与胡修棉的讨论:水流搬运与沉积过程中掺和作用对碎屑颗粒的重要影响

胡修棉教授(2017)发表的学术论文《物源分析的一个误区: 砂粒在河流搬运过程中的变化》,基于Krumbein滚筒实验结果及大量观察数据,发现现代河流的砂粒中不稳定矿物成分、磨圆度及粒径等变化与国内《沉积岩石学》教材相关结论矛盾,应用于物源分析是“以讹传讹”。受其启发,基于前人研究成果,作者进行了较深入的分析,认为滚筒实验结果对自然界河流砂的机械搬运具有一定的指示意义,即随着搬运距离的增加,颗粒逐渐变细、磨圆度变好,加之河流搬运过程中伴随的化学分解等作用,其中的不稳定成分逐渐变少。但由于掺和作用的存在,河流搬运过程中混合了搬运距离不同的颗粒,其不稳定矿物成分含量、磨圆度和粒径等均会发生变化。国内教材对上述现象均有不同程度的描述,得到广大沉积学者认可,而胡修棉教授(2017)对此论述不够。此外,胡修棉(2017)单从地理位置上划分搬运距离的长短似乎不妥。河流搬运对颗粒的磨圆度和粒径的改造作用缺乏直接的数据证明,建议利用标定法跟踪观察。     

物源分析的一个误区:砂粒在河流搬运过程中的变化

长期以来,中国沉积学界存在一个认识误区,认为"碎屑物质在流水搬运过程中,其不稳定成分逐渐变少,粒度逐渐变小,圆度逐渐变好",并把这一认识错误地运用到对砂岩的物源分析中。作者基于文献调研和现代河流砂研究成果,评述了关于砂粒的不稳定矿物含量、磨圆度、粒度这3个重要参数的研究进展,认为河流搬运过程中砂粒并没有向下游出现明显的不稳定矿物丢失,粒度和磨圆度也没有明显变化,这3个参数与搬运距离并无必然关系。因此,根据长石、岩屑、不稳定重矿物的多寡以及粒度大小、磨圆度好坏来推测砂岩物源区的距离远近是缺乏科学依据的。     

物源分析的一个误区:砂粒在河流搬运过程中的变化*

长期以来,中国沉积学界存在一个认识误区,认为“碎屑物质在流水搬运过程中,其不稳定成分逐渐变少,粒度逐渐变小,圆度逐渐变好”,并把这一认识错误地运用到对砂岩的物源分析中。作者基于文献调研和现代河流砂研究成果,评述了关于砂粒的不稳定矿物含量、磨圆度、粒度这3个重要参数的研究进展,认为河流搬运过程中砂粒并没有向下游出现明显的不稳定矿物丢失,粒度和磨圆度也没有明显变化,这3个参数与搬运距离并无必然关系。因此,根据长石、岩屑、不稳定重矿物的多寡以及粒度大小、磨圆度好坏来推测砂岩物源区的距离远近是缺乏科学依据的。     

岩浆岩砾石磨圆度地质意义的研究

定量地质学的兴起促进了地球科学的快速发展,但是国内外对砾石磨圆度与搬运距离之间定量关系的研究长期以来没有明显的进展。本次研究通过对永定河、碓臼峪、滦河和大石河四条河流进行系统的野外考察,从河流的出山口开始向下游设定考察点,详细描述各考察点砾石的磨圆度、粒度特征并进行统计分析,对岩浆岩砾石磨圆度与搬运距离的定量关系以及磨圆度的影响因素进行了研究。研究发现,岩浆岩砾石的磨圆度随着搬运距离的增大而变好,在搬运的初期变化最快,而后逐渐缓慢下来,最终磨圆度趋于稳定。岩浆岩砾石由棱角状变为次棱角状一般需要搬运3~6 km,由次棱角状变为次圆状一般要搬运12~21 km,圆状砾石大量出现至少要搬运22~31 km。砾石的磨圆度受搬运距离、母岩成分、粒度和破碎作用的影响。棱角状、次棱角状砾石容易被磨蚀,在搬运初期转化为次圆状、圆状,而圆状砾石不易磨蚀达到极圆状;岩浆岩砾石磨圆速度比石英快,比石灰岩慢;相同母岩成分的砾石,粗粒砾石比细粒砾石磨圆快;破碎作用则会降低砾石的磨圆度,使部分砾石呈现出与搬运距离不协调的磨圆特征。     

