4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析課件

第四章碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

第一節(jié)碎屑顆粒的結(jié)構(gòu)第二節(jié)膠結(jié)類型及顆粒支撐性質(zhì)第三節(jié)粒度分析4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析第一節(jié)碎屑顆粒的結(jié)構(gòu)

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)組分包括碎屑顆粒和填隙物—雜基及膠結(jié)物。碎屑顆粒的結(jié)構(gòu)特征一般包括粒度、球度、形狀、圓度以及顆粒的表面特征。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析一、碎屑顆粒的粒度

1．粒度的概念碎屑顆粒的粒度（即大小）是碎屑顆粒最主要的結(jié)構(gòu)特征。不僅不同的碎屑巖，如礫巖、砂巖、粉砂巖等，其碎屑的大小很不相同；而且在同一種碎屑巖中，碎屑的大小也還有差別。碎屑顆粒的大小直接決定著巖石的類型和性質(zhì)，因此它是碎屑巖分類命名的重要依據(jù)。粒度和顆粒的分選性是搬運(yùn)營力能力和效率的度量標(biāo)志之一。粒度是指碎屑顆粒的大小，但碎屑顆粒的外形常極不規(guī)則，那么它的大小該如何表示呢？這一般要取決于測量的方法?？蛇x用兩種值，即線性值和體積值來表示粒度。

體積值可用標(biāo)準(zhǔn)直徑dn表示，它代表著與顆粒同體積的球體直徑。線性直徑是直觀度量出來的，由于顆粒形狀大都極不規(guī)則，因此通常要測量大、中、小三個(gè)直徑。這三個(gè)直徑可按下述步驟測量：

1）確定顆粒的最大投影面；

2）對最大投影面作外切矩形（圖4－1），矩形的長邊為顆粒的最大直徑dL，短邊為中間直徑的d1；

3）作垂直于最大投影面并通過顆粒的最長截線，這就是顆粒的最短直徑ds。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析2．粒級的劃分關(guān)于碎屑的粒度分級，目前存在多種不同的劃分方案。在國際上應(yīng)用較廣的是伍登—溫特華斯（Udden－Wentworth）的方案，可以稱之為2的幾何級數(shù)制。它是以lmm為中心，乘以2或除以2來進(jìn)行分級。我國生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用較廣泛的是十進(jìn)制。常用的碎屑顆粒粒度分級見表4－1。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

從水力學(xué)性質(zhì)來看，礫砂轉(zhuǎn)折點(diǎn)在2mm處；但主張用十進(jìn)制的人認(rèn)為，水動(dòng)力轉(zhuǎn)折點(diǎn)并不一定固定在2mm處，有不少地區(qū)沉積物的轉(zhuǎn)折點(diǎn)就是在lmm處。關(guān)于砂與粉砂的界限，2的幾何級數(shù)制的倡導(dǎo)者認(rèn)為，0.0625—0.125mm的顆粒性質(zhì)仍近似于砂；而0.0625mm以下的顆粒則肉眼難于分辨，粘土物質(zhì)大量增加，性質(zhì)也近于泥質(zhì)，因此主張以0.0625mm作為砂和粉砂的界限。十進(jìn)制的倡導(dǎo)者把砂與粉砂的界限放在0.1mm，主要考慮到便于儲油層的研究，因?yàn)楹玫膬τ蛯恿蕉嘣诩?xì)砂（顆粒直徑0.1mm）以上。粉砂與粘土的界限，十進(jìn)制為0.01mm，即把粘土礦物開始出現(xiàn)的粒度上限作為劃分界限；2的幾何級數(shù)制為0.0039（1/256）mm，因?yàn)樗鼈冋J(rèn)為粘土礦物一般顆粒較細(xì)，大多數(shù)是在0.004mm或0.005mm以下。一些專門從事粘土礦物或粘土巖研究的人們，則把粉砂與粘土的界限劃得更低，定為0.002mm或0.001mm。我國石油礦區(qū)多采用十進(jìn)制，這一分類方法便于記憶，用于定名也比較簡單，同時(shí)基本上符合儲油層研究的要求。但礫與砂的界限習(xí)慣上定在2mm，把2—1mm的碎屑稱為巨砂。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析2的幾何級數(shù)制所劃分的粒度級別較多，造成在肉眼描述中應(yīng)用的困難。但是應(yīng)該看到，粒級劃分的細(xì)致正好又是2的幾何級數(shù)制的優(yōu)點(diǎn)。它在各個(gè)粒級間構(gòu)成了2的幾何級數(shù)的等間距，因此在室內(nèi)分析中詳細(xì)劃分粒級、應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法以及作圖和參數(shù)計(jì)算都很方便。

1934年克魯賓（krumbein）將伍登—溫特華斯的粒級劃分轉(zhuǎn)化為值，即將2的幾何級數(shù)制標(biāo)度轉(zhuǎn)化為中值標(biāo)度。其轉(zhuǎn)換公式為：φ＝－log2D

式中D—顆粒的直徑，mm。因?yàn)镈＝2n，log2D＝n，所以φ＝－n。表4－2說明了“D”與“φ”的換算關(guān)系。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析φ值分級標(biāo)準(zhǔn)提出后受到廣泛重視，并且很快得到推廣。這是由于它具備以下的優(yōu)點(diǎn)：

1）將顆粒直徑用毫米表示的分?jǐn)?shù)（或小數(shù)）變成了整數(shù)；

2）大量出現(xiàn)的粗砂以下的較小粒度均表現(xiàn)為正數(shù)；

3）在作圖時(shí)，可不用對數(shù)坐標(biāo)紙，因?yàn)橐呀?jīng)將對數(shù)等間距坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成了算術(shù)等問距坐標(biāo)。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析3．碎屑巖的粒度分類及命名

碎屑巖的粒度特征是碎屑巖分類和命名的基礎(chǔ)，其他的分類命名（如成分、成因）常是在這一基礎(chǔ)上進(jìn)行的。由于碎屑巖顆粒分選的差異，常采用三級命名法對碎屑巖進(jìn)行粒度分類。

1）三級命名法。以含量大于50％的粒級定巖石的主名，即基本名；含量介于50％--25％的粒級以形容詞“××質(zhì)”的形式寫在基本名之前；含量在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。

2）假如碎屑巖的粒度分選較差，所含粒級較多，但沒有一個(gè)粒級的含量大于50％，而含量在50％--25％的粒級又不止一個(gè)，這時(shí)則以含量為50％--25％的粒級進(jìn)行復(fù)合命名，以“××—××巖”的形式表示，含量較多的寫在后面。其他含量少的粒級仍按第一條原則處理。

3）若碎屑巖的粒度分選更差，不但沒有含量大于50％的粒級，而且含量為50％--25％的粒級也沒有或者只有一個(gè)，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，然后按前兩條原則命名。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析二、碎屑顆粒形狀和球度

1．球度球度是一個(gè)定量參數(shù)，用它來度量一個(gè)顆粒近于球體的程度。1958年斯尼德和福克（S.NeedandFolk）在評論了過去測量球度的方法以后，提出了最大投影球度法，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。其數(shù)學(xué)定義為：

