Гриффитс Дж. Научные методы исследования осадочных пород

Подождите немного. Документ загружается.

182

ГЛАВА 10

10.6. ПРИМЕНЕНИЕ АНАЛИЗА АКЦЕССОРНЫХ МИНЕРАЛОВ

Акцессорными минералами обломочного происхождения в осадочных

породах обычно пользуются для нахождения и характеристики источников

сноса. По этим минералам также выясняют условия седиментации, в част-

ности условия эрозионных процессов, транспортировки и осаждения.

По степени их сохранности и присутствию аутигенных акцессориев рекон-

струируются диагенетические процессы, которые действовали после осажде-

ния зерен. Вновь заметим, что тяжелые минералы используются для стра-

тиграфической корреляции лишь в том случае, если в каком-то слое установ-

лен устойчивый набор минералов, отличный от минералов покрывающих

и подстилающих слоев.

Акцессорные минералы используются при поисках россыпных место-

рождений золота, алмазов и платины [342], их изучают при оценке стеколь-

ных и керамических песков [34], а также при картировании областей, сло-

женных изверженными породами, по потокам рассеяния тяжелых минералов

в случае слабой обнаженности. Принцип применения тяжелых минералов

в указанных целях очень прост. Во-первых, нужно отыскать какой-то харак-

терный минерал, который связывал бы обломочные породы с каким-то спе-

цифическим источником сноса. Чрезвычайно яркий пример представляет

в этом случае вынос хромита из серпентинитов Лизарда, встречающегося

в нерастворимом тяжелом остатке аллювия у пункта Чолк, около Бир-Хеда

в Девоншире [89]. Рибекит в ледниковых отложениях Уэлса происходит

либо из!Минид-Маура в северном Уэлсе, либо из Айлза, Крейг в Ферт-оф-

Клайде в Шотландии [146]. Синий турмалин из дартмурских гранитов счи-

тается маркирующим минералом мезозойских и третичных осадочных пород

Южной Англии [182].

Такие характерные минералы встречаются не всегда, но для тех же

целей можно использовать и характерные разновидности обычных минералов:

Макки [286] впервые описал фиолетовый циркон как индикатор докембрий-

ских льюисских гнейсов; Гровс [182] пользовался в этих же целях зональ-

ными цирконами дартмурских гранитов [37]. Многочисленные подобные

примеры приводит Босуэлл [35]. Другая подобная альтернатива заключается

в использовании каких-либо необычных морфологических особенностей или

включений в кристаллах, например пилообразных граней зерен ставролита

в триасе Англии [426], «гравированных» гранатов [300] и зональных апатитов

[408]. Полагают, что некоторые морфологические особенности (например,

каемки на зернах амфиболов и пироксенов [105], обрастание кристаллов

циркона [47], обрастание и срезание кристаллов турмалина [269]) обуслов-

лены диагностическими процессами.

Перечисленные особенности встречаются редко, вследствие чего их

не всегда можно применить. В таком случае вместо отдельных минералов

рассматривают характерные сообщества минералов, благодаря чему анализ

акцессорных минералов можно распространить на значительно большее

количество типов различных осадочных пород. Аналогичная практика

существует в палеонтологии, где вместо отдельных видов также рассмат-

риваются комплексы организмов. Одним из характерных примеров такого

рода является типичность различных стратиграфических горизонтов Брита-

нии, о чем писал Босуэлл [36, гл. 6]. Стратиграфические корреляции типич-

ных минеральных сообществ в основном определяются по вертикали весьма

ограниченными пределами, но по горизонтали — обширным распростра-

нением. Многие стратиграфические перерывы или несогласия маркируются

резкими изменениями в сообществах акцессорных минералов (см., например,

[194]). «Первое появление» какого-либо нового минерала в серии слоев

обычно используется для выделения маркирующего горизонта. Например,

в Южном Тринидаде верхи разреза олигоценовых песчаников характери-

АКЦЕССОРНЫЕ МИНЕРАЛЫ

183

зуются первым появлением глаукофана, а основание самого молодого мио-

ценового цикла ознаменовано первым появлением актинолита [416]. Подоб-

ным же образом в Южном Тринидаде семейство прозрачных минералов

в составе циркона, рутила и турмалина характерно для формации Ла-Карьер.

