柳 昊，田亞銘*，鄧 劍，王 勇，趙凱莉

(1.成都理工大學地球科學學院，成都 610059；2.中國石油化工股份有限公司勘探分公司，成都 610041)

粒度是碎屑沉積物最基本的物理特征[1]，當沉積環(huán)境變化時，粒度特征往往會有相應的變化[2]。粒度參數(shù)建立的相關函數(shù)及圖解如Sahu函數(shù)、C-M圖均可作為判別沉積環(huán)境的重要參考標志[3]。

研究人員利用粒度資料取得了豐厚的研究成果，喬岳強等[4]通過粒度分析的方法判斷北京周口楊家屯組砂巖和礫巖均為河流相沉積；Liu等[5]利用端元分析法模型從青藏高原庫賽湖沉積的粒度數(shù)據(jù)中分離出與東亞冬季風有關的組分；張旻旻等[3]歸納總結了遼西興城地區(qū)粒度資料，提出粒度資料可以作為判斷沉積環(huán)境的重要依據(jù)之一；陳俊飛等[6]根據(jù)粒度參數(shù)與孔滲的關系推測水下分流河道砂體是致密油賦存的有利相帶。隨著科學技術的發(fā)展，粒度分析的手段也發(fā)生了翻天覆地的變化。孫東懷等[7]、王為等[8]學者通過WEIBULL、MATLAB軟件的函數(shù)功能等方法進行了粒度分析；Blott等[9]用VB語言借助Excel開發(fā)專用粒度分析軟件GRADISTAT；馮靜等[10]提出利用Origin軟件可以求解不同沉積環(huán)境沉積物樣本的粒度百分位數(shù)，因操作簡單可作為沉積粒度分析的通用軟件。

川東南志留系小河壩組為一套海相碎屑巖，朱志軍[11]通過巖石薄片粒度分析總結了川東南-湘西地區(qū)的志留系小河壩組砂巖主要粒度概率曲線類型；王旭[12]通過粒度分析認為小河壩組沉積物搬運方式主要為跳躍式、懸浮式。前人利用粒度資料收獲頗豐，但并沒有學者關注到粒度資料的縱向的變化情況，目前缺乏系統(tǒng)的粒度分析，對其所反映出的沉積過程、能量、環(huán)境變化等研究存在不足，小河壩組沉積環(huán)境的認識還存著較大爭議，不同學者提出該研究區(qū)屬于淺水陸棚、三角洲、低能淺水三角洲、潮控淺水陸棚潮汐砂壩等沉積環(huán)境[13]?，F(xiàn)通過對小河壩組四條實測剖面較系統(tǒng)的粒度分析及對比研究，開展粒度C-M圖、sahu函數(shù)的特征以及參數(shù)縱向變化的對比分析，對研究區(qū)能量變化、水動力條件等加以討論，以期明確川東南志留系小河壩組縱向粒度變化特征，進而為沉積環(huán)境的分析提供輔助幫助。

1 區(qū)域地質背景

四川盆地位于揚子準地臺的西北端，如圖1所示從西向東劃分為川西低陡構造帶、川中低緩構造帶、川南低陡構造帶、川北低陡構造帶、川東高陡構造帶等二級構造單元[14]。川東南地區(qū)位于四川盆地東南部，該區(qū)志留系由一套淺海相頁巖、泥巖、粉砂巖及灰?guī)r組成，沉積厚度在980～1 360 m，地層劃分為下統(tǒng)龍馬溪組、小河壩(石牛欄)組和中統(tǒng)韓家店組，與上覆二疊系成不整合接觸(表1)。志留系下統(tǒng)小河壩組(S1x)主要為一套灰、黃灰色薄-厚層狀粉砂巖、泥質粉砂巖夾少量粉砂質泥巖。巖石類型以長石石英粉砂巖為主，碎屑顆粒粒徑主要為粉砂級，磨圓以次棱角-次圓狀為主，顆粒支撐。礦物碎屑中石英含量最高，長石其次。主要巖屑為沉積巖巖屑，局部含有少量的生物碎屑。膠結方式以孔隙式膠結為主，成分成熟度中等，鑄體薄片鏡下觀察表明，主要的孔隙類型主要為溶蝕孔，孔隙度在0.42%～11.12%，平均2.39%，滲透率在0.005～57.04 mD，為低孔低滲儲層。[15-18]

圖1 川東南志留系小河壩組構造位置圖(根據(jù)參考文獻[13]修編)Fig.1 Tectonic location of the Silurian Xiaoheba Formation in southeastern Sichuan(modified from ref.[13])

表1 川東南地區(qū)奧陶紀-志留紀地層簡表(據(jù)參考文獻[18])Table 1 Brief table of Ordovician-Silurian strata in southeastern Sichuan(modified from ref.[18])

2 樣品采集與測試方法

粒度分析樣品通過川東南地區(qū)雙流壩剖面(SL)、回龍場剖面(HL)、浩口剖面(HK)、小河剖面(XH)四條志留系小河壩組剖面的實地測量，自下而上進行了較系統(tǒng)的樣品采集，共采樣品78塊，進行薄片磨制與系統(tǒng)鑒定分析。采用薄片圖像分析法，基于顯微鏡成像技術和計算機二維圖測量技術進行粒徑測量。檢測儀器為英國馬爾文公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000型激光粒度儀，測量范圍為0.02～2 000 μm。測試結果如表2所示。

