Фролов В.Т. Руководство к лабораторным занятиям по петрографии осадочных пород

Подождите немного. Документ загружается.

пользуются и их вынимают из колонны. В промышленности

для рассеивания формовочных песков, абразивных и других

материалов применяют другие наборы сит (например, набор

Усманского завода), позволяющие выделять значительно бо-

лее дробные фракции (Рухин, 1961), однако в целом для

геологов менее удобные, так как размеры отверстий сит, свя-

занные строгим, постоянным отношением ]/2 : 1 или

"^2:1,

как правило, не соответствуют принятым в литологии грани-

цам фракций. Для анализа галечников применяют более

крупные сита — грохота.

Для просеивания сита собирают в колонну, в которой снизу

вверх последовательно увеличивается размер их отверстий.

Снизу подставляют поддон, а сверху надевают крышку. Про-

сеивание ведут вручную или на специальной машине — ро-

тапе.

При ручном просеивании сита надо двигать в горизон-

тальной плоскости без подбрасывания, а лишь слегка встря-

хивая. Время просеивания определяют опытно: через 10 мин

снимают сито 0,1 мм и на чистом листе бумаги просеивают

отдельно; если через еито проходят зерна и падают на бу-

магу, просеивание следует продолжать. Для получения

сравнимых результатов по разным образцам просеивание

необходимо вести одинаковое время. Обычно ручное просеи-

вание длится около 15 мин, механическое— 10 мин.

После просеивания фракции, оставшиеся на ситах, высы-

пают раздельно на крупные листы бумаги (сита прочищают

кисточкой или щеткой) и взвешивают на технических весах.

Затем фракции собирают в пакеты, на которых надписывают

номер образца, размер фракции (от величины отверстия

предыдущего сита до размера отверстия данного, с которого

собрана фракция) и ее вес.

Методы отмучивания применяют для разделения тонких

(алевритовых) обломочных и глинистых фракций, т. е. для

анализа алевритовых и глинистых пород, а также соответ-

ствующих фракций более грубых пород. Они основаны на

разной скорости падения частиц разного размера в спокой-

ной воде — методы А. Н. Сабанина, пипеточный и др. В не-

которых случаях разделение производится в движущейся

воде (метод Шене).

Метод

двойного

отмучивания

Сабанина

для литолога

предпочтительнее пипеточного, потому что он в отличие от

последнего не только позволяет определить содержание

фракций в породе, но и выделяет их физически, что дает

возможность затем изучать их минералогический состав, Ме-

110

http://jurassic.ru/

тод применяют в основном для анализа алевритовых пород

или алевритовых фракций.

Метод заключается в последовательном удалении (отму-

чивании) из суспензии глинистой фракции (размер частиц

0,01 мм)— первое отмучивание, а затем — мелкоалевритовой

фракции (частицы размером 0,05—0,01 мм) — второе отму-

чивание. Разделение их основывается, как уже отмечалось,

на разной скорости падения частиц.

По расчетам А. Н. Сабанина, частицы размером в 0,01 мм

падают в воде со скоростью 0,2

мм/сек

и проходят 1 см за

50 сек, а частицы размером 0,05 мм — 2

мм/сек

и проходят

1 см за 5 сек.

В.

Д. Ломтадзе (1952) пересмотрел эти данные и по фор-

муле Стокса v = -~-

———

, учитывающей не только раз-

мер частиц (радиус в сантиметрах), но и ускорение силы тяже-

сти g (в

см

/сек),

удельный вес частиц А, удельный вес воды

До и коэффициент вязкости ц (изменяющийся в зависимости

от температуры), вычислил скорость падения частиц v

(в

см/сек)

более точно.

Для частиц диаметром 0,01 мм и удельным весом 2,65

скорость при температуре воды в 17—20° оказалась равной —

0,083 и 0,091

мм/сек,

т. е. они проходят путь в 1 см примерно

за 120—110 сек; для частиц размером 0,05 мм скорость при

тех же условиях составляет 2,246

мм/сек,

т. е. близка к той,

которую определял А. Н. Сабанин.

Таким образом, существенные изменения новые расчеты

вносят лишь в режим отмучивания глинистой фракции

(см.

ниже).

Однако и те скорости, которые вычисляются по формуле

Стокса, не являются абсолютно точными, так как частицы

имеют разную форму, нередко далекую от шарообразной

(слюды), и разный удельный вес, и, следовательно, разные

минералы, обладая одним размером, будут падать с разной

скоростью. Поэтому при отмучивании следует вести контроль

на правильность и чистоту отделения. Контроль осуще-

ствляется путем измерения под микроскопом зерен из слитой

(отделенной) фракции. Ход анализа и необходимая аппара-

тура описаны ниже (стр. 117—119).

