粒度分析在川西南部地區(qū)須二段沉積相研究中的應(yīng)用

蔣裕強(qiáng)，刁昱翔，王 猛，陶艷忠，蔣 嬋

（西南石油大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，成都 610500）

0 引言

碎屑巖粒度特征不僅能反映其粒度大小，也能反映搬運(yùn)顆粒地質(zhì)營力的強(qiáng)弱。因此，通過對碎屑顆粒粒度的分布及分選性的研究，可以衡量沉積介質(zhì)能量的大小，也可以為碎屑顆粒沉積環(huán)境及水動(dòng)力強(qiáng)弱的判別提供一個(gè)重要的指標(biāo)。粒度分析不僅有利于分析沉積水動(dòng)力條件，對沉積儲(chǔ)層評價(jià)也有重要意義［1］。粒度分析常用的方法包括直接測量法、篩析法、薄片粒度法、沉降法和激光粒度儀法［2］。

前人對川西地區(qū)豐富的研究成果，為該地區(qū)油氣勘探及研究積累了豐富的資料，也為本次研究工作奠定了基礎(chǔ)。本次工作采用的是薄片粒度法。此法是取固結(jié)的巖石樣品，將其磨制成薄片，在顯微鏡下測量薄片中顆粒的直徑（測量顆粒的最大直徑，輪廓不清的顆粒、重礦物和片狀礦物不記，對有次生加大邊的石英和長石，測量其原粒徑），并將測量值換算成Φ值（溫德華氏粒度界限轉(zhuǎn)換：Φ＝－log2D），按1／4間隔分組，計(jì)算各組內(nèi)顆粒百分?jǐn)?shù)，每片要求統(tǒng)計(jì)300～500顆粒。本文對川西南部地區(qū)須家河組須二段砂巖粒度特征進(jìn)行分析，研究該區(qū)砂巖粒度分布特征，力圖為研究區(qū)內(nèi)的沉積相判別提供支撐證據(jù)。

1 地質(zhì)概況

工作區(qū)位于四川盆地西南部，其范圍北起大邑，南抵蒲江，東至白馬廟。大地構(gòu)造位置屬于新中生代川西坳陷，西部邊界為龍門山推覆構(gòu)造帶，東以龍泉山斷裂帶與川中隆起相鄰，南部以峨眉—瓦山斷裂帶為界［3］。本次研究工作區(qū)面積近2 069km2（圖1）。

圖1 川西南部地區(qū)大地構(gòu)造位置示意圖Fig.1 Sketch showing geotectonic position of the south area of the west Sichuan province

區(qū)內(nèi)的須家河組主要為一套陸相碎屑巖沉積，根據(jù)中國石油西南油氣田分公司對四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組地層劃分方案（2005版），縱向上可分為“須一段”至“須六段”6個(gè)巖性段［4］。由于受印支晚幕運(yùn)動(dòng)的影響，須三段—須六段不同程度地遭受剝蝕，由南向北剝蝕程度不斷加深（在川西北地區(qū)的須家河組只殘留有須一段—須四段），其中須六段全部剝蝕［5］。

川西南部地區(qū)須二段主要為一大套的砂巖夾薄層的泥巖，通過對該套砂巖組分石英—長石—巖屑的三角圖投點(diǎn)研究，表明砂巖巖性主要為巖屑砂巖和長石巖屑砂巖（圖2）。砂巖中碎屑組分主要有石英、長石及巖屑。石英顆粒以等軸消光為主，體積分?jǐn)?shù)（φ）多為30%～70%（部分石英砂巖中石英可達(dá)80%以上），平均為47%。長石以酸性斜長石為主，φ＝5%～20%，平均為11.4%。巖屑以沉積巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑為主，少見火成巖巖屑，φ＝14%～55%，平均為33%，而沉積巖屑又多以硅質(zhì)巖巖屑（5%～10%）、粉砂巖巖屑（2%～8%）、碳酸鹽巖巖屑為主（3%～7%），變質(zhì)巖多以千枚巖巖屑（2%～6%）和多晶石英巖巖屑（4%左右）為主。砂巖中碎屑粒經(jīng)主要以細(xì)粒－中粒為主，分選中等，風(fēng)化程度中等，磨圓度為次棱－次圓狀。顆粒間接觸緊密，多呈線接觸。膠結(jié)致密，多以接觸－壓嵌式膠結(jié)占主導(dǎo)。填隙物含量較少，一般＜7%，多數(shù)具顆粒支撐結(jié)構(gòu)。雜基主要為泥質(zhì)雜基（2%～6%），膠結(jié)物主要以硅質(zhì)膠結(jié)（1%～3%）和鈣質(zhì)膠結(jié)（1%～4%）為主。區(qū)內(nèi)的須二段淘洗相對干凈，結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度相對較高，反映了該段沉積物沉積時(shí)期水動(dòng)力條件相對較強(qiáng)，搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)的特點(diǎn)。

