
煤系沉积构造
煤系沉积岩颗粒的空间分布和排列方式。它反映沉积物沉积时的水动力条件,是在沉积期或沉积后通过物理作用、化学作用和生物作用形成的。其中,沉积期形成的称原生沉积构造,包括层理、波痕等。沉积后形成的构造,有的是在沉积物固结前形成的,包括重荷膜、包卷层理;有的是在沉积物固结为岩石以后产生的,称后生构造,如缝合线等。
基本介绍
- 中文名:煤系沉积构造
- 外文名:sedimentary structures ofcoal measures
- 学科:煤田地质学
- 定义:沉积岩颗粒的空间分布和排列方式
- 分类:物理、化学、生物成因构造等
- 意义:反映沉积物沉积时的水动力条件
介绍
研究沉积构造的先驱者是英国地质学家H.C.索比(H.C.Sorby,1826~1908),早在19世纪,他就利用原生沉积构造重塑古地理环境。20世纪50年代以后,沉积学在欧美迅速发展,出版了大量有关沉积岩的总结性专着,德国学者H.E. 赖内克 (H. E.Reineck) 与印度学者I.B.辛格 (I. B. Singh) 合着的 《陆源碎屑沉积环境》 (1973)和J.R.L.艾伦 (J.R. L. Allen)的《沉积构造》(1982)都详细论述了各种沉积构造,并从沉积构造角度探讨了沉积环境。
分类
沉积构造可按构造成因分类,也可按形态分类。但目前多採用形态与成因相结合的分类方案,大类按成因划分,次级分类有的按成因,有的按形态划分 (表1)。
表1 沉积构造的分类
物 理 成 因 构 造 | 流动成因构造 | 层理构造 块状层理、 韵律层 理、粒序层理、水平 层理、平行层理、波 状层理、 交错层理 层面构造 上层面构造: 波痕、 剥离线理构造 底层面构造: 槽模、 沟模、跳模、刷模、锥 模 沖刷充填构造、 侵蚀面构造 |
準同生变形构造 | 重荷膜构造、包卷构造、砂球和 砂枕构造、滑塌构造、碟状构造 | |
暴露成因构造 | 乾裂、 雨痕、 冰雹痕、 流痕 | |
化学成因构造 | 结核、缝合线、叠锥、晶体印痕 | |
生物成因构造 | 生物生长构造、叠层、扰动构造、 遗蹟化石、 根痕 | |
複合成因构造 | 孔洞充填构造、 硬底构造 |
流动成因构造
沉积物在搬运和沉积过程中,由于介质(如水、空气)的流动,在沉积物表面形成的构造,包括层理构造、层面构造、沖刷充填构造和侵蚀面构造。
层理构造
沉积物沉积时由沉积物的颜色、成分、粒度、颗粒的排列以及层厚、形状等在层内沿垂向变化而显示的成层构造。层与层之间可以有层面分隔,也可无层面。层面代表沉积作用短暂或长期的间断。层的厚度变化很大,可由数毫米至数米,按厚度可划分为块状层(厚度>2m),巨厚层(2~1m),厚层(1~0.5m),中厚层(0.5~0.1m),薄层(0.1~0.01m)和极薄层(<0.01m)。

组成层理的要素有细层、层系、层系组(图1)。①细层。层理的最小构成单位,其厚度极小。常以毫米计,同一细层往往具有比较均一的成分和结构,有时也有粒度的变化,它是在同一水(风)动力条件下短期内形成的。细层之间既可有界面也可无界面;细层既可与层面平行也可斜交;细层的形态可呈平直状、波状与弯曲状;细层之间既可以平行也可以不平行;细层可以是连续的或不连续的 (图2)。②层系。由成分、结构和产状上相同的许多细层组成,是同一环境及相同水(风)动力条件但不同时间的形成物。③层系组。由两个或两个以上相似层系组成,是同一环境相似水(风)动力条件下的形成物。

