构造地质学沉积岩的原生构造及产状.ppt
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1、沉积岩的原生构造与产状沉积岩原生构造及产状沉积岩原生构造及产状 一基本概念一基本概念岩层岩层:由两个平行或近于平行的界面所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;限制的岩性基本一致的层状岩体;沉积岩层:沉积岩层:沉积作用所形成的岩层;沉积作用所形成的岩层;层面、上层面(顶面)、下层面(底面)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、岩层的厚度:真厚度、铅直厚度、视厚度厚度沉积岩的原生构造:沉积岩的原生构造:沉积岩在沉积或者沉积岩在沉积或者成岩过程中产生的非构造变动的构造;成岩过程中产生的非构造变动的构造;层理:层理:岩石的成分、结构及颜色等在剖岩
2、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。面上的渐变或突变所显示的层状特征。沉积岩原生构造及产状沉积岩原生构造及产状 二层理类型及识别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;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夹层或硅质条带等,这些夹层是识别巨厚岩层层理的比较可靠的标志。岩层层理的比较可靠的标志。岩石结构的变化
3、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。原生构造及产状原生构造及产状 三利用原生构造确定岩层顶底面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
4、的重要问题。确定岩层的新老层序是野外观察地质构造的重要问题。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;老到新的层序排列;但也有些岩层在强烈的构造变动后,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。的现象。确定岩层的地质时代和层序
5、,主要是依据化石。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,尤其在缺乏化石的但是在某些情况下,尤其在缺乏化石的“哑地层哑地层”中,也中,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。的顶、底面去确定其相对新老层序。利用次生构造利用次生构造(如层间小褶皱、劈理等如层间小褶皱、劈理等)确定岩层顶、底确定岩层顶、底面问题,将在后面有关章节中论述。面问题,将在后面有关章节中论述。三利用原生构造确定岩层顶底面三利用原生构造确定岩层顶底面 1 斜层理斜层理 交错层理又叫斜层理,由一系列斜交于层系界面的
6、纹层组成,交错层理又叫斜层理,由一系列斜交于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,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。与底面小角度相交或相切。纹层凹向顶面,凸向底面。纹层凹向顶面,凸向底面。三利用原生构造确定岩层顶底面三利用原生构造确定岩层顶底面 2 粒级层理粒级层理又称粒序层理、递变层理,是碎又
7、称粒序层理、递变层理,是碎屑物质在沉积过程中由于流体屑物质在沉积过程中由于流体(通通常是浊流常是浊流)逐渐衰减而形成的一种逐渐衰减而形成的一种沉积结构。甚特点是,在一个单沉积结构。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。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,递变层理仍是下粗上细。另外,递变层理的顶面
8、与其上一层的底面是突变的顶面与其上一层的底面是突变的,有明显的界面。的,有明显的界面。三利用原生构造确定岩层顶底面三利用原生构造确定岩层顶底面 2 粒级层理粒级层理 在少数情况下,会出现在少数情况下,会出现反向递变层理反向递变层理,即在一个单层内,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。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
9、为鉴别岩层顶、底面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。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、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。此外,的新矿物,因而会出现与原岩粒级层理相反的现象。此外,在
10、某些粗碎屑岩中,也有反粒级层理的现象。因此,在利用在某些粗碎屑岩中,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。粒级层理判断岩层顶、底面时,要注意区别这些反常现象。三利用原生构造确定岩层顶底面三利用原生构造确定岩层顶底面 3 波痕及印模波痕及印模 波痕的成因和类型很多,波痕的成因和类型很多,能指示岩层顶、底面的主能指示岩层顶、底面的主要是对称型的浪成波痕。要是对称型的浪成波痕。浪成波痕由尖棱状波峰浪成波痕由尖棱状波峰和圆弧形波谷组成和圆弧形波谷组成(图图1-4)1-4)。这种波痕无论是原型还是这种波痕无论是原型还是其印模,都是其印模,都是波峰尖端指波峰