實(shí)際應(yīng)用證明，最大投影球度法比過去其他方法更有利于研究顆粒在流體介質(zhì)中的動(dòng)態(tài)。由上式可以看出，顆粒的三個(gè)軸越接近相等，其球度越高；相反，片狀和柱狀顆粒都具有很低的球度。在搬運(yùn)過程中，不同球度的顆粒表現(xiàn)不同。如在懸浮搬運(yùn)組分中，球度小的片狀顆粒最容易被漂走，因此在細(xì)砂和粉砂中常聚集有較大片的云母碎屑。在滾動(dòng)搬運(yùn)中，則只有球度大的顆粒才最易于沿床底滾動(dòng)。球度與下述圓度是兩個(gè)不同的概念。球度高的顆粒，其圓度可以不好，反之亦然。在碎屑顆粒搬運(yùn)過程中，球狀顆粒不僅比其他形狀的顆粒更容易滾動(dòng)，而且它的單位體積表面積最小，所以它比其他形狀的顆粒沉降得更快。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析2．形狀顆粒的形狀是由顆粒中A，B，C三個(gè)軸的相對大小決定的。上述顆粒球度的定義并不能表明這一特性，即使是理想的橢球體，也難于用球度表示其獨(dú)特的形狀。辛格（Zingg，1953）根據(jù)顆粒A，B，C三個(gè)軸的長度比例，將顆粒分為四種形狀（圖4－2）：

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。

圓球體的球度最高，而不同形狀的扁球體和橢球體卻可以有相同的球度。在碎屑物質(zhì)的搬運(yùn)過程中，上述不同形狀顆粒表現(xiàn)著不同的性質(zhì)，例如橢球狀顆粒一定會(huì)比扁球狀顆粒易于滾動(dòng)。由此可見，除對顆粒球度的描述外，顆粒形狀研究也是必要的。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

形狀研究在礫石中具有特殊作用，因?yàn)榈[石形狀常與其成因環(huán)境有著密切的聯(lián)系，所以可根據(jù)礫石形狀去分析沉積環(huán)境。但是，對于砂粒形狀的測量是很困難的，一般可根據(jù)薄片中所見的視長軸和視短軸的比率近似地求得。但是，在薄片中對石英砂粒的大量觀察表明，視短軸與視長軸的平均“軸比率”的變化范圍不大，都在0.61--0.73之間，而且不同樣品中砂粒軸比率的變化幾乎與同一樣品不同方向切片中所測數(shù)據(jù)的變化一樣?？梢?，對于石英砂粒的這項(xiàng)研究實(shí)際效果不大。在碎屑巖薄片觀察中，一般只對那些特殊形狀的（如長條形顆粒等）進(jìn)行描述，同時(shí)應(yīng)當(dāng)記錄其顆粒的排列方式和伸長方向。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析三、碎屑顆粒圓度及顆粒表面結(jié)構(gòu)

1．圓度圓度是指碎屑顆粒的原始棱角被磨圓的程度，它是碎屑的重要結(jié)構(gòu)特征。圓度在幾何上反映了顆粒最大投影面影像中的隅角曲率，即：

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。上式表明，圓度為角的平均曲率半徑與顆粒最大內(nèi)切圓半徑之比（圖4－3）。圓度的數(shù)值變化在0--1之間，圓度越高，圓度的數(shù)值越大。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

在實(shí)際工作中主要用估計(jì)方法確定顆粒圓度。鮑爾斯（Powers，1953）曾作了一組圖（圖4—4），用來表示從尖棱角狀至滾圓狀各級圓度的特征，并規(guī)定了各圓度級別的描述名稱。為便于統(tǒng)計(jì)，?？耍?955）提出了圓度標(biāo)度，稱之為ρ。ρ值范圍從0（尖棱角狀）--6（滾圓狀），他所規(guī)定的圓度級別與鮑爾斯的圓度標(biāo)準(zhǔn)一致。要注意將球度和圓度這兩個(gè)概念區(qū)別開。從圖4－4中可以看出，不同球度的顆?？梢詫儆谕粓A度級別，而球度類似的顆粒又可表現(xiàn)完全不同的圓度。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

在手標(biāo)本的觀察描述中，通常把碎屑的圓度劃分為如下四個(gè)級別：

棱角狀：碎屑的原始棱角無磨蝕痕跡或只受到輕微磨蝕，其原始形狀無變化或變化不大；次棱角狀：碎屑的原始棱角已普遍受到磨蝕，但磨蝕程度不大，顆粒原始形狀明顯可見；次圓狀：碎屑的原始棱角己受到較大的磨損，其原始形狀已有了較大的變化，但仍然可以辨認(rèn)；

圓狀：碎屑的棱角已基本或完全磨損，其原始形狀已難以辨認(rèn)，甚至無法辨認(rèn)，碎屑顆粒大都呈球狀、橢球狀。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

碎屑的圓度一方面取決于它在搬運(yùn)過程中所受磨蝕作用的強(qiáng)度，另一方面也取決于碎屑本身的物理化學(xué)性質(zhì)以及它的原始形狀、粒度等。碎屑的圓度總是隨著其搬運(yùn)距離和搬運(yùn)時(shí)間的增加而增高，這是碎屑顆粒圓度變化的總趨勢。碎屑在搬運(yùn)過程中受到的磨蝕作用越強(qiáng)，其原始棱角被磨蝕得越顯著，圓度也就越好。這對于粗碎屑，特別是對滾動(dòng)搬運(yùn)的礫石來講表現(xiàn)得更為明顯。在河流環(huán)境中，礫石的磨圓度隨著粒度的增大而增高，大礫石比小礫石的機(jī)械磨蝕表現(xiàn)得顯著。與礫石相比，砂級碎屑的圓化速度要慢得多，這是由于砂粒多呈懸浮狀態(tài)搬運(yùn)的緣故。同理，砂的粒級越細(xì)，其在搬運(yùn)中遭受的磨損越小。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析2．顆粒的表面結(jié)構(gòu)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刻蝕痕跡兩個(gè)方面。近期這一方面的研究越來越被人們重視，主要是由于碎屑顆粒的表面結(jié)構(gòu)在揭示侵蝕、搬運(yùn)作用和識別沉積環(huán)境中有著實(shí)際意義。近年來應(yīng)用透射電子顯微鏡、掃描透射電子顯微鏡進(jìn)行顆粒表面結(jié)構(gòu)研究，比僅用光學(xué)顯微鏡得到了更加詳細(xì)和深入的成果。霜面似毛玻璃狀，在反射光下看表面模糊不透明。一般認(rèn)為霜面是沙丘石英砂粒的特征，因?yàn)樗陲L(fēng)力搬運(yùn)的沙漠沙丘的石英砂粒表面表現(xiàn)得最為明顯。由此認(rèn)為古代砂巖中顆粒表面的毛玻璃化是風(fēng)成的成因標(biāo)志。但也有人提出，引起毛玻璃化的主要因素是化學(xué)作用，在沙漠環(huán)境中溶解作用與沉淀作用交替進(jìn)行從而形成了霜面，在這里風(fēng)力僅起著次要作用。除砂粒外，沙漠卵石也是以具有霜面為其重要特征。磨光面是光滑的磨亮的表面，水力搬運(yùn)的河流石英砂和海灘石英砂均具有這種外貌?？涛g痕跡是由碰撞作用造成的，在冰川環(huán)境可以形成擦痕礫石，這是在搬運(yùn)過程中礫石被冰或堅(jiān)硬的冰床基巖刻劃造成的。性質(zhì)較軟的巖石，如石灰?guī)r礫石上常發(fā)育有清晰的擦痕。在高速水流中，碎屑顆粒間的相互碰撞可以形成新月形撞痕和擊痕。撞擊作用也能在顆粒表面造成麻點(diǎn)，這種麻點(diǎn)的周圍常伴有微細(xì)的裂紋。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

