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根据原生沉积构造序列解释沉积环境 原生沉积构造的形成,严格地受沉积环境因素的控制。因此,保存在沉积物中的原生沉积构造可作为解释沉积环境的重要标志。另一方面,对于解释亚环境或者生物化石稀少的环境来说,它们比其它指相标志,如地球化学标志和古生物标志具有更大的优越性。然而,只凭单个沉积构造来识别某种沉积环境又是危险的。因为一定的沉积构造是由沉积环境中当时起作用的一定的物理、化学和生物条件决定的,只要这些条件相似或相同,就有可能形成类似的沉积构造。而这种相似或相同的条件,特别是水动力条件,可以出现在不止一种的沉积环境中。例如,在河流、三角洲、潮坪等环境中均可以形成小波痕和由它迁移所产生的小波痕层理。当我们利用保存在地层剖面中的原生沉积构造序列,而不是用个别的沉积构造来解释沉积环境时,就可以避免多解性的危险,从而提高解释的准确性。 原生沉积构造序列是指一系列相互有联系的原生沉积构造在垂向上的规律性组合,这是由于沉积环境随时间的变化而使它们在垂向上重叠起来的结果。因此,这种序列实质上反映了形成它们的环境条件在垂向上的规律性变化。根据瓦尔特相律,它们也代表了横向上或区域上环境条件的变化。因为,只有横向上相邻的相或相区才能在垂向上重叠起来,这就是瓦尔特相律在环境解释中的应用。对特定的沉积环境来说,沉积作用和沉积条件在空间上的变化是有一定规律的。所以,我们有可能根据反映这种变化的原生沉积构造序列或组合来解释沉积环境。 我们在广泛研究现代与古代的各种碎屑沉积环境以及参考有关文献的基础上,综合了地质记录中常见的七种碎屑沉积环境冲积扇、河流、三角洲、潮坪、海岸陆架、浊流及水下扇环境所形成的原生沉积构造序列。有关这几种沉积环境的概貌和沉积作用等基本特征,在沉积岩石学、沉积学和沉积环境的教科书中已有详细的描述。下面侧重于论述如何根据原生沉积构造序列来解释沉积环境。为简单明了起见,采用图表相结合的方式,示意性地表示这几种碎屑沉积环境所形成的原生沉积构造序列,并利用有代表性的沉积构造名称命名以某种作用为主所形成的沉积单元,同时给予必要的成因解释。然而,必须指出的是,我们试探性总结的这些序列是综合性的,或者说是一种理想序列,只能看作为概念化的“模式”,并不代表某个地区的特定环境所形成的序列。在具体的一个地区,由于区域构造运动、物源区条件、气候等因素的变化,有可能使序列发生某些变化,缺失或重复某些段或者这种或那种沉积构造。这种现象是完全可能存在的。但不管怎样,这种理想化的完整序列还是可以反映沉积环境中各种作用因素的总的变化趋势或规律的,从而有助于我们在实际工作中进行对比和解释沉积环境。当然,环境解释是一项综合分析性的工作,不可能、也不应该只根据某一种指相标志“拍板定案”。 一、冲积扇沉积的原生构造序列 冲积扇是在陆上氧化条件下由山区河流所携带的粗粒沉积物在山谷出口处堆积而成 的扇形沉积体。它一般可以根据地貌和沉积特征分为三个亚环境靠近山口的扇根、中部的扇中以及边缘部分的扇端。侧向上相邻的几个冲积扇常组成复合冲积扇。 在冲积扇的形成和发育过程中,如果沉积物的堆积速度小于盆地的沉降速度,冲积扇 就向源区方向退积,或者向侧向转移,结果形成下粗上细的正旋回沉积序列。在这种情况 下,冲积扇沉积的原生构造序列从下到上大致可分为五个段图1 1均匀层理段 此段直接覆于基岩上,呈侵蚀接触。杂乱堆积的砾石几乎没有什么分选性;也没有定向排列,但可突出层面,整个砾岩层表现为均匀层理或块状层理。 2递变层理段 由第1段向上,沉积物变细,主要由砂砾岩组成。其中以发育递变层理和砾石的定向排列为特征,时而有发育不良的平行层理。递变层理可以是正向递变,也可以是反向递变,或者是反向正向递变。反向递变可能与筛积作用有关。砾石的定向排列既可以是叠瓦状的,也可以是水平甚至垂直排列。 3发育差的平行层理和交错层理段 在含砾砂岩和砂岩中出现主要由辫状河沉积所形成的平行层理和大型交错层理,但它们大多发育较差。