层理类型很多,煤系中常见的层理有块状层理,韵律层理,粒序层理,水平层理,平行层理,脉状、波状及透镜状层理和斜层理等。
块状层理层内物质均匀,不显细层构造的层理。一般认为,它由快速堆积、沉积物来不及分异形成,在泥岩及厚层的粗碎屑岩中常见。腐泥煤、腐植腐泥煤也常具块状构造,是在滞水条件下,植物有机质缓慢而均匀地沉澱而形成。
韵律层理由平行或近于平行的、从数毫米至数厘米厚的两种或两种以上的岩性、颜色层重複互层组成的层理。常见砂质(包括粉砂)和泥质层的韵律互层,称为砂泥互层层理。韵律层理的成因很多,既有由潮汐流周期变化形成的潮汐韵律层理,也有由气候季节性变化形成的浅色层与深色层的成对互层,即季节性韵律层理; 还有由浊流沉积形成的复理石韵律层理等。
粒序层理又称递变层理,多数情况下,从层的底部至顶部,沉积物粒度由粗逐渐变细,称正粒序;也有少数由细逐渐变粗的,称逆粒序。粒序层理底部常有一冲刷面或呈突变接触,内部除了粒度渐变外,不具任何纹层。粒序层理是由悬移搬运的沉积物在搬运过程中,因流动强度减小,流水携带能力减弱,沉积物按粒度大小依次先后沉降而形成。粒序层理是浊积岩中的一种特徵性的层理,携带有大量悬浮物的河流、海流、潮汐流沉积,以及冰川季节性融化的冰湖沉积,都可形成粒序层理。
水平层理细层平直并与层面平行,连续或断续,厚约0.1mm至数毫米,主要见于泥质岩、粉砂岩、煤和泥晶灰岩中。它是在比较弱的水动力条件下由悬浮物沉积而成。因此,出现在湖泊深水区、潟湖、泥炭沼泽及滨外等低能的环境中。
平行层理在外貌上与水平层理极相似,是在水浅流急的条件下,由平坦的床沙迁移,在床面上连续滚动的砂粒产生粗细分离而显示出的水平细层,由砂质沉积迅速转变为泥质沉积时,沿层理面易剥开,在砂质顶面上可见到剥离线理构造 (Parting lineation struc-ture)。平行层理一般出现在河道和海滩等急流及高能量环境中。
脉状、波状及透镜状层理层内为波状薄泥纹层和砂纹层的互层。当以砂质为主,泥质物仅呈脉状保存在砂质波痕的波谷中时,称脉状层理;当砂、泥同等发育并都呈连续的波状层时,称波状层理; 当以泥质为主,砂质呈凸透镜状分布时,称透镜状层理。它们都在水流或波浪活动期和静水期相互交替的条件下形成,常见于潮间带、潮下带、湖滨和三角洲前缘及河漫滩沉积物中。
斜层理由一系列与层面斜交的细层组成。其细层的倾斜方向,指向水流方向。这种层理常出现于碎屑岩中。根据细层倾斜方向的不同,斜层理又可分为单向斜层理和交错斜层理。单向斜层理的细层都向同一方向倾斜、交错斜层理的细层的倾斜方向则多变,反映了水流方向经常改变的特点。交错层理根据层系的形状不同,通常分为板状交错层理、楔状交错层理、槽状交错层理、波状交错层理等;按层系厚度不同,则可分为小型(<3cm)交错层理、中型(3~10cm)交错层理、大型 (10~200cm)交错层理、特大型 (>200cm)交错层理。交错层理可有不同的成因,除由沙纹、沙浪、沙丘、床沙形态迁移而形成的小型、中型、大型交错层理外,还有由蛇曲河的边滩和海滩滩面侧向加积、风成沙丘迁移等形成的大型、特大型交错层理。
层面构造
保存在岩层层面上的各种构造和铸模的总称。有的在岩层顶面上,主要有波痕、剥离线理等;有的在岩层底面上,特别是在下伏层为泥岩的砂岩底面上成铸模保存下来,主要有沟模、槽模、跳模、刷模和锥模。层面构造多为流动成因。
