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石油课堂 | 地质构造之奇妙的层理

沉积岩是地层表面分布最广泛的岩石,其分布面积约占地球大陆面积的75%。大陆地壳表面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本工作。

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岩层的定义

由两个平行或近于平行的界面所限制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。两层面间的垂直距离,就是岩层的厚度。

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层理及其识别

层理是沉积岩最常见的一种原生构造。它是通过岩石成分、结构、颜色在剖面上的突变或渐变所显示出来的一种成层构造。层理按其形态的不同可分为三种基本类型:即平行层理、波状层理和斜层理。
(1)平行层理

平行层理是指在较强的水动力条件下,高流态中由平坦的床沙迁移、在床面上连续滚动的沙粒产生粗细分离而显出的水平细层,沿层理面易剥开,在剥开面上可见到剥离线理构造。

平行层理一般出现在急流及能量高的环境,如河流、海滩等环境中,常与大型交错层理、底冲刷相伴生。

(2)波状层理

波状层理指具波状界面能层理。层理单位呈对称或不对称、规则或不规则的波状,但总的方向都平行于层面。它常见于浅海或湖泊的底部,是在振荡的水动力条件下形成的。

波状层理是层理基本类型之一。由许多呈波状起伏的细层重叠在一起组成,振荡的水动力条件下或者风力作用下形成的。层内的层纹呈连续的波状、互相平行或薄的泥纹层和砂纹层成波状互层,细层可连续或断续,总方向平行层理。形成波状层理一般要有大量的悬浮物质沉积,沉积速率大于流水的侵蚀速度,方能保存连续的细层。

(3)斜层理

斜层理层理基本类型之一。由一系列倾斜层系重叠组成,层系之间界面较平直。层系是由同向倾斜的许多细层重叠组成,细层与层系界面斜交。若相邻层系互相平行,各层系中的细层均向一个方向倾斜的,称为单项斜层理。它是当沙波向同一方向运动时形成的,其细层的倾斜方向指示水流的下游方向,常见于河流沉积及其他流动水的沉积物中。若相邻系相互交错,各层系中细层的倾斜方向也多变,称为交错层理。此名词在欧美文献中很少采用,在苏联则作为层理的三大基本类型之一。

波状层理就好像一连串起伏延续的波浪线,上下相邻两层波浪线之间是近似平行的。斜层理和前面提到的两种不同,上下层之间并不平行。斜层理看起来就好像我们小时候练习写字——在两条平行线之间写下许多撇(丿)和捺(乀)。如果你只写撇的话,那么书写的笔画都是只朝一侧偏的,对应的这种层理被称为单向斜层理;如果你用一撇一捺的方式写字的话,对应的那就是交错层理。

(4)水平层理

除了三种基本层理外,还有很多细分的层理,例如水平层理。水平层理和平行层理很相似,都好像我们用尺子画出的许多组平行线。

一般认为这种层理是在比较稳定的水动力条件下,细粒沉积物在静水环境中由垂向加积作用所致,物质从悬浮物或溶液中沉淀而成。层理的显理是由于进入沉积物中的物质发生变更所致,如粒度变化、不透明矿物的分布、云母片和碳质碎片等片状矿物的顺层排列等。水平层理分布广泛,多在细粒的粉砂和泥质物中出现,常见于海(湖)深水地带、闭塞海湾、潟湖、沼泽、牛轭湖以及浅海的中风暴浪基面以下等环境中。

层面相互平行且水平的层理。水平层理表示沉积环境相当稳定。如深湖沉积。

层理之所以有那么多种类型,是因为它们的形成与所处的环境各有不同。水平层理是一类喜欢安静环境、不喜欢被打扰的类型,它往往会在平静或者微弱流动的水体中缓慢形成。水平层理是最为细密的层理之一,组成水平层理的岩石颗粒一般都比较细小,包括粒径很细的小砂粒和没有颗粒感的泥巴。相对而言,平行层理形成于流速更快的环境中,组成层理的岩石颗粒也更粗。波状层理喜欢热闹一些的环境,它是在波浪引起岩石的移动的条件下逐渐形成的,组成层理的岩石粒径更粗一些。当水流朝一个方向流动时,往往会形成单向斜层理;而往复流动的水体中,交错层理就比较常见。

层理的逐渐变化往往也能反映沉积环境的变迁。虽然河流到浅海岸边都在进行着沉积作用,并且都能形成类似的岩石组合,但是由于河流是朝一个方向不停流去,不同于海浪双向往复的拍打作用,所以二者形成的层理是有很大不同的。另外一方面,如果海平面上升,浅海地区变为更深的水体时,形成的层理也会忠实地记录下这些环境变化。

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