叠锥作为最引人入胜的地质现象之一,两个多世纪以来,因其奇特的构造引起了许多地质学家的关注。叠锥构造因其内部由大小不等的直圆锥同轴或错落叠置组成而得名,其分布十分广泛,几乎在全世界的各个地区从震旦纪至白垩纪的各类沉积岩中都有出现,其中以钙质叠锥最为常见。我国多处沉积盆地,如吐哈盆地、柴达木盆地、鄂尔多斯盆地、沁水盆地湖相细粒沉积物中均发现有钙质叠锥构造,但针对其所做的研究工作却极少。本文重点以鄂尔多斯盆地东北部和巴音戈壁盆地测老庙坳陷为研究区,通过野外露头实测、手标本观察、光薄片观察、X衍射分析、阴极发光照相、扫描电镜照相等方法,对鄂尔多斯盆地、测老庙坳陷侏罗系及白垩系地层中产出的叠锥结核内部结构特征及分布规律进行了综合分析和对比,分析总结了叠锥发育规模及形态特征与同沉积环境之间的关系,并对叠锥构造的形成机制进行了整理和推测,论证了叠锥构造对沉积环境的指示意义。在鄂尔多斯盆地东北部研究区,叠锥构造在侏罗系延安组和直罗组中都有发育,其中以延安组含煤岩系中产出的体积硕大、层位稳定、形态精美且保存完好。延安组叠锥构造的主岩以产于泥岩、砂质泥岩中的钙质结核和薄层钙质岩层为主,通常在某一稳定层位中不连续地群体产出。神木地区考考乌素沟延安组第Ⅱ成因地层单元第二个小层序的同一层暗色泥岩中,每隔一段距离就可见到大小不一的叠锥结核。叠锥结核整体呈透镜状产出,风化后显蜂巢状,锥体硕大,与周围的泥岩界线清晰。体积最大的叠锥结核体长度可达3m,宽约1.5m,最厚处可达0.9m最小的结核水平剖面直径约0.4m,最厚处为0.25m。叠锥结核内部呈现出明显的不均一性,叠锥层由大小不等的直圆锥同轴或错落叠置组成,其厚度与其赋存的结核体规模具有一定的关系。大锥内部包含着无数个小锥,锥顶指向结核中心,呈斜列的层,边缘部位暴露的复锥锥顶高低错落。锥体高度多在5cm左右,锥底呈不规则的圆形,直径2-3cm,有的锥底部为向内凹的喇叭形,而另外一些锥底则外凸呈浑圆状。圆锥顶角变化较大,通常在30。-60。之间,但同轴套叠的圆锥顶角基本一致,继承性好。锥的内侧面有肋骨形的环脊和环窿,纵向上呈一级级的阶梯状。环脊和环窿在锥底附近最显著,间隔较大,越靠近顶部则越细,到顶部附近时就变得很细而不清楚了；此外锥体外面上还有纵向的相互平行的细纹,均平行于锥轴。叠锥构造不仅发育于钙质结核的表面,还发育于薄层钙质岩层的上表面,锥轴垂直于岩层,锥体顶角朝下。直罗组湖相细粒沉积物中发育的叠锥总体而言相较于延安组来说规模较小、形态较不规则,但在其中发现了发育在钙化木表面的叠锥构造。在巴音戈壁盆地测老庙坳陷西部研究区内,钙质叠锥结核的规模很大,出露结核中最大的长275cm、宽156cm、高126cm；最小的直径不足半米。叠锥构造发育于结核外侧,呈放射状,直圆锥锥顶指向结核中心。圆锥顶角变化不大,通常在20°-40°之间。锥底部为喇叭形或外凸呈浑圆状,锥的内侧面有肋骨形的棱和沟槽。锥面上有纵向的相互平行的细纹。从叠锥结核的断面上可观察到不少花岗岩的碎块被包裹其中,碎块大小不一,棱角分明。与鄂尔多斯盆地东北部分流间湾沉积环境中发育的叠锥构造相比,测老庙坳陷西部巴音戈壁组出露的叠锥结核中叠锥层厚度较小,方解石含量相对较低,碎屑颗粒含量相对较高,内部结构相对杂乱。在新疆的伊犁盆地野外考察的过程中也发现了叠锥构造,其发育于早侏罗世三工河组滨浅湖相细粒沉积物中,宏观形态与鄂尔多斯盆地东北部分流间湾沉积环境中发育的叠锥构造十分相似。