Пипеточный

метод

(или

метод

Робинсона

—

Качинского)

применяется главным образом для определения грануломет-

рического состава глинистых пород, но может быть также

использован и для анализа алевритовых фракций. Им опре-

деляют довольно точно содержание фракций размерами

111

http://jurassic.ru/

>0,05

мм (по

разности), 0,05—0,01

мм,

0,01—0,002

ми,

0,002—0,001

мм и <

0,001

мм.

Определение основано,

как

по

методу Сабанина,

на

разной скорости падения разно-

великих частиц,

скорость определяют

по

формуле Стокса.

В отличие

от

метода Сабанина сами фракции

не

выделяют;

их содержание определяется путем взятия пипеткой

опре-

деленной глубины столба суспензии после определенного

времени отстаивания проб, которые потом выпариваются,

взвешиваются,

расчетами определяется содержание

в по-

роде перечисленных выше фракций.

целом метод более сло-

жен

по

сравнению

сабанинским, хотя определение более

крупных фракций производится довольно быстро.

литоло-

гии,

так же как и в

грунтоведении,

его

часто применяют

комбинации

методом Сабанина,

также —

ситовым.

Бо-

лее подробные сведения

методе можно найти

как в

общих

(Рухин,

1961 и др.), так и

специальных (Ломтадзе,

1952

др.)

руководствах.

Комбинированный

метод

гранулометрического анализа

применяется

для

пород

в той или

иной степени разнозерни-

стых,

т. е.

включающих

не

только песчаные,

но и

алеврито-

вые

глинистые фракции

(а

таких, вероятно, большинство).

Он состоит

из

комбинации двух

или

даже трех методов:

си-

тового анализа (разделение песчаных

более крупных фрак-

ций)

гидравлических методов

—

метода Сабанина (разде-

ление алевритовых фракций)

пипеточного (разделение

глинистых фракций).

При

анализе обломочных пород чаще

всего ограничиваются сочетанием первых двух методов.

Общая схема гранулометрического анализа обломоч-

ных пород комбинированным методом, включающим ситовой

анализ

метод Сабанина, сводится

следующим опера-

циям:

Подготовка образца

анализу — дезынтеграция сце-

ментированных пород

(стр. 106), с

последующим доведением

его

до

воздушносухого состояния

(это

относится

и к

рыхлым

породам). Образец рассыпают тонким слоем

просушивают

на воздухе

течение

1—2

суток.

Сокращение образца

получение средней пробы. Хотя

точность анализа повышается

увеличением навески,

но

большие порции труднее анализировать. Большую пробу сле-

дует сократить

до

величины необходимой навески

так,

чтобы

в последней

не

было искажено соотношение фракций,

т. е.

она должна быть средней пробой. Наиболее простой способ

такого сокращения

—

квартование.

Для этого пробу рассыпают

на

большом листе бумаги

112

http://jurassic.ru/

ровным слоем (обычно в виде круга), делят ее (линейкой,

ложкой и т. п.) на четыре равные части — квадранты (про-

водят две взаимно перпендикулярные линии) — и два про-

тивоположных квадранта (крест-на-крест) отделяют, а два

других снова тщательно перемешивают. Затем операцию

повторяют, пока два противоположных квадранта не будут

равны навеске.

Взвешивание навески на технических весах с точностью

до 0,01 г. Как правило, взвешивают всю среднюю пробу, но

для удобства; последующих расчетов можно взять навеску,

равную целому числу граммов или даже целому числу десят-

ков граммов. В.еличина навески определяется гранулометри-

ческим типом породы: для песчано-алевритовых пород обыч-

но достаточно взять 20—100 г (50—200 см

), для гравий-

ных— 100—500 г (200—1000 см

), а для галечных — несколь-

ко килограммов или десятки килограммов.

Ситовой анализ (стр. 109).

Анализ по методу Сабанина (стр. 110 и 115).

