煤系沉積構造

煤系沉積岩顆粒的空間分布和排列方式。它反映沉積物沉積時的水動力條件，是在沉積期或沉積後通過物理作用、化學作用和生物作用形成的。其中，沉積期形成的稱原生沉積構造，包括層理、波痕等。沉積後形成的構造，有的是在沉積物固結前形成的，包括重荷膜、包卷層理;有的是在沉積物固結為岩石以後產生的，稱後生構造，如縫合線等。

基本介紹

• 中文名：煤系沉積構造
• 外文名：sedimentary structures ofcoal measures 
• 學科：煤田地質學
• 定義：沉積岩顆粒的空間分布和排列方式
• 分類：物理、化學、生物成因構造等
• 意義：反映沉積物沉積時的水動力條件

介紹

研究沉積構造的先驅者是英國地質學家H.C.索比(H.C.Sorby，1826～1908)，早在19世紀，他就利用原生沉積構造重塑古地理環境。20世紀50年代以後，沉積學在歐美迅速發展，出版了大量有關沉積岩的總結性專著，德國學者H.E. 賴內克 (H. E.Reineck) 與印度學者I.B.辛格 (I. B. Singh) 合著的 《陸源碎屑沉積環境》 (1973)和J.R.L.艾倫 (J.R. L. Allen)的《沉積構造》(1982)都詳細論述了各種沉積構造，並從沉積構造角度探討了沉積環境。

分類

沉積構造可按構造成因分類，也可按形態分類。但目前多採用形態與成因相結合的分類方案，大類按成因劃分，次級分類有的按成因，有的按形態劃分 (表1)。

表1 沉積構造的分類

物; 理; 成; 因; 構; 造	流動成因構造	層理構造 塊狀層理、 韻律層; 理、粒序層理、水平; 層理、平行層理、波; 狀層理、 交錯層理; 層面構造 上層面構造： 波痕、; 剝離線理構造; 底層面構造： 槽模、; 溝模、跳模、刷模、錐; 模; 沖刷充填構造、 侵蝕面構造
	準同生變形構造	重荷膜構造、包卷構造、砂球和; 砂枕構造、滑塌構造、碟狀構造
	暴露成因構造	乾裂、 雨痕、 冰雹痕、 流痕
化學成因構造		結核、縫合線、疊錐、晶體印痕
生物成因構造		生物生長構造、疊層、擾動構造、; 遺蹟化石、 根痕
複合成因構造		孔洞充填構造、 硬底構造

流動成因構造

沉積物在搬運和沉積過程中，由於介質(如水、空氣)的流動，在沉積物表面形成的構造，包括層理構造、層面構造、沖刷充填構造和侵蝕面構造。

層理構造

沉積物沉積時由沉積物的顏色、成分、粒度、顆粒的排列以及層厚、形狀等在層內沿垂向變化而顯示的成層構造。層與層之間可以有層面分隔，也可無層面。層面代表沉積作用短暫或長期的間斷。層的厚度變化很大，可由數毫米至數米，按厚度可劃分為塊狀層(厚度>2m)，巨厚層(2～1m)，厚層(1～0.5m)，中厚層(0.5～0.1m)，薄層(0.1～0.01m)和極薄層(<0.01m)。

組成層理的要素有細層、層系、層系組(圖1)。①細層。層理的最小構成單位，其厚度極小。常以毫米計，同一細層往往具有比較均一的成分和結構，有時也有粒度的變化，它是在同一水(風)動力條件下短期內形成的。細層之間既可有界面也可無界面;細層既可與層面平行也可斜交;細層的形態可呈平直狀、波狀與彎曲狀;細層之間既可以平行也可以不平行;細層可以是連續的或不連續的 (圖2)。②層系。由成分、結構和產狀上相同的許多細層組成，是同一環境及相同水(風)動力條件但不同時間的形成物。③層系組。由兩個或兩個以上相似層系組成，是同一環境相似水(風)動力條件下的形成物。

層理類型很多，煤系中常見的層理有塊狀層理，韻律層理，粒序層理，水平層理，平行層理，脈狀、波狀及透鏡狀層理和斜層理等。

塊狀層理層內物質均勻，不顯細層構造的層理。一般認為，它由快速堆積、沉積物來不及分異形成，在泥岩及厚層的粗碎屑岩中常見。腐泥煤、腐植腐泥煤也常具塊狀構造，是在滯水條件下，植物有機質緩慢而均勻地沉澱而形成。