砾石多具叠瓦状构造,而且可以出现倾向相反的两组叠瓦状构造;在交错层中,它们的扁平面则顺倾斜的前积层面排列。冲淤构造丰富也是本段的特征之一。 4水平纹理和均匀层理段 本段的沉积物主要由粘土和粉砂组成,有时夹有砂层和膏盐层。在这些沉积物中常发育水平纹理和均匀层理,有时则可出现由不同沉积物层所组成的水平互层层理。暴露构造发育也是该段的另一特征,例如干裂、细流痕、雨痕等。 在这个序列中,第1和2段代表扇根沉积,其沉积物是冲积扇中最粗的部分,搬运和沉积机理主要是泥石流。第3段代表扇中沉积,主要是由辫状河沉积所形成的。第4段则是扇端的产物。 在沉积物的堆积速度大于盆地的沉降速度的情况下种积扇不断向盆地方向推进,使扇根沉积覆于扇中沉积之上,而扇中沉积又置于扇端沉积之上,结果形成下细上粗的进积型反旋回沉积序列。在这种情况下,所出现的原生沉积构造序列刚好是上述序列的倒置。 冲积扇沉积大多形成于内陆盆地,特别是断陷盆地的边缘,例如,克拉玛依的二叠三叠系、酒泉盆地白垩系、黄骅盆地第三系以及中南地区白垩第三系国家地质总局宜昌地质矿产研究所主编,1979都发育有冲积扇沉积。它们的序列与上述序列有许多相似之处。 段 代表性的 原生沉积构造 共生的沉积构造 一般岩性 环境解释 4 水平纹理和 均匀层理 干裂,细流痕, 雨痕, 冲淤构造 泥岩,粉砂岩,有时夹砂岩和蒸发岩 扇 端 3 平行层理和 交错层理 叠瓦状构造 冲淤构造 含砾砂岩 砂岩 扇 中 2 递变层理 叠瓦状构造 平行层理 砂砾岩 扇 根 1 均匀层理 底面为冲蚀面 砾岩 图1 冲积扇沉积的原生构造序列及其环境解释 二、河流沉积的原生构造序列 河流环境是研究较早和较详细的沉积环境之一。河流一般可按河道型式河型分为辫状河或称游荡性河或网状河、蛇曲河或称曲流河以及顺直河三类。顺直河实际上很少见,可以不予考虑。辫状河和蛇曲河是可以逐渐过渡的,也是可以相互转化的。在同一时期,在同一条河流的不同河段,可以发育不同的河型。例如,蛇曲河一般发育在河流的中、下游,而辫状河则多出现在河流的中上游。或者,由于区域构造、气候和水动力等条件的变化,同一地段在不同时期也可以出现不同的河型。幼年期河流多呈辫状,而壮年期河流则多为蛇曲状。 一 蛇曲河沉积的原生构造序列 蛇曲河的一般特征是河道较稳定,呈蜿蜒蛇曲状;河槽窄而深,河床坡降缓;河流的 流量和输沙量变化较小。河道沉积以发育于凸岸的曲流沙坝的侧向加积作用为主,但凹岸同时发生侧向侵蚀。洪泛平原沉积发育,并加积在河道沉积之上。由此构成了个完整的蛇曲河沉积序列,其中的原生沉积构造可归纳为六个段图2 1)下部均匀层理段 组成本段的含泥砾砂岩或砾状砂岩以具有均匀层理或块状层理为特征。其中的扁平砾石可显出模糊的叠瓦状构造,而且其最长轴垂直于水流方向。有时,底部含有较大的炭化植物干。这些砂岩或砾状砂岩通常呈透镜状产出,与下伏岩层为侵蚀接触,属河床滞留沉积。 2平行层理段 本段由砂岩组成,典型的沉积构造是平行层理,而且层面上常有剥离线理伴生。平行层理发育的层位不太稳定,有时也可出现在第3段大波痕层理段之上,或两者呈交互状产出。 3大波痕层理段 组成本段的中、细砂岩以发育大波痕层理大水流波痕层理为特征。其形态类型以大型槽状交错层理为主,板状和楔状交错层理也时而可见。它们的规模有向上逐渐变小的趋势。 4小波痕层理和爬升波痕纹理段 本段由粉砂岩组成,特征的沉积构造是小波痕层理和发育良好的爬升波痕纹理,两者交替出现。 5波状层理和水平纹理段 组成本段的互层状粉砂岩和粉砂质泥岩往往具有波状层理的特征。粉砂岩中通常发育小波痕层理,泥岩则大多具有水平纹理。共生的沉积构造有爬升波痕纹理、旋卷层理、沟槽充填交错层理、干裂、雨痕、植物根痕及斑状构造等。 6上部均匀层理和水平纹理段 沉积物主要是泥岩,其次是粉砂岩,在局部地方可夹有碳质泥岩或薄煤层。特征性的沉积构造是均匀层理和水平纹理。此外,还常发育爬升波痕纹理、旋卷层理、植物根痕、简单的垂直或倾斜潜穴、足迹和爬迹、钙质和铁质结核、干裂等沉积构造。 