Низы олигоцена выделяются по этому же семейству и, кроме того, по при-

сутствию ставролита и граната. Последовательная смена минеральных

ассоциаций в разрезе может быть использована для зонального расчленения

третичных отложений Тринидада (фиг. 10.5), о чем впервые упоминает

Иллинг [210]. Начиная с нижнего мела или юры и кончая четвертичными

отложениями по относительной частоте встречаемости различных минералов

юраллитические

породы

Суоаэральные

ераувакки(аллю-

виальные и

болотные отложения)

Морские кеарцитовые породы

'отрицательная седиментация)

Морские

граувакки

Φ и р. 10.5. Распространение акцессорных минералов в меловых — третичных отложе-

ниях Тринидада.

в разрезе выделяется около семи четко выраженных зон. Эти зоны относи-

тельно беспрерывно прослеживаются на протяжении 700 миль; протяги-

ваясь в широтном направлении, они уходят в Венесуэлу. Снизу вверх по раз-

резу эоцена-олигоцена наблюдается постепенное усложнение состава мине-

ральных ассоциаций — от простой, циркон-рутил-турмалиновой, к которой

выше «присоединяются» ставролит-хлоритоид, а затем гранат (содержание

его равномерно увеличивается и достигает 30% всех прозрачных акцессор-

ных минералов), до сложной, в которой постоянно, хотя и редко, встре-

чается глаукофан (<<5%). Именно такая последовательность появления

минералов наблюдается в постепенно вскрывающемся в процессе эрозии

районе, сложенном метаморфическими комплексами, причем степень мета-

морфизма увеличивается по мере приближения к интрузивным породам,

которые слагают ядро этого комплекса. Таким образом, выявляющаяся

в данном примере последовательность минералов служит указанием на спе-

цифическую область сноса, представляющую собой складчатую горную

зону, претерпевшую региональный метаморфизм; возможно, что этой обла-

стью может быть, например, область Сьерра-де-ла-Коста в северной Вене-

суэле. Вверх по разрезу наблюдается резкая смена ассоциаций богатой эпи-

дотом, характерных для миоценовых отложений. Эти отложения венчаются

слоями, в которых впервые появляется амфибол (верхний миоцен). Основ-

ная масса акцессориев в миоценовых породах представлена мусковитом,

184

ГЛАВА 10

биотитом и хлоритом. В преобладании мусковита и хлорита наблюдаются

циклические флуктуации, что позволяет предполагать размыв слабомета-

морфизованиых осадочных пород, переслаивающихся с измененными вулка-

ногенными породами (судя по присутствию эпидота и амфибола).

Эти зоны и соответствующие им области сноса можно установить, не при-

бегая к точному количественному анализу, так как в основном они опреде-

ляются значительными изменениями в частоте встречаемости минералов.

Если при увеличении точности оценки содержания минералов пытаться

перейти к более локальным корреляциям, можно заметить, что флуктуации

в количествах становятся слишком случайными («шумными»). Здесь выяв-

ляется очевидный парадокс, заключающийся в том, что корреляции по круп-

ному региону вполне возможны, полную же увязку разрезов скважин,

расположенных на 220 футов одна от другой при их глубине от 300 до 500 фу-

тов, осуществить нельзя даже в том случае, если бы можно было провести

точные подсчеты минералов. Такая особенность свойственна всем исследо-

ваниям тяжелых минералов. Очевидно, что это ограничивает возможности

примененпя метода, который эффективен лишь для выявления закономер-

ностей в региональном плане.

Изменения, выявленные путем анализа акцессорного состава, можно

наблюдать и по составу породообразующих минералов областей сноса. Так,

сообщество циркон-рутил-турмалин типично для песчаников, богатых квар-

цем (кварциты); они встречаются, например, в нижнемеловой формации

Ла-Карьер и в эоценовых кварцитах Пойнт-а-Пьер. Четвертичные пески

в юго-западном Тринидаде становятся более богатыми кварцем, одновре-

менно с чем в составе акцессориев начинают преобладать циркон, рутил

и турмалин. G другой стороны, как в олигоценовых, так и в миоценовых

субграувакках содержится гораздо более сложный комплекс тяжелых

минералов. Таким образом, кварциты и субграувакки почти всегда будут

резко отличаться по составу сообществ тяжелых минералов; тем самым изме-

нения в наборе породообразующих и акцессорных минералов можно, по-ви-

димому, статистически точно коррелировать, а это в свою очередь означает,

что эти изменения взаимозависимы.

