CN105651653A - 一种砂质沉积颗粒区分方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砂质沉积颗粒区分方法，属于沉积学技术领域。本发明包括以下步骤：样品的采集与处理，通过扫描电镜图像分析石英颗粒表面的磨圆度、碟形撞击坑、新月形撞击坑、贝壳状断口、V形撞击坑、撞击沟，利用线测法统计石英颗粒表面特征，利用具有撞击沟和碟形撞击坑的石英颗粒占线测法中直线经过的所有石英颗粒的比值做出判别图版，利用具有新月形撞击坑和“V”形撞击坑的石英颗粒占线测法中直线经过的所有石英颗粒的比值做出判别图版。本发明相比于粒度分析的手段，适用范围广，结果没有或极少存在多解性。相对于层理分析的手段，将研究尺度推进到微观尺度，理论依据较强、判定结果准确。

Description

一种砂质沉积颗粒区分方法

技术领域

本发明属于沉积学技术领域，尤其与一种区分水成和风成因砂质沉积颗粒的方法有关。

背景技术

沉积环境是沉积物(岩)形成时具有特定的物理、化学和生物条件的区域。沉积物在不同沉积环境中会表现出不同的特征。由于风成和浪成沉积体系的原始驱动力都是风，二者往往在海洋或者湖泊滨岸带同时相互伴生存在。在以往的沉积环境判定中，很难将二者区分出来。对于油气勘探来说，如果能够在这二者中将浪成滩坝储集体识别出来，对目前的油气勘探有很大的指导意义。

现有区分水成和风成成因砂质沉积颗粒的方法是这样的：

1)粒度分析：对于沉积环境的判别现在多采用粒度分析的方法。沉积物的粒度特征是沉积物物源、水动力能量、搬运距离等综合作用的结果，通过沉积物粒度特征，如沉积物的平均粒径、沉积物分选系数、沉积物的偏度、沉积物粒度的峰态可以反演影响沉积物粒度变化的环境因素，特别是沉积场所动力条件和物源，进一步追溯沉积物形成时的沉积环境。因此根据沉积物的粒度及其组合特征分析沉积物环境信息是现在较为常见的一种方法。表1是现有根据粒度参数分析研究得到的各类沉积环境的判别函数，其中Mz代表平均粒径，σ₁代表分选系数，SK₁代表偏度，K_G代表峰度。

表1鉴别沉积环境的判别函数

粒度分析步骤：①样品处理，具体包括：选0.5－1g样品放入50ml烧杯中，加入20ml左右的自来水浸泡样品；之后加入2－3滴双氧水，静置24小时，待反应完全，晃动不再冒泡；24小时后蒸样品，直至双氧水挥发出来；加入10％稀盐酸(1－2ml)，静置24小时；加蒸镏水，静置24小时，直至再次沉淀；再次稀释至少3次，确保样品为中性。

②对样品进行试验，具体包括：将激光粒度仪开机预热大约30分钟，将上述制备的样品悬浊液搅拌均匀，以遮光度达到10％-20％为准，并同时对样品池中的样品超声处理5分钟；设置循环次数，一般循环3-4次为宜，每次的测量时间设置为8秒，仪器自动分析，检测数据并求平均值，得出粒度分布结果。

③数据处理：马尔文2000激光粒度仪可借助其提供的软件给出各级粒径所对应的体积百分数及分布曲线、中值粒径、各级累积体积所对应的粒径等信息。对于浪成的颗粒粒度一般较大，对于风成的颗粒粒度一般较小。

2)沉积构造分析：层理是沉积岩在形成过程中，由于沉积环境的改变，所引起的沉积物质的成分、颗粒大小、形状或颜色沿垂直方向发生变化而显示出的成层现象。所以对层理进行分析可以得出其沉积环境。

由风力作用形成的层理主要是风成交错层理。一般认为大型高角度交错层理对风成环境具有指示作用。风成沙丘形成的交错层理的特点是：规模大，层系的厚度一般由几十厘米到1～2米，有时可达10米以上。

由波浪作用形成的层理主要有丘状交错层理、浪成沙纹层理和冲洗交错层理。丘状交错层理是由一些大的宽缓波状层系组成的，外形上像隆起的圆丘状，向四周缓倾斜。丘状交错层理一般丘高为20～50厘米，宽为1～5米。浪成沙纹交错层理是由浪成沙纹迁移形成的交错层理。冲洗交错层理又称海滩加积层理，当波浪破碎后，继续向海岸传播，在海滩的滩面上，产生向岸和离岸往复的冲洗作用，形成冲洗交错层理。

