岩石結構和粒度標誌

1樓：中地數媒

1. 3. 1 岩石結構標誌

碎屑岩的結構包括碎屑顆粒的特點 ( 粒度、形狀及顆粒表面結構) 、填隙物 ( 包括雜基和膠結物) 特徵以及碎屑顆粒與填隙物之間的關係 ( 即支撐和膠結型別) 。

1. 3. 1. 1 碎屑顆粒特徵

碎屑顆粒的特徵包括圓度、球度、粒度、分選性以及顆粒的表面結構。

圓度是指碎屑顆粒的原始稜角被磨圓的程度。圓度取決於粒度大小、物理性質及磨蝕歷史。在一定距離內，較大的顆粒比較小的顆粒圓度好; 硬度較小的石灰岩比硬度較大的石英顆粒圓度好; 經長距離搬運或長時間的磨蝕比短距離搬運或短時間的磨蝕磨圓度好。

搬運介質和搬運方式對顆粒圓度也有影響，如顆粒在風中搬運要比在水中搬運更容易磨圓，冰川的搬運則不易發生圓化作用。

球度是指顆粒近於球體的程度。球度與顆粒本身的性質有關，如石英顆粒無解理，故搬運愈遠，球度愈大，而片狀的雲母，雖經遠距離搬運，其球度仍較低。球狀大的顆粒易滾動搬運，球狀小的片狀顆粒易懸浮搬運。

顆粒表面結構是顆粒表面的形態特徵，主要觀察表面的磨光程度及表面刻蝕痕跡。由於碎屑顆粒的表面結構在揭示侵蝕作用、搬運作用和沉積作用時有一定的意義，特別是用電子顯微鏡研究顆粒表面結構來識別沉積環境方面有較大的進展，因此受到愈來愈多的重視。

1. 3. 1. 2 填隙物特徵

填隙物包括雜基和膠結物。由於它們的成因不同，因此在結構上也表現出各自的特點。雜基是碎屑岩中與粗碎屑一起沉積下來的細粒填隙組分，粒度一般小於 0.

03mm，它們是機械沉積產物，而不是化學沉澱組分。雜基的含量和性質可以反映搬運介質的流動特性及碎屑組分的分選性，因而也是碎屑岩結構成熟度的重要標誌。同時，雜基的含量也是重要的水動力強度標誌，在高能環境中，雜基含量少，砂岩純淨; 相反，在低能環境中，雜基含量高，表明分選能力差。

膠結物是化學成因物質，其結構與化學巖的結構類似，是由晶粒大小、晶體生長方式及重結晶程度決定的。常見的膠結物結構型別有非晶質及隱晶質結構、顯晶粒狀結構、嵌晶結構和自生加大結構。膠結物是顆粒沉積物沉積之後形成的，其成分與結構特徵主要反映沉積時的粒間溶液的成分和成巖期的物理、化學條件。

1. 3. 1. 3 膠結型別和支撐結構

( 1) 膠結型別

在碎屑岩中，膠結物與碎屑顆粒的接觸關係稱為膠結型別。有以下幾種型別: ①基底膠結，填隙物含量較多，碎屑顆粒在其中互不接觸呈漂浮狀，填隙物主要為雜基，代表高密度流快速堆積的特徵; ②孔隙膠結，碎屑顆粒構成支架狀，顆粒之間多呈點狀接觸，膠結物含量少，只充填在碎屑顆粒之間的孔隙中; ③接觸膠結，顆粒之間呈點狀接觸或線接觸，膠結物含量很少，分佈於碎屑顆粒相互接觸的部位; ④鑲嵌結構，在成巖的壓固作用下，特別是當壓溶作用明顯時，砂質沉積物中的碎屑顆粒會更緊密地接觸，顆粒之間由點接觸發展為線接觸或凹凸接觸。

( 2) 支撐結構

支撐結構可分為雜基支撐結構和顆粒支撐結構: ①雜基支撐結構，雜基含量高，顆粒在雜基中呈漂浮狀; ②顆粒支撐結構，顆粒之間有接觸點，包括點接觸、線接觸、凹凸接觸、縫合狀接觸，從點接觸到縫合狀接觸反映了埋藏成巖過程中經受壓固、壓溶等成岩作用的強度和程序，縫合狀接觸是成巖程度很深的特徵。可見，認識碎屑岩的膠結型別和顆粒間接觸的性質，能對沉積環境和成巖階段分析提供依據。