在海灘帶及海的近岸高能帶，石英砂粒表面具有機(jī)械成因的V形坑，并可見到不同形狀的槽溝及貝殼狀斷口。但在沙丘砂及港灣砂中，由于有化學(xué)作用的參加，常使機(jī)械坑痕被削弱，從而表現(xiàn)出機(jī)械作用與化學(xué)作用疊加的表面特征。水流搬運(yùn)中的化學(xué)溶解作用常在顆粒表面留下痕跡。如在碳酸鹽巖礫石表面，由于溶解作用可以產(chǎn)生一些侵蝕洼坑，甚至能夠形成微巖溶現(xiàn)象。當(dāng)前，通過用電子顯微鏡研究顆粒表面結(jié)構(gòu)，能夠識別出的環(huán)境有：濱海環(huán)境（高能海、中能海、低能海）、風(fēng)成環(huán)境（熱帶沙漠沙丘）和冰川環(huán)境（冰川、冰水環(huán)境）。但是，顆粒表面結(jié)構(gòu)的研究還存在一定的問題，例如在沉積環(huán)境中常常出現(xiàn)不同來源砂粒混淆的現(xiàn)象，特別對河流沉積樣品很難判別其特征。古代砂巖常因成巖、后生作用使沉積物的原始表面結(jié)構(gòu)受到改造，因而造成環(huán)境分析的困難。另外，現(xiàn)在已經(jīng)觀察到的各種表面現(xiàn)象，不同的研究者又常作出不同的解釋。上述這些問題都需要在今后的研究工作中繼續(xù)解決。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析四、填隙物的結(jié)構(gòu)

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)著各自的特點(diǎn)。

1．雜基

2．膠結(jié)物.4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析1．雜基雜基是碎屑巖中與粗碎屑一起沉積下來的細(xì)粒填隙組分，粒度一般小于0.03mm（或5φ），它們是機(jī)械沉積產(chǎn)物而不是化學(xué)沉淀組分。但這里指出的雜基粒度界限主要適用于砂巖；面對于更粗的碎屑巖，如在礫巖中，雜基也相對變粗，除泥以外可以包括粉砂甚至砂級顆粒。雜基的含量和性質(zhì)可以反映搬運(yùn)介質(zhì)的流動(dòng)特性及碎屑組分的分選性，因而也是碎屑巖結(jié)構(gòu)成熟度的重要標(biāo)志。這正是認(rèn)識雜基重要性的意義所在。沉積物重力流中含有大量雜基，由此形成的沉積物是以雜基支撐結(jié)構(gòu)為特征；而牽引流中主要搬運(yùn)床沙載荷，最終形成的砂質(zhì)沉積物以顆粒支撐結(jié)構(gòu)為特征，雜基含量很少，粒間由化學(xué)沉淀膠結(jié)物充填。可見雜基含量是識別流體密度和粘度的標(biāo)志。同時(shí)，雜基含量也是重要的水動(dòng)力強(qiáng)度標(biāo)志。在高能量環(huán)境中，水流的簸選能力強(qiáng)，粘土?xí)灰迫?，從而形成干凈的砂質(zhì)沉積物；相反，砂巖中雜基含量高，則表明分選能力差，這是結(jié)構(gòu)成熟度低的表現(xiàn)。雜基含量也是沉積速率的反應(yīng)標(biāo)志。一般地說，沉積越快，雜基含量越高.4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

從成分上看，雜基多為粘土礦物，有時(shí)為碳酸鹽灰泥、云泥及一些細(xì)粉砂碎屑顆粒。由于雜基在碎屑巖中有這樣重要的成因意義，因而識別它就顯得十分重要。但是實(shí)際上在填隙物中雜基和膠結(jié)物并不是任何時(shí)候都能區(qū)分開的，特別是因成巖作用使沉積標(biāo)志遭受改造后，更增加了識別上的困難。雜基中大多數(shù)是同生期雜基，實(shí)際上只有同生期雜基才具有上述的沉積成因意義。代表原始沉積狀態(tài)的雜基稱原雜基，其可含有碳酸鹽泥及石英、長石等礦物的細(xì)碎屑。原雜基與碎屑顆粒的界線清楚，兩者間無交代現(xiàn)象。在雜基支撐結(jié)構(gòu)的砂巖中，原雜基含量可高于30％，同時(shí)碎屑顆粒常表現(xiàn)較差的分選性［圖4－5（a）］。

原雜基經(jīng)成巖作用明顯重結(jié)晶后則轉(zhuǎn)變?yōu)檎s基。正雜基在含量和分布上繼承了原雜基的特點(diǎn)。因發(fā)生了重結(jié)晶作用，粘土物質(zhì)表現(xiàn)為顯微鱗片結(jié)構(gòu)。當(dāng)晶粒較粗時(shí)，在偏光顯微鏡下?？煞直娴V物的種類，可鑒別其為高嶺石質(zhì)、水云母質(zhì)、蒙脫石質(zhì)或方解石質(zhì)。在雜基與碎屑顆粒間常見交代現(xiàn)象。有時(shí)由于重結(jié)晶作用發(fā)育不均勻，局部仍可見殘余的原雜基結(jié)構(gòu)。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

原雜基和正雜基都可以作為沉積環(huán)境的標(biāo)志。但在碎屑巖中還可見到一些與雜基極為相似的細(xì)粒組分，它們在成因上與雜基完全不同，可稱之為“似雜基”，常見的有如下幾種。（1）淀雜基是在成巖作用過程中，從孔隙水中析出的粘土礦物膠結(jié)物。雖然成分上是粘土（層狀硅酸鹽）礦物，這一點(diǎn)像雜基但在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)的是化學(xué)股結(jié)物產(chǎn)狀，它們是單礦物質(zhì)的，晶體干凈，透明度好，常見鱗片狀或蠕蟲狀自生晶體集合體。在碎屑顆粒周圍可呈櫛殼狀［圖4—5（b）］或薄膜狀分布。不同成巖時(shí)期形成的淀雜基可構(gòu)成有層次的世代結(jié)構(gòu)。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

（2）外雜基指碎屑沉積物堆積后，在成巖產(chǎn)生期充填于其粒間孔隙中的外來雜基物質(zhì)。外雜基在巖石中分布不均勻，是多礦物質(zhì)的，常表現(xiàn)得污濁、透明度差。主要出現(xiàn)在碎屑顆粒分選較好、原生粒間孔隙發(fā)育的部位，這一特點(diǎn)是與原雜基、正雜基的重要區(qū)別。（3）假雜基是軟碎屑經(jīng)壓實(shí)碎裂形成的類似雜基的填隙物。泥質(zhì)巖屑、灰質(zhì)巖屑，特別是具類似成分的盆內(nèi)碎屑性質(zhì)都很軟弱，在壓實(shí)作用下會(huì)被壓扁、壓斷、壓裂甚至壓碎，從而形成假雜基。假雜基在碎屑巖中以不均勻的斑塊狀產(chǎn)出為特征。常能同時(shí)見到局部被壓碎的軟顆粒，這是識別假雜基的直接證據(jù)［圖4—5（c）］。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

