El tamaño de las partículas del sedimento se llama tamaño de grano. El método para estudiar el tamaño de las partículas de sedimentos clásticos y rocas clásticas y las características de distribución de varios tamaños de partículas se denomina análisis del tamaño de partículas. Las características de distribución del tamaño de las partículas pueden reflejar las propiedades hidrodinámicas y la energía del medio sedimentario, por lo que es un indicador físico importante para identificar el entorno sedimentario y las condiciones hidrodinámicas. También es de gran importancia para la evaluación de yacimientos sedimentarios de petróleo y gas.
El material clástico se transporta principalmente mecánicamente, y su transporte y deposición están controlados por condiciones hidrodinámicas (como medio, caudal, caudal). Después del entierro del material clástico, a excepción de algo de cuarzo, hay. ampliación secundaria Excepto por la disolución o disolución, las partículas generales no cambian mucho. Por lo tanto, el tamaño de las partículas y las características de distribución se pueden utilizar para reflejar directamente las condiciones hidrodinámicas durante la deposición. El estudio de la distribución del tamaño de las partículas puede proporcionar la siguiente información: ① Aclarar las propiedades del medio de transporte, como el viento, el agua, los glaciares, los flujos de escombros, las corrientes de turbidez, etc. ② Determinar las condiciones energéticas del medio de transporte, como el flujo; velocidad, fuerza, capacidad de arranque, etc.; ③ Aclarar el método de transporte, como rodar, saltar y suspender. ④ Aclarar la forma de sedimentación, como corriente de tracción, corriente de turbidez, etc.
(1) Principales métodos de análisis del tamaño de partículas
Según los diferentes tamaños de partículas y densidad de la roca, se utilizan los siguientes tres métodos.
1. Método de medición directa
Generalmente utilizado para conglomerado o grava. El método consiste en utilizar una herramienta de medición para medir directamente el diámetro o diámetro de la grava, midiendo generalmente todas las partículas. dentro de un área determinada existen no menos de 100 gravas (partículas con un tamaño de partícula mayor a 2 mm), que se utilizan para el análisis de conglomerados como ríos, zonas costeras, glaciares y sedimentos de inundaciones.
2. Método de análisis de tamiz
Se utiliza para areniscas de grava a limolitas no consolidadas o mal cementadas. Utiliza un conjunto de tamices con diferentes diámetros de malla para separar la muestra de arena. separe en componentes de diferentes tamaños de partículas. Generalmente, es mejor seleccionar el diámetro del orificio del tamiz a intervalos de 1/4Φ. Pesar la masa de arena en cada capa del tamiz y averiguar su contenido porcentual. El método de análisis de tamiz es relativamente simple y preciso. Tenga en cuenta que el muestreo debe realizarse dentro de una secuencia completa y se debe muestrear arena gruesa, media y fina.
3. Método del tamaño de partículas de sección delgada
Generalmente utilizado para rocas más densas. El método consiste en medir directamente el diámetro aparente máximo de las partículas en secciones delgadas de roca con un micrómetro bajo un microscopio. y Convierta los valores medidos en valores de Φ, agrúpelos en intervalos de 1/4 y calcule el porcentaje de partículas en cada grupo. Se requiere que cada pieza cuente de 300 a 500 partículas.
Los resultados del análisis obtenidos utilizando los diferentes métodos anteriores pueden tener desviaciones. Por ejemplo, la desviación entre el tamaño de las partículas en escamas y el tamaño de las partículas tamizadas puede alcanzar 0,25Φ o más. Este es el resultado del corte. efecto (efecto de corte) El efecto significa que en rodajas de agregados de partículas, el diámetro aparente de las partículas es menor que su diámetro real) y debe corregirse. La ecuación de corrección de la regresión del tamaño de partícula propuesta por Friedman (1962) es: D =. 0,3815 + 0,9027d (D es el valor Φ del diámetro del tamiz después de la corrección; d es el valor Φ del diámetro aparente en la sección delgada).
Cuando se utiliza el método de tamaño de partícula de sección delgada para el análisis del tamaño de partícula, también se debe considerar la influencia de la matriz en la arenisca, es decir, se realiza la corrección de la matriz. El método consiste en utilizar un microscopio para. medir o estimar el contenido de la matriz Debido al efecto de corte y los efectos epigenéticos diagenéticos, su valor es generalmente mayor, tome 2/3 o 1/2 como valor de corrección, suponiendo que lo sea.
