沉積物分選性和磨圓度
一般情況下,牽引流在搬運(yùn)過(guò)程中碎屑沉積物通常會(huì)發(fā)生三個(gè)方面的變化:①沉積物粒度的變化——隨著搬運(yùn)距離和搬運(yùn)次數(shù)的增加,沉積物粒度變細(xì);②沉積物分選性的變化——隨著搬運(yùn)距離和搬運(yùn)次數(shù)的增加,沉積物分選性變好;③沉積物磨圓度的變化——隨著搬運(yùn)距離和搬運(yùn)次數(shù)的增加,沉積物顆粒逐漸渾圓化。但是,影響沉積物的因素是錯(cuò)綜復(fù)雜的,除牽引流以外的其他流體性質(zhì)、母源性質(zhì)和環(huán)境特征也往往制約沉積物的粒度、分選性和磨圓度。
一、分選性
分選(sorting)是指碎屑物質(zhì)在水、風(fēng)等動(dòng)力作用下,按粒度、形狀或密度的差別發(fā)生分別富集的現(xiàn)象,表示顆粒大小的不均一性。分選主要是在碎屑顆粒的搬運(yùn)過(guò)程中完成,表明沉積顆粒粒度與一定介質(zhì)條件相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
當(dāng)介質(zhì)為水流時(shí),在水的流速和攜帶能力發(fā)生變化時(shí),被搬運(yùn)的顆粒就會(huì)在不同的水力條件下,以不同的粒度等級(jí)分別進(jìn)行沉降和堆積,這就是顆粒粒度的水力分選作用。碎屑顆粒在濁流中也可以受到一定的分選,但不如牽引流徹底。在牽引流中,顆粒粒度與分選性具有一種有趣的關(guān)系,即愈向細(xì)砂(直徑0.25~0.1mm)變化,分選性愈好。
分選性是沉積環(huán)境能級(jí)的反映。一般來(lái)說(shuō),隨著搬運(yùn)距離的加長(zhǎng),巖石的分選性也變好;沉積介質(zhì)的強(qiáng)烈和持續(xù)攪動(dòng)也有助于分選程度的增高;風(fēng)的搬運(yùn)比水的搬運(yùn)分選好,濱海沉積比湖泊和河流沉積的分選好。
碎屑沉積物的分選性,可用粒度參數(shù)中的分選系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)偏差等定量表示(表5-3)。分選性也可以粗略地分為:好、中、差三級(jí)。當(dāng)主要粒度成分含量大于75%時(shí),或顆粒大小近于相等者,稱(chēng)為分選好。當(dāng)主要顆粒成分含量在50%~75%之間,稱(chēng)為分選中等。沒(méi)有一個(gè)粒級(jí)成分含量超過(guò)50%時(shí),或顆粒大小相差大,則稱(chēng)為分選差(圖5-12)。
圖5-12 用于在薄片下肉眼估計(jì)分選性的對(duì)比圖(據(jù)Lewis,1984)
含斑性是砂巖的另一種結(jié)構(gòu),余素玉(1984)將其解釋為重力流的產(chǎn)物。它是指在某一粒度的砂巖中出現(xiàn)了跳級(jí)顆粒(斑屑),其直觀(guān)特點(diǎn)相當(dāng)于巖漿巖中的似斑狀結(jié)構(gòu)(圖5-13)。含斑性砂巖在我國(guó)第三紀(jì)湖盆腹地較為常見(jiàn),與其伴生的是半深湖-深湖泥巖,砂體往往具有塊狀構(gòu)造,代表了一種水下的重力流沉積,其可以構(gòu)成獨(dú)立的水下濁積扇體系,也可以是三角洲前緣的部分沉積物(吳立群等,2010)。
二、磨圓度
磨圓度(roundness)是指碎屑顆粒在被搬運(yùn)過(guò)程中,經(jīng)流水沖刷、互相撞擊之后的原始棱角被磨蝕圓化的程度,它是碎屑巖的重要結(jié)構(gòu)特征之一。磨損程度反映了碎屑的全部搬運(yùn)歷史,但不一定能反映出顆粒由源區(qū)遷移到沉積區(qū)的距離——圓的顆粒可能來(lái)自于當(dāng)?shù)氐某练e巖,或者可能是在一種近源區(qū)的環(huán)境下受到長(zhǎng)期磨損的結(jié)果,例如懸崖附近的海灘。在有些情況下,例如在土壤中,化學(xué)作用可使顆粒變圓(Crook,1968)。
