1第四章第四章 碎屑岩的结构及粒度分析碎屑岩的结构及粒度分析 第一节第一节 碎屑颗粒的结构碎屑颗粒的结构 碎碎屑屑颗颗粒粒本本身身的的结结构构特特征征一一般般包包括括粒粒度度及及分分选选性性、球度与形状、圆度以及颗粒的表面特征。球度与形状、圆度以及颗粒的表面特征。 一、碎屑颗粒的粒度与分选性一、碎屑颗粒的粒度与分选性1 1、粒度、粒度概念概念：碎屑颗粒的大小尺寸即称碎屑颗粒的粒度。由于碎屑颗粒的大小尺寸即称碎屑颗粒的粒度。由于碎屑的大小尺寸不均一，常以其平均值作为其粒度。碎屑的大小尺寸不均一，常以其平均值作为其粒度。 粒度是一个简单而复杂且极其重要的概念。粒度是一个简单而复杂且极其重要的概念。复杂性复杂性1 1、有线性直径和体积直径之分；有线性直径和体积直径之分；复杂性复杂性2 2，测量方法多样，不同的测量方法获不同结果：测量方法多样，不同的测量方法获不同结果：2直接测量法直接测量法，用于粗大的松散碎屑，获大，用于粗大的松散碎屑，获大( (dLdL) )中中( (didi) )小小( (dsds) )三个直径三个直径; ;筛析法筛析法，用于松散碎屑，用于松散碎屑(砾、砂、粉砂砾、砂、粉砂)，获得中径；，获得中径；显微镜电镜显微镜电镜，用于固结的砂、粉砂和泥，获得视长径；，用于固结的砂、粉砂和泥，获得视长径；3沉降分析法沉降分析法，用于粉砂和泥级碎屑，获体积（有效），用于粉砂和泥级碎屑，获体积（有效）直径直径(dn)4复杂性复杂性3 3、粒径记录表示形式有毫米、粒径记录表示形式有毫米(D(D值值) )、2 2的几何级的几何级数和数和值，其中：值，其中：= = LogLog2 2D D复杂性复杂性4 4、通常分砾、砂、粉砂四类，具体粒划分方案、通常分砾、砂、粉砂四类，具体粒划分方案极其多样复杂极其多样复杂56重要性一、重要性一、是陆源碎屑岩是陆源碎屑岩分类的基础，分类的基础，据粒度通常分据粒度通常分为为砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩四类；砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩四类；重要性二重要性二、是陆碎屑岩、是陆碎屑岩最常用最常用命名的基础。命名的基础。以粒度的以粒度的“三级命名法三级命名法”最常用（教材最常用（教材50页）页）7 （1）三级命名法：）三级命名法：v 含含量量大大于于或或等等于于50的的粒粒级级定定岩岩石石的的主主名名，即基本名；即基本名；v 含含量量介介于于5025的的粒粒级级以以形形容容词词“XX质质”的形式写在主名之前的形式写在主名之前;v含含量量在在 2510的的粒粒级级作作次次要要形形容容词词，以以“含含XX”的形式写在最前面；的形式写在最前面；v含含量量小小于于l0的的粒粒级级一一般般不不反反映映在在岩岩石石的的名名称称中中。如如粉粉砂砂质质细细砂砂岩岩，含含砾砾粗粗砂砂岩岩，含含泥泥粉砂质细砂岩粉砂质细砂岩8（2 2）假假如如碎碎屑屑岩岩的的粒粒度度分分选选较较差差，所所含含粒粒级级较较多多，但但没没有有一一个个粒粒级级的的含含量量是是大大于于或或等等于于5050，而而含含量量在在 50502525的的粒粒级级又又不不止止一一个个。