波痕沉积物或沉积岩层最为常见的上层面构造之一,它是由于流体作用在非粘性沉积物表面形成的一种有规律的波状起伏现象,多见于砂岩、粉砂岩和颗粒灰岩的层面上。波痕在剖面上为起伏相间的峰和谷,在平面上则由一系列互相平行或分叉的波峰或波谷组成。其延伸方向垂直于流体运动方向。习惯上,用垂直波脊的剖面来描述波痕的特徵。组成波痕的形态要素包括峰顶、谷底、折点、波长、波高、迎流坡、背流坡、波峰和波谷(图3),并用波痕指数RI=L/H表示波痕相对高度和起伏情况; 用波痕对称指数RSI=L1/L2表示波痕的对称程度。

煤系中流动成因的构造除层理和波痕外,还常见各种流动痕的印模,是水流在鬆软的泥质沉积物表面流动形成的凹槽成凹坑,被砂质物充填,而在泥质岩上覆的砂岩底层面上铸成的向下凸出的底面构造。这种构造分为两种,一种由水流沖刷侵蚀形成,主要有沖刷充填构造和侵蚀面构造; 另一种由水流携带物体撞击形成,主要有槽模、沟模、跳模等。
準同生变形构造
沉积物沉积后,处于富含孔隙水状况下所发生的形变。形变的程度可从轻微的扭曲层,到複杂的“褶曲”层、破碎层及变位层,包括包卷构造、重荷模、滑塌构造、砂球及砂枕构造、碟状构造等。一般来说,这样的变形构造是局部性的,基本上局限于未形变层的一个层,常出现在粗粉砂、细砂沉积层中,主要受颗粒的粘性、渗透性和沉积速率的控制。
暴露成因构造
沉积物露出水面 (或在水面附近),处在大气中,表面逐渐乾涸收缩或者受到撞击而形成的构造,主要有乾裂、雨痕、泡沫痕等。
化学成因的构造
化学溶解、沉澱作用形成的构造,主要有结核、缝合线、叠锥等。
结核岩石中的矿物集合体与围岩在颜色、成分、结构等方面有明显的差异,常成球状、椭球状及不规则的团块状,大小不等,可从数毫米到数十厘米。结核按矿物成分可分为菱铁矿结核、黄铁矿结核、钙质结核等。结核的内部组构可呈同心圆状、放射状或格线状。有的还保存了围岩的残余结构和构造。结核常见于煤系的各类岩石中,它对解释沉积环境,划分、对比地层都有意义。
缝合线在垂直层面的切面中呈锯齿状的缝隙,颇似头盖骨接缝,在平面上呈参差不齐起伏状的曲面。缝合线常见于石灰岩中。缝合线可与岩层层面平行、斜交或垂直,也可彼此相交成网状。其成因与压溶作用有关。
叠锥由一连串纤维状方解石的同心圆锥套叠而成,一般锥顶朝上,见于煤系的泥灰岩、钙质泥岩中,其成因多与压溶作用有关。
生物成因的构造
与生物作用有关的沉积构造。可分为叠层构造和生物扰动构造。
叠层构造属于生物生长构造,由蓝绿藻丝状体分泌的粘液,将碎屑物质(主要是碳酸盐颗粒)粘结后石化而成。它由富藻纹层(又称暗层,厚0.1mm左右)和富屑纹层(又称亮层,厚1.0mm左右)交替构成,纹层的形状可为层状、波状、柱状、锥状、球状及瘤状等。它主要分布在潮间、潮上及潮下的浅水环境。具有叠层构造的岩石称叠层石。叠层石除可用于鉴别古环境、测定古流向外,还可根据其纹层向上凸起的特点,确定地层层序的正倒。
生物扰动构造保存在沉积物层内和层面上的生物活动的痕迹。它可分为变形生物扰动构造(简称扰动构造)和定形的生物扰动构造 (简称遗蹟化石)。
扰动构造无一定形态,层理被生物扰动产生变形,不同粒级的颗粒和颜色呈不规则的斑点,砂质巢穴在泥质沉积物中呈不规则的分布等,都是生物扰动的标誌。一般认为,扰动构造是潮间、潮下环境的特徵。
遗蹟化石有一定形态,是生物活动和生存的遗蹟。主要有足迹、爬迹、潜穴和根痕等。它是判别沉积相的良好标誌 。
複合成因的构造
由物理作用、化学作用和生物作用联合形成的沉积构造,主要有孔洞充填构造和硬底构造。这些沉积构造基本上是碳酸盐岩所特有,对于含煤地层来说是次要的。