贵州开阳地区澄江组第二段砂岩粒度分析与沉积环境

乔卫涛，陈 仁，胡歆睿，吕留彦，周 武

(贵州省地质调查院，贵州 贵阳 550081)

1 引言

“澄江组”创名于云南省澄江县城附近，1963年贵州省地质局第三综合地质队最先引用于贵州地区。区内澄江组有较长的研究历史，曾被冠以多个名称。在1︰20万区调工作中，贵州区调队(1970，1979，1980)先后将其或置于“南沱组”内，或置于“马路坪群”，或称“莲沱组”。后鉴于该地层组分和特征与云南澄江组相似而沿用“澄江组”一名至今，代表一套河湖相砂泥岩沉积。

对于澄江组第二段的沉积环境，前人给出了不同的结论。1︰20万息烽幅认为该组第二段为滨海相沉积。旧版贵州省区域地质志(1993)认为澄江组(铁厂组)第二段为滨海相沉积。贵州省岩石地层(1997)认为该组第二段为河湖相沉积，局部短暂河口湾。徐世林(2017)认为澄江组后期浅海相—陆棚相。本文通过对粒度参数特征、粒度判别函数和概率累积曲线形态等特征的分析，对开阳地区澄江组砂岩粒度特征与沉积环境判别进行讨论。

2 地质背景及地质特征

图1 澄江组分布图及剖面位置

澄江组在贵州，分散出露于黔中地区各个较大背斜的核部及近核部，具体分布于遵义松林，清镇铁厂，开阳金中(洋水)、翁昭，息烽温泉及瓮安朵丁等地，金沙岩孔钻井中亦见及。研究区位于开阳的金中背斜和翁昭背斜。在金中背斜，澄江组与下伏青白口系下江群清水江组平行不整合，上被陡山沱组平行不整合覆盖。而在翁昭背斜，澄江组下伏地层仍为清水江组，上覆地层为陡山沱组。部分位置陡山沱组缺失，上覆地层为灯影组。

澄江组第二段特征如下：

本次研究在开阳县西的金中背斜及县东的翁昭背斜(图1)分别进行剖面测制和逐层取样，对其砂岩层位进行粒度分析。一共在开阳金中背斜取样7件，在翁昭背斜取样2件(图2)。

图2 开阳地区(PM134)及翁昭地区(PM204)澄江组第二段剖面略图及取样位置

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

1—泥岩；2—粉砂质泥岩；3—粉砂岩；4—泥质粉砂岩；5—含砾粉砂岩；6—细砂岩；7—含砾砂岩；8—砾岩；9—砂屑磷块岩；10—砂屑白云岩

3 岩石学特征

表1 黔中开阳地区金中及翁昭剖面澄江组第二段砂岩的矿物成分统计表

4 沉积物粒度特征

本次研究在成都理工大学沉积地质研究院实验室完成。先以样品制作薄片，再将薄片在显微镜下成图，以目估法对颗粒粒径和含量进行测算。然后对颗粒进行筛析校正及杂基校正，最终得出沉积物颗粒粒径及相应含量，再对数据进行处理，分以图解法和矩法计算得出相应的粒度参数即平均粒径Mz、标准偏差σ、偏度Sk、峰态Kg值，所有粒度参数均使用福克和沃德的公式计算(布拉特，1979)。

表2 开阳地区澄江组砂岩粒度参数表

4.1 粒度参数特征

平均粒径(粒度平均值Mz)代表粒度分布的集中趋势，代表搬运营力的平均动能。见表2，9个粒度样品平均粒径最小的是样品Pm204-10B3，φ值为5.05；最大为样品PM134-1B1，φ值为2.53。全部样品平均粒径均值(φ)为4.06，为极细砂至粗粉砂。

4.2 粒度概率累积曲线特征

不同的概率累积曲线组合特征反映了不同的沉积动力条件。在明确沉积动力条件之后，对于沉积环境的解释有一定的帮助。研究区沉积物粒度概率累积曲线种类存在一跳一悬夹过渡式、高斜两段式和两跳一悬式，缺少滚动组分(图3)。

图3 砂岩概率累积曲线特征

Fig.3 The cumulative frequency curves characteristics of the sandstone

a一跳-悬夹过渡式；b—高斜两段式；c—两跳一悬式

4.2.1 一跳一悬夹过渡式

4.2.2 高斜两段式

4.2.3 两跳一悬式

4.3 弗里德曼图解

弗里德曼(1967)研究了取自世界各地的有代表性的砂样，他用矩法标准偏差和矩法偏度所做的散点图能够很好地把河流砂和海滩砂—湖滩砂区别开来。河流砂多为正偏度，且标准偏差较大，显示分选性差。我们用全部9个样品进行投点，图解(图4)显示均位于河流砂/海滩砂—湖滩砂界线的河流砂一侧，且距离分界线很远，因此显示砂体为河流砂属性。