然而该识别方法存在以下缺陷：

1)粒度分析和层理分析所用到的判别依据(鉴别值)是根据经验确定来，粒度分析和层理分析的结果多解性强，可靠性差。

2)现在各实验室多配备的是马尔文2000激光粒度仪，该激光粒度分析仪只适用于粒径为0.02-2000微米的颗粒，所以对于粒度大于2000微米的颗粒无法用此方法。综合该方法的误差较大和使用范围小的原因来说，目前还无法满足区分风成和浪成沉积环境的需求。

3)现有通过层理分析的手段只能定性的分析沉积环境，不能定量化的区分。并且对于层理分析是宏观的大尺度的观察，没有微观尺度的分析。

因此，针对上述问题，找到一种简单的区分风成和浪成沉积环境的方法变得尤为重要。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的旨在克服现有的沉积颗粒区分方法存在的可靠性差、使用范围较窄和没有定量化区分沉积环境等问题，提供一种可靠性好、使用范围广的砂质沉积颗粒区分方法。

为此，本发明采用以下技术方案：

一种砂质沉积颗粒区分方法，包括以下步骤：

步骤1、样品的采集与处理：

1)、样品清洗：首先将野外采集回来的松散样品置入烧杯中，用自来水浸泡、冲洗，去掉泥质；

2)、样品烘干：把剩余的碎屑颗粒烘干后过60-80目的筛，得到60-80目之间的颗粒；

3)、挑出石英颗粒：通过双目镜挑选出无色透明和油脂光泽的石英颗粒，同浓度为20％盐酸混合，将其浸泡8小时，以便去掉碳酸质，然后用自来水清洗这些石英颗粒，再烘干。

4)、镀金：将最后挑出的石英颗粒，用导电胶粘贴在样品台上，放进镀金装置中，进行约5分钟的镀金，最后就可以通过扫描电镜观察了；以上是对于松散样品的处理步骤，对于已固结或者半固结的岩样，在上述步骤之前还需将样品进行分离。

步骤2、通过扫描电镜图像分析石英颗粒表面的磨圆度、碟形撞击坑、新月形撞击坑、贝壳状断口、V形撞击坑、撞击沟。

步骤3、利用线测法统计石英颗粒表面特征

在扫描电镜的最大视域下(即放大倍数最小)的截图中加入一条贯穿全图的直线，统计直线经过的所有颗粒中含有上述特征颗粒的数量。本研究在统计石英颗粒表面特征时采用线测法，减少了统计的难度，提高了准确性；

步骤4、利用具有撞击沟和碟形撞击坑的石英颗粒占线测法中直线经过的所有石英颗粒的比值做出判别图版，利用具有新月形撞击坑和“V”形撞击坑的石英颗粒占线测法中直线经过的所有石英颗粒的比值做出判别图版。

作为对上述技术方案的补充和完善，本发明还包括以下技术特征。

所述步骤1中的a操作需反复进行，直到把碎屑颗粒表面的泥质洗干净为止。

所述步骤2中碟形撞击坑与新月形撞击坑为风成环境的沉积颗粒；所述步骤2中的贝壳状断口、V形撞击坑与撞击沟为水成环境的沉积颗粒。

所述步骤2中通过扫描电镜图像分析石英颗粒表面上的椭圆形坑由短的撞击沟演化；阶梯状断口呈一些列平行的细长形沟壑，由多个贝壳状端口组合而成的；W形坑由两个V形坑组合而成，为水成环境的沉积颗粒；“8”字型坑在风成环境出现的频率高于水成环境。

使用本发明可以达到以下有益效果：本发明利用扫描电镜的方法，研究石英颗粒的表面特征，通过统计分析具有该特征的石英颗粒数量所占扫描电镜视域中颗粒总数的比例来定量的区分风成与浪成环境，本发明在统计石英颗粒表面特征时利用线测法，大大降低了统计难度，提高了统计的准确性。本发明将定性分析和定量统计相结合，得到具有撞击坑和碟形坑的石英颗粒占线测法中直线经过的所有石英颗粒的比值，从而确定了区分风成和浪成环境的图版。结果准确性高，可靠性强。本发明相比于粒度分析的手段，适用范围广，结果没有或极少存在多解性。相对于层理分析的手段，将研究尺度推进到微观尺度，理论依据较强、判定结果准确。

附图说明

图1为本发明的线测法连线一示意图。

图2为本发明的线测法连线二示意图。

图3为本发明的线测法连线三示意图。

图4为本发明的线测法连线四示意图。

图5为具有撞击坑和碟形坑的石英颗粒占视域中所有石英颗粒的比值示意图。

图6为具有新月形撞击坑和“V”形撞击坑的石英颗粒占视域中所有石英颗粒的比值示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。

