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鲕粒粒度特征及其指示意义

郭芪恒 金振奎 史书婷 朱小二 李硕 陈媛 王金艺

郭芪恒, 金振奎, 史书婷, 朱小二, 李硕, 陈媛, 王金艺. 鲕粒粒度特征及其指示意义—以北京西山下苇甸寒武系张夏组剖面为例[J]. 沉积学报, 2020, 38(4): 737-746. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.050
引用本文: 郭芪恒, 金振奎, 史书婷, 朱小二, 李硕, 陈媛, 王金艺. 鲕粒粒度特征及其指示意义—以北京西山下苇甸寒武系张夏组剖面为例[J]. 沉积学报, 2020, 38(4): 737-746. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.050
GUO QiHeng, JIN ZhenKui, SHI ShuTing, ZHU XiaoEr, LI Shuo, CHEN Yuan, WANG JinYi. Characteristics of Ooid Size and Its Environmental Significance: A case study from the Cambrian Zhangxia Formation at Xiaweidian outcrop, Beijing[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(4): 737-746. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.050
Citation: GUO QiHeng, JIN ZhenKui, SHI ShuTing, ZHU XiaoEr, LI Shuo, CHEN Yuan, WANG JinYi. Characteristics of Ooid Size and Its Environmental Significance: A case study from the Cambrian Zhangxia Formation at Xiaweidian outcrop, Beijing[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(4): 737-746. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.050

鲕粒粒度特征及其指示意义—以北京西山下苇甸寒武系张夏组剖面为例

doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.050
基金项目: 

国家重点基础研究发展计划(973计划)项目 2006CB202300

详细信息
    作者简介:

    郭芪恒,男,1994年出生,硕士研究生,沉积学、层序地层学及储层地质学,E⁃mail: 1974735970@qq.com

    通讯作者:

    金振奎,男,教授,E⁃mail: jinzhenkui@188.com

  • 中图分类号: P588.245 P534.41

Characteristics of Ooid Size and Its Environmental Significance: A case study from the Cambrian Zhangxia Formation at Xiaweidian outcrop, Beijing

Funds: 

National Basic Research Program of China 2006CB202300

  • 摘要: 沉积物的粒度资料是确定沉积环境的重要依据,一直以来多应用在碎屑岩方面,较少用于碳酸盐岩的分析。以北京西山寒武系张夏组鲕粒石灰岩为研究对象,在野外实测、室内薄片粒度统计的基础上,通过分析鲕粒粒度参数、粒度频率曲线及概率累积曲线特征,明确了鲕粒粒度在分析鲕粒灰岩沉积环境上的重要作用,并建立了下苇甸鲕粒粒度特征与鲕粒滩在空间上的耦合关系。研究结果表明:鲕粒粒径大小、分选系数、峰度及概率累积曲线组分截点可以很好地反映鲕粒沉积水动力环境;一般情况下,水动力环境较稳定的间歇高能滩沉积的灰泥鲕粒石灰岩鲕粒粒径较小,分选好,峰度尖锐,频率曲线主要为单峰态,鲕粒以悬浮搬运为主;水动力较为动荡的高能滩沉积的亮晶鲕粒石灰岩鲕粒粒径较大,分选较差,峰度多为平坦、中等,频率曲线主要为多峰态,概率累积曲线多为一跳一悬两段式;鲕粒的粒径与鲕粒圈层类型密切相关,粒径较大的鲕粒多以同心鲕、同心放射鲕为主,粒径较小的鲕粒多为放射鲕。研究结果为分析颗粒石灰岩的沉积环境提供了理论和依据。
  • 图  1  北京下苇甸寒武系张夏组露头位置及沉积模式

    (a)北京西山寒武系地层出露情况及下苇甸剖面位置(据北京市区域地质志[20]);(b)寒武系实测剖面示意图;(c)下苇甸张夏组沉积模式(据郭芪恒等[21],有修改)

    Figure  1.  Outcrop position and depositional model of the Cambrian Zhangxia Formation in Xiaweidian, Beijing

    图  2  北京下苇甸剖面张夏组鲕粒粒度参数综合柱状图

    Figure  2.  Comprehensive column of ooids size parameter of the Zhangxia Formation

    图  3  鲕粒粒径变化动态平衡示意图(据Trower et al. [10]

    Figure  3.  Dynamic equilibrium ooid size model (after Trower et al. [10] )

    图  4  北京下苇甸剖面张夏组鲕粒特征

    (a)亮晶鲕粒石灰岩,受到强水动力的反复磨损,鲕粒边缘不平整,单偏,Z⁃55;(b)灰泥鲕粒石灰岩,鲕粒粒度相对比较均一,单偏,Z⁃12;(c)亮晶云质鲕粒石灰岩,鲕粒粒径相差较大,单偏,Z⁃50;(d)亮晶鲕粒石灰岩,鲕粒粒径相差大,鲕粒同心圈层发育,单偏,Z⁃63

    Figure  4.  Characteristics of ooids from the Zhangxia Formation

    图  5  北京下苇甸张夏组鲕粒粒度参数关系

    (a)张夏组鲕粒偏态与分选系数关系散点图;(b)张夏组鲕粒与分选系数关系散点图

    Figure  5.  Relationship between kurtosis and sorting of ooids, Zhangxia Formation

    图  6  北京下苇甸张夏组鲕粒频率曲线特征

    Figure  6.  Frequency curves for ooid size in the Zhangxia Formation

    图  7  北京下苇甸张夏组鲕粒粒度概率累积曲线特征

    Figure  7.  The cumulative probability curves of ooids in the Zhangxia Formation

    图  8  鲕粒粒度特征与鲕粒滩耦合关系示意图

    Figure  8.  The spatial coupling relationship between characteristics of ooid size and the sedimentary environment of the oolitic beach, Zhangxia Formation

