沉积岩的原生沉积构造是指沉积岩各个组成部分于沉积期形成的空间分布和排列方式。根据沉积岩原生沉积构造的研究结果，可确定沉积介质的营力类型及强弱，介质的流动状态，分析沉积环境，确定地层的顶底和地层层序，对恢复古地理环境及找矿等均有重要意义。目前对沉积岩的构造有多种分类方案，本教材采用构造的成因和形态分类(表4－3)。以下主要介绍层理、层面、同生变形和生物成因等最为常见的原生沉积构造。
表4－3 沉积岩构造的分类
图4－8 层理的基本类型和相关术语
(一)层理构造
1.层理构造的基本术语
层理是沉积岩最重要的一种构造特征，是沉积岩区别于岩浆岩和变质岩的最主要标志。根据沉积岩的层理特征，不仅可确定沉积介质的性质和能量状况，而且还可判断沉积环境，有的层理还可确定水(风)的运动方向、确定地层顶底，有助于对比和划分地层。为了便于对层理进行描述和研究，首先要了解层理的基本术语(图4－8)。
细层 细层是层理的最基本、最小的组成单位。厚度很小，常<1mm，最厚几毫米至几厘米，细层厚度与水动力强度和物质供应丰度呈密切的正相关关系。
层系 层系是由一组在成分、结构、厚度和产状上都相似的同类型细层组成的。层系上下界面之间的垂直距离为层系厚度，按层系厚度把层理分为:①小型层理，层系厚度<3cm;②中型层理，层系厚度3～10cm;③大型层理，层系厚度10～100cm;④和巨型层理(或称块状层理)，层系厚度>100cm。层系的厚度与水动力强弱、物质供应丰度、沉积条件的稳定性等有关。按层理形态特征可细分为水平(或平行)层系、波状层系、平行层系、波状层系、交错波状层系、递变波状层系、透镜状层系和韵律层系。
层系 组层系组由若干个同类型的层系组成，同一层系组中的各层系是在基本相似的水动力状态和沉积环境中形成的。
层或岩层 层或岩层是组成沉积地层的基本单位，由成分上基本均匀的岩石组成。一个层可包括一个或几个层系或层系组。层的厚度变化很大，按厚度把层或岩层分为:块状层(>100cm)，厚层(100～50cm)，中厚层(50～10cm)，薄层(10～1cm)，页片层(1～0.1cm)，显微层(<0.1cm)。岩层的厚度与水动力强度无关，与单位时间内堆积速度有关。
2.层理的主要类型
(1)水平层理(horizontal bedding)
水平层理主要见于细粒的泥岩、细粉砂岩和泥晶灰岩中，由彼此间与层面平行的平直细层所组成。细层可连续或不连续，厚度0.1～1mm。可因物质成分，有机质含量或颜色不同而显现出来。水平层理常出现在稳定的低能环境中，由悬浮物或从溶液中缓慢沉积而成，如河流的堤岸带、海或湖的较深水带、闭塞海湾和潟湖沼泽等环境中。
(2)平行层理(parallel bedding)
主要见于砂岩中，外貌上与水平层理相似(图4－9)，但成因显然不同。平行层理是在较强的水动力条件下，由平坦床沙的迁移而形成的，而非静水沉积。在高流态中形成的平行层理，水流强度比形成大型交错层理还强，故常与大型交错层理，逆行沙波层理共生，沿层面有剥离线理构造(图4－9)。平行层理常见于急流或流态变化大的环境，如河床、海岸、湖岸等环境。
图4－9 平行层理(层面显示剥离线理构造)
图4－10 波状层理
(3)波状层理(wavybedding)
细层呈对称或不对称的波状起伏，但总的方向与层面平行(图4－10)，前积层和后积层均保存了的层理，称波状层理。其形成是由于波浪或潮汐的振荡运动，或单向水流的前进运动，其波状起伏的大小反映当时水动力条件的振荡程度。常形成于水体较浅的沉积环境，如海或湖的浅水沉积区，以在潮坪和潟湖沉积区最为常见，在河漫滩沉积区也可偶见。
(4)交错层理(crossbedding)
交错层理是最常见和最具成因意义的层理类型之一，在层内由一系列倾斜的细层与层面或层系界面相交，故又称斜层理。交错层系可以彼此呈重叠、交错、切割的方式组合(图4－11)。
