练习1观察和描述沉积结构
一、常见沉积构造的观测内容及描述
沉积构造的观察和描述是沉积学研究中的一项基础工作，准确识别沉积构造对沉积环境分析非常重要。根据成因性质，沉积构造可分为三类:物理沉积构造、化学沉积构造和生物沉积构造(表1-1)。
表1-1沉积构造分类
物理沉积构造包括流动构造、准同期变形构造和裸露构造。其中，流动结构可分为层理结构和层理结构。常见的层理结构有简单层理(交错层理、平行层理、水平层理、爬波层理、梯度层理、均匀层理)和复合层理(脉状、波状、透镜状层理、砂泥互层水平层理、韵律层理)。常见的层理结构有顶部结构(波纹状痕迹、细流状痕迹、剥离线理)和底部结构(沟槽式、压痕)。常见的准同生变形构造有负载构造、球枕构造、回旋层理、滑塌构造和水系构造。常见的裸露构造主要有干裂、雨滴印记、冰雹痕、泡沫痕等。化学成因的沉积构造通常包括结晶构造(晶痕和假晶、鸟眼构造和显示顶部和底部的构造)、压力溶解构造(缝合构造和重叠锥)以及增生和交代构造(帐篷构造、结核构造和葡萄状构造)。生物沉积构造包括生物遗迹构造、生物扰动构造、生物生长构造和植物根系。下面简要介绍常见沉积构造类型的观察和描述方法及内容。
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层理是沉积物的成分、颜色、粒度和充填方式在层理面上表现出来的宏观特征，是揭示沉积物沉积时沉积介质动力学条件的最重要标志之一。常见层理类型有交错层理、爬波层理、渐变层理、平行层理、水平层理、均匀层理、脉状层理、波状层理、透镜状层理、含砂泥夹层的水平层理和韵律层理。对层理的观察和描述应包括以下四个方面。
(1)根据其内部结构特征确定层理的形态特征。仔细观察标本或露头岩石，以确定岩石类型和层理类型。在确定层理类型时，要注意层理在不同剖面的形态表现。例如，在平行于水流的方向上，层片和地层相互倾斜，而在垂直于水流的方向上，层片、地层和地层组都相互平行。因此，应尽可能在不同的剖面上观察层理的特征。其次要测量条纹、地层、地层组的厚度，尤其是地层的厚度。
(2)描述层理的内部特征:①描述条痕的形状、倾角、延伸和连续性，条痕与条痕清晰度的关系；(2)描述层理面的形状、层间关系、相邻层中纹层的走向和纹层的清晰度；③描述一些与岩石物质有关的特征，找出层理显示的原因，包括岩石成分、颜色、结构的垂向变化，以及生物化石和片状矿物的存在。层理内部特征描述见表1-2。
表1-2层理内部特征描述
(3)研究和描述垂向层序中层理类型、厚度及其内部特征的变化特征，分析层理的组合规律，确定其形成时的介质能量条件(或地层环境类型)。
(4)如果工作需要和条件允许，测量和统计前交错层理堆积层的产状和地层产状，并分析古水流(见练习5)。
(2)波痕
波痕是在流水、波浪或风的作用下，在沉积物表面形成的一种波状痕迹，是最常见的层理结构之一。不同流体介质的作用性质、作用强度和流向不同，导致波痕的形态特征和大小不同，可以利用波痕的形状、大小和指数来恢复其环境条件。波痕的观察和描述应包括以下六个方面。
(1)波痕的形态元素或参数的测量。主要是测量波痕的波高、波长、上下游面的长度，计算波痕的波痕指数和对称指数，根据波痕的对称指数判断属于对称波痕还是不对称波痕。
(2)波痕描述。波痕的形态是根据波脊的形态特征来描述的，主要包括波脊的连续性、分叉和延伸特征。如波脊的延伸形态可分为线形、波浪形、链形、舌形、菱形、月牙形(图1-1)。
图1-1水流波纹的脊形及其与水深和流速的关系。
(根据沉积构造与环境解释编写组，1984)
(3)波纹内部结构的描述。包括底纹层、前纹层和流纹层的特征，如前纹层的形状为线形、切线形、凹形和S形(图1-2)。
图1-2前积层的形态及其控制因素。
(根据乔普林，1965)
(4)波痕的物质成分。波痕的大小和形状与环境的水深和流速有关，物质的颗粒大小也不同。因此，有必要描述组成波痕的物质的成分、粒度和分布。