10.7. ПРИНЦИП ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ЭКВИВАЛЕНТНОСТИ

Общеизвестно, что тяжелые минералы часто встречаются в виде скопле-

ний, образующихся в результате природных процессов селективной сорти-

ровки (см. например, [36, гл. 7]). Как упоминалось, Руби [371] количествен-

но оценил амплитуду эффекта этих процессов, а Риттенхаус [358, 359] деталь-

но рассмотрел принцип гидравлической эквивалентности применительно

к современным рекам (например, Рио-Гранде). Аллен [9—11], кроме того,

подчеркнул пятнистый характер распределения тяжелых минералов в песках

Эшдаун в Южной Англии. Принцип гидравлической эквивалентности в связи

с размерами зерен рассматривается также в разделе 4.10. Если два минерала

обломочного происхождения, сопровождая друг друга, встречаются в какой-

то осадочной породе, значит, они гидравлически эквивалентны. В таком

случае, как это часто наблюдалось, размер зерен более тяжелого минерала

будет меньше размера более легкого. Если, например, сравнивать размеры

зерен циркона, кварца и мусковита, зерна циркона окажутся наименьшими,

кварца — средними, а мусковита — наибольшими. Очевидно, что свойства-

ми, обусловливающими гидравлический эквивалент, служат эффективная

плотность, размер и форма зерен. При этом, естественно, все эти минералы

имели равную вероятность попасть в изучаемую породу и при диагенезе

количественные соотношения между минералами не были нарушены. Если

при этих условиях изменится скорость потока, в котором переносится и осаж-

дается детрит, соответственно изменятся как средний размер и форма, так

АКЦЕССОРНЫЕ МИНЕРАЛЫ

185

и размах размеров и формы осаждающихся зерен. Из гранулометрического

анализа и наблюдений за современными процессами известно, что такие

изменения довольно обычны; столь же обычны будут случайные колебания

в относительных количествах минералов. Это значит, что если породы,

слагающие область сноса, содержат, например, 2% ставролита \ то в составе

тяжелой фракции песчаников, образовавшихся вследствие разрушения этих

пород, ставролит может составлять от 2 до 30 и более процентов в зависимости

от условий седиментации-концентрации в процессе выветривания, эрозии,

транспортировки и осаждения. Так как все эти условия подвержены резким

Игольчатая

Призматическая

g. Изометричная

ТаблитчаУпая

Листоватая

Гипс Силлил«гншп

Anamum-Xi Рутил]

шп

ЦДшШ

Турмалин

«ордиерит ^

mmflni0u6ojl

Титанит

"ними

JPПироксен

Циркон

Полевод шшпщ ,wJllillilill

- ШЩДСтавролит

! ' Лейкоксен Hliiiiiiiiiiiiiiiiiiimnimilllll

ТЕ

"ТТ

ТИШНИТ 111111111

Ш Лимонит

ZLAfr

0puma

ПШШШШШШШШШПШПШ Транат

ШшШфшЩТлауконит шшш Шпинель

Монацит

Магнетит

ПП

ШШШПирит

Полевой ||Ц|||||||

шпат

1 Анатаз

[Щ Барит

, _ Кианит

Аниалузит

ЩШ

ЩД IiIIIIHI Брукит

in' •'.!• ' ιХлорит • Топаз

Биотит и "чинш IlinillllhlХлпрптппды

Гематит

ЦД1Ш

Н и

Мусковит

Монтмориллонит _

™ Каолинит

ШП

Диаспор

2,0 2,5

3,0

3,5 4,0

Плотность

4,5

5,0 5,5

Фиг. 10.6. Графическое изображение принципа гидравлической эквивалентности при-

менительно к наиболее распространенным тяжелым акцессорным минералам.

изменениям, они могут наити свое выражение в песчаниках, слагающих

одно и то же обнажение. Отсюда становится очевидным, что, если мы наме-

рены интерпретировать даже умеренные колебания относительных содержа-

ний акцессорных минералов осадочных пород, необходимо учитывать усло-

вия седиментации.

