董續(xù)舒

摘要：沉積巖的物理性能受到粒度影響，導致物理性能變差，為了提高沉積巖的物理性能，提出了粒度分析在沉積巖中的應(yīng)用。本文通過精密度指標，從樣品用量、稀釋過程和樣品分取方式三方面，分析了影響粒度結(jié)果的因素。通過粒度分析區(qū)分沉積環(huán)境及判定物質(zhì)運動方式的應(yīng)用、判別水動力條件的應(yīng)用以及在其他方面的應(yīng)用。研究了粒度分析在沉積巖中的應(yīng)用，進一步提高了對沉積巖的物理性能的認識。

關(guān)鍵詞：粒度分析；沉積巖；粒度特征

1.引言

在沉積學領(lǐng)域的研究中，粒度分析法在沉積巖中的應(yīng)用非常廣泛[1]。巖石顆粒大小可以作為研究沉積巖和沉積巖分類的一個定量指標，并且能夠反映出沉積流體的力學性質(zhì)。沉積巖粒度大小信息可以劃分沉積環(huán)境、確定碎屑物質(zhì)的運移方式以及確定沉積巖形成時的水動力條件等，提供非常重要的理論依據(jù)；在沉積巖存儲層的地質(zhì)學研究中，存儲層巖石粒度是影響存儲層物質(zhì)性質(zhì)的一個重要因素[2]。粒度大小信息在研究中，是研究古氣候和沉積巖來源的重要依據(jù)；近幾年以來，海洋地質(zhì)研究得到了非常廣泛的發(fā)展。

對沉積巖粒度組成的研究已經(jīng)有近百年的歷史，歷史資料豐富、研究成果豐碩，為現(xiàn)代粒度分析奠定了理論基礎(chǔ)[3]。但是現(xiàn)在對沉積巖粒度概念的理解還比較簡單，尋找精確的測量方法和統(tǒng)一的標準仍然比較困難。對于沉積巖中顆粒分析的作用，不同領(lǐng)域的學者有著不同的理解。從粒度分析的歷史研究和現(xiàn)狀來看，它已成為沉積巖研究以及一些傳統(tǒng)行業(yè)和新興行業(yè)廣泛應(yīng)用的比較常規(guī)的一種分析方法，或者是解決沉積巖中關(guān)鍵科學問題的特殊方法[4]。

2.粒度分析方法

粒度分析在沉積巖中的應(yīng)用實驗采用麥克奇公司生產(chǎn)的粒度分析儀器，對實驗樣品的前處理通常是按照沉積學理論標準提供的方法進行。

2.1粒度分析的精密度

精密度指標是用來衡量粒度分析儀器性能的指標，本文采用玻璃微珠標準樣品來檢驗粒度分析儀的精密度，結(jié)果如表1所示。

分析表1的實驗測試結(jié)果可得，粒度分析儀器在精密度測試方面具有非常好的結(jié)果，經(jīng)過5次實驗測試之后，中值粒徑的標準偏差僅有0.19，而相對標準偏差為0.33%，對玻璃微珠標準樣品進行重復(fù)測量，計算了玻璃微珠標準樣品平均粒徑的相對標準偏差在3%～5%之間。

從玻璃微珠標準樣品粒度的分布范圍上看，實驗測試所用的玻璃微珠標準樣品粒徑在37μm～148μm之間，粒徑的比值為4∶1，沙漠樣品為1.5μm～600μm，沙漠樣品的粒徑比值為400∶1，沙漠樣品的粒徑比值較大。結(jié)果表明，采用粒度分析儀測試小尺寸的樣品時，比用細尺寸樣品得到的精密度要好。

2.2影響粒度分析結(jié)果的因素

對沉積巖粒度分析結(jié)果的影響往往存在多種因素，但是需要排除影響粒度分析儀器本身性能的因素，實驗樣品的選擇也是影響沉積巖粒度分析結(jié)果最顯著的一個因素[5]。下面從沉積巖樣品的用量、稀釋工藝及分選方式等方面，分析影響沉積巖樣品分離的因素。

