江西會昌盆地晚白堊世周田組砂巖粒度分析和沉積環境

劉東興，陳留勤，劉富軍

(東華理工大學地球科學學院，330013，南昌)

0 引言

碎屑巖粒徑是沉積環境動力條件的直觀反映。因此，碎屑巖樣品粒度分析是判斷沉積環境特征及變化的有效途徑[1]。

在晚中生代，中國東南地殼受伸展拉張影響，形成了典型的“盆嶺構造體系”，盆地接收來自周圍物源區碎屑物的充填形成厚達幾百到數千米的沉積地層[2-6]。這些陸相盆地的形成和演化對區域熱液鈾成礦以及丹霞地貌發育都具有深刻影響[7-8]。近年來，研究者對于華南晚中生代巖漿巖礦床和丹霞地貌的研究已積累了豐富的成果[7,9-12]。與之相比，對于記錄區域構造與沉積環境變化信息的紅色碎屑巖沉積巖則研究較少。

江西邵武-河源斷裂帶中部的會昌盆地晚白堊世紅層地層出露較好，分布于盆地中西部地區的周田組是丹霞地貌的主要發育地層。本文通過對野外露頭觀測，對采集樣品制作的薄片進行巖礦鑒定和粒度分析，結合樣品粒度參數對周田組沉積環境進行討論，為華南白堊紀陸相斷陷盆地沉積演化提供實際材料。

1 區域地質概況

會昌盆地位于江西省東南部，武夷山南段西側，受西部石城-尋烏斷裂帶(河源-邵武斷裂帶中部)控制，呈NE向展布，是一個中生代箕形斷陷盆地(圖1)。盆地紅層發育且起伏簡單，總體上呈西部厚向東以及南北兩端逐漸變薄，反映盆地沉積由東到西、由南北向中部遷移的過程[13]。紅層自下而上劃分為贛州群茅店組、周田組以及圭峰群河口組，其中贛州群茅店組和周田組分布范圍較廣。茅店組分布于盆地東部地區，巖性主要為紫紅色粗-中礫巖以及砂巖，發育粒序層理和斜層理。周田組分布于盆地中部和西部地區，主要巖性為紫紅色粉砂巖、細砂巖以及泥巖互層，中間夾雜一些黃色和其他雜色泥巖層，水平層理發育。河口組位于盆地中部西南側，受洪積扇與沖積扇沉積影響，以紫紅色礫巖、砂巖為主，質地堅硬富含鐵質膠結物分選性較差[13-14]。

2 研究方法

本次在會昌縣周田鎮東側大路凹村的寨下剖面進行觀測和取樣，野外對巖層厚度、沉積巖石特征、粒徑和沉積構造等進行觀測。對采集的5個樣品進行薄片鑒定和粒度分析，具體采樣地點見圖1。

1-第四系碎屑巖；2-上白堊統南雄組碎屑巖；3-上白堊統贛州群碎屑巖；4-侏羅系碎屑巖；5-二疊系灰巖、碎屑巖；6-石炭系碳酸鹽巖；7-泥盆系碎屑巖；8-寒武系灰巖、頁巖和板巖；9-震旦系變余砂巖夾千枚巖、變流紋巖；10-燕山期花崗巖；11-印支期花崗巖；12-加里東期花崗巖、二長花崗巖

將采集的樣品制作成巖石薄片，利用偏光顯微鏡對薄片中的碎屑顆粒按照Gazzi-Dickinson計點法進行統計，數量不少于300個。具體要求為：沿測線進行統計，統計所有粒徑30 μm以上的顆粒，雜基與膠結物除外。計算方法采用福克(Folk)和沃德(Ward)法來獲得不同樣品的平均粒徑(MZ)，標準偏差(δ)，偏度(SK)，以及峰度(KG)[15]；頻率曲線、累積曲線以及概率累積曲線的繪制使用Origin軟件。

3 研究結果

3.1 巖石學特征

在野外露頭剖面上，周田組主要巖性為紫紅色和磚紅色中-細砂巖，夾粉砂巖和泥巖(圖2(a)、(b))。水平層理較為常見，少量正粒序層理，主要表現為由下部中粒砂巖向上部細沙砂巖過渡(圖2(c))。局部層位可見遺跡化石(圖2(d))。

對采集的5個砂巖樣品進行偏光鏡下鑒定，樣品主要為長石砂巖類，碎屑顆粒粒徑為0.02～0.84 mm。碎屑組分占90%以上，主要由石英、長石、云母以及巖屑組成，其中石英占總體組分的68%～71%，主要為單晶石英，偶見脈石英；長石占總體組分27%～30%，以鉀長石為主，含有少量斜長石，且長石表面多發生黏土化和絹云母化(圖3(b))；巖屑組分含量較低(1%～2%)，以沉積巖巖屑為主。膠結物以鐵質膠結物和鈣質膠結物為主(圖3(c)、(d))。顆粒之間以線接觸和凹凸接觸為主，呈顆粒支撐結構。顆粒分選性較好，磨圓度較差，呈次棱角狀-次圓狀(圖3(a))。

