3陆源碎屑岩的粒度分析

实验三陆源碎屑岩的粒度分析(2学时)一、实验目的与要求1.了解粒度分析的常用方法。2.学会并掌握应用粒度分析结果进行计算和作图的方法。3.学会并掌握运用计算和作图成果，初步分析样品的形成环境。二、实验内容1.用给定的粒度分析数据表绘制直方图、频率曲线、累积曲线和概率累积曲线。2.利用福克－沃德公式计算粒度参数。1.根据曲线图和粒度参数的计算结果分析样品的形成环境。三、实验指导粒度分析即是测量颗粒大小，并按粒级分类，分别计算各粒级碎屑的百分含量。粒度分析也可以用于粘土岩和碳酸盐岩。粒度分析的目的是为了分析岩石的形成条件，为沉积相分析提供重要的依据，同时也为旋回分析、地层对比提供资料。另外岩石的分选性与岩石的孔隙度、渗透率有密切关系，因此粒度分析资料对水文地质与石油地质也有很大意义。(一)粒度分析方法简介粒度分析方法很多，主要决定于粒度大小和样品情况，其常用方法有以下几种：1.直接测量法对粗大的砾石或砾岩采用直接测量法。直接用尺测量A轴或A、B、C三轴。测后按粒级分别归类，并求得各粒级百分含量。要求测150－300个颗粒。如要求精度高可测量A、B、C三轴，用公式求得直径3CBA，然后分别按粒级计算百分含量。2.筛析筛析是用一套具不同粒级孔径的筛子将碎屑分开的方法。选用筛子的间距可根据研究程度要求而定,一般选用1/2φ或1/4φ间距,应用结果作图和解释形成条件效果较好。筛析实用范围是①细砾和砂样，②松散的或可解离的岩石。软的和脆性碎屑样不宜做筛析，以免在筛析过程中破碎变细，影响效果。表3-1是某样品经筛析后所得数据。3.显微镜下薄片粒度分析法对于固结又难于解离开的砂岩和粉砂岩只有采用薄片粒度分析法。它是测定一定粒度的颗粒数的百分比，而不是重量百分比，是属于粒算法。薄片粒度分析存在二个问题，一是薄片不一定切过颗粒的中心，因此粒度要小于实际粒径，而且颗粒形状常为不规则状，切过颗粒不同位置，视直径差别很大，因此，存在切面效应问题。另外一个问题是薄片粒度分析是粒算法，与筛析重量法不同，目前典型环境的粒度分析概率曲线图是用筛析法作的，为了对比需要换算成筛析的重量百分比。粒度分析结果取得的大量数据，要用统计的方法加以处理，以便判断总体的性质。整理和综合资料方法有作图法和计算法，这二种方法配合起来，会取得较好的效果。（1）岩石薄片中矿物颗粒粒度测定粒度指碎屑颗粒的平均直径。如果是近圆形或卵圆形颗粒则取其平均直径描述；如果是扁圆形砾石则描述砾石的扁圆直径；如果长条状砾石则应描述长轴直径和短轴直径的大小。注意练习用肉眼正确目估颗粒直径大小。大的砾石可用R直径测量。显微镜下鉴定和测量粒度大小，其方法如下：①换上带有目镜微尺的目镜。微尺每小格代表的长度不固定，不同放大倍数格值大小不同。②将物台微尺置于物台上，使物台微尺进入视域并对好焦距，然后使物台微尺零线对齐目镜微尺的一端横线，并与纵丝重合平行(物台微尺有刻有2mm长的和1mm长的)。③计算目镜微尺每小格的数值。因物镜放大倍数不同，因此目镜微尺的每一格所代表的数值也不同，不同放大倍数的物镜均需换算;例如，用中倍镜(x10)计算目镜微尺一小格数值：目镜微尺80小格等于物台微尺1mm∴目镜微尺—小格=mm0125.081高倍镜和低倍镜目镜微尺小格数计算方法相同。注意，用各种型号显微镜时均要重新计算。（附各种型号显微镜的不同物镜的目镜微尺格值）显微镜目镜物镜每一子格直视域直径蔡司10×10×2.5×100.0476mm0.0118mm5.3mm1.34mm江南5×5×10×10×4×10×4×10×0.0342mm0.0139mm0.0372mm0.0142mm4.9mm1.96mm3.5mm1.42mm④取去物台微尺换上薄片即可测量碎屑颗粒的大小。如碎屑颗粒直径为5个小格，则该颗粒大小为5×0.0125mm=0.0625mm属微粒砂级。