Петтиджон ?. Дж. Осадочные породы

Подождите немного. Документ загружается.

положение фактических [277] и видимых [106, 104, 105] длинных осей

зерен и определить ориентировку кристаллографических с-осей [262]

исходя из предположения, что между ними существует тесная связь.

Уэйлаид [332] отмечал, что длинная ось обломочных зереи квар-

ца совпадает с кристаллографической осью с. Ингерсон и Рамич [128]

подтвердили данные Уэйланда. В соответствии с этим можно ожидать,,

что если донные течения придадут несферичным зернам кварца во>

время отложения избирательную ориентировку, то порода будет харак-

теризоваться кристаллографической структурой. Анализ петрострукту-

ры, проведенный Уэйландом для песчаников Сен-Питер (ордовик), по-

г 20г

H=O

Otb-

270 300 330 30 60 90

Ориентировка зерен

Рнс. 3-33. Ориентировка длинных осей песчаных зереи в образце граувакки из свиты

Танкер:

а —разрез, перпендикулярный слоистости (обратите внимание Ra тенденцию к расположению

верен параллельно слоистости); б— линия разреза ориентирована параллельно слоистости. От-

мечается группировка зерен у ааимута примерно 320*. По Хельмболду 1116]. с разрешения изда-

тельства «Шпрннгер».

Рис. 3-34. Направленная ориентировка зереи, сопоставленная с азимутами текстур те-

чений по 57 образцам девонских песчаников из центральной части Аппалачей Пп

Мак-Afmcpy [195]

казал, что оптические осн кварцевых зерен обнаруживают подобную ори-

ентировку. Роуланд [262] пытался детально исследовать соотношения

между ориентировкой по форме и кристаллографическими направле-

ниями обломочного кварца, но полученные им результаты оказались

неубедительными. Существующие трудности отчасти возникают пото-

му, что кварц обладает ромбоэдрической спайностью, хотя и весьма

несовершенной, однако в его удлиненных обломках кристаллографиче-

ская с-ось заметно совпадает с вытянутой осью [22, 25, рис. 6, 352].

Тем ие менее соотношение между длинным размером обломка и кри-

сталлографической ориентировкой позволяет определить первую ве-

личину с помощью фотометра в шлифах, изготовленных параллельно

слоистости [202, 201].

В общем виде направленную структуру кварца, связанную с направ-

ленным течением, можно наблюдать в шлифах, ориентированных па-

раллельно напластованию, особенно в песчаниках с нарушенной гори-

зонтальной слоистостью (рис. 3-33). График видимых длинных осей

зерен, наблюдаемых в таких шлифах, обычно показывает, что среднее

направление этих осей параллельно или почти параллельно направле-

нию потока, восстановленного по подошвенным знакам [283]. Анало-

гичное совпадение между структурой породы и диэлектрической анизо-

тропией отмечал Мак-Айвер [195, рис. 13], (рис. 3-34). Однако извест-

ны и исключения из этой закономерности [227, 229].

93-

Указанные соотношения были подтверждены лабораторными

!исследованиями [61], которые показали, что длинные оси зереи рас-

полагаются параллельно потоку, толстые концы асимметричных зерен

направлены навстречу течению. Изучение современных отложений пля-

жей, рек и дюн указывает иа явные ориентированные структуры

[222, 53].

Изучение шлифов песчаных пород в сечениях, перпендикулярных

слоистости и параллельных течению потока, обычно показывает, что

песчаные зерна, как правило, располагаются внахлест, обычно, хотя

и ве всегда, приподнимаясь навстречу течению [283].

Установлено, что структура осадочных пород тесио связана с век-

торной проницаемостью [106, 104, 105].

