甘肅敦煌現(xiàn)代邊灘砂級(jí)顆粒疊瓦構(gòu)造研究

倪良田 鐘建華 李　勇 黃雷桐 邵珠福 劉圣鑫 孫寧亮 郝　兵 毛　毳 熊志強(qiáng) 田　媛 王曉楠 李偉華

（中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 山東青島 266580）

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甘肅敦煌現(xiàn)代邊灘砂級(jí)顆粒疊瓦構(gòu)造研究

倪良田 鐘建華 李勇 黃雷桐 邵珠福 劉圣鑫 孫寧亮 郝兵 毛毳 熊志強(qiáng) 田媛 王曉楠 李偉華

（中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 山東青島 266580）

摘 要從近年來(lái)對(duì)甘肅敦煌黨河和敦煌阿克塞河進(jìn)行的詳細(xì)的工作中發(fā)現(xiàn)了在現(xiàn)代邊灘砂級(jí)顆粒中也會(huì)發(fā)育疊瓦構(gòu)造，且遠(yuǎn)比礫石中的疊瓦構(gòu)造復(fù)雜。首先，研究發(fā)現(xiàn)砂級(jí)疊瓦構(gòu)造的傾角比礫石疊瓦構(gòu)造的傾角變化要大，介于12°～88°之間，傾角均值在51°～63°，明顯大于同河段礫石疊瓦構(gòu)造的傾角34°，傾角如此之大可能與顆粒的緊密堆積有關(guān)；其次，傾向無(wú)礫石疊瓦構(gòu)造那么穩(wěn)定，有時(shí)可在小范圍內(nèi)呈現(xiàn)出雙傾向。疊瓦構(gòu)造傾角的統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)也表明其穩(wěn)定性不好；三是砂級(jí)疊瓦構(gòu)造可以受薄層的控制，也可以呈層塊狀；四是根據(jù)砂級(jí)顆粒的接觸關(guān)系又可以將其分為兩種：顆粒支撐的疊瓦構(gòu)造和含雜基的顆粒支撐疊瓦構(gòu)造。顆粒支撐的疊瓦構(gòu)造發(fā)育在“清水”環(huán)境，一般是在洪水的穩(wěn)定期形成的；而含雜基的顆粒支撐砂級(jí)疊瓦構(gòu)造則是發(fā)育在濁水環(huán)境，可能是在洪水的高峰時(shí)期形成的。

砂級(jí)疊瓦構(gòu)造的研究對(duì)于沉積環(huán)境的研究、古流分析和儲(chǔ)層的研究具有重要的意義。顆粒支撐的砂級(jí)疊瓦構(gòu)造還可以形成特殊的屏蔽孔隙，成為很好的儲(chǔ)集空間，是砂巖儲(chǔ)層出現(xiàn)各向異性的根本。

關(guān)鍵詞砂 疊瓦構(gòu)造 傾角 傾向 水流方向 邊灘

0 引言

非三維等軸礫石、尤其是扁平礫石在流水、波浪或重力流的作用下，為了保持其最穩(wěn)定的排列狀態(tài)便會(huì)發(fā)生定向排列，形成類(lèi)似疊瓦一樣的沉積構(gòu)造，即我們所說(shuō)的“疊瓦構(gòu)造”。

美國(guó)地質(zhì)學(xué)家 Becker（1893）在其著作 Finite Homogeneous Strain，F(xiàn)low and Rupture of Rocks將碎屑顆粒的優(yōu)選排列作為疊瓦構(gòu)造［1］，是研究疊瓦構(gòu)造的前驅(qū)。隨著研究的深入，新問(wèn)題的不斷涌現(xiàn)，有必要進(jìn)行更深入的研究。

疊瓦構(gòu)造具有分布的廣泛性，無(wú)需露頭太大而具有很好的實(shí)用性［2］。很小的露頭區(qū)即可利用疊瓦構(gòu)造來(lái)研究古水流，條件是必須從多個(gè)方向或礫石被風(fēng)化出來(lái)可以在三維上觀察。White［3］及Schlee［4］等利用疊瓦構(gòu)造來(lái)研究古流方向。Krumbein［5-7］和其他的學(xué)者指出，在河流中卵石的短軸通常傾向下游，最大的投影面（中間軸和最長(zhǎng)軸）傾向上游。對(duì)俄勒岡州西北Santian河的研究表明，在邊心灘上疊瓦的方向與河流方向有很大的偏離［8］。礫石的長(zhǎng)軸與搬運(yùn)水流的方向一致，傾向上游［6］，但在另一些情況下，礫石也會(huì)傾向下游。與此相反，在河流相礫石的長(zhǎng)軸與水流方向有著復(fù)雜關(guān)系［8］，尤其是礫石長(zhǎng)軸會(huì)垂直水流的現(xiàn)象已有學(xué)者注意到［9］。Jouansson［10］在實(shí)驗(yàn)室模擬了疊瓦構(gòu)造的形成過(guò)程并探討了疊瓦構(gòu)造的形成機(jī)制。Schmincke et al.［11］、Kamata et al.［12-13］、Ventura et al.［14］及David et al.［15］等研究了礫級(jí)顆粒疊瓦構(gòu)造，但也有一些人發(fā)現(xiàn)在火山碎屑中的疊瓦構(gòu)造，并通過(guò)它們來(lái)確定火山口的位置。上個(gè)世紀(jì)50—60年代是疊瓦構(gòu)造研究的高峰時(shí)期，這期間有許多學(xué)者探討了細(xì)粒碎屑巖的疊瓦構(gòu)造［16-21］，有學(xué)者從薄片的角度來(lái)研究疊瓦構(gòu)造，但隨后少有人追隨，表明這種方法用來(lái)研究疊瓦構(gòu)造的適用性有限。近期，如Millane etal.［22］介紹了一種利用激光掃描方法自動(dòng)測(cè)定疊瓦構(gòu)造和河流沉積物確定古流向的方法。絕大數(shù)學(xué)者只是利用疊瓦構(gòu)造的傾向來(lái)確定（古）水流方向或物源區(qū)位置［23-24］，只有少數(shù)學(xué)者研究了疊瓦構(gòu)造的傾角與環(huán)境的關(guān)系［25］。事實(shí)上，后者的意義同樣很大，由于我們目前做的工作極其有限，疊瓦構(gòu)造傾角的許多意義還未發(fā)掘出來(lái)。

目前為止，人們對(duì)疊瓦構(gòu)造的研究主要局限在礫石級(jí)的顆粒，對(duì)于砂級(jí)顆粒的疊瓦構(gòu)造的研究還沒(méi)有取得突破。在研究過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)利用數(shù)字照相結(jié)合照片多倍放大，可以探討用一種介于微觀（薄片尺度）和宏觀（肉眼直接觀察）之間的方法來(lái)研究砂級(jí)顆粒的疊瓦構(gòu)造。事實(shí)上，由于砂級(jí)顆粒對(duì)水流的響應(yīng)比礫石更敏感，因而砂級(jí)顆粒疊瓦構(gòu)造攜帶的地質(zhì)信息遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于礫石，所以研究砂級(jí)顆粒疊瓦構(gòu)造的意義遠(yuǎn)比研究礫石疊瓦構(gòu)造要大。本文從近年來(lái)在甘肅敦煌獲得的大量現(xiàn)代河流邊灘資料出發(fā)，初步地研究了砂級(jí)顆粒的疊瓦構(gòu)造。