圖5-13 渤海灣盆地歧口凹陷古近系砂巖的含斑性(焦養(yǎng)泉攝,2008)
碎屑顆粒的磨圓度一方面取決于它在搬運(yùn)過(guò)程中所受磨蝕作用的強(qiáng)度,另一方面也取決于碎屑本身的物理化學(xué)穩(wěn)定性以及它的原始形狀、粒度等。
碎屑顆粒的磨圓度總是隨著其搬運(yùn)距離和搬運(yùn)時(shí)間的增加而增高,這是碎屑顆粒磨圓度變化的總趨勢(shì)。碎屑顆粒在搬運(yùn)過(guò)程中受到的磨蝕作用越強(qiáng),其原始棱角被磨蝕的越顯著,磨圓度也就越好。這對(duì)于粗碎屑,特別是對(duì)滾動(dòng)搬運(yùn)的礫石來(lái)講表現(xiàn)得更為明顯。
在河流環(huán)境中礫石的磨圓度隨著粒度的增大而增高,大礫石比小礫石表現(xiàn)出更顯著的機(jī)械磨蝕。與礫石相比,砂級(jí)碎屑的圓化速度要慢得多,而且砂的粒級(jí)越細(xì),在搬運(yùn)中遭受的磨損越小。
圖5-14 砂粒磨圓度的輪廓對(duì)比圖(據(jù)Shepard 和Young,1961)
a.尖角狀(0.12~0.17);b.棱角狀(0.17~0.25);c.次棱角狀(0.25~0.35);d.次 圓 狀(0.35~0.49);e.圓 狀(0.49~0.70);f.極圓狀(0.70~1.00);括號(hào)中的數(shù)字是根據(jù)Wadell球度計(jì)算公式對(duì)各級(jí)磨圓度給出的
歸納起來(lái),在搬運(yùn)過(guò)程中,滾動(dòng)的顆粒比懸浮的顆粒易磨圓,大的顆粒比小的顆粒易磨圓,硬度小的顆粒比硬度大的顆粒易磨圓,搬運(yùn)距離遠(yuǎn)的顆粒比搬運(yùn)近的、搬運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)的比搬運(yùn)時(shí)間短的磨圓度好。
在同樣的磨蝕條件下,不同性質(zhì)的碎屑磨圓程度不同。例如,石灰?guī)r的碎屑遠(yuǎn)比同粒級(jí)的石英砂巖碎屑易于磨圓,因?yàn)槭規(guī)r在水中的物理化學(xué)穩(wěn)定性遠(yuǎn)不如石英砂巖。
另外,風(fēng)的搬運(yùn)比水的搬運(yùn)的碎屑磨圓度好,濱海沉積比河流沉積的碎屑磨圓度好。總之,造成碎屑顆粒磨圓的因素是很復(fù)雜的,因此,當(dāng)利用碎屑的磨圓度特征來(lái)分析其沉積成因時(shí),應(yīng)以同一成分、同一粒級(jí)的碎屑為標(biāo)準(zhǔn)。
在手標(biāo)本的觀(guān)察描述中,通常把碎屑的磨圓度劃分為如下6個(gè)級(jí)別(圖5-14)。
尖角狀:顆粒具有極尖銳的棱角,甚至呈鋸齒狀。
棱角狀:顆粒具尖銳的棱角,棱線(xiàn)向內(nèi)凹進(jìn)。
次棱角狀:碎屑顆粒的棱和角均稍有磨蝕,但棱和角仍清楚可見(jiàn)。
次圓狀:棱角有明顯的磨損,棱線(xiàn)略有向外凸出,但原始輪廓還清楚可見(jiàn)。
圓狀:顆粒的棱角已經(jīng)全部磨損消失,棱線(xiàn)向外突出呈弧狀,原始輪廓均已消失。
極圓狀:顆粒的棱角已經(jīng)全部磨損消失,原始輪廓均已消失。
很顯然,用對(duì)比方法確定磨圓度既直觀(guān)又迅速,但精度不高。不同的人操作,甚至一個(gè)人重復(fù)操作時(shí)得到的結(jié)果都可能有所差別。熟練的工作有助于精度的提高。
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