鄂西恩施白堊紀(jì)盆地跑馬崗組砂礫巖粒度分析

吳 龍, 宗 維, 杜小峰, 李 朋

(湖北省地質(zhì)調(diào)查院,湖北 武漢 430034)

沉積物的粒度主要受搬運(yùn)介質(zhì)、搬運(yùn)方式、沉積環(huán)境等因素控制。因此,通過對(duì)沉積物粒度分布研究可以了解沉積物所處的沉積環(huán)境[1-2],所以粒度分析資料被廣泛地用來研究沉積巖的成因,本文通過對(duì)跑馬崗組典型砂礫巖進(jìn)行粒度分析,結(jié)合砂礫巖粒度特征參數(shù)、粒度概率累計(jì)曲線、結(jié)構(gòu)參數(shù)散點(diǎn)圖解等方法,分析跑馬崗組沉積環(huán)境。

1 地質(zhì)背景

恩施盆地位于鄂西地區(qū)恩施城—芭蕉一帶,總體呈近北北東向不規(guī)則矩形展布,南北長約20～25 km,東西寬5～7 km,面積100～150 km2,是由恩施斷裂控制并于晚白堊世—新近紀(jì)時(shí)期形成的山間斷陷盆地。大地構(gòu)造屬揚(yáng)子(華南)板塊中部[3],西與四川盆地毗鄰,北靠秦嶺—大別造山帶,東接江南—雪峰滑脫推覆隆起帶,其形成與演化直接受控于恩施斷裂燕山晚期以來的多期活動(dòng)。盆地西緣邊界為恩施斷裂帶[4],東緣與下伏地層多呈角度不整合接觸關(guān)系,僅局部為斷層接觸關(guān)系(圖1)。盆地內(nèi)褶皺變形構(gòu)造不發(fā)育,斷層相對(duì)較發(fā)育。受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)的影響,部分地區(qū)形成北西(西)向、北東向、近南北向小斷層,十分寬緩的小型褶曲僅局部出現(xiàn),宏觀上表現(xiàn)為兩翼相對(duì)寬緩的向斜構(gòu)造。

圖1 恩施盆地地質(zhì)簡(jiǎn)圖Fig.1 Geological sketch of Enshi Basin1.第四紀(jì)地層;2.跑馬崗組二段;3.跑馬崗組一段;4.三疊紀(jì)地層;5.二疊紀(jì)—泥盆紀(jì)地層;6.志留紀(jì)地層;7.奧陶紀(jì)—寒武紀(jì)地層;8.斷層;9.地名;10.道路;11.礫巖采樣點(diǎn);12.砂巖采樣點(diǎn)。

跑馬崗組根據(jù)粒度及巖性組合特征,自下而上可劃分為兩個(gè)巖性段[5]。

跑馬崗組一段厚度在183.7～199.1 m之間。主要發(fā)育一套礫巖層,上部為含礫細(xì)砂巖。礫巖主體成分與所在位置的下伏地層一致,表明總體的物源為近源沉積。礫巖層底部雜亂堆積,礫石礫徑變化大,棱角明顯,無磨圓,向上礫度逐漸具有一定的分選與磨圓,見前積體堆積樣式,上部則為砂礫互層或砂夾礫巖的組合,表明間歇性洪泛的特征(圖2),本文在跑馬崗組一段采集7處礫巖樣品,主要位于盆地兩緣。

跑馬崗組二段厚度>448 m,主要以磚紅色厚層—塊狀含鈣質(zhì)結(jié)核粉—細(xì)砂巖、鈣質(zhì)泥巖的疊置為特征。粉—細(xì)砂巖中發(fā)育大型板狀斜層理、槽狀交錯(cuò)層理、平行層理,重力滑塌構(gòu)造;向上總體上泥質(zhì)成分增多,粉—細(xì)砂巖成分減少(圖2),在跑馬崗組二段采集19件砂巖樣品,樣品均勻分布于盆地中部。

圖2 跑馬崗組地層野外照片F(xiàn)ig.2 Photographs of Paomagang Formation strata

2 跑馬崗組一段礫巖粒度分析

礫石主要產(chǎn)自跑馬崗組一段,主要發(fā)育在恩施盆地東部及西部邊緣地帶,礫石分選差—中,磨圓差,棱角分明。針對(duì)跑馬崗組一段發(fā)育的礫巖,對(duì)研究區(qū)7處礫巖(位置見圖1)進(jìn)行直接測(cè)量法,對(duì)>2 mm的礫石直接用尺子進(jìn)行測(cè)量,每顆礫石分別測(cè)量長軸(A)與短軸(B),用兩軸的平均值(A+B)/2代表礫石的粒徑。根據(jù)測(cè)量的粒徑進(jìn)行分析,礫石粒徑范圍多集中在0.5～32 cm之間,巖石總體結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度均較低。