Структура глин и глинистых сланцев. Установлено, что глинистые

частицы, особенно глинистые минералы, обладают слюдоподобным га-

битусом, и обломочные частицы глин обычно плоские [199, 15]. Даже

если они отлагаются беспорядочно, гравитационные силы и последую-

щее уплотнение приводят частицы в одну и ту же плоскость, таким

образом оии приобретают параллельную нли субпараллельиую ориен-

тировку. Такая ориентировка сокращает пористость и придает глине

или аргиллиту анизотропное строение и сланцеватость. Это хорошо

устанавливается по результатам рентгеноструктурного анализа каоли-

нита в серии образцов, отобранных из сидеритовой конкреции, от ее

центра к периферии [226]. Очевидно, что конкреция зарегистрировала

историю уплотнения окружающих ее глин. Конкреция зародилась до

наступления ощутимого уплотнения и развивалась до почти полного

уплотнения. Структура каолинита обнаруживает направленное измене-

ние от почти беспорядочной в самом центре до хорошо ориентирован-

ной на поверхности. Дальнейшее обсуждение химических и механиче-

ских факторов, определяющих структуру глин, изложено в работе Mn-

да [206].

Изучение шлифов глиннстых пород, ориентированных перпевднку-

лярно слоистости, показывает эффект «одновременного погасания»

в скрещенных ииколях, указывающий на хорошо выраженное парал-

лельное расположение частичек глинистых минералов. Однако Келлер

[144] показал, что в некоторых огнеупорных глинах минеральные ча-

стицы располагаются беспорядочно, он объяснял это ростом частиц

в глинистом теле после отложения. Такне глииы обнаруживают рако-

вистый или неправильный излом.

Структура известняков и доломитов. Первичные структуры известня-

ков и доломитов изучали Зандер [270] и Холт [119]. Холт описал

хорошо выраженные кристаллографические текстуры. Зандер описал

главным образом структуры роста в порах и других полостях, образо-

ванные друзоподобиыми сростками кристаллов иа стенках таких пу-

стот. Маловероятно, чтобы в недеформнрованных известняках нли

доломитах наблюдались бы хорошо выраженные кристаллографиче-

ские структуры.

Направленные структуры встречаются достаточно часто. Они свя-

заны с ориентированным расположением различных плоских (или

удлиненных) или выпукло-вогнутых скелетных обломков организмов

[71, табл. IIJ. Более полно эти структуры рассматриваются ннже; дна-

генетические текстуры описаны в заключительной части настоящей

главы, а также в главе, посвященной известнякам

Ориентировка органических остатков. Органические

структуры

так-

же подвержены влиянию течений. Оторванные створки выпукло-вогну-

94-

той формы могут лежать или выпуклой, или вогнутой стороной вверх,

но если они переносятся течением, их ориентировка становится одно-

образной, в данном случае выпуклой стороной вверх. Направленная

ориентировка таких раковин является указателем скорости течения и

положения подошвы н кровли крутопадающих или перевернутых слое&

[286, с. 314]. Однако отмечалось, что в определенных отложениях,

предположительно турбидитах, разрозненные створки имеют пряма

противоположную ориентировку, а именно вогнутой стороной вверх

[52, с. 30]. Подобная ориентировка действительно может быть обра-

зована турбидитным течением [208].

Рис. 3-35. Ориентировка ортоконовых цефалопод в верхиедевонских отложенпях.

(келльвассеркальк), в окрестностях Бнкена, Центральная Европа. По [282]

Рис. 3-36. Идеальные диаграммы ориентировки раковин:

а — поперечная ориентировка раковин удлиненной формы; 6 — продольнан ориентировка удлинен-

ных асимметричных форм; в —ориентировка, определяемая реакцией живых организмов на те

ченне. По [282].

В случаях α и б действуют только законы механического накопления

Ориентированные органические остатки могут указывать иа н а-

правление течения. Давно отмечалось, что тентакулиты и колонии

граптолитов [263, 214] обнаруживают направленную ориентировку

в плоскости слоистости. Ченовит [45, с. 556—559] показал, что ортоце-

раконовые цефалоподы и крутозакручеиные гастроподы обнаруживают

явную ориентировку в трентонских отложениях на территории штата

Нью-Йорк. Они стремятся расположиться длинной стороной либо па-

раллельно, либо перпендикулярно к направлению знаков ряби в тех

же слоях. Ченовит считал, что раковины, перпендикулярные ряби и

параллельные направлению течения, ориентированы таким образом

из-за смещенного центра тяжести. Эта точка зрения получает под-

тверждение, если нанести положение длинных осей и отметить направ-

ление апикального конца изучаемых форм (рис. 3-35). По данным

Зейлахера [282, с. 59], равные, но разнонаправленные моды розы те-

чений («галстук-бабочка») соответствуют ориентировке обломочных

раковин перпендикулярно направлению течения, а неравные, но также

противоположные моды указывают на расположение параллельно те-

чению. Большая мода указывает направление вверх по течению

(рис. 3-36) потока.