圖2 川西南部地區(qū)須二段巖性三角圖Fig.2 Triangular diagram of lithologies of the Second Member of the Upper Triassic Xujiahe Formation in the south area of the west Sichuan province

2 樣品采集

川西南部地區(qū)在須二段時(shí)期龍門山造山帶隆升，盆地沉降加劇，海侵由西向東擴(kuò)大。因此，該地區(qū)廣泛發(fā)育海陸過渡環(huán)境的三角洲沉積體系［6－7］。在巖心觀察中也可見各種沉積構(gòu)造特征（圖3）。

結(jié)合川西南部地區(qū)須二段分層數(shù)據(jù)以及巖性描述對須二段進(jìn)行樣品采集，將巖樣磨制成薄片，從中剔除無效的樣品，最終優(yōu)選出了39塊研究使用樣品；樣品在西南石油大學(xué)巖礦實(shí)驗(yàn)室參照SY／T 5434—1999粒度分析方法［8］完成了粒度分析。顆粒粒徑的測定是采用標(biāo)準(zhǔn)偏光顯微鏡分析軟件測定，該軟件測量的范圍是0～1 000μm，粒級(jí)分辨率誤差不超過0.5%。利用相關(guān)函數(shù)計(jì)算公式對粒度分析結(jié)果的平均粒徑（Mz）、中值（Md）、標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ1）、偏度（Sk1）和峰度（KG）參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算與校正。并且，將顆粒粒徑與Φ值進(jìn)行了換算，運(yùn)用粒度概率累積曲線圖計(jì)算了C值和M值。

圖3 川西南部地區(qū)須二段部分井段巖心照片F(xiàn)ig.3 Photo of core from the Second Member of the Upper Triassic Xujiahe Formation

3 粒度曲線分布特征

3.1 粒度概率累積曲線

3.1.1 粒度概率累積曲線類型

有關(guān)研究成果表明，粒度累積概率曲線可以判斷沉積物沉積環(huán)境、成因及沉積水動(dòng)力的演變特征［9］。本次對川西南部地區(qū)須二段產(chǎn)出在灌口地區(qū)、平落壩—邛西地區(qū)、白馬廟—松華地區(qū)的粒度分析曲線形態(tài)統(tǒng)計(jì)所顯示的須二段不同井區(qū)粒度概率分布百分比圖如圖4所述。在須二段沉積時(shí)期，“一段式”和“多段式”均不發(fā)育；白馬廟—松華地區(qū)主要發(fā)育“三段式”曲線，灌口地區(qū)和平落壩—邛西地區(qū)主要發(fā)育“兩段式”曲線。

3.1.2 粒度概率累積曲線特征

本次工作通過對川西南部地區(qū)須二段粒度概率累積曲線的繪制、分析，表明該區(qū)主要存在兩種曲線類型，“兩段式”和“三段式”。由于文章篇幅限制，選取了最具代表意義的樣品進(jìn)行對沉積物粒度特征的解釋和分析說明。

圖5 平西2井粒度概率累積綜合圖Fig.5 Integrated diagram of particle size probability cumulatives curves for sandstones of the Second Member of the Upper Triassic Xujiahe Formation in drill hole Pingxi 2

圖6 松華2井粒度概率累積綜合圖Fig.6 Integrated diagram of particle size probability cumulatives curves for sandstones of the Second Member of the Upper Triassic Xujiahe Formation in drill hole Songhua 2

