河南云台山世界地质公园云梦山组波痕类型及其成因分析

河南云台山世界地质公园云梦山组波痕类型及其成因分析 河南云台山世界地质公园云梦山组波痕类型及其成因分析郑 伟齐永安刘顺喜张洲 河南理工大学资源环境学院河南焦作 4540033摘要:河南焦作云台山世界地质公园 红石峡的地层主要为新元古界云梦山组在该组地层中发现了大量的原生波痕.云梦 山组发现的波痕以小水流波痕和浪成波痕为主少量存在有干涉波痕、削顶波痕和双 脊波痕.从云梦山组下部往上波痕类型逐渐由直线型不对称小水流波痕变化为波曲 型对称浪成波痕说明沉积环境由极浅水的前滨过渡为浅水的临滨环境.关 键 词: 云台山世界地质公园云梦山组波痕中图分类号:P512.2 文献标识码:A 文章编 号:1673-9798200804-0399-05ClassificationandgeneticanalysisofripplemarksonYunmengshanFormationofYuntaishanworldgeoparkHenanprovinceZHENGWeiQIYong-anLIUShun-xiZHANGZhouSchoolofResourceEnvironmentHenanPolytechnicUniversityJiaozuo 454003ChinaAbstract:NeoproterozoicYunmengshanFormationiswidelydistributedinRedstonegorgeofYuntaishanworldgeoparkHenanprovince.AbundantripplemarkswerefoundinstrataoftheFormation.TheresearchresultsindicatesthattheripplemarksofYunmengshanFormationaredominatedbysmallcurrentandwaverip2plemarkswithminorityinterferencescalpedandbimodalripplemarks.FrombottomtotopofYunmengshanFormationtheripplemarksgraduallychangefromrectilinealasymmetricalcurrentripplemarksintosinu2soidalsymmetricalwaveripplemarkswhichrevealsthatsedimentaryenvironmentsofthestratabecomedeepeningupwardfromveryshallowforeshoretoshallowshorefaceenvironment.Keywords:YuntaishanworldgeoparkYunmengshanFormationripplemarkgeneticanalysis0 引 言河南焦作云台山世 界地质公园红石峡是新元古代早期沉积的红色石英砂岩在地质作用下形成的线状峡 谷主要的地层为新元古界云梦山组该组为覆盖在基底之上的第一盖层是本区保存最 早的沉积岩层反映了一次最初的海侵过程其中发育了极为丰富的层内和层面构造. 该组上部为紫红色、肉红色石英砂岩岩石较纯净中下部以紫红色石英砂岩沉积为主 夹少量泥岩.岩石中铁质含量比较高发育板状交错层理羽状交错层理潮汐复合层理 等.层面常见多角形裂纹发育低角度交错层理和大量的波痕原生沉积构造.波痕是陆 源碎屑沉积岩中常见的物理沉积构造广泛分布于海相、陆相和过渡相中1也是在现代 和古代沉积物中最常见的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面或层面特征之一.实验研究表明尖第27卷第4期2008年 8月 河南理工大学学报自然科学版 JOURNALOFHENANPOLYTECHNICUNIVERSITYNATURALSCIENCE Vol.27 No.4Aug.20083收稿日期:2008-05-28 基金项目:国家自然科学基金资助项目 40572012河南省高等学校创新人才基金资助项目. 作者简介:郑伟1979-男河南柘 城人助教从事遗迹学与沉积学研究工作. E-mail:zhengw99hpu.edu.cn?? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 峰状摆动波痕的波长与摆动流近床底幅度密切相关2.因此保存在 地质体中的尖峰状的摆动波痕为重塑古沉积环境的参数提供了良好的基础3.