武隆黄岩剖面湄潭组上段砂岩粒度特征及沉积环境

何 利，谭钦银，王瑞华，程锦翔，王正和，宋春彦，

（1.成都地质矿产研究所，成都 610081；2.国土资源部沉积盆地与油气资源重点实验室，成都 610081）

奥陶系下统湄潭组系俞建章1933年创立，命名地点位于贵州湄潭县城西北8km的五里坡，作为红花园组之上、十字铺组之下的一套碎屑沉积地层，沿用至今[1]。以页岩的出现标定为湄潭组之底，湄潭组与下伏红花园组的厚层生屑灰岩在岩性上截然不同，为碎屑岩、粘土岩夹含时厚时薄的灰岩，富含化石。

湄潭组上部发育灰色中厚层状粉砂岩夹薄层状泥岩及灰色薄层泥晶灰岩，其沉积环境为陆棚-斜坡-三角洲。其中，陆棚相泥岩可作为油气烃源岩和盖层[2]，三角洲相砂体厚度规模较大，可作为油气储层。另外，滇东北威信、盐津、镇雄、昭通一带的湄潭组砂岩中普遍含磷，局部地区富集成矿，形成黑色中厚层状胶磷矿[3]。陈代演和王华（1997）[4]根据地球化学特征，认为湄潭组页岩为遵义铝土矿的主要成矿物源。因此，鉴于湄潭组在油气地质和矿产地质中的重要性，有必要对其沉积环境、岩相古地理格局等进行深入研究。国内一些学者对湄潭组的沉积环境[5-10]和生物地层学[1,11-18]进行过多方面的研究。值得一提，周洪庆和毛家仁（1997）[9]对贵阳乌当地区早奥陶世湄潭组的沉积相进行过分析，认为主要为滨海相，梅冥相和曾羽（1990）[8]根据古生物组合及沉积岩石组合的时空分布特点将贵州湄潭组岩相古地理划分为两个沉积体系六个相。

图1 研究区大地构造位置图及地质图

1 地质背景

武隆地区位于重庆市东南150km，早古生代所处大地构造位置为上扬子前陆盆地，北边为川中隆起，南缘为黔中隆起和雪峰山隆起（图1）。从早元古代就开始，上扬子地区便进入了古大陆与古海洋的多阶段演化史，其板块构造格局是以扬子板块为相对稳定的核心，周边地区经历多期构造开合运动，各时代构造格局和沉积盆地的演化具有较强的继承性，晚奥陶世－志留纪演化形成上扬子前陆盆地。其周缘的川中隆起、黔中隆起和雪峰山隆起成为上扬子前陆盆地重要的物源供给区。

武隆地区早古生代地层比较发育， 出露有寒武系、 奥陶系和志留系等。其中，奥陶系和志留纪地层最为发育，出露面积仅次于三叠系。早奥陶世湄潭组作为上扬子前陆盆地中一套碎屑岩系，与碳酸盐岩为主的大湾组构成同时异相沉积。湄潭组的分布范围相对于大湾组较局限，主要分布在黔东-川南一带，与上覆地层十字铺组及下伏地层红花园组均为整合接触关系。

2 剖面描述及样品采集

黄岩剖面位于武隆县江口镇南东 18km，全长约 2km。该剖面湄潭组自下而上分可为三段，总厚247.8m。下段 115.31m，岩性为灰绿、黄绿色页岩夹薄层含生屑泥晶灰岩，为陆棚相浅水陆棚亚相及泥质岩微相沉积；中段 8.02m，岩性为灰色中厚层状瘤状灰岩夹薄层亮晶生屑灰岩，为斜坡相上斜坡亚相瘤状灰岩微相沉积；上段 124.47m，岩性为黄灰色、灰色中层状粉砂岩、细砂岩夹粉砂质页岩、泥岩，为三角洲相三角洲前缘亚相水下分流河道、远砂坝及泥质岩等微相沉积。粒度分析样品共计16件，主要采自湄潭组上段（图2），岩性主要为含细砂粉砂岩、细砂质粉砂岩、粉砂质细砂岩。所有样品均在中石化胜利油田分析完成，全部采用薄片粒度分析方法。

图2 武隆黄岩剖面湄潭组地层柱状图

3 粒度特征分析

3.1 基本参数

福克和沃德(Folk and ward )等认为通过平均粒径Mz、标准偏差σ1、偏度Ski、峰度KG等参数可以反映粒度特征，进而判别其沉积物搬运时的水动力条件及沉积环境[19]。根据福克和沃德的公式计算出湄潭组上部砂岩粒度参数（表1）。

表1 湄潭组上部砂岩粒度分析参数特征

平均粒径(Mz)用来表示粒度分布集中趋势的粒度参数。武隆黄岩剖面湄潭组上段砂岩样品计算求得的平均粒径数值范围在3.85～4.54φ。

标准偏差(σ1)这一参数用来表示沉积物的分选程度。样品HY12～HY19的σ1值为0.44～0.56，属分选好-较好。样品HY20～HY27的σ1值1.1至1.62，说明分选性较差。