这这时时则则以以含含量量为为 50502525的的粒粒级级进进行行复复合合命命名名，以以“ “ XXXX一一 XXXX岩岩”的的形形式式表表示示，含含量量较较多多的的写写在在后后面面。其其它它含含量量少少的的粒粒级级仍仍按按第第一一条条原原则则处处理理。如如：中中粗粗砂砂岩岩，粉粉- -细细- -中中砂砂岩岩；含砾的粗含砾的粗- -细细- -中砂岩（不等粒砂岩）中砂岩（不等粒砂岩）（3 3）若碎屑岩的粒度分选更差，不但没有含量大）若碎屑岩的粒度分选更差，不但没有含量大于于5050的粒级，而且含量为的粒级，而且含量为50502525的粒级也没有或的粒级也没有或者只有一个。则应将此岩石的全部粒度组分分别合并者只有一个。则应将此岩石的全部粒度组分分别合并为为砾、砂和粉砂三大级砾、砂和粉砂三大级，然后按前两条原则命名。，然后按前两条原则命名。如：含砾砂岩，含泥砾质砂岩；如：含砾砂岩，含泥砾质砂岩；9重要性重要性3、粒度与碎屑岩的储油物性（粒度与碎屑岩的储油物性（孔隙度孔隙度和和渗透率渗透率）密切相关。密切相关。重要性重要性4、有重要的环境与成因意义、有重要的环境与成因意义102 2、分选性、分选性碎屑颗粒大小的均匀程度，即称为碎屑颗粒大小的均匀程度，即称为“分选性分选性”。在肉眼研究时常将分选性分为好、中、差三级：在肉眼研究时常将分选性分为好、中、差三级：主要粒级成分的含量主要粒级成分的含量75%75%时，碎屑大小近于相等者，时，碎屑大小近于相等者，称为称为分选性好分选性好；主要粒级成分的含量在主要粒级成分的含量在75%75%至至50%50%时，碎屑大小有明显时，碎屑大小有明显差异者，称为差异者，称为分选性中等分选性中等；没有一个粒级成分的含量没有一个粒级成分的含量50%50%时，碎屑大小相悬殊时，碎屑大小相悬殊者，称为者，称为分选性差分选性差等；等；实际应用中常用目测法与标准模板（或标准砂实际应用中常用目测法与标准模板（或标准砂样管）对比确定样管）对比确定11对于进行过粒度分析的样品而言，常用标准偏差来恒对于进行过粒度分析的样品而言，常用标准偏差来恒量分选性的好坏（后述）。量分选性的好坏（后述）。注意注意：粒度的大小、分选性的好坏，均与碎屑类型、介质性粒度的大小、分选性的好坏，均与碎屑类型、介质性质、搬运方式、搬运距离等因素有关。即有重要的成质、搬运方式、搬运距离等因素有关。即有重要的成因和环境意义，是重要研究内容之一。因和环境意义，是重要研究内容之一。12 二、碎屑的球度与形态二、碎屑的球度与形态 1、球球度度是是指指碎碎屑屑颗颗粒粒磨磨蚀蚀接接近近球球体体的的程程度度。通常是用福克（通常是用福克（19581958）提出的公式来计算球度系数：）提出的公式来计算球度系数：A A：为颗粒最大扁平面上的最大直径；为颗粒最大扁平面上的最大直径；B B：为最大扁平面内垂直为最大扁平面内垂直A A轴的最大直径；轴的最大直径；C C：是垂直最大扁平面的最大直径；是垂直最大扁平面的最大直径；A A、B B、C C三轴互相垂直，不一定交于一点；三轴互相垂直，不一定交于一点；最大球度值最大球度值l l，最小值则趋近于零。最小值则趋近于零。球球度度的的高高低低与与碎碎屑屑的的成成分分、介介质质性性质、搬运方式、搬运距离等有关。质、搬运方式、搬运距离等有关。