实习五 古流向资料整理与作图
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发布时间：2022-04-23 12:58
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时间：2023-10-14 12:24
古流向是指沉积物沉积时期的水流的流动方向。古流向的分析研究是识别沉积环境和重建古地理的重要内容和有效手段之一，它有助于确定古盆地的边缘和物源区的位置、古岸线的方向、盆地沉积物充填的布局、古斜坡方向以及砂岩体的形态和延伸方向。因此，在沉积地层及其沉积矿产的研究中，古流向的确定已受到普遍的重视。
一、古流向资料的测量和数据处理方法
古流向分析是通过对那些因沉积介质流动而产生的具有指示水流方向意义的原生沉积构造和组分颗粒的定向性排列等的研究，从而恢复沉积物沉积时期的水流的流动方向。能够指示水流方向的原生沉积构造包括交错层理、底痕、波痕、水流线理、冲刷-充填构造以及生物化石和碎屑颗粒的定向性排列等，其中交错层理、底痕和砾石定向性排列是确定古水流的良好标志。这是因为在实际应用中，作为古流向分析指示标志的指向构造必须是容易测量而又分布广泛的，而且必须与主要的水流方向有关。下面以野外最常见的交错层理为例，简要介绍古流向资料的测量和数据处理方法。
（一）交错层理的测量
板状交错层理、楔状交错层理的前积层倾向一般与古流向一致，测定古流向，实际上就是测定前积层的倾斜方向。可用一木板（或硬纸片、野外记录簿等）放于露出的纹层面上，以扩大测量面，测量该木板产状即代表前积层产状。前积层常常向下或向上下两端变缓，因此需注意在细层的中部测量。而槽状交错层理的前积层的倾向的测量要慎重，须注意观察确定其轴的延伸方向。
除了测量前积层产状外，尚应同时描述交错层理类型及其他层理要素，并记录于专门的表格上（表5-1）。当岩层倾角大于10°时，还应测量并记录交错层理所在岩层产状，以便室内校正。
野外测量要尽可能选择多个测量点，并尽可能测量与收集较多的数据，以便统计分析。
表5-1 交错层理测量登记表
（二）测量数据的校正
具有各种指向构造的岩层，大部分经过了后期的构造运动而改变了原有的产状，以致改变了这些指向构造的原始产状，因此，必须用构造地质学中的赤平投影产状校正的方法进行测量数据的校正，校正通常是利用吴氏网进行。图上任意一点均代表自原点发出的一角度线的方位，此角度线为一平面的法线，因此亦可代表一平面的产状。其倾向可自吴氏网的中心向该点作延长线交于圆周而求得，倾角可以圆心为中心，将该点转至网的EW轴或SN轴上读出（图5-1）。
图5-1 用吴氏网校正古流向数据
校正时先将透明纸覆于吴氏网上，用针固定圆心。
把岩层和交错层理（前积层）的产状投影到吴氏网上（称为极点）。例如正常产状的岩层倾向为NE30°，倾角60°，将透明纸上标有30°的地方转动到吴氏网的赤道线上，自圆心向外读取60°，即为此岩层产状的投影点，以符号“□”表示，交错层理（前积层）投影方法与岩层相同，并以符号“☉”表示。
进行校正的步骤如下：
当岩层和交错层理均未倒转时（如图5-2a），将岩层投影点P转到吴氏网的EW轴上，使之沿EW轴移向圆心（表示将岩层恢复到水平位置）。使交错层理投影点沿其所在纬线向着与P点移动的相同方向移动相同角度至A。将透明纸恢复到原来位置，此时A点的位置即代表指向构造的原始产状。
当岩层倒转而交错层理倾向未倒转时（图5-2b），已移到EW轴上的P点向着远离圆心方向移动，至零位置，使交错层理投影点沿所在纬度线向着与P移动的相同方向移动一相同度数至A。使透明纸恢复到原来位置，A即为斜层的原始产状。