莺歌海盆地东北部邻区7条主要入海河流重砂矿物特征及其地质意义

海南岛西部（琼西）是莺歌海盆地东北部的主要物质来源之一。本文对琼西7条主要河流入海口的现代河砂进行了重矿物含量、重矿物组合以及相关特征指数等分析,发现其重矿物含量、磨圆度、组合以及相关重矿物指数从北到南明显不同,反映出碎屑物质搬运距离和源区岩性也明显不同。北部珠碧江重矿物以钛铁矿、电气石、锆石、绿帘石和透闪石为主,磨圆度较差,反映物源主要为近距离的酸性至基性-超基性岩浆岩和变质岩;昌化江重矿物以钛铁矿、磁铁矿、锆石和榍石为主,磨圆比较好,物源可能主要为远距离的酸性和基性岩浆岩;中部北黎河和通天河重矿物以钛铁矿、电气石、锆石、石榴石和透闪石为主,基本没有磨圆,物源主要来自近源区,为未经远距离搬运的变质岩、酸性岩浆岩和基性火山岩;感恩河重矿物以磨圆度差的锆石、钛铁矿、榍石、电气石和褐铁矿等稳定-极稳定重矿物为主,反映源区主要为近距离搬运的岩浆岩;南部望楼河和宁远河重矿物以钛铁矿、磁铁矿、褐铁矿和绿帘石等稳定-不稳定矿物为主,反映的母岩主要为酸性岩浆岩、变质岩和中-基性岩浆岩。这些主要河流入海口的重矿物特征存在明显差异,这与其发源地、流经区域以及流经区域所发育的岩石类型相一致。通过研究琼西地区从北到南不同流域的重矿物组合体系,有助于开展莺歌海盆地源汇对比分析,建立不同区域油气储层碎屑物质来源的识别标志,对该盆地天然气储层物源识别具有重要的地质意义。     

澳门黑沙遗址沉积物的成因分析

通过孢粉分析，粒度分析，矿物成分和石英砂微观形貌分析，对史前石器发掘地黑沙遗址的沉积物成因进行了初步探讨，沉积物分选较差，矿物成熟度一般，自下而上颗粒变粗，分选性和磨圆度变好，孢粉以淡水河口成分为主，揭示黑沙遗址沉积物总体属河流搬运作用为主同时受低能潮直带波浪作用的近岸环境下的沉积，沉积物的物质来源于花岗岩，泥岩和粉砂岩，经河流中近距离搬运。     

自然重砂成因矿物学特征及找矿指示作用

自然重砂是地质体经自然风化、剥蚀、搬运、沉积等地质作用而分离出的单矿物(或矿物组合)。自然重砂矿物晶体由于仍然保留有许多矿物成因信息,包括颜色、形态、化学成分、物理性质和矿物组合等特征,因此常用于追溯源区地质体或者找矿勘查。这种方法被认为是一种经济实用的找矿方法——自然重砂测量。本文基于全国自然重砂找矿的数据资料,系统梳理了自然重砂的矿物类型、出现频率及其分布等特点,分析了自然重砂的矿物组合和成因矿物学特征,研究了自然重砂矿物的源区烙印、搬运距离及标型指示矿物组合特征,探讨了自然重砂成因矿物学研究意义及其找矿应用前景。自然重砂矿物的颜色、形态及内部结构依然保留着明确的成因矿物学信息:其颜色和晶体形态具有继承性而与其源区母体联系起来,体现源区母体的特性;其矿物组成可分出残余原生重矿物(包括造岩矿物、副矿物、矿石矿物等)和新生重砂矿物两个部分,如赤铜矿、孔雀石等反映着源区岩性体的成分或者赋存状态特征,其矿物组合也在很大程度上继承原生共生矿物而体现诸如有无矿化等意义;重砂颗粒的磨圆度、边界光滑性等表面特征反映搬运距离,有利于明确响应源区母体或者物源,而具有良好的找矿指示意义。     

