13
29 3 SEDIMENTNE STRUKTURE ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ 3.1 UVOD fizičke osobine sedimenata koje su uglavnom odraz taložnih procesa, ali mogu biti i posttaložnog odnosno dijagenetskog podrijetla najčešde obuhvadaju veličinu zrna morfologiju zrna građu sedimenta (značajke koje se u engleskoj literaturi označavaju s “texture”) njihovim istraživanjem mogu se dobiti informacije o načinu, uvjetima i okolišima postanka sedimenata ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ 3.2 VELIČINA ZRNA osnovni deskriptivni element siliciklastičnih sedimentnih stijena odraz je procesa trošenja i erozije, koji generiraju čestice različitih veličina i prirode transporta 3.2.1 Ljestvice veličine čestica veličina čestica u sedimentima i sedimentnim stijenama krede se u rasponu od nekoliko mikrometara (mikrona) do nekoliko metara tipovi geometrijske ljestvice logaritamske ljestvice ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________ ___________________________________

vi } µZÀ iµ } o}Îv}P} v} v} ]iP v l}P } ]i o (]Ì] l } } ]v ]u v l}i ...geol.pmf.hr/~mkovacic/petr.sedim/III.pdf · ± za prahovito - i v U i v ] i v} - oiµvl}À] v À Ìv ]u

  • Upload
    lamliem

  • View
    219

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

29

3 SEDIMENTNE STRUKTURE

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

3.1 UVOD

• fizičke osobine sedimenata koje su uglavnom odraz taložnih procesa, ali mogu biti i posttaložnog odnosno dijagenetskog podrijetla

• najčešde obuhvadaju

– veličinu zrna

– morfologiju zrna

– građu sedimenta

(značajke koje se u engleskoj literaturi označavaju s “texture”)

• njihovim istraživanjem mogu se dobiti informacije o načinu, uvjetima i okolišima postanka sedimenata

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

3.2 VELIČINA ZRNA

• osnovni deskriptivni element siliciklastičnih sedimentnih stijena

• odraz je procesa trošenja i erozije, koji generiraju čestice različitih veličina i prirode transporta

3.2.1 Ljestvice veličine čestica

• veličina čestica u sedimentima i sedimentnim stijenama krede se u rasponu od nekoliko mikrometara (mikrona) do nekoliko metara

• tipovi

– geometrijske ljestvice

– logaritamske ljestvice

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

30

Udden-Wentworthova ljestvica

• najčešde korištena ljestvica za klasifikaciju i nomenklaturu sedimenata i sedimentnih stijena

• geometrijska ljestvica bazirana na broju 2 (1, 2, 4, 8, 16)

Pojednostavljena ljestvica veličine čestica koja pokazuje Wentworthovekategorije i odgovarajude kategorije u phi (Φ) jedinicama.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Krumbeinova ljestvica

• modifikacija Udden-Wentworthove ljestvice s logaritamskim Φ jedinicama

Φ=-log2d d-veličina zrna u mm

Prim: veličina čestica pijeska krede seizmeđu 0,0625mm i 2mm; tj. od 2-4 mm do 21mm što u Φ jedinicama iznosi:

Φ = -log22-4 = -(-4) = 4

Φ = -log22-1 = -(1) = -1

Ljestvica veličine čestica s odgovarajudim nazivljem.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Shema klasifikacije šljunkovito-pjeskovito-muljevitih sedimenata i sedimentnih stijena.

Preuzeto iz 3

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

31

3.2.2 Metode određivanja veličine čestica (granulometrijskog sastava)

• odabir ovisi o

– rasponu veličine čestica

– stupnju konsolidacije sedimenta odnosno sedimentne stijene

– namjeni istraživanja

• podjela

– terenske

– laboratorijske

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

terenske metode

• usporedba sa standardnim uzorcima

– usporedba istraživanog sedimenta sa standardnim uzorcima poznatih dimenzija zrna

vrlo krupni pijesak krupni pijesak srednji pijesak

sitni pijesak vrlo sitni pijesak silt

Standardni uzorci kojisluže za terensku odredbu

veličine čestica.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• upotreba Mullerovog povedala

