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切片粒度分析

目前,篩析法是粒度分析中應用最廣泛的方法,因為它快速、準確。只要在振動篩上的時間壹樣,就不存在工作誤差的問題。而篩析法只適用於現代沈積砂和古代固結疏松砂巖,不適用於不能疏松的砂巖。對於後者,目前還沒有完善的疏松方法,而且在疏松過程中,可能會造成碎屑疏松不完全或碎屑顆粒破碎,嚴重影響原始粒徑分布。另外,篩析法不能發現碎屑顆粒在成巖過程中的粒度變化(如次生擴大、破碎等。)這種變化會嚴重扭曲巖石原有的粒度分布。因此,固結巖石,尤其是矽質膠結巖石的粒度分布只能在薄片上進行。薄片粒度分析的準確度比篩析法差,因為薄片中計算的顆粒比篩析法少得多,分析速度慢,分析結果不能直接與篩析法對比。這裏簡單介紹壹下薄片粒度分析的方法。薄片的制備與普通巖石薄片相同。松散的砂巖用膠水浸泡,煮沸後再磨。而用於粒度分析的薄片略大(3.0 cm×2.0 cm),尤其是粗粒砂巖,這樣才能在薄片中測出足夠的顆粒。用作研磨薄片的樣品必須在采集的巖層中具有代表性。為了盡可能避免切片效果造成的差異,最好垂直切片。而G.M.Friedman(1978)所做的實驗表明,切片方向不同造成的粒度分布差異很小,在分析誤差允許的範圍內可以忽略不計。

1.薄片上顆粒大小的測定方法

用什麽方法選取薄片上的待測顆粒,稱為取樣法,常用的系統取樣法有點計法和線計法。計數法是常用的帶網格的目鏡,每個網格的邊長應大於切片中顆粒的最大表觀直徑。用壹個機械臺使切片通過顯微鏡的視場,測量網格節點接觸的顆粒大小(圖6-1)。線度計法是用機械表在垂直於目鏡測微計的方向上移動薄片,十字絲豎絲接觸到的顆粒都要測量。測量壹條線後,將薄片平行於水平線移動壹段距離,再按上述方法測量,直到測量到足夠的顆粒為止。測量線之間的間隔應大於板材中顆粒的最大表觀直徑(圖6-2)。

圖6-1切片粒度分析計數法

圖6-2切片粒度分析的線度計方法

兩種采樣方法得到的結果不同,不能直接比較。不同的采樣方法得到不同的結果,這是由於片內不同粒徑的顆粒被線和點接觸的概率不同。很明顯,大粒子碰到直線或點的概率大於小粒子。顆粒穿過測線的概率與測線垂直方向的顆粒直徑成正比。在計數法中,粒子遇到壹個點的概率與粒子的可見表面積成正比。用米尺法,將薄片放在機械臺上,橫坐標固定,使薄片垂直於目鏡測微計緩慢移動。中心位於目鏡測微計特定讀數之間的所有顆粒應根據尺寸進行分類和計數(圖6-3)。該帶的寬度應等於或大於樣品中顆粒的最大表觀直徑。實驗證明,用能帶計法測得的結果最接近樣品中真實的粒度分布。

因為不同取樣方法得到的結果不能直接比較,所以如果要用統計方法比較不同的樣品,就必須在每壹個細節上使用相同的取樣方法和測定方法。此外,由於薄片中的片狀礦物和重礦物的水動力特征與應時、長石等礦物有較大差異,故未計算在內。有些礦物邊緣模糊,沒有統計。片材邊緣的顆粒容易被研磨,因此需要避免測量那裏的顆粒。最後,將測量結果填入鱗片粒度統計表(表6-2)。