95-

Одни из самых распространенных критериев палеотечений «угли-

стая слоистость» —линейность, подчеркнутая параллельным располо-

жением унифицированных растительных остатков. Наблюдается

ориентировка остатков как перпендикулярно угн, с. 1051J, так н

параллельно [49, с. 1759] направлению потока, предполагаемая по

характеру других осадочных структур. В обычном случае обломкн ори

•еитироваиы параллельно потоку, однако некоторые удлиненные квар-

певые зерна [127] и большинство вытянутых органических остатков

[282, с. 95] располагаются в соответствии со знаками ряби длинной

стороной параллельно углублению, разделяющему знаки ряби.

Оцеикв осадочных структур

Как и исследование гранулометрического состава осадочных по-

род, изучение структур было связано с затратой значительных усилий,

в обоих случаях полученные результаты не компенсируют затрачен-

ного труда. В изучении гранулометрического состава это отчасти вы-

звано тем, что методика, хорошо применимая к современным рыхлым

грубообломочным отложениям и пескам, оказывается непригодной для

изучения крепких сцементированных пород. Более того, направленные

структуры песков могут быть нарушены или уничтожены в результате

оползания, волнений и жизнедеятельности организмов. Первичную

структуру маскируют тектонические движения, которые могут пол-

ностью заменить ее деформационной. Изучение структур главным обра-

зом направлено иа восстановление направления течения. Такие крите-

рии течения, как косая слоистость, знаки ряби и иероглифы, различа-

ются н измеряются легче, поэтому исследователи применяют более

трудоемкий структурный анализ только в том случае, когда эти кри-

терии отсутствуют.

Максимальная ценность структур, особенно структур песчаных по-.

заключается в установлении ориентировки песчаных тел, вскры-

тых в процесе бурения. Если существует возможность связать струк-

туру с формой песчаного тела и затем выявить структуру в ориенти-

рованном керне, ценность прогнозирования геометрии песчаного тела

по одной скважине становится очевидной. Знание структурных особен-

ностей породы также способствует пониманию ее геофизических

свойств, связанных с анизотропией песчаного тела.

Геометрия каркаса обломочных отложений

Упаковка. Упаковка породы определяется характером расположе-

ния элементов каркаса, в котором каждый элемент закреплен и удер-

живается иа своем месте в гравитационном поле Земли силами сцеп-

ления или точечного контакта друг с другом [102, с. 790].

Изучение упаковки важно по нескольким причинам. Плотная упа-

ковка приводит к сокращению объема порового пространства и раз-

мера пор и, следовательно, существенно изменяет пористость и про-

ницаемость породы. «Открытая» или «свободная» упаковка оказывает

прямо обратный эффект. Вопрос о том, какие агенты и процессы при-

водят к колебаниям упаковки, интересовал последователей пляжевых

отложении, в которых иногда обнаруживают свободную упаковку,

а в других случаях-наоборот 146]. Хотя первоначальные контакты

между зернами главным образом тангенциальные

межслойное

раство-

рение может изменить их настолько, что характер контакт^ будет со-

•96

вершенно иной, и зерна придут а тесное соприкосновение друг с дру-

гом. Изучение взаимоотношений зерна с зерном может пролить свет

на природу и глубину постседиментационных диагенетических изме-

нений.

Для анализа упаковки породы требуется дать точное определение

явления, разработать подходящую меру «плотности» упаковки и оце-

нить ее преобразования в постседиментационный период. Изучение

упаковки может идти как в теоретическом, так и в экспериментальном

направлениях с привлечением анализа упаковки равных или разных

по размеру шаров и по пути исследования упаковки естественных

скоплений обломков как экспериментальным путем, так и в природных

условиях. В ряде опубликованных работ рассматривается определен-

ный подход (или несколько подходов) к решению этой проблемы, наи-

более крупными являются монографии Гратоиа и Фрейзера [102, 90]

и сравнительно недавние публикации Кана [139, 137, 138].