這里還要引出結(jié)構(gòu)成熟度的概念。結(jié)構(gòu)成熟度是指碎屑沉積物經(jīng)風(fēng)化、搬運(yùn)和沉積作用的改造，使之接近終極結(jié)構(gòu)特征的程度。?？耍?951）指出了粘土雜基是砂巖結(jié)構(gòu)成熟度的標(biāo)志之一。當(dāng)然結(jié)構(gòu)上最成熟的砂巖除不含粘土雜基外，碎屑顆粒還應(yīng)具有良好的分選性和圓化程度。這些特征共同反映了沉積物經(jīng)受了充分的水流簸選和磨蝕作用。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析2．膠結(jié)物膠結(jié)物是化學(xué)成因物質(zhì)，它的結(jié)構(gòu)與化學(xué)巖的結(jié)構(gòu)類似，其特點(diǎn)是由晶粒大小、晶體生長方式及重結(jié)晶程度等決定的。在碎屑巖中膠結(jié)物的含量總小于50％，實(shí)際上膠結(jié)物所表現(xiàn)的是孔隙充填結(jié)構(gòu)，常見的類型有如下幾種（圖4－6）。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

（1）非晶質(zhì)及隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)蛋白石及磷酸鹽礦物常形成非晶質(zhì)膠結(jié)物，它們在偏光顯微鏡下表現(xiàn)為均質(zhì)體性質(zhì)。隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)用肉眼不能分辨晶粒，但在偏光顯微鏡下能見到微弱的晶體光性，如玉髓、隱晶質(zhì)磷酸鹽等。

（2）顯晶粒狀結(jié)構(gòu)膠結(jié)物呈結(jié)晶粒狀分布于碎屑顆粒之間，因晶粒較大，在手標(biāo)本上可以分辨，碳酸鹽膠結(jié)物常具有這種結(jié)構(gòu)。顯晶粒狀膠結(jié)物可以呈粒狀或纖維狀分散于碎屑顆粒之間，也可以圍繞碎屑顆粒呈薄膜狀或放射狀生長，從而構(gòu)成薄膜膠結(jié)或櫛狀膠結(jié)。方解石、文石、玉髓易形成櫛狀結(jié)構(gòu)，其特征是晶體長軸垂直顆粒邊緣生長。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析（3）嵌晶結(jié)構(gòu)膠結(jié)物的結(jié)晶顆粒較粗大，晶粒間呈鑲嵌結(jié)構(gòu)，每一個(gè)晶粒中都可以包含有多個(gè)碎屑顆粒。方解石、石膏、沸石等化學(xué)膠結(jié)物容易形成此種膠結(jié)。膠結(jié)物的粗大晶體是經(jīng)成巖、后生階段的重結(jié)晶作用形成的。（4）自生加大結(jié)構(gòu)這種膠結(jié)類型多見于硅質(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，兩者成分相同，而且表現(xiàn)完全一致的光性方位。使用偏光顯微鏡，在正交光下可見碎屑顆粒與其自生加大膠結(jié)物同時(shí)消光，在單偏光下借助于原碎屑顆粒邊緣的粘土薄膜可以辨別出碎屑的輪廓。有時(shí)在長石周圍也可以發(fā)生自生加大現(xiàn)象。良好的自生加大膠結(jié)形成于成巖階段，或?yàn)楹笊A段形成。必須指出，在碎屑巖中常存在有過渡的或混合的膠結(jié)物結(jié)構(gòu)，在巖石的觀察和描述中應(yīng)當(dāng)注意。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析第二節(jié)膠結(jié)類型及顆粒支撐性質(zhì)

一、膠結(jié)類型二、支撐結(jié)構(gòu)4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析一、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)系稱為膠結(jié)類型。決定碎屑巖的膠結(jié)類型的因素，一是碎屑顆粒與膠結(jié)物或填隙物的相對數(shù)量，二是碎屑顆粒之間的接觸關(guān)系。以此為依據(jù)，可將膠結(jié)類型劃分為以下幾種（圖4一7）。1．基底膠結(jié)2．孔隙膠結(jié)3．接觸膠結(jié)4．鑲嵌膠結(jié)4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析1．基底膠結(jié)填隙物含量較多，碎屑顆粒在其中互不接觸呈漂浮狀，填隙物主要為原雜基（或由之轉(zhuǎn)變成的正雜基）。這種股結(jié)類型一般代表著高密度流快速堆積的特征。基底式膠結(jié)實(shí)際上可稱為雜基支撐結(jié)構(gòu)，它形成于沉積同生期。2．孔隙膠結(jié)這是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(diǎn)狀接觸。膠結(jié)物含量少，只充填在碎屑顆粒之間的孔隙中，它們是成巖期或后生期的化學(xué)沉淀產(chǎn)物。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析3．接觸膠結(jié)亦稱為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，顆粒之間呈點(diǎn)接觸或線接觸，膠結(jié)物含量很少，分布于碎屑顆粒相互接觸的地方。它可能是干旱氣候帶的砂層，因毛細(xì)管作用，溶液沿顆粒間細(xì)縫流動(dòng)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(shí)，砂質(zhì)沉積物中的碎屑顆粒會(huì)更緊密地接觸。顆粒之間由點(diǎn)接觸發(fā)展為線接觸、凹凸接觸，甚至形成縫合狀接觸。這種顆粒直接接觸構(gòu)成的鑲嵌式膠結(jié)，有時(shí)不能將碎屑與其硅質(zhì)膠結(jié)物區(qū)分開，看起來像是沒有膠結(jié)物，因此有人稱之為無膠結(jié)物式膠結(jié)。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析二、支撐結(jié)構(gòu)

碎屑結(jié)構(gòu)的支撐類型可劃分為兩類，即雜基支撐結(jié)構(gòu)和顆粒支撐結(jié)構(gòu)。在雜基支撐結(jié)構(gòu)中，雜基含量高，顆粒在雜基中呈漂浮狀。在顆粒支撐結(jié)構(gòu)中，顆粒之間可有不同的接觸性質(zhì)，包括點(diǎn)接觸、線接觸、凹凸接觸和縫合接觸。這不僅是膠結(jié)形式上的差別，從成因上看，上述順序即從點(diǎn)接觸至縫合接觸反映了沉積物在埋藏成巖過程中經(jīng)受壓固、壓溶等成巖作用的強(qiáng)度和進(jìn)程，顆粒間縫合接觸是成巖程度很深的特征?？梢姡J(rèn)識碎屑巖的膠結(jié)類型和顆粒間接觸的性質(zhì)，不僅對沉積環(huán)境分析有意義，還可為碎屑巖的成巖階段分析提供依據(jù)。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析第三節(jié)粒度分析

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衡量沉積介質(zhì)能量的度量尺度，是判別沉積時(shí)自然地理環(huán)境以及水動(dòng)力條件的良好標(biāo)志。碎屑巖的粒度及其空間展布也影響了儲層的物性。粒度分析不僅有利于分析沉積水動(dòng)力條件，而且對于沉積儲層評價(jià)也有意義。一、粒度參數(shù)和粒度資料圖解二、粒度分析在區(qū)分沉積環(huán)境中的應(yīng)用4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析一、粒度參數(shù)和粒度資料圖解