1 黨河邊灘與沙溝子邊灘的特征

本次研究的兩個(gè)實(shí)例，一是敦煌市附近的黨河邊灘；二是敦煌阿克塞鄉(xiāng)附近的沙溝子邊灘。其特點(diǎn)以下分述：

（1）黨河邊灘。甘肅敦煌市南郊的黨河大橋附近。研究區(qū)位于黨河中下游，河段為一般寬200～300 m、長(zhǎng)近1 km的順直河，見(jiàn)圖1。黨河大橋邊灘位于黨河大橋下游的東岸，邊灘寬150～200 m，長(zhǎng)500～600m，高50～120 cm，是一個(gè)二級(jí)邊灘，一級(jí)邊灘高50～60 cm，向外微傾斜，傾角在6°～7°。二級(jí)邊灘高100～120 cm，二級(jí)邊灘上生長(zhǎng)了很多植物。邊灘主要由含礫中粗砂組成，主要發(fā)育了平行層理、水平層理、工具痕、障礙痕、泥裂、小型變形層理及疊瓦構(gòu)造，圖版Ⅰ。砂粒的礦物成份主要為火山巖巖屑和變質(zhì)巖巖屑，有少量石英和長(zhǎng)石。分選性較好，由于大部分砂粒呈板片狀，所以顆粒的直徑要用兩個(gè)參數(shù)來(lái)表征，長(zhǎng)軸多在 0.5～1.0 mm，短軸多在 0.1～0.3 mm，直徑取兩者的平均值為0.47 mm，落在細(xì)砂級(jí)范疇。在砂粒細(xì)層中有時(shí)偶含直徑數(shù)毫米到數(shù)厘米的礫石。礫石主要為火山巖，磨圓很好。一級(jí)邊灘內(nèi)緣因河流侵蝕而出露良好，成為了理想的研究場(chǎng)所。黨河是一個(gè)典型的季節(jié)性河流，一年大多數(shù)時(shí)候干涸，為研究創(chuàng)造了得天獨(dú)厚的條件。

圖1　黨河大橋邊灘遠(yuǎn)景圖Fig.1 The birdeye view of the point bar in Dang River Bridge，Dunhuang，Gansu

（2）沙溝子邊灘。另一個(gè)最典型的實(shí)例在敦煌阿克塞的砂溝子剖面（圖2）。砂溝子剖面在阿克塞河上游的砂溝子公路養(yǎng)路站附近，距敦煌71 km，距阿克塞縣城8 km。阿克塞河是一個(gè)流經(jīng)沙漠的季節(jié)性河流，只有在雨季的過(guò)流，一年的大多數(shù)時(shí)間處于干涸。發(fā)育兩種類(lèi)型疊瓦構(gòu)造剖面：一是薄層狀顆粒支撐疊瓦構(gòu)造剖面；另一個(gè)是薄層狀雜基支撐疊瓦構(gòu)造剖面。

第一個(gè)研究剖面在圖2中的綠色矩形所在位置。河床主要為中粗礫，成分主要為火山巖和變質(zhì)巖，磨圓很好到很差，分選較差。所研究的剖面砂粒的成分也是以火山巖和變質(zhì)巖為主，砂主要由風(fēng)成砂丘提供，形成這種高成熟度的砂層。整個(gè)剖面由細(xì)粒物質(zhì)形成，剖面厚40～45 cm，長(zhǎng)30余米，寬20余米，平面上呈三角形，尖端指向河床相反方向。細(xì)層非常平坦，連續(xù)性極好，具明顯的正粒序性。同時(shí)發(fā)育有泥裂、變形層理及沖刷—充填面?？梢?jiàn)一直徑約20 cm的大礫石，偶見(jiàn)直徑數(shù)厘米的泥礫，說(shuō)明邊灘的能量很高。觀察發(fā)現(xiàn)，該剖面也有兩種類(lèi)型的疊瓦構(gòu)造：一種是以層厚較大和顆粒較粗的顆粒支撐疊瓦構(gòu)造；另一種是層厚相對(duì)較?。?～2 cm）和粒度也相對(duì)較小、發(fā)育在軟沉積變形褶皺層中的顆粒支撐疊瓦構(gòu)造。前者的粒度多在細(xì)砂級(jí)，含板巖、片巖顆粒較多，砂巖顏色相對(duì)較深；后者的粒度多在粉砂級(jí)，含板巖、片巖顆粒較少，所以顏色偏淺。

第二個(gè)研究剖面發(fā)育在上一個(gè)剖面上游0.1 km處藍(lán)色矩形所在位置，河型與上個(gè)剖面相同。該剖面的總厚度約40 cm，長(zhǎng)約65m，寬12～34m，呈三角狀順河道延伸。其內(nèi)部發(fā)育了10余個(gè)次級(jí)的正韻律層。正韻律層的厚度在數(shù)毫米到10 cm左右。砂級(jí)顆粒大部分同樣來(lái)自于風(fēng)成砂丘。

上述兩個(gè)邊灘的河床主要為中粗礫，成分主要為火山巖和變質(zhì)巖，磨圓很好到很差，分選較差。礫石形成的疊瓦構(gòu)造的傾角在34°左右。

圖2　敦煌阿克塞砂溝子剖面位置圖Fig.2 Location of the profile Shagouzi in Akesai，Dunhuang

2 砂級(jí)疊瓦構(gòu)造分析

砂級(jí)疊瓦構(gòu)造的分析方法有必要介紹一下操作過(guò)程［27］。這項(xiàng)研究主要是通過(guò)野外照片在室內(nèi)條件分析進(jìn)行的，所以野外采集高質(zhì)量的圖像是關(guān)鍵。我們使用的是佳能SX150相機(jī)。該機(jī)有較好的近攝功能，可以在數(shù)毫米內(nèi)對(duì)對(duì)象進(jìn)行拍攝。

首先用具有微距攝影功能的相機(jī)在1～2 cm的近距用5 M或8 M的像素拍攝一系列圖片。回到室內(nèi)后在電腦上將需要的圖片和內(nèi)容進(jìn)行放大，一般放大到2～3倍就能看到疊瓦構(gòu)造，最大可以放大到30倍（但圖像很模糊）。要特別提及的是，由于球差在照片的四個(gè)角上會(huì)出現(xiàn)四個(gè)離散的疊瓦效應(yīng)，會(huì)使砂級(jí)顆粒出現(xiàn)向四個(gè)角方向的傾向。所以只有在圖片最中央（鏡頭中心線覆蓋的小區(qū)域）的5～10％像素才比較真實(shí)，可用于分析研究。在手標(biāo)本上用10倍放大鏡仔細(xì)觀察也可見(jiàn)到這種砂級(jí)顆粒形成的疊瓦構(gòu)造。此外，判斷所截圖片視域中是否有畸變形成的加疊瓦構(gòu)造的另一個(gè)可靠依據(jù)是：在有的情況下可以見(jiàn)到微區(qū)中有相鄰的反向疊瓦構(gòu)造，如果是畸變假疊瓦構(gòu)造應(yīng)該同向。需要說(shuō)明的是，由于本次研究的剖面均平行于河流主流向，所以獲得的疊瓦構(gòu)造傾角基本上同于真傾角。

為了獲得更精確的結(jié)果，在具體分析時(shí)我們采用了兩種方法進(jìn)行對(duì)比：一種是網(wǎng)格法（圖3），只對(duì)交點(diǎn)上的顆粒進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；另一種是平行線法（圖4），對(duì)直線相交的顆粒進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)一個(gè)顆粒橫跨兩條直線時(shí)只統(tǒng)計(jì)一次。

