Ⅰ 粒度分析方法
粒度分析方法視碎屑岩顆粒大小和岩石緻密程度而異。
1.礫岩的粒度分析方法
礫岩的粒度分析主要在野外進行,一般採用篩析和直接測量兩種方法。對膠結不太堅固的礫石和疏鬆的礫石層,先用孔徑為10 mm和1 mm的篩子過篩,小於1 mm的基質和膠結物,可帶回室內進行再細分;10~1 mm的細礫部分若是含量多且差異大者,要用篩析方法進行細分;10 mm以上的礫石,一般在野外用尺子直接測量,然後將各粒級的礫石分別稱重,記錄於粒度分析表中。采樣過程中應選擇有代表性的取樣地點,而且樣品質量不少於25~30 kg,否則誤差就會相當大。對於膠結堅固的礫岩,可在風化帶上進行粒度測量;或采標本回室內,先進行膠結處理,將礫石分開,再進行粒度測量。
2.砂岩和粉砂岩的粒度分析方法
砂岩和粉砂岩的粒度分析常採用篩析法、沉速法和薄片法,常用的沉速法有阿茲尼法、沙巴寧法和羅賓遜法等。篩析法和沉速法適用於未固結的疏鬆岩石,如粗碎屑岩一般只用篩析法;而中—細粒碎屑岩由於常常含有較多的粉砂和黏土,常將沉速法與篩析法結合使用。薄片法主要用於固結堅硬的岩石。一般來說,篩析法適用於大於0.25 mm的顆粒,亦可用於大於0.1 mm的顆粒,而沉速法適用於小於0.25 mm的顆粒。
3.顆粒粒級的劃分
一般採用伍登-溫德華標准,它是以毫米為單位的一種分類方案,後來克魯賓(1934)提出了一種對數換算(表3-1),稱其為Φ值:
沉積學原理
其中,D為顆粒直徑。
表3-1 粒級劃分標准對比表
4.薄片粒度分析
篩析法只適用於現代沉積的沙和古代固結疏鬆的砂岩,對不能松解的砂岩不再適用。固結的岩石,特別是硅質膠結岩石的粒度分析,只能在薄片內進行。薄片粒度分析的精度較篩析法差,因薄片內計算的顆粒比篩析的量少得多,同時分析速度慢,分析結果不能與篩析法直接對比。下面簡單介紹一下薄片粒度分析的方法,薄片的制備與普通岩石薄片的制備方法相同,疏鬆的砂岩用膠浸煮後磨片。用作粒度分析的薄片要稍大些(3.0 cm×2.0 cm),尤其是粗粒砂岩,以便在薄片內可測量到足夠的顆粒數。用作磨製薄片的標本,必須在所採集的岩層內是有代表性的。
(1)在薄片上測定粒度的方法
在薄片上採用什麼方法選擇欲測量的顆粒稱為抽樣方法,一般常用的系統抽樣方法為點計法和線計法,此外,還有一種方法為帶記法。
點計法 常用有網格的目鏡進行測量,每一方格的邊長應大於薄片中顆粒的最大視直徑,應用機械台使薄片通過顯微鏡視域,測量網格結點所觸遇的顆粒粒徑(圖3-1)。
線計法 用機械台在垂直目鏡微尺的方向移動薄片,凡為十字絲豎絲觸遇的顆粒都要測量。量完一行,平行橫絲將薄片移動一定距離,再按上述方法測量,一直測到足夠的顆粒為止。測線間隔要大於薄片內顆粒的最大視直徑(圖3-2)。
不同抽樣方法所得出的結果不同,線計法測量時,與測線相交的顆粒的概率與測線垂直方向上的顆粒直
圖3-1 薄片粒度分析的點計法
徑成比例;點計法測量時,與點相遇的顆粒的概率與顆粒的可見表面積成比例。
帶計法 將薄片放在機械台上,固定橫坐標,使薄片垂直目鏡微尺慢慢移動,凡是顆粒中心在目鏡微尺一定讀數之間的顆粒,都要按大小分類計數(圖3-3)。這個帶的寬度應等於或大於樣品內顆粒的最大視直徑。有人通過實驗證明,帶計法測得的結果最近似於樣品內真正的粒度分布。
圖3-2 薄片粒度分析的線計法
圖3-3 薄片粒度分析的帶計法
由於不同抽樣方法所得的結果不能直接對比,因而不同的樣品要用統計方法比較的話,必須在每個細節上使用同樣的抽樣方法和測定方法。最後,將測得結果填入薄片粒度統計表(表3-2)。
表3-2 薄片粒度統計表
(2)各種測定直徑的對比與換算
用粒度資料解釋沉積環境的工作開始於對現代沉積物的研究。對於古代岩石的沉積環境分析,也可藉助於岩石粒度分析同現代沉積物粒度分析加以比較。
現代沉積物的粒度分析一般採用常規篩析法,所得結果為不同粒度的顆粒質量百分比。而古代岩石目前大部分只能用薄片分析法,所得結果為不同粒度的顆粒數百分比。兩者不能直接對比,如果需要對比則必須進行換算。即使在同一方法中,也只能進行統計對比,絕不能進行單顆粒對比。
