朱銳沉積巖石學(xué)SedimentaryPetrology2013年9月22日陸源碎屑巖ClasticRocksofTerrigenousOrigin本章內(nèi)容碎屑巖的成分碎屑巖的結(jié)構(gòu)礫巖和角礫巖砂巖和粉砂巖黏土巖碎屑巖的成巖后生變化碎屑巖的結(jié)構(gòu)定義指碎屑巖內(nèi)各結(jié)構(gòu)組分的特點和相互關(guān)系碎屑顆粒的結(jié)構(gòu)雜基和膠結(jié)物的結(jié)構(gòu)孔隙的結(jié)構(gòu)碎屑顆粒、雜基、膠結(jié)物之間的關(guān)系研究意義鑒別描述、分類命名沉積巖的依據(jù)沉積巖成因分析的重要標(biāo)志

碎屑顆粒的結(jié)構(gòu)指碎屑的粒度、圓度、球度、形狀以及顆粒表面的微細(xì)特征粒度（Grainsize）碎屑顆粒的大小決定巖石類型和性質(zhì)——碎屑巖分類命名的重要依據(jù)碎屑顆粒的外形不規(guī)則，那么該怎樣表示粒度呢？選用線性值和體積值線性值——直觀測量。大、中、小三個直徑確定顆粒的最大投影面；對最大投影面做外切矩形，矩形的長邊為顆粒的最大直徑dL，矩形的短邊為顆粒的中間直徑dI；做垂直于最大投影面并通過顆粒的最長截線，截線長度就是顆粒的最短直徑ds。實際工作中常用線性值顆粒的長、中、短直徑分別稱為A、B、C軸。在礫巖研究中有時也用體積值體積值用與顆粒同體積的球體直徑（標(biāo)準(zhǔn)直徑bn）表示粒級劃分(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(jìn)行分級的。

(2)十進(jìn)制劃分方案，在我國應(yīng)用較廣泛。

(3)中國石油天然氣集團(tuán)公司標(biāo)準(zhǔn)——石油行業(yè)碎屑顆粒粒度分級標(biāo)準(zhǔn)。粒級粒徑，mm礫石>2粗砂0.5~2中砂0.25~0.5細(xì)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)、作圖方便碎屑巖的粒度特征是其分類命名的基礎(chǔ)。粒度分類命名的具體原則：三級命名法≥50%××巖50~25%××質(zhì)25~10%含××<10%不參與命名

舉例：某碎屑巖中中砂占55%，粗砂占30%，礫石占10%，其它占5%碎屑巖的粒度分類和命名含礫粗砂質(zhì)中砂巖復(fù)合命名法沒有一個粒級≥50%，在50～25%的粒級不只一個以含量為50～25%的粒級進(jìn)行復(fù)合命名→“＊＊—＊＊巖”，含量較多的寫在后面。舉例：0.5-0.25mm40%，0.1-0.25mm35%，0.05-0.1mm20%含粗粉砂細(xì)砂—中砂巖

合并命名法沒有≥50%的粒級50～25%的粒級也沒有或只有一個↓將巖石全部粒度組分合并為礫、砂和粉砂三大級↓按前兩條原則命名舉例：10-2mm25%，2-0.5mm20%，0.5-0.25mm15%，0.1-0.05mm20%含粉砂礫—砂巖圓度(Roundness)定義指碎屑顆粒的原始棱角被磨圓的程度。與顆粒的形狀無關(guān)，只是棱角尖銳程度的函數(shù)。圓度分級——目估法將圓度分為四級：棱角狀——碎屑顆粒的棱角明顯，無磨蝕次棱角狀——碎屑顆粒的棱角普遍磨蝕，但原形明顯次圓狀——碎屑顆粒的棱角明顯磨損，原形改變較大圓狀——碎屑顆粒的棱角基本或全部消失，原形已消失，顆粒多呈橢球體、球體

顆粒磨圓度分級標(biāo)準(zhǔn)

磨圓度顆粒形狀差尖棱角狀棱角狀較差次棱角狀

次圓狀中等較好好∣極好圓狀

滾圓狀圓度可直接反映水動力條件，但也受顆粒性質(zhì)的影響。球度（Sphericity）指碎屑顆粒接近球體的程度。是一個定量參數(shù)。

1958年斯尼德和?？耍⊿needandFolk）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(yùn)組分中，球度小的片狀顆粒最容易被漂走。

在滾動搬運(yùn)中，只有球度大的顆粒才最易沿床底滾動。形狀（Shape）實際應(yīng)用中常用形象的術(shù)語描述：粒狀——顆粒各向等長，如石英柱狀——一向特長，柱面發(fā)育，如角閃石、磷灰石板狀——兩向較長，一向較短，形如板片，如長石針狀——一向極長，兩向極短，如石英中電氣石包體其它——放射狀、纖維狀等