圖3　網(wǎng)格法分割圖Fig.3 Segmentation picture by grid method

根據(jù)薄層的厚度、多少、薄層的組合關(guān)系、薄層的結(jié)構(gòu)及薄層的產(chǎn)出狀況等，本文初步將疊瓦構(gòu)造分為三種類(lèi)型，以下分述：

2.1 薄層控制的砂級(jí)顆粒支撐疊瓦構(gòu)造

圖版Ⅰ-A中的層理很容易將其定為水平層理，實(shí)際上這是一種平行層理。細(xì)層很薄，厚度多在1 mm左右，側(cè)向非常穩(wěn)定。粒度在細(xì)砂到粉砂級(jí)，中間還夾有＜1 mm厚的泥質(zhì)薄層，所以很容易定為水平層理。薄層中發(fā)育了很好的疊瓦構(gòu)造，其側(cè)向可以過(guò)渡為含細(xì)礫的平行層理。產(chǎn)于河漫灘靠河道一側(cè)，向外微傾斜，傾角在6°～7°，應(yīng)為灘脊或?yàn)┡_(tái)（圖3）。邊灘表面有少量直徑數(shù)厘米的礫石，并圍繞礫石發(fā)育了障礙痕，同時(shí)還有植物形成的工具痕和小型侵蝕坑穴，說(shuō)明這種層理形成于高能環(huán)境，是一種平行層理，而不是低能環(huán)境下形成的水平層理。

將圖版Ⅰ-A中心白色方塊部分放大約12倍后得到圖5。對(duì)圖5中的砂級(jí)顆粒的粒度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，砂級(jí)顆粒的粒度分布區(qū)間在0.13～0.89 mm之間，粒度中值在0.45～0.57之間，介于細(xì)砂和粉砂的過(guò)渡粒度，呈較好的正態(tài)分布。同時(shí)對(duì)砂級(jí)顆粒疊瓦構(gòu)造的傾角進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果總結(jié)在圖6、圖7和表1中。從圖5可以看出疊瓦構(gòu)造發(fā)育，但非常復(fù)雜，主要表現(xiàn)為以下三點(diǎn)：①呈雙傾向，既有與水流方向一致的正向傾向，也有與水流方向相反的反向傾向。照片中的水流自右流向左，可見(jiàn)疊瓦構(gòu)造既有左傾傾向，也有右傾傾向，但以右傾傾向?yàn)橹鳎▓D6、表1），傾角分布在22.00°～81.00°之間，平均為53.46°，遠(yuǎn)大于河床礫石疊瓦構(gòu)造的傾角（約34°）約20°；從表1還可以看出，這種疊瓦構(gòu)造的均值標(biāo)準(zhǔn)差11.88；均值的標(biāo)準(zhǔn)誤1.19；方差較大：141.04，說(shuō)明疊瓦構(gòu)造傾角比較離散，穩(wěn)定性較差；②雙傾向疊瓦構(gòu)造可發(fā)育在同一薄層中，而且可以在短距離內(nèi)對(duì)沖發(fā)育。這一點(diǎn)也說(shuō)明了圖片的真實(shí)可靠，沒(méi)有受畸變的實(shí)質(zhì)性影響。③疊瓦構(gòu)造的顆粒分選很差，既有長(zhǎng)板片狀顆粒，也有等軸顆粒，板片狀顆粒長(zhǎng)軸最大可達(dá)0.8 mm，短軸0.1～0.2 mm；等軸顆粒的直徑多在0.1 ～2mm，落在細(xì)砂到粉砂之間。由于大量等軸顆粒存在，而等軸顆粒無(wú)定向排列存在，使得疊瓦構(gòu)造的傾角及傾向變化很大，等軸顆粒多的部位疊瓦構(gòu)造不發(fā)育，從圖5中可以很容易地看到這一點(diǎn)。顆粒之間孔隙非常發(fā)育，可占面孔的25％～30％，是一種很好的儲(chǔ)層。

圖4　平行線法分割圖Fig.4 Segmentation picture by parallel linemethod

圖5　圖版Ⅰ-A中心長(zhǎng)方塊放大約12倍后局部照片（可以見(jiàn)到復(fù)雜的疊瓦構(gòu)造）Fig.5 Photographymagnified about 12 times of the central diamond of PlateⅠ-A and complicate imbrication is developed very well

從儲(chǔ)層的角度來(lái)看，發(fā)育這種疊瓦構(gòu)造的砂層有三大特征：一是孔隙非常發(fā)育，儲(chǔ)層物性極好，從圖片上估計(jì)其面孔率可達(dá)30％～40％，且多是聯(lián)通性很好的喉管。二是由于顆粒的定向排列形成了非均質(zhì)性，在三個(gè)方向上有截然不同的滲透率：在豎直方向上滲透率最差，在平行疊瓦構(gòu)造傾向的方向滲透率中等，在平行疊瓦構(gòu)造走向的方向滲透率最大。在疊瓦構(gòu)造顆粒屏蔽的孔洞中流體流動(dòng)也會(huì)很順暢。三是疊瓦構(gòu)造的顆粒屏蔽的空洞也具有非均質(zhì)性，平面上普遍成一種斜立的扁縫形，一般上部呈尖角狀，所以剩余油容易躲藏在其中，在開(kāi)采時(shí)這種剩余油比較難以采出，因?yàn)橛驮谶@種尖角中可以獲得最大的比表面積，從而可以獲得最大的張力而緊緊地黏在扁縫的頂端。所以開(kāi)發(fā)這種油藏并要獲得很好的采收率，對(duì)扁縫中流體的微循環(huán)規(guī)律的研究尤其重要。

圖6　疊瓦構(gòu)造的網(wǎng)格法傾角分布直方圖Fig.6 Dip angle distributary histogram of imbrication by Grid method

圖7　疊瓦構(gòu)造的平行線法傾角分布直方圖Fig.7 Dip angle distributary histogram of opposite direction imbrication by parallel linemethed

圖版Ⅰ-A最大的特點(diǎn)是薄層或細(xì)層是由疊瓦構(gòu)造側(cè)向排列形成的，但每個(gè)薄層不是由單一的疊瓦構(gòu)造層形成的，而是由多個(gè)疊瓦構(gòu)造層形成的。這一特點(diǎn)揭示了水流極淺、沉積物較少，沉積物在沉積面上以多個(gè)顆粒疊合形成的薄層移動(dòng)，每次沉積水流只攜帶疊瓦構(gòu)造厚度的薄層粉砂顆粒，所以水流能夠很好的把板片狀的粉砂顆粒疊置成薄層的疊瓦構(gòu)造。如果沉積物較多，水流只會(huì)把板片狀狀的粉砂顆粒堆積成厚層的塊狀疊瓦構(gòu)造。

2.2 塊狀顆粒支撐砂級(jí)疊瓦構(gòu)造

以阿克塞河砂溝子1號(hào)剖面（圖2綠色區(qū)域）為例。這種疊瓦構(gòu)造是發(fā)育在沒(méi)有韻律的“塊狀”薄層中。砂溝子1號(hào)剖面規(guī)模不大，但疊瓦構(gòu)造非常漂亮，圖版Ⅰ-B、圖版Ⅰ-C、圖版Ⅰ-D及圖10。從圖片可以看出，分選非常好，物源為風(fēng)成砂；如果沒(méi)有風(fēng)成砂的注入，在這種河段要形成高分選的砂級(jí)疊瓦構(gòu)造是不可能的。從粒度、顏色、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特點(diǎn)看，疊瓦構(gòu)造發(fā)育在兩個(gè)單元中：一個(gè)是相對(duì)較厚和粒度相對(duì)較粗的“背景”沉積中；另一個(gè)是相對(duì)較薄和粒度相對(duì)較細(xì)的軟沉積變形斜歪褶皺中。