11、尖端指向岩层的顶面,波谷的圆向岩层的顶面,波谷的圆弧则是凸向底面。弧则是凸向底面。波痕常波痕常见于砂岩、粉砂岩、泥灰见于砂岩、粉砂岩、泥灰岩和石灰岩中。岩和石灰岩中。三利用原生构造确定岩层顶底面三利用原生构造确定岩层顶底面 4 泥裂及印模泥裂及印模泥裂又称干裂,是未固结的沉泥裂又称干裂,是未固结的沉积物露出水面,失水干固时,积物露出水面,失水干固时,因收缩而形成与层面大致垂直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的裂缝。泥裂常见于粘土岩和粉砂岩中,也见于碳酸盐岩中。粉砂岩中,也见于碳酸盐岩中。泥裂使层面构成网状、放射状泥裂使层面构成网状、放射状或不规则的分又状的裂缝,在或不规则的
12、分又状的裂缝,在剖面上一般呈剖面上一般呈“V“V“字型字型(有时有时切穿层面也可呈切穿层面也可呈“U”U”字型字型)这这些裂缝为上覆沉积物填充时,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其填充层的底面成为脊形印模(图图2-7)2-7)。无论是楔形裂缝或无论是楔形裂缝或脊形印模的尖端均指向岩层的脊形印模的尖端均指向岩层的底面,底面,即指向较老岩层。即指向较老岩层。三利用原生构造确定岩层顶底面三利用原生构造确定岩层顶底面 5 雨痕及印模雨痕及印模 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
13、高于沉积物表面的凹坑。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则出现在岩层的底
14、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。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,或者流水携带某些物活动形成的虫迹、脚印;流水的流痕,或者流水携带某些“工工具具(如石块、贝壳、树枝等如石块、贝壳、树枝等)对沉积物表面的冲击或刻划所造成的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、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、沟模、。这些印痕和印模都是凹形印痕分布在岩层的顶面上,。这些印痕和印模都
15、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。凸起的印模则出现在岩层底面上。三利用原生构造确定岩层顶底面三利用原生构造确定岩层顶底面 6冲刷痕(面)冲刷痕(面)固结和半固结的固结和半固结的沉积层的顶面,会因沉积层的顶面,会因水流冲刷而成为凹凸水流冲刷而成为凹凸不平的冲刷面。而在不平的冲刷面。而在这不平整的冲刷面之这不平整的冲刷面之上再沉积时,被冲刷上再沉积时,被冲刷下来的下伏岩层的碎下来的下伏岩层的碎块和砾石又往往堆积块和砾石又往往堆积在冲刷出的沟、槽中。在冲刷出的沟、槽中。根据冲刷面和上覆岩根据冲刷面和上覆岩层的碎屑可以判别岩层的碎屑可以判别岩层的相对层序。层的相对层序。三利用
16、原生构造确定岩层顶底面三利用原生构造确定岩层顶底面 7 生物标志生物标志 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。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,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。异如三叶虫的停息迹、爬行觅食迹及潜穴的蹼
17、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,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。故其凸面方向往往指示岩层的面向。三利用原生构造确定岩层顶底面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,软沉积变形是比较常见的,有些还具有一定的规模。斯究确认,软沉积变形是比较常见的,有些还具有一定的规模。斯宾塞宾塞(E.W.Spencer,1977)E.W.Spenc
18、er,1977)指出,褶皱造山带中坚硬岩石内见到的指出,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好地理解构造
19、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。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、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。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、重力滑塌和滑移作用、液化作用、孔隙压力效应以及水体拢用、重力滑塌和滑移作用、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。动
20、作用等。以下着重对一些常见的软沉积变形作一实例分析。三利用原生构造确定岩层顶底面三利用原生构造确定岩层顶底面 8压模与火焰构造压模与火焰构造 压模压模是一种底面印模,是一种底面印模,又称重荷模或负荷铸型,一又称重荷模或负荷铸型,一般发育在泥质物之上的砂层般发育在泥质物之上的砂层底面。呈圆丘状或不规则的底面。呈圆丘状或不规则的瘤状突起其排列杂乱,大瘤状突起其排列杂乱,大小不一,突起高度从几毫米小不一,突起高度从几毫米到十几厘米,但在同一层面到十几厘米,但在同一层面上,压模的形状和大小较近上,压模的形状和大小较近似。有时砂岩中的原生层理似。有时砂岩中的原生层理因这种构造存在而变形,但因这种构造存在
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