Литофациальный анализ. Методика, порядок и правила проведения литолого-фациального анализа. Литофациальный анализ. Методика, порядок и правила проведения литологофациального анализа
 Скачать 2.58 Mb.
|
Литофациальный анализ. Методика, порядок и правила проведения литолого-фациального анализаПроверила: Джарасова Толганай Подготовили: Садык Дулат Жумагалтев Ернат 1. Литофациальный анализЛитофациальный анализВ первой половине XX века в геологическом цикле наук в самостоятельную дисциплину оформилась литология, включающая собственно петрографию осадочных пород, различные методы их изучения и исследования общих закономерностей процессов седиментации. Повышенный интерес к осадочным породам во многом определяется тем, что, занимая не более 10% объема даже самой верхней части литосферы (до глубины 15-20 км), они служат источником примерно 90 % добываемого в настоящее время сырья (по стоимости): это соли, горючие ископаемые, значительная часть руд черных и цветных металлов, строительных материалов и т.д. Кроме того, осадочные породы покрывают 75 % суши. Базируясь на диалектической идее всеобщего развития, а также на детальном изучении процессов современного осадконакопления, сравнительно-исторический метод не позволяет механически переносить последние на геологическое прошлое, но предусматривает обязательный учет эволюционных процессов по тем или иным данным. Наиболее ярко воплощение метод получил в угольной геологии. Обусловлено это как наличием в угленосных толщах таких "реперных", легко диагностируемых горизонтов, как угольные пласты (ископаемые торфяники), аллювиальные пачки и т.д., так и широким диапазоном условий формирования отлагавшихся осадков в рамках достаточно "жесткого" тектонического режима стабильного прогибания с полнокомпенсированным осадко и торфонакоплением. Поэтому работы геологов-угольщиков по интерпретации условий формирования угленосных толщ ряда регионов страны следует признать эталонными, а выработанные ими методические приемы исследований - базовыми для развития наших исторических познаний. Литофациальный анализ Первым ключевым элементом рассматриваемой методики является установление фации. Фация — это обстановка осадконакопления, овеществленная в осадке или породе Более крупная единица, объединяющая комплекс сопряженных фаций в пределах крупных участков палеоландшафтов-макрофация. Литолого-фациальный анализ это определение условий формирования породы (на базе диагностических признаков) уже на полевой стадии работ и дальнейшая детализация при последующей обработке материалов. Литофациальный анализ В весьма удачном виде структура литолого-фациальных - формационных исследований отображена П.П.Тимофеевым (рис. 1.1): наглядно изображено, как, отталкиваясь от первоначального "кирпичика" — образца, слоя - проводятся исследования, ориентирующиеся, с одной стороны, на изучение повторяемо¬сти слоев и образуемых ими компонентов в разрезе (цикличность), а с другой на определение их положения на площади (палеогеография). В сумме это дает представление о формации как объемном геологическом теле. Таблица 1.1 Используемые термины и их сравнение Литофациальный анализ 2. Методика, порядок и правила проведения литолого-фациального анализаПОДГОТОВКА К ОПИСАНИЮ Уже длительное время основным (а для "закрытых" толщ - часто и единственным) источником для непосредственной доступной к изучению новой информации является керн скважин. Эффективность выполняемых работ, естественно, зависит от его состояния и особенно - от процента выхода (выноса): в любом случае он должен быть не менее 70-80 %. Весьма важна и аккуратность при его укладке в керновые ящики и сопутствующей маркировке. Пример правильной укладки и маркировки приводится на рис. 2.1. 2. ПОДГОТОВКА К ОПИСАНИЮ 2.1. Подготовка керна Наиболее часто нарушается ориентировка отдельных кусков керна, реже его последовательность. Восстановление истинного положения керна перед выполнением описания нередко является довольно непростой процедурой Рис. 2.2. Восстановление истинного расположения керна в керновом ящике по седиментационным признакам пород и конфигурации сколов кусков керна (по Р.