韻律層理由平行或近於平行的、從數毫米至數厘米厚的兩種或兩種以上的岩性、顏色層重複互層組成的層理。常見砂質(包括粉砂)和泥質層的韻律互層，稱為砂泥互層層理。韻律層理的成因很多，既有由潮汐流周期變化形成的潮汐韻律層理，也有由氣候季節性變化形成的淺色層與深色層的成對互層，即季節性韻律層理; 還有由濁流沉積形成的復理石韻律層理等。

粒序層理又稱遞變層理，多數情況下，從層的底部至頂部，沉積物粒度由粗逐漸變細，稱正粒序;也有少數由細逐漸變粗的，稱逆粒序。粒序層理底部常有一衝刷面或呈突變接觸，內部除了粒度漸變外，不具任何紋層。粒序層理是由懸移搬運的沉積物在搬運過程中，因流動強度減小，流水攜帶能力減弱，沉積物按粒度大小依次先後沉降而形成。粒序層理是濁積岩中的一種特徵性的層理，攜帶有大量懸浮物的河流、海流、潮汐流沉積，以及冰川季節性融化的冰湖沉積，都可形成粒序層理。

水平層理細層平直並與層面平行，連續或斷續，厚約0.1mm至數毫米，主要見於泥質岩、粉砂岩、煤和泥晶灰岩中。它是在比較弱的水動力條件下由懸浮物沉積而成。因此，出現在湖泊深水區、潟湖、泥炭沼澤及濱外等低能的環境中。

平行層理在外貌上與水平層理極相似，是在水淺流急的條件下，由平坦的床沙遷移，在床面上連續滾動的砂粒產生粗細分離而顯示出的水平細層，由砂質沉積迅速轉變為泥質沉積時，沿層理面易剝開，在砂質頂面上可見到剝離線理構造 (Parting lineation struc-ture)。平行層理一般出現在河道和海灘等急流及高能量環境中。

脈狀、波狀及透鏡狀層理層內為波狀薄泥紋層和砂紋層的互層。當以砂質為主，泥質物僅呈脈狀保存在砂質波痕的波谷中時，稱脈狀層理;當砂、泥同等發育並都呈連續的波狀層時，稱波狀層理; 當以泥質為主，砂質呈凸透鏡狀分布時，稱透鏡狀層理。它們都在水流或波浪活動期和靜水期相互交替的條件下形成，常見於潮間帶、潮下帶、湖濱和三角洲前緣及河漫灘沉積物中。

斜層理由一系列與層面斜交的細層組成。其細層的傾斜方向，指向水流方向。這種層理常出現於碎屑岩中。根據細層傾斜方向的不同，斜層理又可分為單向斜層理和交錯斜層理。單向斜層理的細層都向同一方向傾斜、交錯斜層理的細層的傾斜方向則多變，反映了水流方向經常改變的特點。交錯層理根據層系的形狀不同，通常分為板狀交錯層理、楔狀交錯層理、槽狀交錯層理、波狀交錯層理等;按層系厚度不同，則可分為小型(<3cm)交錯層理、中型(3～10cm)交錯層理、大型 (10～200cm)交錯層理、特大型 (>200cm)交錯層理。交錯層理可有不同的成因，除由沙紋、沙浪、沙丘、床沙形態遷移而形成的小型、中型、大型交錯層理外，還有由蛇曲河的邊灘和海灘灘面側向加積、風成沙丘遷移等形成的大型、特大型交錯層理。

層面構造

保存在岩層層面上的各種構造和鑄模的總稱。有的在岩層頂面上，主要有波痕、剝離線理等;有的在岩層底面上，特別是在下伏層為泥岩的砂岩底面上成鑄模保存下來，主要有溝模、槽模、跳模、刷模和錐模。層面構造多為流動成因。

波痕沉積物或沉積岩層最為常見的上層面構造之一，它是由於流體作用在非粘性沉積物表面形成的一種有規律的波狀起伏現象，多見於砂岩、粉砂岩和顆粒灰岩的層面上。波痕在剖面上為起伏相間的峰和谷，在平面上則由一系列互相平行或分叉的波峰或波谷組成。其延伸方向垂直於流體運動方向。習慣上，用垂直波脊的剖面來描述波痕的特徵。組成波痕的形態要素包括峰頂、谷底、折點、波長、波高、迎流坡、背流坡、波峰和波谷(圖3)，並用波痕指數RI=L/H表示波痕相對高度和起伏情況; 用波痕對稱指數RSI=L₁/_L2表示波痕的對稱程度。