交错层理可根据层系厚度分为:小型(层系厚度<3cm)、中型(层系厚度3～10cm)、大型(层系厚度10～100cm)、巨型(层系厚度>100cm)交错层理等，形成条件主要取决于水动力条件的强弱。
大多数交错层理是在非黏性沉积物表面上，由流水或风的流动产生的床沙形体迁移而成的，根据层系和上下层面的关系不同，可细分为三种基本类型:
板状交错层理(tabular cross bedding) 层系上下界面平直，呈板状，且厚度较稳定的交错层理，但层系的厚度范围大，可从几厘米到几十米，多数小于1m。斜细层倾向与流水方向一致，其倾角大小与介质性质有关，如浅海沉积物斜细层倾角常<20°，河流的斜细层倾角为20°～30°，风成的斜细层倾角可达40°以上，故用斜细层倾角大小可确定介质性质和流向(图4－11A)。
楔状交错层理(wedge-shaped cross bedding) 层系之间的上下界面为平面，但不互相平行，层系厚度变化明显呈楔形，彼此相切割，细层的倾向和倾角变化不定，常见于三角洲、河流心滩及海、湖浅水地带(图4－11B)。
槽状交错层理(trough cross bedding) 层系底界为弧形侵蚀面，层系呈槽形，互相切割，细层与之一致也呈槽形。槽可对称，或不对称，槽的宽度从几厘米到30m以上，槽状层系的厚度可从数厘米到十多米。槽的深度代表后一层系对前一层系的侵蚀切割深度，槽的宽深比趋向于固定值(Allen，1963)，槽的长轴倾向与水流方向一致(图4－11C)。
除以上基本类型外，还可有人字形交错层理、冲洗层理、丘状交错层理、浊流岩鲍马序列中的B－C层系，以及逆行沙波层理等类型。在不同性质介质的环境中，可形成不同类型的交错层理，故反过来可用典型的交错层理恢复古沉积环境和水动力条件(表4－4)。
图4－11 交错层理的类型和三维空间图示
表4－4 不同环境中形成的交错层理
(5)递变层理(gradedbedding)
此类型属于具有粒度递变粒序的特殊层理，故又称粒序层理。其特点是由底部向上至顶部粒度由粗逐渐变细(称正粒序)，或由细逐渐变粗(称逆粒序)。粒序层理底部常有一个冲刷面，内部除了粒度变化外，没有任何纹层(图4－12)。
粒序层理是重力流沉积的标志性层理，常见于砂质颗粒流、碎屑流和浊流沉积环境中，如在浊流岩的鲍马序列中，A段普遍发育有正递变粒序层理，砂质碎屑流沉积几乎都由具正递变粒序层理的砂岩组成，而颗粒流沉积则以发育逆递变粒序层理为主要标志。此外，在河流、洪泛、潮坪、浅滩和三角洲沉积中也可见到正或逆递变粒序层理。
图4－12 递变层理
(6)韵律层理(rhythmic bedding)
这是一类在成分、结构(如粒度)与颜色等不同的薄层作简单而有规律的重复出现所组成的层理(图4－8)。韵律性重复的原因，往往是物质搬运和供给方式有规律地发生交替所造成。这种变化可以是短期的，如潮汐流强弱变化形成的泥、砂薄互层交替组成的潮汐韵律层理;也可以是较长期的，如气候季节变化形成的冰川纹泥韵律层理;还可是浊流的脉动变化所形成的复理石韵律层理。
(7)块状层理(massive bedding)
在层内物质均匀，组分和结构均无分异现象，不显示细层构造的层理，称块状层理，或均质层理。它是一类以沉积物(常是悬浮物质)快速堆积为特征，由沉积物的垂向加积作用形成的产物，在砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩中均可出现块状层理。常见于浊流沉积物、洪积物和冰积物中。有时生物强烈的扰动作用，把原有的层理破坏了，也可以产生块状层理，在富含生物的浅海区、潮坪、潟湖及三角洲中常见。
(二)层面构造
1.顶面构造
在岩层顶面上发育的构造有:波痕、干裂、雨痕、冰雹痕、晶体印痕、渠迹及虫痕等。下面重点介绍波痕和干裂构造。
(1)波痕(ripple mark)