Остановимся на комбинированном методе подробнее. Для

работы следует приготовить:

1) технические весы с разновесами;

2) набор стандартных сит;

3) большую фарфоровую чашку;

4) две малые фарфоровые чашки или бюксы;

5) резиновую пробку;

6) большой (не меньше 30 X 30 см) лист гладкой бумаги

для сокращения пробы и сбора фракций с сит;

7) щетку или густую кисть для очистки сит и бумаги от

•фракций;

8) ложку или совок;

9) бумажные пакетики, в которые помещают выделенные

фракции;

10) прибор Сабанина (рис. 12), включающий штатив (1)

с горизонтальным столиком (2), два уровня для установки

столика в горизонтальном положении, большой (на 1,5—2 л)

градуированный стакан (3), на стенке которого нанесены

деления от поверхности дна через 2 см (2, 4, 6, 8, 10 и 12 см)

или через 1 см, стеклянный сифон (4) с двумя зажимами

и одним свободным открытым концом, две батарейные или

другие большие (на 2—5 л) банки (5) для собирания сли-

ваемых фракций, мешалку (6), обычно представляющую со-

бой стеклянную палочку с резиновым наконечником, песоч-

ные часы (7) на 120 и 30 сек или обычные часы с секундной

стрелкой;

113

http://jurassic.ru/

11) пипетку длиной не меньше 15—20 см;

12) предметное стекло;

13) микроскоп;

14) восковой карандаш;

15) сушильный шкаф.

После просеивания навески неразделенные тонкие фрак-

ее (<0,1 мм) с поддона сит обычно целиком (если они

. в

ZOO мм / \

100мм

Рис.

12. Прибор Сабанина:

/ — штатив со столиком (2); 3 — большой градуированный стакан;

4 — сифон; 5 — мешалка; 6 — батарейные банки; 7 — фарфоровые

чашки;

8 — песочные часы

в сумме составляют не больше первых десятков граммов)»

переносят в градуированный стакан Сабанина (установлен-

ный на горизонтальном столике (выверяется по уровням).

Если в сумме фракций <0,1 мм много, берут их частичную-

навеску, предварительно взвесив все, что собралось на под-

доне. В. Д. Ломтадзе (1952) рекомендует предварительно

двукратно отмучивать в большой и малой фарфоровой чаш-

ках, что способствует большей дезынтеграции агрегатов мел-

ких частиц (см. стр. 107), и пользоваться дистиллированной

водой.

Отмучивание по Сабанину подразделяется на следующие

операции:

114

http://jurassic.ru/

Заполняют сифон водой. Для этого открытый его конец

опускают в стакан с чистой водой, а верхний (боковой) от-

вод берут в рот и, открыв зажим, быстрым резким вдохом

всасывают в сифон воду, после чего закрывают зажим. Ниж-

ний зажим должен быть плотно закрыт. Если оба зажима

плотно зажаты, из открытого конца сифона не должна вы-

текать вода, когда он приподнят над водой.

Устанавливают сифон на штативе так, чтобы открытый

-его конец приходился на уровне 2 см от дна стакана.

Измеряют температуру воды, которую будут доливать

« стакан. Ее можно брать из водопровода, если глинистых

•фракций в породе немного и их дальнейший анализ не про-

изводится. При температуре воды 17—20° верхний уровень

суспензии в стакане должен быть на уровне б см от дна ста-

кана (табл. 14).

Таблица 14

Верхний уровень суспензии при

отмучивании методом Сабанина

(по В. Д. Ломтадзе)

Температура

суспензии, °С

Диаметр частиц, мм

Температура

суспензии, °С

0.01

0,05

10 54

15 60 81

20 64

(86)

Примечание. Нижний конец си-

фона постоянно установлен на уровне

20 мм от дна стакана.

Доливают воду в стакан до уровня 6 см.

Взмучивают суспензию мешалкой. Ее движения не

должны быть круговыми, чтобы суспензия не приобрела

«вращательного движения, при котором оседание алеврито-

-вых частиц будет сильно замедленным по сравнению с рас-

четным.

6. Отстаивание суспензии в течение 8 мин. За это время

все частицы > 0,01 мм опустятся ниже уровня 2 см (от дна

стакана); выше него останутся только глинистые частицы

(<0,01 мм).

7. Сливание верхнего слоя суспензии до уровня 2 см. Для

этого открывают нижний зажим сифона, под который пред-

варительно ставят большую банку. При сливании необхо-

115

http://jurassic.ru/

димо следить за тем, чтобы конец сифона не вышел из суспен-

зии и не засосал воздух: в этом случае для сливания сле-

дующей порции сифон надо снова заполнять.