13 2 2、碎碎屑屑颗颗粒粒形形状状是是由由其其 A A、B B、C C三三个个轴轴的的相相对对大大小小所显现的特征。常分为四种形状所显现的特征。常分为四种形状碎屑的形状与碎碎屑的形状与碎屑的成分、介质性质、屑的成分、介质性质、搬运方式、搬运距离搬运方式、搬运距离等内外有关。等内外有关。此外还可有一些此外还可有一些特殊的碎屑形态，如特殊的碎屑形态，如风棱石、熨斗石等。风棱石、熨斗石等。研究碎屑形态有研究碎屑形态有重要的环境和成因意重要的环境和成因意义。义。1415三、圆度与表面特征三、圆度与表面特征1 1、圆圆度度是是指指碎碎屑屑颗颗粒粒的的原原始始棱棱角角被被磨磨圆圆的的程程度度，是是碎碎屑最重要结构特征之一。在最大投影面上研究。屑最重要结构特征之一。在最大投影面上研究。16在实际工作中主要用比较目测法确定颗粒圆度。在实际工作中主要用比较目测法确定颗粒圆度。u鲍尔斯制作了六级的圆度模板；鲍尔斯制作了六级的圆度模板；u福克（福克（19551955）提出了圆度标度，称之为）提出了圆度标度，称之为；值范围值范围从从0 0（尖棱角状）（尖棱角状）6 6（滚圆状）。（滚圆状）。17现行石油行业标准现行石油行业标准SY/T5368.21995将圆度分为五级。将圆度分为五级。18在文献资料中及某些情况下，也可把圆度划分为四级：在文献资料中及某些情况下，也可把圆度划分为四级： 棱角状：碎屑的原始棱角无磨蚀痕迹或只受到轻微磨棱角状：碎屑的原始棱角无磨蚀痕迹或只受到轻微磨蚀，其原始形状无变化或变化不大；蚀，其原始形状无变化或变化不大； 次棱角状：碎屑的原始棱角已普遍受到磨蚀，但磨蚀次棱角状：碎屑的原始棱角已普遍受到磨蚀，但磨蚀程度不大，颗粒原始形状明显可见；程度不大，颗粒原始形状明显可见； 次圆状：碎屑的原始棱角已受到较大的磨损，其原始次圆状：碎屑的原始棱角已受到较大的磨损，其原始形状已有了较大的变化，但仍然可以辨认；形状已有了较大的变化，但仍然可以辨认； 圆状：碎屑的棱角已基本或完全磨损，其原始形状已圆状：碎屑的棱角已基本或完全磨损，其原始形状已难以辨认，甚至无法辨认，碎屑颗粒大都呈球状、椭球难以辨认，甚至无法辨认，碎屑颗粒大都呈球状、椭球状。状。 注注意意：圆圆度度的的高高低低与与碎碎屑屑的的成成分分、介介质质性性质质、搬搬运运方方式式、搬搬运运距距离离等等内内外外因因素素密密切切相相关关，是是成成因因分析和环境研究的重要内容。分析和环境研究的重要内容。19 2 2、颗粒的表面结构、颗粒的表面结构 表面结构是碎屑颗粒表面的形态特征，一般主要观表面结构是碎屑颗粒表面的形态特征，一般主要观察表面的磨光程度及表面刻蚀痕迹两个方面。如丁字擦察表面的磨光程度及表面刻蚀痕迹两个方面。如丁字擦痕，压蚀坑、霜面（毛玻璃表面），沙膜膝等。在电镜痕，压蚀坑、霜面（毛玻璃表面），沙膜膝等。在电镜较为普及的现今，许多砂粒表面的蚀坑也被发现。较为普及的现今，许多砂粒表面的蚀坑也被发现。 表面特征的形成主要是环境条件改造的果，表面特征的形成主要是环境条件改造的果，也与碎屑自身的属性有关，因此，研究表面特也与碎屑自身的属性有关，因此，研究表面特征同样有重要的重要的成因和环境意义。征同样有重要的重要的成因和环境意义。