    表  1  北京下苇甸张夏组鲕粒分选级别划分标准

    Table  1.   Classification criteria for ooid sorting from the Zhangxia Formation

    分选级别 极好 较好 中等 较差
    鲕粒σ 1 <0.3 0.3~0.35 0.35~0.4 0.4~0.45 0.45~0.5 >0.55
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    表  2  下苇甸张夏组鲕粒分选

    注:亮晶:鲕粒灰岩填隙物为亮晶方解石;灰泥:鲕粒灰岩填隙物为灰泥。样品说明:下苇甸张夏组共采样63块,由剖面底至顶编号Z⁃1到Z⁃63,空缺的样品非鲕粒石灰岩。

    Table  2.   Sorting of ooids, Zhangxia Formation

    样品编号 填隙物 类型 分选系数σ 1 分选级别 样品编号 填隙物 类型 分选系数σ 1 分选级别
    Z⁃63 亮晶 0.44 中等 Z⁃32 灰泥 0.42 中等
    Z⁃62 亮晶 0.46 较差 Z⁃31 灰泥 0.44 中等
    Z⁃61 亮晶 0.34 Z⁃30 灰泥 0.35
    Z⁃59 亮晶 0.35 Z⁃29 灰泥 0.28 极好
    Z⁃57 灰泥 0.31 Z⁃27 灰泥 0.33
    Z⁃56 亮晶 0.32 Z⁃26 灰泥 0.25 极好
    Z⁃55 亮晶 0.20 极好 Z⁃25 灰泥 0.19 极好
    Z⁃54 亮晶 0.37 较好 Z⁃22 灰泥 0.22 极好
    Z⁃53 亮晶 0.57 Z⁃20 灰泥 0.31
    Z⁃52 亮晶 0.36 较好 Z⁃19 灰泥 0.24 极好
    Z⁃50 亮晶 0.50 较差 Z⁃16 亮晶 0.46 较差
    Z⁃48 亮晶 0.45 较差 Z⁃15 亮晶 0.31
    Z⁃47 亮晶 0.31 Z⁃12 灰泥 0.25 极好
    Z⁃45 亮晶 0.28 极好 Z⁃9 灰泥 0.47 较差
    Z⁃44 灰泥 0.27 极好 Z⁃7 亮晶 0.44 中等
    Z⁃43 亮晶 0.37 较好 Z⁃6 灰泥 0.33
    Z⁃40 亮晶 0.37 较好 Z⁃4 灰泥 0.32
    Z⁃38 灰泥 0.41 中等 Z⁃3 灰泥 0.37 中等
    Z⁃33 亮晶 0.27 极好
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  • [1] 朱筱敏. 沉积岩石学[M]. 4版. 北京:石油工业出版社,2008.

    Zhu Xiaomin. Sedimentary petrology[M]. 4th ed. Beijing: Petroleum Industry Press, 2008.
    [2] 郑浚茂,王德发,孙永传. 黄骅拗陷几种砂体的粒度分布特征及其水动力条件的初步分析[J]. 石油实验地质,1980,2(2):9-20.

    Zheng Junmao, Wang Defa, Sun Yongchuan. Preliminary Analysis of particle size distribution characteristics and hydrodynamic conditions of several sand body in Huanghua Depression[J]. Petroleum Geology & Experiment, 1980, 2(2): 9-20.
    [3] 雷国良,张虎才,张文翔,等. 柴达木盆地察尔汗古湖贝壳堤剖面粒度特征及其沉积环境[J]. 沉积学报,2007,25(2):274-282.

    Lei Guoliang, Zhang Hucai, Zhang Wenxiang, et al. Characteristics of grain-size and sedimentation of shell bar section in salt lake Qarhan, Qaidam Basin[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2007, 25(2): 274-282.
    [4] 董延钰,金芳,黄俊华. 鄱阳湖沉积物粒度特征及其对形成演变过程的示踪意义[J]. 地质科技情报,2011,30(2):57-62.

    Dong Yanyu, Jin Fang, Huang Junhua. Poyang Lake sediments grain size characteristics and its tracing implication for formation and evolution processes[J]. Geological Science and Technology Information, 2011, 30(2): 57-62.
    [5] 马龙,吴敬禄,温军会,等. 乌梁素海湖泊沉积物粒度特征及其环境指示意义[J]. 沉积学报,2013,31(4):646-652.

    Ma Long, Wu Jinglu, Wen Junhui, et al. Grain size characteristics and its environmental significance of lacustrine sediment recorded in Wuliangsu Lake, Inner Mongolia[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2013, 31(4): 646-652.
    [6] 蒋庆丰,刘兴起,沈吉. 乌伦古湖沉积物粒度特征及其古气候环境意义[J]. 沉积学报,2006,24(6):877-882.

    Jiang Qingfeng, Liu Xingqi, Shen Ji. Grain-size characteristics of Wulugu Lake sediments and its palaeoclimate and palaeoenvironment implication[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2006, 24(6): 877-882.
    [7] 朱锐,张昌民,龚福华,等. 粒度资料的沉积动力学在沉积环境分析中的应用:以江汉盆地西北缘上白垩统红花套组沉积为例[J]. 高校地质学报,2010,16(3):358-364.

    Zhu Rui, Zhang Changmin, Gong Fuhua, et al. Use of sediment dynamic analysis in environment interpretation: A case study on Honghuatao Formation, Upper Cretaceous of western Jianghan Basin, Hubei province[J]. Geological Journal of China Universities, 2010, 16(3): 358-364.
    [8] 葛东升,刘玉明,柳雪青,等. 粒度分析在致密砂岩储层及沉积环境评价中的应用[J]. 特种油气藏,2018,25(1):41-45,72.