国外学 者对波痕进行了大量的研究基本上形成了一系列较为成熟的理论特别是西蒙斯等人 通过水槽实验成果研究了水深、流速和底形之间的关系以及用弗劳德数表示各种底 形与流速和水深的关系而盖伊等研究给出了底形与水流功率和粒度的关系艾伦等研 究给出了波浪波痕稳定范围与接近沉积物表面的波浪诱发的最大流速和粒度的关系 用水动力原理和其内部的因素研究了波痕的成因4.1 云梦山组典型波痕的分类及 其主要特征1.1 波痕的分类中科院地质研究所陈景山和陈昌明等人把波痕归为物 理成因的沉积构造的流动构造并根据其形态和主要特征把波痕分为水流波痕、浪成 波痕、孤立波痕、干涉波痕、改造波痕和风成波痕5.云台山云梦山组发育的波痕主要参数及特征如表1及图1所示.表1 云台山世界地质公园云梦山组波痕主要参数及特征Tab.1 MainparametersandfeaturesofripplemarksonYunmengshanFormationofYuntaishanworldg eopark图版号波脊形态波长/cm波高/cm波痕指数对称指数类别岩性特征图版I-1圆顶2.60.38.71对称型浪成波痕灰紫红色细砂岩图版I-2波形弯曲波脊较窄2.61.22.21.2不对称浪成波痕肉紫红色细砂岩图版I-34.50.67.51.3不对称浪成波痕肉紫红色细砂岩图版I-4波脊较窄平行排列3.20.65.321对称浪成波痕肉紫红色中粒细砂岩图版I-5个别尖灭5.80.69.71.1波曲型小波痕紫红色中粒细砂岩图版I-6圆顶直线3.50.65.81.1不对称浪成波痕肉紫红色细砂岩图版I-7坡圆顶5.20.317.31.2直线型小波痕肉紫红色细砂岩图版I-8尖顶波谷较宽50.86.251波谷中发育次级小波脊的对称浪成波痕紫红色中粒细砂岩图版I-9横向3.50.48.751纵向2.30.211.51.1波浪-波浪干涉波痕紫红色细砂岩图版I-10平顶2.40.54.81削顶对称浪成波痕肉紫红色中粒细砂岩图版I-11圆顶波脊称链型3.10.47.751.2链型小波痕肉紫红色中粒细砂岩图版I-12圆顶7.51.64.71.4波曲型小波痕肉紫红色细砂岩图版I-13波脊被铲平2.50.212.51波谷中发育次级小波脊的对称浪成削顶波痕紫红色中粒细砂岩图版I-14圆顶6.70.322.343直线型小波痕灰紫红色细砂岩均值4.30.619.651.331.2 波痕的主要特征据表1可看出云梦山组发现的波痕以小水流波痕和浪成波痕为主少量存在有干涉波痕、削顶波痕和双脊波痕.波脊以圆顶和尖顶为主形态主要为直线型少量为波曲型波长2.57.0cm波高为0.20.6cm波痕指数大部分为4.512颗粒粒度变化不大主要以紫红色细石英砂岩为主.1.3 波痕的形成机理1.3.1 水流波痕单向水流在非粘结性物质的表面上所形成的波痕为水流波痕.波痕垂直于水流方向延长向流面平缓背流面较陡.水流波痕的脊有不同的形状:直线形、波曲形、链形、舌形、新月形、菱形等可以是连续的也可以是断续的.波脊形态的变化主要与水深和流速有关.一般来说随着水深减小004河南理工大学学报自然科学版 2008年第27卷 ?? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 和流速增大波脊形态由简单变复杂由连续变断续3.在本区出现的主要有链型小波痕直脊小波痕波曲小波痕以及小波痕迭置在大波痕之上的波痕.此区的链型小波痕发育完整层面呈网状、鱼鳞状图形.这些波痕是在薄的水流速较大的条件下形成的通常是由回流在海滩的向海斜坡上形成的6.每个鱼鳞状舌形体有一个指向下游的锐角它由2个陡的背流面交成而上游的半部一般小于下游的半部.上有半部是由缓坡构成的缓坡伸入下一行2个舌形体的两个背流面所构成的凹角中相邻的鱼鳞列相不同.直脊小波痕或多或少地具有直而平行的脊它们是在相对低的流速下形成的也叫低能波4.它们与不对称波痕相似但比不对称波痕扁平些.波曲小波痕代表低能直脊小波痕和高能舌状波痕的过渡类型.这种波痕的脊可以长距离追索它是波状或者弯曲状的.这些波曲脊通常是不同相位的.1.3.2 浪成波痕浪成波痕也称为摆动波痕是波浪作用于非粘结性沉积物表面所产生的波浪形痕迹.控制浪成波痕形成和大小的因素主要有2个.第1个因素是波浪的传播速度与波长.当波速为990cm/s时波浪就会在砂质表面上造成波痕当波速超过90cm/s时波痕消失变成有沉积物运动的平底波痕的规模趋向于随波长的增长而变大5.第2个因素是沉积物的粒度.一般来说粗砂中的浪成波痕要比细砂中的大而波痕指数则比细砂中的小得多.浪成的波痕主要分为对称波浪波痕和不对 称波浪波痕.对称波浪波痕的标志是其脊具有对称的形态.它们的脊通常是尖的而谷往往是圆的.偶尔也可能有圆形的脊.沿谷的轴部有次级小脊出现部分的脊有分叉现象.2 云梦山组波痕主要形态特征及成因分析1波痕所在层岩性单一颜色和粒度均变化较小.该组含波痕的地层岩性单一主要为紫红色细粒石英砂岩石英颗粒具有较好的成分和结构成熟度为水流及波浪对沉积物反复冲刷淘洗的结果.104 第4期 郑伟等:河南云台山世界地质公园云梦山组波痕类型及其成因分析?? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 波痕主要为小型波痕.