沈積巖的原生沈積構造是指沈積巖各個組成部分於沈積期形成的空間分布和排列方式。根據沈積巖原生沈積構造的研究結果，可確定沈積介質的營力類型及強弱，介質的流動狀態，分析沈積環境，確定地層的頂底和地層層序，對恢復古地理環境及找礦等均有重要意義。目前對沈積巖的構造有多種分類方案，本教材采用構造的成因和形態分類(表4－3)。以下主要介紹層理、層面、同生變形和生物成因等最為常見的原生沈積構造。
表4－3 沈積巖構造的分類
圖4－8 層理的基本類型和相關術語
(壹)層理構造
1.層理構造的基本術語
層理是沈積巖最重要的壹種構造特征，是沈積巖區別於巖漿巖和變質巖的最主要標誌。根據沈積巖的層理特征，不僅可確定沈積介質的性質和能量狀況，而且還可判斷沈積環境，有的層理還可確定水(風)的運動方向、確定地層頂底，有助於對比和劃分地層。為了便於對層理進行描述和研究，首先要了解層理的基本術語(圖4－8)。
細層 細層是層理的最基本、最小的組成單位。厚度很小，常<1mm，最厚幾毫米至幾厘米，細層厚度與水動力強度和物質供應豐度呈密切的正相關關系。
層系 層系是由壹組在成分、結構、厚度和產狀上都相似的同類型細層組成的。層系上下界面之間的垂直距離為層系厚度，按層系厚度把層理分為:①小型層理，層系厚度<3cm;②中型層理，層系厚度3～10cm;③大型層理，層系厚度10～100cm;④和巨型層理(或稱塊狀層理)，層系厚度>100cm。層系的厚度與水動力強弱、物質供應豐度、沈積條件的穩定性等有關。按層理形態特征可細分為水平(或平行)層系、波狀層系、平行層系、波狀層系、交錯波狀層系、遞變波狀層系、透鏡狀層系和韻律層系。
層系 組層系組由若幹個同類型的層系組成，同壹層系組中的各層系是在基本相似的水動力狀態和沈積環境中形成的。
層或巖層 層或巖層是組成沈積地層的基本單位，由成分上基本均勻的巖石組成。壹個層可包括壹個或幾個層系或層系組。層的厚度變化很大，按厚度把層或巖層分為:塊狀層(>100cm)，厚層(100～50cm)，中厚層(50～10cm)，薄層(10～1cm)，頁片層(1～0.1cm)，顯微層(<0.1cm)。巖層的厚度與水動力強度無關，與單位時間內堆積速度有關。
2.層理的主要類型
(1)水平層理(horizontal bedding)
水平層理主要見於細粒的泥巖、細粉砂巖和泥晶灰巖中，由彼此間與層面平行的平直細層所組成。細層可連續或不連續，厚度0.1～1mm。可因物質成分，有機質含量或顏色不同而顯現出來。水平層理常出現在穩定的低能環境中，由懸浮物或從溶液中緩慢沈積而成，如河流的堤岸帶、海或湖的較深水帶、閉塞海灣和潟湖沼澤等環境中。
(2)平行層理(parallel bedding)
主要見於砂巖中，外貌上與水平層理相似(圖4－9)，但成因顯然不同。平行層理是在較強的水動力條件下，由平坦床沙的遷移而形成的，而非靜水沈積。在高流態中形成的平行層理，水流強度比形成大型交錯層理還強，故常與大型交錯層理，逆行沙波層理***生，沿層面有剝離線理構造(圖4－9)。平行層理常見於急流或流態變化大的環境，如河床、海岸、湖岸等環境。
圖4－9 平行層理(層面顯示剝離線理構造)
圖4－10 波狀層理
(3)波狀層理(wavybedding)