北祁连北大河沉积物碎屑组成及物源正演分析

开展现代河流沉积物的物源分析正演研究,对厘清河流搬运分选过程对不同碎屑成分的影响、不同源区对汇区沉积物的贡献机制以及物源定量分析具有重要意义。对北祁连北大河与洪水坝河现代河流沉积物的物源开展了正演研究,结合砾石成分统计、重矿物分析和碎屑锆石U-Pb测年方法,分析了流域内不同物源对现代河流不同碎屑成分贡献的差异性。结果表明,两条河流沉积物的特征显示汇区不同碎屑成分对物源区岩性的反映各有侧重。其中砾石岩性能够反映整个流域的主要岩性;砂粒中的重矿物组合也可以反映源区主要岩性,且对重矿物含量较高的岩体或地层（如铁矿）十分敏感;碎屑锆石年龄谱反映了整个流域物源端元锆石的综合贡献,各年龄峰锆石占比与源区各年龄峰锆石贡献呈较好的正相关关系,其中源区沉积岩碎屑锆石的贡献比较显著。通过河流物源正演分析进一步建立现代河流源汇模式是实现物源量化分析的一个可行方向。     

物源—河流过程—化学风化对松花江水系沉积物重矿物组成的影响

松花江水系作为我国七大水系之一,对其沉积物组成的深入探究对揭示源区控制因素和沉积物的搬运—沉积过程具有重要意义。重矿物蕴含着源岩母岩的重要信息,是解开由源到汇过程和物源示踪的重要工具。为了评估物源、河流过程和化学风化对重矿物组成的影响,我们从松花江水系干流和支流的边滩以及阶地共取32个样品,进行分粒级(<63μm、63~125μm和125~250μm)的重矿物分析。结果表明,松花江水系源区母岩信息在嫩江各支流(诺敏河最为典型)的重矿物组成中得到很好的反映,但在嫩江干流中没有得到反映,这表明物源对重矿物组成的控制受到河流过程的影响。松花江水系的重矿物组成以角闪石、绿帘石、钛铁矿和榍石为主。河流沉积物的重矿物组成主要富集在63~125μm组分,同一河流的不同河段的重矿物组成存在显著差异(巴兰河尤为典型),表明了河流搬运—沉积过程对重矿物组成起到重要控制。哈尔滨松花江T2阶地沉积物(弱风化)的重矿物组成基本保留了现代河流砂特征,讷谟尔河T1阶地沉积物(中等风化)的重矿物受到一定程度的改造,而受到严重化学风化影响的通河松花江T3阶地的重矿物组成已遭受严重破坏,不稳定矿物(角闪石和辉石)以及蕴含的母岩信息已完全消失,表明了重矿物组成明显受到沉积物化学风化程度的影响。由于源—汇过程中重矿物的混合和由此导致的稀释作用,使得沉积物携带的物源信息经过长距离搬运之后逐渐变得模糊。因此,我们认为,在进行河流重矿物源—汇过程研究中,宽粒度分析窗口和足够多的样品数量需要考虑以充分获取源区完整的重矿物组成信息。同时,在利用河流阶地重矿物组成进行源—汇联系和古水系演化研究时,需要首先评估阶地沉积物的化学风化程度。     

冰碛石的形态和表面特征

沉积物中砾石的各种形态参数(磨圆度、球度和扁平度)及表面特征对研究搬运介质和沉积过程是很有用的。有些作者的工作表明,冰碛中的砾石随搬运距离的增加,其磨圆度和球度的提高是明显的;还有人用A.Cailleux的计算磨圆度的公式(2R/a×100)成功地揭示了冰碛、冰水沉积、冰川接触沉积和融冻泥流沉积之间的     