波痕是沉积岩中最常见的构造之一。它是由于介质(风、流水、波痕、潮汐流)的运动，在沉积物表面所形成的一种波状起伏的构造。由上述可知:波痕与斜层理密切相关，因不同形状波痕的推移产生不同类型的层理。故波痕不是一种孤立的层面构造，它不仅影响了层理类型，而且也能反映沉积的水动力环境。波痕可产于湖、海的浅水带和陆上环境(如沙漠、河流等)，也可以形成于深水环境(如等深流、浊流)。对于波痕应该进行定量测量，了解波痕要素(图4－13)。波痕要素包括波长(L)、波高(H)、波痕指数(L/H)，不对称指数(L1/L2)以及陡坡的倾向及倾角等。波痕按成因特征可分为三种类型:
浪成波痕 由波浪作用形成，主要见于湖、海的浅水地区。浪成波痕成对称状，其波峰尖锐而波谷圆滑(图4－14)。若为拍岸浪带的波痕，也可呈不对称状。
流水波痕 由单向流水作用形成。常见于河流或存在有底流的湖、海地区。流水波痕成不对称状，波峰波谷都较圆滑(图4－15)。其重矿物及粗粒物质常分布于波谷中，陡坡倾向与流向一致。
风成波痕 也呈不对称状，但不对称的程度更高。波峰及波谷圆滑而宽阔，陡坡倾向与风向一致。其重矿物与粗粒物质常集中于波峰附近。这种波痕常见于沙漠及湖海滨岸带的沙丘沉积物中。
(2)干裂构造
主要是由于沉积物在尚未固结时即露出水面，经曝晒干后，成张开的干裂缝，又为上伏沉积物或胶结物充填而形成的一类具特殊成因意义的沉积构造(图4－16)。干裂常见于泥质岩中，故又称泥裂，但也可见于粉砂岩、泥质砂岩及泥－微晶级的碳酸盐岩中。干裂的断面一般是上宽下窄，常呈“V”字形或“U”字形，宽几毫米至几厘米，大小不一。干裂缝中的充填物与上伏岩层的成分相当。干裂有指示气候和沉积相的意义:只有干燥气候条件下才易产生干裂;干裂构造常出现于陆相(河漫相、湖滨相)及海岸沉积的潮上带或潮间带的沉积物中。
图4－13 波痕
图4－14 浪成波痕
图4－15 流水波痕
2.底面构造
发育在岩层底层面上的印模构造称之为底面构造，主要有:底冲刷、泥砾及槽模、沟模等。
(1)槽模(flutecast)
槽模通常是由于流水在下伏泥质沉积物层面上冲刷先造成凹坑，然后被上覆砂质沉积物充填和覆盖，经成岩固结以后，在上覆砂岩的底层面上形成向下凸出的小包，实为下伏泥质沉积物的层面上冲坑的印模，故而称之为槽模。槽模一般顺水流方向排列，可疏可密，其圆形突起一端逆(迎)向水流方向(图4－17)。各种槽模大小不一，从几十厘米至几厘米，更小者仅几毫米，槽模内可见斜层理。槽模的出现说明当时的环境中有强烈的底流及其冲刷作用存在，根据槽模的排列方向可用来确定古流向。
图4－16 干裂构造
图4－17 槽模和沟模(主体为槽模，右下角为沟模)(据哈奇和雷斯泰尔，1965)
图4－18 紫红色中－粗粒砂岩中的冲刷面及斜交层理(四川峨眉山龙门洞下三叠统飞仙关组)
(2)沟模(groovecast)
由流水携带某些“工具”(如贝壳、树枝、岩块等)对底部泥质沉积物进行刻划或冲击所形成的痕迹印模，按成因和形态特征可细分为条纹模、跳模、刷模、锥模等。其中常见者是沟模，通常发育在岩层底层面上，呈稍微凸起的平行的小脊(图4－17)，有的成密集的条纹状高出底层面仅几毫米，个别达1cm，但延长远。一般较干直或稍弯曲。有时可出现几组沟模。
(3)冲刷面及侵蚀下切现象
在河流、三角洲和浅海地区，冲刷与侵蚀下切现象是常见的。这种冲刷作用可以是因地壳上升之故，更多的是由于流水的作用，当流水速度加大时就可以在沉积界面上形成冲刷面。在冲刷面上常含有砾石，有时直接来自于下伏沉积物被冲刷破碎再磨圆的产物———泥砾(图4－18)。
(三)同生变形构造
这里所说的变形构造，系指沉积物沉积同时或稍后，即在沉积物固结成岩之前发生变形而形成的塑性变形构造，也即是在同生期或成岩早期，当沉积物还处在塑性状态时发生的变形，故又叫同生变形构造。引起同生变形的机理，主要是因有密度梯度、沉积物液化和有一定的沉积坡度，常见的有重荷模、球状及枕状构造、包卷层理、滑陷构造等。
1.重荷模(load cast)
