Кузнецов В.Г. Литология. Осадочные горные породы и их изучение

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 4.7. Построение кривой распределения по гистограмме:

а — гистограмма по данным анализа с выделением небольшого числа фрак-

ций; б — то же по данным более дробного анализа; показана также кривая

распределения и модальное значение (Mo)

родности (отсортированное™ или неотсортированное™). Ес-

ли же отчетливо выделяются две вершины или более (рас-

пределение бимодально или полимодально), то исследуемый

образец представляет собой смесь двух или более первично

разнородных совокупностей. Такие случаи могут возникнуть,

например, если обломочный материал в бассейн седимента-

ции привносился из разных источников сноса. Во всяком

случае должно быть проведено специальное сравнительное

исследование зерен каждой совокупности (каждого максиму-

ма гистограммы).

Рис. 4.8. Группировка однотипных пород по характеру гистограмм (готе-

ривский ярус района Кавказских минеральных вод).

Обратите внимание, что гранулометрический спектр нерастворимого остатка

известняков аналогичен спектру песчаников и алевролитов. Это означает,

что принос (и осаждение) обломочного материала был все время одинаков,

но иногда на него накладывался процесс интенсивного осаждения карбо-

натного вещества, которое разубоживало обломочный материал, что и при-

вело к образованию известняков, но с большим содержанием обломочного

материала

210

IV. Известняки

II. Алевролиты

крупнозернистые

I. Песчаники мелкозернистые

Обр. 7

Mrf=O,14

=l,9

00,5

Обр. б

Mrf=O, 15

=1,7

00,5

„ Обр. 5

Mrf=O

104

=I,68

C= 1,08

" ΓΊ—

Обр. 4

Mrf=I,04

=6,5

OlO

Обр. 3

Md= 1,8

=6,7

OIl

0,01 0,025 0,05 0,1 0,25 0,5 1 2 3 5 7 10

Размер фракции, мм

Рис. 4.9. Использование гистограмм гранулометрического состава для изу-

чения и иллюстрации изменения характера пород по разрезу. Нижний

титон. Район г. Кисловодска. Северный Кавказ

Поскольку гистограммы отражают распределение какой-то

совокупности данных (для гранулометрии — содержания ря-

да фракций), то их можно использовать для изображения и

анализа любых совокупностей. К примеру, если имеется се-

рия анализов карбонатных пород, то можно построить гисто-

грамму распределения пород с разным (ранжированным, на-

пример, по 10 %) содержанием доломита. Таким образом, в

частности, довольно давно было показано, что в природе пре-

обладают относительно чистые разности, т.е. известняки с

содержанием доломитовой части не более

15 —20

% и доло-

миты с аналогичным содержанием кальцита, в то время как

переходные между ними породы крайне редки.

В качестве примера на рис. 4.10 показана частота встре-

чаемости, т.е. распределение трех основных структурных

типов пород осинского горизонта Талаканского месторожде-

ния Восточной Сибири. Отчетливо видно, что в центральной

части площади явно преобладают фитогенные и частично

доломитизированные известняки, в то время как в краевых

ее частях весьма существенна доля микрозернистых доломи-

тов. Эти различия в наборах пород и их количественных со-

отношениях отражают и разные условия образования отло-

жений.

При построении гистограмм следует иметь в виду, что при

очень широком разбросе значений, как правило более двух πό-

α б

60 -

40 -

20 -

12 3 12 3

Рис. 4.10. Частота встречаемости различных типов пород осинского гори-

зонта (нижний кембрий) в центральной (а) н краевых (б) частях Талакан-

ского месторождения. Восточная Сибирь.

