云冈石窟砂岩沉积构造特征

3.3.3　云冈石窟砂岩沉积构造特征

如前所述，云冈石窟可以分为东、中、西3个地段分别对应图3.4中的（a）、（b）、（c），从地层展布规律上看，东段与西段各具典型特征，而中段处于过渡地段。下面主要对东段（第1～3窟）和西段（昙曜五窟）的沉积构造予以分析。

1.东段第3窟

该段的地层变化很大，属于云冈石窟地层出露最为齐全的地段。

第3窟以东的地层整体呈泥岩、砂岩互层状展布，山体难以自然形成高陡的崖壁。在第1窟非常发育的泥岩朝西逐渐变薄，砂岩逐渐变厚。从第3窟开始，云冈石窟地层主要以砂岩为主。砂岩强度高，有利于形成高陡崖壁，为石窟的开凿提供了良好的地形条件。因此，云冈石窟从第3窟往西，大型洞窟逐渐增加，而第3窟自身就是云冈石窟规模最大的石窟。

该段地层可以分为11层（图3.5、图3.6）。

第1层泥岩：在第3窟以东局部出露；主要为褐红色、灰黑色泥岩，粉砂质泥岩、页岩，层理厚1～2mm，下部为褐红色泥岩，向上砂质含量逐渐升高；与第2层之间属于突变接触关系。

第2层泥质、钙质胶结长石石英砂岩：青灰色，粗粒结构，厚层—巨厚层状；发育大型斜层理，表面长石风化呈黏土状，颜色转变为褐红色；岩石表面出现片状风化掉块，在多处形成风化凹槽，局部进行过修补。

第3层粗粒石英长石砂岩：风化面为灰黄色（新鲜岩石为浅黄色），中厚层状；长石风化比较严重，水平层理不明显，底部见少量石英质砾石（可能为底砾层）；第3窟形成的窟门岩体，处于悬空状态，第3窟的很多危岩体均发育于该地层中。

第4层灰青色粉砂质泥岩、页岩，中夹灰黄色薄层状粉砂岩：水平层理发育，层理面上见云母定向排列，顺层形成风化凹槽；在第3窟逐渐尖灭消失。

图3.5　东段第3窟地层展布立面

图3.6　东段第3窟地层展布剖面

第5层钙质铁质胶结石英长石砂岩：中—粗粒呈褐红色，粗粒结构呈褐黄色，薄—中厚层状；层理发育，大部分为水平层理；夹一层青灰色粉砂质泥岩，局部见砾石。

第6层杂色中粒砂岩与粉砂质泥岩互层：灰褐色、青灰色、褐黄色，泥岩色深，属于还原环境下形成；层理非常发育，见云母顺层理面定向排列；中粒砂岩色偏红，铁质胶结，见过渡相粉砂质泥岩；形成了第3窟中部的一个主要的风化凹槽，上部崖壁的大量坍塌均与该风化凹槽有密切关系，风化凹槽已经被修补过。

第7层粗粒状含砾石长石石英砂岩：褐黄色，水平层理发育，岩性较纯，厚层状，层厚比较均匀，一般为50～100cm；砾石呈棱角状，主要由石英和少量岩屑构成；局部发育有细（中）粒砂岩。

第8层泥岩：红褐色，局部为青灰色，中厚层状；风化严重，岩石风化后表面为松散黏土状，形成风化凹槽；夹青灰色、灰黄色粉砂质泥岩、泥质粉砂岩，在云冈石窟崖壁中出露较少，在第3窟东侧逐渐尖灭。

第9层中粒状铁锰质、泥质长石石英砂岩：黄灰色、褐黄色；水平层理与斜层理发育，顺层理面往往有铁锈斑析出；岩性均匀性差，夹青灰色泥质粉砂岩或泥岩，极易形成风化凹槽。

第10层粗粒状长石石英砂岩：褐黄色；层理不发育，呈厚层状；质地坚硬，比较均匀，形成陡直的崖壁；在第3窟逐渐尖灭。

第11层长石石英砂岩：仅局部发育。

2.昙曜五窟段

该段垂直崖壁高，洞窟规模宏大，保存比较完好，是云冈石窟中典型的重要石窟。该区主要展布的地层为第2层、第3层、第5层和第7层，均以砂岩为主（图3.7）。

图3.7　昙曜五窟段地层展布规律

第2层中粗粒砂岩：褐黄色、青灰色，局部呈红色；主要成分为长石和石英，有少量的暗色矿物和燧石，岩体表面为中风化；交错层理发育，层理较薄，一般为1～2cm，沿着层理面发育有条状风化凹槽，局部危岩体发育。

第3层中粗粒长石石英砂岩：褐黄色，厚层、巨厚层状；成分比较均匀，发育水平层理，属于快速堆积条件下形成；岩石抗风化能力较强，在地势较高处易形成块状危岩体；岩体风化后表面有铁红色锈斑渲染；中部不连续地发育一层青灰色、灰黄色，最大厚度约为1.5m的泥质粉砂岩，东部砂含量较高，西部泥质成分较多；夹层容易风化，形成风化凹槽，并导致第20窟主佛的破坏（进行过修补）。

总体来说，该层的层理发育较弱，质地均匀，抗风化能力强，极易形成天然陡崖，这也是云冈最初选择该处开凿石窟的一大因素。目前该区域内主佛的头部均位于该层砂岩中。

第5层粗粒长石石英砂岩：褐红色，中厚层—薄层状；水平层理发育，层理厚度为20～30cm；岩体表面风化比较严重，沿层理面形成风化凹槽。

第7层粗粒状含砾石长石石英砂岩：褐黄色；水平层理发育；岩性较纯，砾石呈棱角状，主要由石英质成分和少量岩屑构成。

3.云冈石窟砂岩沉积规律

云冈石窟出露的主要砂岩地层为第2层、第3层、第5层、第7层，上述地层是石窟和顶板的部位。从岩石的均匀性来看，第3层、第5层最好，是开凿石窟造像的良好地层。

从分布稳定性上看，崖壁间的泥岩在石窟主要分布段均出现尖灭或者相变，而砂岩的稳定性相对较好。但第2层砂岩在西端逐渐相变为泥岩。

从沉积构造上分析，槽状河流沉积主要分布于第2层和第9层，而其他层应以山间曲流沉积为主。构成整个云冈石窟砂岩的古地理环境为一山间河道。另外，各层位砂岩层理均指示沉积时河流的主流向为垂直崖壁，接近于正南（图3.8）。

图3.8　云冈石窟地层沉积构造示意图