細層呈對稱或不對稱的波狀起伏，但總的方向與層面平行(圖4－10)，前積層和後積層均保存了的層理，稱波狀層理。其形成是由於波浪或潮汐的振蕩運動，或單向水流的前進運動，其波狀起伏的大小反映當時水動力條件的振蕩程度。常形成於水體較淺的沈積環境，如海或湖的淺水沈積區，以在潮坪和潟湖沈積區最為常見，在河漫灘沈積區也可偶見。
(4)交錯層理(crossbedding)
交錯層理是最常見和最具成因意義的層理類型之壹，在層內由壹系列傾斜的細層與層面或層系界面相交，故又稱斜層理。交錯層系可以彼此呈重疊、交錯、切割的方式組合(圖4－11)。
交錯層理可根據層系厚度分為:小型(層系厚度<3cm)、中型(層系厚度3～10cm)、大型(層系厚度10～100cm)、巨型(層系厚度>100cm)交錯層理等，形成條件主要取決於水動力條件的強弱。
大多數交錯層理是在非黏性沈積物表面上，由流水或風的流動產生的床沙形體遷移而成的，根據層系和上下層面的關系不同，可細分為三種基本類型:
板狀交錯層理(tabular cross bedding) 層系上下界面平直，呈板狀，且厚度較穩定的交錯層理，但層系的厚度範圍大，可從幾厘米到幾十米，多數小於1m。斜細層傾向與流水方向壹致，其傾角大小與介質性質有關，如淺海沈積物斜細層傾角常<20°，河流的斜細層傾角為20°～30°，風成的斜細層傾角可達40°以上，故用斜細層傾角大小可確定介質性質和流向(圖4－11A)。
楔狀交錯層理(wedge-shaped cross bedding) 層系之間的上下界面為平面，但不互相平行，層系厚度變化明顯呈楔形，彼此相切割，細層的傾向和傾角變化不定，常見於三角洲、河流心灘及海、湖淺水地帶(圖4－11B)。
槽狀交錯層理(trough cross bedding) 層系底界為弧形侵蝕面，層系呈槽形，互相切割，細層與之壹致也呈槽形。槽可對稱，或不對稱，槽的寬度從幾厘米到30m以上，槽狀層系的厚度可從數厘米到十多米。槽的深度代表後壹層系對前壹層系的侵蝕切割深度，槽的寬深比趨向於固定值(Allen，1963)，槽的長軸傾向與水流方向壹致(圖4－11C)。
除以上基本類型外，還可有人字形交錯層理、沖洗層理、丘狀交錯層理、濁流巖鮑馬序列中的B－C層系，以及逆行沙波層理等類型。在不同性質介質的環境中，可形成不同類型的交錯層理，故反過來可用典型的交錯層理恢復古沈積環境和水動力條件(表4－4)。
圖4－11 交錯層理的類型和三維空間圖示
表4－4 不同環境中形成的交錯層理
(5)遞變層理(gradedbedding)
此類型屬於具有粒度遞變粒序的特殊層理，故又稱粒序層理。其特點是由底部向上至頂部粒度由粗逐漸變細(稱正粒序)，或由細逐漸變粗(稱逆粒序)。粒序層理底部常有壹個沖刷面，內部除了粒度變化外，沒有任何紋層(圖4－12)。
粒序層理是重力流沈積的標誌性層理，常見於砂質顆粒流、碎屑流和濁流沈積環境中，如在濁流巖的鮑馬序列中，A段普遍發育有正遞變粒序層理，砂質碎屑流沈積幾乎都由具正遞變粒序層理的砂巖組成，而顆粒流沈積則以發育逆遞變粒序層理為主要標誌。此外，在河流、洪泛、潮坪、淺灘和三角洲沈積中也可見到正或逆遞變粒序層理。
圖4－12 遞變層理
(6)韻律層理(rhythmic bedding)
