第二章沉积岩的原生构造及产状 本章提要 本章主要讲述沉积岩层的原生构造、岩层的产状、厚度及其出露特征。学习本章时要 求掌握利用沉积岩的原生构造确定岩层顶、底：掌握倾斜岩层的产状要素及测量、表示方 法：学会利用岩层露头分布“V”字形法则判断岩层产状：了解岩层露头宽度的变化特点 及其影响因素。本章的重点是层理及岩层的概念：岩层顶、底面的识别：岩层产状、厚度 及出露特征。难点是倾斜岩层的出露特征。 沉积岩是地壳表层分布最广泛的岩石，其分布面积约占地球大陆面积的75%。大陆地壳 表层的地质构造很多都是由沉积岩形成的。观测分析沉积岩层的原生构造、岩层产状和接触 关系是研究地质构造的一项基础工作，也是本课程的基本内容之一。 第一节沉积岩层的原生构造 一、岩层的概念 由两个平行或近于平行的界面所限制的，岩性基本一致的，层状岩体叫做岩层，由沉积 作用形成的岩层叫沉积岩层。岩层的上、下界面叫层面，上层面又称顶面，下层面又称底面。 两个岩层的接触面，既是上覆岩层的底面，又是下伏岩层的顶面。 同一岩层的成分、结构和颜色大体上是一致的，并由两个相当清楚的界面将其与上覆岩 层和下伏岩层分隔开。但在同 一岩层内，沿垂直层面方向的 白云质灰岩层 剖面仔细观察，还会发现有颗 2▣ 粒粗细、颜色深浅甚至含有其 泥质灰岩层 它物质多少的变化。根据这些 变化，岩层内还可以细分为者 干更小的层。所以，层又是岩 黄绿色页岩层 层的基本组成单位。一个岩层 紫色页岩层 可以由一个或几个层组成（图 灰绿色顶岩 2-1). 岩层的形成过程是内力 地质作用和外力地质作用相 砂砾岩层 互影响、相互制约的过程。如 粗砂岩层 处于地壳不断下降过程中的 细砂岩层西 个接受沉积的坳陷盆地，在 图2 岩层和层之间的关系示意图
第二章 沉积岩的原生构造及产状 沉积岩是地壳表层分布最广泛的岩石，其分布面积约占地球大陆面积的 75%。大陆地壳 表层的地质构造很多都是由沉积岩形成的。观测分析沉积岩层的原生构造、岩层产状和接触 关系是研究地质构造的一项基础工作，也是本课程的基本内容之一。 第一节 沉积岩层的原生构造 一、岩层的概念 由两个平行或近于平行的界面所限制的，岩性基本一致的，层状岩体叫做岩层，由沉积 作用形成的岩层叫沉积岩层。岩层的上、下界面叫层面，上层面又称顶面，下层面又称底面。 两个岩层的接触面，既是上覆岩层的底面，又是下伏岩层的顶面。 同一岩层的成分、结构和颜色大体上是一致的，并由两个相当清楚的界面将其与上覆岩 层和下伏岩层分隔开。但在同 一岩层内，沿垂直层面方向的 剖面仔细观察，还会发现有颗 粒粗细、颜色深浅甚至含有其 它物质多少的变化。根据这些 变化，岩层内还可以细分为若 干更小的层。所以，层又是岩 层的基本组成单位。一个岩层 可以由一个或几个层组成（图 2—1）。 岩层的形成过程是内力 地质作用和外力地质作用相 互影响、相互制约的过程。如 处于地壳不断下降过程中的 一个接受沉积的坳陷盆地，在 本 章 提 要 本章主要讲述沉积岩层的原生构造、岩层的产状、厚度及其出露特征。学习本章时要 求掌握利用沉积岩的原生构造确定岩层顶、底；掌握倾斜岩层的产状要素及测量、表示方 法；学会利用岩层露头分布“V”字形法则判断岩层产状；了解岩层露头宽度的变化特点 及其影响因素。本章的重点是层理及岩层的概念；岩层顶、底面的识别；岩层产状、厚度 及出露特征。难点是倾斜岩层的出露特征。 图 2—1 岩层和层之间的关系示意图