云台山云梦山组发育的波痕的波长平均为4.3cm波高平均为0.61cm表1其大小只相当于Simons和Richardson1965水槽实验中所观察到的沙纹.上述特征说明形成波痕的水流的流速有一定的范围.3波痕的波峰和波谷较圆滑波脊变化不大.据野外观察大部分波痕的波峰和波谷较圆滑没有太多的修饰特征.这可能因为海侵的过程中波痕形成后被水覆盖的结果.4波痕表面形态与其内部沙纹层理类型与规模关系较密切.总体上波痕为浪成波痕时层理则为波状层理.再者由于波痕均为小型波痕所以波痕所在的层理一般也为小型的.5干涉波痕、削顶波痕和双脊波痕的存在表明水流方向具有典型的双向性.6地层由下到上波痕的类型有一定的变化规律.从表1和图2可以看出在地层剖面下部204河南理工大学学报自然科学版 2008年第27卷 ?? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 主要为小流水波痕为主往上逐渐变化为改造、干涉波痕在地层剖面上部则以浪成波痕为主反映了古沉积环境由时常暴露地表的极浅水环境过渡到浅水环境与该地区逐渐的海侵过程相吻合.3 波痕与沉积环境关系波痕是非粘性物质在水流、波浪或风的作用下形成的、具有波状起伏的表面痕迹有人也称为波纹或沙纹也是沉积构造和环境解释的研究方向之一.小流水波痕是由单向水流作用在床沙表面上产生的多出现在海滩、潮坪、河流的浅水环境.浪成波痕是由水体往复运动作用于床沙表面而产生的常发育在海滩、潮坪等环境.而干涉和改造波痕是在浅水环境中由不同方向的波浪或不同方向上的水流同时或基本同时的联合作用下形成的一般发育于水位经常变化的潮坪和海滩环境.从该组地层剖面的下半部可以看到:在水流和波浪作用较弱砂供应不足泥供应较多的情况下形成的石英透镜体7周期性往返水流作用形成的上倾角大、下倾角小的羽状交错层理加上标志沉积表面间歇性地暴露于大气中的泥裂和雨痕反映了下部沉积环境为极浅水的前滨沉积.从该组地层剖面的上半部可以看到:少量发育的石英透镜体、羽状交错层理沉积构造和普遍发育的波状层理、平行层理、沟槽充填交错层理、板状交错层等沉积构造反映了沉积环境为向海一侧的浅水临滨沉积环境.总体上从地层剖面图可以看出沉积构造由下到上是由泥裂、雨痕、石英透镜体、小型交错层理、羽状交错层理、波状层理、平行层理演化到板状交错层理的总体演化趋势表明了该环境是从极浅水前滨环境向浅水的临滨环境缓慢过渡的海侵过程.该组岩石粒度分布较均一分选好磨圆度较好质较纯石英含量高大部分为紫红色石英砂岩在地层剖面上粒度总体趋势由下到上逐渐变粗表明沉积环境是与波浪或水流冲刷有关的海岸砂沉积环境.通过对该组波痕的分析可以看出波痕在地层剖面上由下部到上总体是从小流水波痕、双脊波痕、改造和干涉波痕演变到浪成波痕的符合由时常暴露地表的前滨环境过渡到水浅的临滨环境的海侵过程与其他沉积构造和岩石粒度特征分析的结果相符.4 结 论1河南云台山世界地质公园云梦山组发育的原生 波痕是由滨海浅水环境的水流和波浪作用其底部床沙形成的.2该组的原生波痕复杂 多样主要有小流水波痕、双脊波痕、改造波痕、干涉波痕、浪成波痕等类型在地层 剖面由下部到上是由小流水波痕、双脊波痕、改造和干涉波痕演变到浪成波痕的表 明沉积环境是由极浅水的前滨过渡为浅水的临滨环境.参考文献:1 ALLENJRL.Sedimentarystructures:theircharacterandphysicalBasisJ.Am.sterdam:Elsevier19827:1-593.2 LOFQUISTKEB.Sandripplegrowthinanoscillatory-flowwatertunnelR.Tech.Pap.U.S.CoastalEng.Res.Center1978:78-101.3 DIEMB.AnalyticalmethodforestimatingpalaeowaveclimateandwaterdepthfromwaveripplemarksJ.Sedimen2tology198532:705-720.4 陈昌明李继亮赖内克HE等.陆源碎屑沉积 环境M.北京:石油工业出版社1979:5-46.5 《沉积构造与环境解释》编著组.沉积构 造与环境解释M.北京:科学出版社1984:3-13.6 王颖朱大奎曹桂云.潮滩沉积环境与 岩相对比J.沉积学报200321:539-546.7 赵群华王可王琳.平顶山二矿山西组沉积环 境对煤层厚度的影响J.焦作工学院学报:自然科学版200322:187-189.责任编辑 宫福 满304 第4期 郑伟等:河南云台山世界地质公园云梦山组波痕 类型及其成因分析?? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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