层理的成因

很多人都有这样的感受，在野外或岩心上对层理的正确判别有些为难，那是因为大家对一些层理的成因不是十分了解。记得当年在学习沉积岩石学的时候，在课堂上老师也只是对沉积构造进行了简要的介绍，并没有机会进行实地观察和学习。有时候很想在网上能搜到一些有参考价值的有关图版，但也很难如愿，看来只能自己慢慢学习，根据沉积构造的成因来对其进行判断了。

最近在美国作者H.布拉特等主编的《沉积岩成因》上看到对沉积构造成因的详细介绍，觉得对学习和识别沉积构造很有帮助，便抽时间将其摘录下来收集于此。此外，1984年5月由科学出版社出版的，由中国科学院地质所陈景山和陈昌明、原武汉地院的孙永传、王德发、郑俊茂及同济大学的张国栋、朱静昌等编著的《沉积构造与环境解释》也非常好，上面不仅详细的解释了各类沉积构造的识别标志，并附有大量非常经典的图版，建议感兴趣的朋友可以购买一本，以便今后学习之用。

下面是《沉积构造与环境解释》书中部分漂亮的波痕图版，有些波痕是普通人可能一生都未必能见得到的。

以下是我摘自《沉积岩成因》上的部分章节：

层理的分类和命名

地层和岩层都是指沉积岩的层，这个层可以根据它在岩石类型、内部构造或结构上的一些不连续性，与其上面的和下面的层区分开，通常把厚度大于1厘米的层叫作岩层，把厚度小于1厘米的层叫作纹层。岩层常常由层面节理被分开成很多层，一般根据厚度将其分为极厚层（厚度＞1m）、厚层（厚度在100~30cm）、中层（厚度在30~10cm）、薄层（厚度10~3cm）、极薄层（3~1cm）、厚纹层（1~0.3cm）和薄纹层（厚度﹤0.3cm）。岩层的上下界限可能是突变的也可能是渐变的，突变界限可以由沉积环境的突然变化、侵蚀作用或原始的递变界限的成岩变化而形成。

岩层的下界也称底面，它可呈现出底面印痕、印模或铸模等沉积构造，印痕或痕在上覆岩层的底面上形成铸模；岩层的上界可以呈现出沉积构造，有些沉积构造是原始的床积物形态，如波痕；这些构造在埋藏之前仅有轻微变化。

很多岩层还呈现出一些内部构造，如与岩层界限成一角度（交错岩层或交错纹层）的地层（岩层或纹层）。以层面为界的一组交错地层称作层系；不能用任何大的间断彼此分开的一组相似的层系称作层系组。其上表面保存有原来的床积物形态的层系称作为形态层系。

可以根据某些标志把交错层理进行分类，这些标志有：

1）层系的规模；

2）交错地层的形态和状态；

3）层系上下界面的形态和性质。

通常可区分出：

1）板状层系，层系之间的界面为平面，而且相互平行；

2）楔状层系，层系之间的界面为平面，但不相互平行；

3）槽状层系，层系的下界面是槽状的或勺状的。

原生的沉积构造分：

一、层理

1、层理和纹理，包括递变层理；

2、交错层理；

3、不规则层理，包括：松软沉积物的褶皱、包卷纹理、载荷构造、球状构造和枕状构造、沉积岩床和岩墙、泥裂、生物扰动、生物潜穴、根以及其他由生物改变过的层理。

二、层面构造

1、刻压痕：包括条痕、沟痕、擦痕或刷痕、戳痕（或刺痕、锥痕）、跳痕、滚动痕。是由于固体物质（如砂、砾石、生物碎片、鱼类骨骼、水草、木屑等）由水流携带而过时，对水底的沉积物的碰撞、刻画、压实而形成的痕迹，也可以是由于一个物体持续地或间歇地与水底泥质沉积物相接触而形成的痕迹。

2、冲刷痕，包括槽痕、大型冲刷痕（“切割和充填”水道）、小流痕、

新月痕或“水流新月痕”。

3、床积物形态，包括：波纹、砂丘、反砂丘、颗粒线理、耙痕（或平行脊沟痕）、浪击痕（或击岸浪痕）以及其他波痕等由流体流动所形成的构造。

4、生物痕。

层理的成因

对于简单层理的成因，地质工作者一向是很少注意的；这可能有两方面的原因：一是这种构造是很常见和熟悉的，所以倾向于把它当作沉积岩的基本和当然的性质，而对于较不常见的构造则需要解释；二是层理的解释问题也有一定困难。确定一个特定的沉积地层的确切厚度和延伸范围的因素是很多的，而这些因素又大都是不能完全重塑的。