在圖Ⅰ-B中可以較清晰的看到厚度較大、粒度較粗、顏色較深的薄層和發(fā)育了不規(guī)則軟沉積變形褶皺的薄層；還可以見(jiàn)到中部有兩層軟沉積變形褶皺層，其厚度在1 cm左右，軸面傾向左側(cè)，傾角40°～45°；其顏色明顯呈灰白色，粒度也明顯偏小。上部還有兩層更纖細(xì)的呈魚(yú)鰭狀或不大規(guī)則的軟沉積變形褶皺，其軸面傾角更小，從狀如魚(yú)鰭的那個(gè)規(guī)則的軟變形褶皺來(lái)看，軸面傾角在30°左右，其他的傾角更小，下部還有一些模糊的左傾不規(guī)則變形構(gòu)造，其傾角也很小。說(shuō)明了上部和下部受到的流水牽引均更強(qiáng)烈。疊瓦構(gòu)造的傾向與軟沉積變形褶皺一樣，基本都是傾向左側(cè)，與河流的流向相一致。

對(duì)圖版Ⅰ-B左下角進(jìn)一步放大1倍得到了圖版Ⅰ-C，可見(jiàn)見(jiàn)到更加清晰的疊瓦構(gòu)造。對(duì)圖版Ⅰ-C中的紅框部分再進(jìn)一步放大，得到圖版Ⅰ-D（圖3及圖4基本來(lái)自于此圖）。對(duì)圖版Ⅰ-D（圖3及圖4）中的疊瓦構(gòu)造用網(wǎng)格法（圖3）和平行線法（圖4）分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果總結(jié)在圖8、圖9中和表1中。從表1可以看出，上部較粗、較厚部分的疊瓦構(gòu)造傾角分布在12.00°～78.00°之間，平均為51.06°，遠(yuǎn)大于河床礫石疊瓦構(gòu)造的傾角（約34°）約17°；均值標(biāo)準(zhǔn)差11.98；均值的標(biāo)準(zhǔn)誤1.20，方差較大：143.41，說(shuō)明疊瓦構(gòu)造傾角比較離散，穩(wěn)定性較差；偏度也很大，在0.24，可能與樣品中的顆粒扁平度較小、顆粒直徑差異較大及顆粒不足有關(guān)，因?yàn)轭w粒不足導(dǎo)致顆粒支撐不夠、易傾斜，尤其是反向疊瓦構(gòu)造的存在更是干擾了正向疊瓦構(gòu)造。經(jīng)檢驗(yàn)仍符合正態(tài)分布。對(duì)圖版Ⅰ-D下部顏色較淺的薄條帶（圖10a）單獨(dú)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果總結(jié)在圖10b中。疊瓦構(gòu)造傾角分布在28.00°～88.00°之間，平均為43.85°，稍大于河床礫石疊瓦構(gòu)造的傾角（約34°）近10°，但小于上部厚層砂粒疊瓦構(gòu)造的傾角（51.06°），可能與上部厚層的流動(dòng)牽引有關(guān)，這與疊瓦構(gòu)造形成時(shí)的方式有關(guān)：這種疊瓦構(gòu)造是以一種“泥石流”的方式被一次洪水搬運(yùn)而形成，而非逐層可以側(cè)向堆疊形成，所以在堆疊過(guò)程中緊密堆積，使得其傾角變大，具體過(guò)程后文還會(huì)詳述。

表1　砂級(jí)顆粒疊瓦構(gòu)造傾角參數(shù)表Table 1 Data of dip angle of inbrication of sand-grains

圖8　網(wǎng)格法疊瓦構(gòu)造傾角分布直方圖Fig.8 Dip angle distributary histogram of imbricate by grid method

圖9　平行線法疊瓦構(gòu)造傾角分布直方圖Fig.9 Dip angle distributary histogram of imbricate by parallel linemethod

圖10　圖版Ⅰ-D下部小部分顏色較淺的薄條帶的網(wǎng)格分割圖Fig.10 Segmentation picture of the color lighter band in plate-Ⅰ-D by grid method

圖11　網(wǎng)格法疊瓦構(gòu)造傾角分布直方圖Fig.11 Dip angle distributary histogram of imbricate by grid method

2.3 正韻律薄層中的含雜基的顆粒支撐砂級(jí)疊瓦構(gòu)造

砂溝子2號(hào)剖面（圖2藍(lán)色區(qū)域）是一個(gè)發(fā)育了10多個(gè)正韻律的邊灘（圖版Ⅰ-E），主要由粉砂和泥質(zhì)雜基組成。正韻律在厚度和側(cè)向連續(xù)性均非常穩(wěn)定，厚度多在數(shù)cm到近10 cm，側(cè)向延伸可達(dá)20 m。圖12是從圖版Ⅰ-E中心截取的，并被放大10倍左右，可以清晰的看到正韻律。

這種疊瓦構(gòu)造的砂級(jí)顆粒粒徑變化較大，長(zhǎng)度介于0.05～0.7 mm之間，大部分來(lái)自于風(fēng)成砂。對(duì)圖12中的疊瓦構(gòu)造進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果總結(jié)在圖13和表1中。從表1可以看出，這種疊瓦構(gòu)造的傾角分布在22.00°～81.00°之間，平均為54.78°，遠(yuǎn)大于河床礫石疊瓦構(gòu)造的傾角（約34°）約20°；均值標(biāo)準(zhǔn)差12.19；均值的標(biāo)準(zhǔn)誤1.22方差較大：148.64，說(shuō)明疊瓦構(gòu)造傾角比較離散，穩(wěn)定性較差；偏度也很大，在0.384，可能與樣品中的顆粒直徑差異較大有關(guān)，情形與第一個(gè)實(shí)例相同。此外，我們比較了用網(wǎng)格法和平行線法做的兩種結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩種比較接近：用個(gè)網(wǎng)格法獲得的結(jié)果是59.08°，用平行線法獲得的結(jié)果是55.69°，兩者僅差幾度，相對(duì)誤差僅在6％～7％之間。經(jīng)檢驗(yàn)均符合正態(tài)分布。無(wú)疑這組疊瓦構(gòu)造是由河流形成的，是在一種河水流速逐漸減小的過(guò)程中形成的。

圖12　圖版Ⅰ-E的中心放大13倍左右的圖片F(xiàn)ig.12 Photographymaganified about13 times of the center of plateⅠ-E

3 共生、伴生構(gòu)造

我們討論的疊瓦構(gòu)造是一種沉積構(gòu)造，因而有必要詳細(xì)闡述與疊瓦構(gòu)造共生和伴生的其他沉積構(gòu)造，這對(duì)理解和認(rèn)識(shí)疊瓦構(gòu)造的成因和環(huán)境意義有很大幫助。與疊瓦構(gòu)造共生、伴生的構(gòu)造主要有平行層理、爬升層理、小型變形層理工具痕、障礙痕、泥裂及沖刷面—充填面。以下分述：

