張旻旻 張梅生 李曉波 王旖旎 楊 明 姚 路 王成龍 張 乾

(吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院 長春 130061)

0 引言

華北地臺上古生界沉積環(huán)境的研究一直是學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)，前人已經(jīng)完成了詳細(xì)的調(diào)查研究工作，并取得了豐碩的成果［1-8］，其中主要集中在鄂爾多斯盆地以及山西、河南等地區(qū)，而遼西地區(qū)則尚未得到深入研究。對遼西地區(qū)上古生界沉積環(huán)境的識別與分析，有助于健全并完善整個華北地臺上古生界沉積環(huán)境的研究，并為華北地臺晚古生代古地理、古環(huán)境的整體演化提供重要參考。同時，晚古生代既是古亞洲洋閉合的重要時期［9-12］，也是華北板塊大幅度向北漂移的時期［13］，這其中的海退過程以及古緯度升高所造成的氣候變化必然會在當(dāng)時遼西地區(qū)的沉積環(huán)境中得到反映。

沉積巖碎屑組分的粒度分布特征是衡量沉積介質(zhì)能量的尺度，當(dāng)沉積環(huán)境和水動力條件變化時，往往可以在粒度特征上得到良好的響應(yīng)，因此，與沉積物粒度相關(guān)的數(shù)據(jù):如分選度δ1、偏度Sk1、中值Md、峰度Kg等，和利用粒度參數(shù)建立的數(shù)學(xué)參數(shù)模型以及相關(guān)的圖解:如C-M圖解，粒度概率累積曲線、直方圖、粒度頻率曲線等均可以作為判別沉積環(huán)境類型的重要參考標(biāo)志。粒度頻率分布曲線的形態(tài)反映沉積物的搬運(yùn)介質(zhì)類型及動力條件等特征，部分學(xué)者利用數(shù)學(xué)參數(shù)公式，將頻率曲線中呈多峰態(tài)分布的曲線分解成多個單峰的、具有特定分布形態(tài)的端元，從而區(qū)分出多成因沉積物中的不同成因組分:如孫千里等［14］及Chu［15］分別在我國北方岱海和四海龍灣湖的湖泊沉積中識別分離出風(fēng)、水搬運(yùn)的兩種組分;孫東懷等［16-18］利用Weibull函數(shù)法在黃土組分中識別出細(xì)粒組分與西風(fēng)有關(guān)，粗粒組分則與亞洲冬季風(fēng)有關(guān);Liu等［19］利用 Weltje提出的端元分析法模型［20］從青藏高原庫賽湖沉積的粒度數(shù)據(jù)中分離出于東亞冬季風(fēng)有關(guān)的組分。Visher［21-23］提出利用概率累積曲線圖建立沉積環(huán)境的典型模型，由于概率累積曲線圖可以將碎屑組分中含量較少的粗、細(xì)尾部放大進(jìn)而更加突出地表現(xiàn)出來，便于分析［24］，因此，許多學(xué)者在利用粒度概率累積曲線方法進(jìn)行沉積環(huán)境研究、判別的工作中取得了大量進(jìn)展:加?xùn)|輝等［25］判定渤中25-1南油田第三系明化鎮(zhèn)組為淺水三角洲相沉積，并識別出三角洲平原亞相及其所包含的四個微相;狄明信等［26］對濟(jì)陽坳陷上第三系館陶組河流相沉積的粒度特征進(jìn)行了描述，并且通過C-M圖像、粒度離散圖及薩胡判別公式討論了該地層河流的類型，并認(rèn)為不同性質(zhì)的河流，其粒度在垂向上的變化速率不同，直接影響到砂體的非均質(zhì)性;胡耀軍等［27］根據(jù)粒度特征及其他證據(jù)，對大港灘海區(qū)沙一段下部地層的沉積環(huán)境進(jìn)行了分析，認(rèn)為其屬于重力流水道環(huán)境的產(chǎn)物;王國光等［28］識別出臨邑洼陷南斜坡沙河街組三角洲沉積中兩個微相的粒度概率累積曲線特征:水上分流河道微相表現(xiàn)為寬緩上拱式和典型兩段式組合特征，水下分流河道微相表現(xiàn)為低斜多跳—懸式和高斜兩跳—懸式組合特征，并且對河口壩中河流作用與波浪作用的強(qiáng)弱進(jìn)行了區(qū)分;陳榮林［29］通過粒度概率累積曲線識別出蘇南上白堊統(tǒng)赤山組沉積中的風(fēng)成組分。由此可見，粒度分析在不同成因沉積物的識別過程中均可以提供有力佐證。朱筱敏［24］提出粒度特征是沉積水動力條件的沉積響應(yīng)，不同的亞環(huán)境可能具有相同的水動力條件進(jìn)而具有相同的粒度特征。因此，在利用粒度分析判別沉積環(huán)境時，應(yīng)該結(jié)合沉積巖性、構(gòu)造等其他地質(zhì)信息。本文將以粒度分析結(jié)果為依據(jù)，并結(jié)合地層的序列、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及巖性等方面的特征，對遼西興城地區(qū)上古生界的沉積環(huán)境、水動力條件演化等進(jìn)行描述、討論。