(2) Clasificación de tamaños de partículas
Generalmente se utiliza el estándar de Wooden-Wentworth, que es un esquema de clasificación en milímetros (mm). Posteriormente, Krubin (1934) propuso un logarítmico. conversión, llamada valor Φ (Φ = -log2D, donde D es el diámetro de la partícula). La relación correspondiente entre el tamaño de partícula (mm) y el valor de Φ se muestra en la Tabla 5-4.
(3) Curva de tamaño de partícula y parámetros de tamaño de partícula
De acuerdo con los resultados del análisis de tamaño de partícula, se pueden compilar varios histogramas, curvas de tamaño de partícula y varios parámetros de tamaño de partícula.
1. Histograma y curva de tamaño de partículas
Tanto el histograma como la curva de tamaño de partículas son marcas de referencia para el análisis de ambientes sedimentarios. Las curvas de granularidad comúnmente utilizadas incluyen histogramas, curvas de frecuencia, curvas acumulativas y curvas de probabilidad acumulativa.
El histograma es el gráfico de análisis del tamaño de partículas más utilizado. Su abscisa es el intervalo de tamaño de partícula y la ordenada representa el porcentaje del tamaño de partícula. Se crean una serie de gráficos rectangulares desiguales e interconectados (Figura 5). -30 izquierda), la ventaja del histograma es que puede reflejar las características de distribución del tamaño de partículas de forma intuitiva y concisa.
Tabla 5-4 Tabla comparativa de estándares de clasificación de tamaño de partículas
La curva de frecuencia conecta los puntos medios de los lados vertical y horizontal de cada columna del histograma a su vez para formar una curva de frecuencia poligonal (Figura 5 -30 derecha), el área de su polígono delimitador sigue siendo básicamente igual a la suma de las áreas del histograma. La curva de frecuencia puede indicar claramente las características de la distribución del tamaño de partículas, la calidad de la clasificación, la simetría (asimetría) y la nitidez (curtosis) de la distribución del tamaño de partículas, etc.
Figura 5-30 Curva de frecuencia hecha a partir de histograma
(Según Krumohenital, 1938)
La curva de acumulación es una gráfica de uso común. Es una gráfica simple, que toma el contenido porcentual acumulado como ordenada y el tamaño de partícula como abscisa. Comenzando desde el extremo de las partículas gruesas, el contenido porcentual acumulado de cada grado de partícula está marcado en el gráfico. Conecte cada punto con una curva suave para formar una curva acumulativa (Figura 5-31). La curva de acumulación generalmente tiene forma de S. La calidad de la clasificación por tamaño de partículas se puede ver en el gráfico. Al calcular los parámetros del tamaño de partículas, también se puede leer en el gráfico el valor del tamaño de partículas correspondiente a ciertos porcentajes acumulados. La forma de la curva de acumulación se puede utilizar para distinguir diferentes ambientes de depósito.
La curva de acumulación de probabilidad también es una curva de acumulación de tamaño de partícula. Se dibuja en papel de probabilidad normal. La abscisa representa el tamaño de partícula; la ordenada es el porcentaje acumulativo y está escalada por probabilidad. no es igual en lugar de espaciado, la posición del 50% es el centro de simetría, y los extremos superior e inferior aumentan gradualmente en consecuencia, de modo que las colas gruesas y delgadas se puedan agrandar y mostrar claramente. El tamaño de partícula de los sedimentos clásticos en la curva de probabilidad no es una distribución log-normal simple, sino que consta de varias subpoblaciones con una distribución log-normal. Generalmente, hay tres subpoblaciones, que aparecen como tres en el mapa de probabilidad. Las líneas rectas representan tres métodos básicos diferentes de manejo, a saber, manejo suspendido, manejo con salto y manejo rodante (Figura 5-32). Las tres subpoblaciones se denominan respectivamente población suspendida, población saltadora y población rodante (población de tracción) en la curva de probabilidad acumulativa. Otros parámetros en el mapa de probabilidad además de las tres subpoblaciones son: punto de intercepción, grado de mezcla y subpoblación. contenido porcentual y capacidad de clasificación.
Figura 5-31 Tres curvas de tamaño de partículas comunes
(Según Reinecke et al., 1973)
1—curva de frecuencia 2—curva de acumulación; 3—Curva de acumulación de probabilidad
Figura 5-32 Curva de acumulación de probabilidad y población en distribución de tamaño de partícula
(Según Vischer, 1969)
Punto de intersección, se refiere al punto de intersección de dos líneas rectas de subpoblación, representado por la abscisa. El punto de intersección fina (punto de intersección S) es el punto de intersección de la población suspendida y la población saltadora, que indica las partículas más gruesas que se pueden suspender; El punto de intersección (punto de intersección T) es la población que salta. El punto de intersección con la población rodante representa la partícula más gruesa que puede saltar.