西秦岭北缘上新世韩家沟砾岩岩石学特征及物源分析

对西秦岭北缘出露的上新世韩家沟砾岩进行了野外观测,在此基础上进行了沉积特征研究及物源分析。结果表明,韩家沟砾岩以细砾为主,成分主要是砂岩和灰岩,其次为花岗岩和石英岩;砾石磨圆较差,是岩性、水动力条件、搬运距离等因素共同作用的结果;垂向上,洪积砾岩与冲积砾岩交替出现,粒径呈现反旋回,揭示了扇体的进积发育;砾石扁平面指示由南向北的古水流方向。物源为30～50 km外南部及西南部山区,砂岩砾石主要来自岷县东侧泥盆系大草滩群,灰岩砾石主要来自二叠系大关山组;花岗岩-花岗闪长岩砾石可能来自漳县以南教场坝-碌础坝花岗闪长岩-二长花岗岩侵入序列;砾岩为上新世青藏高原持续北东向扩展的产物,是干旱气候条件下,由南向北的河流搬运形成一套近-中源间歇性河流冲积及洪积为主的冲积扇沉积体系,属扇根中部沉积。     

混积岩中重矿物形貌学特征及物源意义

混积岩能够同时提供碳酸盐沉积以及陆源碎屑物质供给两方面的线索,在沉积动力学、古地理学、古气候学以及物源示踪等领域受到越来越多的关注。需要注意的是,受颗粒性质、滨海水动力条件、风化和成岩作用等因素影响,混积岩中陆源碎屑含量不稳定且粒径普遍偏细,亚稳定—不稳定重矿物会发生不同程度丢失,因而一些反映原始陆源碎屑构成的物源分析方法可能不适用。在研究中以四川盆地北部米仓山地区不同剖面仙女洞组混积岩中粉砂级碎屑组分为对象,对不同沉积环境下的重矿物组成、形貌特征（粒径、延长系数和磨圆度）、风化侵蚀和成岩状况进行了初步探索。结果显示:滨岸环境下的陆源碎屑含量最高,混积台地边缘陆源碎屑含量明显减少,同时易风化重矿物比例降低。另一方面,混积台地边缘稳定重矿物中的碎屑锆石粒径和延长系数与滨岸环境相比明显变小,且同一级别延长系数下锆石磨圆变好。此外,研究还发现沿汉南—米仓山地区存在较为连续的浅水高能鲕粒滩和古杯—微生物丘（礁）相带。这些证据表明沧浪铺期汉南古陆已经发育并向盆地内部提供物源。川北地区下寒武统是四川盆地油气勘探的重要接替层位,理清沧浪铺期物源方向对认识上扬子北部寒武纪早期古地理格局具有较大价值。     

南天山西部山前新生代晚期三期构造活动:来自乌鲁克恰提剖面砾石统计的证据

天山是印度与欧亚板块碰撞过程中,欧亚大陆内重新复活的一条重要的造山带,其拓展过程一直备受关注.南天山西部山前新生代晚期巨厚的砾岩层为构造变形和磁性地层研究带来了困难,限制了该地区新生代晚期造山带拓展过程的研究.本文选取南天山西部山前乌鲁克恰提剖面,对新生代晚期的阿图什组和西域组地层进行详细的描述、测量,并对砾石出露点进行砾石统计.结果显示南天山西部山前乌鲁克恰提地区新生代晚期阿图什组存在3期沉积旋回,第一旋回由冲积扇远端、河流相变为该旋回上部的冲积扇扇中沉积环境.砾石统计结果显示由该旋回中部至上部砾石磨圆度变差、大粒径砾石增多.第二旋回沉积环境以较为平静的湖相及少许河流相开始,变为该旋回上部的冲积扇环境.砾石统计结果也显示出与第一旋回相似的变化特征,即由该旋回中部至上部砾石磨圆度变差、大粒径砾石增多.第三旋回下部为冲积扇远端、冲积扇扇中环境,上部变为扇根环境.砾石统计显示该旋回下部至上部,火成岩和变质岩等不稳定成分增多,磨圆度则呈现棱角状砾石显著增多的趋势,砾石粒径也明显增大.西域组则延续第三旋回的趋势,表现为山前快速堆积砾石沉积,砾石磨圆、分选呈显著变差趋势,粒径持续变大.从阿图什组第一旋回至西域组,砾石的磨圆度呈现变差的趋势,而粒径则表现为明显的增大趋势,这表明晚新生代(5.6Ma以来),褶皱冲断带不断向盆地拓展,物源区距离沉积区越来越近.这些结果表明南天山西部山前新生代晚期(5.6Ma以来)存在3期构造活动,为南天山山前晚新生代的多期拓展提供了证据.     