实施例：如图1～图6所示，本发明包括以下步骤：

步骤1、样品的采集与处理：

1)、样品清洗：首先将野外采集回来的松散样品取约500g(因不同研究的需要可调整)，置入1000ml的烧杯中，用自来水浸泡、冲洗，去掉泥质；

2)、样品烘干：把剩余的碎屑颗粒烘干后过60-80目的筛，得到60-80目之间的颗粒；

3)、挑出石英颗粒：通过双目镜挑选出具无色透明和油脂光泽的石英颗粒，同浓度为20％盐酸混合，将其浸泡8小时，以便去掉碳酸质，然后用自来水清洗这些石英颗粒，再烘干。

4)、镀金：将最后挑出的石英颗粒，用导电胶粘贴在样品台上，放进镀金装置中，进行约5分钟的镀金，最后就可以通过扫描电镜观察了；以上是对于松散样品的处理步骤，对于已固结或者半固结的岩样，在上述步骤之前还需将样品进行分离。

为避免破坏石英颗粒表面结构，分离样品是采用浸泡手搓的方法，绝不能用冲击的方式或硬接触研磨分离，只能用手指轻轻的研开，或者用两块橡皮夹住研开。针对砂岩的各种不同胶结物采用不同溶剂反复浸泡、手搓，直至分离。采用这种方法处理样品时，尽管很谨慎，但是在石英颗粒表面总会产生一些破损，尤其是固结较好，致密的样品。在分析时一定要充分意识到这一点，必须谨慎地区别分离过程中人为产生的机械磨损特征和样品原有的结构特征。

步骤2、通过扫描电镜图像分析确定石英颗粒表面特征:

石英颗粒表面特征是颗粒在搬运过程中受到机械作用而产生的痕迹，主要包括磨圆度、碟形撞击坑、新月形撞击坑、贝壳状断口、V形撞击坑、撞击沟等。化学作用包括化学溶蚀作用和化学沉淀作用。

1)磨圆度

磨圆度是岩石或矿物颗粒在搬运过程中经冲刷，滚动，撞击，棱角被磨圆的程度。根据磨圆程度，可分为：圆状、次圆状、次棱角状、棱角状。棱角状：颗粒具有尖锐棱角，棱线向内凹进；次棱角状：颗粒的棱和角均稍有磨蚀，但棱和角仍清晰可见；次圆状：棱角有显著的磨损、棱线略与向外凸出，但原始轮廓还可看出；圆状：棱角全磨圆，棱线向外凸出呈弧状，原始轮廓均已消失。

2)碟形撞击坑

碟形撞击坑为圆盘状撞击坑。研究表明，碟形撞击坑是风成条件下石英的典型特征，是磨圆好的颗粒互相撞击的结果。由于颗粒磨圆度好，接触点受力分散而均匀，所以颗粒在碰撞后只能形成平整的圆盘状的撞击坑。这种撞击坑一般形成于强风暴中，代表高能的环境。

3)新月形撞击坑

新月形撞击坑也是风成环境中特有的，呈新月形，其成因与碟形坑相同，一般认为是碟形坑与V形坑的过渡类型。也代表风成高能的环境。

4)贝壳状断口

一般呈圆盘状或扇形，见平行解理纹，在弧形面上极像贝壳同心纹因而得名。在高能水成环境中颗粒主要呈棱角状次棱角状，由于水的缓冲作用，颗粒破碎几率小，因此产生的贝壳状断口少且面积较小，而中低能量水下环境则不会产生。一般在风成环境中少见，仅在刚进入风成环境不久的颗粒上偶尔见到。

5)V形撞击坑

V形撞击坑呈小而窄的V字形。V形撞击坑的形成是由于颗粒之间以水作缓冲介质相互碰撞，颗粒的凸出部份使表面接触处发生破裂，石英本身的脆性决定了破裂的形态。为机械碰撞、磨损的痕迹，代表高能机械环境。在风成环境中，由于风的磨蚀改造作用，很难将这一现象保存下来。

6)撞击沟

撞击沟主要出现在河湖环境中，代表高能水下环境。进入风成环境后，极易被磨蚀掉，因此一般很少见。

7)化学溶蚀作用

化学成因特征是石英颗粒受沉积环境化学作用而产生的特征。通过扫描电镜对石英颗粒表面附生物特征与化学成因特征分析研究认为，石英颗粒表面化学成因特征主要可分为SiO₂溶蚀作用和SiO₂沉淀作用。