（1）“兩段式”。該類型曲線特征表現(xiàn)為懸浮組分含量較大，一般為5%～20%，部分井段含量超過20%（圖5，平西2井，須二段，4 095.9m），斜率一般小于45°，分選較差；跳躍總體只發(fā)育一段，含量可達(dá)75%～90%，斜率大于50°，多在60°～75°，分選好；跳躍總體與懸浮總體之間的細(xì)截點(diǎn)變化不大，在2.5Φ～3Φ范圍內(nèi)，不存在滾動(dòng)組分。說明在研究區(qū)粒度整體較細(xì)，水動(dòng)力強(qiáng)度有所降低。這種粒度概率曲線特征反映了辮狀河三角洲平原分流河道沉積環(huán)境。

（2）“三段式”。該類型曲線特征為“高斜兩跳一懸”，表現(xiàn)有兩個(gè)跳躍總體和懸浮總體組成，跳躍總體含量達(dá)90%以上，粒度區(qū)間主要介于1Φ～2.5Φ之間，斜率可達(dá)70°以上，表明其分選好；懸浮組分含量一般在10%以內(nèi)，與跳躍次總體細(xì)截點(diǎn)在2.5Φ～3.5Φ之間（圖6，松華2井，須二段，3 592.88m）。該類型曲線反映一定的波浪回流，具雙向水流特征，反應(yīng)了三角洲前緣亞相的特征。

3.2 粒度分析參數(shù)含義及應(yīng)用

3.2.1 粒度參數(shù)值獲取

碎屑顆粒的粒度對其形成的沉積環(huán)境有很好指示作用，而粒度參數(shù)是粒度特征的直觀反映，通過對樣品粒度參數(shù)平均粒徑（Mz）、標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ1）、偏度（Sk1）和峰度（KG）等的統(tǒng)計(jì)，可以了解物質(zhì)來源和沉積環(huán)境的變化。對粒度參數(shù)的計(jì)算，過去常用特拉斯克（Trask）公式，當(dāng)前應(yīng)用更廣闊的是用?？撕臀值拢‵olk和 Ward）公式來計(jì)算［1］（表1）。川西南部地區(qū)須二段的樣品粒度參數(shù)計(jì)算結(jié)果如表2所述。

表1 川西南部地區(qū)須二段樣品粒度參數(shù)的計(jì)算方法Table 1 Calculation method of the gain size parameters for the sandstones from the Second Member of the Upper Triassic Xujiahe Formation

3.2.2 粒度參數(shù)含義及應(yīng)用

C值與M值。C值反映的是概率累積曲線圖上顆粒含量為1%處對應(yīng)的顆粒粒徑，根據(jù)C值的大小可以判斷顆粒移動(dòng)所需要的最大搬運(yùn)能力。M值反映的是概率累積曲線圖上顆粒含量為50%處對應(yīng)的顆粒粒徑，代表了搬運(yùn)顆粒所需的平均能力。從圖7中可以看出，代表最大搬運(yùn)能力的C值與代表平均搬運(yùn)能力的M 值，呈時(shí)大時(shí)小的現(xiàn)象，這表明了研究層段砂巖沉積時(shí)水流不穩(wěn)定，且流速交替多變的沉積環(huán)境。

平均粒徑（Mz）?？梢杂糜趯α６确植技汹厔莸谋碚?，平均粒徑值的大小可以反映沉積介質(zhì)能量的大小，具有成因判斷的意義［1］。根據(jù)對研究區(qū)須二段39個(gè)樣品平均粒徑的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，其粒徑在0.461～0.945之間，平均為0.616，代表水動(dòng)力能量有所減弱，承載能力變小的趨勢。

表2 川西南部地區(qū)須二段樣品粒度參數(shù)值統(tǒng)計(jì)表Table 2 Statistics of the particle size parameters for the sandstones from the Second Member of the Upper Triassic Xujiahe Formation

圖7 川西南部地區(qū)須二段砂巖樣品C值與M值變化趨勢圖Fig.7 Diagram showing variation trend of Cand Mvalue of sandstones from the Second Member of the Upper Triassic Xujiahe Formation