在这个序列中,第1段代表河床滞留沉积;第24段为曲流沙坝沉积的产物;第5段基本上代表天然堤沉积,也可包括一部分决口扇沉积;第6段则是洪泛平原沉积物垂向加积的结果,厚度较大,有时可占整个序列的近二分之一。 由上述可见,在一个完整的蛇曲河沉积的原生构造序列中,从底部的冲刷面向上,交错层单元的规模由大变小,层理类型由均匀层理→平行层理→大波痕层理→小波痕层理→爬升波痕纹理直到水平纹理和均匀层理。沉积构造的这种变化和向上变细的粒度特征一起构成了一个典型的正旋回沉积序列。 蛇曲河沉积的这种原生沉积构造序列,是由蛇曲河的侧向迁移和沉积所造成的,并且可以用水流动态的概念进行解释。在蛇曲河中,水流能量的分布特点是最高流速靠近凹岸,最低流速靠近凸岸。因此,水流能量由凸岸向凹岸增大,水流动态由凸岸附近的低流态变到凹岸附近的高流态。当蛇曲河发生侧向迁移时,曲流沙坝就由凸岸向凹岸迁移,使低流态下的沉积物加积在高流态下的沉积物之上。所以,序列下部的平行层理显然是在高流态下由上平底底形产生的。根据底部的岩性和冲刷面分析,形成河床滞留沉积的水流亦应属高流态。而由下向上依次出现的大波痕层理、小波痕层理和爬升波痕纹理,则分别是低流态下形成的大波痕、小波痕和爬升波痕迁移的结果。平行层理产出层位的不稳定性是由上平底底形形成时的水流速度和水流深度的特定结合所控制的。序列上部的水平纹理和均匀层理,主要是由越岸洪水在较平静的条件下逐渐沉积其悬浮负载而形成的。因此,整个序列自下而上的发育过程,就是水流由高流态逐渐变为低流态,由底负载到悬浮负载沉积的过程。 段 代表性的 原生沉积构造 共生的沉积构造 一般岩性 环境解释 6 均匀层理 水平纹理 干裂,植物根痕,潜穴, 钙质和铁质结核 爬升波痕纹理,旋卷层理 泥岩 粉砂岩 洪 泛 平 原 5 水平纹理 波状层理 小波痕层理,透镜状层理,爬 升波痕纹理,干裂,植物根痕 粉砂岩 粉砂质泥岩 天然堤 4 爬升波痕纹理 小波痕层理 粉砂岩 曲 流 沙 坝 3 大波痕层理 平行层理 中、细砂岩 2 平行层理 剥离线理 砂 岩 1 均匀层理 叠瓦状构造,底面为冲蚀面 含泥砾砂岩 砾状砂岩 河床滞留 沉积 图2 蛇曲河沉积的原生构造序列及其环境解释 二辫状河沉积的原生构造序列 辫状河的一般特征是河道较直,但不固定,呈分而复合的辫状;河槽宽而浅,河床坡降较陡;流速快,流量和输沙量变化较大;河心沙坝发育,而洪泛平原则不甚发育;沉积物一般较粗,主要为砂、砾沉积。因此,辫状河沉积主要由河心沙坝沉积和较薄的洪泛平原沉积所组成,其原生沉积构造序列自下而上一般可分为四段图3 1均匀层理段 在明显的冲刷侵蚀面之上发育以均匀层理为特征的块状砂砾岩。在局部地方,砾石具有叠瓦状构造,其长轴垂直于水流方向排列,并且以迎流叠瓦为主。 2大波痕层理段 组成本段的砂砾岩和砂岩中发育大波痕层理,其形态类型以大型槽状交错层理为主,有时夹有单组大型板状交错层理和逆行沙丘交错层理。层理规模有向上变小的趋势。 3小波痕层理段 本段的岩性由中、细砂岩组成,以发育小波痕层理为特征。共生的层理类型主要是爬升波痕纹理,有时在粉砂岩中出现水平纹理。 4水平纹理和均匀层理段 这个段以泥质粉砂岩和粉砂质泥岩中的水平纹理和均匀层理为特征,厚度一般较小。伴生的沉积构造主要是旋卷层理等准同生变形构造,偶尔有爬升波痕纹理。此外,还有潜穴和植物根痕等。 在这个序列中,第1段属于河床滞留沉积;第2和3段是河心沙坝沉积的产物;而第4段则代表洪泛平原沉积。大波痕层理段是由洪水期大波痕底形的迁移所形成的;该段底部有时甚至可以出现由巨波痕迁移所形成的巨波痕层理;而单组大型板状交错层理则可能是河心沙坝在洪水期发生迁移的结果。在某些情况下,洪水水流甚至达到了高流态条件,从而形成逆行沙丘交错层理。随着洪水的退却,水流能量逐渐降低,大波痕停止迁移并开始生成小波痕,从而使第3段的小波痕层理叠置在第2段的大波痕层理上。第4段则是在平水期由细粒悬浮沉积物沉积而成的,因此以水平纹理为主。这个段的顶部大多是具有强生物扰动的土壤层。 与蛇曲河相比较,辫状河沉积的特点是1沉积物较粗,以砂、砾沉积为主;2槽状交错层理发育,而且规模较大。