3 粒度特征

3.1 粒度參數(shù)特征

粒度特征參數(shù)有平均粒徑(Mz單位為φ,φ=log2d,d為顆粒直徑，μm)、標準偏差(σ)、偏度(SK)、峰度(Kg)等，不同的沉積環(huán)境存在不同的水動力條件和搬運方式，從而導致沉積物粒度的差異[19]。

川東南志留系小河壩組4條實測剖面中，平均粒徑范圍為(3.56～6.18)φ，均值為4.49φ，其中浩口剖面平均粒徑均值最大為5.24φ，雙流壩剖面均值最小為4.13φ。準偏差分布范圍為0.44～1.96，平均值為1.14，其中浩口剖面標準偏差均值最大為1.49，雙流壩標準偏差均值最小為1.03。偏度分布范圍為0.38～3.63，均值為2.4，峰度的波動范圍是1.4～20.7，平均9.42(表2)，粒度參數(shù)顯示小河壩組巖性以粗粉砂為主，整體動能弱分選性差，頻率曲線為很尖銳的極正偏態(tài)。對比發(fā)現(xiàn)雙流壩地區(qū)水動力條件最強，顆粒分選性較好，浩口地區(qū)水動力條件相對最弱，顆粒分選性相對較差。分析四條剖面粒度參數(shù)關系可以看出偏度和峰度相關性最好，R2=0.913 7(圖2)，表明粒度集中情況影響粒度曲線形態(tài)。

縱向來看回龍場、雙流壩地區(qū)參數(shù)曲線變化趨勢具有一定的相似性(圖3)，參數(shù)曲線自下而上經(jīng)歷了平緩—陡峭—平緩—陡峭的變化過程，揭示該地區(qū)水體動能經(jīng)歷了平穩(wěn)—動蕩—平穩(wěn)—動蕩的變化過程。浩口地區(qū)、小河地區(qū)參數(shù)曲線自下而上變化過程為平緩—較平緩—陡峭，反應水體環(huán)境由平穩(wěn)逐漸變得動蕩。粒度參數(shù)顯示雙流壩、回龍場地區(qū)經(jīng)歷了相似的沉積過程(圖4)，浩口、小河地區(qū)經(jīng)歷了相同的沉積過程。

圖2 偏度-峰度相關性散點圖Fig.2 Scatter plot of skewness-kurtosis correlation

表2 川東南志留系小河壩組實測剖面粒度參數(shù)匯總表Table 2 Summary table of granularity parameters of the measured profile of the Silurian Xiaoheba Formation in southeast Sichua

3.2 粒度頻率曲線特征及類型

頻率曲線分單峰態(tài)、雙峰態(tài)和多峰態(tài)，單峰態(tài)表示沉積物成分單一，受比較穩(wěn)定的水流作用影響，雙峰態(tài)表示沉積物主要由兩種成分組成，在沉積過程中水流環(huán)境比較動蕩，多峰態(tài)表明水體條件更加復雜[20]。

小河壩組頻率曲線類型為雙峰態(tài)和多峰態(tài)，未見單峰態(tài)曲線。頻率曲線主要為雙峰態(tài)曲線，占比66.67%(圖5)。雙流壩、回龍場、小河剖面頻率曲線類型以雙峰態(tài)為主，占比分別為76.2%、88.24%、58.33%，曲線峰值在4φ，次峰不突出(圖3、圖4)。

圖5 川東南志留系小河壩組頻率曲線統(tǒng)計圖Fig.5 Frequency curve statistics chart of Xiaoheba Formation of Silurian in southeastern Sichuan

浩口剖面頻率曲線類型以多峰態(tài)為主，占比56.25%，曲線中出現(xiàn)多個主峰，主峰粒度多集中在4φ和8φ左右，黏土礦物(φ>8)含量相對增加，可能由于次峰流水作用導致堆積增多，水動力條件更加復雜。

縱向分析發(fā)現(xiàn)4條剖面雙峰態(tài)曲線和多峰態(tài)曲線交相出現(xiàn)，研究區(qū)整體的水動力條件復雜。存在兩種水流作用共同影響，根據(jù)后文概率累積曲線、實測剖面等判斷小河壩組受到河流作用和波浪作用共同影響。

3.3 粒度概率累積曲線特征及類型

朱志軍[11]根據(jù)小河壩組概率曲線類型，將其分為一跳一懸、兩跳一懸式、一跳一懸夾過渡式、滾動跳躍懸浮式(表3)。按照此分類，本次研究揭示川東南志留系小河壩組的粒度概率曲線具有以下特征。

(1)小河壩組概率累積曲線主要為一跳一懸夾過渡式，占比52.57%(圖6)，滾動跳躍懸浮式占比最小為6.41%，可忽略不計。雙流壩、回龍場剖面概率累積曲線類型主要為一跳一懸夾過渡式，占比分別為71.43%、58.82%，小河剖面曲線類型主要為一跳一懸夾過渡式、一跳一懸式、占比同為42.85%，浩口剖面曲線主要為一跳一懸夾過渡式和兩跳一懸式，占比分別為37.5%、31.25%。