El grado de mezcla significa que cuando dos segmentos de línea recta subgeneral se cruzan, algunos puntos en el punto de intersección no están en la línea recta, sino que son transiciones dispersas, también llamadas zonas de transición, que reflejan la diferenciación de sedimentación.
Porcentaje de subpoblación, es decir, el porcentaje de cada subpoblación sobre el total de la muestra.
El rendimiento de clasificación se expresa mediante la pendiente de cada segmento de línea recta general, es decir, el ángulo de inclinación del segmento de línea recta. La cantidad, el rango de tamaño de las partículas, la clasificación y otros parámetros del desarrollo global antes mencionado se controlan regularmente mediante las condiciones de sedimentación y las condiciones hidrodinámicas. Las distribuciones de probabilidad del tamaño de partículas de varios ambientes de depósito son diferentes (Tabla 5-5).
Tabla 5-5 Características de distribución de probabilidad de los tamaños de grano de sedimentos arenosos en diferentes tipos de ambientes deposicionales
(Simplificado según Vischer, 1969)
2. Parámetros de tamaño
Los parámetros de tamaño de partícula comúnmente utilizados incluyen el tamaño promedio de partícula (Mz), la desviación estándar (σi), la asimetría (Sk) y la curtosis (KG). Hay dos métodos para calcular los parámetros de tamaño de partícula: ①. Método de estadística matemática: basado en la probabilidad y la estadística como base matemática, el porcentaje de cada tamaño de partícula obtenido mediante el análisis del tamaño de partícula se utiliza directamente para calcular. El método de cálculo más utilizado es el método del momento, que es más complejo y menos utilizado; ② Método gráfico, lea un cierto tamaño de partícula de la curva acumulativa. Los diámetros de partícula en estos porcentajes acumulativos luego se calculan usando fórmulas aritméticas simples para calcular varios parámetros de tamaño de partícula, incluido el tamaño promedio de partícula (Mz) y la desviación estándar (σi).
Tamaño medio de partícula (Mz): representa el tamaño medio de partícula de una muestra y refleja la energía cinética media del medio de transporte. La fórmula de cálculo es
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La desviación estándar (σi) representa el grado de clasificación, que refleja la dispersión y concentración de partículas. La fórmula de cálculo está
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Basado en un. gran cantidad de entornos diferentes Al calcular el valor de las muestras recolectadas, el grado de clasificación se puede dividir en siete niveles: ①σi <0,35, la clasificación es excelente; ②σi = 0,35 ~ 0,50, la clasificación es buena; , la clasificación es buena; ④σi=0.70~1 punto La selección es promedio; ⑤σi=1~2 es una clasificación pobre; ⑥σi=2~4 es una clasificación muy pobre;
La asimetría (Sk) es un parámetro utilizado para expresar la simetría de las curvas de frecuencia. Se puede dividir en tres categorías según su forma simétrica (Figura 5-33): ① Curva simétrica de un solo pico, con. el pico como eje de simetría Curva simétrica, la curva es de distribución normal, lo que refleja Mz (grano promedio) = Md (mediana) = Mo (moda) ② Curva asimétrica positiva, la curva es asimétrica, el pico principal está en el; lado más grueso, es decir, sedimento Componentes principalmente gruesos; ③ Curva sesgada negativa asimétrica, la curva es asimétrica, el pico principal está en el lado más delgado, es decir, los sedimentos se componen principalmente de componentes finos. La fórmula de cálculo de la asimetría (Sk) es
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Figura 5-33 Diagrama esquemático de la curva de frecuencia normal y curvas de sesgo positiva y negativa
(Según Selly, 1982)
Figura 5-34 Diagrama esquemático de curtosis aguda y plana en comparación con la curva normal
(Según Selly, 1982)
La curtosis o nitidez (KG) se utiliza para describir la nitidez o redondez de la curva en comparación con la curva de frecuencia normal (Figura 5-34). La fórmula de cálculo de curtosis o curtosis (KG) es
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Los diferentes ambientes deposicionales tienen diferentes condiciones de control de sedimentación, por lo que sus características de distribución del tamaño de partículas también son diferentes (Tabla 5 -6).