1.粒度資料圖解與粒度資料有關(guān)的多種圖解，例如直方圖、頻率曲線都可作為沉積環(huán)境分析的參考標(biāo)志。根據(jù)前述粒度分析方法，可以得到反映各粒級重量百分比及累積重量百分比的粒度分析結(jié)果（表4－3）。為了更好地利用這些第一性資料，常需要將這些數(shù)據(jù)編繪成一定的圖件，用于輔助分析沉積環(huán)境并獲得一些粒度參數(shù)。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析（1）直方圖和頻率曲線直方圖是最常用的粒度組分圖件，它由一系列相鄰的長方塊構(gòu)成。各長方形的底邊等長，其長度代表粒度區(qū)間；長方形的高代表每種粒度的頻數(shù)，即表示各粒度區(qū)間的重量百分比。橫坐標(biāo)代表顆粒直徑值，縱坐標(biāo)是算數(shù)百分坐標(biāo)。應(yīng)用表4—3的數(shù)據(jù)可以得到如圖4－8所示的直方圖。這種圖的優(yōu)點(diǎn)是能一目了然地表現(xiàn)出樣品的粒度變化和各粒級碎屑的百分含量。

將直方圖上各方塊的頂邊中點(diǎn)連接起來，繪制成一條圓滑曲線，這就是頻率曲線圖（圖4一8）。與直方圖類似，頻率曲線也表示了樣品的粒度分布。因頻率曲線圖形簡單、直觀，因此應(yīng)用得更廣。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

通常把直方圖中突出于周圍方塊之上的高方塊或頻率曲線中的高點(diǎn)稱為峰（亦稱眾數(shù)）。如果樣品中只有一個(gè)峰，稱為單峰；若有兩個(gè)或兩個(gè)以上的峰，則稱為雙峰或多峰。圖4－9列舉了不同成因沉積物的直方圖。海岸卵石層的粒度范圍最窄，具有很突出的單峰，這是沉積物粒度分選極好的特征；河流沖積沉積物的粒度分布較寬，具雙峰，峰所在粒級的重量百分比并不高，這是分選性不好的表現(xiàn)；而冰川沉積和雨水沖刷斜坡上的堆積物，則粒度分布范圍更廣，其中礫石與泥、砂混雜，說明分選性更差。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析（2）累積曲線這是用粒度分析成果中的累積重量百分比數(shù)作成的圖。應(yīng)用表4－3的數(shù)據(jù)，可以得到如圖4－8所示的累積曲線。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百分含量。要注意，累積數(shù)據(jù)是由粗粒級開始計(jì)算的（表4－3）。

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。陸海沉積和風(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（圖4－10）。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析（3）概率值累積曲線仍然用累積重量百分比作圖。橫坐標(biāo)仍為粒徑值，而縱坐標(biāo)改用概率百分?jǐn)?shù)標(biāo)度，這樣做成的便是概率值累積曲線圖（圖4－11）。與算術(shù)坐標(biāo)不同，概率百分坐標(biāo)是以50％為對稱中心的非等間距坐標(biāo)，它是按單峰正態(tài)曲線分布的規(guī)律刻劃的。

如果粒度分布符合通常所說的對數(shù)正態(tài)分布的話，那么用概率坐標(biāo)在圖上會(huì)得到一條直線。但一般碎屑沉積物的概率值累積曲線總是表現(xiàn)為相交的幾個(gè)直線段，這反映了在沉積物中包含著幾個(gè)正態(tài)次總體。利用此圖的這種表征，便于識別不同的搬運(yùn)和沉積作用（詳見后）。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(xì)尾部的特點(diǎn)放大了，這方便于沉積成因分析。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析2．粒度參數(shù)人們可以用多種數(shù)學(xué)方法來計(jì)算一些粒度參數(shù)。首先在前述的累積曲線上獲得某些累積百分比處的顆粒直徑，進(jìn)而計(jì)算諸如平均粒徑Mz、標(biāo)準(zhǔn)偏差σ1、偏度SK1和峰度KG等參數(shù)。過去多用特拉斯克（TrasK）公式計(jì)算，當(dāng)前應(yīng)用更廣的是用?？撕臀值拢‵olkandWard）公式來計(jì)算相關(guān)粒度參數(shù)（表4—4）。每一個(gè)粒度參數(shù)都以一定的數(shù)值定量地表示碎屑物質(zhì)的粒度特征。單個(gè)粒度參數(shù)及其組合特征可作為判別沉積水動(dòng)力條件及沉積環(huán)境的參考依據(jù)。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析（l）平均粒徑和中值表示粒度分布的集中趨勢。碎屑物質(zhì)的粒度分布一般是趨向于圍繞著一個(gè)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(gè)因素的控制，一是沉積介質(zhì)的平均動(dòng)力能（速度），二是來源物質(zhì)的原始大小。中值Md是累積曲線上顆粒含量50％處對應(yīng)的粒徑，特拉斯克以毫米（mm）作粒徑單位，?？说仁怯弥当硎玖?。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?yàn)樗荒鼙硎敬?、?xì)兩側(cè)的粒度變化。為此，近年來有人主張不用中值，而改用平均粒徑。對于平均粒徑目前也有著不同的定義。根據(jù)?？撕臀值露x，平均粒徑為：這里粗略地把粒度分成三段。φ50代表中間一段的平均大小，φ84代表較細(xì)一段的平均大小，φ16代表較粗一段的平均大小，可見平均粒徑比中值更能正確地反映碎屑顆粒的集中趨勢。平均粒徑或中值是沉積物最主要的粒度特征之一。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)在縱向上或橫向上的粒度變化規(guī)律。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析（2）標(biāo)準(zhǔn)偏差和分選系數(shù)這是表示分選程度的參數(shù)。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。過去多用分選系數(shù)說明分選性。分選系數(shù)可表示為：式中P25和P75—分別代表累積曲線上顆粒含量25％和75％處所對應(yīng)的顆粒直徑。當(dāng)顆粒的分選性很好時(shí)，P25與P75兩值很靠近，所以So值很?。幌喾?，So值大則說明離散度大，即分選性差。根據(jù)So的大小可以劃分分選等級：S0＝1—2.5，分選好；So＝2.5—4.0，分選中等；So＞4.0，分選差，也有人用公式來計(jì)算分選系數(shù)，相應(yīng)地用開方后的數(shù)據(jù)確定分選級別。分選系數(shù)應(yīng)用很廣，但上述公式存在著缺欠，因?yàn)樗鼪]能包括粗、細(xì)尾端的分選特點(diǎn)。計(jì)算粒度分選性的新公式不只一種，由福克和沃德提出的標(biāo)準(zhǔn)偏差公式為：式中除包含了粒級分布的中央部分（16％—84％）外，也包括了對水動(dòng)力條件反映最靈敏的租、細(xì)尾部（95％和5％）的分選情況。因此，該式被認(rèn)為更全面和更富有成因意義。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