Элементами каркаса грубообломочных осадочных пород—конгло-

мератов, гравелитов и песков — являются галька и песчаные зерна,

из которых эти отложения состоят. Эти обломочные элементы несфе-

ричные и неравные по размеру. Тем не менее, для понимания явления

упаковки и его влияния на пористость и проницаемость необходимо

представить, что твердые обломки представляют собой сферы (во мно-

гих случаях компоненты этих грубообломочных отложений имеют поч-

ти сферическую форму, а среднее значение сферичности зерен многих

песков составляет 0,8 или более). В первую очередь следует рассмот-

реть агрегаты, сложенные равными шарами, а затем смеси из шаров

различного размера.

Упаковка шаров одного размера может быть беспорядочной (или

постоянно повторяющейся) и геометрически упорядоченной. Сущест-

вует шесть принципиальных разновидностей упорядоченной упаковки,

но одна из них, а именно ромбоэдрическая упаковка [289, с. 305],

является самой «плотной», т. е. обладает минимальной пористостью

и наиболее компактным расположением твердых шаров. Поскольку

эта же упаковка наиболее устойчивая, строение большинства естест-

венных равнозернистых скоплений приближается к ромбоэдрическому

расположению. Упаковка большинства отложений в высшей степени

неупорядоченная, хотя в каждом конкретном случае можно выделить

«колонии» или участки, характеризующиеся наиболее плотной упаков-

кой. Ромбоэдрическая упаковка характеризуется элементарной ячейкой

из шести плоскостей, проходящих через центры восьми шаров, рас-

положенных в углах правильного ромбоэдра, каждая сторона которого

равняется 2R (рис. 3-37). Ромбоэдрическая упаковка прямо противо-

положна кубической (наиболее «свободной» из возможных упорядочен-

ных упаковок), в которой единица решетки представляет собой куб

(восемь углов являются центрами составляющих шаров). При ромбо-

эдрической упаковке пористость равняется 25,95%, в кубической со-

ставляет 47,64%·

На любой плоскости, проведенной произвольно через упорядочеи-

но упакованные шары, обнаруживается чередование участков, сложен-

ных твердыми материалами, и пустот. Однако площадь этих пустот

не будет истинной мерой площади, через которую возможно прохож-

дение флюида, поскольку часть пространства будет блокироваться

другими зернами. Если же плоскость пройдет через центры шаров

в одном из наиболее плотно упакованных ромбоэдрических слоев, то

площадь пустот в таком сечении и будет истинной величиной мини-

97-

мальной площади проводящих каналов или мерой того что можно

назвать эффективном пористостью». При плотной ромбоэдрической

Упаковке когда обшая пориыисть составляет 25,95%, эффективная-

пористость равняется 9,3%. Это различие не влияет на свойство поро-

вой системы удерживать флюиды, но оно связано с движением флюя

дов через породу, т. е. с ее проницаемостью.

Если значительное число шаров равного диаметра расположить

некоторым образом, то можно будет найти шар определенного мини-

мального диаметра, который сможет пройти между крупными шарами

и окажется в промежутке. Для наиболее плотной упаковки критиче-

ский диаметр равняется 0.154D (где D-диаметр крупных шаров).

PIIC. 3-37. Шесть возможных вариантов упаковки шаров. По Гратону я Фрейзе-

РУ [Ю2].

Первый вариант — иоиболее «открытая», или кубическая упаковка, шестой uapuairr — наиболее

«пютнаи», или ромбоэдрическая упаковка

Аналогично рассуждение о критическом значении диаметра шара, ко-

торый хотя и слишком велик, чтобы пройти между крупными шарами,

но может быть заключен в межгранулярном пространстве и вероятно,

может попасть туда во время образования осадка. Критические зна-

чения заполненности равняются 0,414£> я 0,225D при ромбоэдрической

упаковке (в этом случае наблюдается два типа пустот разного раз-

мера). Эти теоретические рассуждения нельзя применять непосредст-

венно к отложениям, поскольку они не сложены шарами и не обладав

ют полностью упорядоченной упаковкой. Тем не менее, если материал,

заполняющий промежутки в грубообломочиых отложениях, крупнее

0,154 диаметра гальки, эта мелкая фракция отложений ие была при-

внесена в осадок, а образовалась одновременно с ним. Эти наблюде-

ния следует учитывать при анализе бимодального характера распре-

деления, установленного в некоторых классах грубообломочиых от-

ложений.