1 — доломиты микрозернистые; 2 — известняки фитогенные; 3 — известня-

ки фитогенные доломитизированные

213

s-г 55

£ 2 •

Ji £

1"!· 5

S- о

ί £ 20

3* 0

. 40

2 *

8. г

ε 1

Я*

L·

№

Со

Its

L ей

LfL,

Qfl

Шк

•А

1 10 100 1000 1 10 100 I 10 100 1 10 100 1000 1 10 100 1000 1 10

Содержание элементов, г/т

1 10 100 1000 1 10 100 10 100 100010000

Рис. 4.11. Гистограммы распределения элементов в различных фациях турнейских отложений Оренбургской области

рядков, на оси абсцисс используется логарифмический мас-

штаб. Это позволяет графически «расширить» малые значе-

ния и, напротив, «ужать» большие. Такие случаи обычны в

распределении концентраций малых элементов (рис. 4.11),

значений проницаемости и др. Другими словами, гистограм-

мы универсальны и применимы как к изображению состава

единичного образца, так и их совокупностей, а также для са-

мых разных анализов и разных по составу или структуре

пород.

КУМУЛЯТИВНЫЕ КРИВЫЕ И РАСЧЕТ

ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

Одним из важных методов графической обра-

ботки гранулометрических анализов является построение ку-

мулятивной (суммарной) кривой.

Перед ее построением необходимо рассчитать кумулятив-

ные (суммарные) проценты (крайняя правая колонка таблицы

на рис. 4.1). За исходную берется наименьшая по размерам

фракция — глинистая. Поэтому в колонке против глинистой

фракции дублируется процент ее содержания. Далее к нему

прибавляется процентное содержание следующей фракции и

сумма записывается против этой фракции. Таким образом, от

мелких фракций к крупным значения непрерывно возраста-

ют и у последней из определенных анализом размерной

фракции оно составит 100 %. Поскольку при расчете сум-

марных процентов автоматически проверяется правиль-

ность подсчета процентного содержания фракций, рекомен-

дуется проводить эти операции одновременно или, другими

словами, рассчитывать кумулятивные проценты сразу же

после подсчета результатов анализа. На оси абсцисс в

логарифмическом масштабе откладываются размеры фрак-

ций, на оси ординат в арифметическом — суммарный

процент. Для первой точки с абсциссой 0,01 мм их ордината

будет равна процентному содержанию глинистой фракции

(6,30 % в приводимом примере — на рис. 4.1); вторая точка с

абсциссой 0,025 мм имеет ординату 8,23 %; третья 0,05 мм —

11,80 % и т.д. Ордината последней точки, абсцисса которой

равна верхней границе наиболее крупной фракции (в данном

случае 0,5 мм) составляет 100 %. Затем полученные точки

соединяют плавной кривой, которая и называется кумуля-

тивной.

По облику кумулятивной кривой можно качественно су-

дить о степени отсортированности обломочного материала;

215

нанося серию таких кривых на одну диаграмму, можно

выделить отдельные семейства пород близкого грануло-

метрического состава (рис. 4.12). Ряд исследователей по-

лагают, что тип кумулятивной кривой отражает динамику

среды переноса и отложения осадка, а определенные сочета-

ния их типов свойственны тем или иным генетическим ком-

плексам отложений («Справочное руководство...», 1958,

с. 101-104).

Кумулятивная кривая важна не только как одна из форм

графического изображения аналитических данных; главное,

что с ее помощью определяется ряд параметров, характери-

зующих структуру породы и прежде всего средний размер

зерен и коэффициент отсортированности. Существуют раз-

ные способы их определения, наибольшее распространение,

благодаря простоте определения, получили способы, предло-

женные П.Д. Траском.

Средний, или медианный, диаметр Md соответствует

такому размеру частиц, крупнее и мельче которого содер-

жится 50 % обломков, т.е. точно соответствует понятию

медианы в математической статистике и имеет размер-

ность длины (обычно мм). Для определения Md от ординаты

50 % до пересечения с кумулятивной кривой проводится пря-

мая линия, параллельная оси абсцисс, из точки пересечения

к оси абсцисс опускается перпендикуляр. Полученное на

оси абсцисс значение и составляет медианный диаметр (см.