有时,甚至整个序列几乎全由槽状交错层理所组成;3洪泛平原沉积不甚发育。 上述的辫状河沉积的原生构造序列主要是对中上游的粗粒辫状河沉积而言。如果辫状河是发育在三角洲平原附近,则沉积物以细粒物质为主,但原生沉积构造序列却是相似的。 段 代表性的 原生沉积构造 共生的沉积构造 一般岩性 环境解释 4 水平纹理和 均匀层理 干裂,植物根痕 旋卷层理,爬升波痕纹理 粉砂质泥岩泥质粉砂岩 洪 泛 平 原 3 小波痕层理 爬升波痕纹理,水平纹理 中、细砂岩 河 心 沙 坝 2 大波痕层理 单组大型板状交错层理, 逆行沙丘交错层理,复活面 砂 岩 砂 砾 岩 1 均匀层理 叠瓦状构造,底面为冲蚀面 砂砾岩 河床滞留 沉积 图3 辫状河沉积的原生构造序列及其环境解释 三、三角洲沉积的原生构造序列 三角洲是指河流注入海洋或湖泊时,在河口附近形成的碎屑沉积体。其平面形状为尖顶朝向陆地的三角形或扇形,故名曰三角洲。它们的展布面积各不相同,从几平方公里到几万平方公里不等。 三角洲的类型,按河流、波浪、潮汐作用的相对强度可分为以河流作用为主的河控三角洲、以波浪作用为主的浪控三角洲和以潮汐作用为主的潮控三角洲。这三种成因类型的三角洲可以表现出不同的形态特征。 按照经典概念,一个三角洲由顶积层、前积层和底积层组成。从沉积环境的角度出发,一个三角洲沉积体系可进一步分为三角洲平原包括分流河道、分流间湖泊、沼泽等、三角洲前缘包括河口沙坝、远端沙坝等以及前三角洲。当三角洲向盆地方向生长时,上述的三个亚环境的沉积物依次叠覆,形成一个完整的进积式三角洲沉积序列。下面以地质记录中最常见的河控三角洲沉积为例,描述其原生沉积构造序列。这种序列自下而上大致由六段组成图4 1水平纹理和均匀层理段 本段主要由富含有机质的泥岩和粉砂质泥岩组成,以发育水平纹理和均匀层理为特征。生物扰动相当强烈,发育斑状构造和多种生物遗迹。有时夹有大洪水带来沉积的、具有递变层理的粉砂岩薄层。 2透镜状、波状和脉状层理段 组成这个段的沉积物主要是互层状的泥岩和粉砂岩。而且,砂质组分由下到上逐渐增多,依次出现透镜状、波状和脉状层理。共生的沉积构造有水平纹理、小波痕层理以及潜穴等生物扰动构造。 3交错层理发育段 基本上由较纯净的砂岩和粉砂岩组成的这个段,以发育各种交错层理为特征。其中主要是板状和楔状交错层理,也有槽状和波状交错层理。水流波痕层理和浪成波痕层理都存在。交错层规模从下到上由小变大。此外,常见气泡空洞、滑塌构造、重力断层等;有时,在层面上还可见到保存良好的水流波痕和浪成波痕。 4水平纹理和透镜状层理段 本段的沉积物主要是泥岩和泥质粉砂岩。层理类型以水平纹理和透镜状层理为主。生物扰动构造发育。 5水流波痕层理段 组成本段的砂岩以发育水流波痕层理为特征,槽状、楔状和板状类型均存在,而且其规模从下到上由大变小。共生的沉积构造有波状层理、透镜状层理、以及不常见的平行层理、冲淤构造等。 6均匀层理和水平纹理段 这个段的主要岩性是互层状的泥岩和粉砂岩,夹碳质泥岩和煤层。特征性的层理类型是均匀层理和水平纹理;此外,砂泥水平互层层理、波状层理、透镜状层理、冲淤构造也时而可见;钙质结核和铁质结核、植物根痕以及某些生物遗迹等相当丰富。 在上述序列中,第1段属于前三角洲沉积。由于这个亚环境离河口最远,基本上处于浪基面以下,水动力较弱,故沉积物以细粒悬浮物质为主,并且发育了反映这种水动力条件的水平纹理和均匀层理。河流带来的丰富的有机质和营养物质有利于生物在这里大量繁殖,产生了生物遗迹和生物扰动构造。这个段与下伏的正常浅海陆架或深湖相的泥质沉积呈过渡关系,一般较难区分。 第2、3、4段代表三角洲前缘沉积,分别属于远端沙坝、河口沙坝和分流间湾沉积。由前三角洲向陆地方向,水深变浅,水动力逐渐增强,粗粒与细粒沉积物交替沉积,形成了第2段的复合层理类型。在河口地区,由于水面相对于河道来说变宽了,使水流速度急剧下 降,河流搬来的大量砂质沉积物就在这里堆积成河口沙坝。水流、波浪、潮汐的联合作用, 使砂质沉积物中发育了各种波痕迁移而成的交错层理。