8. Проверка слитой суспензии на содержание частиц

> 0,01 мм. Со дна банки пипеткой берут каплю суспензии.-

и переносят ее на предметное стекло. Под микроскопом с по-

мощью окуляр-микрометра измеряют крупные частицы.Если

обнаруживается значительное число частиц крупнее 0,01 мм,

суспензию снова выливают в градуированный стакан и изме-

няют условия отмучивания: поднимают несколько выше

уровня 2 см конец сифона или понижают верхний уровень

суспензии. Причинами неудовлетворительного разделения

может быть слишком большая густота суспензии (например,

из-за того, что навеска была большая), ее вращательные дви-

жения после взмучивания, низкая температура и др.

9. При удовлетворительном отмучивании слитую суспен-

зию с глинистой фракцией выливают в раковину (если не-

ставится задача собрать глину для дальнейшего исследова-

ния— гранулометрического анализа пипеточным методом,

химического анализа и т. д.). Содержание глинистой фрак-

ции в породе определяют по разности (см. стр. 118).

10.

После очередного сливания в градуированный стакан

доливают чистую воду до прежнего уровня (6 см) и взму-

чивают суспензию; после 8-минутного отмучивания сливают

новую порцию глинистых частиц.

11.

Операцию отмучивания глинистых частиц повторяют'

до тех пор, пока слой суспензии после 8-минутного отстаи-

вания не будет прозрачным. Это означает, что из навески:

удалены практически все частицы <0,01 мм.

12.

После первого отмучивания (удаления частиц

<0,01 мм) переходят ко второму — разделению алеврита на

мелкую и крупную фракции, т. е. отмучиванию частиц

< 0,05 мм. Для этого в тот же градуированный стакан до-

ливают воду до 8 см (см. табл. 14). Суспензию взмучивают

мешалкой, дают отстояться 30 сек (время наблюдать удобно-

по песочным часам) и затем сливают верхний слой в 6 см

(до уровня 2 см), в котором после отстаивания должны

остаться только частицы < 0,05 мм, т. е. мелкий алеврит.

13.

Правильность разделения алеврита проверяют под

микроскопом: определяют размер частичек из слитой части

суспензии (пробу — каплю суспензии берут пипеткой со дна

и переносят на предметное стекло точно так же, как и в слу-

чае отмучивания глинистой фракции). Если слиты только,

частицы < 0,05 мм, режим отмучивания правильный.

116

http://jurassic.ru/

14.

Повторяют отмучивание (как в пункте 12) до полного-

удаления из градуированного стакана частиц < 0,05 мм, т. е.

до тех пор, пока после 30-секундного отстаивания верхний

слой в 6 см взмученной суспензии не будет прозрачным и

чистым от этих частиц.

15.

Фракцию крупного алеврита (0,1—0,05 мм) из гра-

дуированного стакана и фракцию мелкого алеврита

(0,05—-

0,01 мм) из батарейной банки, куда производилось сливание,

с помощью промывалки и мешалки переводят в предвари-

тельно взвешенные фарфоровые чашки или бюксы. Для пере-

вода мелкого алеврита необходимо дать возможность ему от-

стояться после очередного сливания (время рассчитывается

по скорости падения частиц 0,01 мм и высоте суспензии в

банке), после чего сифоном, начиная сверху, сливают воду

до уровня 2 см от дна банки. На фарфоровых чашках над-

писывают размер фракции, номер образца или фамилию

аналитика. Чтобы восковой карандаш лучше ложился на

фарфор (или стакан), надписывать надо на сухую поверх-

ность, поэтому чашки лучше приготовить заранее.

16.

Фарфоровые чашки с алевритовыми фракциями ставят

в сушильный шкаф и сушат до постоянного веса при темпе-

ратуре 105°.

17.

После охлаждения (лучше в эксикаторе) чашки

с фракциями взвешивают на аналитических или технических

весах и вычисляют вес алевритовых фракций. Сами фракции

собирают в пакеты.

Результаты гранулометрического анализа

вычисляют по формуле:

где х — процентное содержание фракции в породе, А — вес

фракции, В — общий вес навески.

Если по методу Сабанина анализировалась не вся порода,

прошедшая через сито с отверстием 0,1 мм, а только ее часть,

то содержание алевритовых фракций х определяется по

формуле:

где А — вес фракции; С — суммарное процентное содержа-

ние фракций <0,1 мм, полученное по результатам взвеши-

вания с поддона сит после просеивания; В — вес взятой на-

вески в воздушносухом или, если учитывалась влажность,

в абсолютно сухом состоянии.