В первичном осадке контакты между обломочными зернами либо

тангенциальные, либо точечные. Случайное сечеиие через такой мат-,

рнкс редко проходит через эти точки. Следовательно, в таких сечениях

зерна совершенно ие соприкасаются друг с другом (рис. 3-38). Однако,

если контакты между зернами сильно изменены в сторону увеличения

их площади соприкосновения, случайное сечение пройдет через боль-

98-

шее количество контактов, и количество контактов, приходящееся на

зерно в данном поле зрения, увеличится (табл. 3-10). По мере видо-

изменения тангенциальных контактов они становятся протяженными,

выпукло-вогнутыми и сутурными (рис. 3-39). Джейн Тейлор [308] изу-

чала контакты зерен в песчаниках с различных глубин в штате Вайо-

минг, Обычные пески обнаруживают 1,6 контакта на зерио (более ве-

роятно 0,85 контакта на зерно, по данным Гейтера (98]). На глубине

900 м песчаники имеют 2,5 контакта на зерно, а на глубине 2570 м

количество контактов возрастает до 5,2. Следовательно, песчаники как

Таблица 3-10

Количество контактов на зерно в песках и песчаниках

Тип отложеннА

От

До

Среднее

Источник

Равные шары

1,00

1,52

0,63

Гратон н Фрейзер [102]

Искусственный песок

1,00

1,52

1,28

Гейтер [98]

Искусственный песок

— —

1,6

Тейлор [307]

Известковый оолит

0,70

1,30 0,90

—

Ортокварциты (6 обр.)

1,2

3,1 ·

2,2

Манрн [1949 г.]

Ортокварцнты (3 обр.)

2,3

3,5

2,7

—

Песчаник 2.1

3,6 (2,8)

Бодри [1949 г.]

Субграувакки

1,7

2,2

(1.9)

Хейс [1951 г.]

Субграувакки

2,3

5,2

4,1

Тейлор [307]

Примечание. Значения, взятые в скобки, являются средними из экстремальных.

бы претерпевают процесс «сгущения», который приводит зерна в близ-

кий н протяженный контакт друг с другом. Тейлор объясняла эти

изменения явлением межслойного растворения и осаждения, а также

течением кварцевых зерен в твердой фазе. Она приводила различные

свидетельства давления, такие как, например, изогнутые листочки

слюды или потрескавшиеся зерна кварца. Однако возможность тече-

ния кварца в твердой фазе трудно доказать*, и выпукло-вогнутые

контакты, наблюдаемые Тейлор, могут, по предположению Вальдсмидта

[329], означать эффект растворения. Другие обломочные зерна, ис-

ключая кварцевые, могут быть пластичными, и их деформация приво-

дит к потере пористости. Риттенхауз [253] произвел оценку влияния

такого механического уплотнения.

Были предприняты попытки измерения упаковки. Одним из пара-

метров измерения является количество контактов на зерно» Кан [138]

предложил два параметра: упаковочное приближение, кото-

рое по существу отвечает количеству контактов на зерно (отношение

числа контактов зерна с зерном к суммарному числу зерен, подсчи-

танных по пересечению), и упаковочную плотность, соответ-

ствующую отношению суммы всех пересечений зерен к общей длине

пересечения (существенная составляющая пористости прн отсутствии

цемента). Многие исследователи предлагали свои показатели упаковки

[291; 290; 2, с. 678; 75, с. 71; 207].

К сожалению, изучение контактов зерен и измерение упаковки

ведутся все еще довольно субъективно, отчасти из-за неточных или

неполных наблюдений. Первоначальные границы кварцевых зерен

* В метаморфизоваиных кварцито-песчаниках происходит миграция границ квар-

цевых зерен, иногда приводящая к полной рекристаллизации исходной породы (блас-

тез). Это явление и отвечает понятню «течение кварца в твердой фазе». —Прим ред.

99-

в некоторых песчаниках частично и^и полностью исчезают из-за вТй-

η ич н ь°хнара станин кварца и наблюдать их можно только с помощью

катодолюминесцентной !трубки. Другие границы настолько завуалиро*

ваны материалами цемента, что наблюдать контакты зерна с зерном

Н6

Пористость. Пористость породы определяется процентным соотно-

шением порового пространства к общему объему породы и отвечает

пространству породы, свободному от твердой минеральной фазы.