рис. 4.1). Следует помнить, что благодаря логарифмичес-

кому масштабу определение этого значения путем простой

линейной интерполяции между двумя ближайшими значе-

ниями размеров невозможно. Необходимо пользоваться

логарифмической шкалой на логарифмической линейке или,

что еще проще, строить кривую на полулогарифмической

бумаге.

Коэффициент отсортированности S

определяется как от-

ношение третьей квартили к первой: S

*JQ

, где квар-

тили определяются, как и медианный диаметр, но первая

квартиль устанавливается для ординаты 25 %, а третья — для

ординаты 75 %. Поскольку квартили измеряются в единицах

длины (мм), то коэффициент отсортированности, как их от-

ношение, является величиной безразмерной. Чем меньше

разница между третьей и первой квартилью, тем меньше

значение S

и тем лучше порода отсортирована. В отечест-

венной практике нередко используют отношение квартилей

без извлечения квадратного корня. При этом принято счи-

216

100

2,0 мм

—

^ ^

'"ι

I ... J

0,01\0,25

0,05

1,0

2,0

мм

2,0 мм

Рис. 4.12. Кумулятивные кривые гранулометрического соста-

ва разнофациальных отложений (по В.П. Батурину и К. Хан-

сону, 1947).

а—б — побережье Гренландии: а — лагуна; б — ограничи-

вающий ее бар; в — аллювий р. Москвы (1) и барханы пусты-

ни Каракум (2). Барханные пески отсортированы несравненно

лучше аллювиальных. Осадки лагуны более тонкозернистые и

значительно хуже отсортированы, чем баровые (кривые сю-

жетов а и б построены с использованием логарифмического

масштаба, сюжета в — арифметического)

тать, что значения S

менее 2,5 характеризуют хорошую от-

сортированность обломочного материала; от 2,5 до 4,5 —

среднюю и более 4,5 — низкую. Определение степени отсор-

тированности методом квартилей достаточно просто, но

весьма приближенно. Полученный таким образом коэффици-

ент отсортированности мало чувствителен к изменению объ-

емов отдельных гранулометрических фракций; особенности

распределения наиболее мелких (от 0 до 25 % содержания) и

наиболее крупных

(75 —

100 %) фракций вообще не учитыва-

ются. При содержании глинистого материала или самой

крупной фракции более 25 %, если они не подразделяются на

более мелкие фракции, невозможно определить первую или

третью квартиль, а следовательно, и коэффициент отсортиро-

ванности. Кроме того, сами определения значений Q

, Md

не отличаются высокой точностью. Однако из-за простоты

определений эти параметры широко используются, особенно

при обработке большого числа образцов. Можно пользовать-

ся и другими коэффициентами, в том числе и определяемыми

аналитически (Батурин, 1947; Гриффите, 1972; «Справочное

руководство...», 1958).

П.Д. Траском предложен еще один параметр — коэффи-

циент несимметричности S*, который определяется по фор-

муле: S

/ Md

и характеризует положение моды отно-

сительно медианного диаметра. Если преобладают мелкие

фракции (относительно медианного диаметра), т.е. мода

меньше медианы, значение коэффициента асимметрии боль-

ше единицы (положительная асимметрия). Если же преобла-

дают крупные фракции, т.е. мода больше медианы, то значе-

ние коэффициента асимметрии меньше единицы (отрица-

тельная асимметрия).

Проводя указанные построения и рассчитав соответст-

вующие параметры, можно достаточно подробно охарактери-

зовать породу и, в частности, дать ее правильное развернутое

название.

ИЗОБРАЖЕНИЕ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫХ СОСТАВОВ

С ПОМОЩЬЮ ТРЕУГОЛЬНОЙ ДИАГРАММЫ

Одной из наиболее простых и в то же время

эффективных и наглядных форм изображения результатов

анализов как одного, так и серии образцов является нанесе-

ние их на треугольную диаграмму. Эти диаграммы широко

используются при изучении и классификации обломочных

218

Π=100 % Рис. 4.13. Схема нахождения фигуративной точки на

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

Глина