晶面解体带和晶面非解体带之间存在着一个过渡带。当化学溶蚀作用深入到过渡带就形成了深邃的溶蚀沟和溶蚀坑，坑中可见蚀遗残块或尚末脱落的盖状石英解理片。

8)化学沉淀作用

强烈的溶蚀作用往往和显著的沉淀作用相伴随，尤其在风成环境中，干湿变化极为明显，但孔隙水不饱和，溶蚀的SiO₂不易被带走，就在颗粒表面沉淀。形成化学沉淀作用。

9)结论

①经过研究表明风成石英在扫描电镜下具有以下特征：

a.磨圆度普遍较高，表面一般呈毛玻璃化；

b.普遍可见标准的碟形撞击坑与新月形撞击坑等；

c.化学成因特征强烈，反映了高能化学环境。

②经过研究表明浪成石英在扫描电镜下具有以下特征：

a.磨圆度普遍较低；

b.普遍可见贝壳状断口、V形撞击坑与撞击沟等。

c.化学成因特征不明显。

10)扫描电镜下石英颗粒表面新现象的发现及成因推测：

椭圆形坑：椭圆形坑呈椭圆状或者稍拉长的椭圆状，通过观察研究发现浪成环境中的石英颗粒表面椭圆形坑的现象居多。风成环境中的石英颗粒表面虽然也有该现象，但是明显少于浪成环境。通过对比现有的研究，推测椭圆形坑是由短的撞击沟演化而来的。

阶梯状断口：阶梯状断口外形呈一些列平行的细长形沟壑，其成因和贝壳状端口类似，甚至可以认为是多个贝壳状端口组合而成的。在高能水成环境中颗粒主要呈棱角状次棱角状，由于水的缓冲作用，使石英颗粒表面产生一些列没有完全破碎的沟壑。一般在风成环境中少见，反映水下高能环境。

“W”形坑：W形坑因其外形像字母“W”而得名，这种现象多见于水成环境的石英颗粒表面，W形坑是由于棱角状或者次棱角状的颗粒相互碰撞产生的。目前认为这种现象是由两个V形坑组合而成的，由于颗粒之间撞击的角度和次数不同，会产生变形的W形坑，所以典型完整的W形坑较为少见，而变形的W形坑较为多见。

“8”字形坑：“8”字型坑在风成环境出现的频率明显高于水成环境，其成因和碟形坑类似。在风成环境中，石英颗粒的磨圆度好，磨圆很好的颗粒相互碰撞就形成了圆形的坑，而两个或多个碟形坑相组合，便产生了“8”字形坑。

扫描电镜可以把对物质表面形态的研究提升到微米级别，而且视觉上清晰，立体感强烈。石英具有较大的硬度和较高的化学稳定性，因而其颗粒表面特征可以很好地反映沉积环境，不同沉积环境下的石英颗粒具有不同的特征。本发明重点观察石英颗粒在风与水环境中的典型特征，通过统计分析具有该特征的石英颗粒数量所占扫描电镜视域中颗粒总数的比例来定量的区分风成与浪成环境。

步骤3、利用线测法统计石英颗粒表面特征：

线测法是指在扫描电镜的最大视域下(即放大倍数最小)的截图中加入一条贯穿全图的直线，如图1-图4所示，统计直线经过的所有颗粒中含有上述特征颗粒的数量。本研究在统计石英颗粒表面特征时采用线测法，减少了统计的难度，提高了准确性。

步骤4、建立水成和风成成因砂质沉积颗粒的判别图版：

石英颗粒表面在不同的沉积环境中，由于不同的撞击方式，会表现出不同的颗粒表面特征现象。对于风成环境来说，普遍可见标准的碟形撞击坑、新月形撞击坑，对于浪成环境来说，普遍可见撞击沟、“V”形撞击坑，通过统计分析这些典型特征所占的比例定量化的区分波浪环境和风成环境。

图5是利用具有撞击沟和碟形坑的石英颗粒占线测法中直线经过的所有石英颗粒的比值做出的判别图版。通过图5可以看出浪成和风成环境中的典型特征——撞击沟和碟形坑所占总颗粒的比有明显的差别。在浪成环境中撞击沟所占的比值高，大于23％，碟形坑占的比值低，小于33％，即浪成环境的石英颗粒在交会图的右下部分。而在风成环境中碟形坑所占的比值高，大于33％，撞击沟所占的比值低，小于23％，即风成环境的石英颗粒在交会图的左上部分。据此可以定量的区分风成和浪成环境。