图4 弗里德曼散点图

4.4 萨胡判别特征

利用萨胡(1964)关于以粒度特征区分河流与泥石流、河流与浊流、河流与浅滩的3个函数。对澄江组第二段的砂岩粒度参数进行了判别函数计算。3个判别函数为：

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为中值，σ为标准偏差，Sk为偏度，KG为峰度。

对判断函数Y1而言：当Y<-7.4190 时，为河流或三角洲沉积；当Y>-7.419 0时，为浅滩；对判断函数Y2而言：当Y<9.8433 时，为浊流；当Y>9.843 3时，为河流三角洲；对判断函数Y3而言：当Y3<87.854 7 时，为河流；当Y>87.854 7时，为泥石流。

根据澄江组第二段9块砂岩样品的粒度参数，计算出了对应的Y值(表3)，结果表明，而对于判别函数Y1而言，样品参数均<-7.419 0，代表了河流或三角洲沉积类型；对于判别函数Y2，除了样品PM134-2B2、PM134-2B3外，其他样品均>9.843 3，属于河流三角洲沉积范围；对于判别函数Y3，所有样品的Y值均<87.8547，属于河流相沉积。

5 讨论

5.1 陆相还是海相？

澄江组第一段为陆相基本上学界看法一致，并无任何疑义。但是澄江组第二段则有较多的不同意见，认为为海相的较多，有河口湾、浅海—陆棚、滨海等说法。这些说法探究其依据主要有两条：1.澄江组第二段有海绿石产出，而海绿石为浅海相的指相标志；2.澄江组第二段有磷质产出，而磷通常亦产出于海洋环境。本次工作所取样品在岩矿鉴定中亦发现海绿石及磷质的存在。但是这些研究者忽视了一个问题，海绿石并非严格的浅海指相标志。近些年的研究表明，海绿石在陆相亦可见产出。在云南的抚仙湖中即发现大量的海绿石产出(王云飞，1983)。而在古代沉积物中，海绿石亦可见产出于陆相地层中。在松辽盆地的下白垩统青山口组中发现了海绿石，而其与淡水生物轮藻共生(朱政源，2015)。而在辽河断陷大民屯凹陷下第三系的钻孔岩心中亦发现了大量的海绿石，其均与典型的陆相化石伴生。而地层所产原有均以陆相成因的高蜡原油为代表。而磷质亦有可能在陆相地层中产出。澄江组上覆地层为含磷丰富之陡山沱组岩层，后期风化淋滤磷质亦可渗入澄江组第二段之中。因此现有证据不足以证明澄江组第二段为海相。

根据本次粒度参数特征上，样品总体以标准偏差衡量为分选极差。以偏度衡量为很正偏态，以峰度衡量为很尖锐，反映沉积物为多源混合沉积。整体体现为河流相特征，亦不排除河口三角洲或河口湾。而萨胡图解则反映为河流相特征。

而本次工作对于金中地区及翁昭地区澄江组第二段分别取样进行进行Sr、Ba含量检测，其Sr/Ba比值分别为0.39、0.03(表3)。而一般认为海水更富Sr，因此Sr/Ba比值对于古盐度的指示意义较大。Sr/Ba比值低于1.0即可以认为为淡水沉积，而测试比值则远低于1.0，指示澄江组第二段为淡水成因，因此为陆相沉积。

表3 研究区澄江组砂岩Sr、Ba含量表

5.2 河流相抑或湖相？

根据弗里德曼散点图，9个样品均落入河流砂的范围。另外根据在开阳金中及翁昭所作剖面，澄江组第二段无论从单个层序还是总体沉积物粒度上均显示以正粒序为主(图5)，即总体上沉积物向上渐变变细。此层序特征符合河流相的粒序特征。而从萨胡判别特征来看，亦属于河流相范围。

图5 开阳及翁昭地区澄江组第二段基本层序

(左为开阳，右为翁昭)

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—砾石；2—岩屑；3—石英；4—长石；5—细砂岩；6—粉砂岩

根据对于开阳金中与翁昭澄江组第二段砂岩分析，金中地区为辫状河，而翁昭地区为曲流河。若二者为同一条河流，则可推论澄江组第二段沉积时期，金中地区的地势较之翁昭地区高。根据二者地理位置对比，反映该时期整体地貌为北西高，南东低。而根据贵州省新编区域地质志对于南华系长安-富禄时期岩相古地理分析，整体该时段为北西高，南东低，由北西的古陆到南东的滨岸—陆棚相，而陆源碎屑搬运方向亦为北西向南东搬运。本次研究佐证了这一观点。

6 结论

(1)澄江组第二段砂岩整体分选很差，显示出多源混合特征，概率累积曲线显示无滚动组分，以跳跃及悬浮组分为主，形态上显示以“一跳一悬夹过渡式”为主，“两段式”及“近两段式”次之。

(2)根据萨胡粒度判别函数、弗里德曼离散图解及粒度概率累计曲线并结合野外露头资料及Sr/Ba测试分析，判别其沉积环境为河流相沉积。

(3)根据金中及翁昭地区粒度特征判断金中地区为辫状河沉积而翁昭地区为曲流河沉积，整体证实了南华系澄江晚期古地理格局为北西高，南东低的特征。

致谢：成都理工大学徐文礼老师对本文所取样品进行了粒度分析，贵州省地质调查院岩矿鉴定中心杨忠琴对样品薄片进行了镜下鉴定，在此一并感谢。