 三、定向构造
    • 一切能指示古水流方向的构造，统称为定向构造。定向构造在沉积盆地分析、沉积相研究、沉积演化史的研究中有重要意义
    • 1、流水成因的斜层理前积纹层的倾向指示古水流方向；流水成因波痕的陡坡倾向指示古水流方向
    • 2、浪成斜层理前积和后积纹层的倾向与古水流方向平行；浪成波痕的陡(缓)坡倾向与古水流方向平行
    • 3、槽模，对称轴与古水流的方向平行，陡端至缓端的方向与古水流方向一致
    • 4、锥模、跳跃模和刷模，延长(伸长)的方向与古水流方向平行，由缓端至陡端的方向与古水流方向一致
    • 5、沟模的延长方向与古水流方向平行；剥离线理也与古水流方向平行
    • 7、扁平砾石常呈定向排列，其砾石扁面的倾向可指示古水流方向；一般呈迎流迭瓦状排列，即扁平砾石的倾向与古流向相反
    • 8、砾石群定向，一般尾这位于巨砾之前，即尾迹指向上游；特殊时例外
    • 9、生物定向