另一方面,河口沙坝的向前生长或迁移也可产生具有切线形或S形前积层的大型板状或楔状交错层理。沙坝斜坡因过陡而滑动或滑塌,产生了滑塌构造。有时,河口沙坝和远端沙坝的沉积物经过波浪和水流的搬运与改造,可形成分布广而薄的席状砂沉积,但其沉积构造仍以各种交错层理为主,虽然有时也见到平行层理。 分流间湾是被天然堤或沼泽所围绕的并与开阔水域相通的海湾或湖湾。其沉积物既有从悬浮态中沉积下来的细粒物质,也有因分流河道决口而冲入的粗粒沉积物。在这种较安静的环境中,形成了水平纹理。在有波浪活动的地方,可以出现孤立波痕成因的透镜状层理。在有的垂向剖面中,第3段之上并不出现第4段,而是被分流间沼泽沉积组成的第6段直接覆盖,或者与第5段呈侵蚀接触,甚至可以被水进时沉积的泥岩所覆盖。 第5、6段属于三角洲平原沉积,分别代表分流河道和分流间湾沼泽沉积。这两个段的成因解释与前述的河流序列相似,此处不再赘述。 由此可见,三角洲沉积的原生构造序列是一个复合序列。它基本上由下部13段的反旋回序列和上部56段的正旋回序列组合而成。 段 代表性的 原生沉积构造 共生的沉积构造 一般岩性 环境解释 6 均匀层理 水平纹理 砂泥水平互层层理,波状和透镜状层理,冲淤构造,植物根痕,生物扰动构造,铁质和钙质结核 泥岩,粉砂岩,夹炭质泥岩和煤层 三 角 洲 平 原 分流间沼泽和湖泊 5 水流波痕 层理 波状和透镜状层理,平行层理,冲淤构造,底面为冲蚀面 砂 岩 分流河道 4 水平纹理和透镜状层理 生物扰动构造发育 泥岩和泥质粉砂岩 三 角 洲 前 缘 分流间湾 3 交错层理 水流波痕和浪成波痕, 气泡空洞,滑塌构造,重力断层 砂 岩 粉砂岩 河口 沙坝 2 脉状、波状和透镜状层理 水平纹理,砂泥水平互层层理,小波痕层理,生物扰动构造 粉砂岩 泥 岩 远端 沙坝 1 水平纹理 均匀层理 遗迹化石,生物扰动构造, 韵律层理,偶有递变层理 泥岩,粉砂质泥岩 前三角洲 图4 河控三角洲沉积的原生构造序列及其环境解释 与上述序列类似的古代河控三角洲沉积的实例,在中国东部中、新生代诸盆地中都可见到;而对于其它类型的古代三角洲沉积则研究甚少,现代实例可参考长江三角洲沉积和有关文献。 四、海岸陆架沉积的原生构造序列 位于海洋与大陆交界处的海岸,具有各种各样的地貌与沉积类型。根据有无障壁地形的存在,可将海岸分为两类无障壁海岸和有障壁海岸。 无障壁海岸又称广海型海岸,指的是海岸与广海之间不存在障壁岛、沙坝或生物礁等障壁地形,海水可进行充分流通和循环的一种海岸。如果海岸与广海之间存在任何一种障壁地形,以致使海水处于局限流通或半局限流通状态,则称为有障壁海岸。 上述两类海岸,按照沉积物的性质又可进一步分为陆源碎屑沉积海岸和碳酸盐沉积海岸。前者还可以再分为高能砾质海岸、中能砂质海岸和低能泥质海岸。显然,我们不可能讨论这么多种海岸的沉积特征,只能选择有代表性的、地质记录中比较常见的广海型砂质海岸沉积为例加以说明。 从海岸向海到大陆架,可以根据海岸地貌、水动力状况和沉积物类型分为如下几个地貌单元海岸沙丘、后滨、前滨、临滨、过渡带及远滨陆架泥。 海岸沙丘大致位于最大风暴涨潮位以上。后滨从海岸沙丘下界向海延伸到平均高潮线,相当于潮上带。平均高潮线与平均低潮线之间的地带为前滨,即相当于潮间带。临滨则位于平均低潮线与浪基面之间的地带。从临滨向海过渡带就是以泥质沉积为主的远滨带陆架泥。 在沉积物供应充足、海岸向海方向进积的情况下,上述各单元的沉积物依次叠覆,形成一个进积型海岸陆架沉积序列。这个序列中发育的原生沉积构造,自下而上大致可归纳为七段图5 1水平纹理段 代表水动力条件很低的远滨环境中所形成的这个段,主要由发育水平纹理的粉砂质粘土和粘土质粉砂所组成。其中,偶尔夹有风暴时期形成的粉砂或细砂薄层。这种砂层往往具有递变特征。这个段的生物扰动程度中等到强烈,大多数是无一定形态的生物扰动构造,也有一些是生物遗迹化石,如不同形状和大小的各种潜穴。有时,甚至发育由完全生物扰动所形成的均匀层理。 2砂泥互层层理和生物扰动构造段 本段是过渡带沉积的产物。