Краткий курс литологии

Гp ti 11у.пом с гp jI чсск if fi анализ пород

С помощью гранулометрического анализа осуществляется точ­ ное определение количества обломочных частиц различного разме­ ра, присутствующих в породе. Отнесение породы к классу песча­ ников или алевролитов производится в зависимости от того, части­ цы какого размера преобладают в составе данной породы. Методы гранулометрического анализа, основанные на разделении обломоч­ ных частиц путем просеивания их через систему сит или на отмучивапии частиц различного размера в воде, могут применяться только к рыхлым пескам и алевритам или же к породам, сцемен­ тированным цементом (например, кальцитом), который может быть растворен без ущерба для обломочных зерен. Гранулометрия Иесчаииков и алевролитов, сцементированных нерастворимыми це­ ментами (например, кремнистыми), проводится путем измерения обломочных зерен в шлифах, под микроскопом.

Гранулометрический анализ пород с растворимыми цементами

осуществляется после обработки образцов породы соответствующи­ ми растворителями (обычно 3—5% соляной кислотой, 5—10% ук­ сусной кислотой и др.). Существует много различных методик ана­ лиза, более или менее близких друг к другу. Часто используется так называемый комбинированный метод гранулометрического анализа, включающий отделение глинистых частиц путем отмучивания в воде и последующее рассеивание более крупных обломков па ситах.

Вначале из нерастворимого остатка породы удаляются глини­ стые частицы размером менее 0,01 мм. Для этого нерастворимый остаток заливается водой в банке, на которой сделаны две отмет­ ки: на высоте 4 и 14 см от дна. Вода доливается до верхней метки. Обломочные частицы из суспензии начинают погружаться на дно. По формуле Стокса рассчитывают, через сколько минут все части­ цы крупнее 0,01 мм погрузятся ниже нижней отметки, т. е. пройдут путь в 10 см. Формула Стокса:

v _ 2g(d2—d{)r2

(А

где V — скорость осаждения частиц сферической формы в см/с; g — ускорение силы тяжести, равное 981 см/с2; d2 — средняя плотность минеральных частиц; d\ — плотность воды при данной температуре; г — радиус частиц в см; \х — вязкость воды в сангипуазах при дайной температуре. Произведя соответствующие под­ счеты, узнаем, что время, за которое частицы крупнее 0,01 мм прой­ дут путь в 10 см при 20 °С, составит около 20 мин. Это значит, что вылив с помощью сифона столб мутной воды из банки до нижней метки, мы удалим плавающие в ней глинистые частицы, так как па дне банки будут находиться погрузившиеся туда обломки круп­ нее 0,01 мм. Эту операцию повторяют несколько раз, до тех пор пока через 20 мин столб воды выше нижней метки не будет пол­ ностью прозрачным.

Осторожно слив остатки воды, частицы крупнее 0,01 мм высу­ шивают и рассеивают на ситах. Зная содержание в породе нерас­ творимого остатка (которое обычно определяется из параллель­ ной пробы) и взвесив все фракции обломочных частиц, задержав­ шиеся на различных ситах, можно определить, какое количество глинистых частиц мы отмутили, сливая глинистую суспензию че­ рез 20 мин. Принимая весь нерастворимый остаток породы за 100%, рассчитывается содержание в породе всех размерных интер­ валов (определяемых использованными нами ситами), включая глинистые частицы, в процентах.

Г р а н у л о м е т р и ч е с к и й а н а л и з о б л о м о ч н ы х по­ род в ш л и ф а х основывается на замерах диаметров обломоч­ ных зерен в случайном сечении, которое представляет собой плос­ кость шлифа. Измеренные в шлифе поперечники зерен группируют­ ся в размерные фракции. Соответствующая методика такого гра­ нулометрического анализа была разработана рядом исследовате­ лей, в частности А. А. Шантаром, для серии фракций, представ­

ляющих собой геометрическую прогрессию со знаменателем 10.----

у 10 =1,258 с некоторым округлением-значений размеров фрак­ ций (табл. 9.8).

Недостатком метода является то, что в шлифеизмеряются не истинные размеры зерен, а случайные сечения. При этом содержа­ ние мелких фракций будет завышаться за счет части измерении, сделанных по случайным сечениям. Для того чтобы результаты гранулометрического анализа в шлифах соответствовали действи­

тельному составу породы, вводятся поправки, устраняющие этот недостаток. 1акие поправки рассчитаны теоретически. Их значе­ ния приведены в табл. 9.8, колонке 2. Для получения достаточно представительного материала в шлифе с помощью окулярной ли­ нейки необходимо замерить размеры примерно 500 зерен, переме­ щая шлиф препаратоводителем по системе параллельных линий. А. А. Шантар рекомендует измерять минимальный размер зерен п сечениях. Полученные результаты заносятся в табл. 9.8, колон­ ку 3. Приняв сумму всех замеренных зерен за 100%, определяем

содержание зерен F по данным замера (табл. 9.8, колонка 4) в процентах.

Пересчет полученного процентного содержания фракций произ­ водится по следующим формулам:

Q1= •Л = 1,96•/+,

Q2= 1,96(F2—Qi • 0,21);

Q3= 1,96 F3— (Q2 • 0,21 + *0,10);

Qn = 1,96[F„—(Qn-i -0,21 + Qn—2-0,10+ Qn-з ■0,075+

+Qn- 4 • 0,037+ Qn—5.0,028 + Qn-6 - 0,015+ Qn-i -0,01 + Qn-s • 0,007+

+QA-9 • 0,005+ Qn—io • 0,002) ],

псе содержания к 100%, т. е. необходим пересчет на истинное со­ держание зерен (табл. 9.8, колонка 6).