形成沉积物的机理有下面三种：

1）真正的沉积作用，即指从悬浮物质中的沉积作用；

2）加积作用，即从移动的底载菏中的沉积作用，这种加积作用是由于移动能力或起启动能力的变化而引起的，而移动能力和起动的变化则是由于流动本身的变化或河床糙度的变化而引起的；

3）障碍物背后的沉积作用，包括砂丘或小三角洲的背坡上的沉积作用。真正的沉积作用可慢可快，可从大三角洲的每年几英尺到一部分深海的每千年不到1毫米.但是，加积作用和障碍物背后的沉积作用是相当快的。

很多地层一定是非常快速沉积而形成的。从地质时间来考虑，它们基本上是瞬间的产物，而在绝对时间上，它们可以是在几秒钟到几个小时里，由水动力（如洪水）沉积而成的。在少数情况下，沉积速度可以由沉积构造来判断。例如，不具有大的内部间断的一个交错层理的岩层（层系），一定是在不超过几个小时内沉积而成的。当然，这个岩层还可能代表漫长的改造历史的最后阶段。

很可能，许多岩层在它们被埋藏并从而被保存在地质记录中以前，是曾经历被侵蚀作用再度移动过的；因此，在研究沉积作用和近代沉积物时，必须经常考虑到这种沉积的保存的可能性。在实验室和现代沉积物中最常见的沉积构造是沉积物表面上的那些构造，这些构造通常都是在安静的条件下进行研究的。这种构造的保存可能性是较小的，而由不寻常的巨大的地质作用所形成的构造的保存可能性则是较大的。例如，在洪水期间在河流沉积物中、在风暴期间或特别高的潮汐期间在潮汐砂沉积中形成的特深的冲刷就是这样。在洪水、风暴或潮汐退去后，这种冲刷坑洞常被沉积物充填；这种沉积物在正常的水动力条件下将不再受到扰动。当风暴波涛退去时，强大的水流从切入岛屿的水道中倒出，并把砂质沉积物带到海中；这些砂质沉积物沉在海底，就成为递变岩层。

纹理（又叫页理）的成因

纹理的成因比层理的成因更为引人重视，许多不同类型的纹层已被描述过：

1）由交互的浅色层和深色层组成的纹层，其浅色层一般较粗于深色层，深色层富于细粒的有机质。冰川纹泥是这一纹理类型的最典型代表，冰川纹泥是沉积物季节性地供给到冰川湖泊中而形成的。冰川纹泥常含有滴石，它是由融化的浮冰块所释放出来的较大的沉积质点。

2）由粒度几乎相等但矿物成分不同的层组成的纹层，个别的层可能富含碎屑云母或重矿物。在某些情况下，在不同的层中，不同矿物有明显的分离现象。

3）由不同粒度特征的层组成的纹层，这种纹层的界限可以是突变的或递变的，在某些情况下，它们呈现出粒度的递变（纹层底为较粗颗粒）或反递变（纹层顶为较粗颗粒）。

4）由富含和贫含粘土所形成的纹层，但在较粗组分中，其粒度却是相同的。

5）泥岩或页岩中的纹层仅表现在颜色上差别。

并不是所有的这些纹理类型都具有同样的成因。大家知道，纹层可能是由于沉积作用的物理或化学的条件的周期性或季节性的变化而形成的。这种纹理的形成可能取决于一定的环境特征。例如，在许多地区，潜穴生物破坏了由其他作用形成的任何纹理（生物扰动作用）。有规律的纹理状的泥常限于与活动的分流相邻的部分浅海底，在这里，沉积速度中等，也很少有底栖生物。在向海洋方向，这种纹理状的泥变为不规则的层状，并再变为杂斑状或均一状，这一般是由于生物扰动作用引起的。这些浅海环境中的纹层是由于沉积物供应的季节性的变化或波浪作用对海底的周期性的扰动所引起的。但是，在三角洲分流口处，由于絮凝作用，泥可能沉积很快，以致呈现不出纹理。在淡水湖泊中沉积的泥通常呈现良好的纹理，因为在那里很少发生粘土的絮凝作用，潜穴生物也很少。

