第四章

碎屑巖的結(jié)構(gòu)Texturesofclasticrocks思考題

碎屑巖有哪四種基本結(jié)構(gòu)組分?每種組分的含義?

碎屑顆粒、雜基、膠結(jié)物三種結(jié)構(gòu)組分在搬運方式、沉積特點、水動力條件、顆粒接觸關(guān)系及粒間填隙物上有何差異?

何謂粒度?列出其表達式。

何謂結(jié)構(gòu)成熟度?它取決于哪些因素?

碎屑巖的結(jié)構(gòu)是指構(gòu)成碎屑巖的礦物及巖石碎屑的大小、形狀以及空間組合方式。碎屑巖的結(jié)構(gòu)組分碎屑顆粒填

隙

物孔隙（派生組分）礦物碎屑巖石碎屑雜

基膠

結(jié)

物第一節(jié)

碎屑顆粒的結(jié)構(gòu)

Texturesofclasticgrains

碎屑顆粒的結(jié)構(gòu)特征一般包括：粒度、球度、形狀、圓度、顆粒的表面特征。一、粒度（Grainsize）1．粒度的概念

粒度—是指碎屑顆粒的大小。

粒度是碎屑顆粒的最主要的結(jié)構(gòu)特征，直接決定著巖石的類型和性質(zhì)，是碎屑巖分類命名的重要依據(jù)。表示粒度，可用線性值和體積值

體積值—可用標(biāo)準直徑（dn）表示，代表著與顆粒同體積的球體直徑。

線性值—直觀度量出來的線性直徑，顆粒的長、中、短直徑:dL

(A)

、dI

(B)

、dS

(C)

。

最大投影面2．粒級的劃分

(2)十進制劃分方案，在我國應(yīng)用較廣泛。

(1)伍登—溫特華斯（Udden-Wentworth）的劃分方案，2的幾何級數(shù)制。它是以1mm為中心，乘以2或除以2來進行分級的。

(3)中國石油天然氣集團公司標(biāo)準——石油行業(yè)碎屑顆粒粒度分級標(biāo)準。

粒

級粒

徑，mm礫石>2粗砂0.5~2中砂0.25~0.5細砂0.1~0.25粉砂0.03~0.1雜基<0.03

(4)克魯賓（Krumbein,1934）將伍登—溫特華斯的粒級劃分轉(zhuǎn)化為Ф值，Ф=-log2D

Ф值優(yōu)點：整數(shù)、正數(shù)(粗砂以下)、作圖方便

3．碎屑巖的粒度分類及命名

例某碎屑巖中中砂占55%，粗砂占30%，

礫石占10%，其它占5%，命名為：

(1)三級命名法：

≥50%的粒級定為巖石的主名，即基本名；

介于50~25%之間的粒級以形容詞“××質(zhì)”的形式寫在基本名之前；

25~10%的粒級作次要形容詞，以“含××”的形式寫在最前面；

含量小于10%的粒級一般不反映在巖石的名稱中含礫粗砂質(zhì)中砂巖

(2)

若碎屑巖的粒度分選較差，所含粒級較多，沒有含量>50%的粒級，而含量介于50～25%的粒級又不止一個，進行復(fù)合命名，以“××—××巖”的形式表示，含量較多的寫在后面。

(3)

若碎屑巖的粒度分選更差，粒度含量均<25%，則應(yīng)將此巖石的全部粒度組分分別合并為礫、砂和粉砂三大級別，然后按前兩條原則命名。

二、球度（Sphericity）

球度是一個定量參數(shù)，用它來度量一個顆粒近于球體的程度。

1958年斯尼德和福克（SneedandFolk）提出了最大球度投影法，用以確定球度參數(shù)數(shù)值。它是用與顆粒體積相同的球體的橫切面積與該顆粒的最大投影面積的比值求得的。