Э.Эйнасто) А - спутанное расположение керна; Б - восстановленное расположение керна; а, б, в, г -элементы микроциклитов Не всегда простым является определение глубин конкретных контактов, залегания отдельных элементов разреза и пр. внутри интервала бурения, при выходе (выносе) керна менее 100 %, что практически всегда имеет место в свя¬зи с истиранием породы в колонковой трубе (рис. 2.3). ПОДГОТОВКА К ОПИСАНИЮ На рис. 2.4,а показано распределение интервалов при примерно одинако¬вых физических характеристиках геологически (литологически) различных слоев. Оно осуществляется путем введения поправки, вычисляемой посредст¬вом соотношения длины интервала бурения и линейного выхода керна. Рис. 2.4,б,в иллюстрируют определение глубин при наличии контрастных но физическим параметрам (буримости) пород. В случае, изображенном на рис. 2.4,б нижний слой представлен слабо сцементированным, рыхлым песчаником - мы имеем все основания полагать, что именно значительная часть дан¬ного материала не извлечена на поверхность. С особой уверенностью об этом можно судить при наличии на контакте между слоями особо твердого включе¬ния (конкреции), что проявляется также при "вывалах" из стенок скважин крепких пород (особенно в начале рейсов бурения). Противоположный случай показан на рис. 2.4,в: здесь имеют место достаточно крепкий песчаник в ниж¬ней части интервала и слабо сцементированный алевролит — в верхней, и рас¬пределение дефицита керна произведено в "обратном" варианте. Более сложный случай показан на рис. 2.4,г. Здесь мы можем считать, что недостаток керна обусловлен его потерей при прорезке весьма слабого в физи-ческом отношении угля (что всегда происходит при бурении одинарными ко-лонковыми трубами). "Место" угольного пласта часто можно определить по его характерной подпочве, с обилием корневых остатков растений. ПОДГОТОВКА К ОПИСАНИЮ ПОДГОТОВКА К ОПИСАНИЮ 2.2. Выделение слоев Основным изучаемым объектом в литологии является слой стратиграфическое обозначение свободного пользования, объединяющий отложения, имеющие общие литологические или палеонтологические признаки. При исследовании осадочных отложений наиболее часто мы имеем дело со следующими границами: 1)резкостными ("очевидными"), наблюдаемыми по резкой смене признаков или их характеристик (чаще всего - по изменению гранулометрического состава породы); 2)условными первого класса, зависящими как от распределения значений свойств вещества в пространстве, так и от процедуры, применяемой при их вы-делении; 3)произвольными ("субъективными"), зависящими от удобства построений, например, при недостаточном выходе керна скважин - ведущего источника информации при разведке месторождений полезных ископаемых Таблица 2.1 Описание слоев при мощности менее 40 см Нередко определенные интервалы изучаемого разреза представлены частым чередованием двух-трех однотипных пород. Такие интервалы можно описывать как переслаивание данных разновидностей, каждая из которых должна быть тщательно охарактеризована, а впоследствии установлена степень равномерности их чередования и направленность изменения отдельных признаков ПОДГОТОВКА К ОПИСАНИЮ ПОДГОТОВКА К ОПИСАНИЮ 2.3. Подготовка к описанию конкретного образца Рис. 2.6. Возможные варианты выделения интервалов для самостоятельного описания: А - однородный образец с различными включениями (галек, растительных остатков и пр.); Б — два самостоятельных слоя (1 и 2), разделенных резким контактом; В - три самостоятельных слоя (1, 2 и 3) с постепенными переходами один в другой; Г - переслаивание двух одинаковых типов породы (1 и 2), каждый из которых Может характеризоваться одним описанием ПОДГОТОВКА К ОПИСАНИЮ Соотношение слоев пород (собственно слоистость) или серий слойков (слойчатость) часто однозначно указывает на последовательность их формирования (рис. 2.10). Не требует комментариев рис. 2.10,а; ясна последовательность срезающих друг друга серий и на рис. 2.10,б. Более сложна интерпретация данных, показанных на рис. 2.10,в: здесь стрелками, направленными вверх, указаны "запечатанные" песчаные валики, огибаемые более тонкозернистыми слойками, а направленными вниз, - более грубозернистые серии, срезающие нижележащие слойки Рис. 2.10. Примеры ориентирования образцов 3. ОПИСАНИЕ ПОРОД (ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ) ОПИСАНИЕ ПОРОД Разделив керн на слои, можно переходить к непосредственному его описанию - документации. 3.1. Перечень признаков и последовательность описания Обширный комплекс визуально определяемых характеристик породы -диагностических признаков для осадочных отложений можно разделить на следующие группы:
В классическом для литолого-фациального анализа варианте перечень признаков, подлежащих определению, выглядит следующим образом 1.Порода, структура, состав: а)гранулометрический состав (название породы); б)изменение крупности зерна; в)сортировка зерен; г)окатанность зерен; д)минеральный состав зерен; е)характер галек и неокатанных включений (форма, состав, распределение). 2.Текстура: а)тип слоистости (или соотношение нескольких типов); б)четкость серий и слоев; в)причины, обусловившие слоистость; г)распределение материала в слойках; д)толщина слоев и серий, углы наклона слойков; е)переходы внутри слоя, однородность и другие признаки текстуры слоя в целом. ОПИСАНИЕ ПОРОД 3.Растительные остатки 4.Фауна 5.Минеральные включения: а)конкреции-форма, состав, строение, распределение в породе; б)отдельные минералы-пирит и др. 6.Вскипаемость с соляной кислотой. 7.Контакты и переходы (нижний и верхний). ОПИСАНИЕ ПОРОД 3.2. Размерность слагающих породу частиц -первый диагностический признак ОПИСАНИЕ ПОРОД Ведущим классификационным признаком для терригенных (и не только) пород является размер слагающих их частиц. При его определении традиционно используется обычная линейная размерная шкала, дающая возможность выражать результаты измерений в единицах длины (обычно в миллиметрах). Сопоставление этих шкал приводится на рис. 3.1. Часто употребляемое значение 200 меш (mesh) - число отверстий сит на единицу длины (в США и Великобритании 1 дюйм) соответствует диаметру частиц, проходящих через отверстие 3.75 Ф или 0.074 мм Рис. 3.1. Линейка для перевода линейных размеров в миллиметрах в рачения шкал у и Ф [6] Рассматривая классификации обломочных пород, следует указать на обилиe предложенных в разное время вариантов. Однако, учитывая природные, естественные границы, следует остановиться на следующих (по увеличению размерности): 1)0.004 или 0.005 мм - граница между пылеватыми (глинистыми) и алевритовыми частицами - в осаждении более мелких частиц сильно развиты про-цессы коагуляции; 2)0.05 или 0.0625 мм граница между классами алевритовых и песчаных пород, обусловленная механизмом их переноса (взвесь - сальтация) и подчеркнутая первым дефицитом фракций 0.03-0.06 мм, характерным для разрушения минералов; 3)2.0 мм - граница между песками и гравием, отчасти также обусловленная механизмом переноса и, главное, подчеркнутая вторым дефицитом .4-4.0 мм, обусловленным разрушением обломков пород (более крупные фракции почти не содержат минералов). ОПИСАНИЕ ПОРОД ОПИСАНИЕ ПОРОД В табл. 3.1 приводится два основных варианта классификации наиболее распространенных песчаных и алевритовых пород: слева - наиболее pacпро-страненная и рекомендуемая основными инструктивными материалами; справа - наиболее используемая в мировой практике. Дополнительно указаны возмож-иые варианты их некоторого комбинирования для отдельных границ, а так более дробного разделения. Отнесение породы к тому или иному классу по размерности производится путем сравнения с эталонными образцами, по преобладанию основной фракций (50 % объема породы и более). Для оценки песчаных и грубозернистых фракций следует пользоваться лупой с делениями иди обычной линейкой. Для выделения чисто глинистых разностей можно пользоваться простым приемом: при растирании аргиллит "скрипит", а алевролит "хрустит" и т.