前人曾分析了大量（近千個(gè)）樣品，從而確定了用標(biāo)準(zhǔn)偏差σ1確定分選級別的標(biāo)準(zhǔn)：σ1<35，分選極好；σ1＝0.35—0.50，分選好；σ1＝0.50—0.71，分選較好；σ1＝0.71—1.00，分選中等；σ1＝1.00—2.00，分選較差；σl＝2.00—4.00，分選差；σl＞4.00，分選極差。分選性的好壞也可以作為環(huán)境標(biāo)志。碎屑物質(zhì)的分選程度與沉積環(huán)境的水動(dòng)力條件和自然地理?xiàng)l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利冰川沉積。風(fēng)成沙丘沉積的分選好，是由于風(fēng)的速度變化范圍小，其所能攜帶的砂的粒級范圍也窄，一般是以細(xì)砂為主，含少量中砂和粉砂。海（湖）波浪作用是往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，它使沉積物經(jīng)受多次的搬運(yùn)和分選，從而也造成很好的分選。而河流則不然，它流速變化范圍大而且變化頻繁，造成沉積物很差的分選性，并且分選系數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)值也表現(xiàn)得很不穩(wěn)定。冰川沉積具極差的分選性，因?yàn)楸ò徇\(yùn)是把沿途遇到的沉積物全部凍結(jié)在冰里，冰融解時(shí)沉積物則堆積下來，根本談不上分選作用。從河流的上游至下游，碎屑物質(zhì)的粒度中值或平均粒徑有明顯的遞減現(xiàn)象，即上游的沉積物粗，下游則較細(xì)。但是，分選程度與搬運(yùn)距離卻不是簡單的直線關(guān)系。從上游至下游，分選系數(shù)或標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)值常是呈波浪式變化的。這主要是受物源的影響，多物源供應(yīng)，特別是當(dāng)河流中有支流加入時(shí)，由于新物源區(qū)物質(zhì)的混入，會(huì)使沉積物的分選性明顯變差。不同粒度參數(shù)間常存在著一定的統(tǒng)計(jì)關(guān)系。許多研究表明，在平均粒徑與分選性之間可以明顯地看到，分選性最好的沉積物，其平均粒徑一般為細(xì)砂級。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析（3）偏度偏度SKl被用來判別粒度分布的不對稱程度。?？撕臀值碌钠裙綖椋?/p>

從頻率曲線上看，對數(shù)正態(tài)分布是左右對稱的，同時(shí)中值、平均粒徑和眾數(shù)一致，即表現(xiàn)為一個(gè)數(shù)值。用偏度公式計(jì)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（圖4－12），這時(shí)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(xì)粒一側(cè)表現(xiàn)為低的尾部。用偏度公式計(jì)算，SK1應(yīng)為正值。

2）負(fù)偏態(tài)：峰偏向細(xì)粒度一側(cè)，沉積物以細(xì)粒為主，粗粒一側(cè)有低的尾部，這時(shí)SK1應(yīng)為負(fù)值。不對稱的頻率曲線可以是單峰曲線，也可以是雙峰曲線，表現(xiàn)為在含量較少的尾部有一個(gè)低的次峰（圖4－13）。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

?？耍?966）按偏度值SK1將偏度分為五級：SKl＝－1—－0.3，很負(fù)偏態(tài)；SK1＝－0.3—－0.1，負(fù)偏態(tài)；SK1＝－0.1—＋0.1，近于對稱；SK1＝＋0.1—＋0.3，正偏態(tài)；SK1＝＋0.3—＋l，很正偏態(tài)。偏態(tài)的研究對于了解沉積物的成因有一定的意義。分選很好的純砂或純礫等沉積物，其頻率曲線常為單峰正態(tài)對稱曲線。但當(dāng)有另外的組分加入時(shí)，常使分選變差，頻率曲線相應(yīng)地變?yōu)椴粚ΨQ。如果加入的是粗組分，則構(gòu)成正偏度；若加入的是細(xì)組分，則構(gòu)成負(fù)偏度。當(dāng)有明顯不同的兩個(gè)粒度總體混合沉積時(shí)，如果兩者含量相等，那么會(huì)表現(xiàn)為最差的分選，頻率曲線呈平坦的馬鞍狀雙峰曲線，由于圖形仍為左右對稱（圖4－13），所以偏度的數(shù)值趨于零。由此可見，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；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。前者一般見于海灘沉積，后者多屬河流沉積，在作成因分析時(shí)要注意區(qū)別。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析（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。頻率曲線的峰態(tài)示意如圖4—14所示。?？撕臀值绿岢龅姆宥裙綖椋涸趯ΨQ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(gè)樣品的分析，?？说扔肒G值確定了峰值的等級界限：KG＜0.67，很平坦；KG＝0.67--0.9，平坦；KG＝0.90--1.11，中等（正態(tài)）；KG＝1.11--1.56，尖銳；KG＝1.56--3.00，很尖銳；KG＞3.00，非常尖銳。

由于KG值的分布不規(guī)則，作因時(shí)不方便，所以?？撕臀值掠纸ㄗh在作圖時(shí)將KG值轉(zhuǎn)換為KˊG值，其換算公式為：

KˊG值的變化范圍在0.33—0.90，正態(tài)曲線的KˊG值等于0.5。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

峰度和偏度都能反映沉積物頻率曲線的雙峰性質(zhì)及其尾部變化，因此在判斷沉積環(huán)境時(shí)都很有意義。正常的海灘沉積砂的頻率曲線為單峰對稱的正態(tài)曲線，其偏度和峰度都正常，即偏度值近于零，峰度值近于1。不正常的偏度和峰度值反映沉積物具雙峰或多峰性，屬于多物源沉積。極端（極高或極低）的峰度是兩組沉積物混合沉積造成的，這在河流沉積中最常見。在反映這些成因性質(zhì)時(shí)，偏度和峰度值常比頻率曲線表現(xiàn)得更靈敏。海灘、沙丘、風(fēng)成坪地以及河流砂質(zhì)沉積物的粒度參數(shù)綜合特點(diǎn)見表4－5，用這些特點(diǎn)可以對沉積砂進(jìn)行環(huán)境分析。海灘砂的主要特點(diǎn)是頻率曲線呈單峰對稱形，分選好，主要由中、細(xì)砂組成，多為負(fù)偏態(tài)。沙丘砂和風(fēng)成坪地砂都呈正偏態(tài)，但它們的峰度表現(xiàn)不同，沙丘砂中等峰度，風(fēng)成坪地砂峰度尖銳。上述三類沉積的粒度平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差都差別不大，一般不能用作區(qū)別標(biāo)志。河砂的粒度特點(diǎn)最明顯，因此比較容易識到。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析二、粒度分析在區(qū)分沉積環(huán)境中的應(yīng)用

沉積巖的粒度是受搬運(yùn)介質(zhì)、搬運(yùn)方式及沉積環(huán)境等因素控制的，反過來這些成因特點(diǎn)必然會(huì)在沉積巖的粒度性質(zhì)中得到反映，這正是應(yīng)用粒度資料確定沉積環(huán)境的依據(jù)。但是，對于古代的碎屑巖來說，因在埋藏過程中經(jīng)受了復(fù)雜的成巖變化，原始沉積物的粒度會(huì)因石英次生加大或溶解等成巖作用而變大或變小，所以若上述相關(guān)成巖作用非常強(qiáng)烈時(shí)，就難以采用現(xiàn)今碎屑巖的粒度分析資料去分析判斷古代沉積水動(dòng)力條件和沉積環(huán)境。因此，在利用粒度資料研究沉積環(huán)境時(shí)應(yīng)注意：