其边缘沉积了砾石，向盆地内部逐渐过渡为砂、细砂、粘士等物质，在离岸更远的地方为较 稳定的化学沉积。成岩以后就形成了砾岩、砂岩、页岩、泥灰岩或石灰岩等（图1一2）。 如果地壳继续下降，沉积区不断扩大，沉积区段发生变化，在原来砾石层上面又沉积了砂层， 原砂层上面又沉积了细砂或粘土等，使水平方向和垂直方向均呈现出由粗到细逐渐过度的关 系（图2一2B)。有时沉积下降速度明显变化，造成沉积环境的明显变化，使上、下两套沉 积物在物质成分、结构和颜色等方面均有明显的差异（图1一2C)。这种相互重叠并有明显 差异的地质体，成岩以后在构造上的明显特征是具有层状构造。 同一岩层在形成过程中，由于气候条件、水流大小、物源供应等外力地质因素发生变化 而显示出层理和层。因此，任何一个岩层都是一次地壳升降运动所造成的沉积单位。其岩层 的性质受一定的时间、空间和自然地理环境所控制。 海平面 77 钙质泥 陆遵泥 图2一2岩层及层理的形成 A一沉积盆地中陆源沉积物与海岸线的分布关系： B一当沉积盆地缓慢下降时，各岩层间物质成分的渐变关系 C一当沉积盆地迅速下降时，各岩层间物质成分的突变关系 同一岩层顶、底面之间的最短距离，就是岩层的厚度（真厚度）。由于沉积环境和条件 的不同，岩层的厚度区域分布有变化，有的岩层在较大范围内厚度不变或基本一致，形成厚 度稳定的板状岩层：有的岩层在较小范用内明显地向一个方向增厚，而向另一个方向变薄甚 至尖灭，称作岩层的尖灭现象：有的岩层中间厚向两侧尖灭，形成透镜状岩层（图2一3）
其边缘沉积了砾石，向盆地内部逐渐过渡为砂、细砂、粘土等物质，在离岸更远的地方为较 稳定的化学沉积。成岩以后就形成了砾岩、砂岩、页岩、泥灰岩或石灰岩等（图 1—2A）。 如果地壳继续下降，沉积区不断扩大，沉积区段发生变化，在原来砾石层上面又沉积了砂层， 原砂层上面又沉积了细砂或粘土等，使水平方向和垂直方向均呈现出由粗到细逐渐过度的关 系（图 2—2B）。有时沉积下降速度明显变化，造成沉积环境的明显变化，使上、下两套沉 积物在物质成分、结构和颜色等方面均有明显的差异（图 1—2C）。这种相互重叠并有明显 差异的地质体，成岩以后在构造上的明显特征是具有层状构造。 同一岩层在形成过程中，由于气候条件、水流大小、物源供应等外力地质因素发生变化 而显示出层理和层。因此，任何一个岩层都是一次地壳升降运动所造成的沉积单位。其岩层 的性质受一定的时间、空间和自然地理环境所控制。 同一岩层顶、底面之间的最短距离，就是岩层的厚度（真厚度）。由于沉积环境和条件 的不同，岩层的厚度区域分布有变化，有的岩层在较大范围内厚度不变或基本一致，形成厚 度稳定的板状岩层；有的岩层在较小范围内明显地向一个方向增厚，而向另一个方向变薄甚 至尖灭，称作岩层的尖灭现象；有的岩层中间厚向两侧尖灭，形成透镜状岩层（图 2—3）。 图 2—2 岩层及层理的形成 A—沉积盆地中陆源沉积物与海岸线的分布关系； B—当沉积盆地缓慢下降时，各岩层间物质成分的渐变关系； C—当沉积盆地迅速下降时，各岩层间物质成分的突变关系
岩层厚度的这些变化，受当时堆积形成时地 壳运动的升降速度和幅度以及古地理环境的影 响。因此，我们常采用测定各个地点同一时代岩 层厚度数据，制作该时代岩层的等厚图（即岩层 厚度等值线图)，来分析地壳升降运动的变化规 律，确定出隆起区和坳陷区，这对寻找石油和天 然气有一定的实际意义。 沉积岩在沉积过程中和成岩作用过程中产 生的非构造变动的构造特征称为沉积岩层的原 生构造，如层理、层面构造、结核、叠锥以及生 物遗迹、叠层石等等。沉积岩的原生构造主要是 沉积岩石学研究的内容。但是，它对地质构造的 图2一3岩层的厚度和形态 研究也有重要意义。沉积岩原生构造不仅为研究 a一项面：b一底面：一岩层厚度：1一板 和判断岩层形成时的古地理和地壳运动特征提 状岩层：Ⅱ一岩层厚度变薄：一岩层尖 供重要资料，而且有些原生构造，诸如层理、层 灭，呈禊形：一岩层呈透镜状 面构造等，还是鉴别岩层顶、底面和确定岩层相 对层序的重要依据，了解这些构造特征对观察、分析构造形态，确定岩层产状和岩石变形特 征具有一定的指导意义，在某些情况下具有特殊的作用。 二、层理及其识别 层理是沉积岩中最普流的原生构浩。它是诵过 岩石成分、结构和颜色等特征在剖面上的突变或渐 变所显现出来的一种成层构造。