礫石磨圓度定量方法探究

雙 棋

(長江大學地球科學學院，湖北 武漢 430100)

磨圓度作為礫石形態(tài)的重要參數(shù)之一，表示碎屑顆粒原始棱角被磨圓的程度，可以反映礫石的搬運與沉積過程。磨圓度測量處于發(fā)展階段，目估法較為直觀，但僅憑測定者視覺對顆粒圓度難以進行判斷。目前所提出的各種測量方法主要針對三維的礫石顆粒，也有學者通過野外露頭測量礫石二維特征，而對于地下巖心礫石顆粒特征的測量是異常艱難。本次研究以巖心圖像礫石分析技術為手段，獲取地下礫石圖像資料，選取IPP圓度公式進行計算，根據(jù)礫石IPP圓度與扁度關系，定量礫石磨圓度。

1 研究方法

1.1 測量原理

IPP圓度公式反映了顆粒實際面積與長軸外接圓面積之比。IPP軟件具有自動識別顆粒輪廓和直接計算顆粒圓度和顆粒輪廓分維數(shù)的功能，可用于砂粒級碎屑輪廓的提取和計算。同時考慮到礫石圓度值受到形狀(即扁度，為礫石的短長軸之比)的影響，故結合扁度對磨圓度進行定量分析。IPP圓度公式：

R=p2/4πA

(1)

式(1)中p為顆粒的周長，cm；A為顆粒面積，cm2；R為圓度。

從IPP圓度公式可知，該公式是以偏離正圓面積來計算圓度，正圓形對象的圓度=1，其他形狀的對象圓度 >1。

1.2 測量方法及步驟

與大部分文獻中測量磨圓度的對象不同，本次主要對巖心中礫石顆粒進行測量，而非野外剖面的礫石、薄片中的礦物或集合體。故選取巖心圖像礫石分析技術為測量手段，借助計算機軟件進行圖參數(shù)提取與計算。此技術利用先進的圖像分析手段，以巖心掃描圖像為基礎，通過對砂礫巖中礫石的提取、統(tǒng)計和分析解決砂礫巖勘探中的一些基本地質問題。對取心段礫石顆粒進行測量步驟如下(圖1)：第一步：選取取心段巖心圖像；第二步：快速選擇直接圈出顆粒輪廓，標記成紅色；第三步：進行編號處理，自動求取IPP圓度及相關參數(shù)，如顆粒面積A、周長p、短軸a和長軸b等。

圖1 巖心掃描圖像獲取礫石顆粒及編號

1.3 礫石磨圓度數(shù)據(jù)統(tǒng)計

礫石形貌特征，諸如磨圓度、扁度等特征在一定程度上可以反映礫石的搬運與沉積過程。磨圓度與扁度均反映了礫石近圓程度，但兩者計算公式并不相同。而磨圓度指顆粒被其他顆粒或介質磨圓的程度，即棱角變少、曲面變多。因此，結合磨圓度和扁度這兩種參數(shù)的統(tǒng)計來定量反應礫石磨圓度的特征。

通過統(tǒng)計取心段1 644塊礫石顆粒圓度，按礫石顆粒形態(tài)可分為：長扁形(0～0.3)、扁球形(0.3～0.5)、橢球形(0.5～0.7)和圓球形(0.7～1)。并參考前人礫石磨圓度定性分類方案，將工區(qū)礫石磨圓度分為棱角狀、次棱角狀、次棱-次圓狀、次圓狀和圓狀。通過礫石扁度與IPP圓度數(shù)據(jù)統(tǒng)計，建立了IPP圓度與扁度關系，發(fā)現(xiàn)IPP圓度與扁度呈明顯的正相關，表明可以依據(jù)扁度參數(shù)來定量的表達礫石的磨圓度(圖2)，以此建立礫石磨圓度定量區(qū)間。