1. 3. 2 粒度分佈特徵及其環境意義

沉積物的顆粒大小稱為粒度。研究碎屑沉積物和碎屑岩的粒度大小和各種粒級分佈特徵的方法稱為粒度分析。粒度分佈特徵可以反映沉積介質的流體力學性質和能量，故是判別沉積環境及水動力條件的一個重要物理標誌，而且對於油氣沉積儲層的評價也有重要意義。

碎屑物質以機械搬運為主，其搬運和沉積作用是受水動力條件 ( 如介質、流量、流速) 控制的，碎屑物質埋藏後除部分石英有次生加大或溶解外，一般顆粒變化不大。因此，粒度大小及分佈特徵可用來直接反映沉積時的水動力條件。研究粒度分佈，可提供如下資料:

①明確搬運介質性質，如風、水、冰川、泥石流、濁流等; ②判斷搬運介質的能量條件，如流速、強度、啟動能力等; ③明確搬運方式，如滾動、跳躍、懸浮; ④明確沉積作用的形式，如牽引流、濁流等。

1. 3. 2. 1 粒度分析的主要方法

根據顆粒大小及岩石緻密程度不同，分別採用如下 3 種方法分析。

( 1) 直接測量法

一般用於礫岩或礫石，其方法是用度量工具直接測量礫石的直徑或視直徑大小，一般測量一定面積內的全部礫石 ( 粒徑大於 2mm 的顆粒) 不少於 100 個。用於河流、濱海、冰川、洪積等礫岩的分析。

( 2) 篩析法

用於未固結或膠結較差的含礫砂岩至粉砂岩，是用一套篩孔直徑不同的篩子將砂樣過篩，以分成不同的粒級組分，一般篩孔直徑按 1/4φ 間隔選擇較好，稱出每層篩內砂的質量，並求出其百分含量。篩析法比較簡便，也較精確，注意取樣應在一個完整的層序內，粗、中、細砂均應取樣。

( 3) 薄片粒度法

一般用於較緻密的岩石，其方法是在顯微鏡下，用測微尺直接測量岩石薄片中顆粒的最大視直徑，並將測量值換算成 φ 值，按 1/4 間隔分組，計算各組內顆粒百分數，每片要求統計 300 ～500 顆粒。

運用上述不同的方法所得到的分析結果可能有偏差，如薄片粒度與篩析粒徑之間的偏差可達 0. 25φ 或更大，這是切片效應造成的結果 ( 切片效應是指在顆粒集合體的切片中，顆粒的視直徑均小於其真直徑) ，必須進行校正，弗裡德曼 ( 1962) 提出的粒度迴歸校正方程是: d =0.

3815 +0. 9027d ( d 為校正後篩析直徑 φ 值; d 為薄片中視直徑 φ 值) 。

在運用薄片粒度法進行粒度分析時還必須考慮砂岩中基質的影響，即進行雜基校正，方法是用顯微鏡測定或估出雜基含量，由於切片效應和成巖後生作用，其值一般較高，取其2/3 或1/2 作為校正值，假定為 x，將各累計頻率乘以 ( 100 － x) 作為該粒級的真正百分含量。

1. 3. 2. 2 顆粒粒級的劃分

粒級的劃分一般採用伍登－溫特沃思標準，是以毫米 ( mm) 為單位的一個分類方案，後來克魯賓 ( 1934) 提出了一種對數換算，稱其為 φ 值 ( φ = － log2d，其中 d 為顆粒直徑) 。粒徑 ( mm) 和 φ 值的對應關係見表 1. 6。

表 1. 6 粒級劃分標準比較

1. 3. 2. 3 粒度曲線和粒度引數

根據粒度分析的結果，可編制各種直方圖、粒度曲線並計算各種粒度引數。

1. 3. 2. 3. 1 直方圖和粒度曲線

直方圖和粒度曲線都是沉積環境分析的參考標誌。常用的粒度曲線包括直方圖、頻率曲線、累積曲線和概率累積曲線。

( 1) 直方圖

是最常用的粒度分析圖件，其橫座標為顆粒粒徑區間，縱座標表示粒級的百分含量，作出一系列相互連線、高低不平的矩形圖 ( 圖 1. 49 左) 。直方圖優點是能直觀、簡明地反映出粒度分佈特徵。