其特征是粉砂和粘土层与风暴时期沉积的砂质层呈大致等厚的互层状;生物扰动十分强烈,破坏了大部分的原生层理,甚至形成均匀层理。 3水平纹理段 组成本段的细砂以发育水平纹理为特征。它们是由强风暴时期产生的砂质悬浮浑浊液沉积而成的。共生的沉积构造有对称浪成波痕、大波痕及大波痕层理。生物扰动中等到强烈。这个段代表位于浪基面附近的临滨下部的沉积。 4水流波痕层理段 这个段的沉积物主要是细砂。代表性的层理类型是水流波痕成因的小型和大型交错层理,其形态以波状和楔状为主。生物扰动弱。本段与第3段为过渡关系,属于上临滨沉积。 5冲洗交错层理段 由中、细砂组成的这个段,以发育冲洗交错层理为特征。共生的沉积构造种类多、数量丰富。有水流波痕、浪成波痕、逆行沙丘及其它们迁移所形成的各种交错层理;与冲流和回流的作用有关的平行层理、递变层理、菱形波痕、冲蚀构造;极浅水中所特有的各种干涉波痕;与水位下降和沉积物表面间歇性出露水面有关的各种沉积构造也很常见,例如改造波痕、冲流痕、粘附波痕、细流痕等。本段是在平均高潮线与平均低潮线之间的前滨带中形成的。由于前滨带的水流和波浪能量较高,并以冲洗作用为特征,因此沉积物的分选性和磨圆度均很好,而且形成了特征性的冲洗交错层理。在这个带的沉积物中,生物扰动构造也较发育,潜穴一般为简单的垂直潜穴、U形潜穴和Y形潜穴。 6水平纹理段 本段基本上由具有水平纹理的砂质沉积物组成,其中夹有水流波痕成因的小型交错层理和充填浅洼地所形成的低角度交错层理。由于本段是在平均高潮线与最大风暴涨潮位之间的后滨带上形成的,因此它的特征既与波涛的活动有关,也与风的作用有关。在风暴时期,海水淹没后滨,由波涛产生的砂质悬浮浑浊液,沉积了水平纹层状砂;飞砂的沉积也可以形成这种层理。在局部地方发育的沉积构造有细流痕、粘附波痕、气泡砂构造以及高潮线附近的海滩脊所形成的交错层理。 7风成沙丘交错层理段 这个段主要由发育风成沙丘交错层理的细、中砂组成,其中常具有小型的变形构造。砂中经常富含介壳碎片,并有大量的植物根痕。在局部地方,发育泥炭层和植物根层。本段代表砂供应充足又有向岸盛行强风的海岸上所发育的海岸沙丘沉积。它们是由海岸砂经风改造而成的。在沙丘之间可形成泥炭沉积。 上述序列是一个理想的、完整的进积型序列。其中的第1~5段表现为下细上粗的反旋回沉积特征。这是由于从远滨到前滨,随着水深的减小,水流和波浪作用逐渐增强的结果。顶部的第6~7段则与风的作用有关。 段 代表性的 原生沉积构造 共生的沉积构造 一般岩性 环境 解释 7 风成沙丘交错 层理 植物根痕,变形构造 中、细砂岩 海 岸 沙 丘 6 水平纹理 小波痕层理,低角度交错层理, 细流痕,粘附波痕,气泡砂构造 砂 岩 后 滨 5 冲洗交错层理 水流波痕,浪成波痕,逆行沙丘,干涉波痕,改造波痕,水流和浪成波痕层理,平行层理,递变层理,冲蚀构造,冲流痕,细流痕,粘附波痕,剥离线理, 潜穴 中、细砂岩 前 滨 4 水流波痕层理 削顶浪成波痕,弱生物扰动构造 细砂岩 临 滨 3 水平纹理 对称浪成波痕,大水流波痕, 大波痕层理,中等强生物扰动 构造 细砂岩 2 砂泥互层层理和 生物扰动构造 强完全生物扰动,均匀层理 互层状泥、粉砂岩和砂岩 过 渡 带 1 水平纹理 中等强生物扰动构造,遗迹 化石,均匀层理,递变层理 粉砂质泥岩, 泥质粉砂岩,夹细砂岩 远 滨 图5 进积型砂质海岸陆架沉积的原生构造序列及其环境解释 这种进积型序列大多是在海退时期发育的。在海进时期所形成的砂质海岸陆架沉积的退积型序列,其顺序则与此相反。但在实际地层剖面中,由于海进或海退的速度不同,可能缺失某些段或发育不全。另一方面,在无潮海中,前滨不发育,后滨直接过渡为临滨。 五、潮坪沉积的原生构造序列 潮坪一般沿着沉积物供应充足、具有显著潮汐周期又没有强波浪活动的海岸发育, 如河口湾、海湾、泻湖或者障壁岛和沿岸沙坝后面就往往发育有潮坪。在面临广海的沿岸地区,如果海岸坡度极缓,潮下带向海延伸很远,足以使波浪活动减弱,也可以发育潮坪。 潮坪的主要部分位于平均高潮线和平均低潮线之间的潮间带,平均高潮线以上为潮上带,平均低潮线以下为潮下带。