«;

Увеличение

размера

зерен

Рнс. 3-38. Произвольное сечение упакован-

ных шаров равного размера н вид сечения

в плане. По Гратону и Фрейзеру [102].

Обратите внимание на кажущееся отсутст-

вие контактои между шарами ιι кажущиеся

колебания размера

Рис. 3-39. Термины, определяющие структуру н типы контактов между зернами. По

Петтиджону, Поттеру и Сиверу [236], с разрешения издательства «Шпрнигер»

J — сутурныП контакт зерен; 2 — выпукло-вогнутый; 3 — точечный; 4— протяженный; S обособ-

ленны» (плэоэющма) эерия; £ — лшиш пересечения

Определяемая таким образом пористость является общей, т. е. объ-

емом всего порового пространства, в противоположность эффектив-

ной пористости. В суммарное поровое пространство включаются все

промежутки или полости, независимо от того, связаны ли они между

собой, и, следовательно, общая пористость больше эффективного поро-

вого пространства, в которое включаются только полости, свободно

связанные между собой.

В противоположность кристаллическим породам, в которых пори-

стость равняется нулю, обломочные породы обычно умеренно или вы-

соко пористые. Эта пористость объясняется тем, что обломочные

компоненты в момент отложения не образуют протяженного контакта,

они соприкасаются друг с другом по касательной. Система пор состав-

ляет как проводящие каналы для прохождения флюидов через породу,

так и объем для их накопления. Поэтому объем такого пространства,

образующаяся емкость породы и ее проницаемость

представляют

огромную важность прн изучении иефтн и газа, рассолов н подземных

вод. По этой причине значительные усилия были затрачены на разра-

ботку методов измерения пористости и практические ее определения.

Заинтересованного читателя автор отсылает к различным лаборатор-

ным пособиям, в которых эти методы описаны [221, с. 244, 55] Для

дальнейшего ознакомления со всеми аспектами пористости рекомен-

дуем познакомиться с книгой фон Энгельгардта [76].

100-

Пористость обломочных отложений является главной причиной и

основным условием днагеиетических преобразований породы. Например,

пористость приводит к неоднородному распределению давления, созда-

ваемого массой перекрывающих пород; эта масса распределяется на

относительно небольшие площади контакта между зернами, что приво-

дит к растворению зереи в точках соприкосновения и осаждению рас-

творенных веществ в пустотах. Более того, флюиды, заключенные в по-

рах, образуют среду, в которой происходят химические реакции, и они

могут сами вступать в реакцию с зернами каркаса отложений. В ре-

зультате растворения и химического осаждения, выполнения пустот и

других диагенетическнх изменений пористость отложений уменьшается

во времени и, следовательно, с глубиной [97, рис. 7; 96). Чем выше

степень диагенеза * осадочной породы, тем большее сходство обнару-

живает оиа с породами метаморфического или изверженного проис-

хождения.

Пористость можно рассматривать как первичное, так и как вторич-

ное явление [90]. Первичная пористость является наследуемой харак-

теристикой и формируется во время образования породы. Вторичная

пористость образуется в результате последующих изменений, которые

могут увеличить первоначальную пористость. Вторичная пористость ча-

ще всего образуется в карбонатных породах, хотя и некоторые разно-

видности песчаников приобретают вторичную пористость в результате

выщелачивания карбонатного цемента.

На первоначальную пористость породы влияют неравномерный ipa-

кулометрический состав, форма зереи, способ отложений и упаковка

осадков, а также уплотнение в процессе осадконакопления н после него.

Теоретически размер зереи не влияет на пористость. На самом

деле тонкозернистые отложения характеризуются повышенной порис-

тостью по сравнению с грубообломочиыми отложениями (табл. 3-11).

Однако это наблюдение не устанавливае1 связи между нрнчиний и след-

ствием, поскольку размер может быть тесно связан с другими свойства-

ми, такими как форма, которая часто является первопричиной отме-

ченных различий пористости.

