貴州開(kāi)陽(yáng)地區(qū)澄江組第二段砂巖粒度分析與沉積環(huán)境

喬衛(wèi)濤，陳 仁，胡歆睿，呂留彥，周 武

(貴州省地質(zhì)調(diào)查院，貴州 貴陽(yáng) 550081)

1 引言

“澄江組”創(chuàng)名于云南省澄江縣城附近，1963年貴州省地質(zhì)局第三綜合地質(zhì)隊(duì)最先引用于貴州地區(qū)。區(qū)內(nèi)澄江組有較長(zhǎng)的研究歷史，曾被冠以多個(gè)名稱(chēng)。在1︰20萬(wàn)區(qū)調(diào)工作中，貴州區(qū)調(diào)隊(duì)(1970，1979，1980)先后將其或置于“南沱組”內(nèi)，或置于“馬路坪群”，或稱(chēng)“蓮沱組”。后鑒于該地層組分和特征與云南澄江組相似而沿用“澄江組”一名至今，代表一套河湖相砂泥巖沉積。

對(duì)于澄江組第二段的沉積環(huán)境，前人給出了不同的結(jié)論。1︰20萬(wàn)息烽幅認(rèn)為該組第二段為濱海相沉積。舊版貴州省區(qū)域地質(zhì)志(1993)認(rèn)為澄江組(鐵廠組)第二段為濱海相沉積。貴州省巖石地層(1997)認(rèn)為該組第二段為河湖相沉積，局部短暫河口灣。徐世林(2017)認(rèn)為澄江組后期淺海相—陸棚相。本文通過(guò)對(duì)粒度參數(shù)特征、粒度判別函數(shù)和概率累積曲線(xiàn)形態(tài)等特征的分析，對(duì)開(kāi)陽(yáng)地區(qū)澄江組砂巖粒度特征與沉積環(huán)境判別進(jìn)行討論。

2 地質(zhì)背景及地質(zhì)特征

圖1 澄江組分布圖及剖面位置

澄江組在貴州，分散出露于黔中地區(qū)各個(gè)較大背斜的核部及近核部，具體分布于遵義松林，清鎮(zhèn)鐵廠，開(kāi)陽(yáng)金中(洋水)、翁昭，息烽溫泉及甕安朵丁等地，金沙巖孔鉆井中亦見(jiàn)及。研究區(qū)位于開(kāi)陽(yáng)的金中背斜和翁昭背斜。在金中背斜，澄江組與下伏青白口系下江群清水江組平行不整合，上被陡山沱組平行不整合覆蓋。而在翁昭背斜，澄江組下伏地層仍為清水江組，上覆地層為陡山沱組。部分位置陡山沱組缺失，上覆地層為燈影組。

澄江組第二段特征如下：

本次研究在開(kāi)陽(yáng)縣西的金中背斜及縣東的翁昭背斜(圖1)分別進(jìn)行剖面測(cè)制和逐層取樣，對(duì)其砂巖層位進(jìn)行粒度分析。一共在開(kāi)陽(yáng)金中背斜取樣7件，在翁昭背斜取樣2件(圖2)。

圖2 開(kāi)陽(yáng)地區(qū)(PM134)及翁昭地區(qū)(PM204)澄江組第二段剖面略圖及取樣位置

Fig.2 Profiles sketch and samples location of the second section of Chengjiang formation at Kaiyang area(PM134)and Wengzhao area(PM204)

1—泥巖；2—粉砂質(zhì)泥巖；3—粉砂巖；4—泥質(zhì)粉砂巖；5—含礫粉砂巖；6—細(xì)砂巖；7—含礫砂巖；8—礫巖；9—砂屑磷塊巖；10—砂屑白云巖

3 巖石學(xué)特征

表1 黔中開(kāi)陽(yáng)地區(qū)金中及翁昭剖面澄江組第二段砂巖的礦物成分統(tǒng)計(jì)表

4 沉積物粒度特征

本次研究在成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院實(shí)驗(yàn)室完成。先以樣品制作薄片，再將薄片在顯微鏡下成圖，以目估法對(duì)顆粒粒徑和含量進(jìn)行測(cè)算。然后對(duì)顆粒進(jìn)行篩析校正及雜基校正，最終得出沉積物顆粒粒徑及相應(yīng)含量，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，分以圖解法和矩法計(jì)算得出相應(yīng)的粒度參數(shù)即平均粒徑Mz、標(biāo)準(zhǔn)偏差σ、偏度Sk、峰態(tài)Kg值，所有粒度參數(shù)均使用?？撕臀值碌墓接?jì)算(布拉特，1979)。

表2 開(kāi)陽(yáng)地區(qū)澄江組砂巖粒度參數(shù)表

4.1 粒度參數(shù)特征

平均粒徑(粒度平均值Mz)代表粒度分布的集中趨勢(shì)，代表搬運(yùn)營(yíng)力的平均動(dòng)能。見(jiàn)表2，9個(gè)粒度樣品平均粒徑最小的是樣品Pm204-10B3，φ值為5.05；最大為樣品PM134-1B1，φ值為2.53。全部樣品平均粒徑均值(φ)為4.06，為極細(xì)砂至粗粉砂。

