路边坡上露出一面砂岩,里面一组组细层斜着排开,像被推倒的书页。多数人以为整个岩层歪了,其实那是砂波迁移留下的交错层理,斜层的倾向正记着当年的水流方向。读数先认清哪一面是细层、哪一面是层系界面。
先量前积层倾向:细层下倾方向就是古水流下游
交错层理由层系和层系内的前积细层组成。水流或风推动沙丘、沙波向前迁移,砂粒翻过脊部在背流坡崩落,一层层斜堆下来,形成与主层面斜交的细层。层系上下被层系界面限定,界面才是近水平的原始沉积面。
判方向只量细层,不量界面。前积细层的下倾方向指向介质流动的下游,也就是古水流的去向;把细层产状投影到水平面上,其倾向即为古流向。槽状层系里应沿凹槽长轴读数,单量侧壁细层会偏向一侧。
再看层系界面:界面平直的是板状,下凹成槽的是槽状
第二条判据看层系界面。界面平直、层系厚度横向稳定的板状交错层理,多由顺直沙脊或沙坝在稳定单向水流下形成;界面下凹成弧形槽、层系彼此切割的槽状交错层理,多由三维沙丘在水道冲刷中形成。
厚度可佐证能量。水流形成的层系多为 5 厘米 到 2 米,细层厚数毫米至数厘米;风成层系可厚达数米至 20 米,细层更清晰。界面平直的是板状,下凹成槽的是槽状,两者代表的水道形态并不相同。
最硬的判据是前积层倾角与层内粒度变化
最硬的判据是倾角与粒度。水流前积层倾角多在 10–25 度,明显小于干砂休止角约 30–34 度;风成层理倾角常达 30 度 上下,分选极好、几乎不含泥与云母。单一前积层内粒度自下而上变细,底界常有冲刷面与泥砾。
配套证据还包括波痕与泥质。水流层理常夹云母片、泥质条带与水流波痕,前积层底部呈切线状变缓;风成层理缺少这些,却常见颗粒磨圆极高的纯净砂。倾角 10–25 度 且含泥云母的,判为水流成因。
混进来的还有波痕层理、风成层理与变形层理
容易混进来的有波痕层理、风成层理与变形层理。爬升波痕层理层系极薄,不足数厘米,细层呈 S 形;风成层理厚度大、倾角陡;包卷层理等变形层理是沉积物液化后扭曲,细层方向已乱,不能拿来定流向。
排除它们靠层系尺度与变形迹象。层系薄于 5 厘米 且细层连续爬升的是波痕成因;细层褶皱、断裂、被刺穿的是变形层理,须整段剔除。本文判断:统计多组层系得到的优势方向,比单读一个层系可信得多。
关键数据
下列数值为常见范围,随沉积物粒度、水流深度与沙丘规模变化,实测会有出入。倾角与层系厚度只用于区分介质与能量,正式恢复古流向仍须做岩层产状校正。
- 水流交错层理前积层倾角多在 10–25 度
- 风成层理倾角常达 30 度 上下,干砂休止角约 30–34 度
- 细层厚数毫米至数厘米,层系厚 5 厘米 到 2 米
- 风成层系可厚达数米至 20 米
- 槽状层系凹槽宽数十厘米至数米,长轴指示主流向
- 恢复古流向宜统计 20–30 组以上层系,单套河流层理可代表 0.1–1 万年 堆积
边界:岩层倾斜与槽状层系会让读数偏离真方向
岩层若已倾斜或褶皱,直接量出的细层倾向是视倾向,必须先做产状校正、把层面转回水平再读数;否则整套数据会系统偏转。槽状层系只量一两个凹槽也容易偏,应统计多个层系并取优势方向或绘玫瑰图。
这套判据适用于未受强变形、未遭生物扰动彻底破坏的砂岩。递变层理、块状层理属浊流或快速沉降,不形成可定向的交错层理;被断层挤碎或强烈重结晶的砂岩,细层已难辨认,只能作定性描述。
参考文献
- Allen J. R. L. Principles of Physical Sedimentology. Allen & Unwin. —— 交错层理形成与前积层古流向。
- Boggs S. Principles of Sedimentology and Stratigraphy. Pearson. —— 板状、槽状层系与沉积构造。
- Miall A. D. The Geology of Fluvial Deposits. Springer. —— 水道沙丘与层系厚度。