堆積構造

堆積構造とは、堆積物や堆積岩に見られる、堆積時に形成されたあらゆる種類の構造を指します。

堆積物や堆積岩は、粒径の異なる堆積物の層が互いに積み重なってできる層理によって特徴づけられます。 ^{[ 1 ]}これらの層の厚さは数ミリメートルから数センチメートルに及び、数メートル、あるいは数メートルにも達することがあります。

斜交層理、級化層理、リップルマークなどの堆積構造は、地層学的研究において利用される。これらは、地質学的に複雑な地形における地層の元の位置を示すのに役立つ。また、堆積物の堆積環境に関する知見も提供する。

流れの構造には、双方向（複数の方向、往復）と一方向の2種類があります。一方向（典型的には河川）の流れでは、速度や流速が変化するにつれて異なる構造が形成され、これを河床形態と呼びます。下流の流れでは、自然な流れは平坦な河床から始まり、堆積物の移動（跳躍など）、さざ波、そしてやや大きな砂丘へと変化します。砂丘の風下側には渦が発生します。上流の流れが形成されると、砂丘は平坦になり、その後、逆砂丘が形成されます。さらに流速が上がると、逆砂丘は平坦になり、侵食が主要なプロセスとなるため、堆積はほとんど停止します。

典型的な一方向性の堆積形態は、典型的な堆積物（砂とシルト）と水深を仮定した場合、特定の流速を表しており、下図のような図表は堆積環境の解釈に使用できます。図表を下に行くほど流速が速くなります。

リップルマークは通常、流水のある状況、つまり低流量域の下部で形成されます。リップルマークには2種類あります。

対称的な波紋

海岸でよく見られるリップルマークは、海岸の波（打ち寄せと引き波）などの双方向の流れによって形成されます。これにより、特定の方向に偏ることなく、尖った頂部と丸みを帯びた谷部を持つリップルマークが形成されます。これらのプロセスによって形成される代表的な堆積構造には、ヘリンボーン型斜交層理、フラザー層理、干渉リップルの3種類があります。

非対称の波紋

これらは、例えば川の流れや砂漠の風など、一方通行の流れによって形成されます。これにより、尖った頂部と丸みを帯びた谷部を持つリップルマークが形成されますが、それらは流れの方向に強く傾いています。そのため、これらは古流向指標として利用できます。

逆砂丘は、フルード数が1 より大きい速く浅い水の流れによって形成される堆積物^{[ 2 ] の}堆積形態です。逆砂丘は、周期的に急勾配になり、移動し、上流で砕ける定常波の下で形成されます。逆砂丘の堆積形態は、上流に向かって約 10 度の角度で傾斜し、長さが最大 ​​5 メートルにもなる浅い前置層が特徴です。 ^{[ 3 ]} 逆砂丘は、その低い角度の前置層によって識別できます。ほとんどの場合、逆砂丘の堆積形態は流量が減少すると破壊されるため、逆砂丘によって形成された斜交層理は保存されません。^{[ 4 ] [ 5 ]}

生物によって形成された堆積構造は数多く存在し、これらは痕跡化石と呼ばれます。例としては、巣穴や様々な生物擾乱の痕跡などが挙げられます。 生痕相とは、堆積環境に関する情報を提供するのに役立つ生痕化石のグループです。一般的に、堆積物の深部（堆積物内部）で巣穴が多くなるほど、水深は浅くなります。一方、（複雑な）表面痕跡が多くなるほど、水深は深くなります。

微生物は堆積物と相互作用して、微生物によって誘発された堆積構造を形成することもある。

軟質堆積物変形構造（SSD）は、堆積後に埋没が続くにつれて湿った堆積物が荷重を受けることによって生じる現象です。より重い堆積物は、その自重によって下層の堆積物から水分を「押し出す」のです。SSDには、一般的に以下の3つの種類があります。

• 荷重構造物または荷重痕（ソールマーキングの一種でもある）とは、密度の高い湿った堆積物が、下の密度の低い堆積物の上に崩れ落ちて入り込むときに形成される塊状の構造物である。
• 擬似結節または球状枕状構造は、挟み込まれた荷重構造であり、地震エネルギーによって形成されることもあり、地震性堆積物と呼ばれる。
• 炎状構造とは、上層の堆積物に突き出た泥の「指」のことである。
• 砕屑岩脈とは、堆積層を横切る堆積物の継ぎ目のことである。

