Структурный анализ Под структурой Texture осадочной горной породы

Структурный анализ Под структурой (Texture) осадочной горной породы понимают особенности внутреннего строения горной породы, обусловленные формой и размерами составляющих ее частиц. В общем плане этот термин используют при описании размера, формы и расположения зерна, матрицы и цемента в породе. Главными структурными компонентами являются: Размер зерна (Grain size); Сортировка (Grain sorting); Окатанность (Roundness); Форма и морфология зерна (Grain shape and Grain morphology); Упаковка (Packing); Морфология (Grain morphology) и структура поверхности зерна (Grain surface texture); Структурная зрелость осадка (Textural maturity).

Размер частиц (Grain size) Размер является наиболее яркой характеристикой осадочной частицы – главным описательным компонентом осадочных пород. Именно размер положен в основу общей классификации осадков и осадочных пород на псефиты, псаммиты, алевриты и пелиты. Результаты 930 гран. анализов: дефициты в интервалах 0. 03 -0. 06 и 1. 41 -4. 0 мм Дефицит вблизи размера 0. 05 мм был подтвержден работами Б. Н. Котельникова, Г. Ф. Рожкова и др. , что позволило принять значение 0. 05 мм как пограничное между песками и алевритами. Большинство ученых приняли границу между псаммитовыми и псефитовыми породами – 2 мм. Л. Б. Рухин показал, что изменение гидродинамических, минеральнопетрографических, физических и др. свойств осадков происходит ближе к 2 мм.

Размер частиц (Grain size) Гранулометрический анализ производится в гранулометрических шкалах, из которых оптимальными являются: - Геометрическая (логарифмическая) φ-шкала В. Крумбейна (1934) с шагом Φ=-log 2 d, где d – граничный размер фракций. - Логарифмическая γ-шкала В. П. Батурина (1943) с шагом

Размер частиц (Grain size)

Размер частиц (Grain size)

Размер частиц (Grain size) Среднее значение арифметический Метод моментов логарифмический геометрический f – частота или содержание фракции в % mm, mφ – середина интервала в метрической или φ-шкале Метод Фолка&Варда Мd – медиана = φ50

Размер частиц (Grain size) хорошая плохая Сортировка Метод моментов геометрический арифметический логарифмический Очень хорошая Хорошая Довольно хорошая Средняя Плохая Очень плохая Отсутствует Метод Фолка&Варда Отсортированность резко ухудшается, если обломочный материал поступает из различных источников сноса и перед захоронением не успевает пересортироваться на месте осаждения. Очень хорошая Хорошая Довольно хорошая Средняя Плохая Очень плохая Отсутствует

Размер частиц (Grain size) Асимметрия Мера скошенности кривой распределения. Асимметрия дает оценку энергетических уровней среды осадконакопления. Метод моментов арифметический логарифмический Сильно скошенное в тонкой области Симметричное Скошенное в грубой области Сильно скошенное в грубой части % меньше геометрический размер больше Метод Фолка&Варда Сильно скошенное в тонкой области Симметричное Скошенное в грубой области Сильно скошенное в грубой части

Размер частиц (Grain size) Эксцесс Мера островершинности кривой распределения. Высокий эксцесс указывает на стабильную активную гидродинамику или на действие мощных сил в течение недлительного времени. Низкий эксцесс (плосковершинность) – указывает на нестабильность сил или на их вялость, а также на массовое, часто лавинное поступление обломочного материала, который неспособна перерабатывать среда. Метод моментов арифметический геометрический логарифмический Сильно плосковершинное Плосковершинное Нормальное Островершинное Сильно островершинное Метод Фолка&Варда Сильно плосковершинное Плосковершинное Нормальное Островершинное Сильно островершинное Очень сильно островерш.

Форма зерен (Grain shape) Форма зерна представляет собой одну из основных характеристик частиц. Форма зерен обусловлена степенью сферичности и степенью окатанности. Сферичность Отношения между длиной, шириной и толщиной галек послужило основой для выделения 4 классов: 1) округлые (сферические, изометрические); 2) уплощенно-цилиндрические (дисковидные); 3) уплощенные (пластинчатые); 4) цилиндрические (роликовидные). Форма песчинок, в общем, характеризуется коэффициентом изометричности (сферичности), который отражает степень приближения формы зерен к сфере. Это понятие неравноценно окатанности, так как некоторая частица может быть хорошо окатана, но в тоже время весьма далека от формы, близкой к сферической. Коэффициент сферичности согласно Рилею равен , где d – диаметр вписанного, а D – диаметр описанного круга для частицы лежащей на плоскости max проекции. Влияет на пористость осадка.

Окатанность Под окатанностью понимают степень кривизны углов – параметр, который является дополнительной характеристикой формы частиц. Степень окатанности зерен прямо зависит от длительности переноса. Окатанность (степень, с которой углы зерен были сглажены) независима от сферичности. В осадках, расположенных вблизи области размыва кристаллических пород, все зерна одного минерала характеризуются близкой и в общем плохой окатанностью. Способность к окатыванию пропорциональна кубу диаметра частиц. Поэтому по мере переноса зерна окатываются тем быстрее, чем большее их размер и эти различия становятся тем значительнее, чем больше пройденный ими путь. Средняя окатанность вычисляется по формуле: К=[(0 n 0+1 n 1+2 n 2+3 n 3+4 n 4)/N]· 25, где n 0 -n 4 – число зерен каждого класса; N – общее число измеренных зерен; 25 – постоянный поправочный коэффициент. Коэффициент округленности Ваделла используется для количественной оценки окатанности: Q = r/(RN), где r – сумма всех радиусов кривизны выступов на контуре обломка; R – радиус максимальной окружности, вписанной в контур зерна; N – число измеренных радиусов кривизны.