球度

=

顆粒的三個軸愈接近相等，其球度愈高；相反，片狀和柱狀顆粒都具有很低的球度。

在懸浮搬運組分中，球度小的片狀顆粒最容易被漂走。

在滾動搬運中，只有球度大的顆粒才最易沿床底滾動。

三、形狀（Shape）

顆粒的形狀是由顆粒中A、B、C三個軸的相對大小決定的。

辛格(Zingg,1935)根據(jù)顆粒A、B、C三個軸的長度比例，將顆粒劃分為四種形狀：

圓球體：B/A>2/3，

C/B>2/3

橢球體：B/A<2/3,C/B>2/3

扁球體：B/A>2/3，

C/B<2/3

長扁球體：B/A<2/3,C/B<2/3顆粒形狀分類四、圓度（Roundness）

圓度—指碎屑顆粒的原始棱角被磨圓的程度

圓度在幾何上反映了顆粒最大投影面的影像中的隅角曲率。表達式：

圓度=

r—隅角的內(nèi)切圓半徑；n—隅角數(shù)；R—顆粒的最大內(nèi)切圓半徑。

圓度=0～1，數(shù)值愈高，圓度愈好

在手標(biāo)本的觀察描述中，通常把碎屑的圓度劃分為4個級別：棱角狀、次棱角狀、次圓狀、圓狀

球度與圓度的關(guān)系五、顆粒的表面結(jié)構(gòu)

（Surfacetextureofgrains）

表面結(jié)構(gòu)是碎屑顆粒表面的形態(tài)特征，一般主要觀察表面的磨光程度及表面蝕痕跡兩個方面。

研究方法：電子顯微鏡能夠識別的環(huán)境有濱海、風(fēng)成、冰川等環(huán)境。

(1)霜面似毛玻璃，在反向光下看，表面模糊不清，一般認為是砂丘石英顆粒的特征。

(2)磨光面是光滑的磨亮的表面，如河流的石英砂，海灘石英砂。

SEMphotomicrographofsandgrainfromastreamdeposit(Quaternary),GrandfatherMountain,NorthCarolina.

(3)刻蝕痕跡是由碰撞作用造成的，如冰川作用。

(4)在海灘帶及海的近岸地帶，石英砂粒表面具有機械成因的“V”形坑。

第二節(jié)

填隙物的結(jié)構(gòu)

Texturesofinterstitialmaterials

碎屑巖的填隙物包括雜基和膠結(jié)物。由于它們的成因不同，因此在結(jié)構(gòu)上也表現(xiàn)著各自不同的特征。一、雜基（Matrix）

(1)雜基是碎屑巖中與粗碎屑一起沉積下來的細粒填隙組分，粒度一般小于0.03mm(>5Ф)。

對于更粗的碎屑巖，如礫巖，雜基也相對變粗，除泥以外，還可以包括粉砂甚至砂級顆粒。

雜基支撐的砂巖

(2)雜基的含量和性質(zhì)可以反映搬運介質(zhì)的流動特性，反映碎屑組分的分選性，也是水動力強度的重要標(biāo)志，是碎屑巖結(jié)構(gòu)成熟度的重要標(biāo)志。

(3)結(jié)構(gòu)成熟度—指碎屑沉積物經(jīng)風(fēng)化、搬運和沉積作用的改造，使之接近最終極結(jié)構(gòu)特征的程度。

終極結(jié)構(gòu)的碎屑巖應(yīng)是：碎屑為等大球體、顆粒支撐、填隙物全為膠結(jié)物、無雜基。

(4)雜基成分：多為粘土礦物，有時見有灰泥、云泥及一些細粉砂碎屑顆粒。

雜基成分為粘土和灰泥

(5)雜基的類型

原雜基—代表原始沉積狀態(tài)的雜基，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)

正雜基—原雜基經(jīng)成巖作用明顯重結(jié)晶的產(chǎn)物，粘土礦物→顯微鱗片結(jié)構(gòu)

似雜基—碎屑巖中一些與雜基結(jié)構(gòu)極為相似的細粒組分，在成因上與雜基完全不同。包括下面三種。

淀雜基—在成巖作用過程中，由孔隙水中析出的粘土礦物膠結(jié)物

外雜基—碎屑沉積物堆積后，在成巖后生期充填于其粒間孔隙中的外來雜基物質(zhì)

假雜基—軟碎屑經(jīng)壓實碎形成的類似雜基的填隙物壓扁和壓碎的假雜基呈束狀體的假雜基假塑性流動構(gòu)造假雜基分布不均勻二、膠結(jié)物（Cement）