– povedalo s ljestvicama za mjerenje veličine čestica od 20 μm do 20 mm

• terensko sijanje po Azmonu

– za prahovito-pješčane, pješčane i pješčano-šljunkovite nevezane sedimente

– sijanje uzoraka kroz 3-5 sita

– mjerenje volumena svake pojedine frakcije u menzuri

– izračun volumnog udjela svake frakcije

– određivanje vrste sedimenta

• mjerenje brzine taloženja čestica

– za muljevite (glinovito-siltne) sedimente

– mjeri se vrijeme potrebno za taloženje sedimenta suspendiranog u vodi

– iz potrebnog vremena izračunava se (očitava iz tablica) promjer čestica u uzorku

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

32

laboratorijske metode

• izravno mjerenje

– kod analize šljunaka, breča i konglomerata

– pomično mjerilo, milimetarska traka, ravnalo

– mjeri se najvedi promjer barem 300 zrna

• mjerenja mikroskopom

– kod analize pješčenjaka i siltita

– kad nije mogude dezintegrirati uzorak

– mjere se veličine slučajnih presjeka najmanje 300 zrna

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• sijanje

– najvažnija metoda određivanja veličine zrna (prah - sitni šljunak)

– 5 -7 sita

– frakcija – dio uzorka koji sadrži zrna s dimenzijama ograničenim dimenzijama otvora gornjeg i donjeg sita

– priprema

• rasuti uzorak

– četvrtanje

• poluvezani ili vezani

– dezintegracija

» modenje u vodi (muljeviti sedimenti slabo vezani pješčenjaci)

» vodikov peroksid (H2O2)

- slabo vezani glinovito-prašinasto-pješčani sedimenti

2H2O2 2H2O + O2 (pritisak dezinetegrira stijenu)

» ultrazvuk

- jače litificirani glinovito-prašinasto-pješčani sedimenti

- djelovanje ultrazvuka na razmrvljeni i u vodi namočeni uzorak

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

» kiseline (monokloroctena, octena, klorovodična)

- otapanje kalcitnog cementa

Prim: CaCO3 + 2HCl CaCl2 + CO2 + H2O

– sijanje

• trešnja seta sita na vibracijskom aparatu

• mjerenje mase uzorka zaostalog na pojedinom situ (frakcija)

• izračunavanje masenog udjela svake pojedine frakcije

Laboratorijska sita

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

33

• sedimentacijska analiza

– određivanje veličine zrna na temelju brzine padanja čestica

– temelji sa na Stocksovu zakonu:

– veličina čestica (d) računa se mjerenjem

vremena (t) potrebnog da bi čestice pale

s visine h:

– uvjeti

• masa tekudine mora biti puno

veda od mase uzorka

• uzorci sadrže čestice <0,05 mm

(mala brzina padanja čestica)

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

– metode

• sedimentacija u Atterbergovom cilindru

– omogudava izdvajanje bilo koje željene frakcije

– uzorak se dispergira u vodi i stavi u cilindar

– izračuna se vrijeme potrebno za taloženje

čestica vedih od željene veličine (prim. 4µm)

– nakon tog vremena tekudina s česticama

željene veličine i manjima ispusti se u

posebnu posudu

– postupak se ponavlja više puta (dok

tekudina u cilindru ne postane bistra)

– spora (oko 30 dana)Prikaz postupka sedimentacijske analize

metodom Atterbergovog cilindra.