    Ge Dongsheng, Liu Yuming, Liu Xueqing, et al. Application of grain size analysis in tight sandstone reservoir and sedimentary environment evaluation[J]. Special Oil & Gas Reservoirs, 2018, 25(1): 41-45, 72.
    [9] Sumner D Y, Grotzinger J P. Numerical modeling of ooid size and the problem of Neoproterozoic giant ooids[J]. Journal of Sedimentary Petrology, 1993, 63(5): 974-982.
    [10] Trower E J, Lamb M P, Fischer W W. Experimental evidence that ooid size reflects a dynamic equilibrium between rapid precipitation and abrasion rates[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2017, 468: 112-118.
    [11] Bathurst R G C. Carbonate sediments and their diagenesis[M]. Amsterdam: Elsevier, 1972: 658.
    [12] Swett K, Knoll A H. Marine Pisolites from Upper Proterozoic carbonates of east Greenland and Spitsbergen[J]. Sedimentology, 1989, 36(1): 75-93.
    [13] 赵东方,胡广,张文济,等. 渝北巫溪鱼鳞剖面灯影组鲕粒沉积特征及其地质意义[J]. 地质论评,2018,64(1):191-202.

    Zhao Dongfang, Hu Guang, Zhang Wenji, et al. Sedimentary characteristics of ooids of Sinian (Ediacaran) Dengying Formation on the Yulin section in Wuxi, Chongqing, and geological implications[J]. Geological Review, 2018, 64(1): 191-202.
    [14] 付坤荣,黄理力,祝怡,等. 塔中地区晚奥陶世碳酸盐台缘与台内沉积差异:定性和定量的碳酸盐岩微相综合分析[J]. 沉积学报,2018,36(1):101-109.

    Fu Kunrong, Huang Lili, Zhu Yi, et al. The depositional diversity between platform margin and platform interior on the Late Ordovician carbonate rimmed-platform of Tazhong area: A case study of qualitative and quantitative integrated microfacies analysis[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2018, 36(1): 101-109.
    [15] 周肖贝,李江海,王洪浩,等. 寒武纪全球板块构造与古地理环境再造[J]. 海相油气地质,2014,19(2):1-7.

    Zhou Xiaobei, Li Jianghai, Wang Honghao, et al. Reconstruction of Cambrian global paleo-plates and paleogeography[J]. Marine Origin Petroleum Geology, 2014, 19(2): 1-7.
    [16] 段吉业,刘鹏举,夏德馨. 浅析华北板块中元古代—古生代构造格局及其演化[J]. 现代地质,2002,16(4):331-338.

    Duan Jiye, Liu Pengju, Xia Dexin. The preliminary research on tectonic pattern and tectonic evolution of Mesoproterozoic-Paleozoic in North China Plate[J]. Geoscience, 2002, 16(4): 331-338.
    [17] 冯增昭,陈继新,吴胜和. 华北地台早古生代岩相古地理[J]. 沉积学报,1989,7(4):15-55.

    Feng Zengzhao, Chen Jixin, Wu Shenghe. Early Paleozoic lithofacies palaeogeography of the North China Platform[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 1989, 7(4): 15-55.
    [18] 马永生,梅冥相,周润轩,等. 层序地层框架下的鲕粒滩形成样式:以北京西郊下苇甸剖面寒武系第三统为例[J]. 岩石学报,2017,33(4):1021-1036.

    Ma Yongsheng, Mei Mingxiang, Zhou Runxuan, et al. Forming patterns for the oolitic bank within the sequence-stratigraphic framework: An example from the Cambrian Series 3 at the Xiaweidian section in the western suburb of Beijing[J]. Acta Petrologica Sinica, 2017, 33(4): 1021-1036.
    [19] 郭芪恒,金振奎,朱小二,等. 北京下苇甸剖面张夏组鲕粒特征及其白云化机制[J]. 现代地质,2018,32(4):766-773.

    Guo Qiheng, Jin Zhenkui, Zhu Xiaoer, et al. Characteristics of oolites and their dolomitization mechanism of the Cambrian Zhangxia Formation at Xiaweidian outcrop in Beijing[J]. Geoscience, 2018, 32(4): 766-773.
    [20] 北京市地质矿产局. 北京市区域地质志[M]. 北京:地质出版社,1991.

    Beijing Bureau of Geology and Mineral Resources. People's republic of China ministry of geology and mineral resources[M]. Beijing: Geological Publishing House, 1991.
    [21] 郭芪恒,金振奎,安益辰,等. 北京下苇甸地区张夏组沉积环境及沉积模式[J]. 沉积学报,2019,37(1):40-50.

    Guo Qiheng, Jin Zhenkui, An Yichen, et al. Study on sedimentary environment and patterns of the Cambrian Zhangxia Formation at Xiaweidian, Beijing[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2019, 37(1): 40-50.
    [22] Friedman G M. Comparison of moment measures for sieving and thin-section data in sedimentary petrological studies[J]. Journal of sedimentary Research, 1962, 32(1): 15-25.
    [23] Folk R L, Ward W C. Brazos river bar: A study in the significance of grain size parameters[J]. Journal of sedimentary Petrology, 1957, 27(1): 3-26.
    [24] 陈俊飞,李琦,朱如凯,等. 鄂尔多斯盆地西南部长8段致密砂岩储层粒度特征及其环境指示意义[J]. 大庆石油地质与开发,2018,37(4):10-19.