層理面構造は、古流向指標として一般的に用いられます。これらは、堆積物が堆積した後、再加工や再形成を受けることで形成されます。具体的には、以下のような構造があります。

• 足裏の痕跡は、物体が堆積層の表面を削ったときに形成されます。この溝は、後に上の層によって埋められると鋳型として保存されます。足裏の痕跡には以下のようなものがあります。
  • フルート型堆積物は、柔らかく細かい堆積物に掘られた溝で、通常は上層の堆積物で埋められます。フルート型堆積物の長軸を測定することで流れの方向が分かり、すくい状の端が上流方向、先細りの端が下流方向（古流向）を向いています。また、フルート型堆積物の凸面は、地層学的に下方を指しています。
  • 工具痕とは、流れに引きずられた物体が堆積層に残した溝によって形成される底面痕の一種である。これらの痕跡の平均的な方向は、流れの軸方向とほぼ一致すると考えられる。
• 泥割れは、泥が脱水されて収縮し、亀裂が生じることで形成されます。これは、泥が水で飽和状態になった後、空気にさらされたことを示しています。泥割れは上向きにカールするため、ジオペタル構造として利用できます。 離水による亀裂も同様の方法で形成されますが、空気にさらされることはなく、周囲の水の塩分濃度の変化によって引き起こされます。
• 雨滴の痕跡は、露出した堆積物に雨滴が衝突することによって形成される。
• パーティングラインとは、上部流動体制の下部において、平面層内で形成される、微妙に配列した鉱物のことである。

• 爆弾沈下または層理面沈下とは、火山弾や火山ブロックが落下した場所の凝灰岩層やその他の堆積物の下方への変形のことである。^{[ 6 ]}

これらの構造は堆積層の中に存在し、堆積環境や古流向の解釈に役立つ。これらは堆積物が堆積する際に形成される。

斜交層理

斜交層理とは、風や水によって堆積した地層が水平面から最大 35° の角度で傾斜している状態を指します。^{[ 1 ]}斜交層理は、陸上の砂丘や河川の砂州、海底の急斜面に堆積物が堆積したときに形成されます。^{[ 1 ]}風によって堆積した砂丘の斜交層理は、風向が急速に変化するため複雑になることがあります。^{[ 1 ]}

起伏のある交差層理

この地層構造は、上向きに凹面（窪地）と上向きに凸面（丘）を持つ、波打つような斜交層理の集合体から成り立っています。これらの斜交層理は、湾曲した侵食面によって互いに緩やかに食い込んでいます。これらは、浅瀬で嵐が支配的な環境で形成されます。強い嵐の波の作用によって海底が侵食され、特定の方向性を持たない低い丘と窪地が形成されます。

重ね合わせ

この構造は、より大きな砕屑物が流れの方向に積み重なることによって形成される。

通常の等級分けされた寝床材

この構造は、流速が変化し、粒子が流れから徐々に沈殿していく際に形成されます。最もよく見られるのはタービダイト堆積物です。また、この構造が反転して逆級化層理と呼ばれることもあり、土石流でよく見られます。

生物擾乱

多くの堆積岩では、層理面が直径数センチメートルの円筒状の管によって分断されており、複数の層を垂直に貫通しています。^{[ 1 ]}これらの堆積構造は、海底に生息する海洋生物によって掘られた巣穴やトンネルの残骸です。^{[ 1 ]}これらの生物は泥や砂をかき混ぜて掘り進み、生物擾乱と呼ばれるプロセスを行います。^{[ 1 ]}生物は堆積物を摂取し、有機物を消化し、巣穴を埋める残骸を残します。^{[ 1 ]}

潮汐束

潮汐環境における堆積層の厚さの変化は、大潮と小潮の交代によって引き起こされる。

二次堆積構造は、一次堆積後に形成されるか、場合によっては堆積岩の続成作用中に形成されます。一般的な二次構造には、あらゆる形態の生物擾乱、軟質堆積物の変形、ティピー構造、根の痕跡、土壌の斑紋などがあります。リーゼガング環、円錐状構造、雨滴痕、植生によって形成された堆積構造も二次構造とみなされます。

二次構造には、堆積後に堆積層から流体が流出して形成される流体流出構造が含まれます。流体流出構造の例としては、皿状構造、柱状構造^{[ 7 ] 、垂直シート構造[ 8 ]}などがあります。

• レイノルズ数

• Prothero, DR および Schwab, F.、1996 年、堆積地質学、pg. 43-64、ISBN 0-7167-2726-9