圖 1. 49 由直方圖所作的頻率圖( 據克魯艾妮塔爾，1938)

( 2) 頻率曲線

是將直方圖中每個柱子的縱、橫邊的中點依次連成圓滑的頻率曲線 ( 圖 1. 49 右) ，其圍限的面積基本等於直方圖的面積。頻率曲線可清楚地表明粒度分佈特點、分選好壞、粒度分佈的對稱度 ( 偏度) 及尖度 ( 峰度) 等。

( 3) 累積曲線

是一種常用的簡單圖形，以累積百分含量為縱座標，以粒徑為橫座標，從粗粒一端開始，在圖上標出每一粒級的累積百分含量。將各點以圓滑的曲線連線起來，即成累積曲線( 圖 1. 50) 。

累積曲線一般呈 “s”形，從圖上可看出其粒級分選的好壞，在計算粒度引數時也可由圖上讀出某些累積百分比對應的粒徑值。累積曲線的形態可用來區分不同的沉積環境。

( 4) 概率累積曲線

也是一種粒度累積曲線，它是在正態概率紙上繪製的，橫座標代表粒徑; 縱座標為累積百分數，並以概率標度，概率座標不是等間距的，而是以 50% 處為對稱中心，上下兩端相應地逐漸加大，這樣可以將粗、細尾部放大，並清楚地表現出來。概率曲線中碎屑沉積物的粒度不是一個簡單的對數正態分佈，而是由幾個呈對數正態分佈的次總體組成，一般包含有 3 個次總體，在概率圖上表現為 3 個直線段，代表了 3 種不同的基本搬運方式，即懸浮搬運、跳躍搬運和滾動搬運 ( 圖 1. 51) 。

3 個次總體在累積概率曲線上分別稱為懸浮次總體、跳躍次總體和滾動次總體 ( 牽引次總體) ，概率圖上除 3 個次總體之外的其他引數有截點、混合度、次總體百分含量和分選性。

圖 1. 50 3 種常見的粒度曲線( 據賴內克等，1973)

圖 1. 51 概率累積曲線及粒度分佈的次總體( 據維謝爾，1969)

截點: 指兩個次總體直線的交點，以橫座標表示，細截點 ( s 截點) 是懸浮次總體和跳躍次總體的交點，表示能懸浮的最粗顆粒; 粗截點 ( t 截點) 是跳躍次總體和滾動次總體的交點，表示能跳躍的最粗顆粒。

混合度: 指兩個次總體直線段相交時，在截點處有些點不在直線上，而是零散過渡的，也稱為過渡帶，反映沉積分異情況。

次總體百分含量: 即各次總體分別佔樣品總量的百分數。

分選性: 以各次總體直線段的斜率，即直線段傾斜角度表示。上述各次總體發育的數量、粒度範圍、分選性等引數有規律地受沉積條件和水動力條件控制。

各種沉積環境的概率粒度分佈不同 ( 表 1. 7) 。

表 1. 7 不同型別沉積環境砂質沉積物粒度概率分佈特徵

( 據維謝爾，1969 簡化)

1.3.2.3.2粒度引數

常用的粒度引數有平均粒度(mz)、標準偏差(σi)、偏態(sk)、峰態(kg)，計算粒度引數有兩種方法:①數理統計法，以概率和統計學為數學基礎，直接用粒度分析得到的各粒級的百分比計算，常用的計算方法是矩陣法，計算較複雜，較少用;②**法，從累積曲線上讀出某些累積百分比處的顆粒直徑，再以簡單算術公式計算各種粒度引數，包括平均粒度(mz)和標準偏差(σi)。

平均粒度(mz):表示一個樣品的平均粒度大小，反映搬運介質的平均動能，計算公式為

巖相古地理學

標準偏差(σi)表示分選程度，即反映顆粒的分散和集中狀態，計算公式為

巖相古地理學

根據對大量的不同環境採集的樣品計算，可將分選程度分為7級:①σi＜0.35，分選極好;②σi=0.

35～0.50，分選好;③σi=0.50～0.