当砂质沉积物覆于泥质或粉砂质沉积物之上，饱含水分的泥质、粉砂质发生液化时，上覆砂质沉积物就会陷入到液化的泥质、粉砂质沉积物中，在上覆砂质层底界面上形成了瘤状的突起物———重荷模(图4－19)。有时砂质重荷模还可掉进泥质沉积物中形成沙球构造。重荷模与槽模的区别在于，重荷模形状不规则、排列杂乱，缺乏对称性和方向性，其大小也不一，可从几毫米到几十厘米。砂质物质陷入下伏泥质物中形成重荷模的同时，下伏的泥质物也呈舌状，火焰状伸入到上覆砂质之中形成火焰构造(flame structure)。
2.球状及枕状构造(ball and pillow structure)
这是一种岩体呈球状或枕状大型同生变形构造(图4－20)，岩球或岩枕体的大小十几厘米到数米，分布可很广，有的在剖面中可以多次出现。如四川绵竹县汉旺的上三叠统小塘子组三角洲前缘斜坡亚相中的枕状构造出现过十几次，每层厚1～3m，岩枕大小一般为几米。
图4－19 砂岩底层面上的重荷模构造
图4－20 泥岩中的细砂岩滑陷枕状构造(鄂尔多斯盆地上三叠统延长组)
球状及枕状构造常发育在具有一定坡度和介质密度大的三角洲前缘斜坡带和大陆斜坡带中，具备自上而下的重力势能，因此，球状及枕状构造的特点是:滑陷滚动作用，使沉积物原有层理发生挠曲、倒转，细层的厚度发生变化，岩层呈“破碎”状，岩球或岩枕本身还有转动和扭动特征，产生变形层理。另外，由于岩球或岩枕滚动时，带动下伏泥质沉积物移动，并穿插于岩枕之间，也可形成火焰状构造。
3.包卷层理(convolute bedding)
在细砂、粉砂沉积物液化过程中，流水施加的剪切力或在斜坡上的重力作用，使沉积物发生滑动，使一个层内的原始的层理构造发生复杂的“褶皱”，形成连续分布的开阔向斜和紧密背斜组成的“包卷”状态，称包卷层理，或包卷构造。一般在滑陷枕状体中都发育有包卷层理(图4－20)，与重荷模的区别在于，前者“又滑又陷”，后者为“陷而不滑”。此外，高含水的沉积物快速堆积体在成岩泄水过程中也可产生包卷及变形层理(图4－21和图4－22)，在三角洲前缘斜坡和浊流沉积环境较常见。
图4－21 细砂岩中由成岩泄水形成的包卷层理及变形构造(鄂尔多斯盆地上三叠统延长组)
图4－22 细砂岩中滑陷、揉皱形成的包卷层理及变形构造(鄂尔多斯盆地上三叠统延长组)
4.滑陷构造(slump structure)
指水下沉积物在重力作用下顺斜坡滑动而成，又称水底滑动构造。形态与包卷层理相似，也限于一定的层位中，但常伴随有沉积层的变形、揉皱、断裂、角砾化及岩性的混杂。以“既滑又陷且断碎状”，可与上两种构造区别。
滑陷构造层与上下岩层呈突变接触，其分布范围有的很局限，也有的非常广泛，常见于快速沉积的三角洲前缘斜坡带，大陆坡带及海底峡谷的前缘部位等沉积环境中。
(四)生物成因构造
由生物的生命活动在沉积物中形成的沉积构造称生物成因构造。由于生物的生态不同特征，因而在沉积物形成的沉积构造各不相同，其中最常见的是生物生长构造，如叠层构造和生物遗迹构造。前者将在碳酸盐岩中论述，本小节仅对后者给予详细描述。
1.生物遗迹构造的分类
生物遗迹构造，又称遗迹化石。塞拉克尔(Seilacher，1964)按生物行为方式将生物遗迹构造分为五类(图4－23)。
图4－23 遗迹化石基本类型(据塞拉克尔，1964)
停息痕迹(resting trace) 是由活动的生物暂时停息在沉积物表面上留下的较浅的痕迹。其形态常与生物的腹部或侧部形态一致，但凹凸面正相反，常见于浅水高能环境中。
爬行痕迹(crawling trace)是动物在沉积物表面爬动(移动)时留下的轨道痕迹，常是由连续的线状槽或沟组成，往往有方向性，凹槽表面光滑或有纹饰，形状多样。常见于浅水低能环境中。
居住痕迹(dwelling trace)是食悬浮物或沉积物的底栖生物在沉积物内部构筑的永久居住的管穴。常为各种钻孔和潜穴，形态有简单的、复杂的、分叉的，与层面可垂直或斜交，这与生物存在的环境有关。