1）正確合理取樣，取樣時(shí)要考慮沉積成因單元；

2）采用同一體系計(jì)算公式計(jì)算粒度參數(shù)并作圖；

3）研究碎屑巖成巖作用歷史，了解碎屑顆粒是否比原始顆粒發(fā)生了粒徑增大或縮小的作用；

4）采用標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)作累積概率圖，以便進(jìn)行對比研究；

5）結(jié)合沉積構(gòu)造、沉積背景、沉積序列特征研究，考察粒度參數(shù)及圖形在垂向上的變化規(guī)律；

6）注意采用多種粒度參數(shù)綜合研究分析沉積水動(dòng)力條件。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

下面是常用的沉積環(huán)境粒度分析方法。1．粒度判別函數(shù)及成因圖解薩胡（Sahu，1964）在碎屑沉積物研究中應(yīng)用了判別分析。他從世界各地采集大量碎屑沉積物樣品，其中有礫石、砂以及粉砂，但沒有包括小于0.004mm的粘土，因?yàn)樘?xì)的顆粒難以測定。采樣的環(huán)境類型有：河道、泛濫平原、三角洲、海灘、風(fēng)坪、風(fēng)成沙丘、淺海以及濁流。多數(shù)樣品取自現(xiàn)代沉積物，只有濁流是用的巖石樣品。在對這些樣品進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，求得了各類沉積環(huán)境間的判別函數(shù)（表4－6）。由于薩胡粒度判別函數(shù)是根據(jù)現(xiàn)代沉積物作出的，故對碎屑巖環(huán)境分析存在局限性。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

薩胡又以對在對數(shù)坐標(biāo)紙上作圖（圖4－15）。在圖4－15中，不同沉積環(huán)境間有明顯的分界，同時(shí)圖上還表示了能量及流動(dòng)性下降的方向。應(yīng)用這一圖解可以大致對濁流、三角洲、淺海、海灘及風(fēng)成環(huán)境的沉積物進(jìn)行區(qū)分。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

運(yùn)用判別函數(shù)，對于每一個(gè)有粒度參數(shù)資料的樣品都可以作沉積環(huán)境鑒別。但為應(yīng)用這一沉積環(huán)境鑒別圖解，則需每一沉積環(huán)境具有兩個(gè)以上的一組樣品。關(guān)系圖解中，縱坐標(biāo)為某一沉積環(huán)境中一組沉積物的標(biāo)準(zhǔn)偏差平方和取平均值后開方；橫坐標(biāo)為該組沉積物的峰度方根差與平均粒徑方根差的比乘以標(biāo)準(zhǔn)偏差平方的方根差，式中S為方根差的代號。方根差是用于表現(xiàn)樣品間離散性質(zhì)的，其一般式為：那么峰度方根差應(yīng)為，余此類推。對于某沉積環(huán)境，一組沉積物求得和兩個(gè)數(shù)據(jù)后，可在關(guān)系圖解上投點(diǎn)，根據(jù)點(diǎn)所落入的位置來判斷沉積成因。由于風(fēng)成坪地與風(fēng)成沙丘環(huán)境沒有顯著差別，三角洲與河流這兩類環(huán)境也差別不大，故在上述判別方程及成因圖解中都將其各劃歸一類。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析2．用概率累積曲線區(qū)分沉積環(huán)境應(yīng)用概率累積曲線圖建立沉積環(huán)境的典型模式，這一研究成果是維謝爾（Visher，1965，1969）提出來的。沉積物的粒度一般不是表現(xiàn)為單一的對數(shù)正態(tài)分布，因此其概率圖總是由幾個(gè)相交的直線段構(gòu)成（圖4－16）。

沉積物存在著滾動(dòng)、跳躍和懸浮三種搬運(yùn)方式。前人研究表明，沉積物的三種搬運(yùn)方式可以在粒度概率曲線上產(chǎn)生響應(yīng)。一般來說，一個(gè)理想的粒度概率曲線包含三個(gè)次總體，它們分別代表著樣品中的懸浮搬運(yùn)組分、跳躍搬運(yùn)組分和滾動(dòng)搬運(yùn)組分（圖4－16）。

1)懸浮搬運(yùn)組分：最細(xì)的顆粒在水流中呈懸浮搬運(yùn)，其顆粒大小一般小于0.1mn。但這個(gè)數(shù)據(jù)不是固定的，它取決于搬運(yùn)介質(zhì)的攪動(dòng)程度，或者說懸浮的最大粒度是水流攪動(dòng)強(qiáng)度的標(biāo)志。在懸浮負(fù)載與底負(fù)載之間總有一定數(shù)量的交替。大多數(shù)沉積物中都包含一些從懸浮狀態(tài)沉積下來的細(xì)粒組分，它們在粒度概率圖中形成一個(gè)獨(dú)立的懸浮搬運(yùn)次總體（即細(xì)粒尾部），居于圖的右上方。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析3)滾動(dòng)（或稱牽引、推移）搬運(yùn)組分：這是最粗粒的組分，它只能沿底面滑動(dòng)、滾動(dòng)、拖拽前進(jìn)。在陡坡處滾動(dòng)顆粒較多，而在坡度較緩的地方，滾動(dòng)顆粒明顯減少。

在粒度概率圖上滾動(dòng)次總體居于左下方，是與上述兩次總體在中值和分選上均不相同的粗粒次總體。

2）跳躍搬運(yùn)組分：呈跳躍搬運(yùn)的顆粒，其大小一般在0.1mm以上，最大可達(dá)1mm最大粒度受水的流速、水深以及底層性質(zhì)等因素的控制。跳躍搬運(yùn)是指一邊跳躍一邊向前搬運(yùn)。顆粒跳躍的高度從底面向上可達(dá)數(shù)十厘米。在跳躍層中，最粗的顆粒集中于底部。跳躍搬運(yùn)的方式在動(dòng)蕩的水中或流水中容易對顆粒進(jìn)行分選，因此跳躍次總體是沉積樣品中分選最好的組分，它往往作為主要部分構(gòu)成沉積物的格架。在幾種常見的河成、海成沉積中都是以跳躍次總體為主，懸浮次總體只作為次要組分填充于跳躍組分的顆粒間。在一般環(huán)境中，跳躍次總體在粒度概率圖上表現(xiàn)為一個(gè)直線段居于圖的中央，因常占最大的百分含量，所以線段最長，但在一些特殊環(huán)境（如在海灘砂）中，由于波浪沖刷回流作用，跳躍次總體可以發(fā)育為兩個(gè)粒度次總體，表現(xiàn)為兩個(gè)相交的線段，兩者在中值和分選上略有差別。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

多數(shù)砂質(zhì)沉積物都包括上述三種搬運(yùn)方式所形成的組分，因此多數(shù)概率圖包括三個(gè)直線段。直線段的斜率代表著分選性，線段越陡說明分選程度越好。由圖4－16可見，每一個(gè)直線段有一定的粒度區(qū)間和一定的斜率，表明了沉積物中每一個(gè)粒度次總體都具有一定的平均粒徑和標(biāo)準(zhǔn)偏差。各直線段的交點(diǎn)稱為交切點(diǎn)。有的樣品在兩個(gè)粒度次總體間有混合帶，在圖上表現(xiàn)為兩線段圓滑接觸。為保證作圖的精度，構(gòu)成每一個(gè)線段至少要有四個(gè)粒度點(diǎn)控制。搬運(yùn)介質(zhì)水動(dòng)力條件的不同，沉積時(shí)流體的性質(zhì)以及自然地理?xiàng)l件的不同，造成砂質(zhì)沉積物被搬運(yùn)和沉積方式上的差別，這些在粒度概率圖上都會(huì)有所反映，具體表現(xiàn)為直線段數(shù)目、線段分布區(qū)間、含量百分比、線段坡度、混合度、線段間交切點(diǎn)以及粗細(xì)尾端切割點(diǎn)位置上的差異。因此，仔細(xì)分析概率圖的形態(tài)，對于判斷沉積環(huán)境是很有幫助的。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析（1）海灘和淺海