70，分選較好;④σi=0.70～1，分選中等;⑤σi=1～2，分選較差;⑥σi=2～4，分選很差;⑦σi＞4，分選極差。

偏態又稱偏度(sk)，是用來表示頻率曲線對稱性的引數，按其對稱形態可分為3類:①單峰對稱曲線，以峰為對稱軸的對稱曲線，曲線為正態分佈，反映出mz(平均粒)=md(中值)=mo(眾數);②不對稱正偏態曲線，曲線不對稱，主峰偏粗一側，即沉積物以粗組分主;③不對稱負偏態曲線，曲線不對稱，主峰偏細一側，即沉積物以細組分為主。偏度(sk)計算公式為

巖相古地理學

峰態又稱尖度(kg)，用來在與正態頻率曲線相對比時，說明曲線的尖銳或鈍圓程度。峰態計算公式為

巖相古地理學

不同沉積環境的沉積控制條件不同，因而其粒度分佈特徵也不同(表1.8)。

表1.8 各種環境砂質沉積物粒度引數特徵

(據賴內克等，1973)

1.3.2.4粒度引數散點圖

粒度引數散點圖是綜合表現粒度引數的一種**，弗裡德曼(1967)通過對現代海洋、湖灘和河流的355個樣品的粒度分析，計算出粒度引數，然後分別編制出各種引數之間的關係圖，即粒度散點圖共19種，圖1.52就是其中之一。離散圖是綜合表現粒度引數特徵的一種**，它比單一的引數更有意義。

編制不同引數的離散圖，可將不同成因的砂質沉積物區別開來。從圖1.52可看出，雖然不同環境的砂並沒有明顯的界限，但可以看出其總的變化趨勢。

1.3.2.5c－m**

c－m圖是帕塞加(passega，1957)提出的綜合性成因**(圖1.53)，這也是一種粒度引數散佈圖。c值為累積曲線上含量為1%的粒徑值;m為累積曲線上含量為50%的粒徑值。

他認為c值和m值這兩個粒度引數最能反映介質搬運和沉積作用的能力，故運用這兩個引數分別作為雙對數座標紙上的縱、橫座標，構成c－m圖。典型的c－m圖形，如圖1.53所示，可劃分為no、op、pq、qr、rs各段和t區。

不同區段代表不同沉積作用的產物:①no段代表滾動搬運的粗粒物質，c值大於1mm;②op段以滾動搬運為主，滾動組分和懸浮組分相混合，c值一般大於800μm，而m值有明顯變化;③pq段以懸浮搬運為主，含有少量滾動組分，c值變化而m值不變;④qr段代表遞變懸浮段，遞變懸浮搬運是指在流體中懸浮物質由下到上粒度逐漸變細，密度逐漸變低，c值與m值成比例變化，從而使這段圖形與c=m基線平行;⑤rs段為均勻懸浮段，c值變化不大，而m值變化大，主要是細粉砂沉積物;⑥t區為遠洋懸浮物，m值小於10μm。

圖 1. 52 標準偏差 ( σi) 與偏度 ( sk) 離散圖( 據弗裡德曼，1979)

圖 1. 53 濁流和牽引流沉積的 c － m 圖形( 據 passega，1964)

c－m圖通常從一套同成因層序中系統取樣，從最粗到最細粒的各種代表性巖性中均應分別取樣，每一個c－m圖取樣數大於20個。因此，每一個c－m圖可反映幾米至幾十米厚的同成因地層剖面岩石的粒度特徵。

1.3.2.6粒度引數的環境判別公式

2023年薩胡(b.k.，sahu)根據福克的粒度引數，利用現代風成沙丘、淺海、海灘、三角洲、河道和濁積等環境沉積物的粒度分析結果，應用線性多元判別公式，得出4個綜合公式(經驗公式)，用以區別風成、海灘、淺海、河流和濁流5種常見的沉積物。

判別公式如下:

1)y風成/海灘=－3.5688mz+3.7016σ2

i－2.0766skl+3.1135kg(y＜－2.7411為風成，y＞－2.7411為海灘)。

2)y海灘/淺海=15.6534mz+65.7091σ2

i+18.1071skl+18.5034kg(y＜65.3650為海灘，y＞65.3650為淺海)。

3)y淺海/河流(三角洲)=0.2825mz－8.7604σ2

i－4.8922skl+0.0482kg(y＞－7.4190淺海，y＜－7.4190為河流(三角洲))。

4)y河流(三角洲)/濁流=0.7215mz－0.4030σ2

i+6.7322skl+5.2927kg(y＞9.8433為河流三角洲，y＜9.8433為濁流)。

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