圖6 川東南志留系小河壩組概率曲線統(tǒng)計圖Fig.6 Probability Curve Statistics Chart of the Silurian Xiaoheba Formation in Southeast Sichuan

(2)縱向來看，在雙流壩、回龍場剖面中(圖3)，概率曲自下而上變化趨勢為一跳一懸夾過渡式—兩跳一懸式為主—一跳一懸夾過渡式為主—一跳一懸式、兩跳一懸式混雜。浩口、小河剖面中(圖4)，概率曲線自下而上呈現(xiàn)出一跳一懸式—一跳一懸夾過渡式為主-一跳一懸式、兩跳一懸式為主的變化過程。

(3)野外剖面觀察顯示(圖7)研究區(qū)小河壩組為砂泥巖剖面結構，砂體主要呈席狀平行分布，沉積構造主要為浪成波痕層面構造，砂紋層理、平行層理等，河道沉積結構特征、沖刷構造及暴露構造不發(fā)育。綜合判斷研究區(qū)小河壩組沉積環(huán)境為三角洲前緣沉積環(huán)境，回龍場、雙流壩地區(qū)自下而上經(jīng)歷了三角洲前緣河口壩—席狀砂—三角洲前緣河口壩—席狀砂的沉積旋回；小河、浩口地區(qū)經(jīng)歷了自下而上經(jīng)歷了三角洲前緣水下分流河道—三角洲前緣河口壩—席狀砂。

表3 川東南志留系小河壩組概率累積曲線特征及沉積環(huán)境指示[11]Table 3 Probability cumulative curve characteristics and sedimentary environment indications of the Silurian Xiaoheba Formation in southeastern Sichuan[11]

3.4 粒度分析環(huán)境解釋

C-M圖解是表示沉積物結構和沉積作用關系的集合圖解，可與其他要素共同判別沉積環(huán)境[21]。如圖8所示數(shù)據(jù)點在QR、RS均有分布，主要分布在QR段，整體屬于牽引流沉積，以遞變懸浮為主，含少量滾動搬運組分，為三角洲沉積環(huán)境的水動力特征。值得注意的是RS段的樣品均來自浩口剖面，由此也能說明浩口地區(qū)水動力條件相對較弱。

Sahu求得了各類沉積環(huán)境判別函數(shù)[22]，在淺海-河流(三角洲)判別公式中，各樣品計算結果都小于-7.419 0，均值為-21.89，在河流(三角洲)-濁流判別公式中所得數(shù)據(jù)均大于9.843 3，平均68.68(表4)。計算結果顯示小河壩組沉積環(huán)境為河流-三角洲沉積環(huán)境。

圖8 川東南志留系小河壩組粒度C-M圖Fig.8 C-M diagram of grain size of Silurian Xiaoheba Formation in southeastern Sichuan

表4 川東南志留系小河壩組Sahu函數(shù)計算結果Table 4 The results of Sahu function of the Silurian Xiaoheba Formation in southeastern Sichuan

4 結論

(1)小河壩組粒度平均粒徑均值為4.49、標準偏差均值為1.14、偏度均值為2.40、峰度均值9.42，粒度參數(shù)表明整體水體動能較低，沉積物粒度細分選差，其中雙流壩地區(qū)水體動能相對較強，浩口地區(qū)水體動能相對較弱。偏度和峰度之間存在一定的相關性，相關系數(shù)R2=0.913 7。

(2)頻率曲線主要類型為雙峰態(tài)，縱向表現(xiàn)為雙峰態(tài)多峰態(tài)交相出現(xiàn)，概率累積曲線類型主要為一跳一懸夾過渡式、兩跳一懸式、一跳一懸式。小河、浩口地區(qū)自下而上經(jīng)歷了一跳一懸式—一跳一懸夾過渡式為主—一跳一懸式、兩跳一懸式為主的變化，回龍場、雙流壩地區(qū)自下而上呈現(xiàn)出一跳一懸夾過渡式—兩跳一懸式為主—一跳一懸夾過渡式為主—一跳一懸式、兩跳一懸式為主的特點。

(3)剖面觀察顯示小河壩為砂泥巖剖面結構，砂體主要呈席狀平行分布，沉積構造主要為浪成波痕層面構造，砂紋層理、平行層理等，河道沉積結構特征、沖刷構造不發(fā)育。

(4)綜合粒度概率累積曲線縱向變化，輔以粒度頻率曲線、剖面認識、粒度C-M圖、Sahu函數(shù)判斷川東南志留系小河壩組受到河流作用和波浪作用共同影響，沉積環(huán)境為三角洲前緣，其中回龍場、雙流壩地區(qū)自下而上經(jīng)歷了河口壩—席狀砂—河口壩—席狀砂的沉積旋回，小河、浩口地區(qū)沉積環(huán)境經(jīng)歷了水下分流河道—河口壩—席狀砂的變化。