前情提要 沉積構造系列01——流體與沉積物的交互關係 沉積構造系列02——層理 底形 波痕（Ripple marks）是底形的一種，而所謂的底形（Bedform）即是指在流體的作用下，於沉積物表面產生的起伏構造，主要包含波痕與沙丘，其中又以波痕最為普遍。底形都是發生在層面上，不過在垂直的方向上也有相對應的構造，即下一篇要討論的交錯層理。簡單來說，底形和交錯層理有很密切的關聯。 圖一、沉積物粒徑、水流流速與底形的關係。流速慢的條件下，不會產生底形；隨著流速逐漸增加，先產生波痕，接著產生沙丘、平行層理，最後是逆行沙丘。逆行沙丘相當少見，一般是在高流速與淺水的環境下產生。(改繪自Collinson, 2019） 關於底形的種類和形成條件，可以用圖一來表示。圖一的橫軸是沉積物粒徑，縱軸是水流流速（兩者都是對數）。沉積物的粒徑都是在砂的範圍，這也是為什麼底形大多發生在砂質沉積物中。 波痕 根據圖一，在流速非常低的環境下，流體無法帶動沉積物，當然也就沒有底形。當流速提升，沉積物開始被搬動，就會出現波痕，大小一般為數公分至十來公分。一開始，波痕的形狀是以直線為主，隨著流速與/或水深的增加，波痕會開始變形成波浪狀、舌形或新月形等形狀，不過後兩者比較少見。 圖二、直線形的波痕。（圖片摘自臉書社團「沉積/Sedimentology」。） 圖三、不確定這是否是舌形波痕，若有大師願意說明請不吝賜教。（圖片摘自臉書社團「沉積/Sedimentology」。） 波痕算是最普遍的底形了！野外是真的很常看到波痕，但主要以現生的為主。舉例來說，高美溼地除了看夕陽以外，也是一個觀察波痕的好地方，那裡的波痕主要是由波浪與潮汐所產生。其它像是沙灘、沙洲、河道、潮坪等等的地方也都很常看到波痕。至於在沉積「岩」裡面，波痕也算是常見，但相較於之後要討論的交錯層理比起來就少見許多，這是因為波痕是發育在層面上的構造，所以很容易被侵蝕或破壞。 圖四、高美溼地的現生水流波痕，發育在潮間帶的砂泥地上。 在單一方向的流體作用下，波痕會呈現不對稱的形狀——也就是如圖五一般，稱為水流波痕（Current ripples）。圖五中的水流由左往右，比較緩的面叫做迎流面，較陡的則是背流面。沙子在流體的作用下，會從迎流面逐漸被往上帶到波峰，接著會分成兩道路徑：一道繼續往前流動，另一道則往下迴一個圈，並沉積在背流面上，如此反覆的過程，便產生了交錯層理。同時，波痕還會往前「遷移」，因此迎流面的交錯層理會逐漸被侵蝕掉，而在背流面不斷產生新的來補充。因此，交錯層理其實也不是那麼容易被保存的。 圖五、水流波痕示意圖。可以看出水流波痕與交錯層理的關係。（改繪自Boggs, 2014） 圖六、水流波痕，發育在現生沉積物中。（集集攔河偃下游） 若水流往返流動，那麼情況就複雜許多。這種條件下產生的波痕，就是對稱的樣貌，稱為波浪波痕。[波浪波痕內部的交錯層理](https://cmgds.marine.usgs.gov/data/seds/bedforms/photo_pages/pic20.html "波浪波痕內部的交錯層理")相當複雜，通常呈現類似「人」字的形狀。 我覺得以上提到的過程可能有點難懂。看看以下的影片，配合圖片，也許就會更了解一些了。 https://www.youtube.com/watch?v=cJo0fTpJypg 這個影片是人工的實驗過程，以強勁的水流配合沉積物來模擬野外波痕（或沙丘）的形成。大約在1:00開始的時段，可以清楚看到一個沙丘正在隨著水流往右遷移，裡面的交錯層理也看得清清楚楚。 https://www.youtube.com/watch?v=KYvWwbEi0A0 也是類似的影片。 https://www.youtube.com/watch?v=uY2QdZLLRP8 這個則是一個波痕動力學的實驗影片，裡面可以看到波浪波痕的形成過程，以及波痕如何改變自身的形狀以符合流體的條件。 爬升波痕 爬升波痕，顧名思義，就是會「爬升」的波痕。 怎麼個爬升法？前面提到的波痕，都是在水平面上遷移。但是若波痕遷移的同時，又輔以很高的沉積速率，那麼波痕一邊往前遷移，一邊往上堆積，看起來就會是爬升的樣貌了。這爬升的角度，取決於波痕遷移速率和堆積速率之比，堆積速率越快，當然爬升角度就越陡。 爬升波痕有三種。如果爬升角度比波痕的背流面傾角還要小，那麼背流面理所當然就會被侵蝕掉，這稱為Subcritical climbing；若爬升角度比背流面傾角還要大，那麼整個交錯層理的形貌都可以被保留下來，這稱為Supercritical climbing：若兩者相當，那麼就稱為Critical climbing。連結裡面的影片是動畫，對於其形成過程與型態的理解會有幫助。 圖七、Supercritical climbing。波痕爬升的角度比背流面角度大，因此整個波痕（或交錯層理）都被完整保留下來，沒有被侵蝕。（石底層，龜吼） 圖八、Subcritical climbing。波痕爬升的角度比背流面角度小，因此背流面被上覆的爬升波痕侵蝕，無法得知背流面的傾角大小。（石底層，龜吼） 圖九、恆春樂水層中的濁流岩，可以看到清楚的爬升波痕。圖中下方的爬升波痕應該算是Critical climbing，爬升角度很接近背流面傾角。（樂水層，佳樂水） 潮汐三兄弟 地質學家在野外發現了一種特別的構造，它們都是由砂和泥所交錯構成，即使兩者所佔的比例變化很大。另外，砂通常呈現清楚的波痕。 這種構造依據砂和泥的相對所佔比例，也可以分成三種。主要由砂所組成者，稱為壓扁層理（Flaser bedding）；砂和泥差不多一樣多的，稱為波狀層理（Wavy bedding）；以泥為主的，稱為透鏡層理（Lenticular bedding）。 一般認為，這種砂泥相間又有波痕的構造，是和潮汐的環境有關。漲潮與退潮的水流能量不一樣，能量高者可以搬運砂，能量低者只能搬運泥，在潮汐的一漲一退中，便產生了這種構造。因此，它們可以指示潮間帶的環境。 圖十、圖中可以看到深淺交錯的層理，深色者為泥，淺色者為砂（或粉砂），這即為波狀層理。（潮州層，太麻里） 圖十一、壓扁層理。圖中凹向下的棕色薄片為泥，其它為砂，可以看出砂佔了大多數。泥之所以會往下凹，是因為泥的量太少，只出現在波痕的波谷中。（南莊層，南雅） 今天就介紹到這裡，下一篇將要討論與波痕習習相關、且也是十分常見的沉積構造——交錯層。 參考資料： Boggs, S. Jr., 2014, Principles of sedimentology and stratigraphy, Pearson new international edition PDF eBook, 560p. Collinson, J. and Mountney, N., 2019, Sedimentary structures, Dunedin academic press, London, 340p. 繼續閱讀 沉積構造系列04——交錯層理 沉積構造系列05——底痕 沉積構造系列06——變形構造 沉積構造系列07——生痕化石