煤系中流動成因的構造除層理和波痕外，還常見各種流動痕的印模，是水流在鬆軟的泥質沉積物表面流動形成的凹槽成凹坑，被砂質物充填，而在泥質岩上覆的砂岩底層面上鑄成的向下凸出的底面構造。這種構造分為兩種，一種由水流沖刷侵蝕形成，主要有沖刷充填構造和侵蝕面構造; 另一種由水流攜帶物體撞擊形成，主要有槽模、溝模、跳模等。

準同生變形構造

沉積物沉積後，處於富含孔隙水狀況下所發生的形變。形變的程度可從輕微的扭曲層，到複雜的“褶曲”層、破碎層及變位層，包括包卷構造、重荷模、滑塌構造、砂球及砂枕構造、碟狀構造等。一般來說，這樣的變形構造是局部性的，基本上局限於未形變層的一個層，常出現在粗粉砂、細砂沉積層中，主要受顆粒的粘性、滲透性和沉積速率的控制。

暴露成因構造

沉積物露出水面 (或在水面附近)，處在大氣中，表面逐漸乾涸收縮或者受到撞擊而形成的構造，主要有乾裂、雨痕、泡沫痕等。

化學成因的構造

化學溶解、沉澱作用形成的構造，主要有結核、縫合線、疊錐等。

結核岩石中的礦物集合體與圍岩在顏色、成分、結構等方面有明顯的差異，常成球狀、橢球狀及不規則的團塊狀，大小不等，可從數毫米到數十厘米。結核按礦物成分可分為菱鐵礦結核、黃鐵礦結核、鈣質結核等。結核的內部組構可呈同心圓狀、放射狀或格線狀。有的還保存了圍岩的殘餘結構和構造。結核常見於煤系的各類岩石中，它對解釋沉積環境，劃分、對比地層都有意義。

縫合線在垂直層面的切面中呈鋸齒狀的縫隙，頗似頭蓋骨接縫，在平面上呈參差不齊起伏狀的曲面。縫合線常見於石灰岩中。縫合線可與岩層層面平行、斜交或垂直，也可彼此相交成網狀。其成因與壓溶作用有關。

疊錐由一連串纖維狀方解石的同心圓錐套疊而成，一般錐頂朝上，見於煤系的泥灰岩、鈣質泥岩中，其成因多與壓溶作用有關。

生物成因的構造

與生物作用有關的沉積構造。可分為疊層構造和生物擾動構造。

疊層構造屬於生物生長構造，由藍綠藻絲狀體分泌的粘液，將碎屑物質(主要是碳酸鹽顆粒)粘結後石化而成。它由富藻紋層(又稱暗層，厚0.1mm左右)和富屑紋層(又稱亮層，厚1.0mm左右)交替構成，紋層的形狀可為層狀、波狀、柱狀、錐狀、球狀及瘤狀等。它主要分布在潮間、潮上及潮下的淺水環境。具有疊層構造的岩石稱疊層石。疊層石除可用於鑑別古環境、測定古流向外，還可根據其紋層向上凸起的特點，確定地層層序的正倒。

生物擾動構造保存在沉積物層內和層面上的生物活動的痕跡。它可分為變形生物擾動構造(簡稱擾動構造)和定形的生物擾動構造 (簡稱遺蹟化石)。

擾動構造無一定形態，層理被生物擾動產生變形，不同粒級的顆粒和顏色呈不規則的斑點，砂質巢穴在泥質沉積物中呈不規則的分布等，都是生物擾動的標誌。一般認為，擾動構造是潮間、潮下環境的特徵。

遺蹟化石有一定形態，是生物活動和生存的遺蹟。主要有足跡、爬跡、潛穴和根痕等。它是判別沉積相的良好標誌 。

複合成因的構造

由物理作用、化學作用和生物作用聯合形成的沉積構造，主要有孔洞充填構造和硬底構造。這些沉積構造基本上是碳酸鹽岩所特有，對於含煤地層來說是次要的。