Tabla 5-6 Características de los parámetros de tamaño de partículas de sedimentos arenosos en diversos ambientes
(Compilado según Reineck, 1973 y Liu Baojun, 1980)
( 4) El diagrama de dispersión del parámetro de tamaño de partícula
es un diagrama que expresa de manera integral los parámetros de tamaño de partícula. Friedman (1967) calculó los parámetros de tamaño de partícula mediante el análisis del tamaño de partícula de 355 muestras de océanos, playas de lagos y ríos modernos. , y luego compilar diagramas de relaciones entre varios parámetros, es decir, 19 tipos de diagramas de dispersión granulares. La figura 5-35 es una de ellas. Un diagrama discreto es un diagrama que expresa de manera integral las características de los parámetros granulares, lo cual es más significativo que un solo parámetro. La preparación de mapas discretos de diferentes parámetros permite distinguir sedimentos arenosos de diferentes orígenes. Se puede ver en la Figura 5-35 que, aunque no existen límites obvios entre las arenas en diferentes ambientes, se puede ver la tendencia general.
Figura 5-35 Gráfico de dispersión de la desviación estándar (σi) y asimetría (Sk)
(Según Friedman, 1979)
(5) Diagrama C-M
El diagrama C-M es un diagrama de génesis completo propuesto por Passega (1957) (Figura 5-36), que también es un diagrama de dispersión de parámetros de tamaño de partícula. Creía que los dos parámetros de tamaño de partícula, valor C y valor M, podrían reflejar mejor la capacidad de transporte y deposición de medios, por lo que utilizó estos dos parámetros como ordenadas y abscisas en el papel de coordenadas logarítmicas, respectivamente, para formar un diagrama C-M. El valor C es el valor del tamaño de partícula en la curva acumulativa con un contenido del 1%; el valor M es el valor del tamaño de partícula con un contenido del 50% en la curva acumulativa. Un gráfico C-M típico se puede dividir en segmentos NO, OP, PQ, QR, RS y área T. Las diferentes secciones representan los productos de diferentes procesos de sedimentación: ① La sección NO representa materia de grano grueso transportada por laminación, con un valor de C superior a 1 mm ② La sección OP está dominada por el transporte por rodadura, con componentes rodantes y componentes suspendidos mezclados; y el valor C es generalmente mayor que 800 μm. El valor M cambia significativamente ③ El segmento PQ es principalmente transporte suspendido, que contiene una pequeña cantidad de componentes rodantes, el valor C cambia pero el valor M permanece sin cambios; el segmento de suspensión en gradiente, y el transporte en suspensión en gradiente se refiere al movimiento de la materia suspendida en el fluido desde El tamaño de las partículas se vuelve más fina gradualmente de abajo hacia arriba, la densidad disminuye gradualmente y el valor C cambia en proporción al valor M, de modo que esta sección del gráfico es paralela a la línea de base C = M ⑤ La sección RS es una sección de suspensión uniforme, el valor C no cambia mucho y el valor M Los cambios son grandes, principalmente sedimentos de limo fino ⑥T; son sólidos suspendidos pelágicos, M<10μm.
Figura 5-36 Diagrama C-M de deposición de corriente de turbidez y corriente de tracción
(Según Passega, 1964)
El diagrama C-M generalmente se deriva de un conjunto de secuencias singenéticas Para el muestreo de sistemas medios, cada litología representativa, desde los granos más gruesos hasta los más finos, debe muestrearse por separado, y el número de muestras para cada diagrama C-M debe ser superior a 20. Por lo tanto, cada diagrama C-M puede reflejar las características del tamaño de grano de las rocas en secciones estratigráficas singenéticas que tienen desde varios metros hasta decenas de metros de espesor.
(6) Fórmula de discriminación ambiental de los parámetros de tamaño de partículas
En 1964, Sahu (B.K.) utilizó modernas dunas de arena eólicas, mares poco profundos, playas y deltas basándose en los parámetros de tamaño de partículas de Fokker. Con base en los resultados del análisis del tamaño de partículas de sedimentos en ambientes como ríos, ríos y turbiditas, aplicamos la fórmula discriminante multivariada lineal para derivar cuatro fórmulas integrales (fórmulas empíricas) para distinguir cinco tipos comunes de sedimentos: dunas de arena, playas, poco profundas. mares, ríos y turbiditas. La fórmula de discriminación es la siguiente:
｀1) Y=Y viento: playa=-3.5688Mz＋-2.0766Sk1+3.1135KG (Y<-2.7411 es viento, Y＞-2.7411 es playa).
2) Y = Y playa: mar somero = 15.6534Mz + + 18.1071Sk1 + 18.5034KG (Y < 65.3650 es la playa, Y > 65.3650 es el mar somero).
3) Y=Y mar poco profundo: río (delta)=0.2825Mz +-4.8922Sk1+0.0482KG (Y>-7.4190 mar poco profundo, Y<7.4190 es río (delta).
4) Y=Y río (delta): corriente de turbidez=0.7215Mz +6.7322Sk1+5.2927KG (Y>9.8433 es delta del río, Y<9.8433 es corriente de turbidez).