這是壹類在成分、結構(如粒度)與顏色等不同的薄層作簡單而有規律的重復出現所組成的層理(圖4－8)。韻律性重復的原因，往往是物質搬運和供給方式有規律地發生交替所造成。這種變化可以是短期的，如潮汐流強弱變化形成的泥、砂薄互層交替組成的潮汐韻律層理;也可以是較長期的，如氣候季節變化形成的冰川紋泥韻律層理;還可是濁流的脈動變化所形成的復理石韻律層理。
(7)塊狀層理(massive bedding)
在層內物質均勻，組分和結構均無分異現象，不顯示細層構造的層理，稱塊狀層理，或均質層理。它是壹類以沈積物(常是懸浮物質)快速堆積為特征，由沈積物的垂向加積作用形成的產物，在礫巖、砂巖、粉砂巖和泥巖中均可出現塊狀層理。常見於濁流沈積物、洪積物和冰積物中。有時生物強烈的擾動作用，把原有的層理破壞了，也可以產生塊狀層理，在富含生物的淺海區、潮坪、潟湖及三角洲中常見。
(二)層面構造
1.頂面構造
在巖層頂面上發育的構造有:波痕、幹裂、雨痕、冰雹痕、晶體印痕、渠跡及蟲痕等。下面重點介紹波痕和幹裂構造。
(1)波痕(ripple mark)
波痕是沈積巖中最常見的構造之壹。它是由於介質(風、流水、波痕、潮汐流)的運動，在沈積物表面所形成的壹種波狀起伏的構造。由上述可知:波痕與斜層理密切相關，因不同形狀波痕的推移產生不同類型的層理。故波痕不是壹種孤立的層面構造，它不僅影響了層理類型，而且也能反映沈積的水動力環境。波痕可產於湖、海的淺水帶和陸上環境(如沙漠、河流等)，也可以形成於深水環境(如等深流、濁流)。對於波痕應該進行定量測量，了解波痕要素(圖4－13)。波痕要素包括波長(L)、波高(H)、波痕指數(L/H)，不對稱指數(L1/L2)以及陡坡的傾向及傾角等。波痕按成因特征可分為三種類型:
浪成波痕 由波浪作用形成，主要見於湖、海的淺水地區。浪成波痕成對稱狀，其波峰尖銳而波谷圓滑(圖4－14)。若為拍岸浪帶的波痕，也可呈不對稱狀。
流水波痕 由單向流水作用形成。常見於河流或存在有底流的湖、海地區。流水波痕成不對稱狀，波峰波谷都較圓滑(圖4－15)。其重礦物及粗粒物質常分布於波谷中，陡坡傾向與流向壹致。
風成波痕 也呈不對稱狀，但不對稱的程度更高。波峰及波谷圓滑而寬闊，陡坡傾向與風向壹致。其重礦物與粗粒物質常集中於波峰附近。這種波痕常見於沙漠及湖海濱岸帶的沙丘沈積物中。
(2)幹裂構造
主要是由於沈積物在尚未固結時即露出水面，經曝曬幹後，成張開的幹裂縫，又為上伏沈積物或膠結物充填而形成的壹類具特殊成因意義的沈積構造(圖4－16)。幹裂常見於泥質巖中，故又稱泥裂，但也可見於粉砂巖、泥質砂巖及泥－微晶級的碳酸鹽巖中。幹裂的斷面壹般是上寬下窄，常呈“V”字形或“U”字形，寬幾毫米至幾厘米，大小不壹。幹裂縫中的充填物與上伏巖層的成分相當。幹裂有指示氣候和沈積相的意義:只有幹燥氣候條件下才易產生幹裂;幹裂構造常出現於陸相(河漫相、湖濱相)及海岸沈積的潮上帶或潮間帶的沈積物中。
圖4－13 波痕
圖4－14 浪成波痕
圖4－15 流水波痕
2.底面構造
發育在巖層底層面上的印模構造稱之為底面構造，主要有:底沖刷、泥礫及槽模、溝模等。
(1)槽模(flutecast)