117/

http://jurassic.ru/

Для определения процентного содержания фракции

< 0,01 мм, если ее целиком не собирали и не взвешивали,

«ужно сложить процентные содержания всех более крупных

•фракций и полученную сумму вычесть из 100"/о

. Естественно,

все погрешности работы (например, потеря части зерен при

рассеивании) будут падать на глинистую фракцию и искус-

ственно завышать ее содержание.

Окончательные данные гранулометрического анализа вы-

ражаются в виде таблицы весового и процентного содержа-

ния фракций в породе.

Для получения более точных данных при анализе мето-

дом Сабанина учитывают влажность породы и все пробы

^пересчитывают на абсолютно сухой вес по формуле:

-lOO

100 +W '

где В — вес навески в абсолютно сухом состоянии; В

— вес

;навески в воздушносухом состоянии (с гигроскопической вла-

гой или естественной влажности); W — влажность в %'.

Для определения влажности W из образца (лучше из его

середины) в ранее взвешенный бюкс (вес gi) берут 15—Юг

пробы, бюкс закрывают крышкой и взвешивают на техниче-

ских весах с точностью до 0,01 г— получают вес g

- Затем

бюкс с приоткрытой крышкой ставят в сушильный шкаф

с температурой 105° и высушивают до постоянного веса g

.Первое взвешивание производят через 3 час, второе — через

1 час, а последующие — через 30 мин. Перед каждым взве-

шиванием бюкс охлаждают в эксикаторе. Влажность в про-

центах есть:

g»-g» .100%,

ёз

— gl

т. е. потеря в весе, отнесенная к весу абсолютно сухого грун-

та и умноженная на 100. Для каждого образца производят

два определения влажности. Расхождения между ними до-

пускаются до 2%'. Из двух определений берут среднее зна-

чение с точностью до

Способ

одновременного

производства

ситового

анализа

и отмучивания по

Сабанину

применяется для анализа сильно

глинистых пород: их глинистая фракция забивает сита, рас-

пыляется по ним и остается на обломочных зернах в виде

пленки, что в дальнейшем мешает минералогическому ана-

лизу. Последнее заставляет прибегать к этому способу и

118

http://jurassic.ru/

в тех случаях, когда в породе сравнительно немного глини-

стых частиц.

Способ заключается в том, что навеску предварительно-

грубо делят в фарфоровых чашках на две части — песчаную-

и глинистую — с одновременным удалением пленок на обло-

мочных зернах. Для этого навеску помещают в большую

фарфоровую чашку, смачивают водой и осторожно проти-

рают резиновой пробкой или пальцами. Затем доливают

воду на

или

объема чашки, взмучивают навеску и

оставляют в покое на 30 сек. После этого неосевшую часть

суспензии сливают в малую фарфоровую чашку, где ее взму-

чивают и оставляют в покое на 60 сек (Ломтадзе, 1952),

а затем верхнюю неосевшую часть сливают в стакан Саба-

нина. Всю операцию повторяют до тех пор, пока вода в чаш-

ках после взмучивания и отстаивания не будет чистой, т. е.

свободной от глинистых частиц. Помимо последних в ста-

кан Сабанина попадет и какая-то часть алевритовых фрак-

ций, которая при сливании через край увлекается током воды.

Другая их часть остается в чашках вместе с песчаными

фракциями. При грубом разделении породы в чашках нельзя

допускать, чтобы в стакан Сабанина перешли песчаные зер-

на, так как для их отделения от алеврита просеивание при-

дется вести второй раз (после отмучивания по Сабанину),

что удлиняет время анализа.

Оставшиеся в чашках песчаные фракции и часть алеврита-

объединяют, высушивают и просеивают. Одновременно с этим

проводят отмучивание по Сабанину. После просеивания в-

стакан Сабанина добавляют с поддона сит ту часть алеврита,

которая оставалась в чашках вместе с песком.

Описанный способ рекомендуется на занятиях, так как он

дает возможность одновременно работать двоим студентам-

над одним анализом.

Графические способы изображения гранулометрического

состава применяются для придания большей наглядности

данным анализа и сопоставления многих анализов в целях

их обобщения. Первая задача выполняется в основном диа-

граммами столбиков или гистограммами и циклограммами,

а вторая — кумулятивными (суммарными) кривыми и тре-

угольником, а также (отчасти) гистограммами и цикло-

граммами. Существуют и другие виды графиков (например,,

приколоночные кривые).

Диаграмма столбиков (рис. 13) — самый наглядный гра-

фик, на котором содержание каждой фракции изображается

отдельно, чаще всего высотой столбика (по оси ординат от-

119»

http://jurassic.ru/