2021第二节填隙物的结构与胶结类型第二节填隙物的结构与胶结类型 一、填隙物的结构一、填隙物的结构 1 1、胶结物的结构、胶结物的结构 胶胶结结物物的的结结构构特特征征主主要要表表现现为为胶胶结结物物的的结结晶晶程程度度、晶晶粒粒的的大大小小、晶晶粒粒的的排排列列方方式式、与与碎碎屑颗粒的关系等的差异，据些可分为以下类型：屑颗粒的关系等的差异，据些可分为以下类型：1)1)非晶质结构：非晶质非晶质结构：非晶质, ,显微镜下全消光的胶结物显微镜下全消光的胶结物, ,如如蛋白石、铁质等。蛋白石、铁质等。2)2)隐晶质结构：结晶细小显微镜下难辨晶粒，如玉髓、隐晶质结构：结晶细小显微镜下难辨晶粒，如玉髓、隐晶质磷酸盐、碳酸盐等。隐晶质磷酸盐、碳酸盐等。22233)3)显晶质结构：胶结物晶粒，晶粒小于碎屑颗粒，常显晶质结构：胶结物晶粒，晶粒小于碎屑颗粒，常见如碳酸盐等胶结物。见如碳酸盐等胶结物。u粒状粒状(镶嵌镶嵌)：胶结物粒状，小于碎屑，散布碎屑间：胶结物粒状，小于碎屑，散布碎屑间 u带状（薄膜状）：胶结物晶粒板片状，平行环绕碎带状（薄膜状）：胶结物晶粒板片状，平行环绕碎屑颗粒呈带状分布称为带状胶结，屑颗粒呈带状分布称为带状胶结，u栉状（丛生）结构：如果胶结物呈纤维状或细柱状栉状（丛生）结构：如果胶结物呈纤维状或细柱状垂直碎屑表面生长时，称栉壳状胶结；垂直碎屑表面生长时，称栉壳状胶结；u再生（次生加大）结构：常见自生石英胶结物沿碎再生（次生加大）结构：常见自生石英胶结物沿碎屑石英边缘呈加大边，两者光性方位是大体一致的。屑石英边缘呈加大边，两者光性方位是大体一致的。也常见长石和方解石的自生加大胶物结构。也常见长石和方解石的自生加大胶物结构。 4)4)嵌晶（连生）结构：是指胶结物晶体大于嵌晶（连生）结构：是指胶结物晶体大于 碎屑颗碎屑颗粒，往往将几个碎屑颗粒包含在一个晶体之内。嵌晶粒，往往将几个碎屑颗粒包含在一个晶体之内。嵌晶结构多是成岩、后生阶段重结晶作用的产物。结构多是成岩、后生阶段重结晶作用的产物。5)5)其它：凝块状或斑点状结构，由于胶结物在岩石中其它：凝块状或斑点状结构，由于胶结物在岩石中分布的不均匀性所造成的。分布的不均匀性所造成的。242526 早期石膏连晶基底式胶结，后期石膏脱水转化为硬石膏，（+）120；下第三系，江汉油田金6井27 中粒石英砂岩，硅质胶结，二次石英加大及残余粒间孔28丛生的及栉壳丛生的及栉桥的29302、杂基的结构、杂基的结构杂基的结构较为简单，按成因可分为杂基的结构较为简单，按成因可分为原杂基和正杂原杂基和正杂基基两种类型两种类型: u 1）原杂基）原杂基:原始沉积的未发生重结晶的杂基，主要原始沉积的未发生重结晶的杂基，主要是粘土质点及或多或少的极细小的石英屑、长石屑和是粘土质点及或多或少的极细小的石英屑、长石屑和云母屑等混杂物质，在相应层位内分布均均云母屑等混杂物质，在相应层位内分布均均; u2）正杂基）正杂基:是在成岩阶段有明显重结晶的原杂基。是在成岩阶段有明显重结晶的原杂基。正杂基在正杂基在含量和分布上继承了原杂基的特点，其差异含量和分布上继承了原杂基的特点，其差异在于重结晶作用明显，粘土物质多为显微鳞片结构甚在于重结晶作用明显，粘土物质多为显微鳞片结构甚而更粗，在偏光显微镜下常可分辨矿物的种类。而更粗，在偏光显微镜下常可分辨矿物的种类。