槽模通常是由於流水在下伏泥質沈積物層面上沖刷先造成凹坑，然後被上覆砂質沈積物充填和覆蓋，經成巖固結以後，在上覆砂巖的底層面上形成向下凸出的小包，實為下伏泥質沈積物的層面上沖坑的印模，故而稱之為槽模。槽模壹般順水流方向排列，可疏可密，其圓形突起壹端逆(迎)向水流方向(圖4－17)。各種槽模大小不壹，從幾十厘米至幾厘米，更小者僅幾毫米，槽模內可見斜層理。槽模的出現說明當時的環境中有強烈的底流及其沖刷作用存在，根據槽模的排列方向可用來確定古流向。
圖4－16 幹裂構造
圖4－17 槽模和溝模(主體為槽模，右下角為溝模)(據哈奇和雷斯泰爾，1965)
圖4－18 紫紅色中－粗粒砂巖中的沖刷面及斜交層理(四川峨眉山龍門洞下三疊統飛仙關組)
(2)溝模(groovecast)
由流水攜帶某些“工具”(如貝殼、樹枝、巖塊等)對底部泥質沈積物進行刻劃或沖擊所形成的痕跡印模，按成因和形態特征可細分為條紋模、跳模、刷模、錐模等。其中常見者是溝模，通常發育在巖層底層面上，呈稍微凸起的平行的小脊(圖4－17)，有的成密集的條紋狀高出底層面僅幾毫米，個別達1cm，但延長遠。壹般較幹直或稍彎曲。有時可出現幾組溝模。
(3)沖刷面及侵蝕下切現象
在河流、三角洲和淺海地區，沖刷與侵蝕下切現象是常見的。這種沖刷作用可以是因地殼上升之故，更多的是由於流水的作用，當流水速度加大時就可以在沈積界面上形成沖刷面。在沖刷面上常含有礫石，有時直接來自於下伏沈積物被沖刷破碎再磨圓的產物———泥礫(圖4－18)。
(三)同生變形構造
這裏所說的變形構造，系指沈積物沈積同時或稍後，即在沈積物固結成巖之前發生變形而形成的塑性變形構造，也即是在同生期或成巖早期，當沈積物還處在塑性狀態時發生的變形，故又叫同生變形構造。引起同生變形的機理，主要是因有密度梯度、沈積物液化和有壹定的沈積坡度，常見的有重荷模、球狀及枕狀構造、包卷層理、滑陷構造等。
1.重荷模(load cast)
當砂質沈積物覆於泥質或粉砂質沈積物之上，飽含水分的泥質、粉砂質發生液化時，上覆砂質沈積物就會陷入到液化的泥質、粉砂質沈積物中，在上覆砂質層底界面上形成了瘤狀的突起物———重荷模(圖4－19)。有時砂質重荷模還可掉進泥質沈積物中形成沙球構造。重荷模與槽模的區別在於，重荷模形狀不規則、排列雜亂，缺乏對稱性和方向性，其大小也不壹，可從幾毫米到幾十厘米。砂質物質陷入下伏泥質物中形成重荷模的同時，下伏的泥質物也呈舌狀，火焰狀伸入到上覆砂質之中形成火焰構造(flame structure)。
2.球狀及枕狀構造(ball and pillow structure)
這是壹種巖體呈球狀或枕狀大型同生變形構造(圖4－20)，巖球或巖枕體的大小十幾厘米到數米，分布可很廣，有的在剖面中可以多次出現。如四川綿竹縣漢旺的上三疊統小塘子組三角洲前緣斜坡亞相中的枕狀構造出現過十幾次，每層厚1～3m，巖枕大小壹般為幾米。
圖4－19 砂巖底層面上的重荷模構造
圖4－20 泥巖中的細砂巖滑陷枕狀構造(鄂爾多斯盆地上三疊統延長組)
球狀及枕狀構造常發育在具有壹定坡度和介質密度大的三角洲前緣斜坡帶和大陸斜坡帶中，具備自上而下的重力勢能，因此，球狀及枕狀構造的特點是:滑陷滾動作用，使沈積物原有層理發生撓曲、倒轉，細層的厚度發生變化，巖層呈“破碎”狀，巖球或巖枕本身還有轉動和扭動特征，產生變形層理。另外，由於巖球或巖枕滾動時，帶動下伏泥質沈積物移動，並穿插於巖枕之間，也可形成火焰狀構造。