海灘砂：由三個(gè)或四個(gè)粒度次總體構(gòu)成。在概率圖上，跳躍總體被分為兩個(gè)直線段，兩者斜率稍有差別但均較陡，說明分選性很好。跳躍組分具有這一特點(diǎn)，是由于其中包括了沖流和回流兩種沉積作用。懸浮組分和滾動(dòng)組分含量都很少，相應(yīng)地在圖上線段很短，有些甚至缺少滾動(dòng)組分（圖4－17）。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

沙丘砂：樣品取自海灘附近的沙丘背上，在沙丘砂中跳躍組分的含量比海灘砂更高（一般占98％），分選更好，在圖上表現(xiàn)為一個(gè)很陡的直線段。滾動(dòng)組分含量很少，這是因?yàn)轱L(fēng)的攜帶能力有限，很粗的砂粒不能搬至沙丘。懸浮組分的含量也少，形成細(xì)的尾部［圖4－18（a）］。

波浪帶淺海砂：樣品取自低潮線至水深約5.2m（17ft）處，全部采樣地區(qū)的沉積物表面都具有波痕。樣品無例外地發(fā)育有三個(gè)粒度總體，仍以跳躍總體為主要成分，分選很好。這是波浪多次往返搬運(yùn)簸選的結(jié)果，其粒度區(qū)間在（2.0－3.5）φ之間。懸浮組分含量不多，其數(shù)量多少可能與物源性質(zhì)有關(guān)。由于缺乏強(qiáng)水流，滾動(dòng)組分常表現(xiàn)很差的分選性［圖4－18（b）、（c）］。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析（2）三角洲和河口三角洲是一個(gè)復(fù)雜的過渡環(huán)境，它位于河流入海處，是由海與陸交替作用而形成的沉積復(fù)合體。從概率圖上看，其形式也是介于河流沉積與淺海沉積之間。但是由于物源性質(zhì)的不同、砂質(zhì)沉積的具體位置的不同以及水流強(qiáng)度上的差別等，使得三角洲砂的概率圖復(fù)雜多樣，實(shí)難用一種模式概括。

實(shí)際上，在三角洲中包括了各種亞環(huán)境，不同亞環(huán)境的粒度分布特點(diǎn)也不一樣。例如，支流河口砂壩砂的粒度分布與淺海波浪帶砂類似，但因靠近河口，有時(shí)懸浮物質(zhì)含量較多；又如支流河道砂，它是由兩個(gè)粒度總體（懸浮總體和跳躍總體）組成的，懸浮組分含量可達(dá)20％，其概率圖形式與河流沉積相近似（圖4－19）。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析（3）河道河流沉積物粒度概率圖的主要特點(diǎn)是懸浮總體比較發(fā)育，其含量可達(dá)到30％。懸浮總體與跳躍總體之間的交截點(diǎn)在（2.75－3.50）φ區(qū)間內(nèi)，跳躍總體的傾斜多在60o－65o范圍內(nèi)，一般不存在滾動(dòng)組分（圖4－20）。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析（4）古濁流沉積濁流沉積的粒度概率圖特點(diǎn)很突出，懸浮總體含量大，但是分選很差。懸浮總體與跳躍總體的交截點(diǎn)可在1φ以下，屬跳躍搬運(yùn)的粗組分，分選較好（圖4－21）。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析3．C－M圖解

C—M圖是應(yīng)用每個(gè)樣品的C值和M值繪成的圖形。C值是累積曲線上顆粒含量l％處對應(yīng)的粒徑，M值是累積曲線上50％處對應(yīng)的粒徑。C值與樣品中最粗顆粒的粒徑相當(dāng)，代表了水動(dòng)力攪動(dòng)開始搬運(yùn)的最大能量；M值是中值，代表了水動(dòng)力的平均能量。對于每一個(gè)樣品都可以用其C值和M值，在以C值為縱坐標(biāo)、以M值為橫坐標(biāo)的雙對數(shù)坐標(biāo)紙上投得一個(gè)點(diǎn)。

為研究地層的沉積成因，需從該地層成因單元取得幾十（20--30）個(gè)樣品，這些樣品必須屬同一沉積環(huán)境的產(chǎn)物。對不同巖性要分別取樣，而且樣品要包括該單元由粗至細(xì)的全部粒度結(jié)構(gòu)類型。幾十個(gè)樣品各按其C值、M值在圖紙上投得一群點(diǎn)。按點(diǎn)群的分布繪出相應(yīng)的圖形，這就是C－M圖。根據(jù)所得圖形的形態(tài)、分布范圍以及圖形與C＝M基線的關(guān)系等特點(diǎn)，與已知沉積環(huán)境的典型C－M圖進(jìn)行對比，再結(jié)合其他巖性特征，從而可以對該層沉積巖的沉積環(huán)境作出判斷。

4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析

C－M圖是帕塞加（Passega，1957，1964）提出的。帕塞加將搬運(yùn)沉積物的底流分為以下兩種形式：牽引流：河流、海（湖）流、觸及海（湖）底的波浪都屬于牽引流，它以滾動(dòng)或懸浮兩種方式搬運(yùn)沉積物。在懸浮搬運(yùn)中還包括遞變懸浮、均勻懸浮和遠(yuǎn)洋懸浮。濁流：這是一種流速很快的高密度流，它主要以懸浮方式搬運(yùn)沉積物。由于有大量泥、砂，甚至卵石懸浮其中，故水流十分混濁。

濁流沉積與牽引流沉積在C－M圖上有較明顯的區(qū)別。在C－M圖中，將C，M點(diǎn)連成一條線，構(gòu)成C＝M基線。濁流沉積的圖形以平行于C＝M基線為特征；而牽引流沉積的圖形則只有較短的一部分平行C＝M基線，或者完全不與C＝M基線平行。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析（1）牽引流沉積的C－M圖在C－M圖中，牽引流沉積的典型圖形可劃分為N－O－P－Q－R－S各段（圖4－22）。圖4－22中彎曲的S型圖是以河流沉積為例的完整C－M圖，1表示牽引流沉積，2表示濁流沉積，3表示靜水懸浮沉積。I，Ⅱ，Ⅲ，Ⅸ段表示C＞1000μm，IV，V，VI，VII，VIII段表示C＜1000μm。4碎屑巖的結(jié)構(gòu)及粒度分析1）QR段代表遞變懸浮沉積。遞變懸浮搬運(yùn)是指在流體中懸浮物質(zhì)由下向上粒度逐漸變細(xì)，密度逐漸變低。它一般位于水流底部，常是由于渦流發(fā)育造成的。當(dāng)渦流流速降低時(shí)，迅速發(fā)生滾動(dòng)。遞變懸浮沉積物的一個(gè)最大特點(diǎn)是C與M成比例地增加，即C值