При обобщении данных по гранулометрии пород следует пом­ нить о том, что нельзя сравнивать результаты гранулометрических анализов рыхлых пород или пород с растворимыми цементами, ко­ торые отражают весовые процентные соотношения фракций с гра­ нулометрическими анализами, выполненными путем измерения верен в шлифах, где мы получаем процентные соотношения числа верен.

К недостаткам рассматриваемого метода относится также не­ возможность определить содержание в породе глинистых частиц, размеры которых меньше 0,01 мм. В практике работы обломки с размерами меньше 0,05—0,04 мм обычно с трудом различимы сре­ ди глинисто-кремнистой или кремнисто-хлоритовой массы цемента.

100%

< 0,005 ММ ГЛ

тонкодисперсная, ГПД — глина песчаная тонкодисперсная, ГАД — глина алев­ ритовая тонкодисперсная, Г Д — глина тонкодисперсная, АЧ — алеврит чистый, АП — алеврит песчаный, АГ — алеврит глинистый, АПГ — алеврит песчано­ глинистый, Г — глина, ГлП — глинопесок, Ал-Г — алеврнтоглина, СП — сугли­

песчано-глинистый алеврит; в — по проекту 51 Американского нефтяного институ­

нисто-алевритовый, Г — глина, ГЯ — глина песчаная, ГА — глина алевритовая, ГАЯ — глина алеврито-песчаная, ГЯА — глина песчано-алевритовая, А — алев­ рит, АЯ — алеврит песчаный, АГ — алеврит глинистый, АЯГ — алеврит песча­ но-глинистый, АГП — алеврит глинисто-песчаный

а высота — содержание каждой фракции в процентах (рис. 9,22). Вместо равных условных отрезков, изображающих фракции, по оси абсцисс иногда откладывают их размеры в логарифмическом или арифметическом масштабе. Обычно распределение прямо­ угольников на гистограммах приближается по форме к гауссовой кривой. Наличие на гистограмме не одного, а двух максимумов (рис. 9.22, б) может указывать на образование породы за счет смешения обломочного материала, поступившего в бассейн осадконакопления из двух различных источников сноса. Чем слабее выражен па гистограмме основной максимум, тем хуже отсортироваиность породы.

П о с т р о е н и е с у м м а р н ы х (к у м у л я т и в н ы х ) к р и ­ вых. Кумулятивная кривая представляет собой график распреде-

И н т е р п р е т а ц и я д а н н ы х г р а н у л о м е т р и ч е с к о г о а н а л и з а . Известно много попыток использовать данные грануло­ метрии для восстановления условий накопления осадков. Анализи­ руя полученные результаты, многие исследователи (Ф. Дж. Петтиджон, Р. К. Селли и др.) приходят к выводу, что это направле­ ние исследований было недостаточно успешным. Тем не менее в ряде работ приводится характеристика процессов накопления осад­ ков па основе генетического графика Р Пассега (рис. 9. 26), по­ строенного в координатах шкалы размерности Ф Крамбейна. На графике выделяются поля, характеризующие различные условия накопления осадков: турбидитные потоки, русловые отложения рек, градационные суспензии и т. п.

Минералогический анализ пород

В задачу изучения обломочных, аллотигенных минералов пород входит исследование не только породообразующих минералов, сла­ гающих основную часть обломочных пород (в первую очередь, кварца и полевых шпатов), но и так называемых акцессорных минералов, составляющих в породе незначительную, но чрезвы­ чайно важную для литолога примесь.

При образовании различных магматических, метаморфических или осадочных пород формируются специфические, характерные для этих пород минералы. Подвергаясь затем процессам денуда­ ции, переноса и отложения, они могут входить >в состав образую­ щихся обломочных пород. Обнаружив такие минералы в обломоч­ ных породах, мы можем определить характер материнских пород, за счет разрушения которых сформировались изучаемые нами пес­ чано-алевритовые породы. Важную роль при этом играет изучение акцессорных минералов, присутствующих в обломочных породах, как уже указывалось, в виде незначительной примеси. Как прави­ ло, акцессорные минералы характеризуются повышенной плот­ ностью (обычно превышающей 2,8 г/см3) и выделяются под назва­ нием минералов тяжелой фракции. Количество разновидностей тяжелых минералов, входящих в состав обломочных пород, дости­ гает многих десятков, однако наиболее часто встречаются следую­ щие минералы:

Тяжелые (акцессорные), а также легкие (породообразующие) минералы присутствуют в осадочных породах в виде определен­ ных ассоциаций, отражающих парагенетические связи между эти­ ми минералами, часто позволяющие определить характер пород, слагавших источники сноса обломочного материала (табл. 9.10). Изучаются минералы определенных размерных фракций, полу­ ченных в результате гранулометрического анализа. В тех случаях когда литолог имеет дело с породой, сцементированной труднорастворимым цементом (кремнистый, глипистокремнистып и т. п.), приходится прибегать к изучению минералов, извлеченных из породы после ее искусственного раздробления.

Наиболее богата различными минеральными видами и поэтому обычно служит объектом изучения фракция, содержащая обломоч­ ные зерна, размер которых изменяется от 0,05 до 0,25 мм. Предва­ рительно фракцию делят на две части: легкую с плотностью менее 2.8 г/см3 и тяжелую, плотность минералов которой превышает 2.8 г/см3. Разделение проводят путем погружения обломочных зе рем изучаемой фракции в одну из так называемых тяжелых жидкостей. В качестве тяжелых жидкостей могут использоваться