3.包卷層理(convolute bedding)
在細砂、粉砂沈積物液化過程中，流水施加的剪切力或在斜坡上的重力作用，使沈積物發生滑動，使壹個層內的原始的層理構造發生復雜的“褶皺”，形成連續分布的開闊向斜和緊密背斜組成的“包卷”狀態，稱包卷層理，或包卷構造。壹般在滑陷枕狀體中都發育有包卷層理(圖4－20)，與重荷模的區別在於，前者“又滑又陷”，後者為“陷而不滑”。此外，高含水的沈積物快速堆積體在成巖泄水過程中也可產生包卷及變形層理(圖4－21和圖4－22)，在三角洲前緣斜坡和濁流沈積環境較常見。
圖4－21 細砂巖中由成巖泄水形成的包卷層理及變形構造(鄂爾多斯盆地上三疊統延長組)
圖4－22 細砂巖中滑陷、揉皺形成的包卷層理及變形構造(鄂爾多斯盆地上三疊統延長組)
4.滑陷構造(slump structure)
指水下沈積物在重力作用下順斜坡滑動而成，又稱水底滑動構造。形態與包卷層理相似，也限於壹定的層位中，但常伴隨有沈積層的變形、揉皺、斷裂、角礫化及巖性的混雜。以“既滑又陷且斷碎狀”，可與上兩種構造區別。
滑陷構造層與上下巖層呈突變接觸，其分布範圍有的很局限，也有的非常廣泛，常見於快速沈積的三角洲前緣斜坡帶，大陸坡帶及海底峽谷的前緣部位等沈積環境中。
(四)生物成因構造
由生物的生命活動在沈積物中形成的沈積構造稱生物成因構造。由於生物的生態不同特征，因而在沈積物形成的沈積構造各不相同，其中最常見的是生物生長構造，如疊層構造和生物遺跡構造。前者將在碳酸鹽巖中論述，本小節僅對後者給予詳細描述。
1.生物遺跡構造的分類
生物遺跡構造，又稱遺跡化石。塞拉克爾(Seilacher，1964)按生物行為方式將生物遺跡構造分為五類(圖4－23)。
圖4－23 遺跡化石基本類型(據塞拉克爾，1964)
停息痕跡(resting trace) 是由活動的生物暫時停息在沈積物表面上留下的較淺的痕跡。其形態常與生物的腹部或側部形態壹致，但凹凸面正相反，常見於淺水高能環境中。
爬行痕跡(crawling trace)是動物在沈積物表面爬動(移動)時留下的軌道痕跡，常是由連續的線狀槽或溝組成，往往有方向性，凹槽表面光滑或有紋飾，形狀多樣。常見於淺水低能環境中。
居住痕跡(dwelling trace)是食懸浮物或沈積物的底棲生物在沈積物內部構築的永久居住的管穴。常為各種鉆孔和潛穴，形態有簡單的、復雜的、分叉的，與層面可垂直或斜交，這與生物存在的環境有關。
覓食痕跡(feeding trace) 是食沈積物(泥)的動物向沈積物內部或表面有規律地覓食而留下的痕跡，常有簡單分支或未分叉的圓柱狀，呈彎曲的直孔或“U”形孔，也可呈放射狀排列，能見蹼狀構造。常見於較淺水的濁流環境中。
嚙食痕跡(graying trace) 嚙食痕跡又叫遊食痕跡，是食泥動物沿沈積物表面有規律的移動遊食所留下的痕跡。常呈蛇形、螺旋形、網格狀(在層面上常呈上凸下凹狀)，但不分叉、不重復、形態復雜。常見於深水環境中。
2.生物遺跡構造的研究意義