Preuzeto iz 3

gumeno crijevosa zatvaračem

posuda za prikupljanje

ispuštene suspenzije

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• pipetna metoda

– koristi se za analize granulometrijskog sastava

– pipetiranjem u različitim vremenskim razmacima iz iste dubine suspendiranog uzorka određuje se promjena koncentracije uzorka koja ovisi o brzini taloženja, tj. o veličini čestica koje se talože

– svaka odpipetirana suspenzija se osuši i izvaže

– postotak svake pojedine frakcije izračuna se iz težine suhog ostatka početne koncentracije i razlike težina suhih ostataka svih ostalih koncentracija

areometriranje

temelji se na promjeni gustode suspenzije

u ovisnosti o brzini taloženja čestica

mjerenjem promjena gustode suspenzije u

određenim vremenskim razmacima (t1, t2, t3,..)

potrebnim za taloženje čestica promjera d1, d2, d3

izračunaju se udjeli sedimentiranih čestica

Areometar

Mjerenje gustode tekudine areometrom.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

34

– mjerenje refrakcije ili disperzije svjetla koje prolazi kroz suspenziju

– sedigraf

SediGraph III 5210 tvrtke Micrometrics.

Preuzeto iz 2i

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

VELIČINA ZRNA

(u mm)

VRSTASEDIMENTAILI STIJENE

METODAPOTREBNA KOLIČINA UZORKA

> 100blokovi

konglomerat/brečaizravno mjerenje

najmanje 300pojedinačnih zrna

100 – 2šljunak/drobina

konglomerat/brečaizravno mjerenje i sijanje

rupičastim sitima> 300 zrna ili sijanje

rupičastim sitima

2 – 0,063 pijesakpješčenjak

sijanje laboratorijskim sitimamjerenje mikroskopom

20 – 300 g> 300 zrna

0,063 – 0,004prah

prahovnjaksijanje mikrositima i

sedimentacijska analiza1 – 100 g

< 0,004glina

glinjaksedimentacijska analizamjerenje elektronskim

mikroskopom

1 – 5 g0,1 – 0,5 g

Izbor metoda određivanja veličine čestica u sedimentima

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

3.2.3 Grafički prikaz rezultata granulometrijskih analiza

– histogram

– krivulja učestalosti raspodjele

veličine zrna

– kumulativna granulometrijska

krivulja

• histogram

– prikaz količine svake pojedine

frakcije u obliku stupaca

Rezultati analize granulometrijskog sastava prikazani u obliku histograma.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

35

• krivulja učestalosti raspodjele veličine zrna

– na apscisu se nanesu veličine zrna,

a na ordinatu njihova količina u %

– dobivenim točkama konstruira se

krivulja

– daje brzu impresiju o distribuciji

veličine čestica, o unimodalnom,

bimodalnom ili polimodalnom

sastavu

Rezultati analize granulometrijskogsastava prikazani u obliku krivulja

učestalosti raspodjele veličine zrna.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• kumulativna granulometrijska krivulja

– najčešdi način prikazivanja

rezultata granulometrijskih

analiza

– prikazuje cjelokupni sastav

i raspored zrna

– iz nje se mogu direktno očitati

udjeli pojedinih frakcija

– iz nje se mogu očitati

ili izračunati važni

granulometrijski

parametri

Rezultati analize granulometrijskog sastava prikazaniu obliku kumulativne granulometrijske krivulje.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Rezultati analize granulometrijskog sastava prikazani u obliku kumulativne granulometrijske krivulje. Veličina čestica na apscisi izražena je u mm i prikazana je na logaritamskoj skali.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

36

– srednja veličina čestica (medijan) – prosječna veličina zrna (mean) – koeficijent sortiranosti– koeficijent asimetrije

3.2.4 Parametri veličine čestica (granulometrijski parametri)

srednja veličina čestica (medijan) - Md

veličina čestica na 50% kumulativne granulometrijske krivulje

Očitavanje medijana na kumulativnoj granulometrijskoj krivulji: A – Φ jedinice; B – mm

A

B

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• prosječna veličina čestica (mean) - M

– aritmetički izračunata prosječna veličina čestica

Izračunavanje prosječne veličine čestica na kumulativnoj granulometrijskoj krivulji: A – Φ jedinice; B – mm

A

B

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• koeficijent sortiranosti - So

– pokazatelj distribucije veličine čestica

– faktori:

• izvor materijala

– granit de dati drugačiji materijal nego stariji pješčenjak

• veličina zrna sedimenta

– pijesak najčešde bolje sortirani od krupnozrnatih i sitnozrnatih jer se lako transportiraju, a time i sortiraju vjetrom i vodom