2.2.1樣品用量對分析結(jié)果的影響

由于沉積巖的粒度分布范圍通常比較廣泛，因此，在樣品的選取和分析時，應(yīng)該充分考慮到實驗樣品所具有的代表性，盡可能取量大的樣品。另外，粒度分析的樣品用量也比較少。實驗所要求的沉積巖試樣最小體積應(yīng)該與粒度分布范圍呈正相關(guān)。對于沉積巖樣品的粒度范圍在20μm～ 200μm之間的，沉積巖試樣的用量至少為0.3L，而所需的分散劑為500L。對特定的粒度分析儀，則需要有一定的樣品杯容量。粒度測試儀的樣品杯容量為200 L。由此可估計出大約0.2g的樣本量。

用粒度分布范圍為30μm～150μm之間的沉積巖樣品進行加樣量試驗，最終的實驗結(jié)果表明，在粒度分布范圍在0.2g～0.5g之間，沉積巖樣品基本上可以滿足粒度分析儀器的要求。

2.2.2稀釋過程對分析結(jié)果的影響

粒度分析儀通過附加狀態(tài)條來提示操作者對沉積巖樣品用量的適宜性，從而決定是否選擇進行稀釋過程。比較同一份沉積巖樣品的直接測定和稀釋處理后測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，稀釋處理后沉積巖樣品的粗粒度變化較大。在稀釋過程中，粒徑大于200μm的顆粒比例減小，大于100μm～ 200μm的顆粒比例增大，小于100μm的顆粒比例變化不大。結(jié)果如圖1所示。

研究發(fā)現(xiàn)，稀釋過程對樣品中沉積巖顆粒的影響較大，并且大于100μm。另外，通過對比50組沉積巖樣品稀釋前后的粒度分布情況，說明稀釋過程可以使沉積巖樣品的平均粒徑變細；按照粒度分級標準，沉積巖中砂粒含量逐漸減少，粉砂和粘土含量開始增加。由于沉積巖試樣的粒徑分布非常廣泛，在稀釋處理過程中，可能會使沉積巖試樣中的粗顆粒產(chǎn)生沉淀現(xiàn)象。因此，稀釋處理過程會影響沉積巖樣品的粒度分布，在實際工作中應(yīng)該盡量按照粒度分析儀器的負載要求，采集和分析沉積巖樣品，減少稀釋處理過程對測試結(jié)果的影響。

2.2.3樣品分取方式對分析結(jié)果的影響

粒度分析的試驗質(zhì)量要求是：兩個平行沉積巖試樣平均粒度值的絕對誤差必須控制在0.4Φ以內(nèi)，標準差的絕對誤差應(yīng)該控制在0.5Φ以內(nèi)。規(guī)范中規(guī)定的沉積巖樣品分離方法是：沉積巖樣品經(jīng)過相應(yīng)的預(yù)處理之后，按照所用粒度分析儀器的負載情況進行均分，制成懸浮物上機檢測。沉積巖樣品的分取方法在實際工作中經(jīng)常采用，將所有預(yù)處理過的沉積巖樣品制成懸浮體，邊攪拌邊提取適量的上機試樣。采用兩種沉積巖樣品分選方法對30組樣品進行了測試，結(jié)果表明，采用均勻抽樣方法，平均粒度超差為10%，標準偏差為3.33%；采用抽樣方法，標準偏差20%，標準超差6.67%。

按照粒度的分級標準，在均分取樣方法分析的結(jié)果中，大部分砂的比例低于吸水取樣法，平均偏低2.02%；兩種方法中粉砂的比例有的高有的低，大部分砂都控制在5%以內(nèi)；采用均分法后，粘土的比例較大，比吸水取樣法高1.79%。

由以上分析可以看出，兩種沉積巖樣品分取樣式的抽取方法比較容易產(chǎn)生試驗的隨機誤差。兩者所得到的粒度分布也存在一定差異。

3.粒度分析在沉積巖中的應(yīng)用策略

沉積巖的粒徑分布主要由沉積巖的輸送介質(zhì)、輸送方式和沉積環(huán)境決定。通過對沉積巖粒度分布進行相關(guān)研究，可以了解到沉積巖所處的沉積環(huán)境[6]。研究基于相同粒徑的沉積巖分布表明沉積環(huán)境是等效的假設(shè)。