    Chen Junfei, Li Qi, Zhu Rukai, et al. Grain-size characteristics of the tight sandstone reservoir and their environmental indicating significances for member Chang-8 in Southwest Ordos Basin[J]. Petroleum Geology & Oilfield Development in Daqing, 2018, 37(4): 10-19.
    [25] Davies P J, Bubela B, Ferguson J. The formation of ooids[J]. Sedimentology, 1978, 25(5): 703-730.
    [26] Diaz M R, Eberli G P, Blackwelder P, et al. Microbially mediated organomineralization in the formation of ooids[J]. Geology, 2017, 45(9): 771-774.
    [27] Summons R E, Bird L R, Gillespie A L, et al. Lipid biomarkers in ooids from different locations and ages: Evidence for a common bacterial flora[J]. Geobiology, 2013, 11(5): 420-436.
    [28] 梅冥相,马永生,梅仕龙,等. 华北寒武系层序地层格架及碳酸盐台地演化[J]. 现代地质,1997,11(3):275-282.

    Mei Ming⁃xiang, Ma Yongsheng, Mei Shilong, et al. Framwork of Cambrian sedimentary sequence and evolution of carbonate platform in North China[J]. Geoscience, 1997, 11(3): 275-282.
    [29] 刘波,钱祥麟,王英华. 华北板块早古生代构造—沉积演化[J]. 地质科学,1999,34(3):347-356.

    Liu Bo, Qian Xianglin, Wang Yinghua. Tectono-sedimentary evolution of North China Plate in Early Paleozoic[J]. Scientia Geologica Sinica, 1999, 34(3): 347-356.
    [30] 金振奎,邵冠铭. 石灰岩分类新方案[J]. 新疆石油地质,2014,35(2):235-242.

    Jin Zhenkui, Shao Guanming. New classification scheme of limestones[J]. Xinjiang Petroleum Geology, 2014, 35(2): 235-242.
    [31] Sandberg P A. New interpretations of Great Salt Lake ooids and of ancient non-skeletal carbonate mineralogy[J]. Sedimentology, 1975, 22(4): 497-537.
    [32] Siahi M, Hofmann A, Master S, et al. Carbonate ooids of the mesoarchaean Pongola supergroup, South Africa[J]. Geobiology, 2017, 15(6): 750-766.
    [33] Duguid S M A, Kyser T K, James N P, et al. Microbes and ooids[J]. Journal of Sedimentary Research, 2010, 80(3): 236-251.
    [34] 解艳玲,庄军. 鄂尔多斯盆地南部延安组砂体粒度特征[J]. 中国矿业大学学报,1998,27(4):428-432.

    Xie Yanling, Zhuang Jun. Particle size and depositional environment of sandstone of Yan’an Formation in South Ordos Basin[J]. Journal of China University of Mining & Technology, 1998, 27(4): 428-432.
    [35] 袁文芳,陈世悦,曾昌民,等. 柴达木盆地西部地区第三系碎屑岩粒度概率累积曲线特征[J]. 石油大学学报(自然科学版),2005,29(5):12-18.

    Yuan Wenfang, Chen Shiyue, Zeng Changmin, et al. Probability cumulative grain size curves in terrigenous of the Tertiary in west Qaidam Basin[J]. Journal of the University of Petroleum, China, 2005, 29(5): 12-18.
  • [1] 陈麦雨, 徐守余, 张立强, 王朝, 许紫菁.  动态图像法与镜下测量法粒度分布结果对比研究 . 沉积学报, 2019, 37(3): 502-510. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2018.173
    [2] 郭芪恒, 金振奎, 安益辰, 朱小二.  北京下苇甸地区张夏组沉积环境及沉积模式 . 沉积学报, 2019, 37(1): 40-50. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2018.110
    [3] 付坤荣, 黄理力, 祝怡, 冯翔艺蓝, 章巧, 关小丽, 高达.  塔中地区晚奥陶世碳酸盐台缘与台内沉积差异——定性和定量的碳酸盐岩微相综合分析 . 沉积学报, 2018, 36(1): 101-109. doi: 10.3969/j.issn.1000-0550.2018.012
    [4] 张旻旻, 张梅生, 李晓波, 王旖旎, 杨明, 姚路, 王成龙, 张乾.  辽西兴城地区上古生界沉积环境识别 . 沉积学报, 2015, 33(6): 1159-1169. doi: 10.14027/j.cnki.cjxb.2015.06.009
    [5] 赵鲁阳, 吕大炜, 刘海燕, 金爱文, 吴晓燕, 冯婷婷, 于得明, 刘建强.  安徽巢北地区五通组沉积环境分析 . 沉积学报, 2015, 33(3): 470-479. doi: 10.14027/j.cnki.cjxb.2015.03.005
    [6] 鲁西寒武系第三统张夏组凝块石特征及其形成环境研究 . 沉积学报, 2014, 32(3): 494-502.
    [7] 太原西山七里沟剖面本溪组铁质鲕粒成因探讨 . 沉积学报, 2013, 31(3): 396-403.
    [8] 张富元.  南海表层沉积物的沉降法和激光法粒度分析结果对比和校正 . 沉积学报, 2011, 29(4): 767-775. doi: 
    [9] 张平.  稳定湖相沉积物和风成黄土粒度判别函数的建立及其意义 . 沉积学报, 2008, 26(3): 501-507. doi: 
    [10] 梁俊红.  辽西义县盆地义县组底部沉积相与沉积环境分析 . 沉积学报, 2007, 25(4): 545-553. doi: 
    [11] Mastersize 2000型激光粒度仪分析数据可靠性检验及意义——以洛川剖面S4层古土壤为例 . 沉积学报, 2006, 24(4): 531-539.
    [12] 李桂海 曹志敏 蓝东兆 许 江 王珊珊.  厦门海域现代沉积环境与重金属环境地球化学特征 . 沉积学报, 2006, 24(06): 870-876.
    [13] 张璞, 陈建强, 田明中, 朱金芳, 黄宗林, 江春亮.  福建省漳州市第四纪沉积物粒度特征及其沉积环境 . 沉积学报, 2005, 23(2): 275-283.
    [14] 岳乐平, 杨利荣, 李智佩, 王珉, 张维吉, 聂浩刚.  西北地区干枯湖床沉积粒度组成与东亚沙尘天气 . 沉积学报, 2004, 22(2): 325-331.
    [15] 胡刚, 王乃昂, 罗建育, 高顺尉, 李巧玲.  花海湖泊古风成砂的粒度特征及其环境意义 . 沉积学报, 2001, 19(4): 642-647.
    [16] 杨晓强, 李华梅.  泥河湾盆地沉积物磁化率及粒度参数对沉积环境的响应 . 沉积学报, 1999, 17(S1): 763-768.
    [17] 梅冥相, 梅仕龙.  华北中寒武世张夏组复合海平面变化旋回层序 . 沉积学报, 1997, 15(4): 5-10.
    [18] 张晓帆, 冯英进, 胡亚平.  沉积岩粒度分析专家系统 . 沉积学报, 1995, 13(1): 126-132.
    [19] 韦龙明.  菌藻对碳酸盐颗粒的泥晶化作用研究─以滇西保山地区下石炭统研究为例 . 沉积学报, 1995, 13(3): 89-97.
    [20] David C.Kopaska-Merkel, 赖志云.  美国得克萨斯古生界和中生界鲕粒的微孔隙度 . 沉积学报, 1991, 9(4): 27-33.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-04
  • 刊出日期:  2020-08-10