膠結(jié)物是碎屑巖中以化學(xué)沉淀方式形成于粒間孔隙中的自生礦物。

膠結(jié)物是化學(xué)成因的物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)與化學(xué)巖類似，其特點是由晶粒大小、晶體生長方式及重結(jié)晶程度等決定的。

在碎屑巖中，其含量<50%，表現(xiàn)為孔隙充填結(jié)構(gòu)。常見的類型有：

(1)非晶質(zhì)及隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)

蛋白石、磷酸鹽礦物，在偏光顯微鏡下表現(xiàn)為均質(zhì)體性質(zhì)

(2)顯晶粒狀結(jié)構(gòu)

膠結(jié)物呈結(jié)晶粒狀分布碎屑顆粒之間。因晶粒較大，在手標(biāo)上可以辯認。

(3)嵌晶結(jié)構(gòu)

膠結(jié)物結(jié)晶顆粒較粗大，晶粒間呈鑲嵌結(jié)構(gòu)，每一個晶粒中都可以包含有多個碎屑顆粒。

(4)自生加大結(jié)構(gòu)

多見于硅質(zhì)膠結(jié)的石英砂巖中，硅質(zhì)膠結(jié)物圍繞碎屑石英顆粒生長，二者成分相同，而且表現(xiàn)為完全一致的光性方位。

良好的自生加大膠結(jié)物形成于成巖階段或后生階段。海綠石石英砂巖沉積石英巖膠結(jié)物的結(jié)構(gòu)特征第三節(jié)

膠結(jié)類型及顆粒支撐性質(zhì)

Typesofcementationandgrain-supportedcharacteristics一、概述

1、膠結(jié)類型——在碎屑巖中，膠結(jié)物或填隙物的分布狀況及其與碎屑顆粒的接觸關(guān)系

2、決定碎屑巖膠結(jié)類型的因素：

(1)碎屑顆粒與膠結(jié)物或填隙物的相對數(shù)量

(2)碎屑顆粒之間的接觸關(guān)系

二、膠結(jié)類型的分類

1、基底膠結(jié)——填隙物含量較多，碎屑顆粒在雜基中互不接觸呈漂浮狀，填隙物主要為原雜基（或正雜基）。

代表高密度流快速堆積的特征

又可稱雜基支撐結(jié)構(gòu)

形成于沉積同生期

雜基支撐的礫巖

2、孔隙膠結(jié)——最常見的顆粒支撐結(jié)構(gòu)，碎屑顆粒構(gòu)成支架狀，顆粒之間多呈點狀接觸，膠結(jié)物含量少，只充填在碎屑顆粒之間的孔隙中。

成巖期或后生期化學(xué)沉淀的產(chǎn)物

3、接觸膠結(jié)——亦為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，顆粒之間呈點接觸或線接觸，膠結(jié)物含量少，分布于碎屑顆粒相互接觸的地方。

可能是干旱氣候條件下的砂層，因毛細管作用，溶液沿顆粒間細縫流動并沉淀形成的；或者是原來的孔隙式膠結(jié)物經(jīng)地下水淋濾改造而成的。

4、鑲嵌膠結(jié)——在成巖期的壓固作用下，特別是當(dāng)壓溶作用明顯時，砂質(zhì)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(fā)展為線接觸、凹凸接觸，甚至形成縫合線接觸（亦稱無膠結(jié)物式膠結(jié)）。碎屑顆粒接觸性質(zhì)示意圖三、碎屑顆粒支撐類型

碎屑結(jié)構(gòu)的支撐類型可劃分為兩類：雜基支撐結(jié)構(gòu)和顆粒支撐結(jié)構(gòu)。支撐類型、膠結(jié)類型和顆粒接觸關(guān)系第四節(jié)

碎屑巖的孔隙結(jié)構(gòu)

Poretexturesofclasticrocks

孔隙是碎屑巖（特別是砂巖）的重要結(jié)構(gòu)組成部分之一，其間可以充填大量的氣體或液體。

孔隙可以分為原生孔隙和次生孔隙兩類

原生孔隙主要是粒間孔隙，即碎屑顆粒原始格架間的孔隙。原生的孔隙度和滲透率與碎屑顆粒的粒度、分選性、球度、圓度和填集性有關(guān)。

次生孔隙絕大多數(shù)都是形成于成巖中期之后及后生期，一般都是巖石組分發(fā)生溶解作用的結(jié)果。也可以是由于巖石的破碎和收縮產(chǎn)生的次生孔隙。