冻融作用下砂土颗粒形态变化规律研究

土壤中的石英颗粒的表面形态不仅是该沉积物物源区沉积环境、 搬运机制的信息载体, 同时也会直接影响到砂土的宏观物理特性, 对力学和实际工程有着重要的意义。借助显微与高精度图像处理技术, 采用长径比, 磨圆度两个量化指标, 对经过不同次数冻融作用的两组砂土颗粒进行观察。结果表明： 砂土颗粒在冻融循环过程中, 由于颗粒之间的相互作用, 磨圆度先增大后减小, 最后趋于稳定; 长径比先减小, 后增加, 最后趋于稳定。长径比与磨圆度的变化曲线共轭。     

西藏札达盆地沉积物的石英砂表面特征及其环境意义

在扫描电镜下对札达盆地香孜组、古格组和托林组地层中的石英砂表面结构特征进行观察, 三个组中石英颗粒外形磨圆度均不好, 以棱角和次棱角状为主, 结合区域地质认为, 盆地的沉积物源距离盆地沉降区很近, 为盆地周围的山地。其中香孜组的上部和中部冰川砂粒表面特征明显, 认为是水体较浅冰缘区河湖相沉积环境; 香孜组下部为湖泊水体较深的冰缘区河湖相沉积环境。古格组石英砂颗粒表面具有溶蚀坑和沟, 属于低化学能的湖相沉积。托林组则表现出河流相沉积的特点。     

碎屑岩物源研究进展与展望

沉积物物源研究作为沟通沉积盆地与剥蚀区的纽带,有助于恢复源区构造背景、估计沉积物搬运路径与距离、重建古水系和恢复沉积盆地充填演化历史等,在源-汇系统分析中有着非常重要的作用。传统的方法如岩石学、沉积学、重矿物和元素地球化学等方法在物源体系分析中起着重要的作用。随着同位素测试技术的进步,越来越多的碎屑矿物同位素测年开始大量地被应用到物源分析当中。近些年碎屑锆石测年被广泛地应用到沉积盆地物源体系恢复和古水系重建中,而针对碎屑矿物如金红石、独居石和磷灰石等的同位素测年也同样发挥着巨大的作用。多种矿物组合分析以及单矿物多重定年,可以更全面地恢复物源区的构造演化史,从而更准确地恢复构造演化与盆地充填过程之间的耦合关系。同时随着碎屑锆石U/Pb数据的日益增多,越来越多的数学和统计学方法开始被引入用于定量分析不同物源区对沉积区砂体展布的影响。现今和未来的物源分析将是不断引入新的研究技术、将传统方法与新技术的结合、从单一方法到多种方法的综合、从定性分析到定量化研究、从单一学科到多学科交叉的过程,从而更好地让我们认识沉积物在地表的剥蚀搬运沉积的整个过程。     