標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ1）。碎屑顆粒的標(biāo)準(zhǔn)偏差值可以用于表征其分選程度。顆粒粒度大小及分選性，可以判別物源和沉積水動(dòng)力等情況。因此，利用顆粒標(biāo)準(zhǔn)偏差值的變化判別沉積環(huán)境。依據(jù)對須二段砂巖標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算統(tǒng)計(jì)，該段砂巖的標(biāo)準(zhǔn)偏差主要介于0.029～0.122之間，最大值為0.122，小于標(biāo)準(zhǔn)偏差分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［1］的最小值0.35，砂巖分選性好，表明了該段砂巖經(jīng)過了強(qiáng)水動(dòng)力的淘洗。

偏度（Sk1）?？梢杂糜诒硎舅樾碱w粒粒度分布的不對稱程度。根據(jù)偏度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［1］，可分為正偏度和負(fù)偏度兩大類，即當(dāng)Sk1值為正值時(shí)，說明沉積物為河流沉積環(huán)境下的粗組分；相反，沉積物則以細(xì)組分為主。據(jù)統(tǒng)計(jì)，研究層段Sk1值在0.861～1.009之間，沒有負(fù)值，表明該段砂巖符合河流沉積環(huán)境下形成的砂巖。

峰度（KG）。粒度分析中峰態(tài)通常被用來度量粒度分布的中部與兩尾部的展形之比［1］。峰度也可用于對沉積環(huán)境的判斷，研究區(qū)須二段峰度在0.743～1.19之間，平均為0.992，峰態(tài)中等接近于1，與正常海灘砂的頻率曲線特征相符。

對川西南部地區(qū)須二段各粒度參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，用薩胡環(huán)境判別函數(shù)［1］求得的Y值（見表2）顯示，Y淺海，河流值中有22個(gè)樣品的Y 值小于－7.4190，17個(gè)樣品Y 值大于－7.4190；Y河流，濁流值中39個(gè)樣品Y值大于9.8433，沒有Y值小于9.8433的樣品。參考薩胡各類沉積環(huán)境的判別函數(shù)值［1］，判定研究區(qū)在須二段沉積時(shí)期，沉積物表現(xiàn)為河流沉積環(huán)境下的特征。

3.2.3 CM 圖解

CM圖解法是由帕賽加（Passega）于1957年提出的一種毫米制圖解［1］，帕賽加將搬運(yùn)沉積物的底流分為牽引流和濁流兩種形式，其基本思路是根據(jù)粒度參數(shù)的C值和M值來反映沉積環(huán)境特征。

本次對須二段砂巖39個(gè)樣品的CM值繪制了CM 圖（圖8）。從圖8可以看出，須二段砂巖的CM圖形態(tài)與帕塞加的牽引流沉積完整CM 圖中的QR段和RS段相似，只是分布位置及大小形態(tài)稍有不同，表明該區(qū)主要受牽引流作用。其中，QR段為遞變懸浮段，一般位于水流底部，表明碎屑顆粒為遞變懸浮搬運(yùn)，特征為沉積物粒度不均勻，按粒度大小和密度梯度成層分布，在流動(dòng)中由下至上粒度逐漸變細(xì)，C與M 是基本成比例的。RS段為均勻懸浮沉積，其特征是C值基本不變，M值向S端減小，物質(zhì)主要為粉砂和泥的混合物，最粗為細(xì)砂。

圖8 川西南部須家河組須二段砂巖樣品CM圖Fig.8 CMpatterns for the sandstones from the Second Member of the Upper Triassic Xujiahe Formation

4 結(jié)論

（1）通過對川西南部地區(qū)須二段巖石學(xué)特征的研究，認(rèn)為該區(qū)巖石類型主要為巖屑砂巖和長石巖屑砂巖為主，雜基含量相對較少，顆粒接觸緊密，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度為中稍偏高。

（2）川西南部地區(qū)須二段各粒度參數(shù)的特征都反映了河流相沉積產(chǎn)物的特征，概率累積曲線形態(tài)主要表現(xiàn)為“兩段式”和“三段式”，懸浮組分含量均較少，具有水流交替，波浪回旋作用的特征，表現(xiàn)為辮狀河三角洲沉積的沉積環(huán)境。根據(jù)其CM圖顯示該區(qū)主要受牽引流沉積作用。綜合上述各項(xiàng)特征表明，川西南部須家河組須二段屬于辮狀河三角洲平原亞－前緣沉積。

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