粒度分析方法在沉積學中的應用

彭飚　雷光宇

摘要：在沉積學方面，粒度分析數據主要應用于沉積物搬運機制、水動力條件、沉積環境的恢復，偶爾也可以應用于成巖環境的恢復。目前主要的方法是公式計算法和圖版法。公式計算法通過概率累計曲線，可以計算出某些特有的粒度參數，通過這些粒度參數的區間范圍或判別公式，確定該樣品所屬的搬運機制、水動力條件及沉積環境。圖版法根據粒度數據在特定圖版上的曲線形態或分布位置確定該樣品的搬運機制、水動力條件及沉積環境。隨著地質學理論方面的提高以及地球物理、地球化學學科的發展，粒度分析在實踐中的應用也越來越廣泛、完善，通過粒度分析的沉積環境解釋公式及圖解應逐步更新，多學科交叉共同恢復沉積環境。

關鍵詞：粒度分析;沉積學;沉積環境;搬運機制

中圖分類號：P534

文獻標識碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.11.066

粒度是沉積物重要的結構特征，是其分類命名的基礎。粒度資料也被廣泛用于判斷沉積環境和分析沉積物搬運過程[1-3]。自1957年FOLK和WARD提出了粒度參數計算公式及簡單的沉積環境判斷標準起[1-2]，利用這些粒度參數判斷沉積環境的研究就大量涌現，最為典型的是SAHU在1964年基于這些粒度參數建立不同沉積環境的判別公式及圖解[3]。與之同樣經典的是1969年VISHER應用粒度概率值累計曲線建立了沉積環境的典型模式[4]。隨著學科的發展及方法的進步，不少學者對過去經典的計算公式和模板也提出了疑問，并提出了相應的新辦法[5-9]。針對這些新老方法及應用實例，本文進行了總結。

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Folk粒度參數計算公式及典型沉積環境粒度特征

FOLK and WARD（ 1957，1966）在粒度累計曲線上獲得某些累計百分比處的顆粒直徑，進而計算如平均粒徑MZ、標準偏差σ1、偏度SKi、峰度KG等參數[1-2]。

利用粒度參數的組合特點對沉積砂進行了環境分析，幾種常見沉積類型的粒度特征如表1所示。

2 Sahu粒度判別公式及成因圖解

SAHU（ 1964）在FOLK and WARD粒度參數計算公式的基礎上，對現代碎屑沉積物進行大量統計（濁積巖運用巖心資料），利用數學分析方法，求得了各類沉積環境的判別公式[3]，如表2所示。并且在對數坐標紙上作圖，發現不同的沉積環境在圖上有明顯的分界。應用這一圖解可以大致對濁流、三角洲、淺海、海灘及風成環境的沉積物進行區分。

3 古環境和古氣候恢復模型

YU（ 2016）認為傳統的粒度參數分析方法及圖解不足以表征復雜的沉積環境及氣候[5]。YU運用多水平貝葉斯終端模擬分析方法，對粒度數據進行解剖，建立了新的古環境及古氣候判別模型，名為BEMMA模型[5]。

LU綜合利用粒度參數及雷達圖解的方法，解釋了中國北方第四系的紅土（ Red Clay）成因，恢復了第四系紅土（RedClay）沉積時期的古氣候。

4 VISHER利用概率值累計曲線區分沉積環境

VISHER（ 1969）利用對數坐標，將粒度累計曲線中的粗粒部分和細粒部分影響擴大，將累計曲線劃分為三個部分，分別代表沉積物搬運過程中的滾動組分、跳躍組分和懸浮組分[4]。VISHER大量統計了現代不同沉積環境的粒度概率曲線，總結了不同沉積環境粒度概率曲線圖模板[4]。

5 結論

粒度分析在沉積學中主要應用于沉積物搬運機制、水動力條件及沉積環境的恢復，偶爾也應用于成巖環境的恢復。沉積物搬運機制、水動力條件及沉積環境的恢復方法有公式計算法和圖版法兩種。公式計算法通過概率累計曲線，可以計算出某些特有的粒度參數，通過這些粒度參數的區間范圍或判別公式，確定該樣品所屬的搬運機制、水動力條件及沉積環境。公式計算法的代表學者有FOLK、SAHU、BLOTT、YU等。圖版法根據粒度數據在特定圖版上的曲線形態或分布位置確定該樣品的搬運機制、水動力條件及沉積環境。圖版法的代表學者有VISHER、PASSAGE、SUN等。單純利用粒度資料恢復沉積物搬運機制、水動力條件及沉積環境是不夠的，不少學者也綜合利用了地球物理和地球化學方法，綜合恢復沉積物搬運機制、水動力條件及沉積環境。

隨著地質學理論不斷豐富，及地球物理、地球化學學科的發展，粒度分析在實踐中的應用也越來越廣泛、越來越完善。沉積環境解釋公式及圖解逐步更新，多學科交叉共同恢復沉積環境。但以下幾方面需要再思考：①沉積環境解釋公式及圖版都是根據經驗觀測資料，大量地統計現代沉積環境中的粒度資料特征，反演古代的沉積環境。但粒度資料的根本分析應該是從物理學的角度去解釋顆粒在介質中的搬運和沉積過程與粒徑分布之間的關系，然后再根據顆粒的搬運及沉積過程解釋其沉積環境，只有這樣才能更加深入地剖析粒度分布特征與沉積環境之間的關系。②沉積環境模式、顆粒直徑等理論目前缺乏統一標準。

參考文獻：

[1] ROBERT L， FOLK， WILLIAM C.WARD. Brazos riverbar：a study in the significance of grain size parameters[J] .Joumal of Sedimentary Petrology， 1957（ 27）： 3-26.

[2] FOLK， ROBERT L.A review of grain-size parameters[J] .Sedimentology， 1966（ 6）： 73-93.

[3] SAHU B K.Depositional mechanisms from the sizeanalysis of clastic sediments [J] .Journal of SedimentaryPetrology， 1964， 34 （ 1）： 73-83.

[4] VISHER G S.Grain size distributions and depositionalprocesses [J] .Joumal of sedimentary petrology，

1969，39 （ 3 ）： 1074-1106.

[5]YU S Y， COLMAN S M， Li L X.BEMMA ： A hierarchicalbayesian end-member modeling analysis of sedimentgrain-size distributions [J] .Mathematical Geosciences ，2016， 48 （ 6 ）： 723-741.

[6]BLOTT S J， PYE K.GRADISTAT ： a grain size distributionand statistics package for the analysis of unconsolidatedsediments [J] .Earth Surface Processes and Landforms，2001， 26 （ ll ）： 1237-1248.

[7] SUN D， BLOEMENDAL J， REA D K， et al.Grain-sizedistribution function of polymodal sediments in hydraulicand aeolian environments ， and numerical partitioning ofthe sedimentary components [J] .Sedimentary Geology ，2002 ，

152 （ 3 - 4 ）： 263-277.

[8]FREDLUND M D， WILSON G W， FREDLUND D G.Useof the grain-size distribution for estimation of thesoil-water characteristic curve [J] .Canadian GeotechnicalJoumal， 2002， 39 （ 5 ）： 1103-1117.

[9] WELTJE G J ， PRINS M A.Genetically meaningfuldecomposition of grain-size distributions [J] .SedimentaryGeology， 2007， 202 （ 3 ）： 409-424.