1 采樣位置及地層特征

1.1 采樣位置

遼寧興城地區(qū)的上古生界主要分布于楊家杖子向斜，粒度分析所使用的樣品采自興城楊家杖子向斜南翼牤牛山上石炭統(tǒng)至二疊系實(shí)測剖面以及位于楊家杖子向斜核部的吉科一井(坐標(biāo):40°48'11.96″N;120°31'26.43″E)巖芯，位置見圖 1。

1.2 地層特征

圖1 研究區(qū)位置、地層分布及剖面、吉科一井位置概圖1.寒武系;2.中奧陶統(tǒng)馬家溝組;3.上石炭統(tǒng)本溪組及上石炭統(tǒng)至下二疊統(tǒng)太原組;4.二疊系山西組、石盒子組及蛤蟆山組;5.下三疊統(tǒng)紅砬組;6.薊縣系;7.第四系;8.青白口系;9.牤牛山上石炭統(tǒng)至二疊系實(shí)測剖面;10.平行不整合;11.正斷層;12.平移斷層;13.性質(zhì)不明斷層;a.侏羅系侵入巖;b.下白堊統(tǒng);c.角度不整合界線;d.平移斷層;e.研究區(qū)位置;f.新太古界;g.元古宇;h.下古生界。Fig.1 Distribution of stratum and map of the study area，measured section and location of Well JK-1

本地區(qū)地層為典型的華北型，地層分組采用華北地層區(qū)劃分方案。上古生界底部缺失泥盆系與下石炭統(tǒng)，上石炭統(tǒng)本溪組平行不整合覆蓋于奧陶系馬家溝組灰?guī)r之上，本溪組自下而上分別為中粗粒砂巖、粉砂巖、泥巖夾鋁土礦及灰?guī)r(圖2a)、泥灰?guī)r(圖2b)，粒度逐漸變細(xì)，表現(xiàn)出正粒序旋回特征。本溪組之上依次為太原組、山西組、石盒子組及蛤蟆山組，均為整合接觸。太原組與山西組巖性相似，均為巨厚的暗色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖夾灰?guī)r及煤線的沉積，有機(jī)碳質(zhì)含量豐富(圖2c)，并含有鋁土質(zhì)夾層，整體無粒序旋回特征。石盒子組發(fā)育三個正粒序旋回層序，每個旋回底部為含礫粗砂巖、中粗粒巖屑長石砂巖，礦物間多呈顆粒支撐結(jié)構(gòu)(圖2d)，局部發(fā)育斜層理(圖2e)，向上粒度變細(xì)，逐漸過渡到粉砂巖及泥巖夾鋁土礦，頂部旋回不完整，僅發(fā)育旋回底部的粗粒部分，且本組中成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度在垂向上有逐漸降低的趨勢。蛤蟆山組相當(dāng)于石千峰組［30］，為一套含礫粗碎屑巖系，下部為厚層巨礫巖(圖2f)，礫石磨圓較好，成分多為石英砂巖質(zhì)，粒徑5～20 cm，多呈疊瓦扇狀排列，其上為中粗粒長石巖屑砂巖，分選磨圓差(圖2g，h)，長石、巖屑等不穩(wěn)定組分含量較高，顆粒間多為雜基支撐結(jié)構(gòu)(圖2g)。蛤蟆山組與其上覆地層下三疊統(tǒng)紅砬組整合接觸。

