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
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________
___________________________________