在文献中还可见到与杂基有关的术语：在文献中还可见到与杂基有关的术语：假杂基假杂基；外杂基外杂基；淀杂基淀杂基。前二者又可合称为似杂基。前二者又可合称为似杂基。31 早期泥晶白云石重结晶成粉晶白云岩，白云石呈基底式胶结，颗粒为悬浮状。（-）1203233原杂基原杂基淀杂基淀杂基假杂基假杂基34 二、胶结类型二、胶结类型 由碎屑和填隙物的量比、碎屑颗粒间接触关系及填由碎屑和填隙物的量比、碎屑颗粒间接触关系及填隙物分布规律所显现的特征称为隙物分布规律所显现的特征称为“胶结类型胶结类型”。 各胶结类型的区别在于：碎屑与填隙物的数量关各胶结类型的区别在于：碎屑与填隙物的数量关系；碎屑间的接触关系；填隙物的分布规律。系；碎屑间的接触关系；填隙物的分布规律。 35(1)(1)基基底底胶胶结结类类型型: :填填隙隙物物含含量量较较多多，碎碎屑屑颗颗粒粒在在其其中中互不接触而呈漂浮状互不接触而呈漂浮状; ; (2)(2)孔孔隙隙胶胶结结类类型型: :碎碎屑屑颗颗粒粒构构成成支支架架状状，颗颗粒粒之之间间多多呈呈点点状状接接触触，胶胶结结物物含含量量少少，只只充充填填在在碎碎屑屑颗颗粒粒之之间的孔隙中。间的孔隙中。 (3)(3)接接触触胶胶结结类类型型: :颗颗粒粒之之间间呈呈点点接接触触或或线线接接触触，胶胶结物含量很少，分布于碎屑颗粒相互接触的地方。结物含量很少，分布于碎屑颗粒相互接触的地方。 (4)(4)镶镶（压压）嵌嵌胶胶结结类类型型: :颗颗粒粒之之间间由由点点接接触触发发展展为为线接触、凹凸接触，甚至形成缝合状接触。线接触、凹凸接触，甚至形成缝合状接触。 反反映映了了沉沉积积物物的的埋埋藏藏深深度度以以及及压压实实、压压溶溶等等成成岩岩作作用的强度和进程。用的强度和进程。363738SY/T5368.2-19953940三、结构成熟度三、结构成熟度 在沉积物形成改造过程中，碎屑物质接近于极结在沉积物形成改造过程中，碎屑物质接近于极结构的程度，称碎屑岩的结构成熟度。理论上终极结构构的程度，称碎屑岩的结构成熟度。理论上终极结构的碎屑应是等大球的碎屑应是等大球,颗粒支撑化学胶结填隙无杂基。颗粒支撑化学胶结填隙无杂基。 是一个描述性术语、比较是一个描述性术语、比较 的术语的术语,主要与杂基数主要与杂基数量、圆度及分选性有关。量、圆度及分选性有关。 福克提出的评价标准：福克提出的评价标准：第一步：粘土含量第一步：粘土含量(5%，未成熟；，未成熟；0.5次成熟；次成熟；0.5，据圆度细分，据圆度细分第三步：圆度第三步：圆度 为次棱角至棱角状为次棱角至棱角状,成熟成熟;次圆以上次圆以上,极成熟极成熟.41第三节粒度分析第三节粒度分析一、原理一、原理在一定的环境之中有一定的介质性质和水动力条在一定的环境之中有一定的介质性质和水动力条件，常可形成一定粒度组成的碎屑沉积物，研究碎屑件，常可形成一定粒度组成的碎屑沉积物，研究碎屑物质的粒度分布特点，即可判定沉积时的水动力条件物质的粒度分布特点，即可判定沉积时的水动力条件和环境类型。和环境类型。粒度分析方法，依碎屑岩的性质而定。粒度分析方法，依碎屑岩的性质而定。 粒度分析的结果是求得粒度分析的结果是求得不同粒级碎屑的相对百分不同粒级碎屑的相对百分含量含量-粒度分布。粒度分布。