(5)观察和测量波痕指示的古流向。观察和测量不对称波痕的回流面、进积层的波脊线走向和地层产状，以恢复古流向。
(6)波痕成因分析。根据上述观测结果，分析了波痕的成因类型，如水波痕、浪致波痕、风致波痕、干扰波痕和重建波痕。
(3)槽模(槽模)
由于弱水流涡旋对沉积的细粒沉积物(主要为泥质物)表面的侵蚀，形成了一系列向下游方向排列的凹坑(图1-3A)。这些坑在上游方向深，在下游方向浅，然后被粗粒沉积物(砂质物质)填充。泥质岩层上的凹坑称为槽型，砂质岩层上的凸起称为槽模(槽模)。由于泥岩的抗风化能力远弱于砂岩，所以在露头剖面上以槽模(槽模)最为常见。槽模(槽型)由不连续的舌形突起组成，其上游端呈圆形，突起略高，向下游端变宽变缓，一般呈平行于水流方向的雁形出现(图1-3B)。
图1-3槽模成因解释及露头表现
用槽判断古代水流方向时，需要注意的是，槽的延伸方向就是水流的方向，圆凸端就是面对的方向。在描述沟槽类型时，应重点关注突起的延伸方向、大小、形状和对称性。
(4)雨滴印记和冰雹痕迹
雨滴印记和冰雹痕迹往往形成于细粒沉积物表面，然后被上覆的粗粒沉积物覆盖和填充。无风时，雨滴垂直下落，陨石坑呈圆形；有风时，雨滴倾斜下落，陨石坑略呈椭圆形，陨石坑外围的突起在顺风方向较高，在顺风方向较低。由于风化作用的差异，露头剖面上的雨滴印痕、冰雹痕常出现在地层上，有时在上覆粗泥沙底部形成一个模子。冰雹痕迹往往比雨滴印记更宽更深，形状也不规则。观察和描述时重点关注雨痕的形状、大小和深浅。
(5)皲裂
干裂化是通过将沉积的污泥暴露在大气中而形成的。干燥过程中收缩形成的裂纹使沉积物表面分割成多边形小块。因为干燥收缩程度存在差异，越靠近大气，干燥收缩程度越大。因此，干缩裂缝在横截面上呈V形，而裂缝在中央凹陷周围略翘。干裂缝后期常被砂质沉积物充填，并作为铸模保存在上覆砂岩层底部。根据V型裂纹的截面形状可以判断上下层，裂纹尖端指向下层，裂纹块的凹面一般向上。观察和描述干裂缝时，应描述裂缝的形状，包括剖面形状和平面形状，以及裂缝的大小(包括宽度和深度)。
(6)荷载结构
载荷结构也是一种重量结构，发育在岩层底面的一个圆顶状或不规则的凸起中，形状类似于槽模，但与槽模最大的区别是无方向性和不规则性。观察和描述负荷结构时，注意肿瘤样突起的形态、大小、高度和分布。
(7)球枕结构
球形枕状构造是指分布在泥质岩中的砂质椭球体或枕状体，是上覆砂层在振动和重力作用下断裂下沉到下伏泥质岩中而形成的。沙球或沙枕的大小从厘米到米不等，可以相互连接，也可以相互隔离。在观察和描述球枕结构时，要注意砂球或砂枕的形状和大小，以及与砂岩层的关系和围岩的特征。
(8)滑塌构造
滑塌构造是沉积的沉积物在重力作用下沿斜坡移动而形成的变形构造。滑塌构造可以表现为变形、褶皱、断裂、角砾岩化甚至沉积物的岩性混合。滑塌结构可指示古坡向，未破碎层的曲轴面相对于层面的倒伏方向为古坡向(滑动方向)，破碎层粒度沿坡向有减小的趋势。观察和描述滑塌构造，要注意岩性特征、条痕的产状、背斜轴部的产状、断层和裂缝的特征、分布范围以及与上下地层的关系。
(9)晶体印迹和假晶体
在手标本或显微镜下可见晶体印记(简称晶体印记)和假晶体。最常见的原生晶体是立方石盐，此外，还有板状、放射状和簇状石膏、八面体、立方或草莓状黄铁矿等。矿物是其形成环境的良好指示物。例如，岩盐和石膏晶体或假晶体的存在表明沉积时盐度较高，是在干燥的气候条件下形成的，黄铁矿表明当时是还原环境。晶痕和假晶结构都与晶体的形成和溶解有关，所以要注意晶体的形态特征、表面特征、颜色等。观察和描述它们，并确定矿物成分。
(10)鸟瞰结构
鸟眼构造是碳酸盐岩中一种重要的沉积构造，其大小往往在毫米尺度(1 ~ 5 mm)，形状多为扁平至球形，且多为定向。它们往往可以作为识别沉积环境的标志，同时在未被充填时也可以作为油气储存空间。在观察和描述时，要注意鸟眼结构和与之相似的重结晶孔、虫孔、晶间孔、溶孔的区别。