Одно из возможных весьма заманчивых решений состоит в использо-

вании минералов со сходными свойствами и подсчете колебания их содер-

жаний. Например, если два минерала имеют одну и ту же плотность и форму,

то при одинаковых гидравлических условиях они должны вести себя сход-

ным образом. И наоборот, если другие два минерала отличаются один

от другого по плотности или форме или по обоим признакам, то и поведение

их должно быть различным. О классификации наиболее обычных минералов

обломочных горных пород по плотности и форме зерен дает представление

табл. 10.5. Пироксен и амфибол находятся довольно близко один от другого,

но оба отличаются от граната, из чего можно заключить, что колебания

в содержаниях пироксена и амфибола будут сходными, но отличными от коле-

баний, характерных для граната. Проверка этой гипотезы с использованием

данных Рассела, исследовавшего акцессорные минералы песков реки Мисси-

сипи, описывается в разделе 21.14. В результате проверки подтвердилась

Следует заметить, что в данном случае мы не располагаем надежной информацией

о составе пород в области сноса, так что содержание ставролита в них может быть от 0·

до 30% и более.

186

ГЛАВА 10

тесная ассоциация амфибола с пироксеном и различия между амфиболом

и гранатом, так же как между пироксеном и гранатом.

Некоторые представления об амплитуде эффекта можно получить путем

сравнения поведения двух минералов на модели гидравлического равновесия,

например закона Стокса. Так, постулируя ламинарное течение и рассматри-

вая циркон и эпидот (плотность соответственно 4,6 и 3,2 г/см

), закон Стокса

можно выразить в следующем виде (см. также раздел 4.6):

V = ^id

-CL

) г*, или V = C(d

-d

)r\

Так как скорость для обоих минералов рассматриваемой пары одна и плот-

ность воды принята постоянной и равной 1 г/см

V = C(d

-d

)rl = C(d

-d

)rl, или (^-1,0)^ = (^-1,0)^,

а для циркона и эпидота

—

3,6^ = 2,2^, или 1,28r

= r

Трудно представить, что такие небольшие отличия оказываются столь

чувствительными к колебаниям скорости потока. Однако, как показали

широкие исследования циркон-эпидотовых отношений в миоценовых отло-

жениях Южного Тринидада, в которых оба минерала являются обычными

и постоянно присутствующими компонентами тяжелой фракции, устанавли-

вается закономерное и систематическое увеличение содержания эпидота

в направлении снизу вверх по разрезу. Все остальные случайные колебания

были большими и совершенно случайными, т. е. не поддающимися контролю.

Использование разновидностей одного и того же минерала, предложен-

ное Браммаллом [37], может показаться подходящей основой для сравнений:

две разновидности одного и того же минерала должны вести себя более

сходно, чем различные минералы. Но и здесь обширными исследованиями

разновидностей циркона и турмалина в третичных отложениях Тринидада

были установлены весьма резкие, не поддающиеся контролю колебания

в относительных количествах различных минералов. Разновидности обоих

минералов устанавливались по цвету, габитусу и включениям. Оказалось,

что изменения в их относительных количествах очень тесно связаны с изме-

нениями размеров зерен.

Селективная сортировка по размеру зерен, их форме и плотности —

чрезвычайно эффективный процесс. Если он продолжается достаточно дли-

тельно или с достаточной интенсивностью, то в результате затушевываются

все различия в минеральном составе, исключая лишь самые значительные.

Недавно Мак-Интайр [294, 295], пытаясь исключить влияние источников

изменчивости, вызванной селективной сортировкой, предложил учитывать

различия в размере и особенно в форме зерен акцессорных минералов. Для

решения определенных вопросов, например сравнения различных условий

осадконакопления и, следовательно, различной степени селективной сорти-

ровки, такой подход представляется многообещающим.

В общем необходимо отдавать отчет в том, что изменения в соотноше-

ниях между различными минеральными видами определяются рядом всевоз-

можных факторов, т. е. возникающая здесь проблема является многофактор-

ной. В первом приближении взаимоотношения можно выразить таким

образом:

Var (X

) = I (Sa, Wth, Er, Tr, Dep, Di),

т. е. изменчивость содержания минерала X

является функцией изменчивости

содержаний минералов в области сноса Sa, выветривания в области сноса

Wth, эрозии Er, транспортировки Tr, осаждения Dep, диагенеза Di. Сомни-

тельно, чтобы эксперимент, охватывающий изменчивость шести факторов

{см. шестимерную классификацию, гл. 20), успешно выполнялся только

с помощью изучения изменчивости в соотношениях акцессорных минералов.