据对现代潮汐水道沉积观察，泥层在高潮和低潮中都能沉积，而砂层则在涨潮和退潮时沉积而成。在潮汐水道中，低水位和涨潮期间所沉积的层非常薄，而在高潮的平潮期间所沉积的层（泥层）以及在退潮期间所沉积的层（砂层，呈现交错纹理的痕迹）则非常厚。在一个潮汐旋回中所沉积的总厚度小于1厘米。在其他地方，涨潮沉积的砂层要比退潮沉积的砂层厚。

与泥中的纹理相反，砂中的纹理似乎是快速形成的。已知的机理有海滩上的冲流和回流、由稳定的流动所引起的沉积物的拖拉作用（特别是上升流动机制、平床条件下）以及波纹或砂丘的背脊的崩落作用。另外，反砂丘向上游的移动、与反砂丘相伴随的波浪破碎后的沉积作用和波纹的移动，也都可以产生纹层。

某些类型的纹理是由于薄残留沉积的堆积作用而形成的，这种残留沉积是与侵蚀作用相伴生的，这种侵蚀作用把最易移动的沉积物冲洗掉了。由于波纹的移动所产生的纹理就是一个例子，波纹的移动可以在其后面遗留下富含重矿物或较粗颗粒的薄残留沉积物，这种薄残留沉积物具有交错纹理的痕迹。由海滩上的冲浪和回流所形成的纹层也常呈现出强烈的重矿物的分离作用以及相反的粒度递变性。个别的波浪可以沉积出厚达2厘米的纹层。

稳定的流动，特别是在上升流动体制中，在平床上，拖拉作用也可以产生纹层。同样大小和形态的颗粒在沉积床上易聚集为一些斑块。在粒度混杂的情况下，较大的颗粒倾向于在较小的颗粒上面滚动，并停留在较大的或等大的颗粒附近。

交错层理的成因

绝大多数交错层理的产生机理是砂丘、波纹、砂坝、冲积扇或小三角洲的背坡的向下崩落作用。

底载荷在波纹折点处的沉积作用使波纹过于陡峻化，从而发生了砂丘和波纹脊坡的向下崩落作用。在底载荷运动速度较低时，崩落作用在大致较规律的时间间隔内发生。在崩落作用期间，细粒沉积物堆积在背坡的下部（前积层）。在这种情况下，交错纹理就呈现出明显的粒度交替现象。崩解作用本身也可以产生沉积物的粒度分选：很多单个的交错纹层都是向底部变粗，在横过这一纹层时呈现出较微弱的反递变性。这种分选作用在低速度的崩落作用时非常显著，而在高速度时，其效应就变小了。在底载荷运动为最高速度时，沉积物将基本上连续地向背坡下面崩落，因此最粗的质点并不出现在交错层理的底部，而是出现在它的顶部。然而，在崩落过程中产生粒度分选的确切机理，现在仍不够十分清楚。

其他的沉积作用机理也可以形成交错纹层。在床积物形态表面上的沉积作用可以产生倾斜的纹层。仅仅是沉积作用，将最终地导致床积物形态的埋藏，并形成一个平坦的表面；但是，如果与某种底载荷运动配合起来，则可以导致一些构造的形成，如上叠波纹漂移交错纹层的形成。加积作用可以在波纹、砂丘、反砂丘等床积物形态的上游一侧形成交错层理。与障碍物背后的沉积相比，加积作用的沉积倾向于具有好的填积集。与岩层交角只有几度的大型交错层理，是在蛇曲移动的过程中，在内弯坝上由砂的加积形成的。在海滩表面上形成的交错层理也是加积作用沉积的一个类型。

无纹理（块状）岩层

大多数的砂和砂岩都具有某种内部的纹理。业已证明，某些砂岩，在野外看起来是不具有纹理的（通常描述为“块状的”）；但在实验室中，磨光片的腐蚀法、染色法以及X射线照相法均表明，它们是具有纹理或交错纹理的。在少数情况下，几乎完全缺失纹理现象是由于强烈的生物扰动作用产生的。在另一些情况下，砂岩层真正地缺乏所以的内部构造、或者是呈现非常微弱的零乱的纹理。许多递变岩层的下部（鲍马序列的最下段）以及某些完全是厚层到极厚的岩层几乎完全缺乏纹理。无纹理说明这些砂沉积时缺乏拖拉作用，因为拖拉作用似乎一定会导致某些纹层理类型的形成。业已证明，缺乏任何纹理的岩层，既可以从悬浮物质中非常快速的沉积而成，也可以从非常高浓度的分散体中沉积而成。