第五節(jié)

粒度分析Grainsizeanalysis

粒度分析的目的是研究碎屑巖的粒度大小和粒度分布。

碎屑巖的粒度分布及分選性是搬運營力和搬運能力的度量尺度，是判別沉積時的自然地理環(huán)境以及水動力條件的良好標(biāo)志。

碎屑巖的儲油物性也與其粒度密切相關(guān)。

一、粒度分析方法的選擇

Selectionofgrainsizeanalysismethods

粒度分析方法的選擇因碎屑顆粒大小和巖石致密程度而異。

對于礫石可以直接測量其線性值，也可以量筒測其體積。

砂或疏松的砂巖多采用篩析法。

粉砂和粘土又可用沉速法分析。

對于碎屑粒度進行系統(tǒng)分析時，一般以篩析法為主，輔之以沉速法和直接測量法，從而求得碎屑巖的全部粒度組分。

數(shù)量很少或在懸浮液中濃度太低的粉砂、粘土樣品，可以采用光學(xué)法和電法。

固結(jié)緊密無法松解的巖石，則只能采用薄片粒算法。

1、篩析

篩析時是將已處理好的碎屑顆粒通過孔徑大小不同而且按順序排列的一套套篩，使直徑大小不同的顆粒分別集中，從而得到被分析樣品各粒級組分的含量數(shù)據(jù)。

為保證篩析的精度，要求套篩有較好的質(zhì)量，篩孔要均勻而且大小標(biāo)準。篩孔間距最好是1/4ф或1/2ф。

篩析法的優(yōu)點是：

①設(shè)備簡單，易于操作，適于做大量分析；

②篩析結(jié)果為進一步的礦物學(xué)和顆粒粒度、形狀研究準備了豐富的材料。

篩析法的缺點是：

①只對松散的或弱膠結(jié)的巖石適用

②軟的或過脆的顆粒可能在篩析過程中因破碎而變細

2、沉降分析

常用的方法有移液管法和沉降管法

(1)移液管法

以斯托克沉降定律作為分析根據(jù)

斯托克公式表明，當(dāng)流體性質(zhì)和顆粒密度已知時，沉降速度直接由顆粒大小決定，并與顆粒直徑的平方成正比。V=gr2

(2)沉降管法

在沉降管內(nèi)放好純水，然后將分析樣品從管的上端導(dǎo)人，使之向下端沉降。這時可直接觀察顆粒堆積速度，或借用差壓計或壓力計對沉積物中不同粒度的沉降速度和過程進行測量和記錄，從而得到樣品的粒度分布資料。3、薄片粒度分析