д. Следует постоянно помнить, что "на глаз" размерность материала постоянно завышается (примерно на 1/2-1 градацию). Это хорошо видно на трафа-ретах для определения процентного соотношения фракций различной размер-ности или состава (рис. 3.2). К примеру, уже при 30 %-ном содержании напрашивается отнесение те-ного компонента к преобладающему, а при 50 %-ном - к превалирующему, хо-тя на самом деле это далеко не так. ОПИСАНИЕ ПОРОД 3.3. Соотношение фракций (сортированность) ОПИСАНИЕ ПОРОД Если явного преобладания какой-либо одной фракции не установлено, то при наличии двух смежных фракций, в сумме значительно превышающих 50 %, породе присваивается двойное название (например, мелкосреднезернистый песчаник). Если определена четко выраженная основная фракция и имеется значительное количество смежного с ней материала, последний отмечается как примесь (например, среднезер-нистый песчаник с примесью мелкозернистого песчаного материала). Перечисленное соотносится с понятием сортированности обломочного материала, которую можно определить визуально (табл. 3.2). 3.4. Текстура (слоистость) ОПИСАНИЕ ПОРОД Важнейшим диагностическим признаком является текстура породы, определяемая взаимным расположением слагающих ее частиц. Выдающимся ис-следователем слоистых текстур Л.Н.Ботвинкиной даже высказано предложение о текстурном анализе как самостоятельном методе исследования. Для терригенных отложений условно можно выделить три основных типа текстур:
Обобщенная типизация текстур показана на табл. 3.3. 3.5. Наблюдения за органическими остатками ОПИСАНИЕ ПОРОД Изучение количества, состава и способа захоронения остатков фауны и флоры - один из основных методов реконструкции условий формирования осадка (породы). На них базируется палеоэкология. При исследованиях органических остатков следует по возможности различать биоценозы - cкoпления остатков организмов в их прижизненном положении, танатоценозы - смертные скопления, обычно испытавшие аллохтонный перенос, чаще присущий более грубозернистым отложениям с активной гидродинамикой. Остатки фауны для терригенных угленосных отложений в общем мало характерны, однако тем важнее отметить их наличие, размер и целостность раковин, расположение относительно слоистости и т.д. . Чаще всего встречаются раковины пелеципод, обычно пресноводных или солоноватоводных водоемов, реже - морские брахиоподы. Остатки флоры в том или ином количестве практически всегда присутствуют в угленосных отложениях и представлены полной гаммой: от хорошо сохранившихся листьев до крупных стволов. Остатки растительности часто являются хорошим индикатором условий осадконакопления, при этом особенно важен не столько видовой состав, сколько степень измельченности, сохранности и характер органов растительных остатков. По размеру растительные остатки делятся на следующие группы:
Количество растительных остатков определяется приближенно, "на глаз" и может быть проверено как цветом черты на фарфоровой пластинке, так и определением по потере веса при сжигании (кроме высококарбонатных пород). При обилии органики (углистые породы) цвет у черты темно-коричневый, буровато-черный, при большом количестве (слабо yглистые породы) светло-коричневый, буроватый. При частой встречаемости, редких единичных растительных остатках черта остается светлой. Следует иметь в виду, что даже весьма небольшое количество растительной органики может придать породе очень темный, до черного, цвет. Характер органов растений определяется приближенно: стволы, ветви, стебли, корневища, корни, кора, древесина, листья, стробили, спорофиллы, семена, мегаспоры и сопровождается оценкой степени их сохранности: хорошая, средняя, плохая. Как уже отмечалось, важную информацию несут остатки с хорошо сохранившейся ботанической структурой, прежде всего листья. Для фациальной диагностики важны и корневые остатки, часто полностью изменяющие первичную структуру ОПИСАНИЕ ПОРОД 3.6. Другие диагностические признаки ОПИСАНИЕ ПОРОД Среди прочих характеризующих породу параметров особое значение имеет карбонатность, нередко являющаяся весьма важным и даже определяющим диагностическим признаком, прежде всего для установления отложений морского генезиса. В целом же она служит дополнительным фактором, требующим специальных лабораторных исследований. Визуально карбонатность определяется прокапыванием