层理的形成及其特 征与组成岩石的成分，形成岩石的地质、地理环境 以及介质运动特征有关。依据层理的形态及其结构 通常将其分为三种基本类型：水平层理、波状层理 和斜层理（图2一4）。 除上述三种基本类型外，由于沉积作用过程中 介质的复杂运动和其它因素的影响，还有许多过渡 类型和特殊类型，诸如斜波状层理、递变层理等。 在进行地质构造研究时，判别层理是最基础的 图2一4层理的基本类型 工作。很多情况下只有找出层理，才能确定岩层面 1一平行层理：Ⅱ一波状层理：Ⅲ 的位置，进而判断岩层的正常层序，恢复地质构造 一斜层理：a一细层：一层系 的原始形态。大多数沉积岩的层理较为明显，容易 辨认。但某些岩层，如成分较为单一巨厚岩层，它们的层理常不清楚：有的岩层中发育密集 定向的节理或暗理，掩盖了层理或与层理混淆不清。特别是某些变质岩风，次生面理特别发
岩层厚度的这些变化，受当时堆积形成时地 壳运动的升降速度和幅度以及古地理环境的影 响。因此，我们常采用测定各个地点同一时代岩 层厚度数据，制作该时代岩层的等厚图（即岩层 厚度等值线图），来分析地壳升降运动的变化规 律，确定出隆起区和坳陷区，这对寻找石油和天 然气有一定的实际意义。 沉积岩在沉积过程中和成岩作用过程中产 生的非构造变动的构造特征称为沉积岩层的原 生构造，如层理、层面构造、结核、叠锥以及生 物遗迹、叠层石等等。沉积岩的原生构造主要是 沉积岩石学研究的内容。但是，它对地质构造的 研究也有重要意义。沉积岩原生构造不仅为研究 和判断岩层形成时的古地理和地壳运动特征提 供重要资料，而且有些原生构造，诸如层理、层 面构造等，还是鉴别岩层顶、底面和确定岩层相 对层序的重要依据，了解这些构造特征对观察、分析构造形态，确定岩层产状和岩石变形特 征具有一定的指导意义，在某些情况下具有特殊的作用。 二、层理及其识别 层理是沉积岩中最普遍的原生构造。它是通过 岩石成分、结构和颜色等特征在剖面上的突变或渐 变所显现出来的一种成层构造。层理的形成及其特 征与组成岩石的成分，形成岩石的地质、地理环境 以及介质运动特征有关。依据层理的形态及其结构 通常将其分为三种基本类型：水平层理、波状层理 和斜层理（图 2—4）。 除上述三种基本类型外，由于沉积作用过程中 介质的复杂运动和其它因素的影响，还有许多过渡 类型和特殊类型，诸如斜波状层理、递变层理等。 在进行地质构造研究时，判别层理是最基础的 工作。很多情况下只有找出层理，才能确定岩层面 的位置，进而判断岩层的正常层序，恢复地质构造 的原始形态。大多数沉积岩的层理较为明显，容易 辨认。但某些岩层，如成分较为单一巨厚岩层，它们的层理常不清楚；有的岩层中发育密集 定向的节理或劈理，掩盖了层理或与层理混淆不清。特别是某些变质岩区，次生面理特别发 图 2—3 岩层的厚度和形态 a—顶面；b—底面；h—岩层厚度；Ⅰ—板 状岩层；Ⅱ—岩层厚度变薄；Ⅲ—岩层尖 灭，呈楔形；Ⅳ—岩层呈透镜状 图 2—4 层理的基本类型 Ⅰ—平行层理；Ⅱ—波状层理；Ⅲ —斜层理；a—细层；b—层系
有，甚至层理被置换，致使原生层理极难辨认。这就要求我们在野外工作中必须仔细观察 尽力发现能鉴别层理的各种标志及岩层的其他原生构造去识别层理。 野外识别层理，可根据以下标志： (一)岩石的成分变化 岩石成分的变化是显示层理的重要标志，特别是在岩性比较均一的巨厚岩层中，要注意 寻找成分特殊的薄夹层。如石灰岩中夹有页岩、砂岩中夹有砾岩、泥岩中夹有粉砂岩等，借 助于这类夹层可以识别巨厚岩层的层理。 (二)岩石结构的变化 根据沉积原理，不同粒度或不同形状的颗粒总是分层堆积的，从而显示出层理。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，可以作为确定层理的标志。 (三)岩石的颜色变化 在层理隐蔽、成分均一、颗粒较细的岩层中，如有额色不同的夹层或条带，也可以指示 层理。