圖2 興城地區(qū)上古生界巖性柱狀圖A.吉科一井上石炭統(tǒng)至二疊系巖性柱狀圖;B.楊家杖子牤牛山上石炭統(tǒng)至二疊系實(shí)測剖面巖性柱狀圖;a.本溪組灰?guī)r;b.本溪組泥灰?guī)r，含黃鐵礦;c.山西組碳質(zhì)泥灰?guī)r;d.石盒子組中粗粒巖屑砂巖，礦物間為顆粒支撐結(jié)構(gòu);e.石盒子組中細(xì)粒長石石英砂巖，發(fā)育斜層理;f.蛤蟆山組石英砂巖質(zhì)巨礫巖，礫徑可達(dá)20 cm;g.蛤蟆山組中粗粒含礫巖屑砂巖，礦物間為雜基支撐結(jié)構(gòu)，顆粒多呈尖棱角狀;h.蛤蟆山組中粗粒巖屑砂巖，雜基支撐結(jié)構(gòu);1.碳質(zhì)泥巖;2.灰?guī)r;3.泥灰?guī)r;4.泥質(zhì)粉砂巖;5.細(xì)砂巖;6.煤;7.鋁土質(zhì)粉砂巖;8.含碳粉砂質(zhì)泥巖;9.鋁土巖;10.頁巖;11.礫巖;12.含礫粗砂巖;13.粉砂巖;14.中細(xì)粒長石石英砂巖;15.中粗粒長石巖屑砂巖;16.煤線;17.中細(xì)粒長石巖屑砂巖;18.中細(xì)粒含礫巖屑石英砂巖;19.中細(xì)粒長石巖屑石英砂巖;20.中細(xì)粒含凝灰質(zhì)巖屑石英砂巖;21.凝灰質(zhì)粉砂巖;22.中細(xì)粒長石英長石砂巖;23.粒度分析樣品;24.中粗粒含礫巖屑石英砂巖;25.中粗粒含礫巖屑砂巖;26.中粗粒含礫長石巖屑砂巖。Fig.2 Lithological column of Upper Paleozoic in Xingcheng area

2 粒度特征

2.1 實(shí)驗(yàn)方法及粒度參數(shù)

在各組中共挑選11個樣品進(jìn)行粒度分析。經(jīng)計(jì)算［31］，每個薄片穩(wěn)定頻率的平均統(tǒng)計(jì)顆粒數(shù)為450左右，因此使用薄片法，在每個樣品中統(tǒng)計(jì)450個以上的顆粒。為了使通過薄片統(tǒng)計(jì)的顆粒粒徑更接近篩析的粒徑，因此將薄片數(shù)據(jù)通過Friedman回歸方程［32-33］換算成篩析結(jié)果，以減少因切片效應(yīng)等情況而造成的系統(tǒng)誤差，樣品各累積頻率所對應(yīng)的φ值見表1。統(tǒng)計(jì)結(jié)果采用Fork＆Ward公式［34-35］計(jì)算出各樣品粒度參數(shù)見表2。