目测或在显微镜下测量碎屑颗粒直径时，均要注意全面观察岩石，注意碎屑颗粒大小是否均匀，分布如何，如果是不均匀的，则应在观察和描述时需指出最大颗粒直径和含量及其分布；最小颗粒直径和含量；一般颗粒直径及含量，以及分布（成层或是递变或是均匀分布）等。（2）矿物百分含量测定①将裁物台旋至零点位置固定，以便使薄片在机械台上可作垂直和平行目镜十字丝的方向移动。②拧动机械台的水平、垂直移动螺旋，使薄片的左上角与目镜微尺的零点对齐，分别观察各个待测颗粒所占微尺的小格数，将结果记录在计数仪中。一般微尺只通过视城中最右边一个颗粒的一部分，这时可缓慢旋转机械台的水平移动螺旋换至另一个视域，使该颗粒移到左边零点处再观察它所占的小格数，并继续往右观察其它颗粒。这样一个视域接着一个视域地测到薄片的右边缘。整个算是一条测线。③缓慢旋转机械台垂直移动螺旋使薄片上移，按同样的办法测第二条线、第三条线等等。两测线间的距离可取薄片中颗粒的平均粒径或稍小于平均粒径。④当总测线长为颗粒平均粒径100—200倍时即可(愈长愈精确)。按各颗粒所占小格的总数计算它总测线长(也是小格数)百分比，此值即为该颗粒在岩石中的体积百分含量。例如平均粒径为0.1mm，则总测线长应为10—20mm，若每个视域直径为0.5mm,则需测20—40个视域(当颗粒粒径较大时，可依次测量几块薄片以满足精度要求)。（3）显微镜下薄片粒度分析法①薄片粒度分析前的准备工作做粒度分析的薄片大小一般与岩石薄片等大即可，但如果是粗砂岩，为了得到足够的欲测颗粒数则需要磨制大一些的薄片。关于切片方向问题，一般采用垂直层理方向，也有人主张平行层理方向切片，为了得到资料比较客观，正确、并具有代表性，最好在同一细层内切片，即在薄片中见不到层理，如果在薄片中可见层理，则应在不同层内分别抽样，并分别处理成果。选择抽样方法也是粒度分析的重要一环。抽样方法即是选择欲测颗粒时方法。抽样方法有点计法、线计法和带计法(见图3－0)。点计法：使用网格目镜，凡是网格交点遇到的颗粒均为要测定的颗粒(见图3－0a)。按粒径分别计数。可联合使用点计目镜和电动计数器或点计机械台和自动点计器。网格间距要大于薄片内最大颗粒的粒径(图3－0a)。线计法：使用机械台等距离移动薄片，测定纵丝或横丝通过的全部颗粒的粒径(图3－0b)，并分别计数。线间距要大于最大颗粒的粒径。带计法：测定一个带内的全部颗粒的粒径(图3－0C)。带的宽度应大于薄片内最大颗粒的粒径。选择包括颗粒较多的薄片中间部分，使之有代表性。然后在垂直目镜微尺的方向上慢慢移动薄片，按粒径分别计数。对上述三种抽样方法各家看法不同，因为各种抽样方法得出的结果不同，如点计法、线计法抽样的结果不但与颗粒存在情况有关，而且与颗粒能否被选上的概率有关。线计法能否被选上的概率是与该线垂直的颗粒切面视直径大小成正比，直径大时，遇到的概率就大。点图3－0抽样方法示意图计法则是点触到的概率，是与视平面的面积成正比。带计法是测定一定面积内的全部颗粒，接近“全面测定”的抽样方法。因此测定结果是有差别的。范德普拉斯(Vanderplas1962)认为带计法最准确，他通过石英砂做实验，对此各种抽样方法的结果，其中以带计法最理想，用最大视直径得出的粒度偏粗，但能看出粒度分布的细节情况，测定最小视直径时，方位和形状影响较小，但只能得出一般情况，细节看不清。但也有人认为使用点计法测定的是面积百分比，能较方便的转换为重量百分比。总之，工作时只能采用一种抽样方法，避免抽样方法之间的误差。测定颗粒数问题各家采用标准也不同，利用各种抽样方法选择的欲测颗粒很多，究竟测多少合适，既有代表性又能节省时间，这里有个优选法问题，最好在工作前先做一下实验。经实验认为一般测300—500颗粒即可达到稳定频率。但测量时注意测线布置要均匀，不能太集中，特别是对分选差、分布不均匀的岩石。②薄片粒度分析步骤a、在岩石薄片鉴定的基础上，根据工作需要选择抽样方法和确定线间距，并确定好统计粒级间距是1/2φ或1/4φ，制粒度分析统计计算表(见表3－0)。b、测定不同放大倍数的显微镜目镜微尺的格直。