顆粒的形狀、球度、圓度與礦物顆粒的結(jié)晶習(xí)性、解理、硬度、顆粒大小、搬運(yùn)沉積介質(zhì)條件有關(guān)一般說來，顆粒的形狀和圓度對粗碎屑巖的研究意義更大分選(sorted)定義碎屑巖中顆粒大小均勻的程度稱為分選性或分選程度。定性分級主要粒級成分含量>７５％——分選好主要粒級成分含量為５０～７５％——分選中等沒有一種粒級成分能夠超過５０％——分選差顆粒的表面結(jié)構(gòu)（Surfacetextureofgrains）定義碎屑顆粒表面的磨光面、毛玻璃化和顯微的刻蝕痕跡成因機(jī)械磨蝕作用化學(xué)的溶蝕、沉淀作用類型毛玻璃表面（又稱霜面）沙漠漆冰川擦痕各種刻蝕痕和撞擊痕

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)境霜面似毛玻璃，在反向光下表面模糊不清，表現(xiàn)出風(fēng)成砂丘石英顆粒的特征

磨光面是光滑的磨亮的表面，如河流相石英砂，海灘石英砂結(jié)構(gòu)成熟度（texturalmaturity）定義物理成熟度，是指碎屑沉積物經(jīng)風(fēng)化、搬運(yùn)和沉積作用的改造，在結(jié)構(gòu)上接近于最終特征的程度。最終特征可理解為純硅質(zhì)碎屑（石英礦屑）的凈砂巖。決定于碎屑顆粒的磨圓、分選、基質(zhì)和膠結(jié)物相對含量等地質(zhì)意義結(jié)構(gòu)成熟度越高，則碎屑物質(zhì)分選性越好，磨圓度越高，雜基含量越少。原雜基：雜基。原始沉積狀態(tài)，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，與顆粒界線清楚。正雜基：經(jīng)成巖作用明顯重結(jié)晶后的原雜基。淀雜基：成巖作用過程中，從孔隙水析出的粘土礦物膠結(jié)物。晶體干凈，透明度好。常在顆粒周圍呈櫛殼狀或薄膜狀分布。外雜基：碎屑沉積物堆積后，成巖及后生期充填于粒間孔隙中的外來雜基物質(zhì)。分布不均、污濁、透明度差。出現(xiàn)在碎屑顆粒分選較好、原生孔隙發(fā)育處。假雜基：軟碎屑經(jīng)壓實碎裂形成的類似雜基的填隙物。常能同時看到局部被壓碎的軟顆粒。似雜基填隙物的結(jié)構(gòu)雜基的結(jié)構(gòu)雜基含量和性質(zhì)反映搬運(yùn)介質(zhì)的流動特性和碎屑組分的分選性——碎屑巖結(jié)構(gòu)成熟度的重要標(biāo)志沉積物重力流中的雜基，是流體密度及粘度的重要標(biāo)志，不具體反映水動力條件雜基含量越高→巖石分選性和結(jié)構(gòu)成熟度越低膠結(jié)物的結(jié)構(gòu)膠結(jié)物的結(jié)構(gòu)特點與本身的晶粒大小、晶體生長方式、結(jié)晶程度和分布的均勻性有關(guān)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)隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)玉髓、隱晶質(zhì)磷酸鹽、碳酸鹽等。顯晶質(zhì)結(jié)構(gòu)粒狀、帶狀/薄膜狀、櫛殼狀、斑點狀、凝塊狀非晶質(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)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(rèn)顯晶質(zhì)結(jié)構(gòu)

粒狀膠結(jié)物呈結(jié)晶粒狀分布于碎屑顆粒之間，碳酸鹽膠結(jié)物常具這樣的結(jié)構(gòu)。

帶狀/薄膜狀膠結(jié)物圍繞顆粒呈帶狀/薄膜狀分布

櫛殼狀膠結(jié)物呈纖維狀或細(xì)柱狀垂直碎屑表面生長凝塊狀或斑點狀膠結(jié)物在巖石不均勻分布

次生加大結(jié)構(gòu)顯晶粒狀結(jié)構(gòu)

帶狀/薄膜狀結(jié)構(gòu)

櫛殼狀結(jié)構(gòu)

斑狀結(jié)構(gòu)

次生加大結(jié)構(gòu)自生石英膠結(jié)物圍繞碎屑石英顆粒邊緣呈次生加大邊，兩者光性方位大體一致。有時碎屑長石和方解石也可出現(xiàn)自生加大結(jié)構(gòu)。多出現(xiàn)于硅質(zhì)膠結(jié)砂巖

次生加大結(jié)構(gòu)海綠石石英砂巖嵌晶結(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)，每一個晶粒中都可含多個碎屑顆粒。方解石、石膏、沸石等易在成巖晚期階段形成這種結(jié)構(gòu)。

嵌晶結(jié)構(gòu)膠結(jié)類型和顆粒支撐性質(zhì)

基底膠結(jié)填隙物含量多碎屑顆粒呈漂浮狀雜基支撐，重力流膠結(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。與碎屑顆粒與填隙物相對含量、顆粒間接觸關(guān)系有關(guān)雜基支撐的礫巖膠結(jié)類型和顆粒支撐性質(zhì)孔隙膠結(jié)碎屑顆粒構(gòu)成支架，顆粒支撐，點接觸膠結(jié)物含量少，只充填在碎屑顆粒之間的孔隙中接觸膠結(jié)顆粒之間點接觸或線接觸，膠結(jié)物含量很少，分布于碎屑顆粒相互接觸的地方。顆粒支撐