通過野外直接觀察記錄,7處礫巖樣品共測(cè)試了695個(gè)礫石粒度,經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析,可以得到樣品頻率直方圖。主要以單峰式、雙峰式為主,雙峰式主峰位于較細(xì)的部分,主粒徑不明顯,偏度極正偏,代表由沖積扇扇根的泥石流沉積;單峰式多代表沖積扇扇中的辮狀河道沉積[6]。從參數(shù)統(tǒng)計(jì)圖(圖3)分析,樣品Φ值在-4～1之間,多集中在-3～0之間,以牽引總體A為主,少見跳躍總體B,未見懸浮質(zhì),呈兩段式,與河流類似,但整體粒度偏粗。牽引總體與跳躍總體間斷點(diǎn)FT出現(xiàn)在-1.4～-0.4(Φ值)之間。牽引總體含量高,達(dá)到90%以上,斜率較大,分選差;跳躍總體含量少,具有一定的分選性,在巖石地層中表現(xiàn)為發(fā)育前積楔狀體,為沖積扇扇根的泥石流沉積產(chǎn)物;向上具粒度逐漸變細(xì)、分選磨圓變好等特征,顯示搬運(yùn)距離變大,為沖積扇扇中的辮狀河道沉積產(chǎn)物。

3 跑馬崗組二段砂巖粒度分析

3.1 粒度參數(shù)特征

本次研究針對(duì)跑馬崗組二段砂巖進(jìn)行采樣工作,共采樣19件,采樣位置主要分布在恩施盆地中部及其周緣(位置見圖1),19件砂巖樣品共測(cè)試了5 879個(gè)顆粒的粒度,平均每個(gè)樣品測(cè)量顆粒數(shù)目309粒,達(dá)到統(tǒng)計(jì)需要的測(cè)試要求(表1)。

所有樣品未見礫級(jí)(Φ≤-1)、巨砂(-1<Φ≤0)、粗砂(0<Φ≤1)、細(xì)粉砂(5<Φ≤8)組分,所有樣品中基本都含有中砂(1<Φ≤2)、細(xì)砂(2<Φ≤3)、極細(xì)砂(3<Φ≤4)、粘土(Φ>8),只有8件樣品含有粗粉砂(4<Φ≤5)。分析結(jié)果顯示,細(xì)砂出現(xiàn)比例最高(2<Φ≤3),占測(cè)試樣品總數(shù)的53.11%,其次為中砂(1<Φ≤2)、極細(xì)砂(3<Φ≤4)、粘土(Φ>8)及粗粉砂(4<Φ≤5),所占測(cè)試樣品總數(shù)比例分別為31.82%、7.57%、7.37%、0.08%。樣品粒度分布較為集中,未見某件樣品3項(xiàng)粒度含量均>16%的現(xiàn)象,以上特征顯示跑馬崗組二段砂巖顯示出較好的分選性,樣品中未發(fā)現(xiàn)濁流沉積現(xiàn)象。

3.2 粒度概率累積曲線

根據(jù)跑馬崗組二段砂巖粒度分布參數(shù)統(tǒng)計(jì)圖(圖4)可以看出,頻率曲線顯示較好的正態(tài)分布特征,頻率直方圖多呈單峰式,雙峰式較少,標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)在1.11～1.68之間,偏度(SK)為0.22～0.59,低于河流相沉積[7]。正態(tài)概率累積曲線主要為二段式和三段式兩種。二段式(LD-2、3、4、11、12、13、14、15、16)由跳躍組分和懸浮組分組成,與河流沉積相相類似,樣品Φ值在1～4之間,多集中在1.4～2.8之間,以中砂—細(xì)砂為主,以跳躍組分為主,少見懸浮組分,主要為三角洲平原分流河道亞沉積環(huán)境形成。三段式(LD-1、5、6、7、8、9、10、17、18、19)是在兩段式基礎(chǔ)上增加了滾動(dòng)組分,樣品Φ值在1.2～4.4之間,多集中在1.8～3.2之間,以細(xì)砂為主,主要出現(xiàn)在三角洲前緣河口壩亞相。