觅食痕迹(feeding trace) 是食沉积物(泥)的动物向沉积物内部或表面有规律地觅食而留下的痕迹，常有简单分支或未分叉的圆柱状，呈弯曲的直孔或“U”形孔，也可呈放射状排列，能见蹼状构造。常见于较浅水的浊流环境中。
啮食痕迹(graying trace) 啮食痕迹又叫游食痕迹，是食泥动物沿沉积物表面有规律的移动游食所留下的痕迹。常呈蛇形、螺旋形、网格状(在层面上常呈上凸下凹状)，但不分叉、不重复、形态复杂。常见于深水环境中。
2.生物遗迹构造的研究意义
生物遗迹构造都是原地形成的，并随沉积物固结成岩而被保留而不会被搬运转移，又由于同一类生物在不同的环境中留下的生命活动痕迹往往是不一致的，而不同的生物在同一的环境中留下的生命活动痕迹却常具有相似的特征，因此，遗迹化石是判别沉积环境的重要和良好的标志。特点为:①在不同环境中(如不同深度、不同沉积速度)有不同的遗迹构造组合(图4－24)，如海岸地区由于波浪、潮汐作用强，温度、盐度变化大，故底栖生物常形成很深的、垂直的潜穴(在软底上)和钻孔(在硬底上)等复杂的潜穴系统;②在浅海地区环境变化小，较稳定，故底栖生物潜穴较浅，以在层面上留下各种多呈倾斜状的潜穴和水平状的爬行与居住系统为主;③在半深海和深海地区，由于环境安定，食泥生物不需潜穴保护，而是为了进食，故在层面上留下各种水平状的形态非常复杂的居住、觅食和啮食遗迹系统。
图4－24 遗迹形态(遗迹相)与沉积环境的关系(据塞拉克尔，1964)
(五)化学成因构造
在成岩后生阶段，通过化学溶解和沉淀作用所形成的次生构造有结核、缝合线、叠锥及晶体印痕等，这里只介绍前二者。
1.结核
结核形成于沉积岩形成作用的各个阶段，对结核的研究有助于划分和对比地层，也可了解岩石的成岩后生作用过程。结核的形成机理已在第二节叙及，下面仅介绍各种结核的产状特征:
同生结核(图4－7A) 同生结核为原始沉积和同生阶段形成，常见的同生结核有硅质结核、现代海底有铁锰结核等。同生结核与围岩界线清晰，不切穿层理，且层理围绕结核呈弯曲状。
成岩结核(图4－7B) 成岩结核是沉积物在成岩过程中，物质重新分配形成的结核成扁平状，部分切穿层理，部分被围岩掩盖，并见层理围绕结核弯曲。
后生结核(图4－7C) 后生结核明显地切穿层理，而不见层理弯曲现象，常分布于裂隙或层面附近。
假结核(图4－7D) 这是一种形态上看起来像结核，实际上不是结核，它是因沉积岩在表生阶段由风化作用造成的，可能为球状风化产物，更多的是与含氢氧化铁的水溶液沿岩层的层面和裂缝流动，并沿层面和裂缝逐渐向岩石内渗透和依次沉淀圈纹状的氢氧化铁而成，通常将其称之为李泽网。
龟背石 当结核(特别是胶体的结核)脱水收缩时，可发生网状裂隙，后被其他矿物所充填，这种龟背状结核被称之为龟背石(图4－25)。
2.缝合线
缝合线最常见于碳酸盐岩中，但也可出现于砂岩、硅质岩和盐岩中。其特征是在垂直层面的切面上有呈头盖骨接缝状的不同形态的锯齿状裂缝(图4－6和图4－26)，从整体看它是许多柱状凸出体，称为缝合柱。缝合线的成因类型可按如下几种方式进行划分:
图4－25 龟背石
图4－26 不同形态的缝合线
1)按缝合线与层面的关系可细分为平行的、斜交的和垂直(层面)的缝合线，也可以有几组缝合线交叉成网状。
2)按缝合线大小可划分为显缝合线和微缝合线，前者在岩层或标本中肉眼可见，后者要在显微镜下才能发现，微缝合线可绕过或切穿灰岩的颗粒。
3)按缝合线形成的期次可划分为成岩缝合线、后生缝合线、表生缝合线，其中最常见的是成岩缝合线，发育规模最大的是后生缝合线。
缝合线的成因可用压溶说来解释，即缝合线是在沉积物或岩石遭受到压力后，发生不均匀的溶解而形成的，故不同时期、不同方向的压力就产生不同类型和不同期次的缝合线。缝合线可用于划分和对比地层、测量层面产状(水平缝合线总方向与层面平行)、了解岩石存在和改造的环境。