当岩层未倒转而交错层理倒转时（图5-2c），使P点沿EW轴直接移向圆心，至零位，使交错层理投影点沿所在纬度线向着与P移动的相同方向移动一相同度数，至周边后则沿赤道另一侧相对应纬度线上移动至A。使透明纸恢复到原来位置，A即为斜层的原始产状。
图5-2 交错层理原始产状的校正
（据刘宝珺等，1985）
a—岩层和交错层理均未倒转；b—岩层倒转而交错层理倾向未倒转；c—岩层未倒转而交错层理倒转；d—岩层与交错层理均倒转
当岩层与交错层理均倒转时（图5-2d），使P点沿着与圆心相背的方向移至圆心，使交错层理投影点沿所在纬度线向着与P移动的相同方向移动相同度数，至周边后则沿赤道另一侧相对应纬度线上移动至A。使透明纸恢复到原来位置，A即为斜层的原始产状。
（三）数据的整理与作图
古流向数据整理方法较多，其中包括直方图、玫瑰花图、极点图、算术平均法、矢量平均法和矩阵法等。前三种方法主要是定性而形象地表示古水流方向，后三种方法是定量地表示古水流方向的平均值和标准偏差。
图5-3 古流向直方图和相应的玫瑰花图
（据波特等，1977）
直方图和玫瑰花图是最常用的图示方法，它简单、形象地标明了古水流方向。一般用30°、40°或45°的分组间隔将全部古水流方向数据进行分组，计算出每个分组中观测数和观测数的百分比。将它们按横坐标上的分组间隔和纵坐标上的标尺绘在图上，可得出直方图。玫瑰花图实际上就是将直方图变成圆形，即用圆周上的方位间隔代替横坐标上的分组间隔，两者之区别只是作图方法和表达方法不同而已。
（四）古流向资料的环境意义
不同的沉积环境有不同的水动力条件，也可能有不同的古水流型式。常见的古流向玫瑰花图有三种类型（图5-4）：单向的（或称单众数的）、双向的（双众数的）、多向的（多众数的）或方向不明显的，它们代表了三种不同的古水流型式。河流砂属于单向的，其古流向的变化范围大都在90°～120°之间，这种变化可能与河流的弯曲度有关。蛇曲越复杂，其变化性就愈大。大部分浊流砂和许多古代风成砂也是单向的，三角洲砂大多数是单向的，其水流变化范围较大，一般为180°～220°；但极少数三角洲砂由于受潮汐作用的影响而呈双向的。海滩砂和港湾砂大都是双向的，但也有一部分可呈单向的。其双向水流型式推测是由潮汐作用产生的；单向水流型式可能与向岸、离岸或沿岸流有关。浅海陆棚砂由于受古斜坡的控制较小，其古流向变化较大，一般呈双向或无定向。表5-2归纳了沉积环境与古水流型式之间的关系。至于古流向与古沉积斜坡之间的关系，各种沉积环境有所不同。其中有些沉积环境的古流向受古斜坡的控制，如河流、三角洲和大多数的浊流沉积。有些沉积环境，如风成沙坪和海岸，其古流向与古斜坡之间则没有什么关系。
图5-4 水流玫瑰花图的类型
（据波特等，1977）
表5-2 沉积环境与古水流形式之间的关系
（据Selley，1968）
二、实习内容
（1）了解和熟悉古流向野外资料收集、资料整理、作图和解释的过程和方法。
（2）用校正后的交错层前积层产状资料作频率直方图和玫瑰花图。
（3）对图中的反映古流型式进行解释。
三、实习目的与要求
（1）掌握测量、记录指向构造的野外测量描述的方法。
（2）掌握频率直方图、玫瑰花图的作图方法及其古流向解释。
四、实习资料和作业
（一）实习资料
准噶尔南缘×××剖面×××组交错层理前积层测量与水平校正数据表，已知交错层理前积层60个测量与校正数据（表5-3）。
表5-3 准噶尔南缘×××剖面×××组交错层理测量与水平校正数据表
续表
续表
（二）作业
（1）绘制交错层理前积层倾向直方图和玫瑰花图。
（2）资料解释，即分析所做出的古流向玫瑰花图的类型是属于单向的（或称单众数的）、双向的（双众数的）、多向的（多众数的）或方向不明显的，推断其可能的形成环境。
实习报告五 古流向资料整理与作图
沉积学及古地理学实习指导书