(a)宏觀露頭照片；(b)水平層理、中-細砂巖泥巖互層；(c)正粒序層理；(d)遺跡化石

(a)周田組砂巖分選性較好，磨圓程度較差，次棱角狀-次圓狀；(b)鉀長石礦物發生蝕變；(c)發育良好的斜長石顆粒、鐵質膠結物；(d)鈣質膠結物(Q-石英；Kf-鉀長石；Pl-斜長石；Ca-鈣質膠結物)

3.2 沉積物粒度特征

3.2.1 粒度參數特征 由于外部環境以及搬運動力等因素的不同，砂巖的粒度往往呈現不同的分布趨勢，因此通過砂巖粒度分析可以判斷古代沉積環境[1]。砂巖粒度分析主要是通過計算碎屑顆粒的平均粒徑(MZ)、標準偏差(δ)、偏度(SK)和峰度(KG)[15]。本文對會昌盆地周田組采集的5個樣品在鏡下利用Gazzi-Dickinson計點法統計樣品顆粒獲得數據后利用公式計算周田組砂巖的各項粒度參數(表1)。

表1 周田組寨下剖面砂巖粒度參數

平均粒徑(MZ)可以用來反映粒度分布的集中趨勢，而粒度集中程度主要受搬運顆粒的動力以及顆粒自身原始大小的影響[16]。平均粒徑最大值為樣品ZX-35的3.670，最小值為樣品ZX-7的3.103。平均粒徑的均值為3.366，為細砂巖。

標準偏差(δ)可以用來反映碎屑顆粒大小的均勻程度，標準偏差大代表沉積物集中趨勢弱，分選性差，而標準偏差小則代表沉積物集中趨勢較強，分選性較好[17]。根據前人研究確定的沉積物分選級別標準[15]，除樣品ZX-7為0.803，處于0.71～1之間，分選性中等，其余樣品均處于0.5～0.71分選性好的區間。樣品標準偏差平均值為0.656，研究區樣品總體上分選性較好，與前文顯微鏡觀察結果一致。

偏度(SK)用來反映粒度分布的不對稱性，根據福克(Folk)劃分的五級偏度[15]，偏度在-1～-0.3之間為很負偏度，偏度在-0.3～-0.1之間為負偏態，偏度在-0.1～0.1之間為近似對稱，偏度在0.1～0.3之間為正偏態，偏度在0.3～1之間為很正偏態。研究區ZX-7、ZX-25和ZX-35偏度值分別為-0.041、0.004和0.087處于-0.1～0.1之間近似于對稱，而ZX-5與ZX-20偏度值分別為0.119和0.167位于0.1～0.3之間屬于微正偏態。

根據福克(Folk)對峰度(KG)的劃分[15]，可以將峰度值劃分成6級，當峰度值小于0.67代表頻率曲線很平坦；當峰度值處于0.67～0.9之間時代表頻率曲線平坦；當峰度值處于0.9～1.11之間時代表頻率曲線中等接近正態分布；當峰度值處于1.11～1.56之間時代表頻率曲線尖銳；當峰度值處于1.56～3.00之間時代表頻率曲線很尖銳；當峰度值大于3.00時代表頻率曲線非常尖銳。研究區5個樣品中ZX-5和ZX-35峰度值分別為0.845和0.877，頻率曲線平坦；ZX-7、ZX-20和ZX-25分別為0.916、0.936和1.073處于0.9～1.11之間，頻率曲線中等接近正態分布(圖4(a))。

(a)頻率曲線與累積曲線；(b)一跳一懸式；(c)兩跳一懸式；(d)滾動-跳躍-懸浮三段式

3.2.2 粒度曲線特征 在碎屑巖粒度分析中，可以通過一些簡單直觀的圖件輔助分析沉積環境，其中最常用到的就是頻率曲線圖、累積曲線圖和概率累積曲線。3種圖的橫坐標均為φ值，頻率曲線與累積曲線的縱坐標為算術百分比，而概率累積曲線縱坐標為概率百分比[15-17]。通過頻率曲線形態特征和分布范圍可以直觀地反映沉積物的分選性和沉積作用形式等[18]。通過概率累積曲線各次總體線段的區間分布和百分比含量、各次總體線段斜率的差異以及次總體之間交切點位置的差異等，可以反映沉積物顆粒分選性以及沉積環境的動力條件[15]。根據研究區5個樣品的粒度參數分別繪制3種曲線(圖4)。

1)頻率曲線特征。從頻率曲線圖中可看出(圖4(a))，周田組砂巖主要以單峰形式為主(ZX-7為雙峰)，曲線單峰反映周田組沉積時期沉積環境簡單，沉積物的搬運方式一定，動力穩定。ZX-7頻率曲線呈雙峰馬鞍式，這種曲線的形成是由于沉積時有另外一種組分的加入，且加入的組分和之前的組分含量相等，這種曲線的偏度也趨于零，但是分選性較差[15]。沉積物粒徑范圍處于1φ～6φ之間，圖形近似對稱，峰度中等。結合前文偏度值，研究區5個樣品3個近似于對稱，2個為微正偏態，而且5個樣品累積曲線均較為陡峭，研究區沉積物粒度集中且分選性總體較好。