ГЛАВА 186

Измерение производных свойств

При определении веса применяются принципы сложения и равенства

в том же смысле, какой валожен в арифметическом действии сложения

и в арифметических равенствах. Но оба принципа не подходят для опре-

деления плотности.

N. R. Campbell, Foundations of Science, Dover Publ., Inc.,

p. 281, 1957

11.1. ВВЕДЕНИЕ

Помимо уже рассмотренных основных свойств, горные породы, являясь

агрегатными образованиями, обладают рядом других характеристик, кото-

рыми пользуются для их описания. Эти свойства называются производными,

потому что для оценки их необходимо знать основные свойства [50, стр. 346

и ниже]. Производные свойства можно рассматривать как качества пород

или как такие характеристики, которые определяют поведение пород и кото-

рые изменяются в зависимости от изменения условий формирования пород.

В общем производные свойства зависят от основных свойств, и важнейший

элемент анализа горных пород заключается в оценке природы этой зави-

симости. Первый этап подобного анализа состоит в формализации функцио-

нальных отношений между производными и основными свойствами и в уста-

новлении эмпирических некоторых показателей или коэффициентов, влияю-

щих на функциональные отношения. Практически, однако, функциональные

отношения выявляются лишь после того, как установлены и выверены эмпи-

рические взаимоотношения.

Если число основных свойств пород равно пяти, число производных

свойств, которыми можно пользоваться для описания агрегата и предсказа-

ния его поведения при меняющейся окружающей обстановке, кажется

неограниченным. Фактически же, по мере вовлечения в сферу изучения все

новых и новых производных свойств, количество получаемой при этом новой

информации о породах будет уменьшаться. Таким образом, изменения

производных свойств и соответствующие изменения характера породы не

неограничены. Часто оказывается, что измерять производные свойства более

удобно и просто, чем измерять основные свойства, а на предварительных

этапах изучения породы это измерение подчас является единственно воз-

можным. Однако главная цель аналитических исследований состоит в при-

менении, изменении и контроле поведения агрегатного, материала. Решить

ее можно, лишь изучив изменения основных свойств. В настоящей главе

кратко рассматриваются методы измерения плотности, пористости и некото-

рых других производных свойств, очень важных для характеристики осадоч-

ных пород и других агрегатных материалов.

188 ГЛАВА 1 г

11.2. ИЗМЕРЕНИЕ ОБЪЕМНОЙ ПЛОТНОСТИ

Плотность агрегата — интересное и важное производное свойство.

Оно используется как при полевых исследованиях крупных блоков горных

пород (гравиметрические наблюдения), так и в процессе лабораторных

исследований небольших проб. Под плотностью вещества здесь понимается

его вес в единице объема

. Обычно различают два типа плотности — общую,

или объемную, плотность породы и плотность вещества зерен. Первая харак-

теризует агрегат в его «естественном» состоянии, а вторая — среднюю взве-

шенную плотность компонентов, слагающих агрегат. I'

Miiwt

значения

Фиг. 11.1. Ртутные весы для опреде-

ления объемной плотности горных по-

род [224].

1 — исходная линия; 2 — указатель; з — тело

с известной массой; 4 — рамка; 5 — термо-

метр; в — стакан; 7 — уровень ртути;

S— образец; 9 — чашка для гирек.

этих свойств в основном обусловлены присутствием пор в агрегате. Три

свойства — объемная плотность BD (bulk density), плотность зерен GD

(grain density) и пористость, или объем пор P (porosity),— связаны между

собой следующим образом:

GD-BD ... ..

(11.1)

или

= 1 -Р.

(11.2)

Плотность зерен можно измерить пикнометром, только предварительно

нужно провести полную дезинтеграцию породы на ее составные части.

Дезинтегрированный материал взвешивают, а его объем определяют; для

этой цели материал помещают в сосуд (пикнометр) с известным объемом.

Но таким методом весьма трудно добиться высокой степени воспроизводи-

мости результатов. Существуют автоматические приборы, например воз-

душный пикнометр Бекмана. Однако показания различных приборов трудно

стандартизировать и обеспечить ту степень точности, которая необходима

для изучения измерений плотности.