大理冲积扇含水层非均质性分布规律研究

洪-冲积扇的非均质性分布规律对含水层渗流和污染物迁移研究、地下水污染管理、控制及修复具有重要意义。本文以大理点苍山东麓隐仙溪洪-冲积扇为例,对其水动力条件、沉积构造模型、地形坡度与运移距离的关系进行探讨。研究表明,冲积扇沉积非均质受水动力条件影响,当水动力较好时,沉积颗粒物为砾石和漂砾,填充泥质和粉砂质,水动力较弱时沉积多为砂质和粘土颗粒,扇面整体以水流河道为中心轴呈扇形沉积;冲积扇沉积颗粒物的分选性和磨圆度受地形坡度的影响,地形坡度大沉积颗粒物分选性和磨圆度差,搬运距离越远分选性和磨圆度越好;扇顶因水动力强,坡度大,沉积物分选性和磨圆度差,层理不发育,扇中扇缘随着水动力条件及地形坡度减弱,沉积物分选性和磨圆度逐渐变好,层理较为发育,沉积为水平或均匀层理。     

钱家店铀矿床含矿地层——姚家组沉积环境分析

钱家店铀矿床是发现于松辽盆地的砂岩型铀矿床.文章从岩性组合、沉积构造、测井曲线、砂岩-泥岩厚度比值、沉积岩石学及岩石地球化学等多方面研究了矿区含矿地层姚家组的沉积环境特征及其与铀成矿的关系.该区姚家组的砂岩-泥岩厚度比值平均为5.0,板状交错层理及槽状交错层理发育,显示其辫状河流相沉积特征.姚家组地层岩性总体上以中细粒砂岩及泥岩为主,砾岩很少,其沉积物碎屑颗粒的分选及磨圆度中等,表明其物源较远,沉积物经过较长距离的搬运才沉积下来.因此,本区姚家组沉积环境应为统一的松辽盆地环境下的远源砂质辫状河性质.该矿床铀矿化主要受辫状河流相的心滩及边滩亚相砂体控制,其矿化规律与砂体规模有密切的关系.     

尼日尔Termit盆地上白垩统储层岩石学特征及控制因素分析

本文对尼日尔Termit盆地17口井218个井壁取芯样品开展普通薄片、阴极发光、X衍射、扫描电镜及重矿物分析,研究上白垩统储层的岩石学特征,并探讨其控制因素。实验分析结果表明,Termit盆地上白垩统储层的岩石类型主要为石英砂岩,成分成熟度高,以石英为主,含量达86%以上,钾长石、方解石及斜长石等含少量,占比约5%,这种岩石类型对原生孔隙的保存比较有利;填隙物主要为粘土杂基,含量为7%左右,矿物成分以高岭石为主,利于对晶间孔的保留;岩石中发育硅质、方解石和铁质等胶结类型,胶结物的含量占比较小,对储层的破坏作用不大;重矿物类型为磁铁矿、赤铁矿、锆石、磷灰石,推测物源区的母岩类型主要为花岗岩;以细粒结构和少量的不等粒结构为主,分选中等-差,磨圆度一般为次棱角-次圆状,磨圆差。与国内石英砂岩沉积于高能的滨浅海环境不同,研究区石英砂岩成分成熟度高,但分选程度和磨圆度较低,一方面反映了物源区母岩富含石英,同时也反映了这种石英砂岩沉积于近源的河流-三角洲环境。影响研究区上白垩统储层物性的主要因素是岩石类型及成岩作用,由于储层的岩石类型为石英砂岩,压实作用对储层的破坏作用较一般岩石类型偏小。砂岩埋深小于2500m时,主要发育原生孔隙,面孔率大于15%。溶蚀作用对本区储层产生一定的影响,最常见的为长石的溶蚀,溶蚀作用形成粒内溶孔和粒间溶孔,还会扩大原生孔隙形成混合孔,改善了砂岩的储集性能。     

松辽盆地十屋断陷十屋地区营城组物源体系探讨

在综合分析碎屑颗粒组分、重矿物组合、砂砾岩展布和地层倾角测井等资料的基础上,探讨了十屋断陷十屋地区营城组沉积时期的物源体系特征和分布。碎屑颗粒组分和重矿物分析能指示物源区母岩类型和碎屑物质的搬运方向,砂砾岩展布能指明了碎屑物质的搬运方向和搬运途径,地层倾角测井则指示了古水流的方向。结果表明,十屋地区营城组存在三大物源体...