图6是利用具有新月形撞击坑和“V”形撞击坑的石英颗粒占线测法中直线经过的所有石英颗粒的比值做出的判别图版。通过图6可以看出浪成和风成环境中的典型特征——“V”形撞击坑和新月形撞击坑所占总颗粒的比有明显的差别。在浪成环境中“V”形撞击坑所占的比值高，大于35％，碟形坑占的比值低，小于36％，即浪成环境的石英颗粒在交会图的左上部分。而在风成环境中新月形撞击坑所占的比值高，大于36％，“V”形撞击坑所占的比值低，小于35％，即风成环境的石英颗粒在交会图的右下部分。据此可以定量的区分风成和浪成环境。

本发明把对物质表面形态的研究提升到微米级别，而且视觉上清晰，立体感强烈。本研究将水成和风成环境的沉积物研究推进到微观的尺度，利用扫描电镜的方法，研究石英颗粒的表面特征。石英具有较大的硬度和较高的化学稳定性，因而其颗粒表面特征可以很好地反映沉积环境，不同沉积环境下的石英颗粒具有不同的特征。本研究强调利用石英表面的特征区分风成和水成环境，并且给出了从沉积物中挑选出石英颗粒的详细步骤。经实践发现该步骤操作简单、结果理想，是挑选石英颗粒的有效方法，在观察扫描电镜的过程中发现了一些前人没有注意到的现象，包括椭圆形坑、阶梯状断口、“W”形坑、“8”字形坑。这些现象对于判别水成和风成环境是十分有利用价值的，在统计石英颗粒表面特征时利用线测法，大大降低了统计难度，提高了统计的准确性。这种方法是前人没有用过的。利用扫描电镜观察石英颗粒表面特征、扫描电镜图像分析、石英颗粒表面特征结果统计、分析统计结果这一些列方法综合判断沉积物的环境，将定性分析和定量统计相结合，得到具有撞击坑和碟形坑的石英颗粒占线测法中直线经过的所有石英颗粒的比值，从而确定了区分风成和浪成环境的图版。结果准确性高，可靠性强。

本发明主要从石英颗粒表面的特征出发，通过扫面电镜实验手段来观察、利用线测法来统计，将定性分析和定量统计相结合区分风成和浪成环境。相比于粒度分析的手段，适用范围广，结果没有或极少存在多解性。相对于层理分析的手段，将研究尺度推进到微观尺度，理论依据较强、判定结果准确。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种砂质沉积颗粒区分方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、样品的采集与处理：

1)、样品清洗：首先将野外采集回来的松散样品置入的烧杯中，用自来水浸泡、冲洗，去掉泥质；

2)、样品烘干：把剩余的碎屑颗粒烘干后过60-80目的筛，得到60-80目之间的颗粒；

3)、挑出石英颗粒：通过双目镜挑选出具无色透明和油脂光泽的石英颗粒，同浓度为20％盐酸混合，将其浸泡8h，然后用自来水清洗再烘干；

4)、镀金：将最后挑出的石英颗粒，用导电胶粘贴在样品台上，放进镀金装置中，进行5分钟的镀金；

步骤2、通过扫描电镜图像分析石英颗粒表面的磨圆度、碟形撞击坑、新月形撞击坑、贝壳状断口、V形撞击坑、撞击沟；

步骤3、利用线测法统计石英颗粒表面特征

在扫描电镜的最大视域下的截图中加入一条贯穿全图的直线，统计直线经过的所有颗粒中含有上述特征颗粒的数量；

步骤4、利用具有撞击沟和碟形撞击坑的石英颗粒占线测法中直线经过的所有石英颗粒的比值做出判别图版，利用具有新月形撞击坑和“V”形撞击坑的石英颗粒占线测法中直线经过的所有石英颗粒的比值做出判别图版。

2.根据权利要求1所述的一种砂质沉积颗粒区分方法，其特征在于：所述步骤1中的a操作需反复进行，直到把碎屑颗粒表面的泥质洗干净。

3.根据权利要求2所述的一种砂质沉积颗粒区分方法，其特征在于：所述步骤2中碟形撞击坑与新月形撞击坑为风成环境的沉积颗粒；所述步骤2中的贝壳状断口、V形撞击坑与撞击沟为水成环境的沉积颗粒。

4.根据权利要求3所述的一种砂质沉积颗粒区分方法，其特征在于：所述步骤2中通过扫描电镜图像分析石英颗粒表面上的椭圆形坑由短的撞击沟演化；阶梯状断口呈一些列平行的细长形沟壑，由多个贝壳状端口组合而成的；W形坑由两个V形坑组合而成，为水成环境的沉积颗粒；“8”字型坑在风成环境出现的频率高于水成环境。