篩析直徑與沉速分析直徑之間,平均值偏差<0.1Φ,兩種方法一般不經換算可以互相使用,但在精確研究工作中則必須換算。薄片分析視直徑與篩析直徑之間的偏差可達到0.25Φ或更大,在任何情況下均不可互用或直接對比。將視直徑換算為篩析直徑的方法很多,其中G.M.Friedman通過統計分析進行的線性回歸換算較為簡便、准確,任意粒度的回歸換算方程為
沉積學原理
式中:D是換算後的篩析直徑;d是薄片中測定的視長直徑,均以Φ值計。經換算後,換算值同實際篩析值的平均直徑最大偏差一般不超過0.25Φ,這個精度高於0.25Φ分組間隔,可滿足一般沉積學研究。
對於切片視直徑與真直徑的對比,根據實驗可知,等直徑的球狀集合體的切面上所測得的視直徑平均值為真直徑的0.765倍,即在顆粒集合體的切片中,顆粒視直徑平均值小於真直徑,這種現象稱為切片效應。
(3)薄片粒度測量的要求
粒度測量是粒度分析的基礎,故對其測量要求很高,而測量工作卻非常煩瑣、效率很低。薄片粒度分析是研究固結樣品的唯一方法,可使用偏光顯微鏡和掃描電子顯微鏡。近年來出現的圖像分析儀使薄片粒度分析基本實現自動化,效率大為提高。薄片統計數據為顆粒數。
在沉積環境研究中使用薄片粒度分析時,對岩石樣品的基本要求是:砂岩中石英碎屑含量應大於70%,至少石英和長石含量要大於70%,溶蝕交代與次生加大現象越弱越好,切片方向可垂直層面或平行層面,隨研究目的和要求的精度而定。在碳酸鹽岩研究中,取樣密度可達1 點/cm,可平行紋層切片。測定時一般採用線計法抽取顆粒,凡在線上的顆粒都要測量,不能有任何主觀取捨,每個薄片計200~500顆粒即可,碳酸鹽岩需測1000顆粒以上。
在薄片內,需要測定多少顆粒才能代表全薄片的粒度分布,這在開始分析之前必須確定。測定的顆粒太少,不能代表薄片內的粒度分布;測定的顆粒太多,又會浪費時間,而且對精確度無所增益。根據砂岩樣品的實驗,分別測量100、200、300、400、500顆粒,繪制粒度累積頻率曲線,從計數400顆粒起,粒度累積曲線的形狀基本保持不變,因而可確定薄片內計數400~500顆粒是達到精度要求的最小計數。
薄片分析視直徑換算成篩析直徑時,還要考慮「雜基」的存在。薄片分析若不做雜基校正,往往無懸浮總體尾端,而是跳躍總體直接穿過3~4Φ的截點呈直線延伸,不出現轉折,在平均值小於2Φ的中細砂岩、粉砂岩中經常出現這種情況,這是因為4~7Φ的顆粒細小,被測機會增多,或者全被歸並到4.5Φ或5Φ的顆粒而造成細粒數增加,實質上是一種統計截尾效應(截尾點不同,其分布也不同)(圖3-4)。
圖3-4 截尾效應
雜基校正的方法是將顯微鏡調至6Φ後測定或估計出雜基含量。薄片雜基量由於切片效應和成岩後生作用,值一般偏高,取其2/3~1/2為校正值,假定為Δ,將各累積頻率乘以(100—Δ),重新繪一曲線。對於弱固結岩石,可用同一標本既做篩析,又做薄片分析,通過實驗求出校正系數(100—Δ)的數值。
Ⅱ 粒度分析方法的選擇
粒度分析方法視碎屑岩顆粒大小和岩石緻密程度而異。
1.礫岩的粒度分析方法
礫岩的粒度分析,主要在野外進行,一般採用篩析和直接測量兩種方法。對膠結不太堅固的礫石和疏鬆的礫石層,先用孔徑為10 mm和1 mm的篩子過篩;小於1 mm的基質和膠結物,可帶回室內進行再細分;10~1 mm的細礫部分若是含量多而差異大者要用篩析方法進行細分;10 mm以上的礫石,一般在野外用尺子直接測量。然後將各粒級的礫石分別稱重,填於粒度分析表中。由於礫岩在垂向和平面上的多變性,應選擇有代表性的取樣地點,而且樣品質量不少於25~30 kg,否則誤差就可能相當大。對於膠結堅固的礫岩,可在風化帶上進行粒度測量,或采標本回室內,先進行膠結處理,將礫石分開,再進行粒度測量。
2.砂岩和粉砂岩的粒度分析方法
砂岩和粉砂岩的粒度分析常採用篩析法、沉速法和薄片法,常用的沉速法有阿茲尼法、沙巴寧法和羅賓遜法等。篩析法和沉速法適用於未固結的疏鬆岩石,如粗碎屑岩,一般只用篩析法;而中-細粒碎屑岩由於常常含有較多的粉砂和黏土,常將沉速法與篩析法相結合使用。薄片法主要用於固結堅硬的岩石。一般說來,篩析法適用於大於0.25 mm的顆粒,亦可用於大於0.1 mm的顆粒,而沉速法適用於小於0.25 mm的顆粒。
用不同粒度分析方法所得的結果之間會有一定的差異。同一地區最好採用同一方法,以便於資料間的對比應用,若用不同方法,需要經過換算後才能應用。