圖13　圖12　中的疊瓦構(gòu)造傾角分布直方圖（圖a平行線法；圖b網(wǎng)格法）Fig.13 Distributary histogram of the dip angle of imbrication in Fig.12 by grid method

（1）平行層理 在沒(méi)有發(fā)現(xiàn)疊瓦構(gòu)造之前，這種層理開(kāi)始被認(rèn)為是水平層理—由于其粒度細(xì)，尤其是頂部被一層薄泥膜覆蓋，圖版Ⅰ-E。細(xì)層較薄，厚度多在毫米級(jí)，少數(shù)可達(dá)十分之幾毫米，側(cè)向連續(xù)性非常穩(wěn)定。在沒(méi)有發(fā)現(xiàn)疊瓦構(gòu)造之前我們錯(cuò)誤的把這種層理定為水平層理，發(fā)現(xiàn)疊瓦構(gòu)造后我們把它糾正為平行層理。研究認(rèn)為，細(xì)層或薄層的幾何特點(diǎn)和粒度不是區(qū)分水平層理和平行層理的關(guān)鍵，關(guān)鍵是細(xì)層或薄層的形成機(jī)制，即細(xì)層或薄層是以垂向加積還是以水平加積的方式形成的。由于其中發(fā)育了疊瓦構(gòu)造，所以我們可以肯定這種貌似水平層理的層理是一種平行層理。這一結(jié)論與發(fā)育疊瓦構(gòu)造的砂層整體特點(diǎn)相一致，如其中偶夾直徑1 cm的細(xì)礫和直徑數(shù)mm的細(xì)礫石層、層面上有大量工具痕、障礙痕及沖刷—充填構(gòu)造等高能特點(diǎn)。從圖5可以看出自下而上具有明顯的正粒序性。如果以是否發(fā)育疊瓦構(gòu)造作為區(qū)分水平層理和平行層理，那么我們過(guò)去定義的很多沉積相中的水平層理實(shí)際上都是平行層理，這一點(diǎn)希望大家在今后的研究中注意。

（2）爬升層理 在黨河剖面比較常見(jiàn)（圖版Ⅱ-B），有兩種類(lèi)型：一種是波狀爬升層理；另一種是交錯(cuò)爬升層理；總的規(guī)模都很小，尺度多在（10～20）× （2～4）cm。交錯(cuò)爬升層理的爬升角也很小，多在10余度（圖版Ⅱ-B）。在黃河三角洲爬升層理非常發(fā)育，在某些邊灘上幾乎有一半的砂層里發(fā)育的都是爬升層理。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)爬升層理的出現(xiàn)與水流中的搬運(yùn)物質(zhì)偏多有關(guān)，是“床砂太多無(wú)法搬運(yùn)動(dòng)”的結(jié)果［28］。

（3）變形層理 有時(shí)可見(jiàn)，圖版Ⅱ-C。規(guī)?？傮w很小，高寬多在數(shù)厘米，與包卷層理有點(diǎn)相似，有的為軟沉積變形斜歪褶皺。在黃河三角洲的現(xiàn)代邊灘上經(jīng)常可以見(jiàn)到這種變形層理，在形態(tài)和規(guī)模上非常相似，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)形成這種變形層理與快速沉降和流水牽引有關(guān)［28］。但也有學(xué)者認(rèn)為這種變形層理與地震震動(dòng)有關(guān)，我們更相信我們的結(jié)論是正確的，但不排除有的這種變形層理成因與地震相關(guān)。

（4）工具痕 在這套發(fā)育疊瓦構(gòu)造的砂層中常見(jiàn)工具痕，這些工具痕多是由植物根莖刻畫(huà)邊灘表面的泥膜形成的（圖版Ⅱ-D）。其規(guī)模一般較小，寬深多在數(shù)毫米，長(zhǎng)數(shù)十厘米到十余米；直或微曲，有時(shí)彎折。多以數(shù)條或十余條彼此平行的淺溝為特點(diǎn)。延伸方向與水流方向大致相同。在黃河下游由植物形成的工具痕也比較常見(jiàn)［28］。洪水將邊灘或心灘上的紅柳連根拔起，然后將其順流向下游搬運(yùn)，路過(guò)邊灘或心灘時(shí)便在其表面刻畫(huà)出一道道工具痕（也可以稱為溝痕）。在山東青島膠南的靈山島上，近來(lái)我們也發(fā)現(xiàn)了大量由植物刻畫(huà)形成的溝模，說(shuō)明了靈山島這套沉積不是深水，而是淺水或正常三角洲沉積［29］。

（5）障礙痕 也比較常見(jiàn)，形態(tài)非常完美。由直徑數(shù)厘米的礫石屏蔽形成的，多呈馬蹄狀，少數(shù)呈淺溝狀（圖版Ⅱ-E），或向尾端收縮成甲魚(yú)尾狀。深度在2～3 mm，寬度在數(shù)厘米到10余cm，最大長(zhǎng)度可達(dá)1m。表面多被以一厚1～2mm的薄泥膜。礫石的磨圓大部分很好，部分呈卵形，這種礫石能夠屏蔽出非常明顯的障礙痕需要水流極淺：水流的深度不能超過(guò)礫石，否則礫石會(huì)不停的向前滾動(dòng)，這樣就不可能屏蔽出異常水流來(lái)形成障礙痕。因此從形成障礙痕的礫石大小來(lái)推測(cè)但是的水流深度在1 cm左右，是一種極淺水急流的產(chǎn)物。

（6）泥裂 很發(fā)育，在發(fā)育疊瓦構(gòu)造的邊灘頂面最少占2/3的地方發(fā)育有泥裂。泥裂發(fā)育在2～3 mm厚的泥膜中，泥裂縫寬數(shù)厘米，邊緣微弱上翹或強(qiáng)烈上翹。泥裂交織成不規(guī)則網(wǎng)狀（圖版Ⅱ-F）。

（7）波痕 較常見(jiàn)，以流水波痕多見(jiàn)，圖版Ⅱ-G。規(guī)模較小，波寬多在10 cm左右，波高多在1 cm以內(nèi)，波痕指數(shù)大部分大于10，顯示了急流淺水。波脊直、略曲、曲或極不規(guī)則?？v向波痕非常發(fā)育，波痕的總體特點(diǎn)也顯示了淺水急流。

（8）沖刷—充填面或再作用面 常見(jiàn)構(gòu)造。曲面，起伏在1～3 mm。底部為細(xì)礫或細(xì)泥礫。其上變?yōu)槠叫袑永?、小型不?guī)則槽狀交錯(cuò)層理、小型不規(guī)則板狀交錯(cuò)層理及爬升層理。層系厚7～10 cm。圖版Ⅱ-H中共有6個(gè)沖刷—充填面或再作用面。

從上述共生伴生構(gòu)造可以看出，多以流動(dòng)構(gòu)造為主，顯示了與疊瓦構(gòu)造一致的水動(dòng)力特點(diǎn)。

圖14　受薄層控制的顆粒支撐疊瓦構(gòu)造形成示意圖Fig.14 Sketch of particle-support imbrication formation under control by thin layer