Довольно часто оператор принимает, что все частицы дезинтегрирован-

ной породы — кварцевые с плотностью 2,65. Однако в большинстве случаев

такое допущение неправильно, так как плотность осадочных пород нахо-

дится в пределах от 1,5 до 2,8 и количественные изменения кварцевых зерен

могут быть довольно значительными (гл. 9).

Объемная плотность измеряется так же, как и плотность зерен. Про-

стым и легко контролируемым способом является метод ртутных весов. Этот

метод был предложен Уэстманом [450] для определения объемной плотно-

сти кирпича, а Джонс [223] этот метод модифицировал.

Прибор, показанный на фиг. 11.1, обеспечивает вполне эффективную

работу [74, 148, 158—160, 164, 364]. При хорошо разработанной схеме про-

Удельный вес — это отношение массы тела к массе воды в равном объеме при

4* С, а плотность — масса на единицу объема тела (в граммах на кубический сантиметр).

ИЗМЕРЕНИЕ ПРОИЗВОДНЫХ СВОЙСТВ

189

ведения эксперимента (см. ниже) этим методом можно пользоваться для

определения объемной плотности пород в интервале от 1,5 до 3,0 г! см? с вос-

производимостью результатов до 0,01 единицы.

Процедура состоит в следующем. Пробу взвешивают на аналитических

весах. G помощью ртутных весов определяют общий объем пробы, для чего

последний погружают в ртуть. Ртутные весы состоят из стакана, заполнен-

ного ртутью, и тела с некоторой известной массой (рекомендуем, например,

шар из нержавеющей стали), жестко скрепленного с рамкой, на которую

можно класть дополнительные гирьки. Перед погружением в ртуть сталь-

ного шара определяют его вес. Затем под шар помещают пробы породы

и узнают вес, необходимый для погружения в ртуть шара и пробы В обоих

случаях шар опускается в ртуть до одного и того же уровня, определяемого

специальным указателем (фиг. 11.1). Требуется некоторый навык для того,

чтобы рамка с прикрепленным к ней телом оставалась в процессе всего

опыта горизонтальной и параллельной некоторой исходной заданной линии.

Перед взвешиванием наклоном рамки удаляют пузырьки воздуха из ста-

кана со ртутью.

Расчетные данные следующие: W

— вес образца в миллиграммах; t° —

температура ртути; d

— удельный вес ртути при данной температуре (по таб-

лице, которую можно найти, например, в «Руководстве по химии и физике»);

с — масса шара, W

— масса пробы. Объемная плотность вычисляется

по формуле

BD = P^ г/см

. (11.3)

Можно найти также и общий объем BV:

BV = I^c-W

. (11.4)

Рекомендуется взвесить изучаемую пробу до ее погружения в ртуть

и после погружения с тем, чтобы узнать, не проникла ли ртуть внутрь пробы

(увеличение веса) или не потеряла ли проба часть своей массы (уменьшение

веса). Образец записей результатов наблюдений и расчетов приведен

в табл. 11.1. По этой таблице предполагается пятикратное измерение одной

и той же пробы, обычно же бывает достаточно трех измерений, если, конечно,

не требуется более высокой точности.

Выбор эффективной методики наблюдений очень важен при изучении

большого количества проб и особенно в тех случаях, когда в целях экономии

времени работа проводится несколькими операторами [161]. Известны раз-

личные схемы проведения рассматриваемых лабораторных исследований,

а также методы статистического анализа. Они разбираются в нижеследую-

щих главах (гл. 18 и др.). Можно различать сбалансированные и несбалан-

сированные схемы. Первыми пользуются при работах небольшого масштаба.

Суть их состоит в многократном измерении каждой из проб. G увеличением

числа изучаемых проб переходят к несбалансированным схемам, при которых

повторные наблюдения проводятся лишь на отдельных пробах. Такие схемы

очень эффективны в тех случаях, когда результаты анализа можно запро-

граммировать для ЭВМ [158—160]. Статистический анализ результатов

эксперимента большого масштаба, проведенного по несбалансированной

схеме, может оказаться очень трудоемким и дорогостоящим, если не поль-

зоваться автоматическими электронно-вычислительными устройствами [74].