表1 樣品各累積頻率所對應(yīng)φ值Table 1 φ Values of each cumulative frequence of each sample

表 2 各樣品粒度參數(shù)(Md、Mz單位為 φ;δ1與 Sk1分級據(jù)朱筱敏［24］，2008;Kg 分級據(jù) Fork［35］，1966)Table 2 Grain-size parameters of each sample(The unit of Md and Mzis φ.The classification of δ1and Sk1is quoted from Zhu，2008;The classification of Kg is quoted from Fork，1966)

2.2 各樣品粒度特征

自Visher［21-23］提出利用概率累積曲線圖建立沉積環(huán)境的典型模型以來，大量學(xué)者通過對不同沉積環(huán)境中的現(xiàn)代沉積物及古老沉積物的研究，已經(jīng)建立起較為準(zhǔn)確的模型來通過粒度概率累積曲線圖對沉積環(huán)境進(jìn)行判別，現(xiàn)選取所分析樣品中的9個特征較為明顯的進(jìn)行描述與分析，各典型樣品的粒度概率累積曲線見圖3。

Px4-1:所在層位為本溪組底部，巖性為中細(xì)粒長石石英砂巖，局部含礫。平均粒徑2.95 φ，中值Md為2.94 φ，分選中等，粒度概率累積曲線發(fā)育兩個總體，曲線呈典型的河流型兩段式，跳躍總體含量95%，斜率為66°，懸浮總體含量5%，兩總體截點(diǎn)為4 φ，表明水動力條件中等。本層位巖石粒度較粗，云母、巖屑等不穩(wěn)定組分含量較高，分選磨圓中等偏差，礦物間為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，底部具有不太明顯的沖刷構(gòu)造，在本組地層序列中，該層位構(gòu)成了典型曲流河下粗上細(xì)的正旋回層序二元結(jié)構(gòu)［37］的下部，因此其沉積環(huán)境應(yīng)為曲流河河道環(huán)境。

Px6-2:所在層位為本溪組中部，巖性為泥質(zhì)粉砂巖。平均粒徑3.15 φ，中值Md為3.12 φ，分選較好，粒度概率累積曲線發(fā)育兩個總體，呈明顯的兩段式，其中跳躍總體含量99%，懸浮總體含量僅不到1%，跳躍總體斜率為65°，兩總體截點(diǎn)為5.3 φ，表明水動力條件較弱，遠(yuǎn)小于曲流河河道，且該層位在本組地層序列中構(gòu)成了典型曲流河下粗上細(xì)的正粒序旋回二元結(jié)構(gòu)中［37］的中部，巖屑含量有所降低，礦物間為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，具有塊狀構(gòu)造和水平層理構(gòu)造，因此其沉積環(huán)境應(yīng)屬曲流河決口扇至泛濫平原環(huán)境。

圖3 各樣品粒度概率累積曲線圖(縱坐標(biāo)為概率累積百分比，橫坐標(biāo)為φ值)Fig.3 Grain-size probability cumulative curves for each sample(Vertical coordinate is cumulative percentage of probability and horizontal coordinate is φ value)

Px10-1:位于太原組下部，巖性為粉砂巖。平均粒徑3.11 φ，中值Md為3.11 φ，分選好，粒度概率累積曲線圖僅發(fā)育跳躍總體，斜率72°，粒度區(qū)間主要集中于2～3 φ之間，表明水動力條件中等;該層位可見黃鐵礦，磨圓較好，礦物間為顆粒支撐至過渡支撐結(jié)構(gòu)(圖4)，具塊狀構(gòu)造，整體上，其上部為巨厚層碳質(zhì)泥巖夾煤線，構(gòu)成太原組與山西組的巨厚層泥巖、頁巖夾煤沉積，且顯示出不明顯的反粒序旋回層序特征，具有三角洲沉積的性質(zhì)，因此判斷該層位為三角洲平原決口扇環(huán)境。