424344二、粒度分析资料数据的处理1、将粒分级，统计各粒级碎屑的相对百分含量和累计百分含量。452 2、按数理统计的、按数理统计的办法绘直方图、办法绘直方图、频率曲线图、累频率曲线图、累计频率曲线图计频率曲线图463 3、按一定的公式计算粒度参数、按一定的公式计算粒度参数 4748三、粒度分析资料的应用三、粒度分析资料的应用1、应用直方图确定环境、应用直方图确定环境492 2、就用累计频率曲线确定沉积环境、就用累计频率曲线确定沉积环境503、应用粒度参数判定沉积环境、应用粒度参数判定沉积环境514 4、应用粒度参数散点图判定沉积环境、应用粒度参数散点图判定沉积环境525 5、应用判别函数确定沉积、应用判别函数确定沉积53546、应用概、应用概率图判断率图判断沉积环境沉积环境555657585960617、用、用C-M图图判定沉判定沉积环境积环境6263本章小结本章小结1 1、碎屑颗粒的结构特征表现为粒度与分选性、球度与、碎屑颗粒的结构特征表现为粒度与分选性、球度与形态、圆度和表面形态等几个方面。形态、圆度和表面形态等几个方面。2 2、碎屑颗粒的大小、碎屑颗粒的大小( (一般为其平均值一般为其平均值) )称为粒度。不同称为粒度。不同碎屑岩，粒度的测量方法各异，结果不完全一致。粒度碎屑岩，粒度的测量方法各异，结果不完全一致。粒度的划分方案多样的划分方案多样, ,总体分为砾、砂、粉砂和泥四个粒级总体分为砾、砂、粉砂和泥四个粒级组。粒度分布与碎屑岩的形成条件密切相关，依据粒度组。粒度分布与碎屑岩的形成条件密切相关，依据粒度分折结果能有效的判定沉积条件和沉积环境。分折结果能有效的判定沉积条件和沉积环境。3 3、碎屑颗粒的均匀程度称为分选性；碎屑颗粒磨蚀圆、碎屑颗粒的均匀程度称为分选性；碎屑颗粒磨蚀圆化接近于球体的程度称为球度；碎屑颗粒磨蚀圆化在最化接近于球体的程度称为球度；碎屑颗粒磨蚀圆化在最大投影面上接近于圆的程度称为圆度；粒度、分选性、大投影面上接近于圆的程度称为圆度；粒度、分选性、圆度、球度以及形状和表面特征都碎屑形成、搬运沉积圆度、球度以及形状和表面特征都碎屑形成、搬运沉积过程中改造程度有关，还与碎屑自身特征有关。过程中改造程度有关，还与碎屑自身特征有关。644 4、胶结物的结构表现为其结晶程度、晶粒大小形状和与、胶结物的结构表现为其结晶程度、晶粒大小形状和与碎屑颗粒的关系等方面。胶结物结构类型如图所列。碎屑颗粒的关系等方面。胶结物结构类型如图所列。655、杂基的结构表现为重结晶的程度，据此可分为原、杂基的结构表现为重结晶的程度，据此可分为原杂基和杂基和 正杂基。似杂基正杂基。似杂基(假杂基、外杂基、淀杂基假杂基、外杂基、淀杂基)6、由填隙物与碎屑颗粒的量比、碎屑颗粒间的接触、由填隙物与碎屑颗粒的量比、碎屑颗粒间的接触关系和填隙物的分布状况所显现的特征称胶结类型。关系和填隙物的分布状况所显现的特征称胶结类型。常见的有四种胶结类型。常见的有四种胶结类型。7 7、碎屑颗粒在形成、搬、碎屑颗粒在形成、搬运和沉积的改造过程，运和沉积的改造过程，接近于终极结构的程度接近于终极结构的程度称结构成熟度，常依据称结构成熟度，常依据杂基的含量杂基的含量 、分选性、分选性及圆度的不同分为不成及圆度的不同分为不成熟、次成熟、成熟和极熟、次成熟、成熟和极成熟四级。成熟四级。