偏度(Ski)用来度量粒度分布的不对称性。除HY19和HY21偏度值为0.06和0.33近对称及极正偏外，其余样品的偏度值为0.12～0.29，为正偏。

峰度(KG)用来度量粒度频率曲线的尖锐程度。值多在1.13 至1.61 之间，按峰度分级应属于“尖锐”和“很尖锐”的范围。

3.2 C-M图

图3 湄潭组上部砂岩C-M图及粒度参数离散图

C-M图是应用岩石样品的累积曲线上颗粒含量1%与 50%处对应的粒径 C与 M值绘成的图形。与Passega的牵引流沉积典型C-M图对比发现，武隆黄岩湄潭组上段碎屑岩粒度分析C-M图总体上为牵引流沉积模式（图 2），PQ段以悬浮搬运为主，但含有少量滚动搬运组分，这一段的样品代表水下分流河道沉积；QR段为递变悬浮沉积，递变悬浮搬运是指在流体中悬浮物质由下向上粒度逐渐变细，密度逐渐变低，C与M成比例的增加，所以与C=M基线平行；C的最大值代表了水底的搅动强度较大与典型牵引流C-M图对比可知，其数值偏大，可以得知盆地的相对较浅，QR段与C-M基线的距离近且C值与M值的差异较小，说明沉积物分选好，这一结论与前述粒度参数中标准偏差的数值较小及概率累积曲线中线段倾角较大等性质是相互呼应的。其特征与三角洲前缘远砂坝沉积特征较一致。

3.3 萨胡图解

利用费里德曼（1967）的标准偏差与偏度离散图对武隆黄岩剖面湄潭组上部砂岩进行了环境判别，所有样品均落在了河流分布区（图3）。水下分流河道的微相样品分布在浅滩区和河流区分界线附近，分流间湾微相的样品分布在河流区，离浅滩区稍远。萨胡判别式为 Y=0.7215Mz-0.4030σ+6.7322Ski+5.2927KG，根据岩石样品的粒度参数代入Y式计算得出Y均大于9.8433，为三角洲相沉积，其结论与离散图解不谋而合。

3.4 粒度概率累积曲线

粒度概率累积曲线是用各粒级的累积重量百分比做成的图形。它可以判断沉积物的物质来源、成因、沉积动力演变过程及沉积环境特征[19]。同时，前人对不同沉积环境粒度概率累积曲线的类型及特征作了大量的总结[20-26]。

在武隆黄岩湄剖面潭组沉积体系研究过程中，根据岩石样品的粒度分析结果，应用粒度概率累积曲线组合特征识别出了三角洲前缘沉积环境及其微相三角洲前缘远砂坝和水下分流河道微相。

1）三角洲前缘远砂坝位于河口坝前方，以沉积薄中层状粉砂岩、泥质粉砂岩夹泥岩，泥岩较少，粉砂和泥组成韵律层理，层面平直，发育沙纹层理、变形构造和包卷构造（图4a），其累计概率曲线图由跳跃总体和悬浮总体组成，缺少滚动总体，表现为两段式（图5b）。以跳跃总体占优势，约占90%～95%；跳跃总体曲线陡斜率为75°～80°，分选好，中等水流强度；截点φ值在 4.50～5.00；悬浮总体约占 10%，悬浮总体斜率非常小 5°～8°左右，分选差，反映沉积物入湖之后水流急剧降低。

图4 湄潭组上部砂岩包卷层理及岩楔状构造

图5 湄潭组上部砂岩粒度概率累计曲线

2）三角洲前缘水下分流河道是三角洲平原水上分流河道的水下延伸部分，沉积物以砂和粉砂岩为主，少量泥质，发育交错层理、平行层理和楔状构造（图4b），其累计概率曲线图也由跳跃总体和悬浮总体组成，缺少滚动总体，表现为两段式（图5a），以跳跃总体为主一般为75%～90%；跳跃总体曲线斜率为55°～60°左右，分选较好，细截点位于准值4.80～5.20，中等水流强度；悬浮总体为30%～35%，其斜率30°～35°，分选较差，反映了沉积物入湖后能力略有降低。由下到上个沉积特征变化小，反映了当时水动力条件变化不大。

4 讨论

在湄潭组早期，武隆地区为浅水陆棚沉积环境，沉积了灰绿、黄绿色页岩夹薄层含生屑泥晶灰岩，以后主要发生沉积充填作用，环境逐渐变浅，由浅水陆棚向斜坡逐渐的演化。湄潭组中期，随着海平面的下降，沉积了斜坡相的灰色中厚层状瘤状灰岩夹薄层亮晶生屑灰岩。在湄潭组晚期，随着黔中古陆的抬升，古陆上的风化剥蚀作用加剧，大量陆源物质倾注海盆，沉积作用加快，整个武隆地区湄潭组上段基本上为三角洲相沉积（图5），发育包卷层理、交错层理等，沉积了上部黄灰色、灰色中层状粉砂岩、细砂岩夹灰黄色薄层状粉砂质页岩、泥岩，下部为灰黄色薄层状泥页岩夹灰色中薄层状粉砂岩，局部见粉砂岩、灰岩团块。在野外地质调查过程中，对湄潭组进行了古流向测量，结果表明古流向多为北东向，局部向东及南东，并结合区域地质资料推测武隆地区物源主要来自南西方向的黔中古陆。

图6 湄潭组上部砂岩沉积相图

5 结论

1）通过对武隆黄岩剖面湄潭组上段砂岩粒度资料分析：平均粒径Mz范围在3.85～4.54φ之间，属于极细砂岩-粉砂岩；标准偏差σ1主要集中在两段0.44～0.56与1.1～1.62之间，分选性分别为好～较好、较差；偏度Ski主要集中在0.12～0.29之间，多数为正偏态；峰度KG的值多在1.13～1.61之间，属于尖锐-很尖锐的范围；

2）根据萨胡（1964）的判别公式，样品Y值大于9.8433，主要为三角洲沉积，C-M图与之不谋而合。

3）武隆黄岩剖面湄潭组上段砂岩利用粒度分析资料及野外露头资料来解释沉积环境为三角洲前缘沉积，粒度概率曲线特征主要表现为不同的“两段式”，分别表现出两种沉积微相类型:三角洲前缘水下分流河道及远砂坝沉积，

4）据古流相推测其物源可能来自黔中古陆。

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