圖4 粒度分析樣品巖石顯微結(jié)構(gòu)特征Fig.4 Microsturctural features of grain-size analysis samples

Px13-1:所在層位為石盒子組下部，巖性為含礫長石石英粗砂巖。平均粒徑2.26 φ，中值Md為2.22 φ，分選較好，粒度概率累積曲線圖發(fā)育兩個總體，其中跳躍總體含量99%，斜率70°，懸浮總體含量1%，兩總體截點(diǎn)為3.5 φ，表明水動力條件較強(qiáng)，概率累積曲線為典型的河流兩段式;成分上巖屑、長石等不穩(wěn)定組分較下伏山西組地層有所增加，碳質(zhì)、煤線等有機(jī)質(zhì)含量大幅下降，礦物間為顆粒支撐結(jié)構(gòu)(圖4)，該層底部可見沖刷構(gòu)造，在石盒子組的巖層序列中，該層位為石盒子組第一個典型曲流河正粒序旋回二元結(jié)構(gòu)［37］的下部(圖5)，應(yīng)屬曲流河河道環(huán)境。

Px18-1:所在層位為石盒子組中部，巖性為泥質(zhì)粉砂巖。平均粒徑 4.79 φ，中值 Md為4.81 φ，分選中等，粒度概率累積曲線圖僅發(fā)育跳躍總體，斜率65°，粒度區(qū)間主要集中于3～5 φ之間，粒度較細(xì)，表明水動力條件較弱，顆粒間為過渡支撐結(jié)構(gòu)，具有塊狀構(gòu)造，該層位在石盒子組的第一個粒序旋回中，構(gòu)成典型曲流河正粒序旋回二元結(jié)構(gòu)［37］的頂部，應(yīng)屬曲流河河漫環(huán)境。

Px19-1:所在層位為石盒子組中部，巖性為中細(xì)粒長石巖屑石英砂巖。平均粒徑2.02 φ，中值Md為2.03 φ，分選較好，粒度概率累積曲線圖發(fā)育兩個總體，表現(xiàn)為典型的河流兩段式;其中跳躍總體含量97%，斜率73°，懸浮總體含量3%，兩總體截點(diǎn)為3 φ，跳躍總體主要集中于1～3 φ，表明水動力條件較強(qiáng);礦物間為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，斜長石與巖屑含量明顯增加(圖4)，且具有不明顯的交錯層理，該層位在石盒子組的第二個粒序旋回中，構(gòu)成典型曲流河正粒序旋回二元結(jié)構(gòu)［37］的底部，應(yīng)屬曲流河河道環(huán)境。

圖5 興城地區(qū)上古生界曲流河垂向模式與曲流河標(biāo)準(zhǔn)垂向模式a.興城地區(qū)上石炭統(tǒng)本溪組及石盒子組中下部曲流河垂向模式;b.曲流河標(biāo)準(zhǔn)垂向模式［37］(據(jù) Walker，et al.，1984，有修改);SS.沖刷面，含河道滯留形成的礫石;A.具不明顯的槽狀交錯層理的粗砂巖及含礫粗砂巖;B.具板狀或槽狀交錯層理的中粗粒砂巖;C.具斜層理的中細(xì)粒砂巖及粉砂巖;D.具水平層理的粉砂巖;E.具塊狀構(gòu)造的泥巖及粉砂質(zhì)泥巖Fig.5 Standard vertical model of meandering river and vertical model of meandering river of Upper Paleozoic in Xingcheng area