4.2 粒度概率累積曲線(xiàn)特征

不同的概率累積曲線(xiàn)組合特征反映了不同的沉積動(dòng)力條件。在明確沉積動(dòng)力條件之后，對(duì)于沉積環(huán)境的解釋有一定的幫助。研究區(qū)沉積物粒度概率累積曲線(xiàn)種類(lèi)存在一跳一懸?jiàn)A過(guò)渡式、高斜兩段式和兩跳一懸式，缺少滾動(dòng)組分(圖3)。

圖3 砂巖概率累積曲線(xiàn)特征

Fig.3 The cumulative frequency curves characteristics of the sandstone

a一跳-懸?jiàn)A過(guò)渡式；b—高斜兩段式；c—兩跳一懸式

4.2.1 一跳一懸?jiàn)A過(guò)渡式

4.2.2 高斜兩段式

4.2.3 兩跳一懸式

4.3 弗里德曼圖解

弗里德曼(1967)研究了取自世界各地的有代表性的砂樣，他用矩法標(biāo)準(zhǔn)偏差和矩法偏度所做的散點(diǎn)圖能夠很好地把河流砂和海灘砂—湖灘砂區(qū)別開(kāi)來(lái)。河流砂多為正偏度，且標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，顯示分選性差。我們用全部9個(gè)樣品進(jìn)行投點(diǎn)，圖解(圖4)顯示均位于河流砂/海灘砂—湖灘砂界線(xiàn)的河流砂一側(cè)，且距離分界線(xiàn)很遠(yuǎn)，因此顯示砂體為河流砂屬性。

圖4 弗里德曼散點(diǎn)圖

4.4 薩胡判別特征

利用薩胡(1964)關(guān)于以粒度特征區(qū)分河流與泥石流、河流與濁流、河流與淺灘的3個(gè)函數(shù)。對(duì)澄江組第二段的砂巖粒度參數(shù)進(jìn)行了判別函數(shù)計(jì)算。3個(gè)判別函數(shù)為：

Y1=0.285 2Mz-8.760 4σ2-4.893 2Sk+0.048 2Kg

Y2=0.7215Mz-0.403 0σ2+6.732 2Sk+5.292 7Kg

Y3=-13.920 0Mz+30.949 2σ2-1.633 6Sk-0.637 0Kg

式中，Mz為中值，σ為標(biāo)準(zhǔn)偏差，Sk為偏度，KG為峰度。

對(duì)判斷函數(shù)Y1而言：當(dāng)Y<-7.4190 時(shí)，為河流或三角洲沉積；當(dāng)Y>-7.419 0時(shí)，為淺灘；對(duì)判斷函數(shù)Y2而言：當(dāng)Y<9.8433 時(shí)，為濁流；當(dāng)Y>9.843 3時(shí)，為河流三角洲；對(duì)判斷函數(shù)Y3而言：當(dāng)Y3<87.854 7 時(shí)，為河流；當(dāng)Y>87.854 7時(shí)，為泥石流。

根據(jù)澄江組第二段9塊砂巖樣品的粒度參數(shù)，計(jì)算出了對(duì)應(yīng)的Y值(表3)，結(jié)果表明，而對(duì)于判別函數(shù)Y1而言，樣品參數(shù)均<-7.419 0，代表了河流或三角洲沉積類(lèi)型；對(duì)于判別函數(shù)Y2，除了樣品PM134-2B2、PM134-2B3外，其他樣品均>9.843 3，屬于河流三角洲沉積范圍；對(duì)于判別函數(shù)Y3，所有樣品的Y值均<87.8547，屬于河流相沉積。

5 討論

5.1 陸相還是海相？

澄江組第一段為陸相基本上學(xué)界看法一致，并無(wú)任何疑義。但是澄江組第二段則有較多的不同意見(jiàn)，認(rèn)為為海相的較多，有河口灣、淺海—陸棚、濱海等說(shuō)法。這些說(shuō)法探究其依據(jù)主要有兩條：1.澄江組第二段有海綠石產(chǎn)出，而海綠石為淺海相的指相標(biāo)志；2.澄江組第二段有磷質(zhì)產(chǎn)出，而磷通常亦產(chǎn)出于海洋環(huán)境。本次工作所取樣品在巖礦鑒定中亦發(fā)現(xiàn)海綠石及磷質(zhì)的存在。但是這些研究者忽視了一個(gè)問(wèn)題，海綠石并非嚴(yán)格的淺海指相標(biāo)志。近些年的研究表明，海綠石在陸相亦可見(jiàn)產(chǎn)出。在云南的撫仙湖中即發(fā)現(xiàn)大量的海綠石產(chǎn)出(王云飛，1983)。而在古代沉積物中，海綠石亦可見(jiàn)產(chǎn)出于陸相地層中。在松遼盆地的下白堊統(tǒng)青山口組中發(fā)現(xiàn)了海綠石，而其與淡水生物輪藻共生(朱政源，2015)。而在遼河斷陷大民屯凹陷下第三系的鉆孔巖心中亦發(fā)現(xiàn)了大量的海綠石，其均與典型的陸相化石伴生。而地層所產(chǎn)原有均以陸相成因的高蠟原油為代表。而磷質(zhì)亦有可能在陸相地層中產(chǎn)出。澄江組上覆地層為含磷豐富之陡山沱組巖層，后期風(fēng)化淋濾磷質(zhì)亦可滲入澄江組第二段之中。因此現(xiàn)有證據(jù)不足以證明澄江組第二段為海相。