并计算好各粒级不同放大倍数的目镜格数填入粒度分析统计计算表相应格中。c、将机械台装在显微镜的物台上，夹好薄片。将机械台的南北轴固定在零点或薄片的最左边。d、转动机械台的南北轴，使薄片成南北向移动，用目镜微尺测量压线颗粒的长度方法测定欲测颗粒。直至测完300—500颗粒为止。测颗粒时注意，对轮廓不清的颗粒和重矿物、片状矿物不予计数，再生长大的石英和长石应测其原粒径。如有杂基则需测其百分含量，填入5φ的粒级中，予以计算。e、统计各粒级颗粒数及总数。并计算各粒级频率及累积含量，最后达1OO%。③将薄片粒算结果换成筛析结果薄片粒算结果换算成筛析结果方法很多，但还不够完善，现在常用的是费里德曼换算法。回归方程如下：Q1（筛析）=0.3377+0.9300Q1（薄片）Md（筛析）=0.3724+0.9063Md（薄片）Q3（筛析）=0.4293+0.8807Q3（薄片）Q1－25%含量的粒级Md－50%含量的粒级Q3－75%含且的粒级薄片号：岩石名称：剖面位置：表3－0粒级薄片粒度统计计算换算成筛析mmф目镜格数颗粒统计计数颗粒数频率%累积%累积%颗积%4.00—3.3633.363—2.88-2.00～1.75-1.75～1.502.88—2.332.33—2.002.00—1.681.68—1.411.41—1.181.18—1.001.00—0.8410.841—0.7070.707—0.5950.595—0.5000.500—0.4210.421—0.3540.354—0.2970.297—0.2500.250—0.2100.210—0.1770.177—0.1490.149—0.1250.125—0.1050.105—0.0880.088—0.0740.074—0.063-1.50～1.25-1.25～1.00-1.00～-0775-0.75～0.5-0.5～0.25-0.25～-0.000.00～0.250.25～0.500.50～0.750.75～1.001.00～1.251.25～1.501.50～1.751.75～2.002.00～2.252.25～2.502.50～2.752.75～3.003.00～3.253.25～3.503.50～3.753.75～4.000.063—0.0530.053—0.0440.044—0.0.70.037—0.031合计：4.00～4.254.25～4.504.50～4.754.75～5.00联合方程如下：Q（筛析）=0.3815+0.9027（簿片）为简便换算手续，费里德曼以他的回归方程为基础，做出一种换算尺图（见图3－00），由A、B两尺构成，A尺代表簿片粒度值，用A尺做出薄片的累积曲线，在B尺上即可读出换算后的参数值。B尺上的分格是0.1φ。费里德曼的换算是用可解离的38个以石英砂岩为主的碎屑岩，同时进行筛析和薄片粒算法分析，薄片是用点计法测量颗粒的视长轴，共测500个颗粒，得出结果进行比较。薄片粒度分析比筛析的偏粗，二者也不完全平行，但经过换算后的结果是符合的。薄片粒度测定现在已有半自动和自动测定仪，如有条件可用仪器测量。（二）利用粒度分析结果作图应用粒度分析结果常作的粒度图有直方图、频率曲线图和累积曲线图以及概率累积曲线图和CM图等。这几种图各有优缺点和独到的意义，因此均应作图。直方图和频率曲线图(1)直方图：在标准计算纸上作图，横坐标为颗粒直径，以Φ为单位或毫米为单位，截取1/2Φ为5毫米的间距，截至5Φ为止，纵坐标为频率(重量百分数)，截取1厘米间距为10%，图3－00薄片粒度分析与筛析粒度分析换算尺图截至100%。将表3-1的各粒级频率画成矩形柱即称直方图或柱状图。矩形面积代表频率分布(图3-1a)。表3-1筛析数据表颗粒直径(φ值)重量(g)频率(%)组频率(%)累积频率(%)1.000.050.10.350.11.250.050.10.21.500.0750.150.351.750.1250.250.650.62.000.20.41.