對于固結(jié)緊密難于松懈、甚至無法松懈的砂巖或粉砂巖都不能采用篩析和沉降分析，只能利用薄片進行粒度分析。

有時由于樣品數(shù)量過少，難于作篩析，也只好用薄片觀察粒度。

薄片粒度分析測得的是一定粒度的顆粒數(shù)百分比，而不是各粒級組分的重量百分比，因此它是屬于粒算法。

必須注意到，巖石的切面絕不可能剛好都通過碎屑顆粒的中心。

由等大球形顆粒堆積體的任意切面中可以看出，顆粒的粒度多小于其實際的粒度，只有少數(shù)顆粒表現(xiàn)了其真正的大小。

由任意切面實測資料計算得出的平均直徑，只是真正球體直徑的76.3%。

因此，對薄片中得到的粒度數(shù)據(jù)要進行校正，校正方法可以從顆粒分布的矩值與切面粒度分布矩值之間的數(shù)學(xué)關(guān)系中得到。

在薄片粒度分析中，常用的抽樣方法有三種，即點計法、線計法和帶計法。

對一個樣品總共統(tǒng)計400~500個顆粒。

所得結(jié)果，經(jīng)過校正和換算，便可求出各粒級顆粒的重量百分比。

除了以上的粒度分析方法以外，當(dāng)前生產(chǎn)中還使用有顯微鏡上用的自動或半自動粒度分析儀、光電微粒分析儀等。二、粒度資料圖解

Diagramofgrainsizedata

粒度分析的結(jié)果，是得到碎屑樣品的粒度組分數(shù)據(jù)。

這些數(shù)據(jù)是非常重要的第一性資料，但是直接用數(shù)據(jù)不便于應(yīng)用和對比。

因此，常需要將數(shù)據(jù)形象化，繪制成圖。

常用的粒度圖——直方圖、頻率曲線、累積曲線和概率值累積曲線。1、直方圖和頻率曲線

直方圖是最常用的粒度組分圖件，它是由一系列相鄰的長方塊構(gòu)成的。Histogramandfrequencydistributioncurve

將直方圖上各方塊的頂邊中點連接起來，繪制成一條圓滑曲線，這就是頻率曲線圖。

頻率曲線圖形簡單、直觀，因此應(yīng)用更廣。不同成因碎屑沉積物的粒度組分直方圖松遼盆地白堊系中部含油層組頻率曲線2、累積曲線

用粒度分析成果中的累積重量百分比數(shù)作成的圖。

Cumulativefrequencycurve

橫坐標(biāo)仍然表示粒徑，而縱坐標(biāo)表示的是各粒級的累積含量。

累積曲線總是構(gòu)成“S”形。但不同沉積環(huán)境形成的碎屑沉積物，其累積曲線形態(tài)是有差別的。

濱海沉積和風(fēng)成沉積的碎屑物質(zhì)分選好，粒度范圍窄，因而累積曲線很陡；

洪流及冰川沉積分選差，粒度分布范圍寬，累積曲線表現(xiàn)得平緩。不同成因碎屑沉積的累積曲線海濱礫石海濱砂冰川沉積物頁巖黃土3、概率值累積曲線

仍然用累積重量百分比作圖。橫坐標(biāo)仍為粒徑(φ)值，而縱坐標(biāo)改用概率百分數(shù)標(biāo)度，這樣做成的便是概率值累積曲線圖。

Cumulativefrequencycurveplottedwithalog

probabilityscale

如果粒度分布符合通常所說的對數(shù)正態(tài)分布，那么用概率坐標(biāo)在圖上會得到一條直線。

但一般碎屑沉積物的概率累積曲線總是表現(xiàn)為相交的幾個直線段，這反映了在沉積物中包含著幾個正態(tài)次總體。

與“S”形累積曲線相比，概率值累積曲線是將碎屑組分中含量較少的粗、細尾部的特點放大了，這對于沉積成因分析及在圖解法中應(yīng)用都顯得更加方便

。三、粒度參數(shù)

Grainsizestatisticalparameters

計算粒度參數(shù)常與圖解相結(jié)合

首先由累積曲線上讀得某些累積百分比處的顆粒直徑

然后用數(shù)學(xué)公式進行計算

粒度參數(shù)的種類很多，過去主要用粒度中值(Md)和分選系數(shù)(So)。

當(dāng)前廣泛應(yīng)用的有平均粒徑(Mz)、標(biāo)準偏差(σ1)、偏度(SK1)和峰度(KG)等。

過去用特拉斯克（Trask）公式計算，當(dāng)前應(yīng)用更廣的是福克和沃德（FolkandWard）的公式。1、平均粒徑和中值

表示粒度分布的集中趨勢。Meangrainsizeandmedian

碎屑物質(zhì)的粒度分布一般是趨向于圍繞著一個平均的數(shù)值，即中值、眾數(shù)或平均粒徑。

這些數(shù)值受兩個因素的控制：

一是沉積介質(zhì)的平均動力能(速度)

二是來源物質(zhì)的原始大小

中值Md是累積曲線上50%處對應(yīng)的粒徑，特拉斯克以mm作粒徑單位，福克等是用φ值表示粒徑。

中值的意義是指它在粒度上居于沉積物的中央，有一半重量的顆粒大于它，另有一半小于它。

中值很容易求得，但其代表性較差，因為它不能表示粗、細兩側(cè)的粒度變化。Md

按福克和沃德的定義，平均粒徑

平均粒徑比中值能更正確地反映碎屑顆粒的集中趨勢。

這一參數(shù)指標(biāo)常被用來作沉積韻律剖面圖或平面等值線圖，用以表示沉積物質(zhì)在縱向或橫向上的粒度變化規(guī)律。Mz=2、標(biāo)準偏差和分選系數(shù)