• taložni mehanizam

– naglo taloženi sedimenti (prim. olujni sedimenti) loša sortiranost

– sedimenti taloženi iz viskoznih tokova (prim. muljni tokovi) loša sortiranost

– sedimenti prerađeni vjetrom ili vodom (prim. pješčani sedimenti pustinja ili plaža)

dobra sortiranost

– načini određivanja

• matematički izračun iz kumulativne granulometrijske krivulje

• usporedba s vizualnim komparatorima za procjenu sortiranosti čestica

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

37

• matematički izračuni sortiranosti čestica iz kumulativne granulometrijske krivulje

Utvrđivanje sortiranosti čestica u uzorku matematičkim izračunom:A – standardne devijacije (Folk & Ward);B – kvadratnog korijena P75/P25 (Trask & Krumbein).

B

A

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• usporedba s vizualnim komparatorima

za procjenu sortiranosti čestica

Folk & Ward Trask & Krumbein

So sortiranost So sortiranost

< 0,35 vrlo dobra 1-1,23 vrlo dobra

0,35-0,50 dobra 1,23-1,41 dobra

0,50-0,71 umjereno dobra 1,41-1,74 srednja

0,71-1,00 umjerena 1,74-2,00 loša

1,00-2,00 slaba >2,00 vrlo loša

> 2,00 vrlo slabaGranične vrijednosti kategorija sortiranosti čestica.

Preuzeto iz 3

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• koeficijent asimetrije- Sk (skewness)

– pokazatelj simetričnosti distribucije čestica

– najbolje se vidi na krivulji učestalosti veličine zrna

– pozitivni Sk (prim. fluvijalni i eolski sedimenti)

– negativni Sk (prim. sedimenti plaža)

Krivulja učestalosti veličine čestica sa simetričnom distribucijom čestica.

Krivulja učestalosti veličine čestica s asimetričnom distribucijom čestica.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

38

– matematičko izračunavanje koeficijenta asimetrije

Granulometrijske analize mogu se koristiti za razlikovanje sedimenata izrazličitih okoliša i facijesa i daju podatke o taložnim procesima i uvjetima toka,međutim same za sebe nisu dovoljno pouzdane i najbolje ih je koristiti u kombinaciji sdrugim karakteristikama sedimenta poput sedimentnih tekstura.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

3.3 MORFOMETRIJSKE ZNAČAJKE ZRNA

• daju podatke o strukturno-teksturnim odlikama sedimenta

• služe pri rekonstrukciji i interpretaciji uvjeta transporta i okoliša taloženja

– oblik zrna

– sferičnost

– zaobljenost

– struktura površine zrna

3.3.1 Oblik zrna

približavanje nekog zrna manje-više

pravilnim geometrijskim tijelima

faktori

primarni oblik minerala u

matičnoj stijeni

stupanj zaobljavanja i habanja

tijekom transporta

dijagenetske promjene Karakteristični oblici zrna.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

3.3.2 Sferičnost zrna

• približavanje oblika zrna obliku kugle

• indeks sferičnosti (Is)

Vz-volumen zrna

Is = (Vz/Vk)1/3 Vk-volumen kugle promjera kao i najmanji mogudi

opisani krug oko projekcije zrna

– Is ≤ 1; Is bliže jedinici zrno sličnije kugli viša sferičnost

• u praksi – vizualno uspoređivanje zrna s grafičkom tablicom

Tablica za grafičko određivanje stupnja sferičnosti i zaobljenostizrna.

