Форма зерен пород
(Слайд 1G1_7)
Обломочные зерна песчано-алевритовых пород могут обладать различной формой в зависимости от ряда причин, к которым прежде всего следует отнести механическую прочность и химическую устойчивость минерального вещества этих зерен, условия разрушения и переноса зерен (путь и условия транспортировки), а также характер их отложения в седиментационном бассейне.
Степень окатанности зерен является важным генетическим признаком. Обычно она определяется под бинокуляром. Степень окатанности обломочного материала в породе устанавливают по какому-либо минералу, предпочтительно по кварцу; размеры зерен должны быть больше 0,10 мм.
Различают три типа формы зерен пород:
- первичную,
- вторичную
- седиментационную.
Первичная форма зерен пород определяется формой минерала (его кристаллической структурой), содержащегося в материнской породе, и зависит от спайности минерала. Она может быть изометричной (гранат, часто кварц), призматической (полевые шпаты), удлиненно-призматической (роговые обманки) и пластинчатой (слюды, хлорит). Первичная форма зерен при их транспортировке изменяется сравнительно мало. В совокупности с размером и плотностью зерен она оказывает значительное влияние на сортировку обломочного материала.
Вторичная форма зерен обусловлена обрастанием (регенерацией) обломочных зерен, коррозией и деформацией первичной формы зерен (наблюдается, например, у слюдистых минералов).
Седиментационная форма зерен характеризуется степенью их окатанности, определяемой рядом методов (Батурин, 1947; Лапинекая, 1947; Преображенский, 1940; Wadell, 1935).
Форма зерен выражается двумя коэффициентами: степенью сферичности φ и степенью округленности Р.
Степень сферичности показывает, насколько форма зерна приближается к форме шара. Э. Уоделл (1935) предложил вычислять этот коэффициент по формуле
где d — диаметр круга, эквивалентного сечению зерна (его длинной стороне);
D — диаметр наименьшей окружности зерна, описанной вокруг его сечения.
Степень округленности Рвыражена формулой
где r — средний радиус кривизны углов между гранями зерна;
N — число замеров углов r;
R — радиус наибольшей окружности, вписанной в сечение зерна.
(Слайд 1G1_711)
При массовых анализах форма зерен определяется глазомерно. В.К. Крумбейн и Л.Л. Слосс (1960) предлагают наглядную таблицу для визуального определения степени сферичности и округленности зерен (см. рисунок).
Зерна, характеризующиеся различными величинами
коэффициентов сферичности и округленности
(по Крумбейну и Слоссу, 1960)
(Слайд 1G1_8)
Минеральные вещества, заполняющие в породе промежутки между составляющими их зернами и обломками и связывающие последние между собой, называются цементом пород.
Коллекторские свойства породы в известной степени определяются составом и структурой цементирующих веществ, но главным образом они зависят от характера взаиморасположения и количественного соотношения цемента и обломочных зерен, т. е. от текстурных элементов породы.
По минеральному составу цементы бывают полиминеральные и реже мономинеральные. Состав их очень разнообразен. Среди мономинеральных цементов наиболее широко распространены различные глинистые цементы, главная масса которых в виде тонкой терригенной мути отлагается в процессе осадконакопления одновременно с более крупными частицами породы. Менее распространены цементы хемогенного происхождения. Эти последние в переменных количествах часто присутствуют в породе наряду с глинистым материалом разного способа образования или, что отмечается реже, цементируют породу самостоятельно. Среди хемогенных цементов преобладающую роль играют карбонаты, сульфаты, окислы и гидроокислы различных элементов, накапливающиеся путем осаждения из растворов.
Современный характер минерального состава, структуры и расположения цементирующих веществ в породе в значительной мере определен направлением и интенсивностью тех процессов преобразования, которые претерпела эта порода на разных стадиях своего формирования. Известное исключение представляет глинистый материал, состав и структура которого могут сильно измениться относительно первоначального облика, но сколько-нибудь существенного перераспределения этого материала в целом, внутри порового пространства пород, обычно не наблюдается.
Влияние минералогического состава цемента на коллекторные свойства пород определяется главным образом сорбционными свойствами минералов цемента и степенью гидрофильности или гидрофобности последних.
Структуры глинистого и хемогенного цементов обладают своими специфическими особенностями и поэтому должны быть охарактеризованы раздельно. Применительно к глинистым цементам различают прежде всего такие структуры, как пелитовая и алевропелитовая, основанные на степени дисперсности материала глин. Пелитовая структура отвечает глинам с размером частиц < 0,01 мм, а алевропелитовая указывает на присутствие в них примеси тонкого алевритового материала.
(Слайд 1G1_81)
Среди глинистых и хемогенных цементов выделяют многочисленные структуры, обусловленные степенью раскристаллизованности вещества или характером ориентировки отдельных его составляющих относительно обломочного материала породы. В числе структур первого типа наиболее распространены микроагрегатная, отвечающая слабо раскристаллизованному глинистому веществу, и чешуйчатая, при которой отдельные чешуйки, слагающие глинистый агрегат, хорошо различимы под микроскопом. Среди структур второго типа можно назвать такие, как пленочная (или облекания), характеризующаяся прилеганием чешуек глины к обломочным зернам базисными плоскостями; радиально-крустификационная, при которой чешуйки глинистых минералов ориентированы перпендикулярно поверхности обломочного материала, и ряд других. Хемогенные цементы могут быть аморфными и зернистыми, причем крупность зерен меняется в широких пределах, в соответствии с чем различаются разнозернистый, среднезернистый, тонкозернистый и другие типы цементов.
Нередко в породах отмечается смешанный тип цементации с развитием различных структур цементов. Структура цементов также в известной мере определяет коллекторские свойства пород. Так, состояние вещества (аморфное или кристаллическое) и крупность его составляющих влияют на сорбционные свойства породы, ориентировка угловатых зерен цемента при неплотной их упаковке влияет на фильтрационные свойства породы, а также на остаточную водонасыщенность и т. д.
Особенно большое значение при оценке емкости и проницаемости пород-коллекторов имеет текстура цементов — взаиморасположение и количественное соотношение цементирующего и обломочного материалов в породах. По этому признаку различают следующие основные типы цементов (Швецов, 1948):
- контактовый (или соприкосновения), при котором цементирующее вещество развивается только в местах контакта обломочных зерен;
- сгустковый (или пятнистый), когда материал цемента неравномерно распределен в породе в виде отдельных локальных участков;
- пленочный, когда цемент присутствует в виде тонких обволакивающих обломочные зерна слоев;
- поровый, при котором вещество цемента развивается в промежутках между соприкасающимися обломочными зернами породы,
- базальный, при котором зерна погружены в цементирующую массу, не соприкасаясь между собой.
Обычно в породах отмечаются комбинации двух или более названных типов цемента с преобладанием одного из них. Послойное изменение типов цемента часто приводит к анизотропности породы по проницаемости. Наиболее высокие коллекторские показатели при прочих равных условиях имеют породы с контактовым типом цемента, так как в этом случае максимально возможное сечение поровых каналов остается свободным для фильтрации, понижена остаточная водонасыщенность и в наименьшей степени проявляются сорбционные и гидрофильные свойства цементирующего материала. Более низкими коллекторскими показателями характеризуются породы с базальным и поровым типами цемента.
Детальное изучение состава, структурных и текстурных особенностей цементов пород необходимо для правильной оценки их коллекторских свойств.