潮间带可进一步分为三部分靠近平均高潮线的是以泥质沉积为主的高潮坪泥坪,靠近平均低潮线的是以砂质沉积占优势的低潮坪沙坪,其间是砂泥交互沉积的中期坪混合坪。潮上带的沉积物以泥或粘土为主。在潮湿气候下,潮上泥坪可发育沼泽,形成泥炭沉积;在干旱气候下,有蒸发盐沉积,成为盐沼。潮下带大部分被潮道、潮下沙坝和浅滩所占据,沉积物以砂为主。潮下带下部的较深部分不应包括在潮坪环境中。 当沉积作用向海推进时,潮上带、高潮坪、中潮坪、低潮坪、潮下带沉积依次叠覆,形成了一个从下到上沉积物由粗变细的进积型碎屑潮坪沉积序列。其中,原生沉积构造也发生相应的变化,从下到上一般可分为五个段图6 1大型交错层理段 组成本段的砂岩以发育大型交错层理为特征,而且,其中有许多是在潮道中由大波痕迁移所形成的大波痕层理。共生的沉积构造有羽状交错层理和复活面等。这个段代表浅潮下带沉积。 2小波痕层理段 在这个由砂岩组成的段中,最常见的层理类型是水流波痕成因的小型交错层理,并以板状和楔状为主。有时发育特征性的羽状交错层理、复活面和冲蚀构造。共生的沉积构造以波痕为主,有小水流波痕和浪成波痕、纵向波痕、各种干涉波痕和改造波痕例如双脊、削顶及圆顶波痕;有时可见沟槽充填交错层理。本段属于潮间带的低潮坪沉积。 3脉状、波状及透镜状层理段 由第2段向上,泥质沉积物逐渐增多,出现砂、泥交互沉积。在互层状的砂、泥岩中,发育了特征性的脉状、波状和透镜状层理。在这个段的上部,经常出现由泥与粉砂纹层交互组成的潮汐层理韵律层理。共生的沉积构造相当丰富。与第2段相似,本段也发育有小水流波痕、浪成波痕、各种干涉波痕和改造波痕。此外,还可经常见到孤立波痕、细流痕、以旋卷层理为主的变形构造、以及足迹、爬迹、潜穴等生物遗迹。这个段是中潮坪沉积的产物。 4水平纹理段 代表高潮坪沉积的这个段,主要由泥质沉积物组成,偶尔夹有大潮带来沉积的砂质薄层。本段以发育水平纹理和具有强烈的生物扰动为特征。此外,还经常可以见到细流痕和干裂等;有时则发育晶体印痕与假晶,例如石膏和石盐假晶。 5均匀层理段 本段主要由潮上带的盐沼或沼泽的细粒沉积物组成,有时夹有强风暴时期由海浪冲来堆积的介壳层。在潮湿气候条件下,潮上带长满植物,形成泥炭沉积,并以发育均匀层理和具有植物根痕为特征。在干旱气候区,潮上带往往发育成盐沼或萨布哈,形成蒸发盐沉积,并具有不规则的或层纹状的纹理和结核。 从上述序列可以看出,从下到上沉积物由粗变细,沉积构造由大型交错层理→小波痕层理→复合层理→水平纹理→均匀层理,表现出正旋回沉积。形成这种序列的原因,主要与潮坪上波浪和水流能量的分布以及沉积物的搬运机理有关。与潮间带的较高部位相比,低潮线附近的波浪和水流能量更强,作用时间更长,因此这里主要富集砂质沉积物,并形成以水流波痕成因为主的大型与小型交错层理。从这里簸选出来的泥质物可以沉积在浪基面以下的潮下带,但主要是沉积在波浪和水流能量均较低的高潮线附近的泥坪上,并形成了低能量条件下的水平纹理。处于低潮坪和高潮坪之间的中潮坪,具有过渡性的波浪和水流能量,因此发育了砂、泥交互沉积所形成的复合层理。 另一方面,这个序列中所出现的许多特征性的沉积构造,例如羽状交错层理、复活面、潮汐层理、透镜状层理、波状层理、脉状层理、改造波痕、细流痕等,与潮汐作用密切相关。其中主要有涨潮流与落潮流的流向相反和流速不同即潮流的时间速度的不对称性,涨、落潮时的强水动力条件与平潮期的弱水动力条件相互交替出现,潮坪上水位的周期性下降和出露水面。 具有与上述进积型序列相似的古代潮坪沉积,近年来已有所发现,例如,华北地台的晚前寒武纪潮汐沉积陈激石,1980;孙枢等,1981;陈昌明,陈景山,1982;苏北盆地早第三纪的某些时期也发育有潮汐沉积严钦尚等,1979;四川合川地区晚二叠世潮坪沉积。根据同济大学海洋地质系最近的研究,苏北现代碎屑潮坪沉积也具有相似的特征。当然,潮坪沉积除了发育这种进积型序列外,也可以形成顺序与此相反的退积型序列。 