研究發(fā)現(xiàn)，長扁形礫石顆粒以次棱角狀、次棱-次圓狀和次圓狀為主，磨圓度0.2～0.5；扁球形礫石顆粒中以次棱-次圓狀和次圓狀為主，磨圓度0.53～0.82；橢球形礫石顆粒以次棱-次圓狀和次圓狀為主，磨圓度0.8～0.9；圓球形礫石顆粒以次圓狀和圓狀為主，磨圓度普遍大于0.85。這里所說的磨圓度范圍區(qū)間即為扁度因素影響下的IPP圓度區(qū)間，根據(jù)測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計，定量礫石圓度范圍：棱角狀(≤0.2)、次棱角狀(0.2～0.35)、次棱-次圓狀(0.35～0.55)、次圓狀(0.55～0.85)以及圓狀(≥0.85)。其中，隨著礫石顆粒形態(tài)由長扁形至圓球形變化，棱角狀與次棱角狀礫石顆粒減少，次棱-次圓狀、次圓狀以及圓狀礫石顆粒增加，這表明礫石顆粒的磨圓度在逐漸變好(圖3)。與此同時，也表明礫石顆粒的短長軸之比(扁度)與礫石磨圓度之間存在著緊密的聯(lián)系，選取扁度條件限制下的IPP圓度值進行礫石磨圓度定量表征是可行的。

圖2 礫石顆粒IPP圓度與扁度線性關系

圖3 礫石顆粒扁度與磨圓度特征

2 礫石磨圓度分析

取心段巖性以大中礫巖、小中礫巖和細礫巖為主，下部發(fā)育小中礫巖和細礫巖為主，上部發(fā)育大中礫巖為主，中部夾有薄層的灰色細砂巖，整體顏色呈灰綠色，支撐方式主要為顆粒支撐，為扇三角洲前緣外側的河道沉積。垂向上表現(xiàn)為兩期河道的疊置，礫石顆粒較大，主要以滾動搬運為主。由于取心井段巖心垂向上的巖性各不相同，便統(tǒng)計了各類巖性特征下礫石顆粒的磨圓度特征，并對取心段巖心礫石磨圓度進行垂向上的分析研究(圖4)。

圖4 各類扁度礫石顆粒下的IPP圓度平均值分布特征

數(shù)據(jù)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，長扁形礫石顆粒磨圓度平均值集中范圍為0.35～0.55，則以次棱-次圓狀為主；扁球形礫石顆粒磨圓度平均值集中范圍為0.6～0.75，以次圓狀為主；橢球形礫石顆粒磨平均值集中在0.8～0.85之間，以次圓狀為主；圓球形礫石顆粒磨平均值集中在0.9～0.95之間，以圓狀為主。長扁形、扁球形和橢球形礫石顆粒磨均值向上變大，磨圓度也隨之變好；而圓球形礫石顆粒磨均值向上變化出現(xiàn)與前者不同，通過分析發(fā)現(xiàn)，在圓球形礫石顆粒中主要以圓狀為主，礫石顆粒的磨圓度好，磨圓度平均值已經(jīng)較大，所以向上變化并不是很明顯。取心段各類扁度的礫石顆粒的磨圓度均值在垂向上都表現(xiàn)為向上呈變大的趨勢；且礫石顆粒由長扁形至圓球形變化，磨圓度值逐漸增大，表明礫石磨圓度逐漸變好。

結合垂向上巖性、最大粒徑、平均粒徑等變化，發(fā)現(xiàn)取心段礫石顆粒磨圓度值向上呈變大趨勢；由長扁形至圓球形變化，磨圓度值逐漸增大，磨圓度整體變好。其中，大中礫巖中礫石顆粒磨圓度最大，以次圓狀和圓狀為主，而細礫巖則表現(xiàn)出較小的磨圓度，以棱角狀和次棱角狀發(fā)育為主。取心段為河流沉積，礫石的磨圓度隨著顆粒粒度的增大而增高，大礫石顆粒比小礫石顆粒的機械磨蝕表現(xiàn)的更為顯著。垂向上，磨圓度總體增大，碎屑顆粒的磨圓度是隨著搬運距離和搬運時間的增加而增高，這對于以滾動搬運為主的取心段礫石顆粒來講表現(xiàn)的更為明顯。

3 結論

(1)采用巖心圖像礫石分析技術，借助計算機軟件，依據(jù)IPP圓度計算公式，可對礫石顆粒磨圓度進行定量分析。

(2)通過礫石顆粒IPP圓度與扁度統(tǒng)計，建立IPP圓度與扁度關系，將礫石顆粒形態(tài)分為長扁形、扁球形、橢球形和圓球形，并定量了礫石顆粒磨圓度范圍。

(3)結合礫石磨圓度定量分析，研究以河流沉積為主的取心段，發(fā)現(xiàn)取心段礫石磨圓度隨著顆粒粒度的增大而增高，垂向上礫石磨圓度總體增大；表明礫石磨圓度定量研究可為取心段沉積特征研究提供一定依據(jù)。