4 不同類(lèi)型砂級(jí)疊瓦構(gòu)造的成因解析

前人對(duì)疊瓦構(gòu)造的形成機(jī)制已經(jīng)做過(guò)研究，如1932年Twenhofel就首先闡述了疊瓦構(gòu)造的成因［27］，它認(rèn)為碎屑巖中的疊瓦構(gòu)造起因于沉積事件中的水流作用，當(dāng)板片狀的顆粒作為床載不能繼續(xù)被搬運(yùn)時(shí)，當(dāng)最大的扁平面傾向上游時(shí)，它們獲得了最大的阻力而不被搬運(yùn)，進(jìn)而就形成了疊瓦構(gòu)造。Laming［2］則認(rèn)為情況并非這么簡(jiǎn)單，圓形的顆粒則可以通過(guò)滾動(dòng)和滑動(dòng)形成與水流有一定交角的排列［2］，并非像Twenhofel所說(shuō)的那樣簡(jiǎn)單。通過(guò)對(duì)砂級(jí)疊瓦構(gòu)造的研究，我們認(rèn)為不同類(lèi)型的疊瓦構(gòu)造有著自己不同的形成方式。

前面已介紹了三種不同類(lèi)型的砂級(jí)疊瓦構(gòu)造：一是受薄層控制的顆粒支撐砂級(jí)疊瓦構(gòu)造；二是受薄層控制的顆粒支撐砂級(jí)疊瓦構(gòu)造；三是雜基支撐的砂級(jí)疊瓦構(gòu)造。這三種不同類(lèi)型的砂級(jí)疊瓦構(gòu)造有著不同的方式，并具有不同的環(huán)境意義，以下分述：

（1）受極薄層（幾乎由一個(gè)或數(shù)個(gè)疊瓦構(gòu)造顆粒層組成）控制的顆粒支撐砂級(jí)疊瓦構(gòu)造。其特點(diǎn)前已敘述：主要有兩點(diǎn)：一是受極薄層控制；二是顆粒支撐。要研究氣成因有必要先把它微分，首先按薄層把圖版Ⅰ-A中的疊瓦構(gòu)造層層剝開(kāi)，然后再把單一薄層中的顆粒逐個(gè)分離開(kāi)來(lái)。這一過(guò)程即為疊瓦構(gòu)造形成的一個(gè)反序過(guò)程，即這種疊瓦構(gòu)造是由單個(gè)砂級(jí)顆粒先在側(cè)向疊合成極薄層，然后又由薄層逐層垂向疊合起來(lái)，形成了這種特殊的受極薄層控制的顆粒支撐的疊瓦構(gòu)造，利用圖14表示其形成過(guò)程。顯然，形成這種疊瓦構(gòu)造必須要求水體和沉積底形中沒(méi)有過(guò)多的砂子，每次只有數(shù)個(gè)粒徑大致相等的砂子在沉積底形上移動(dòng)，使砂子可以在沉積底形上自由移動(dòng)，周?chē)挥袑訝钏鞯淖饔茫ㄎ闪鞅仨毞浅Ｈ酰?，很“從容”的疊合到薄層上，周而復(fù)始，形成這種特殊的由薄層控制的顆粒支撐砂級(jí)疊瓦構(gòu)造。所以，形成這種疊瓦構(gòu)造必須要有幾個(gè)非常苛刻的條件：一是沉積底形非常平坦；二是沉積物分選非常好，沒(méi)有雜基和其他更大粒度的顆粒；三是沉積物供應(yīng)量非常有限，使沉積底形處于一種“饑餓”狀態(tài)；四是水流較淺，且以層流為主，如果是紊流，顆粒就不可能有序的排列起來(lái)形成疊瓦構(gòu)造。水體必須淺到不足以讓沉積底形上有波浪效應(yīng)形成的上下震蕩，推測(cè)水流深度在10～20 cm；五是水流的速度要適中，過(guò)快或過(guò)慢都不利于形成這種疊瓦構(gòu)造。水流速度過(guò)慢無(wú)法搬運(yùn)砂級(jí)顆粒，也就談不上形成疊瓦構(gòu)造，過(guò)快砂級(jí)顆粒無(wú)法停留下來(lái)，也同樣無(wú)法形成疊瓦構(gòu)造，推測(cè)的速度在10～20 cm/s。邵珠福等［26］也在青島靈山島的沉積巖紋層中發(fā)現(xiàn)了砂級(jí)顆粒形成的疊瓦構(gòu)造。

圖15　受較厚層控制的顆粒支撐疊瓦構(gòu)造形成示意圖Fig.15 Sketch of particle-supported imbrication formation under control by thiner layer

圖16　受薄層控制的含雜基砂級(jí)顆粒支撐疊瓦構(gòu)造形成示意圖Fig.16 Sketch of particle-supported imbrication formation under control by thiner layer

（2）受較厚層（由數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)疊瓦構(gòu)造顆粒層組成，層內(nèi)無(wú)法進(jìn)一步分出更細(xì)的薄層）控制的顆粒支撐砂級(jí)疊瓦構(gòu)造。由前述可知，這種類(lèi)型的疊瓦構(gòu)造與第一種類(lèi)型有些相似，不同的是由單個(gè)砂級(jí)顆粒側(cè)向疊合形成的薄層變成了由多個(gè)顆粒側(cè)向疊合形成的薄層。從這種疊瓦構(gòu)造的特點(diǎn)看，我們無(wú)法很精細(xì)的描述其薄層內(nèi)顆?？v向和側(cè)向的疊合的序次，它們是以垂向上一次多個(gè)顆粒側(cè)向疊合的，所以我們無(wú)法在垂向上看到由單個(gè)砂級(jí)顆粒側(cè)向疊合形成的薄層，如圖15。所以，形成這種疊瓦構(gòu)造必須也要有幾個(gè)較苛刻的條件：一是沉積底形同樣要非常平坦；二是沉積物分選非常好，沒(méi)有雜基和其他更大粒度的顆粒；三是沉積物供應(yīng)量較多，使沉積底形上處于一種砂?！斑^(guò)剩”狀態(tài)；四是水流較淺，且以層流為主。水體必須淺到不足以讓沉積底形上有波浪效應(yīng)形成的上下震蕩，推測(cè)水流深度至少要在薄層厚度的數(shù)倍到十余倍，否則搬運(yùn)的能量會(huì)不足而難以形成這種類(lèi)型的疊瓦構(gòu)造。推測(cè)這種疊瓦構(gòu)造是在洪峰期形成的，邊灘的灘脊或?yàn)┡_(tái)是主要發(fā)育的微相，天然堤上也常見(jiàn)。

（3）受薄層控制的雜基支撐砂級(jí)疊瓦構(gòu)造。這種疊瓦構(gòu)造的特點(diǎn)是顆粒粒度連續(xù)，而且有大量非形成疊瓦構(gòu)造的顆粒，使得形成疊瓦構(gòu)造的顆粒懸浮在這些細(xì)粒物質(zhì)中，形成一種受雜基支撐的砂級(jí)疊瓦構(gòu)造。形成這種疊瓦構(gòu)造與形成第二種疊瓦構(gòu)造有些相似，都是在一種“床砂”過(guò)多的條件下形成的，所不同的是形成這種疊瓦構(gòu)造的“床砂”在粒度上是連續(xù)的，而不是被很好的分選過(guò)，倒有些像泥石流。其次，在水動(dòng)力學(xué)上，形成這種疊瓦構(gòu)造需要復(fù)雜的紊流，由于紊流能夠“托舉”更多的細(xì)粒顆粒，使得搬運(yùn)物質(zhì)不被分選；第三，要距復(fù)雜物源區(qū)較近或被多種粒度的物源不斷補(bǔ)充摻雜，使被搬運(yùn)物質(zhì)呈現(xiàn)出多種粒度的混合成“泥石流”。第四，在從被搬運(yùn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)向沉積時(shí)，水流必須逐漸放緩，并且由紊流轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿?，砂?jí)顆粒才能逐漸被“拼貼”成疊瓦構(gòu)造，如圖16所示。