在观察和描述鸟瞰构造时，注意宏观和微观的协调，用肉眼详细观察和记录野外露头或岩心中鸟瞰构造的产状，以及其他伴生的沉积构造；在放大镜下描述它的形状；在显微镜下，填料及其与周围环境的关系，特别是与藻类的关系得到了鉴定。
(xi)帐篷结构
Tepee构造在海相和陆相地层中都有发育，一般认为其成因是裂缝充填的胶结物结晶膨胀导致地层变形，其形状和胶结物的差异反映了沉积环境的变化。在不同岩性的地层中均可见Tepee构造，其发育具有明显的阶段性(图1-4)。因此，在观察和描述特佩构造时，应注意其岩性、规模、形态、产状、胶结物、期次和层位。
图1-4潮滩碳酸盐沉积引起的tepee构造发育示意图。
(十二)缝合线结构
缝合线是碳酸盐岩中常见的断裂构造。在岩石剖面上呈现锯齿形曲线，称为缝合线；在平面上(也就是沿着这个裂纹的断裂面)，呈现不平整的表面，也就是缝合面；从三维的角度来看，这些大小不一的凹柱或凸柱称为缝柱。在这三种形式中，缝合是最常见的。在观察和描述缝合线构造时，应注意其产状、规模、分布特征、密度、物质成分、与层理面的关系(平行层理面、斜交或其他)、是否切穿颗粒、开口和充填情况、围岩特征等。
(13)生物遗迹结构
生物遗迹构造都是原地形成，没有经过搬运和转移，以沉积物固化成岩石的形式保存下来，是判断环境的良好标志，在水深、盐度、能级、沉积速度、底质和气体条件等方面为环境解释提供了重要信息。生物遗迹结构的形式有简单的垂直管状、U形、直曲形、蛇形、圆曲形、螺旋形、放射状、树枝形、网格形、椭圆形、胃形、点形等。(图1-5)。
图1-5主要沉积环境痕迹相模型
(引自刘宝军等，1985)
观察和描述的内容主要包括:形状、大小和空间分布(方位、深度等。)遗迹特征、隐藏洞穴内部结构特征、保存方法、丰度、其他伴生痕迹及其关系、人口密度、围岩性质、无机沉积构造特征等。
(14)生物扰动结构
生物扰动构造一般不具有确定的形状，其识别标志是在层理发育的砂岩中层理常被破坏，在泥质沉积物中显示斑点状构造，在含油砂岩中出现不均匀含油。根据生物干扰的强度，干扰结构可分为七级(表1-3)。生物干扰结构的观测和描述主要包括干扰指数和分布特征。
表1-3生物扰动指数
注:X代表生物扰动的比例。
(根据泰勒&戈德林，1993)
(15)生物生长结构
生物生长结构主要指叠层石(图1-6)，叠层石形态复杂多样，与环境关系密切，是分析沉积环境的良好生物标志物。叠层石的宏观特征主要受环境影响，而精细特征(如柱状分叉、侧饰、层理和显微结构)受微生物演化控制。观察和描述叠层石要注意宏观和微观两个方面:宏观方面主要包括叠层石的圆柱体形状和大小，层理体的分叉和融合，层理体的体表特征等。微观上主要是基础层的形状、厚度、横向变化、继承性、对称性和生长同步性。
图1-6叠层石碳酸盐岩的微相组构、物质组成及形成环境
(据孟祥华，2004，引自陈建强，2005)
(16)植物根
植物根是指保存在沉积岩中的植物根，在陆相地层中常以碳化残留物或分枝状矿化痕迹出现。岩心或局部露头显示的大部分根只是根的一部分或几部分，这对识别淡水和微咸水环境是非常有价值的。根系在岩石中往往表现出不同的形状，如垂直状、放射状、须状、扁平状等，反映了根系的生态特征。因此，应注意其形状、分布、完整性和保存状况(是否碳化、硅化、氧化等。)的根轨迹。
二、实习内容
在实验室观察常见的沉积构造标本，并选择一些标本进行描述。
三、实习的目的和要求
在实验室观察和描述沉积构造样品并制作草图，初步掌握沉积构造观察和描述的基本内容和方法，分析其形成的水动力条件。
第四，作业
从实验室选取两个标本，仔细观察并描述标本，绘制草图并分析其原因。具体描述:
(1)岩石类型；
(2)沉积构造类型；
(3)描述其结构形式和要素，并绘制草图；
(4)分析水动力特征和可能的沉积环境，对于有水流成因的沉积构造，在示意图上标注古流向。
实践报告-沉积结构的观察和描述
沉积学和古地理学实践指南