生物遺跡構造都是原地形成的，並隨沈積物固結成巖而被保留而不會被搬運轉移，又由於同壹類生物在不同的環境中留下的生命活動痕跡往往是不壹致的，而不同的生物在同壹的環境中留下的生命活動痕跡卻常具有相似的特征，因此，遺跡化石是判別沈積環境的重要和良好的標誌。特點為:①在不同環境中(如不同深度、不同沈積速度)有不同的遺跡構造組合(圖4－24)，如海岸地區由於波浪、潮汐作用強，溫度、鹽度變化大，故底棲生物常形成很深的、垂直的潛穴(在軟底上)和鉆孔(在硬底上)等復雜的潛穴系統;②在淺海地區環境變化小，較穩定，故底棲生物潛穴較淺，以在層面上留下各種多呈傾斜狀的潛穴和水平狀的爬行與居住系統為主;③在半深海和深海地區，由於環境安定，食泥生物不需潛穴保護，而是為了進食，故在層面上留下各種水平狀的形態非常復雜的居住、覓食和嚙食遺跡系統。
圖4－24 遺跡形態(遺跡相)與沈積環境的關系(據塞拉克爾，1964)
(五)化學成因構造
在成巖後生階段，通過化學溶解和沈澱作用所形成的次生構造有結核、縫合線、疊錐及晶體印痕等，這裏只介紹前二者。
1.結核
結核形成於沈積巖形成作用的各個階段，對結核的研究有助於劃分和對比地層，也可了解巖石的成巖後生作用過程。結核的形成機理已在第二節敘及，下面僅介紹各種結核的產狀特征:
同生結核(圖4－7A) 同生結核為原始沈積和同生階段形成，常見的同生結核有矽質結核、現代海底有鐵錳結核等。同生結核與圍巖界線清晰，不切穿層理，且層理圍繞結核呈彎曲狀。
成巖結核(圖4－7B) 成巖結核是沈積物在成巖過程中，物質重新分配形成的結核成扁平狀，部分切穿層理，部分被圍巖掩蓋，並見層理圍繞結核彎曲。
後生結核(圖4－7C) 後生結核明顯地切穿層理，而不見層理彎曲現象，常分布於裂隙或層面附近。
假結核(圖4－7D) 這是壹種形態上看起來像結核，實際上不是結核，它是因沈積巖在表生階段由風化作用造成的，可能為球狀風化產物，更多的是與含氫氧化鐵的水溶液沿巖層的層面和裂縫流動，並沿層面和裂縫逐漸向巖石內滲透和依次沈澱圈紋狀的氫氧化鐵而成，通常將其稱之為李澤網。
龜背石 當結核(特別是膠體的結核)脫水收縮時，可發生網狀裂隙，後被其他礦物所充填，這種龜背狀結核被稱之為龜背石(圖4－25)。
2.縫合線
縫合線最常見於碳酸鹽巖中，但也可出現於砂巖、矽質巖和鹽巖中。其特征是在垂直層面的切面上有呈頭蓋骨接縫狀的不同形態的鋸齒狀裂縫(圖4－6和圖4－26)，從整體看它是許多柱狀凸出體，稱為縫合柱。縫合線的成因類型可按如下幾種方式進行劃分:
圖4－25 龜背石
圖4－26 不同形態的縫合線
1)按縫合線與層面的關系可細分為平行的、斜交的和垂直(層面)的縫合線，也可以有幾組縫合線交叉成網狀。
2)按縫合線大小可劃分為顯縫合線和微縫合線，前者在巖層或標本中肉眼可見，後者要在顯微鏡下才能發現，微縫合線可繞過或切穿灰巖的顆粒。
3)按縫合線形成的期次可劃分為成巖縫合線、後生縫合線、表生縫合線，其中最常見的是成巖縫合線，發育規模最大的是後生縫合線。
縫合線的成因可用壓溶說來解釋，即縫合線是在沈積物或巖石遭受到壓力後，發生不均勻的溶解而形成的，故不同時期、不同方向的壓力就產生不同類型和不同期次的縫合線。縫合線可用於劃分和對比地層、測量層面產狀(水平縫合線總方向與層面平行)、了解巖石存在和改造的環境。