粒度分析方法在沉积学中的应用

彭飚　雷光宇

摘要：在沉積学方面，粒度分析数据主要应用于沉积物搬运机制、水动力条件、沉积环境的恢复，偶尔也可以应用于成岩环境的恢复。目前主要的方法是公式计算法和图版法。公式计算法通过概率累计曲线，可以计算出某些特有的粒度参数，通过这些粒度参数的区间范围或判别公式，确定该样品所属的搬运机制、水动力条件及沉积环境。图版法根据粒度数据在特定图版上的曲线形态或分布位置确定该样品的搬运机制、水动力条件及沉积环境。随着地质学理论方面的提高以及地球物理、地球化学学科的发展，粒度分析在实践中的应用也越来越广泛、完善，通过粒度分析的沉积环境解释公式及图解应逐步更新，多学科交叉共同恢复沉积环境。

关键词：粒度分析;沉积学;沉积环境;搬运机制

中图分类号：P534

文献标识码：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.11.066

粒度是沉积物重要的结构特征，是其分类命名的基础。粒度资料也被广泛用于判断沉积环境和分析沉积物搬运过程[1-3]。自1957年FOLK和WARD提出了粒度参数计算公式及简单的沉积环境判断标准起[1-2]，利用这些粒度参数判断沉积环境的研究就大量涌现，最为典型的是SAHU在1964年基于这些粒度参数建立不同沉积环境的判别公式及图解[3]。与之同样经典的是1969年VISHER应用粒度概率值累计曲线建立了沉积环境的典型模式[4]。随着学科的发展及方法的进步，不少学者对过去经典的计算公式和模板也提出了疑问，并提出了相应的新办法[5-9]。针对这些新老方法及应用实例，本文进行了总结。

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Folk粒度参数计算公式及典型沉积环境粒度特征

FOLK and WARD（ 1957，1966）在粒度累计曲线上获得某些累计百分比处的颗粒直径，进而计算如平均粒径MZ、标准偏差σ1、偏度SKi、峰度KG等参数[1-2]。

利用粒度参数的组合特点对沉积砂进行了环境分析，几种常见沉积类型的粒度特征如表1所示。

2 Sahu粒度判别公式及成因图解

SAHU（ 1964）在FOLK and WARD粒度参数计算公式的基础上，对现代碎屑沉积物进行大量统计（浊积岩运用岩心资料），利用数学分析方法，求得了各类沉积环境的判别公式[3]，如表2所示。并且在对数坐标纸上作图，发现不同的沉积环境在图上有明显的分界。应用这一图解可以大致对浊流、三角洲、浅海、海滩及风成环境的沉积物进行区分。

3 古环境和古气候恢复模型

YU（ 2016）认为传统的粒度参数分析方法及图解不足以表征复杂的沉积环境及气候[5]。YU运用多水平贝叶斯终端模拟分析方法，对粒度数据进行解剖，建立了新的古环境及古气候判别模型，名为BEMMA模型[5]。

LU综合利用粒度参数及雷达图解的方法，解释了中国北方第四系的红土（ Red Clay）成因，恢复了第四系红土（RedClay）沉积时期的古气候。

4 VISHER利用概率值累计曲线区分沉积环境

VISHER（ 1969）利用对数坐标，将粒度累计曲线中的粗粒部分和细粒部分影响扩大，将累计曲线划分为三个部分，分别代表沉积物搬运过程中的滚动组分、跳跃组分和悬浮组分[4]。VISHER大量统计了现代不同沉积环境的粒度概率曲线，总结了不同沉积环境粒度概率曲线图模板[4]。

5 结论

粒度分析在沉积学中主要应用于沉积物搬运机制、水动力条件及沉积环境的恢复，偶尔也应用于成岩环境的恢复。沉积物搬运机制、水动力条件及沉积环境的恢复方法有公式计算法和图版法两种。公式计算法通过概率累计曲线，可以计算出某些特有的粒度参数，通过这些粒度参数的区间范围或判别公式，确定该样品所属的搬运机制、水动力条件及沉积环境。公式计算法的代表学者有FOLK、SAHU、BLOTT、YU等。图版法根据粒度数据在特定图版上的曲线形态或分布位置确定该样品的搬运机制、水动力条件及沉积环境。图版法的代表学者有VISHER、PASSAGE、SUN等。单纯利用粒度资料恢复沉积物搬运机制、水动力条件及沉积环境是不够的，不少学者也综合利用了地球物理和地球化学方法，综合恢复沉积物搬运机制、水动力条件及沉积环境。

随着地质学理论不断丰富，及地球物理、地球化学学科的发展，粒度分析在实践中的应用也越来越广泛、越来越完善。沉积环境解释公式及图解逐步更新，多学科交叉共同恢复沉积环境。但以下几方面需要再思考：①沉积环境解释公式及图版都是根据经验观测资料，大量地统计现代沉积环境中的粒度资料特征，反演古代的沉积环境。但粒度资料的根本分析应该是从物理学的角度去解释颗粒在介质中的搬运和沉积过程与粒径分布之间的关系，然后再根据颗粒的搬运及沉积过程解释其沉积环境，只有这样才能更加深入地剖析粒度分布特征与沉积环境之间的关系。②沉积环境模式、颗粒直径等理论目前缺乏统一标准。

参考文献：

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[3] SAHU B K.Depositional mechanisms from the sizeanalysis of clastic sediments [J] .Journal of SedimentaryPetrology， 1964， 34 （ 1）： 73-83.

[4] VISHER G S.Grain size distributions and depositionalprocesses [J] .Joumal of sedimentary petrology，

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[5]YU S Y， COLMAN S M， Li L X.BEMMA ： A hierarchicalbayesian end-member modeling analysis of sedimentgrain-size distributions [J] .Mathematical Geosciences ，2016， 48 （ 6 ）： 723-741.

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