圖6-3用於切片粒度分析的帶式計量方法

表6-2紙張粒度統計

2.各種測量直徑的比較和換算

用粒度數據解釋沈積環境的工作始於現代沈積物的研究。古代巖石的沈積環境分析也可以通過巖石粒度分析與現代沈積物的粒度分布進行對比。

現代沈積物的粒度分析壹般采用常規的篩析法,結果是不同粒徑顆粒的質量百分比。目前大多數古巖石只能通過薄片分析,結果是不同粒徑顆粒的百分比。兩者不能直接比較,必須轉換才能比較。即使是同壹種方法,也只能進行統計比較,永遠無法進行單個粒子的比較。

篩分直徑與沈降速度分析直徑的平均偏差小於0.1φ。壹般兩種方法可以互相配合使用,不需要轉換,但在精確研究中必須轉換。薄片分析和篩析的表觀直徑偏差可達0.25φ以上,在任何情況下都不能壹起使用或直接比較。將表觀直徑換算成篩孔直徑的方法很多,但G.M.Friedman通過統計分析作出的線性回歸換算簡單而準確。任意粒度的回歸轉換方程為

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式中:d為換算後的篩孔直徑值;d是在切片中測量的表觀長度直徑;都是φ單位。換算後,換算值與實際篩析值的最大偏差壹般小於1/4φ單位。這個精度高於1/4φ分組區間,足夠壹般沈積學研究使用。

將切片的表觀直徑與真實直徑進行比較,根據實驗,在直徑相同的球形集料截面上測得的平均表觀直徑是真實直徑的0.765倍,即在顆粒集料的切片中,顆粒的平均表觀直徑小於真實直徑,稱為切片效應。

3.薄片粒度測量的要求

粒度測量是粒度分析的基礎,要求很多,但是測量工作非常復雜,效率很低。切片粒度分析是研究固結樣品的唯壹方法,偏光顯微鏡和掃描電子顯微鏡均可使用。近幾年圖像分析儀的出現,基本實現了薄片粒度分析的自動化,效率大大提高。薄片的統計是粒子數。

薄片粒度分析用於沈積環境研究時,對巖樣的基本要求是砂巖中應時碎屑的含量應大於70%,至少應時和長石的含量應大於70%。溶解交代現象越弱越好,次生增加越弱。切片方向可以垂直或平行於平面,這取決於研究目的和所需的精度。在碳酸鹽巖研究中,采樣密度可達1 cm,並可平行切片。測量時,壹般采用線度計法提取顆粒。線上的粒子都要測量,不能有主觀選擇。每片200 ~ 500粒就夠了。碳酸鹽巖需要測量1000以上的顆粒。

需要確定切片中有多少顆粒來代表整個切片的粒度分布,這必須在分析開始之前確定。測量的顆粒太少,無法代表板材中的顆粒尺寸分布;如果粒子太多,就會浪費時間,得不到精度。根據砂巖樣品的實驗,在樣品中測量了100、200、300、400和500個顆粒,並作出了粒度累積百分比曲線。由於計數400個顆粒,粒徑累積曲線的形狀基本保持不變,因此確定片材中計數400 ~ 500個顆粒為滿足精度要求的最小計數。

薄片的分析直徑換算成篩析值時,也存在所謂的異堿基問題。如果不對雜基進行校正,往往沒有懸浮群體的末端,而是跳躍群體不轉彎直接延伸通過3 φ ~ 4 φ的分界點,平均值小於2φ的中細砂巖、粉砂巖往往如此。這是因為4φ~ 7φ的粒子較小,所以被測量的機會增加,或者都合並成4.5φ或5φ,導致細粒子數增加,本質上是壹種統計截斷效應(截斷點不同,分布也不同)(圖6-4)。

雜基校正的方法是將顯微鏡調整到6φ,測量或估計雜基含量。由於切片效應和成巖後生作用,薄片雜質基值壹般較高,因此取2/3 ~ 1/2作為校正值。假設δ,將每個累積百分比乘以(100-δ),重畫壹條曲線。對於弱固結巖石,同壹試樣既可用於篩分分析,也可用於薄片分析,通過實驗可得到校正系數(100-δ)。

圖6-4截斷效果

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