目录

    鲕粒粒度特征及其指示意义

    doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.050
      基金项目:

      国家重点基础研究发展计划(973计划)项目 2006CB202300

      作者简介:

      郭芪恒,男,1994年出生,硕士研究生,沉积学、层序地层学及储层地质学,E⁃mail: 1974735970@qq.com

      通讯作者: 金振奎,男,教授,E⁃mail: jinzhenkui@188.com
    • 中图分类号: P588.245 P534.41

    摘要: 沉积物的粒度资料是确定沉积环境的重要依据,一直以来多应用在碎屑岩方面,较少用于碳酸盐岩的分析。以北京西山寒武系张夏组鲕粒石灰岩为研究对象,在野外实测、室内薄片粒度统计的基础上,通过分析鲕粒粒度参数、粒度频率曲线及概率累积曲线特征,明确了鲕粒粒度在分析鲕粒灰岩沉积环境上的重要作用,并建立了下苇甸鲕粒粒度特征与鲕粒滩在空间上的耦合关系。研究结果表明:鲕粒粒径大小、分选系数、峰度及概率累积曲线组分截点可以很好地反映鲕粒沉积水动力环境;一般情况下,水动力环境较稳定的间歇高能滩沉积的灰泥鲕粒石灰岩鲕粒粒径较小,分选好,峰度尖锐,频率曲线主要为单峰态,鲕粒以悬浮搬运为主;水动力较为动荡的高能滩沉积的亮晶鲕粒石灰岩鲕粒粒径较大,分选较差,峰度多为平坦、中等,频率曲线主要为多峰态,概率累积曲线多为一跳一悬两段式;鲕粒的粒径与鲕粒圈层类型密切相关,粒径较大的鲕粒多以同心鲕、同心放射鲕为主,粒径较小的鲕粒多为放射鲕。研究结果为分析颗粒石灰岩的沉积环境提供了理论和依据。

    English Abstract

    郭芪恒, 金振奎, 史书婷, 朱小二, 李硕, 陈媛, 王金艺. 鲕粒粒度特征及其指示意义—以北京西山下苇甸寒武系张夏组剖面为例[J]. 沉积学报, 2020, 38(4): 737-746. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.050
    引用本文: 郭芪恒, 金振奎, 史书婷, 朱小二, 李硕, 陈媛, 王金艺. 鲕粒粒度特征及其指示意义—以北京西山下苇甸寒武系张夏组剖面为例[J]. 沉积学报, 2020, 38(4): 737-746. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.050
    GUO QiHeng, JIN ZhenKui, SHI ShuTing, ZHU XiaoEr, LI Shuo, CHEN Yuan, WANG JinYi. Characteristics of Ooid Size and Its Environmental Significance: A case study from the Cambrian Zhangxia Formation at Xiaweidian outcrop, Beijing[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(4): 737-746. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.050
    Citation: GUO QiHeng, JIN ZhenKui, SHI ShuTing, ZHU XiaoEr, LI Shuo, CHEN Yuan, WANG JinYi. Characteristics of Ooid Size and Its Environmental Significance: A case study from the Cambrian Zhangxia Formation at Xiaweidian outcrop, Beijing[J]. Acta Sedimentologica Sinica, 2020, 38(4): 737-746. doi: 10.14027/j.issn.1000-0550.2019.050
      • 沉积物的粒度分布受沉积时水动力条件的控制,是衡量沉积介质能量、判别沉积时自然地理环境及水动力条件的良好标志,因此被广泛应用于识别沉积环境类型、判定沉积物运动方式及其搬运能力的强弱[12]。随着认识的不断深入,粒度特征也被应用于分析湖泊的演变[35]、气候变化[6]、沉积动力学[7]及储层评价[8],但这些分析目前主要集中在碎屑岩中,少有学者将粒度分析运用于碳酸盐岩的研究中。鲕粒作为碳酸盐岩中的一种重要的指相颗粒,其粒径大小和分选也是反映沉积水体能量和稳定性的重要参数[910],鲕粒的粒径大小主要受控于核心的供应量、壳层生长速率、流动和搅动以及磨损情况的综合控制[1012],从而导致不同沉积环境中形成的鲕粒粒度存在差异,这些差异也必将在鲕粒粒度分布及分选系数上产生响应。赵东方等[13]通过对鲕粒的粒度分析发现鲕粒粒径大小与水动力条件变化密切相关,而付坤荣等[14]通过对颗粒石灰岩粒度参数统计及概率累积曲线特征的分析初步探索了粒度参数变化规律及颗粒的搬运方式,均取得了一定认识,为分析颗粒石灰岩沉积特征提供了新方法。本文选取北京西山下苇甸寒武系张夏组剖面,通过对张夏组鲕粒滩的粒度特征分析,进一步探索粒度分析在颗粒石灰岩中的适用性,明确碳酸盐颗粒粒度特征指示的环境意义,为相似地区的研究提供参考。