соляной кислотой по пятибалльной шкале: 0 - не реагирует 1 - слабо вскипает в порошке 2 - бурно в порошке 3 - слабо в куске 4 - бурно в куске. Цвет породы относится к дополнительным признакам, поскольку для пород угленосной толщи характерна ахроматическая, от светло-серой до черной, краска, почти исключительно зависящая от количества и степени измельченности органического материала растительного происхождения. Желтые и красно-коричневые оттенки обычно обусловлены наличием гидратов окиси железа, зеленые - его закисными соединениями, в том числе наличием хлорита, глау-конита и пр. 3.7. Наблюдения за контактами ОПИСАНИЕ ПОРОД При работе с керном в целом следует иметь в виду, что непосредственные контакты между слоями могут не няться в связи с их ослабленностью в механическом отношении. Особенно это относится к отдельным образцам. В классическом варианте литолого-фациального анализа выделялось четыре типа соприкосновения двух слоев:
Рис. 3.34. Контакты между слоями: а - четкий аккумулятивный: б - резкий, с неглубоким локальным размывом, как бы "запечатанным" миллиметровым слойком тонкого материала; в -глубокий эрозионный (глубина размыва но образцу неопределима) ОПИСАНИЕ ПОРОД Пример: Всего можно выделить 7 интервалов (назовем их слоями), характеризующих последовательные этапы накопления (седиментации) материала. Укажем для них, в свободном изложении, лишь наиболее яркие, важные моменты, не приводя полного описания. 1.Крупнозернистый алевролит с хорошей сортировкой и переходом спра- ва налево тонкой полого-волнистой слоистости в S-образную косо-волнистую. 2.Тонкозернистый песчаник со средней сортированностью материала и интенсивным взмучиванием в правой части образца вплоть до слабого синге-нетичного, внутрислоевого размыва (в левой части контакт постепенный). В центре - полуокатанная изометричная галька полевого шпата размером 3 мм, лежащая на склоне валика в энергетически "удобном" положении. 3.В левой части образца: постепенный переход от тонкозернистого пес-чаника до мелкозернистого алевролита; в правой - крупнозернистый алевролит. "Сброс" амплитудой 3 мм в центре; корневой остаток - справа. 4.Мелкозернистый среднесортированный песчаник с резким, слегка эро- зионным контактом, залегающий па слое 3. Верхний контакт постепенный, Мощность интервала увеличивается справа налево от 2 до 3 сантиметров. Hе- отчетливая косая однонаправленная слоистость. 5. Тонкозернистый песчаник, хорошо сортирован. Мелкая косо-волнистая от слабо- до сильно срезанной слоистость подчеркнута тонким растительным детритом. На левой кромке - выщербленный след от куска древесины. 6. Мелко- крупнозернистый алевролит, сформировавшийся в динамичной обстановке. со следами взмучиваний и оползней, нарушивших первичную по-лого-волнистую слоистость, в том числе полностью - в левой части образца. 7.Тонкозернистый песчаник; сортированность материала достаточно хо¬рошая. Контакт с нижележащим слоем слабо эрозионный. В целом для образца четко просматривается ритмичность с границами ритмитов между слоями 3 и 4; 6 и 7. Достаточно схожи между собой (различа-ются в деталях) следующие слои: 1 и 5; 4 и 7; 3 и 6. Слой 2 достаточно близок к интервалу, разделяющему слои 5 и 6; особенно - слою 6 в левой части образца. Использованная литература:1. Атлас текстур и структур осадочных горных пород. Часть I. Обломочные и глинистые породы. - M.: Госгеолтехиздат, 1962. - 578 с. 2. Ботвинкина Л.Н. Методическое руководство по изучению слоистости. .: Наука, 1965. - 260 с. (Тр. ГИН AН СССР. - Вып. 119). 3. Ошуркова М.В. Детальное расчленение угленосных отложений по па-леофитологическим данным. Методические рекомендации. - Л.: Изд-во BCE-ГЕИ, l981.- 40 с. 4. Седиментология: Пер. с польск. M.: Недра, 1976. 646 с. 5. Предтеченский Н.Н. Задачи и правила изучения и описания опорных стратиграфических разрезов. - Л.: Изд-во ВСЕГЕИ, 1983. - 33 с. 6. Шрок Р. Последовательность в свитах слоистых пород: Пер. с англ. -M.: Изд-во ин. литер., 1950. — 564 с. 7. Македонов А.В. Методы литофациального анализа и типизация осад¬ков гумидных зон. - Л.: Недра, 1985. - 243 с. |