根據(jù)本次粒度參數(shù)特征上，樣品總體以標(biāo)準(zhǔn)偏差衡量為分選極差。以偏度衡量為很正偏態(tài)，以峰度衡量為很尖銳，反映沉積物為多源混合沉積。整體體現(xiàn)為河流相特征，亦不排除河口三角洲或河口灣。而薩胡圖解則反映為河流相特征。

而本次工作對(duì)于金中地區(qū)及翁昭地區(qū)澄江組第二段分別取樣進(jìn)行進(jìn)行Sr、Ba含量檢測(cè)，其Sr/Ba比值分別為0.39、0.03(表3)。而一般認(rèn)為海水更富Sr，因此Sr/Ba比值對(duì)于古鹽度的指示意義較大。Sr/Ba比值低于1.0即可以認(rèn)為為淡水沉積，而測(cè)試比值則遠(yuǎn)低于1.0，指示澄江組第二段為淡水成因，因此為陸相沉積。

表3 研究區(qū)澄江組砂巖Sr、Ba含量表

5.2 河流相抑或湖相？

根據(jù)弗里德曼散點(diǎn)圖，9個(gè)樣品均落入河流砂的范圍。另外根據(jù)在開(kāi)陽(yáng)金中及翁昭所作剖面，澄江組第二段無(wú)論從單個(gè)層序還是總體沉積物粒度上均顯示以正粒序?yàn)橹?圖5)，即總體上沉積物向上漸變變細(xì)。此層序特征符合河流相的粒序特征。而從薩胡判別特征來(lái)看，亦屬于河流相范圍。

圖5 開(kāi)陽(yáng)及翁昭地區(qū)澄江組第二段基本層序

(左為開(kāi)陽(yáng)，右為翁昭)

Fig.5 The basic sequence of the second section of Chengjiang formation at Kaiyang area and Wengzhao area

(left is Kaiyang area, right is Wengzhao area)

1—礫石；2—巖屑；3—石英；4—長(zhǎng)石；5—細(xì)砂巖；6—粉砂巖

根據(jù)對(duì)于開(kāi)陽(yáng)金中與翁昭澄江組第二段砂巖分析，金中地區(qū)為辮狀河，而翁昭地區(qū)為曲流河。若二者為同一條河流，則可推論澄江組第二段沉積時(shí)期，金中地區(qū)的地勢(shì)較之翁昭地區(qū)高。根據(jù)二者地理位置對(duì)比，反映該時(shí)期整體地貌為北西高，南東低。而根據(jù)貴州省新編區(qū)域地質(zhì)志對(duì)于南華系長(zhǎng)安-富祿時(shí)期巖相古地理分析，整體該時(shí)段為北西高，南東低，由北西的古陸到南東的濱岸—陸棚相，而陸源碎屑搬運(yùn)方向亦為北西向南東搬運(yùn)。本次研究佐證了這一觀點(diǎn)。

6 結(jié)論

(1)澄江組第二段砂巖整體分選很差，顯示出多源混合特征，概率累積曲線(xiàn)顯示無(wú)滾動(dòng)組分，以跳躍及懸浮組分為主，形態(tài)上顯示以“一跳一懸?jiàn)A過(guò)渡式”為主，“兩段式”及“近兩段式”次之。

(2)根據(jù)薩胡粒度判別函數(shù)、弗里德曼離散圖解及粒度概率累計(jì)曲線(xiàn)并結(jié)合野外露頭資料及Sr/Ba測(cè)試分析，判別其沉積環(huán)境為河流相沉積。

(3)根據(jù)金中及翁昭地區(qū)粒度特征判斷金中地區(qū)為辮狀河沉積而翁昭地區(qū)為曲流河沉積，整體證實(shí)了南華系澄江晚期古地理格局為北西高，南東低的特征。

致謝：成都理工大學(xué)徐文禮老師對(duì)本文所取樣品進(jìn)行了粒度分析，貴州省地質(zhì)調(diào)查院巖礦鑒定中心楊忠琴對(duì)樣品薄片進(jìn)行了鏡下鑒定，在此一并感謝。