3.1在區(qū)分沉積環(huán)境及判定物質(zhì)運動方式上的應(yīng)用

依據(jù)概率累積曲線圖來區(qū)分沉積巖所處的沉積環(huán)境，沉積巖的粒度組成是按照顆粒移動方式可以劃分為懸移、躍移和推移三種粗細不同的成分。每一種組分都具有不同的粒度分布特征，因而在概率累積曲線圖上反映的是彼此之間不同的三組線段[7]。其中，粗粒部分反映的是流行性組分，中粒部分反映的是跳躍性組分，細粒部分反映的是懸移性組分。每一條線段的斜率反映了相應(yīng)組分的分選情況，且分選程度越高越好。

利用粒度參數(shù)研究沉積巖的沉積環(huán)境時，常用的粒度參數(shù)包括平均粒度大小、標準偏差、偏態(tài)和峰度等。

平均粒徑表示的是沉積巖顆粒的粗細，以粒度參數(shù)作為沉積巖剖面的粒度韻律曲線，是研究沉積巖韻律的基礎(chǔ)；平面均粒度等高線圖是劃分相帶、尋找物源的依據(jù)之一。標離差表示沉積巖的分離程度，通常用來分析沉積巖沉積環(huán)境的動態(tài)性和沉積巖的物質(zhì)來源，當標準差為0時，說明沉積巖樣品是絕對均勻的，事實上，自然界中不存在絕對均勻一致的沉積巖，所以標準差均大于0。偏態(tài)指沉積巖的粗細分布的對稱性[8]。利用粒度參數(shù)研究沉積巖的類型，往往需要對各種粒度參數(shù)進行綜合分析，才能達到較好的效果。

3.2在判別水動力條件上的應(yīng)用

沉積巖的粒度分布綜合反映了物質(zhì)來源、沉積區(qū)水動力環(huán)境、輸送能力及輸送路線。從沉積巖的碎屑源區(qū)進入海岸帶的碎屑往往是粗細不一的，在波浪流聯(lián)合作用下，細顆粒與粗顆粒相比運動快，在輸送過程中沉積巖碎屑被磨成粉碎狀，使得沉積巖物質(zhì)離來源越遠，粒徑就越小；在水力強的地方，沉積巖顆粒就越粗；相反，在水力弱的地方，沉積巖的顆粒就越細。通過粒度分析資料對沉積巖進行分類和命名，所得到的沉積巖類型分布規(guī)律，對于區(qū)分沉積巖沉積環(huán)境的水動力條件具有重要意義。

3.3粒度分析在其他方面的應(yīng)用

沉積巖粒度數(shù)據(jù)除了可以用來確定沉積巖的類型、確定沉積巖的運動方式以及確定水動力條件外，還可以用來研究海洋環(huán)境中沉積巖的凈運移方向，把沉積巖凈運移方向與粒度參數(shù)的空間變化聯(lián)系起來，也就是粒度趨勢分析[9]。結(jié)果表明，同一沉積環(huán)境下，底質(zhì)的粒徑分布曲線隨取樣位置的不同而變化。顆粒大小特征的空間變化是由多種動力輸送作用引起的，例如顆粒的磨損、選擇性輸送以及不同原料的混合等。據(jù)此可根據(jù)顆粒大小特征的空間差異，反演顆粒堆積前的搬運過程。

4.結(jié)語

本文提出了粒度分析在沉積巖中的應(yīng)用，利用精密度指標，研究了影響粒度分析結(jié)果的因素，通過粒度分析在區(qū)分沉積環(huán)境及判定物質(zhì)運動方式上的應(yīng)用、在判別水動力條件上的應(yīng)用以及在其他方面的應(yīng)用，研究了粒度分析在沉積巖中的應(yīng)用，進一步提高了對沉積巖的物理性能的認識。

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