但要注意区分由某些次生变化造成的岩石颜色差异。例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。此外，在有些深色泥岩或白云岩中，常因风化 而引起退色作用，也会沿节理或裂缝发生颜色变化，如不注意也会误当作岩层的层理。 (四)岩层的原生层面构造 这些构造包括波痕、泥裂、雨痕、生物遗迹及其印膜，也可以作为确定和识别层理的标 志。 在野外观察中，如果在一个露头上层理不易看清，或者分不清是层理还是其它次生构造 (如节理、劈理)时，应多观察一些附近的露头，详加比较分析，并根据层理面一般都延展 较远，连续性较好等特点加以区别。当沉积岩中发育有大型斜层理时，应注意要把斜层理的 细层与层系的主层理风别开来。 三、利用沉积岩层原生构造确定岩层的顶面和底面 确定岩层的新老层序是野外观察研究地质构造的一个重要问题.因为岩层形成并经受构 造变动，虽然有的还保持其正常层序，即岩层的顶面在上，底面在下，沿着岩层的倾向，按 由老到新的层序排列：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，顶面反而在下，使岩层沿若倾斜方向，出现由新到老的层序倒置的现象。 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“哑 地层”中，也可以根据岩层的原生构造或某些次生构造，通过判别岩层的顶、底面去确定其 相对新老层序。这里重点介绍利用沉积岩的原生构造来确定层序的一些标志，对于次生构造 (如层间小褶皱、劈理等)确定岩层层序的方法，将在后面的有关章节再讨论。 (一)斜层理 斜层理是由一组或多组与主层面斜交的细层组成。不同类型的斜层理细层的顿斜方向也
育，甚至层理被置换，致使原生层理极难辨认。这就要求我们在野外工作中必须仔细观察， 尽力发现能鉴别层理的各种标志及岩层的其他原生构造去识别层理。 野外识别层理，可根据以下标志： （一）岩石的成分变化 岩石成分的变化是显示层理的重要标志，特别是在岩性比较均一的巨厚岩层中，要注意 寻找成分特殊的薄夹层。如石灰岩中夹有页岩、砂岩中夹有砾岩、泥岩中夹有粉砂岩等，借 助于这类夹层可以识别巨厚岩层的层理。 （二）岩石结构的变化 根据沉积原理，不同粒度或不同形状的颗粒总是分层堆积的，从而显示出层理。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，可以作为确定层理的标志。 （三）岩石的颜色变化 在层理隐蔽、成分均一、颗粒较细的岩层中，如有颜色不同的夹层或条带，也可以指示 层理。但要注意区分由某些次生变化造成的岩石颜色差异。例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。此外，在有些深色泥岩或白云岩中，常因风化 而引起退色作用，也会沿节理或裂缝发生颜色变化，如不注意也会误当作岩层的层理。 （四）岩层的原生层面构造 这些构造包括波痕、泥裂、雨痕、生物遗迹及其印膜，也可以作为确定和识别层理的标 志。 在野外观察中，如果在一个露头上层理不易看清，或者分不清是层理还是其它次生构造 （如节理、劈理）时，应多观察一些附近的露头，详加比较分析，并根据层理面一般都延展 较远，连续性较好等特点加以区别。当沉积岩中发育有大型斜层理时，应注意要把斜层理的 细层与层系的主层理区别开来。 三、利用沉积岩层原生构造确定岩层的顶面和底面 确定岩层的新老层序是野外观察研究地质构造的一个重要问题。因为岩层形成并经受构 造变动，虽然有的还保持其正常层序，即岩层的顶面在上，底面在下，沿着岩层的倾向，按 由老到新的层序排列；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。 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“哑 地层”中，也可以根据岩层的原生构造或某些次生构造，通过判别岩层的顶、底面去确定其 相对新老层序。这里重点介绍利用沉积岩的原生构造来确定层序的一些标志，对于次生构造 （如层间小褶皱、劈理等）确定岩层层序的方法，将在后面的有关章节再讨论。 （一） 斜层理 斜层理是由一组或多组与主层面斜交的细层组成。不同类型的斜层理细层的倾斜方向也