Морфология и структура поверхности Эти понятия отражают минералогию и степень трансформации осадочного зерна. Морфология зерна в большей степени зависит от энергии транспортировки, то есть эоловые и пляжевые осадки имеют тенденцию быть лучше окатанными и более хорошо сортированными. Процессы ледниковой, эоловой и водной транспортировки под действием абразии глубоко меняют поверхность зерна. Картина изменений усложняется и процессами растворения и вторичной цементации пород. (St. John, 2008, Paleoceanography) Структуры механической абразии: высокий рельеф, сколы, прямыеизогнутые ступеньки, раковистый излом. Структуры «химической» абразии: ямки растворения, переотложение или эпитаксиальные наросты кремнезема [Krinsley and Doornkamk, 1973].

Упаковка Объем порового пространства, через которое происходит движение флюидов внутри резервуара, зависит от характера упаковки полусферических частиц диаметром до 2 мм. Теоретически можно выделить шесть геометрических способов упаковки сфер одинакового размера. Способы варьируют от наиболее рыхлой «кубической» упаковки с теоретической пористостью 48% до плотнейшей ромбоэдрической (гексагональной) упаковки с теоретической пористостью 27%. Такие идеальные модели упаковки получены в тех случаях, когда для эксперимента использовались не сферические частицы, а вытянутые сфероиды, более похожие на реальные песчинки. Способ упаковки определяется режимом накопления осадка: при быстром осаждении переносимого материала укладка наименее плотная (пролювий), а при колебательных движений воды (волнение, эоловый перенос) − наиболее плотная. Упаковка меняется в постседиментационные стадии жизни осадки и породы: она, как правило, становится более плотной.

Структурная зрелость осадка В структурно-зрелых осадках, зерна имеют тенденцию быть хорошо отсортированными и окатанными. Таким образом, структурная зрелость осадков отражает высокую потоковую энергию или длительную транспортировку. Минералогически зрелые осадки имеют высокую насыщенность химически устойчивыми минералами (например, кварцем). Минералогическая зрелость отражает минералогию области сноса материнских пород, степень выветривания в обнажении и химическое изменение в течение транспортировки. Эмпирические полигоны распределения частиц по фракциям (ЭПР): Структурно-зрелые осадки Структурно-незрелые осадки

Конформнозернистые и неконформнозернистые структуры Конформные, или конформнозернистые структуры характеризуются приспособленностью зерен друг к другу: сторона (контур) одного зерна является стороной (контуром) соседнего или его повторяет. При такой укладке зерен они полностью заполняют пространство, т. к. зерна хорошо «подогнаны» друг к другу. Последнее свидетельствует об образовании или, по крайней мере, преобразовании зерен на месте залегания породы. Неконформные структуры характеризуются несоответствием контуров у соседних зерен или агрегатов, которые не заполняют полностью пространство. Часть его остается пустой (тогда наблюдается пористость) или выполняется цементом. Скелетный каркас породы (framework) – жесткая основа, способная сохранять поровое пространство. Матрикс – мелкий и тонкозернистый сплошной материал, окружающий более крупные зерна и заполняющий пространство между ними. Цемент – цементирующий материал, представляющий собой связывающее вещество. Поры

Реконструкция генезиса песков (Б. Н. Котельников) Отказ от гранулометрических коэффициентов и использование эмпирических полигонов распределения частиц по фракциям (ЭПР). Существование трех основных типов транспортировки обломочного материала в потоке: качение, сальтация и перенос в суспензии, каждый из которых вносит свой вклад в общую структуру осадка при его отложении. Формирование соответствующих субраспределений. ЭПР песчаных частиц, как современных, так и ископаемых разнофациальных осадков, часто полимодальны. Каждому способу транспортировки соответствует свое логнормальное распределение частиц по размеру зерен. Т. о. : при гетерогенной транспортировке частиц перед их отложением формируется осадок с полимодальной структурой. Нижняя граница для сальтации зерен – размер около 100 мкм. Нижняя граница качения зерен, вероятно, проходит в интервале 250 -300 мкм. Частицы такого размера характеризуются минимальными срывающими скоростями. В общем случае в интервале 50 -2000 мкм может иметь место З-вершинное распределение, отвечающее 3 видам транспортировки обломочного материала: взвеси, сальтации, качению. Распределение 2 -вершинное может отвечать только сальтации и взвеси, ибо взвесь и качение не могут сосуществовать без сальтации, также как не может быть сальтации и качения без захвата взвешенных частиц. Одновершинное распределение может соответствовать только взвеси, ибо при отложении сальтирующих или же катящихся частиц имеет место так называемый «гидравлический захват» более мелких частиц более крупными.

Генетические диаграммы Господствующим процессом при накоплении песчаных отложений является механическая дифференциация осадочного материала под воздействием воды или воздуха. Поэтому динамический фактор, физическое состояние среды и могут служить основой для составления генетической классификации песков.

Диаграмма К. К. Гостинцева

Динамогенетическая диаграмма Г. Ф. Рожкова

Диаграмма Хьюльстрема