表示分選程度的參數(shù)。Standarddeviationandsorting

coefficient

它表示顆粒大小的均勻程度，或者說是表現(xiàn)圍繞集中趨勢的離差。

分選系數(shù)說明分選性，分選系數(shù)

P25和P75分別代表累積曲線上25%和75%處所對應(yīng)的顆粒直徑(mm)。分選好：So=1~2.5分選中等：So=2.5~4.0分選差：So>4.0P25So=P75

分選系數(shù)應(yīng)用很廣，但上述公式存在著缺欠，因它沒能包括粗、細尾端的分選特點。

由福克和沃德提出的標(biāo)準偏差公式為

式中除包含了粒級分布的中央部分(16%至84%)外，也包括了對水動力條件反映最靈敏的粗細尾部(95%和5%)的分選情況。因此，該式被認為是更全面和更富有成因意義。σ1=

+

前人曾分析了大量樣品，從而確定了用標(biāo)準偏差(σ1)確定分選級別的標(biāo)準。

分選極好：<0.35；分選好：0.35~0.50；分選較好：0.50~0.71；分選中等：0.71~1.00；分選較差：1.00~2.00；分選差：2.00~4.00；分選極差：>4.00。

分選性的好壞也可以作環(huán)境標(biāo)志。碎屑物質(zhì)的分選程度與沉積環(huán)境的水動力條件和自然地理條件有著密切的關(guān)系。

總的看來，風(fēng)成沙丘砂的分選最好，海(湖)灘砂次之，河砂更差，分選最壞的是沖積扇和冰川沉積。3、偏度

偏度SK1被用來判別粒度分布的不對稱程度。福克和沃德的偏度公式為SkewnessSK1=

+

從頻率曲線上看，對數(shù)正態(tài)分布是左右對稱的。同時中值、平均粒徑和眾數(shù)一致，即表現(xiàn)為一個數(shù)值。用偏度公式計算，正態(tài)粒度分布的SK1應(yīng)等于零。

但一般碎屑沉積物的頻率曲線常常并不完全對稱，曲線的峰發(fā)生偏斜，這時中值、平均粒徑和眾數(shù)三者也發(fā)生偏離；根據(jù)峰的偏斜方向可分出：

（1）正偏態(tài)：峰偏向粗粒度一側(cè)，說明沉積物以粗組分為主，細粒一側(cè)表現(xiàn)為低的尾部。用偏度公式計算，SK1應(yīng)為正值。

（2）負偏態(tài)：峰偏向細粒度一側(cè)，沉積物以細粒主，粗粒一側(cè)有低的尾部。這時SK1應(yīng)為負值。

不對稱的頻率曲線可以是單峰曲線，但也常見雙峰曲線，表現(xiàn)為在含量較少的尾部有一個低的次峰。福克(1966)按偏度值SK1將偏度分為五級很負偏態(tài)：-l~-0.3；負偏態(tài)：-0.3~-0.1；近于對稱：-0.1~+0.1；正偏態(tài)：+0.1~+0.3；很正偏態(tài)：+0.3~+l。

偏態(tài)的研究對于了解沉積物的成因有一定的意義。

一般說來，河砂表現(xiàn)為正偏度海灘砂表現(xiàn)為負偏度風(fēng)成沙丘砂為正偏度偏度值趨于零有兩種完全不同的含義

一種是指單峰正態(tài)曲線，分選最好。一般見于海灘沉積。

另一種是表示馬鞍形雙峰曲線，兩種粒度總體等量混合，分選最差。多屬河流沉積4、峰度（尖度）

峰度是用來衡量粒度頻率曲線尖銳程度的。也就是度量粒度分布的中部與兩尾端的展形之比。

KurtosisKG=福克和沃德提出的峰度公式為

在對稱正態(tài)曲線中，φ95與φ5之間粒度間距是φ75與φ25之間粒度間距的2.44倍，因此正態(tài)粒度分布的KG=1。

根據(jù)一百多個樣品的分析，福克等用KG值確