叠锥构造的主岩以产于泥岩、砂质泥岩中的钙质结核和薄层钙质岩层为主,通常在某一稳定层位中不连续地群体产出,与围岩界线清晰。各个研究区的叠锥结核内部都表现出明显的不均一性。在鄂尔多斯盆地东北部研究区,体积较大的叠锥结核A可分为上、中、下三层,叠锥结核中层的块状灰岩在镜下的形态显得极不规则,浅灰色的纤维状方解石与黑色的粘土质充填物杂乱地分布,结核上、下的叠锥层镜下形态规律性十分明显。叠锥结核内部各层的形态特征相差很大,但在矿物成分及各成分含量上几乎没有变化,叠锥内部绝大部分由方解石组成,泥质充填物主要为绿泥石和伊利石,其中混杂有石英、长石等矿物颗粒。在上、下叠锥层锥体纵切面上可见明显的“V”字型或“W”字型纹层,纤维状方解石呈锥形套叠,具波状消光。方解石晶体呈柱状定向排列,粗约50μm,长0.5-lmm。黑色物质为粘土质充填物,含量较少,主要为绿泥石和伊利石,在扫描电镜下可观察到暗层中的绿泥石呈片状团簇在一起。在锥体侧部边缘处,方解石晶体排列方向同锥面斜交或近一致。在横切面上,可见大小不等的同心圆构造,呈泡沫状。叠锥内部泥质充填物除了组成了叠锥内部纹层中的暗层,有的还形成较为粗大、肉眼即可见的泥质充填,边缘呈十分规则的锯齿状,且其中一般会有破裂的痕迹,包含有石英、长石等矿物颗粒。在巴音戈壁盆地测老庙坳陷西部研究区内,以叠锥结核C1为例,该结核从宏观形态上可分为四个期次。由结核中心向外,第Ⅰ期次为褐色泥晶灰岩,分为两个部分,内部结构均一致密,可见褐黄色斑点,方解石含量相对较高,在60%左右。第Ⅰ期次至第Ⅳ期次为叠锥灰岩,方解石成分相对第Ⅰ期次较少,均为50%左右。第Ⅱ期次为褐红色灰岩,结构较为致密,宏观上不见叠锥构造形态,镜下可见方解石呈纤维状且出现明显定向性,见“V”字形套叠纹层,有石英、长石、岩屑等碎屑物质被包裹在纹层中；第Ⅲ期次灰岩与第Ⅱ期次灰岩相似,呈褐红色,结构相对于第Ⅱ期次灰岩稍显疏松,宏观上不见叠锥构造形态,镜下可见方解石呈纤维状,但内部结构不均一,羽状形态集合体与“V”字形纹层交替出现；第Ⅳ期次叠锥灰岩呈褐红色,结构非常疏松,宏观上可见典型的叠锥构造,镜下可见锯齿状裂隙较大且等间距出现,纤维状方解石定向性极好。除内含的少量石英、长石及岩屑颗粒外,结核各个期次样品在阴极发光显微镜下皆呈均一的棕红色,不具微量元素分异和析出的成岩色带。可推测叠锥结核的形成是由内向外逐步、分阶段进行的,且从结核内部花岗岩碎屑被纤维状方解石缠绕包裹的现象可推测叠锥结核的形成应晚于花岗岩风化壳的形成。叠锥构造的发育与同沉积环境关系密切,且水深对其发育规模的影响极为明显。叠锥构造发育的原生沉积环境为水深约5-30m的滨浅湖及与其水深相对应、与湖泊相连通的分流间湾、废弃分流河道和三角洲前缘。在同等水深、盐度的条件下,分流间湾这样相对封闭且离陆源更近的环境比滨浅湖这样相对开放的的环境更易发育叠锥构造。此外,同沉积期水体的动荡、水体中碎屑颗粒的增多会对叠锥构造的发育起到一定的抑制作用,水体相对平静、洁净的同沉积环境可能更有利于叠锥结核的发育。可见,钙质叠锥构造指示了一种浅覆水且水体相对低能、洁净的同沉积环境。结合自身和前人研究,提出了叠锥构造的成因机制解释,认为其形成于同沉积期-早成岩期,可以分为三个发育演化阶段。