圖3 跑馬崗組一段礫巖粒度分布參數(shù)統(tǒng)計(jì)圖Fig.3 Statistical chart of particle size distribution parameters of conglomerate in the first member of the Paomagang Formation

表1 跑馬崗組二段砂巖粒度分析統(tǒng)計(jì)表(單位:%)Table 1 Statistical table of grain size analysis of sandstone in the second member of the Pangmagang Formation

巖石名稱樣品數(shù)量測(cè)量點(diǎn)數(shù)礫石Φ≤-1巨砂-1<Φ≤0粗砂0<Φ≤1中砂1<Φ≤2細(xì)砂2<Φ≤3極細(xì)砂3<Φ≤4粗粉砂4<Φ≤5細(xì)粉砂5<Φ≤8粘土>8中砂巖132000068.9822.310.71008細(xì)砂中砂巖131000048.7542.021.23008細(xì)砂質(zhì)中砂巖430700059.8532.460.69007中砂細(xì)砂巖130500029.8247.6915.440.0507中砂質(zhì)細(xì)砂巖330500032.6658.532.143007細(xì)砂巖631100012.6972.498.60.0506.17細(xì)砂質(zhì)極細(xì)砂巖1310000038.5752.321.1208含細(xì)粉砂和粘土中砂細(xì)砂巖132000031.6746.436.910015含細(xì)粉砂和粘土細(xì)砂巖130500011.7771.756.48008平均值30900031.8253.117.570.0807.37

圖4 跑馬崗組二段砂巖粒度分布參數(shù)統(tǒng)計(jì)圖Fig.4 Statistical chart of grain size distribution parameters of sandstone in the second member of the Paomagang Formation

3.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)離散點(diǎn)圖解

根據(jù)弗里德曼(1967)的離散圖,利用粒度參數(shù)偏度(SK)和標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)的對(duì)應(yīng)值對(duì)跑馬崗組二段19件砂巖進(jìn)行投點(diǎn)分析(圖5),結(jié)果表明絕大多數(shù)點(diǎn)都落在三角洲前緣與平原區(qū),只有LD-11落在洪泛平原及部分三角洲平原區(qū)。結(jié)合跑馬崗組二段砂巖中板狀交錯(cuò)層理、板狀斜層理、波狀層理、平行層理及基本序列可以判斷,跑馬崗組二段砂巖主體沉積于三角洲平原—前緣沉積環(huán)境。

圖5 跑馬崗組二段砂巖偏度(SK)與標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)離散圖Fig.5 Discrete diagram of standard deviation (σ) for sandstone skewness (SK) of the second member of the Paomangang Formation

4 結(jié)論

前人通過巖性組合和層序地層對(duì)恩施白堊紀(jì)盆地跑馬崗組砂礫巖的沉積環(huán)境進(jìn)行判定,得出恩施盆地總體為三角洲前緣—平原沉積特征。本文通過對(duì)該組砂礫巖粒度研究來判定水動(dòng)力條件,從另一個(gè)角度分析判別當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境,得出如下結(jié)論:

(1) 粒度特征方面。跑馬崗組一段,樣品Φ值在-4～1之間,多集中在-3～0之間,牽引總體與跳躍總體間斷點(diǎn)FT出現(xiàn)在-1.4～-0.4(Φ值)之間,牽引總體含量高,達(dá)到90%以上。跑馬崗組二段,樣品頻率直方圖多呈單峰式,標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ)在1.11～1.68之間,偏度(SK)為0.22～0.59,正態(tài)概率累積曲線主要為二段式和三段式兩種。二段式(LD-2、3、4、11、12、13、14、15、16)由跳躍組分和懸浮組分組成,樣品Φ值在1～4之間,多集中在1.4～2.8之間;三段式(LD-1、5、6、7、8、9、10、17、18、19)是在兩段式基礎(chǔ)上增加了滾動(dòng)組分,樣品Φ值在1.2～4.4之間,多集中在1.8～3.2之間。

(2) 沉積環(huán)境方面。跑馬崗組一段下部為沖積扇扇根的泥石流沉積產(chǎn)物,上部為沖積扇扇中的辮狀河道沉積產(chǎn)物。跑馬崗組二段主要為三角洲平原分流河道亞相和三角洲前緣河口壩亞相,總體為一由沖積扇連續(xù)過渡到三角洲的沉積相模式。