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 沉積構造系列03——波痕 在此系列文章第二篇介紹層理的時候，曾經提到強勁的水流或風會使得層理傾斜、彎曲。上一篇介紹波痕時也有花許多篇幅探討波痕的內部紋理。這些都是本篇要討論的重點——交錯層理。 什麼是交錯層理？ 印象中，高中的地科教材就有提過交錯層，主要是在強調其可以用來判斷地層是否倒轉與水流方向（不知道108課綱還有沒有？）。沒錯，交錯層算是很「好用」的沉積構造，可以指示沉積的環境。但是，它們背後的含意為何？為什麼交錯層可以告訴我們水流方向與年輕方向？任何情況都可以嗎？這就是今天要來討論的。 交錯層理（Cross bedding）和前一篇介紹的「底形」可以說是一體兩面的構造。當流體在沉積物表面流動時，會使得沉積物被搬運並重新排列，在層面上產生高低起伏的構造，這是底形。而交錯層理則是底形「裡面」的紋理，所謂的裡面，通常是要把沉積物給切開才看得到，所以我們都是在沉積岩的垂直方向剖面上看到交錯層理。 交錯層理是什麼形狀？一般的層理都是水平的——至少平均來看是水平的——但是交錯層理卻不是。它們是傾斜的，經常還帶有彎曲，而且可以明顯得看出和水平層理有一個交角。因此，日文裡是把交錯層理稱為「偽層」（False bedding），也就是假的層理，不能代表一個地區真正的岩層位態。在野外調查的時候，如果想測量層理的位態，千萬要確認自己測量到的是水平層理而不是交錯層理，不然數據會有不小的誤差。 交錯層理的形成機制 交錯層理是如何形成的？先從簡單的開始。我們再來看一次這張圖（圖一）。在圖中，沉積物顆粒從迎流面被往上帶，到了波峰後，部份會堆積在背流面，產生一個往右傾斜的層理，這便是交錯層理。背流面不斷堆積與迎流面不斷侵蝕的結果，也使得底形往右遷移，這可以在實驗影片中清楚地看出來。美國地質調查局（USGS）的網站有提供一系列交錯層理與底形的動畫、各種精彩的照片，以及動畫和照片的對比，個人認為其對於理解交錯層理與底形的觀念有很大的幫助，多看幾次大概就可以了解交錯層理是如何形成的，同時也會意識到交錯層理的種類原來拿麼多。 圖一、底形（波痕）與交錯層理的形成簡圖。（改繪自Boggs, 2014） 上一篇也有提到，底形有不同的種類和尺度，規模小的（公分級）稱為波痕，規模大的（公尺級）則是沙丘。因此，交錯層理也有不同的大小。[上一篇](https://hwdes.tw/p/5NkZx5 "上一篇")裡面的圖六至圖九其實都是交錯層理的照片，只是其尺度很小，為公分級，這種通常稱為交錯紋層（Cross lamina），對應到的底形是波痕。野外更常看到的交錯層理，規模通常為數十公分以上（圖二），在北海岸南雅一帶可以看到跟人一樣高的交錯層，在美國則有[比車子還大的](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b2/TheWave_1600pixels.jpg/1280px-TheWave_1600pixels.jpg "比車子還大的")。它們對應到的底形是沙丘或沙波，通常是在淺海、河川或沙漠環境中形成。 圖二、典型的交錯層。（都巒山層，石梯坪） 圖三、典型的交錯層。（龍洞砂岩/四稜砂岩，龍洞） 一般而言，交錯層理可以分成兩大類，即平板狀交錯層理與槽狀交錯層理。平板狀交錯層理（Planar cross bedding）是直線形沙丘內部的構造；槽狀交錯層理（Trough cross bedding）則是彎曲形（可能是舌形、新月形或其它種類）沙丘內部的構造。兩者在外觀上主要的差別在於，包圍平板狀交錯層理之上下界面是平面，在剖面中即是呈現直線；包圍槽狀交錯層理的上下界面則是開口向上的曲面。 圖四、平板狀交錯層理示意圖。（改繪自Collinson, 2019） 圖五、平板狀交錯層理。（石底層的轉石，龜吼） 圖六、槽狀交錯層理。（改繪自Collinson, 2019） 圖七、槽狀交錯層理，包圍交錯層理（白色線）的界面（黃色線）是開口向上的曲面。（南莊層，南雅） 判斷水流方向 用交錯層理是否可以判斷古水流方向？答案當然是可以。從USGS提供的動畫中，可以發現說雖然交錯層理有很多種類，但大致上，其層理傾斜的方向是和底形遷移的方向一致的，而這通常也和水流方向一樣。但是有一種情況是必須小心的，就是當古水流方向「平行」視線方向的時候（圖九），也就是古水流可能是穿出或穿入你正在觀察的岩壁。