Preuzeto iz 3

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

39

3.3.3 Zaobljenost zrna

• odnos između uglova i bridova zrna prema polumjeru najvedeg mogudeg u zrno upisanog kruga

• proporcionalna je dužini i intenzitetu transporta, veličini zrna i njegovoj gustodi, a obrnuto proporcionalna s tvrdodom zrna

Prim:

– valutice šljunka dobro su zaobljene ved nakon 10-15 km transporta

– stupanj zaobljenosti kvarcnih zrna promjera 1,5-2 mm povedava se nakon transporta na udaljenost od 2000 km samo oko 5%

Kategorije zaobljenosti za niskosferična i visokosferična zrna.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

3.3.4 Struktura površine zrna

• može se istraživani na zrnima veličine pijeska i krupnijima

• istražuje se pomodu elektronskog mikroskopa

• strukture na površini zrna su značajke koje nastaju kao rezultat transportnog mehanizma i ponekad mogu imati dijagnostičko značenje

Elektronske mikrofotografije pješčanih kvarcnih zrna.

sedimenti visokoenergetskih plaža

pustinjskisedimenti

glacijalni sedimenti

Preuzeto iz 1

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

3.4 GRAĐA SEDIMENTA

– orijentacija zrna

– način pakiranja zrna

– način podržavanja zrna (potpora)

– kontakti među zrnima

• kontroliraju neke fizičke značajke sedimentnih stijena poput gustode, poroznosti i permeabilnosti

3.4.1 Orijentacija zrna

• produkt je interakcije transportno-taložnog medija (prim. vjetar, led, voda) sa sedimentom

• preferirana orijentacija

– česta kod pješčenjaka i konglomerata

– zrna i valutice su poredane svojom dužom osi u istome smjeru

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

40

• imbrikacija– pojava karakteristična za

plosnate valutice u šljuncima nošenim vodom

– valutice su naslonjene jedna nadrugu i nagnute u smjeru suprotnom od smjera toka

– često se koristi za istraživanja paleotokova

Shematski prikaz orijentacije izduženih zrna (valutica) u odnosu na smjer struje.

transport klizanjem

transportkotrljanjem

u vodi

imbriciranevalutice

slučajno orijentirane

valutice

Imbricirane valutice s naznačenim smjerom prijenosa materijala.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

3.4.2 Način pakiranja zrna

• utječe na poroznost i propusnost stijena

– kubično pakiranje visoka poroznost

– romboedarsko pakiranje niska poroznost

• ovisi o obliku, veličini zrna i sortiranosti

– lošija sortiranost manja poroznost

Kubično i romboedarsko pakiranje zrna u sedimentu.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

3.4.3 Način podržavanja zrna (potpora)

• klastpotporne stijene

– zrna su u međusobnom

kontaktu

• matrikspotporne stijene

– zrna “plivaju” u matriksu

Preuzeto iz 1

Klastpotporni konglomerat;Manastir Krka.

Matrikspotporni konglomerat.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

41

3.4.4 Kontakti među zrnima

• ukazuju na stupanj kompakcije sedimenta

• glavni tipovi

– točkasti

• zrna dodiruju jedan drugi u točkama dajudi sedimentu zrnsku potporu

– tangencijalni

• zrna se dodiruju duž linija

– konkavno-konveksni

• zrna prodiru jedno u drugo

– suturirani

• zrna imaju zupčaste kontakte

Vrste kontakata među zrnima.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

3.5 MATRIKS I CEMENT

Primjeri klastične strukture-

mikroskopskiizgled.

zapunjavaju prostor među zrnima u strukturi klastičnih sedimenata (klastična struktura)

matriks mehanički istaloženi sitni detritus (prim. glina ili prah)

može biti taložen istovremeno s krupnijim česticama ili naknadno zapunjavajudi porni prostor

cement

kemijski precipitirani autigeni mineral (prim. kalcit, silika, Fe-oksidi)

cementacijom se smanjuje poroznosti permeabilnost sedimenta

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

3.6 STRUKTURNA ZRELOST

• strukturno nezreli sedimenti– puno matriksa

– loša sortiranost

– uglata zrna

• strukturno zreli sedimenti– malo matriksa

– sortiranost umjerena do dobra

– zrna poluzaobljena do zaobljena

• strukturno superzreli sedimenti– nemaju matriksa

– vrlo dobra sortiranost

– zrna su dobro zaobljena

• primarna poroznost i permeabilnost

rastu s porastom strukturne zrelosti

jer zreliji sedimenti sadrže manje

matriksa i više pornog prostora

Preuzeto iz 3

Preuzeto iz 3

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________