X. Мейер (Пенсильванский университет, факультет геохимии и минералогии)

предложил усовершенствование, заключающееся в том, что для погружения в ртуть

до одного и того же уровня тела с известной массой, а затем этого тела и образца приме-

няется тонкий песок. Вес песка и чашечки, на которую он высыпается, определяют затем

на аналитических весах. Таким образом обеспечивается большая точность взвешивания.

190 ГЛАВА 1 г

Таблица 11.1

Форма таблицы для определения объемной плотности методом ртутных весов

Проба №

Предварительная обработка

1 2 3 4 5

Дата

Оператор

v>d

I'D—объемная плотность;

BV—общий объем;

dt~удельный вес ртути при ί° С;

J- вес сухой [пробы в воздухе (до и после погружения

в ртуть);

—

вес, необходимый для погружения образца в ртуть;

с—вес, необходимый для погружения в ртуть тела с из-

вестной массой.

11.3. ОБЪЕМНАЯ ПЛОТНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

Теоретически объемная плотность может меняться от единицы до беско-

нечности, практически же для главной массы горных пород она находится

в интервале от 1,3 до 3,0, а для осадочных пород — от 1,5 до 2,9. Если ана-

лизируются пробы, взятые наудачу из гомогенной группы пород, распределе-

ние значений объемной плотности будет стремиться к нормальному. В этом

случае в качестве подходящего статистического метода исследования можно·

воспользоваться дисперсионным анализом. Пример такого анализа приве-

ден в табл. 18.7. Диапазон изменений плотности пород иллюстрируется

на фиг. 11.2, где приведены данные для 343 проб пачки Солт-Уош юрской

формации Моррисон, плато Колорадо. Пробы взяты из трех скважин [164].

Более типичный пример представлен в табл. 11.2, составленной по анали-

зам 161 пробы той же пачки Солт-Уош. Эти образцы относятся к сважине С,

Булл-Каньон, плато Колорадо [74, стр. 45; 157, табл. 1].

Интересно заметить, что ошибка эксперимента σ

составляет обычно

около 0,01 единицы объемной плотности, в то время как мера изменчивости

между анализируемыми пробами O

составляет величину, которая иногда

превышает ошибку в 10 раз. Чтобы достигнуть такого соотношения, нужно·

выбрать эффективную схему эксперимента и провести достаточное количество

повторных наблюдений [74, 157]. Различия между средними значениями

объемных плотностей зон являются вполне реальными и ощутимыми; эти

значения отражают различие между аргиллитами (зоны 1, За и 5) и песча-

Примечания

ИЗМЕРЕНИЕ ПРОИЗВОДНЫХ СВОЙСТВ

191

никами (зоны 2 и 4). Зона

ЪЪ

сложена песчаттдками, сцементированными тем

или иным количеством карбоната. Объемная плотность этих пород больше,

чем аргиллитов.

Объемная плотность эффективно используется при изучении и просле-

живании литологических изменений той или иной формации. Изменения

|—

5 -

15 -

20 -

25 -

30 -

35 -

40 -

4S -

50 ^

55 -

60-·

65 -

' 70 —

75 -

80 -

85 -

90 -

S5 -

IOO

105 - •

IlO - "

Il5 -

120 -

125

130

135

MOl-1

2,0

•Зона

. Зона Z

Зона 3

Зона

Зона 5

Зона1

Зона 2

•ЗонаЗ

Зона

Зона 5

-J I I I—

Зона 1

Зона 2

.'.•ЗонаЗ

Зона 4

Зона

-I I I— '

2.2 2,4 2,в 2,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8

Средняя объемная

плотность,

г/см·

2,0 2,2 2,4 2,6 2,8

Фиг. 11.2. Объемная плотность образцов из скважин А, В, С. Булл-Каньон, Коло-

радо [164].

плотности вполне достаточны, чтобы можно было обнаружить разломы или

несогласия в тех случаях, когда их нельзя выявить другими способами.

Имеется определенная зависимость между плотностью и глубиной залега-

ния пород [17, 193], что нелишне знать при расчетах вскрыши и эффекта

сжатия осадочных пород.

Таблица 11.2

Объемная плотность 161 пробы, взятой из скважины С,

Булл-Каньон, плято Колорадо ([74], с изменениями)

Зона

°т

2,427

0,074

0,007

2,222

0,116

0,010 25

2 а 2,477

0,014

0,012 16

36 2,490

0,036

0,009 12

4 2,195

0,084 0,017 72

5 2,491

0,037

0,047 6