Px23-1:所在層位為石盒子組上部，巖性為中細(xì)粒長石巖屑石英砂巖。平均粒徑2.95 φ，中值Md為2.96，分選中等，粒度概率累積曲線圖發(fā)育兩個總體，其中跳躍總體含量80%，斜率 65°，懸浮總體含量20%，斜率54°，兩總體截點(diǎn)為3.6 φ，表明水動力條件較強(qiáng);該層位巖石成分成熟度低，含有巖屑及凝灰質(zhì)物質(zhì)，未發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)及植物化石，礦物間為顆粒支撐結(jié)構(gòu)(圖4)，整體具有不明顯的波狀層理，本層為構(gòu)成石盒子組第三個粒序旋回的底部，該旋回下部粗碎屑成分厚度遠(yuǎn)大于上部細(xì)粒組分，與曲流河標(biāo)準(zhǔn)垂向模式［37］具有明顯的差別，而與辮狀河標(biāo)準(zhǔn)垂向模式［38］相似，因此判斷該層位沉積環(huán)境應(yīng)屬辮狀河心灘(圖6)。

圖6 興城地區(qū)上古生界辮狀河垂向模式與辮狀河標(biāo)準(zhǔn)垂向模式a.興城地區(qū)石盒子組上部辮狀河垂向模式;b.辮狀河標(biāo)準(zhǔn)垂向模式［38］(據(jù) Cant，et al.，1976，有修改);SS.沖刷面，含河道滯留形成的礫石;A.具不明顯的槽狀交錯層理的粗砂巖及含礫粗砂巖;B.具板狀或槽狀交錯層理的中粗粒砂巖;C.具斜層理的中細(xì)粒砂巖及粉砂巖;D.具水平層理的粉砂巖;E.具塊狀構(gòu)造的泥巖及粉砂質(zhì)泥巖。Fig.6 Standard vertical model of braider river and braider river of Upper Paleozoic in Xingcheng area

B211:該樣品位于蛤蟆山組底部，巖性為含礫中粗粒巖屑砂巖。礦物間為雜基支撐結(jié)構(gòu)，顆粒多呈尖棱角狀(圖2g)?？傮w上看，蛤蟆山組在垂向上，具有不太明顯的旋回性，即以底部礫巖、含礫粗砂巖，中部中粗粒砂巖，頂部粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為特征構(gòu)成的沖積扇扇根—扇中—扇緣旋回以及由三個上述沖積扇小旋回構(gòu)成的蛤蟆山組層序。該樣品平均粒徑2.31 φ，中值Md為2.23，分選中等，粒度概率累積曲線圖發(fā)育兩個總體，其中跳躍總體含量80%，斜率74°，懸浮總體含量20%，斜率64°，兩總體截點(diǎn)為2.8 φ，可以看出，懸浮總體粒度較粗且含量較高，表明水動力條件較強(qiáng);蛤蟆山組底部為一層10～12 m厚的巨礫巖，礫石成分多為石英砂巖，粒徑5～20 cm，且磨圓極好，表明其為經(jīng)能量巨大的山洪搬運(yùn)的再沉積礫石，蛤蟆山組也應(yīng)該對應(yīng)為山麓—沖積環(huán)境，B211應(yīng)與這層巨礫巖同屬一個旋回且在其之上，粒度特征顯示其水動力條件有所下降，且概率累積曲線呈現(xiàn)與河道類似的兩段式特征，但懸浮總體含量明顯較高，因此判斷其沉積環(huán)境應(yīng)屬濕潤型沖積扇中河道環(huán)境。

B218:該樣品采于蛤蟆山組頂部，巖性為中粗粒含礫長石巖屑砂巖。平均粒徑2.33 φ，中值Md為2.20 φ，分選中等，粒度概率累積曲線圖發(fā)育兩個明顯的總體，其中跳躍總體含量45%，斜率為72°，懸浮總體含量55%，斜率為60°，兩總體截點(diǎn)2.2 φ，可以看出，懸浮總體含量較高且粒度較粗，表明水動力條件強(qiáng)，與B211類似;但B218所在旋回底部礫石礫徑較蛤蟆山組底部巨礫巖小，因此斷定其水動力條件整體下降，趨于正常沖積扇環(huán)境，應(yīng)為干旱型沖積扇旋回;該層位樣品顆粒間為雜基支撐結(jié)構(gòu)，分選磨圓均較差，富含大量長石、巖屑等不穩(wěn)定組分，其沉積環(huán)境應(yīng)為干旱型沖積扇根河道。