可能是干旱氣候條件下的砂層，因毛細(xì)管作用，溶液沿顆粒間細(xì)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。鑲嵌膠結(jié)碎屑顆粒線、凹凸、縫合接觸，有時不能將碎屑與膠結(jié)物分開。顆粒支撐

雜基支撐雜基含量高，顆?；ゲ唤佑|，在雜基中呈漂浮狀。顆粒支撐碎屑顆粒含量占絕對優(yōu)勢，顆粒之間相互接觸支撐類型支撐類型、膠結(jié)類型和顆粒接觸關(guān)系

試對比四種膠結(jié)類型在顆粒接觸關(guān)系、顆粒間連接方式、顆粒支撐性質(zhì)、填隙物數(shù)量及壓實壓溶強(qiáng)度的特征。

試對比顆粒支撐和雜基支撐在流體性質(zhì)、搬運(yùn)方式、沉積特點、水動力條件、沉積環(huán)境、顆粒接觸關(guān)系、粒間填隙物特征、油氣儲集性能等方面的差異?？紫督Y(jié)構(gòu)巖石中未被固體物質(zhì)充填的部分，是碎屑巖重要的結(jié)構(gòu)組分之一。原生孔隙又叫沉積孔隙，包括粒間孔（碎屑顆粒原始格架間的孔隙）、粒內(nèi)孔和晶間孔碎屑顆粒粒度、形狀、填集性質(zhì)、分選程度→原生孔隙度等大球體填集時，孔隙度為26.0%～46.7%碎屑分選好，原生孔隙大；分選差，則相反

次生孔隙主要是沉積物或沉積巖在埋藏成巖過程中經(jīng)受次生溶解作用形成的孔隙，也包括巖石因破碎或收縮作用造成的縫隙構(gòu)造裂隙成巖收縮孔溶蝕孔隙粒間溶孔超粒大溶孔粒內(nèi)溶孔、鑄?？滋钕段飪?nèi)溶孔裂隙溶孔晶間孔孔隙的演化原生孔隙因壓實作用、膠結(jié)作用→減少性質(zhì)不很穩(wěn)定的組分溶解巖石破碎和收縮次生孔隙↓次生孔隙發(fā)育帶↓有效的儲集空間

孔隙結(jié)構(gòu)孔隙的大小、多少、喉道特征和連通情況。砂巖的孔隙空間是由細(xì)小喉道連通著的顯微孔洞孔隙度和滲透率是最常用的儲層物性參數(shù)兩者一般成正比。只有直徑較大（>2μm）而且互相連通的孔隙對油氣的滲流才有效

粒度分析碎屑巖粒度→判別沉積環(huán)境及水動力條件碎屑巖的儲油物性與粒度密切相關(guān)→粒度分析是碎屑巖研究中的一項重要內(nèi)容。粒度分析方法篩析法：松散或弱固結(jié)的巖石沉降分析：粘土、粉砂巖、砂巖薄片分析：固結(jié)緊密的巖石篩析法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)青島某海灘樣品粒度分析記錄篩析法的優(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(jìn)一步的礦物學(xué)和顆粒粒度、形狀研究準(zhǔn)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?？赡茉诤Y析過程中因破碎而變細(xì)沉降分析法

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

薄片分析法直方圖和頻率曲線

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

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。

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。

與直方圖類似，頻率曲線也表示了樣品的粒度分布。

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稱作峰(亦稱眾數(shù))。

如果樣品中只有一個峰，叫作單峰；若有兩個或兩個以上的峰則稱為雙峰或多峰。

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)；

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。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長江中下游現(xiàn)代沉積的粒度累積曲線圖概率值累積曲線

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?jǐn)?shù)標(biāo)度，這樣做成的便是概率值累積曲線圖。Cumulativefrequencycurveplottedwithalog

probabilityscale粒度參數(shù)平均粒徑和中值——粒度的集中趨勢Mz＝（φ16+φ50+φ84）/3中值Md是累積區(qū)間上50%對應(yīng)的粒徑。標(biāo)準(zhǔn)偏差和分選系數(shù)——分選程度σ1=（φ84-φ16）/4＋（φ95-φ5）/6.6So=P25/P75偏度(SK1)——判別粒度分布的不對稱程度正、負(fù)偏態(tài)峰度(尖度)——頻率曲線尖銳程度

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，?？说仁怯忙罩当硎玖?。

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，因為它不能表示粗、細(xì)兩側(cè)的粒度變化。Md

按?？撕臀值碌亩x，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=

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(xì)尾端的分選特點。

由?？撕臀值绿岢龅臉?biāo)準(zhǔn)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(xì)尾部(95%和5%)的分選情況。因此，該式被認(rèn)為是更全面和更富有成因意義。σ1=