甘肅敦煌的黨河和阿克塞河，都是近物源的高能粗粒河流，邊灘的二元結(jié)構(gòu)明顯，砂級(jí)顆粒無(wú)疑是上部單元的沉積，應(yīng)該是懸浮沉積，但在其中發(fā)育有疊瓦構(gòu)造，這種懸浮沉積無(wú)疑成為底部滯留沉積，只不過(guò)是不像礫石沉積在河道或河床中，而是沉積在邊灘上。砂級(jí)顆粒在河道中是呈懸浮搬運(yùn)的，但是一旦進(jìn)入邊灘后由于水流速度驟減和水流深度驟減，紊流也逐漸轉(zhuǎn)化成層流，原先呈懸浮狀態(tài)的砂級(jí)顆粒頃刻間沉到水底，形成一種貼底移動(dòng)或滾動(dòng)的滯留沉積，在淺水急流的作用下形成側(cè)向加積的疊瓦構(gòu)造，如圖16所示。形成受薄層控制的砂級(jí)顆粒疊瓦構(gòu)造對(duì)水體的深度和速度及搬運(yùn)物的要求是比較嚴(yán)格的：淺水、層流和高度分選是基礎(chǔ)。如果水流較深就有可能形成波浪，進(jìn)而可能在沉積物表面形成波痕，就不可能形成這種薄層控制的顆粒支撐的砂級(jí)疊瓦構(gòu)造。如果水流不是層流，而是紊流，也不可能形成這種薄層控制的顆粒支撐的砂級(jí)疊瓦構(gòu)造，因?yàn)槲闪鲿?huì)使砂級(jí)顆粒在沉積時(shí)出現(xiàn)“暈?！倍y以逐個(gè)規(guī)則排列起來(lái)形成薄層控制的疊瓦構(gòu)造。高度分選也是薄層控制的顆粒支撐的砂級(jí)疊瓦構(gòu)造形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，如果分選不好，砂級(jí)顆粒之間就會(huì)被大量雜基充填。

甘肅敦煌和阿克塞的邊灘沉積序列具有典型的二元結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，但發(fā)育有疊瓦構(gòu)造的砂層并非是懸浮組分。砂級(jí)顆粒在河道中被搬運(yùn)時(shí)由于受到紊流的作用而呈現(xiàn)出懸浮的特點(diǎn)，但它們一旦進(jìn)入邊灘后隨著水流速度和深度的驟減，有許多砂級(jí)顆粒迅速沉入水底轉(zhuǎn)變成滾動(dòng)組分被搬運(yùn)，在條件合適時(shí)停留下來(lái)形成薄層控制的砂級(jí)顆粒支撐疊瓦構(gòu)造，利用圖17來(lái)表示這種過(guò)程和結(jié)果。

5 結(jié)論

（1）在甘肅敦煌和阿克塞現(xiàn)代邊灘的砂級(jí)沉積中普遍發(fā)育砂級(jí)顆粒形成的疊瓦構(gòu)造。疊瓦構(gòu)造的類(lèi)型多樣，初步分為三種，隨著研究的深入類(lèi)型還會(huì)增加。

（2）砂級(jí)疊瓦構(gòu)造的傾角比礫石疊瓦構(gòu)造的傾角要大，介于12°～88°之間，傾角均值在51°～63°；傾向也不如礫石疊瓦構(gòu)造那么穩(wěn)定，可以在小范圍內(nèi)呈現(xiàn)出雙傾向。

（3）砂級(jí)疊瓦構(gòu)造對(duì)水流的響應(yīng)比礫石要敏感。顆粒支撐的砂級(jí)疊瓦構(gòu)造有可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是薄層控制的疊瓦構(gòu)造，另一類(lèi)是層塊控制的疊瓦構(gòu)造，這兩種疊瓦構(gòu)造均發(fā)育在“清水”環(huán)境，一般是在洪水的穩(wěn)定期形成的；而雜基支撐的砂級(jí)疊瓦構(gòu)造發(fā)育在濁水環(huán)境，是在洪水的高峰時(shí)期形成的。

（4）極薄層控制的砂級(jí)顆粒支撐疊瓦構(gòu)造是在淺水急流的條件下形成的，水動(dòng)力必須以層流為主，沉積物要分選較好，而層塊狀砂級(jí)顆粒支撐的疊瓦構(gòu)造是在水深略大，水流速度相對(duì)較緩的條件下形成的。

（5）邊灘上發(fā)育的部分薄層砂級(jí)顆粒支撐的疊瓦構(gòu)造是由河床中懸浮顆粒進(jìn)入邊灘后轉(zhuǎn)化成滯留顆粒，在淺水層流的作用下側(cè)向疊置形成的，而不是從水體中垂向加積形成的。所以邊灘上這種發(fā)育有疊瓦構(gòu)造的毫米級(jí)厚薄層、甚至更薄的紋層是平行層理，而不是水平層理。

（6）砂級(jí)疊瓦構(gòu)造導(dǎo)致儲(chǔ)層出現(xiàn)非均質(zhì)性，使儲(chǔ)層在垂向與水平方向上出現(xiàn)明顯不同，在水平方向上垂直疊瓦構(gòu)造的滲透率差于平行疊瓦構(gòu)造方向上的滲透率。

圖17　邊灘砂級(jí)顆粒支撐疊瓦構(gòu)造形成的過(guò)程示意圖Fig.17 Sketch for the particle-supported imbrication formation in the point bar

以上簡(jiǎn)要的介紹了甘肅敦煌和阿克塞現(xiàn)代邊灘上的砂級(jí)顆粒疊瓦構(gòu)造，這些研究是初步的，有許多工作還要繼續(xù)做下去。必須說(shuō)明的是并不是所有的薄層或薄層中都見(jiàn)有疊瓦構(gòu)造，我們認(rèn)為其原因有五點(diǎn)：一是有的薄層根本就沒(méi)有發(fā)育疊瓦構(gòu)造；第二是即便發(fā)育了疊瓦構(gòu)造，但因剖面和觀察方向不是平行于疊瓦構(gòu)造的傾向，而是近于平行疊瓦構(gòu)造的傾向；三是薄層太薄和顆粒太細(xì)，疊瓦構(gòu)造發(fā)育不明顯；四是表面風(fēng)化破壞了疊瓦構(gòu)造；五是沉積物本身不是板片狀，為球粒狀。同時(shí)有必要說(shuō)明的是除了在甘肅敦煌現(xiàn)代邊灘上發(fā)現(xiàn)了砂級(jí)顆粒支撐疊瓦構(gòu)造外，我們?cè)谄渌胤揭舶l(fā)現(xiàn)了這種疊瓦構(gòu)造。此文只是研究砂級(jí)疊瓦構(gòu)造的開(kāi)始，涉及的許多問(wèn)題還有待于深化，包括其幾何學(xué)、成因、環(huán)境意義及其應(yīng)用，都有許多懸而未決的問(wèn)題，有必要今后加強(qiáng)研究。