Friedman經(jīng)過對分布于世界各地的具有典型代表性的砂體的研究，提出可以用矩法標(biāo)準(zhǔn)偏差和矩法偏度所做的散點(diǎn)圖來有效地區(qū)分出河砂、湖砂及海灘砂［36，39］。將計(jì)算得出的各層位的分選系數(shù) δ1和偏度Sk1的值在弗理德曼散點(diǎn)圖坐標(biāo)系［39］中進(jìn)行投點(diǎn)(圖7)。除Px8-1與Px10-1外，其他各點(diǎn)均位于河砂一側(cè)，顯示出河流砂體的粒度參數(shù)特征;而Px8-1與Px10-1則位于河砂與海灘砂界線附近，偏海灘砂一側(cè)，屬于河砂向海灘砂過渡的三角洲砂體;此結(jié)果與經(jīng)頻率概率累積曲線分析得出的結(jié)論一致。

圖7 各樣品粒度參數(shù)Friedman散點(diǎn)圖(底圖據(jù)Friedman，1967修改)Fig.7 Friedman scatter plot of grain-size parameters of each sample(Base diagram modified from Friedman，1967)

由此可見，遼西興城楊家杖子地區(qū)晚石炭世至晚二疊世先后經(jīng)歷了曲流河、三角洲、曲流河、辮狀河、沖積扇環(huán)境(表3)。各層位樣品分選度δ1的變化及平均值Mz的可以揭示水動力條件的變化特征(圖8)。

由于同一沉積環(huán)境中的不同亞環(huán)境之間的水動力強(qiáng)度、顆粒搬運(yùn)方式等存在的較明顯的差異，因此圖8中選取各個時代中河道沉積的樣品，代表當(dāng)時沉積環(huán)境中水動力強(qiáng)度較大的部分，以消除分析誤差。圖8中分選度δ1與樣品平均值Mz存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，即分選度隨顆粒平均φ值得增高而降低，此為河流水動力體系中的沉積物的特征，湖/海灘砂因?yàn)榻?jīng)過湖/海浪的反復(fù)淘洗，無論粒度大小其分選度均高，風(fēng)成砂因?yàn)槠浣橘|(zhì)的特殊屬性，也呈現(xiàn)與湖/海灘砂一致的特點(diǎn)。Passega在描述C-M圖解模式時提出累積曲線上50%處對應(yīng)的粒徑M值(即為Md)代表了水動力的平均能量［40］，Md的值與水動力的平均能量成負(fù)相關(guān)，因此圖8明確顯示出水動力的平均能量整體上具有逐漸升高的變化趨勢。本地區(qū)水動力條件自晚石炭世(Px4-1)開始下降，至中二疊世中期(Px10-1)達(dá)到最低，此期間，本地區(qū)為曲流河與三角洲平原環(huán)境，且本溪組與山西組中發(fā)育有數(shù)層海侵成因的薄層灰?guī)r、泥灰?guī)r;因此，晚石炭世至中二疊世中期本地區(qū)應(yīng)屬于瀕海盆地環(huán)境;隨后，由于地殼抬升，河流下切作用變強(qiáng)，水動力強(qiáng)度增高，先后經(jīng)歷曲流河(Px13-1)、辮狀河(B195)環(huán)境，表明本地區(qū)逐步向內(nèi)陸盆地環(huán)境轉(zhuǎn)變，蛤蟆山組(B211、B218)沖積扇環(huán)境的出現(xiàn)則表明本地區(qū)晚二疊世末期地殼抬升達(dá)到頂峰，已徹底進(jìn)入內(nèi)陸盆地環(huán)境。

