利用沉积岩的原生构造确定岩层的面向

面向 ( facing) 是指成层岩层顶面法线所指的方向，即成层岩系中岩层由老变新的方向。沉积岩中的许多原生构造标志可用以确定岩层的面向。

( 一) 变异层理标志

1. 交错层理

交错层理 ( cross-bedding) 又叫斜层理，由一系列斜交于层系界面的纹层组成，有多种类型。其中，可用来判别岩层顶、底面的交错层理有板状和槽状交错层理。这两种交错层理的斜纹层均呈弧形，斜纹层的顶部被截切，与层系面呈高角度相交，下部常逐渐收敛，变缓，与底面小角度相交或相切 ( 图 2 －5) 。

图 2 －5 根据交错层理确定岩层顶、底面

图 2 －6 递变层理细粒呈基质出现在整个层中，由底向顶粗粒逐渐减少

2. 递变层理

递变层理 ( graded bedding) 又称粒级层理，是碎屑物质在沉积过程中由于流体 ( 通常是浊流) 逐渐衰减而形成的一种沉积结构。其特点是，在一个单层中，从底到顶颗粒由粗逐渐变细。例如，由底部的砾石或粗砂向上递变为细砂、粉砂以至泥质。如图 2 － 6 所示的递变层理便是携带各种粒级悬浮体的浊流沉积，虽然其中混有粗细不同的颗粒，但总的特点仍是下粗上细。另外，递变层理的顶面与其上一层的底面是突变的，有明显的界面。

在少数情况下，会出现反向递变层理，即在一个单层内，由底到顶粒度逐渐变粗。这是由于水流逐渐加强等原因造成的，与正向递变层理的区别在于它的顶界是渐变过渡的。

( 二) 层面原生构造标志

1. 波痕

波痕 ( ripple mark) 是沉积物表面由于波浪、水流或风的流动而形成的波状起伏的堆积形态。波痕主要发育在粉砂岩、砂岩及碳酸盐岩的表面，在细砂岩中也偶尔可见。

波痕是由波峰和波谷组成的 ( 图 2 －7) 。根据波峰的形态，波痕可划分为多种类型。利用图 2 －8 所示的几种波痕可以确定岩层的顶、底面。这些波痕无论是原型还是其印模，都是波峰指向岩层的顶面，波谷的圆弧则凹向底面 ( 图 2 －7，图 2 －8) 。

需指出的是，有一类在剖面上表现为不对称波形曲线的波痕，由于其形态特征在原型与印模中相似，故不能用来鉴别岩层顶、底面。

图 2 －7 波痕及其印模( 据 Shrock，1948)

图 2 －8 几种可确定岩层顶、底面的波痕

2. 泥裂

泥裂 ( mud crack) 也称干裂，是未固结的沉积物露出水面后经曝晒干涸时发生收缩和裂开所形成的与层面大致垂直的楔状裂缝。泥裂常见于黏土岩、粉砂岩及细砂岩层面上，偶尔也见于碳酸盐岩层面上。泥裂常使层面构成网状、放射状或不规则分叉状的裂缝，在剖面上一般呈“V”形裂口 ( 有时切穿层面也可呈 “U”形) 。这些裂缝被上覆沉积物填充时，其填充层的底面常形成尖脊状印模 ( 图 2 －9) 。楔状裂缝和尖脊状印模的尖端均指向岩层底面。

图 2 －9 泥裂的示意立体图( 据 Shrock，1948)

3. 雨痕和冰雹痕

因雨滴或冰雹落在湿润而柔软的泥质或粉砂质沉积物表面所形成的圆形凹坑及其凸起的边缘，称雨痕 ( raindrop imprint) 或冰雹痕。雨痕或冰雹痕被上覆沉积物填充、掩埋、成岩后，遂在岩层顶面上留下凹坑，而在上覆岩层底面形成瘤状突起的印模 ( 图 2 －10) 。

4. 冲刷面

固结和半固结的沉积层的顶面会因水流冲刷而成为凹凸不平的冲刷面 ( scour plane) 。在不平整的冲刷面之上再沉积时，被冲刷下来的下伏岩层的碎块和砾石又往往堆积在冲刷出的沟、槽中。据冲刷面和上覆岩层的碎屑，可判别岩层的相对层序 ( 图 2 －11) 。

图 2 －10 页岩层面的雨痕 ( a) 及印模 ( b)

图 2 －11 冲刷面的特点及与层序的关系

5. 底面印模

当水流或涡流在松软的沉积物上流动时，由于涡流对沉积物的侵蚀或水流携带物( 如介壳碎片、岩屑，树枝等) 对沉积物表面的刻划，会在沉积物表面留下各种形状的凹坑和沟模痕迹，这些痕迹常被砂质所充填; 成岩后，它们多在泥质岩层之上的砂岩底面保留下来，其称为底面印模 ( sole cast) ，也称为铸型。由于页岩易风化，而砂岩抗风化能力强，故这种印模常保留在砂岩的底面上 ( 图 2 －12) 。底面印模均以与原始凹槽相反的形态表现出来，常见的有鳞茎状、舌状或细长的脊状等 ( 图 2 －13) 。

( 三) 生物标志

根据某些化石在岩层内的埋藏保存状态，也可鉴定岩层的顶、底面。

由某些藻类形成的叠层石，虽然其类型不同、形态各异，如柱状、分支状和锥状等，但均具向上穹起的叠积纹层构造，这些穹状纹层的凸出方向即指示岩层的面向 ( 图 2 －14) 。

一些古植物的根系也可作为确定岩层顶、底面的标志，如图 2 －15 所示，根系向上变粗并收敛，向下变细且分叉。此外，生物活动造成的遗迹化石，如三叶虫的停息迹、爬行觅食迹及潜穴的蹼状构造凹面均指示岩层的顶面 ( 图 2 －16) 。异地埋藏的腕足类、腹足类和双壳类介壳化石，多数保持着凸面向上的稳定状态，故其凸面方向往往指示岩层的面向 ( 图 2 －17) 。

图 2 －12 砂岩的底面印模( 据 Richter，1965)

图 2 －13 舌状底面印模

图 2 －14 不同形态的叠层石纹层凸向顶面( 据 Shrock，1948)

图 2 －15 植物根系生长状态示意剖面

图 2 －16 虫穴和垄岗开口向上( 据 Hills，1972)

图 2 －17 介壳埋藏状态示意图( 据 Shrock，1948)