段 代表性的 原生沉积构造 共生的沉积构造 一般岩性 环境解释 5 均匀层理 植物根痕,不规则纹理,结核 泥岩,泥炭或蒸发岩,夹介壳层 潮 上 带 4 水平纹理 强生物扰动构造,细流痕, 干裂,晶体印痕与假晶,雨痕 泥 岩 偶夹薄层砂岩 潮 间 带 高潮坪 3 透镜状层理 波状层理 脉状层理 潮汐层理,小水流波痕,浪成波痕,干涉波痕,改造波痕,孤立波痕,细流痕,旋卷层理,遗迹化石 互层状砂岩 和泥岩 中潮坪 2 小波痕层理 羽状交错层理,复活面,冲蚀构造,水流波痕和浪成波痕,干涉波痕,改造波痕, 沟槽充填交错层理 砂 岩 低潮坪 1 大型交错层理 大波痕层理,沟槽充填交错层理,羽状交错层理,复活面 砂 岩 潮下带 图6 进积型碎屑潮坪沉积的原生构造序列及其环境解释 六、浊流沉积的原生构造序列 浊流是指由水和沉积物混合而成并顺水下斜坡流动的一种高密度流。由浊流的沉积作用所形成的沉积物就称为浊积物或浊积岩。 对浊流沉积,鲍马Bouma,1962已总结出一个包含有五个段的理想序列。下面的描述基本上是根据他的序列,但也参照实际的研究略加修改图7。 1递变层理段即递变段或A段 最下部的这个段一般由砂岩和含砾砂岩组成,最突出的特征是发育递变层理。底部偶尔有逆行沙丘;底面上大多发育特征性的各种冲刷痕和压刻痕的铸型,如槽铸型,沟铸型等。与下伏层为侵蚀冲刷接触。 2平行层理段即下平行纹层段或B段 由砂岩组成的这个段,以发育平行层理为特征,有时也显示递变特征。沿层面偶尔可见剥离线理。与下伏递变层理段呈渐变接触。 3水流波痕层理段或变形层理段,即水流波纹层段或变形纹层段或者C段 本段一般由细砂岩和粉砂岩组成,其特征是发育小水流波痕层理或变形层理。有时可见爬升波痕纹理,少见大水流波痕层理。与平行层理段呈突变接触。 4水平纹理段即上平行纹层段或D段 本段一般由粉砂岩和粉砂质泥岩组成,具有明显的水平纹理。与下伏的第3段为渐变或突变接触。 5)均匀层理段即泥质段或E段 本段一般由质较纯的泥岩组成,并以均匀层理为特征。泥岩中有时含有孔虫化石,可以见到与层面平行或略为斜交的生物遗迹化石,其形状较复杂,如弯曲状、树枝状、螺旋状等。与下伏的水平纹理段呈渐变接触。在本段之上有时还发育有正常深海沉积的泥岩或泥灰岩F段,但通常无法与E段区别。 上述的序列是一个完整的理想序列,通常发育不全,可以缺失一个或两个段。这主要取决于离浊流发源区的距离。 段 代表性的 原生沉积构造 共生的沉积构造 一般岩性 环境解释 5,E 均匀层理 水平纹理,遗迹化石 泥 岩 悬浮沉积 4,D 水平纹理 粉砂岩 粉砂质泥岩 低流态平 底 3,C 水流波痕层理 或变形层理 爬升波痕纹理,大波痕层理,变形构造 细砂岩 粉砂岩 低流态 2,B 平行层理 偶见剥离线理 砂 岩 高流态 平底 1,A 递变层理 各种冲刷痕和压刻痕的 铸型,偶见逆行沙丘,底面为冲蚀面 砂 岩 含砾砂岩 砂砾岩 高流态,快速沉积 图7 浊流沉积的原生构造序列及其环境解释 浊流沉积所形成的这种序列,有人根据流态概念,将A段到E段的变化解释为浊流的流动强度=流速密度逐渐减弱的沉积过程。A段可能是在高流态下快速沉积的。在其底部偶尔发现的逆行沙丘可以证实高流态的存在。发育平行层理和剥离线理的B段,是由高流态下的平底产生的。在B段之上,按照流态与波痕的关系,应该出现大水流波痕和大波痕层理。实际上也已在这个位置上发现了它们,少见的原因可能与沉积物较细和沉积速度快有关。C段一般是由低流态下的小水流波痕迁移而形成的。D段可能是由低流态下的平底产生的,其沉积物主要是从悬浮状态中沉积下来的。E段则是在很低的能量条件下由浊流最后期的乳浊液沉积而成的。 七、近岸水下扇沉积的原生构造序列 在断陷盆地的陡岸一侧,往往会有近岸水下扇或称水下冲积扇发育。就其性质而言,主要属于重力流沉积。它基本上是由近源的山间洪水携带大量陆源碎屑直接进入盆地所形成的水下扇形体孙永传等,1980。它们在我国东部第三纪断陷盆地中经常可以见到。 一个水下扇,可以根据地貌和沉积特征分为扇根、扇中和扇端三个部分。当发生进积作用时,上述三个单元的沉积物依次叠覆,形成一个下细上粗的反旋回序列,其中所发育的原