表3 各樣品頻率累積曲線、頻率曲線形態(tài)及所反映的沉積環(huán)境Table 3 The shapes of probability cumulative curves and frequency curves of each sample and their sedimentary environment

圖8 各樣品粒度中值與分選度變化示意圖Fig.8 Changing of median and gradation of each sample

沉積物的顏色可以指示沉積物形成時期的古氣候特征，紫色、紫紅色等表示沉積物形成于干旱炎熱的氧化環(huán)境之中，暗色如黑色、灰黑色等則表示沉積物中有機(jī)質(zhì)含量較高，形成于溫暖濕潤的還原環(huán)境之中，淺色如灰白色、灰色、土黃色等則為前二者的過渡類型。圖9中可以看出，本溪組至石盒子組下部地層顏色以暗色為主，發(fā)育大量碳質(zhì)泥巖及少量煤層、煤線，顏色的波動多由鋁土質(zhì)沉積導(dǎo)致。從石盒子組中部開始，地層顏色以淺色為主，至蛤蟆山組中上部，已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)變到紫色占據(jù)主導(dǎo)地位。由此可以看出本地區(qū)晚古生代的氣候在總體上呈現(xiàn)由溫暖濕潤到干旱炎熱的發(fā)展趨勢:晚石炭世為溫暖濕潤的氣候，植物繁盛，中二疊世中期開始逐漸向干旱氣候變化，直至晚二疊世末期已經(jīng)徹底轉(zhuǎn)變?yōu)楦珊笛谉岬臍夂颉?/p>

3 結(jié)論

(1)通過對各層位樣品進(jìn)行粒度分析，得出各樣品粒度參數(shù)與相關(guān)曲線圖，再加以對樣品所在地層的綜合分析研究，在遼西興城地區(qū)的上古生界中共識別出四種沉積環(huán)境，分別為曲流河環(huán)境、三角洲環(huán)境、辮狀河環(huán)境以及沖積扇環(huán)境。

(2)歸納總結(jié)出本地區(qū)每種沉積環(huán)境中的沉積物所表現(xiàn)的粒度特征:曲流河環(huán)境沉積物分選較好，粒度較細(xì)，頻率曲線多為微正偏的正態(tài)分布，概率累積曲線為兩段式類型，其中河道為典型兩段式，決口扇為低懸兩段式。三角洲環(huán)境沉積物粒度較細(xì)，分選較好，頻率曲線正偏、負(fù)偏均可見;而概率累積曲線則呈現(xiàn)出兩種類型，分支河道為低懸兩段式，平原沼澤則為一段式，反映垂向加積特征。辮狀河環(huán)境沉積物粒度較粗，分選中等至較好，頻率曲線多為微正偏態(tài)，概率累積曲線表現(xiàn)為河流典型兩段式與高懸兩段式的過渡類型。沖積扇環(huán)境沉積物粒度較粗，分選中等，頻率曲線為微正偏態(tài)至很正偏態(tài)，概率累積曲線為高懸兩段式，代表很高的水動力條件。

圖9 興城地區(qū)上古生界地層顏色變化A.吉科一井上石炭統(tǒng)至二疊系巖芯剖面;B.楊家杖子牤牛山上石炭統(tǒng)至二疊系實(shí)測剖面Fig.9 Color variation of Upper Paleozoic in Xingcheng area

(3)通過對本地區(qū)晚古生代各時期的沉積環(huán)境演化特征的分析，可以得出:本地區(qū)晚石炭世至中二疊世中期處于溫暖濕潤的瀕海盆地環(huán)境，中二疊世后期開始，隨著地殼抬升，本地區(qū)開始向內(nèi)陸環(huán)境變化，至晚二疊世末期，已經(jīng)進(jìn)入干旱炎熱的內(nèi)陸盆地環(huán)境。

致謝 在本文的修改過程中受到了審稿專家和編輯的悉心指導(dǎo)，特此感謝。

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