      • 寒武纪时期,随着新元古代冰川消融,寒武纪全球海平面不断升高,板块大部分被浅海覆盖,全球主要为陆表海沉积环境[15]。在该时期,华北板块位于低纬度地区,海水自东向西侵入华北克拉通,再加上寒武纪全球气候温和,使华北克拉通形成了东深西浅、以海相碳酸盐岩沉积为主的地层[16],其中,华北克拉通张夏组以广泛沉积的厚层鲕粒石灰岩为主[1718]。北京西山下苇甸剖面作为研究华北寒武系的典型剖面,其张夏组地层出露完整,岩性组合丰富,鲕粒滩发育明显,鲕粒类型也十分丰富[1920]图1a,b)。该时期海平面表现为高频率小幅度振荡,水动力的变化也必然导致鲕粒粒径的变化。郭芪恒等[21]通过对下苇甸张夏组剖面的精细解剖,认为张夏组为一个典型的离岸缓坡碳酸盐岩台地沉积模式,并将张夏组鲕粒滩分为高能滩和间歇高能滩,为本次建立鲕粒粒度特征与鲕粒滩在空间上的耦合关系提供了依据(图1c)。

        图  1  北京下苇甸寒武系张夏组露头位置及沉积模式

        Figure 1.  Outcrop position and depositional model of the Cambrian Zhangxia Formation in Xiaweidian, Beijing

      • 下苇甸寒武系张夏组剖面下部为碎屑岩和碳酸盐岩混积地层,上部为纯碳酸盐岩地层,代表了不同沉积水动力环境[1921],鲕粒灰岩从剖面底部到顶部均大量发育(图2)。通过对该剖面的实测观察,由底到顶对鲕粒灰岩进行密集采样,共获取鲕粒灰岩标本37块。由于鲕粒灰岩普遍强烈胶结,且鲕粒与填隙物均为碳酸盐,无法分离,本次主要采用薄片分析法对每块样品的鲕粒粒径进行统计,每个薄片逐一量取200~300个点,将所测试的鲕粒粒径值用公式ϕ 薄片=-log2 d 薄片值换算为ϕ 薄片值。由于薄片所测得的鲕粒为截面积,与实际鲕粒大小存在一定差距,因此利用弗里德曼提出的公式(ϕ=0.381 5+0.902 7ϕ 薄片)对鲕粒粒径进行校正[22]

        图  2  北京下苇甸剖面张夏组鲕粒粒度参数综合柱状图

        Figure 2.  Comprehensive column of ooids size parameter of the Zhangxia Formation

        采用校正后的鲕粒粒度ϕ值,利用福克和沃德提出的公式分别计算鲕粒中值(M d)、平均粒径(M z)、分选系数(σ 1)、偏度(SK 1)和峰度(K G)等粒度参数[23]图2),除此之外,为了直观地了解鲕粒粒径的分布及其搬运方式,绘制鲕粒粒度频率曲线及粒度概率累积曲线。

      • 砂岩的平均粒径代表了沉积物搬运动能的平均动能[24],鲕粒的平均粒径同样也可以反映原始沉积环境的水动力大小[14]。无论鲕粒的原始成因是纯的物理化学过程[25]还是有微生物参与的过程[2627],要形成一个光滑均匀圆球形状,动荡的水体磨损不均匀的鲕粒圈层,形成较为光滑的壳层结构就成了必要的条件[14,2526]。较强的水动力环境就可以使粒径更大的鲕粒悬浮接受抛光,并且动荡的水体使水中的CO2不断逸出,CaCO3饱和度增加,又十分有利于鲕粒圈层的生长[1,26]。从海平面到正常浪基面,水体的能量在垂向上不断减弱,CaCO3的饱和度也不断的减小,从而导致鲕粒在垂向上的粒径分异。Trower et al. [10]研究也表明鲕粒的粒径大小是一个圈层生长和磨损的动态平衡过程(图3)。而磨损率并不是随着动荡程度单调增加,反而强动荡的水体造成大部分鲕粒悬浮,延长了鲕粒的生长周期,导致更大鲕粒的形成[9],但也有例外,在下苇甸张夏组观测到鲕粒受到强水动力的反复磨损,从而造成鲕粒边缘变得凹凸不平(图4a),这很有可能是潮间带的鲕粒受到波浪反复磨损,这种现象较为少见。因此,鲕粒的平均粒径也是其判断其水动力大小的良好标志。

        图  3  鲕粒粒径变化动态平衡示意图(据Trower et al. [10]

        Figure 3.  Dynamic equilibrium ooid size model (after Trower et al. [10] )

        图  4  北京下苇甸剖面张夏组鲕粒特征

        Figure 4.  Characteristics of ooids from the Zhangxia Formation

        北京西山下苇甸寒武系张夏组剖面鲕粒石灰岩粒径从底部到顶部呈现逐渐增大的振荡趋势(图2),而这种粒径大小振荡趋势与其水动力的变化密切相关。前人研究表明该时期海平面表现为高频率小振幅的振荡[2829],从而造成水动力条件的变化,这种变化就体现在了鲕粒粒径的变化中。通过对大量薄片的鉴定发现,灰泥充填的鲕粒粒径普遍小于亮晶方解石胶结的鲕粒,而且粒径较小的灰泥鲕粒石灰岩鲕粒主要为放射鲕,粒径较大的亮晶鲕粒石灰岩鲕粒主要为同心鲕和同心放射鲕[21]图4b,d)。灰泥鲕粒石灰岩主要形成于正常浪基面之下的低能环境中,亮晶鲕粒石灰岩主要形成于正常浪基面之上的高能环境[30],从而造成两者鲕粒粒径的差异。前人研究表明放射鲕主要形成于低能环境,同心鲕及同心放射鲕主要形成于高能环境[25,3133],结合对下苇甸张夏组的分析发现,鲕粒粒径不仅与水动力密切相关,而且与鲕粒的类型也密切相关,这与赵东方等[13]对渝北地区灯影组鲕粒的研究结果一致。因此结合鲕粒类型及鲕粒粒径的变化,可以定性的判断鲕粒石灰岩沉积的水介质能量大小。