致謝 本文是在國(guó)家自然科學(xué)基金、教育部博士點(diǎn)基金的資助下完成的，謹(jǐn)致深深的謝意。

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圖版Ⅰ說(shuō)明 A.貌似水平層理的平行層理。薄層厚度多在1mm以下。其中發(fā)育了很好的疊瓦構(gòu)造。圖片中央的白色方塊是做疊瓦構(gòu)造分析的截圖（圖5?。＾p狀河邊灘?，F(xiàn)代。甘肅敦煌黨河；B.敦煌阿克塞沙溝子1號(hào)邊灘。由于照相的距離較遠(yuǎn)整個(gè)圖片中的疊瓦構(gòu)造均是真實(shí)的。因此隨意選擇了中部靠右的一個(gè)區(qū)域作為放大觀察圖片；C.B紅框部分放大4倍左右的圖片。可見(jiàn)軟沉積變形斜歪褶皺及疊瓦構(gòu)造非常清晰。中部的兩層軟沉積變形褶皺的最大高度在1 cm左右，軸面傾向左側(cè)，傾角40°～45°。上部還有兩層更纖細(xì)的呈魚(yú)鰭狀或不大規(guī)則的軟沉積變形褶皺，其軸面傾角更小，從狀如魚(yú)鰭的那個(gè)規(guī)則的軟變形褶皺來(lái)看，軸面傾角在30°左右，其他的傾角似乎更小，下部還有一些模糊的左傾不規(guī)則變形構(gòu)造，其傾角也很小。說(shuō)明了上部和下部受到的流水牽引均更強(qiáng)烈。疊瓦構(gòu)造的傾向與軟沉積變形褶皺一樣，基本都是傾向左側(cè)，與河流的流向相一致。邊灘相?，F(xiàn)代沉積。甘肅敦煌阿克塞河。D.B中的紅框放大近1.5倍的圖片?？梢郧逦目吹椒浅：玫寞B瓦構(gòu)造，還有下部的變形粉砂層粒度明顯小于上部的牽引層，顏色也偏淺。注意注意屏蔽孔隙非常發(fā)育，是非常好的儲(chǔ)集空間；E.正韻律層，底部為沖刷侵蝕面，其下為礫石層。韻律層有10余個(gè)，厚度在數(shù)毫米到7～8厘米之間，底部薄，頂部厚。邊灘相。背景為風(fēng)成砂丘。阿克塞砂溝子。

圖版Ⅱ說(shuō)明 A.平行層理。細(xì)層很平整，側(cè)向也很穩(wěn)定。底部的細(xì)層含細(xì)礫；B.爬升層理。有兩套，但規(guī)模均很小，爬升角也很小，多在10余度；C.變形層理。規(guī)模很小，高寬在（1～2）×（3～5）cm。有點(diǎn)類(lèi)似于包卷層理，“向斜”寬緩，“背斜”尖窄；D.工具痕。多是由植物根莖刻畫(huà)邊灘表面的泥膜形成的。其規(guī)模一般較小，寬深多在數(shù)毫米，長(zhǎng)數(shù)十厘米到十余米；直或微曲，有時(shí)彎折。多以數(shù)條或十余條彼此平行的淺溝為特點(diǎn)。延伸方向與水流方向大致相同。發(fā)育在邊灘表面；E.障礙痕。由礫石屏蔽形成的障礙痕，呈寬淺溝痕狀。在邊灘上非常發(fā)育；F.泥裂。很發(fā)育，在發(fā)育疊瓦構(gòu)造的邊灘頂面，發(fā)育在2～3 mm厚的泥膜中，泥裂縫寬數(shù)厘米，邊緣微弱上翹或強(qiáng)烈上翹。泥裂交織成不規(guī)則網(wǎng)狀；G.波痕。較常見(jiàn)，以流水波痕多見(jiàn)。規(guī)模較小，波寬多在10 cm左右，波高多在1厘米以內(nèi)，波痕指數(shù)大部分大于10，顯示了急流淺水。波脊直、略曲、曲或極不規(guī)則?？v向波痕非常發(fā)育，波痕的總體特點(diǎn)也顯示了淺水急流；H.沖刷—充填面或再作用面。常見(jiàn)構(gòu)造。曲面，起伏在1～3 cm。底部為細(xì)礫或細(xì)泥礫。其上變?yōu)槠叫袑永怼⑿⌒筒灰?guī)則槽狀交錯(cuò)層理、小型不規(guī)則板狀交錯(cuò)層理及爬升層理。層系厚7～10 cm。圖片中共有6個(gè)沖刷—充填面或再作用面。

Study on the Im brication of Sand-scale Particles in M odern Point Bar in Dunhuang City，Gansu

NILiangTian ZHONG JianHua LIYong HUANG LeiTong SHAO ZhuFu LIU ShengXin SUN NingLiang HAO Bing MAO Cui XIONG ZhiQiang TIAN Yuan WANG XiaoNan LIWeiHua
（School of Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao，Shandong 266580，China）

Abstract：Imbricate structure is a common sedimentary structure.Yet，so far，the research on imbricate structure is mainly confined in gravel，and no systematic study of sand grains is conducted.Actually，just like conglomerate，sand grains also develop imbricate structure，and are very perfect.Meanwhile，their imbricate structure containsmuchmore geologic information than that of gravels.Therefore，the study of sand grains'imbricate structure ismuchmore significant.

In this study，we preceded detailed work at Dang River and AksaiRiver of Dunhuang，Gansu in recent years and found that there also develop imbricate structure in sand grains ofmodernmarginal bank，which is farmore complicated than that in gravel.First，according to research，the dip angle of sand grains'imbricate structure varies larger than that of gravel grains'，ranging from some 10°to50°～60°.Themaximum can reach 70°～80°，and the average is 45° ～50°，in total，which is obviously larger than the dip angle，34°，of gravel'in the same channel segment.Second，compared with the gravel'trend，the sand grains'trend is not so stable，and sometimes it can appear double trend in small scope.Third，sand grains'imbricate structure can be controlled by lamina，presenting as lamellar.Fourth，according to the contact relation of sand grains，there are two types of imbricate structure，namely grain-braced imbricate structure andmatrix-braced imbricate structure.Furthermore，the grain-braced imbricate structure also can be divided into two kinds：lamina-controlled imbricate structure and folium-controlled imbricate structure，both of which develop in“clean water”environmentand form in pluvial stabilization period.Meanwhile，matrix-braced sand grains' imbricate structure develops in“muddy water”environment and maybe form in pluvial peak period.

The study of sand grain imbricate structure has significant meaning to sedimentary environment research，paleocurrent analysis and reservoir study.And the grain-braced sand imbricate structure can shape peculiar shield pore and become fine reservoir space，which is the rootof sandstone reservoir's emerging of anisotropy.

Key words：sand；imbricate structure；dip angle；trend；water flow direction；reservoir anisotropy；point bar

第一作者簡(jiǎn)介倪良田 男 1985年出生 博士研究生 沉積學(xué) E-mail：382938098@qq.com

通訊作者鐘建華 男 教授 E-mail：zhongjh@upc.edu.cn

中圖分類(lèi)號(hào)T122.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)：1000-0550（2016）02-0207-15

doi：10.14027/j.cnki.cjxb.2016.02.001

收稿日期：2015-05-04；收修改稿日期：2015-06-27

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41172093）；教育部博士點(diǎn)基金（20030425008，20060425509）［Foundation：National Natural Science Foundation of China，No.41172093；Doctoral Scientific Fund Project of the Ministry of Education of China，No.20030425008，20060425509］