不同，可以向同一方向倾斜，也可向不同方向倾斜。斜层理能用来确定岩层顶、底面的方向， 图2一5根据斜层理确定岩层顶、底面 (据MRBi1ings,1947) A一岩层是正常层序，顶面在左边：B一岩层直立，项面在右边：C一岩层倒转，顶面在右边 其判别特征是：每组细层理与层系顶部主层面成截交的关系，而与层系底部主层面呈收敛变 缓而相切的关系，弧形层理凹向顶面。根据这个特点就可以确定岩层顶、底面（图2一5） (二)粒级层理 粒级层理又叫递变层理。它是由岩石颗粒的粒度大小变化显示出来的。正常情况下，颗 粒分布为下粗上细，其特点是在单层中，从底到顶由砾岩或粗砂岩开始，向上递变为细砂岩、 粉砂岩以至泥岩。有的由砾至泥粒级递变完整，有的不完整只有砾一砂，或砂一泥：有的重 复呈条带状出现，似间互层或韵律层。粒级层理在海相、湖相碎屑岩中很普遍，它可以是水 流机械搬运分级沉积的结果，也可以由浊流搬运形成粒级浊积层。在相邻两粒级层之间，下 层顶面常受过冲刷，因而两层在粒度上或成分上不是递变而是突变。根据粒级层理这种下粗 上细粒度递变的特征，可以确定岩层的顶、底面（图2一6）。 2 B D 图2一6根据粒级层理确定岩层项、底面 (据L.P.Bi1ings,1947) A一水平岩层，每层自底到顶由粗变细：B一正常倾斜岩层，顶面在左上方： C一直立岩层，顶面在右边：D一倒转岩层，顶面在左下方 (三)波痕 波痕的成因和类型很多，能够用来指示岩层顶底面的主要是对称浪成波痕（图2一7）。 它的波峰呈尖棱形，波谷呈圆弧形。这种波痕无论是原型还是印模，都是波峰尖端指向岩层 的顶面，圆弧形波谷凸向底面。对称型浪成波痕主要发有在粉砂岩、砂岩及碳酸盐岩的表面， 在细砾岩中也可见到
不同，可以向同一方向倾斜，也可向不同方向倾斜。斜层理能用来确定岩层顶、底面的方向， 其判别特征是：每组细层理与层系顶部主层面成截交的关系，而与层系底部主层面呈收敛变 缓而相切的关系，弧形层理凹向顶面。根据这个特点就可以确定岩层顶、底面（图 2—5）。 （二）粒级层理 粒级层理又叫递变层理。它是由岩石颗粒的粒度大小变化显示出来的。正常情况下，颗 粒分布为下粗上细，其特点是在单层中，从底到顶由砾岩或粗砂岩开始，向上递变为细砂岩、 粉砂岩以至泥岩。有的由砾至泥粒级递变完整，有的不完整只有砾—砂，或砂—泥；有的重 复呈条带状出现，似间互层或韵律层。粒级层理在海相、湖相碎屑岩中很普遍，它可以是水 流机械搬运分级沉积的结果，也可以由浊流搬运形成粒级浊积层。在相邻两粒级层之间，下 层顶面常受过冲刷，因而两层在粒度上或成分上不是递变而是突变。根据粒级层理这种下粗 上细粒度递变的特征，可以确定岩层的顶、底面（图 2—6）。 （三）波痕 波痕的成因和类型很多，能够用来指示岩层顶底面的主要是对称浪成波痕（图 2—7）。 它的波峰呈尖棱形，波谷呈圆弧形。这种波痕无论是原型还是印模，都是波峰尖端指向岩层 的顶面，圆弧形波谷凸向底面。对称型浪成波痕主要发育在粉砂岩、砂岩及碳酸盐岩的表面， 在细砾岩中也可见到。 图 2—5 根据斜层理确定岩层顶、底面 （据 M.P.Bilings，1947） A—岩层是正常层序，顶面在左边；B—岩层直立，顶面在右边；C—岩层倒转，顶面在右边 图 2—6 根据粒级层理确定岩层顶、底面 （据 M.P.Bilings，1947） A—水平岩层，每层自底到顶由粗变细；B—正常倾斜岩层，顶面在左上方； C—直立岩层，顶面在右边；D—倒转岩层，顶面在左下方