      • 分选系数又称标准偏差,表示颗粒大小的均匀程度,能够反映沉积物的搬运、沉积改造作用方式,系数越小代表沉积物的分选越好[1,34]。虽然鲕粒灰岩在野外手标本上显示出良好的分选,但镜下观察发现,鲕粒灰岩具有粒度大小存在很大差别,某些鲕粒粒度相对均一,分选极好(图4b),而某些薄片中相邻的鲕粒粒度相差极大,分选很差(图4c,d)。鲕粒的分选系数介于0.57~0.19,按照碎屑岩分选级别的划分标准[1],本次所有的鲕粒灰岩分选均处于好—极好的水平,因此碎屑岩分选划分标准并不适用于鲕粒。通过对本次所有鲕粒样品分选系数的统计,结合镜下薄片观察,制定了适用于下苇甸张夏组鲕粒分选划分标准(表1)。结果显示(表2),下苇甸寒武系张夏组鲕粒分选级别多数为以较好—极好,剖面下部的分选总体上优于剖面上部。分选处于极好级别的绝大多数是灰泥鲕粒石灰岩,分选处于差—较差级别的绝大多数是亮晶鲕粒石灰岩,说明研究区灰泥鲕粒石灰岩的分选普遍优于亮晶鲕粒石灰岩。

        表 1  北京下苇甸张夏组鲕粒分选级别划分标准

        Table 1.  Classification criteria for ooid sorting from the Zhangxia Formation

        分选级别 极好 较好 中等 较差
        鲕粒σ 1 <0.3 0.3~0.35 0.35~0.4 0.4~0.45 0.45~0.5 >0.55

        表 2  下苇甸张夏组鲕粒分选

        Table 2.  Sorting of ooids, Zhangxia Formation

        样品编号 填隙物 类型 分选系数σ 1 分选级别 样品编号 填隙物 类型 分选系数σ 1 分选级别
        Z⁃63 亮晶 0.44 中等 Z⁃32 灰泥 0.42 中等
        Z⁃62 亮晶 0.46 较差 Z⁃31 灰泥 0.44 中等
        Z⁃61 亮晶 0.34 Z⁃30 灰泥 0.35
        Z⁃59 亮晶 0.35 Z⁃29 灰泥 0.28 极好
        Z⁃57 灰泥 0.31 Z⁃27 灰泥 0.33
        Z⁃56 亮晶 0.32 Z⁃26 灰泥 0.25 极好
        Z⁃55 亮晶 0.20 极好 Z⁃25 灰泥 0.19 极好
        Z⁃54 亮晶 0.37 较好 Z⁃22 灰泥 0.22 极好
        Z⁃53 亮晶 0.57 Z⁃20 灰泥 0.31
        Z⁃52 亮晶 0.36 较好 Z⁃19 灰泥 0.24 极好
        Z⁃50 亮晶 0.50 较差 Z⁃16 亮晶 0.46 较差
        Z⁃48 亮晶 0.45 较差 Z⁃15 亮晶 0.31
        Z⁃47 亮晶 0.31 Z⁃12 灰泥 0.25 极好
        Z⁃45 亮晶 0.28 极好 Z⁃9 灰泥 0.47 较差
        Z⁃44 灰泥 0.27 极好 Z⁃7 亮晶 0.44 中等
        Z⁃43 亮晶 0.37 较好 Z⁃6 灰泥 0.33
        Z⁃40 亮晶 0.37 较好 Z⁃4 灰泥 0.32
        Z⁃38 灰泥 0.41 中等 Z⁃3 灰泥 0.37 中等
        Z⁃33 亮晶 0.27 极好

        分选系数也是沉积水体能量稳定性的重要指标,分选好则代表鲕粒沉积水体水动力稳定,因此鲕粒的粒度也相对集中;分选差代表鲕粒沉积水体能量变化复杂,从而造成大小不同的鲕粒混杂沉积。下苇甸张夏组沉积时期海平面高频率低振幅振荡[2829],这种变化主要体现在位于正常浪基面之上的高能滩中,海平面小幅度升降造成高能滩鲕粒粒度多变;间歇高能滩主要位于正常浪基面之下低能环境,主要受风暴影响,海平面变化对沉积水动力影响较小,该环境水动力长期处于较为稳定的状态,因此鲕粒粒径相对集中,分选也好。Sumner et al. [9]通过对鲕粒的数值模拟研究也表明强的水动力条件及水动力梯度往往导致鲕粒分选变差,这与本次对下苇甸张夏组鲕粒研究的结论一致。因此,鲕粒的分选是沉积环境的良好反映,一般情况下,分选较好的鲕粒形成于低能环境,分选较差的鲕粒形成于高能环境。

      • 偏度用来判断粒度分布的不对称程度,不同沉积环境形成的沉积物往往偏度也有差异。结果显示,下苇甸张夏组鲕粒绝大多数近于对称和正偏态(图5a)。在碎屑岩中,分选与偏度有良好的对应关系,分选很好的砂岩多为正态对称曲线[1],但在鲕粒分析中,这种对应关系比较差。因此,利用偏度不能很好的分析鲕粒整体的沉积环境。