在這種情況下，交錯層理通常沒什麼方向性，也很難看出水流到底應該是往你的身體方向流還是往岩壁裡面流，除非附近有平行水流方向的剖面。 圖八、平板狀交錯層理，水流方向向左。（石底層，龜吼） 圖九、槽狀交錯層理。這張圖中的交錯層理相當特別，呈現往下凹的U字形（例如左上角），可以和圖六對照。圖六裡面，在垂直水流方向的剖面中也有這種U字形的交錯層理。因此，這種交錯層理代表水流方向是平行視線方向的。另外，這張照片有經過翻轉，因為這個轉石倒轉了。（恆春石灰岩的轉石，墾丁白沙灣） 判斷地層年輕方向 那麼利用交錯層理來判斷地層年輕方向呢？當然也可以，而且相當實用。疊置定律告訴我們，地層沒有倒轉的情況下，岩層是越往上越年輕。而教科書或課堂可能會告訴你一個方法：交錯層理與水平層理的交角，交角大的那一側是上方，小的是下方。這個方法相當不錯，而且在多數情況下成立，可是例外也很多。例如野外有時會看到「直線」的交錯層理（圖十一），那麼上下的交角不是都一樣嗎？更常見的則是S形的交錯層理，這也很讓人頭痛。另外，若是剛才提到那種「水流平行視線」的交錯層理（圖九），當然也不適用這種方法。那麼該怎麼辦呢？ 我個人的看法是看侵蝕面。從USGS的動畫裡面，可以看出一個特點，就是底形在遷移的時候，會侵蝕掉一小部份的岩層，產生一個小小的侵蝕面。從這個動畫中，我們可以看到底形往前遷移時，會把先前產生的交錯層理最上層給切掉一小部份，然後新的交錯層理堆積在這個侵蝕面上。也就是說，若地層沒有倒轉，那麼多數情況下，交錯層理的最上方應該會有一個侵蝕的接觸面。所以，觀察交錯層理與周圍層理的關係，如果發現了侵蝕接觸，且被侵蝕的交錯層理是在其下方，那麼地層就沒有倒轉。當然啦，在風化比較嚴重的岩層，侵蝕面反而會變得不明顯，這時候就要靠交角大小來判斷了。 圖十、非常理想的交錯層理，可以清楚地由交角大小來判斷出地層的年輕方向向上。（石底層的轉石，龜吼） 圖十一、圖中的交錯層理是直線，沒有往上彎曲的弧度，所以沒辦法單由「比交角」來看出地層年輕方向。（南莊層，南雅） 圖十二、交錯層理最上面的部份有一個明顯不連續的侵蝕面。因此，可以判斷地層沒有倒轉。（南莊層，南雅） 特殊的交錯層理 魚骨狀交錯層理（Herringbone cross stratification） 野外有時候會看到一種很怪的交錯層理——上下相鄰的兩個交錯層理，水流方向呈現180°相反！由於它們的形狀很像魚骨頭，因此稱為魚骨狀交錯層理。這種構造的出現，代表著古水流方向在短時間內不斷的往返流動。一般認為魚骨狀交錯層理是潮汐所造成的，漲潮與退潮時的水流方向相反，長時間下來便產生了這種一左一右交互堆疊的交錯層理。因此，若在野外看到魚骨狀交錯層理，就能初步判斷這層岩石是在淺海且受到潮汐影響的環境下沉積的。 圖十三、標準的魚骨狀交錯層理。可以嘗試判斷水流方向與地層年輕方向？（圖片摘自臉書社團「沉積/Sedimentology」） 圓丘狀交錯層理（Hummocky cross stratification）與窪狀交錯層理（Swaly cross stratification） 這也是很特殊的交錯層理，它們通常呈現平緩的圓弧狀，交錯層理彼此相交的角度很小，一般稱為低角度的交錯層理。圓丘狀交錯層理（或/與窪狀交錯層理）的形成，目前普遍接受的說法是暴風波浪造成的，但是詳細的原理似乎還沒有很好的結論。圓丘狀交錯層理通常出現在薄層的砂岩或粉砂岩中，並被包夾在泥岩或頁岩中，位於正常天氣波底面（正常天氣下，波浪可以影響到的深度）與暴風波底面（暴風天氣下，波浪可以影響到的深度，比正常天氣波底面還要深）之間的深度。不過在更淺的環境下也會出現，且尺度通常比較大。 圖十四、圓丘狀交錯層理的示意圖。（改繪自[這裡](https://www.google.com/books?hl=zh-TW&lr=&id=2Ss8iVRvvLcC&oi=fnd&pg=PA103&dq=hummocky+cross+stratification&ots=u5_0kXOaly&sig=ixjWCJYGDJnPXDCO9-6DdYcKSvE "這裡")） 圖十五、厚層硬頁岩（原岩為頁岩）中夾的薄層暴風砂岩。放大看砂岩中有一些平緩起伏的交錯層理，那就是圓丘狀交錯層理。（大桶山層，萊萊） 圖十六、與圖十四是同一層薄砂岩。圖中的砂岩層上方為平行層理，下方則是典型的圓丘狀交錯層理，可與圖十四對照。（大桶山層，萊萊） 圖十七、圓丘狀交錯層理。（碧靈頁岩的轉石，苗栗上島） 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