2)概率累積曲線。通過對研究區周田組沉積物概率累積曲線分析，可以識別出跳躍-懸浮兩段式和滾動-跳躍-懸浮三段式(圖4(d))2種曲線，其中跳躍-懸浮兩段式可細分為一跳一懸式(圖4(b))和兩跳一懸式(圖4(c))。滾動次總體在4個樣品中的缺失說明研究區總體水流動力能量不高，很粗的砂礫無法被搬運，具體如下。

a)一跳一懸式。一跳一懸式(ZX-25)由一條跳躍次總體和一條懸浮次總體組成。樣品粒徑范圍為2φ～5φ，成分以跳躍次總體為主約占90%，跳躍次總體和懸浮次總體交切點在4φ～4.25φ之間。跳躍次總體斜率高分選性好，懸浮次總體斜率較低分選性一般，顯示水流作用不是很強。

b)兩跳一懸式。兩跳一懸式(ZX-5,ZX-20,ZX-35)由兩段跳躍次總體和一段懸浮次總體組成。其中ZX-20的概率累積曲線為兩跳一懸夾過渡，兩段跳躍次總體中間有一小段過渡段。不同于一跳一懸式，其跳躍次總體由兩段組成，這主要是受到湖水沖流和回流的改造作用影響沉積而成[15,19]。兩段跳躍次總體的交切點在3φ～3.5φ之間，跳躍次總體和懸浮次總體的交切點在3.75～4.25之間，兩段跳躍次總體斜率不同，但是斜率均較高顯示較好的分選性。懸浮次總體含量小于10%，ZX-20斜率略低，其余兩條曲線斜率較高，總體上懸浮次總體含量少但分選性較高，說明水流作用強于一跳一懸式。

c)滾動-跳躍-懸浮三段式。滾動-跳躍-懸浮三段式(ZX-7)，滾動次總體和懸浮次總體含量較少，跳躍次總體含量多約占90%。滾動次總體和跳躍次總體的交切點在1.25φ，跳躍次總體和懸浮次總體交切點在4.25φ。滾動次總體含量少且斜率低，分選性差，跳躍次總體分選性中等，可能是由于沉積時有另外一種組分加入，而且加入的組分顆粒較粗，頻率曲線呈雙峰馬鞍式(圖4(a))。懸浮次總體斜率較高，分選性好。說明水流作用強于前2種。

4 周田組紅層沉積環境

會昌盆地周田組紅層沉積于晚白堊世，前人認為總體為湖泊環境，且隨著古氣候變化經歷“較濕熱—較冷干—干熱—較濕熱—較冷干”的轉換，湖泊也隨之經歷淡水湖轉變為咸水湖，在轉變為淡水湖的過程[13,20]。一般而言，一個湖盆自湖岸到湖心粒徑由粗到細，大致為礫巖、砂巖、粉砂巖和泥巖，河水流過河口較粗粒級物質先沉積，較細粒級沉積物則被搬運至湖心沉積[15]。水平層理往往形成于穩定的水動力條件，由懸浮物質緩慢沉積而成[15]。地層柱狀圖(圖2)顯示周田組以細砂巖和粉砂巖為主，夾薄層泥巖，發育水平層理(圖2(a))，可見生物遺跡化石(圖2(d))。根據吳崇筠依據湖水深度和水動力條件對湖泊沉積相的劃分[21]，研究區周田組主要為淺湖相沉積，與廣豐盆地晚白堊世周田組沉積環境類似[22]。

河流沉積物概率累積曲線呈滾動-懸浮兩段式，主要表現為滾動次總體的缺失和較為發育的懸浮次總體(含量>10%)[15]。研究區周田組概率累積曲線也是主要由跳躍-懸浮兩段式組成，但不同的是懸浮次總體含量較少2%～9%，而且研究區4個兩段式概率累積曲線中有2個兩跳一懸式和1個兩跳一懸夾過渡式(圖4(c))，多個跳躍次總體說明沉積時受到湖水波浪的改造作用，說明沉積環境處于湖泊波浪基準面之上。樣品中滾動次總體僅存在于ZX-7中(圖4(d))，而且表現出含量少和分選性差的特點，說明沉積區環境水流動力能量不高。因此，通過根據砂巖巖性特征和概率累積曲線說明研究區周田組沉積環境主要為水動力較弱的淺湖相沉積。

5 結論

會昌盆地為一個近南北向展布的小型陸相斷陷盆地，周田組紅層的巖性包括中砂至泥巖不同粒徑的碎屑物，總體較細，而且分選性較好，常見水平層理與生物遺跡化石及少量正粒序層理。

周田組紅層樣品概率累積曲線以跳躍-懸浮兩段式為主，跳躍次總體含量較高，懸浮次總體含量低，滾動次總體在多數樣品中缺失表明沉積環境水動力能量較弱，跳躍次總體和懸浮次總體斜率較高，表明研究區砂巖分選性較好。根據砂巖粒度參數特征和野外露頭資料顯示，會昌盆地周田組砂巖沉積環境是水動力較弱的淺湖相沉積。