        图  5  北京下苇甸张夏组鲕粒粒度参数关系

        Figure 5.  Relationship between kurtosis and sorting of ooids, Zhangxia Formation

        峰度用来衡量频率曲线的尖锐程度。统计结果显示,灰泥鲕粒石灰岩多为尖锐型,亮晶鲕粒石灰岩的峰度多为平坦到中等,且之前的研究也表明,灰泥鲕粒石灰岩的分选优于亮晶鲕粒石灰岩,说明鲕粒的峰度与分选密切相关。通过散点图可知,鲕粒的峰度与分选系数呈负相关(图5b),分选越好,峰度值越高,越尖锐。因此,峰度也可以反映鲕粒沉积水体的稳定性。尖锐型的代表鲕粒沉积水体水动力稳定,鲕粒粒径相对均一;平坦型代表鲕粒粒度分布差异大,沉积水体动荡。

      • 频率曲线可以很好地反映鲕粒沉积水体的变化。研究区张夏组主要有三种频率曲线类型,分别为三峰曲线(图6a)、双峰曲线(图6b)及单峰曲(图6c),而最为常见的为单峰态和双峰曲线。其中灰泥鲕粒石灰岩受到比较稳定的水流作用的影响,主要为单峰曲线;亮晶鲕粒灰岩常表现为多峰曲线,代表在沉积环境中受到至少两种水动力的影响,水流环境比较动荡。

        图  6  北京下苇甸张夏组鲕粒频率曲线特征

        Figure 6.  Frequency curves for ooid size in the Zhangxia Formation

        粒度概率累积曲线在碎屑岩中常用于辅助判断沉积环境,利用概率累积曲线可以很好的判断沉积物搬运和沉积方式的差异,也可以反映各组分的分选[24,35]。统计发现,研究区鲕粒灰岩的概率累积曲线主要有三种,分别为一跳一悬两段式(图7a)、悬浮一段式(图7b)和上拱弧形(图7c)。灰泥鲕粒石灰岩普遍以悬浮一段式为主,也有少量的一跳一悬两段式,但其组分截点对应的鲕粒ϕ值较大;亮晶鲕粒石灰岩主要为一跳一悬两段式,悬浮总体含量多在80%以上,跳跃组分含量较少,说明鲕粒在搬运中主要以悬浮搬运为主,高能滩复杂的水动力会导致一部分粒径较大的鲕粒跳跃搬运,其组分截点对应的鲕粒ϕ值较小。一跳一悬两段式曲线中,跳跃总体与悬浮总体的截点的变化可以定性判断鲕粒沉积水体能量的大小。沉积水体能量较高,可以使更大的鲕粒悬浮,两组分截点对应的鲕粒ϕ值越小;沉积水体能量较低,所能悬浮的鲕粒粒径也越小,从而导致不能悬浮的部分鲕粒出现跳跃,两组分截点对应的鲕粒ϕ值越大。因此,鲕粒粒度概率累计积曲线不仅可以反映鲕粒搬运方式,通过统计鲕粒两组分截点对应的鲕粒ϕ值,可以定性地判断鲕粒沉积水体相对能量变化。

        图  7  北京下苇甸张夏组鲕粒粒度概率累积曲线特征

        Figure 7.  The cumulative probability curves of ooids in the Zhangxia Formation

      • 根据下苇甸张夏组鲕粒灰岩填隙物的差别,将该区鲕粒滩划分为高能滩和低能滩[21]。两种鲕粒滩的主要差别体现在水体能量及CaCO3的饱和度上。高能滩以亮晶鲕粒灰岩沉积为主,动荡及高CaCO3饱和度水体为鲕粒的悬浮及快速生长提供了条件,有利于粒径较大的鲕粒的形成,而频繁小幅度海平面变化使得高能滩鲕粒粒径变得复杂。因此,在该沉积环境中鲕粒多以同心鲕及同心放射鲕为主,大小混杂,分选差,鲕粒峰度普遍偏平坦,在频率曲线上主要体现为多峰态,复杂的水动力造成鲕粒搬运方式复杂,呈现概率累积曲线上的一跳一悬两段式。间歇高能滩以灰泥鲕粒石灰岩沉积为主,鲕粒主要为低能的放射鲕,稳定的水动力使鲕粒大小均匀,分选好,峰度普遍尖锐,频率曲线主要体现为单峰态,在该环境中鲕粒悬浮在低能的水体中缓慢生长,因此概率累积曲线多为悬浮一段式。根据不同鲕粒滩鲕粒粒度特征,建立了鲕粒粒度特征与鲕粒滩在空间上的耦合关系(图8)。

        图  8  鲕粒粒度特征与鲕粒滩耦合关系示意图

        Figure 8.  The spatial coupling relationship between characteristics of ooid size and the sedimentary environment of the oolitic beach, Zhangxia Formation

      • (1) 鲕粒粒度参数与沉积水体水动力条件密切相关,动荡的高能环境多形成平均粒径较大、分选差、峰度平坦的亮晶鲕粒石灰岩;低能稳定的环境多形成平均粒径较小、分选好、峰度尖锐的灰泥鲕粒石灰岩。

        (2) 鲕粒粒径大小与鲕粒圈层类型密切相关,随着鲕粒粒径变大,出现同心圈层的概率也逐渐增大,因此下苇甸张夏组粒径较大的鲕粒多为同心鲕、同心放射鲕,粒径较小的鲕粒主要为放射鲕。

        (3) 粒径分析适用于鲕粒,鲕粒粒度特征与鲕粒滩在空间上具有良好的耦合关系,参考鲕粒粒度特征,可以更加精细地刻画鲕粒滩沉积水介质能量变化。

    参考文献 (35)

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