Разно- или равиозернистость обломочных частиц имеет принципи-

альное значение для пористости породы [255]. Обычно максимального

значения пористость достигает в породе, сложенной зернами равного

размера. Прибавление к такому сочетанию других песчаных зерен, бо-

лее крупных или мелких по размеру, приведет к уменьшению пори-

стости, и это понижение в определенных пределах прямо пропорцио-

нально количеству добавленного материала [98, рис. 2] до те\ пор,

пока смесь не будет состоять из равного количества всех представлен-

ных размеров.

С другой стороны, прибавка глины увеличивает пористость [97,

рис. 4]. Однако между распределением зерен по размеру и пористо-

стью не существует простого соотношения. Фрейзер [90] и другие по-

казали, что совершенно различные смеси могут обладать одинаковой

пористостью.

Влияние формы зерен на пористость также малопонятно. В общем

виде зерна высокой степени сферичности стремятся к упаковке с мини-

мальным поровым пространством. Например, Фрейзер установил, что·

равномернозернистые пляжевые и дюнные пески, уплотненные в лабо-

* Для глубоко измеренных, ио ме метачорфнзованных осадочных пород в иашеЛ

стране ирнмеияются термины «эпигенез» Il «катагенез». — Прим. ред.

101-

раторных условиях, обладают пористостью около 38 39%, в го жв-

время дробленые кварцевые зерна имеют пористость около 44%. По-

скольку сферичность дробленых кварцевых зерен около 0,60 0,65,

а пляжевого песка, вероятно, около 0,82 0,84, ясно, что форма зерен

оказывает незначительное, но ощутимое влияние иа пористость. Фрей-

зер установил, что влияние иа пористость наиболее выражено в породе,

сложенной исключительно плоской галькой. Определенные обломочные

известняки, такие как ракушиякн, очень пористы и обнаруживают тек-

стуру типа «жареного картофеля» (potato-chip). Пористость отложений

такого типа может достигать 88% [71, с. 108]. Аналогичным образом

только что образованные глины обнаруживают очень высокие значения

пористости — до 85%.

Таблица 3-11

Соотношение между пористостью и гранулометрическим составом.

По данным Лн [1919, с. 121]

Размерность материала

Пористость. %

Размерность штернала

Пористость, %

Размерность материала

от до

Размерность штернала

от

до

Гр\ бы Γι песок

39 41

Мелкий песчанистый

50 54

Средний песок

48 суглинок

Средний песок

Мелкий песок

Способ отложения и упаковка зерен оказывают выраженное влия-

ние на пористость. Для модели, сложенной равными шарами, расчеты

показывают, что пористость колеблется от 26 до 48% для наиболее

плотной упаковки шаров и наиболее свободного их расположения соот-

ветственно. Пористость образца экспериментально уплотненного песка

колеблется οι 28 до 36%. Однако в природе наблюдается преобладание

наиболее плотной упаковки с минимальным объемом пустот, поэтому

роль упаковки в общем виде незначительна.

Влияние уплотнения на пористость рассмотрено в других главах

книги (главы 8 и 12). Максимальный эффект оказывает уплотнение иа

пористость глин н аргиллитов, пористость является функцией глубпиы

погружения в соответствии с выражением:

Р = р(е-°*),

где P — пористость, р — средняя величина пористости глин иа поверх-

ности, b — постоянная, χ—глубина погружения [7]. Первоначальчая

пористость глин может сокращаться более чем наполовину, но во мно-

гих случаях уменьшается на 10% и менее. Уплотнением песков, однако,

можно пренебречь. Начальная пористость песка (35—40%) может

уменьшиться до очень низкого значения за счет растворения и п?реот-

ложення или выполнения пор принесенным цементом. В среднем по-

ристость песчаников колеблется от 15 до 20%. Высокая пористость

некоторых разновидностей песчаников до85%,например девонской сви-

ты Орискани в центральных Аппалачах, объясняется выщелачиванием

первоначального карбонатного цемента [173],

Проницаемость. Проницаемость —это свойство породы, позволяющее

прохождение флюидов без ущерба для ее строения или смещения ее

частей. Порода считается проницаемой, если она пропускает через себи

ощутимое количество флюидов за определенный отрезок времени и

будет непроницаемой, если степень прохождения флюидов назначнтель-

102-