30

3 SEDIMENTNE STRUKTURE

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

3.1 UVOD

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

• najčešće obuhvaćaju

– 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 kreće se u rasponu od nekoliko mikrometara (mikrona) do nekoliko metara

• tipovi

– geometrijske ljestvice

– logaritamske ljestvice

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

31

Udden-Wentworthova ljestvica

• najčešće 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 odgovarajuće 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 kreće 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 odgovarajućim nazivljem.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

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

Preuzeto iz 3

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

32

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 koji služe za terensku odredbu

veličine čestica.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• upotreba Mullerovog povećala

– povećalo 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

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

33

laboratorijske metode

• izravno mjerenje

– kod analize šljunaka, breča i konglomerata

– pomično mjerilo, milimetarska traka, ravnalo

– mjeri se najveći promjer barem 300 zrna

• mjerenja mikroskopom

– kod analize pješčenjaka i siltita

– kad nije moguće 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

» moćenje 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

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

34

• 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 tekućine mora biti puno veća od mase uzorka

• uzorci sadrže čestice <0,05 mm (mala brzina padanja čestica)

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

– metode

• sedimentacija u Atterbergovom cilindru

– omogućava izdvajanje bilo koje željene frakcije

– uzorak se dispergira u vodi i stavi u cilindar

– izračuna se vrijeme potrebno za taloženje

čestica većih od željene veličine (prim. 4µm)

– nakon tog vremena tekućina s česticama

željene veličine i manjima ispusti se u

posebnu posudu

– postupak se ponavlja više puta (dok

tekućina u cilindru ne postane bistra)

– spora (oko 30 dana)Prikaz postupka sedimentacijske analize metodom Atterbergovog cilindra.

Preuzeto iz 3

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• 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 gustoće suspenzije

u ovisnosti o brzini taloženja čestica

mjerenjem promjena gustoće suspenzije u

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

potrebnim za taloženje čestica promjera d1, d2, d3

izračunaju se udjeli sedimentiranih čestica

Areometar

Mjerenje gustoće tekućine areometrom.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

35

– mjerenje refrakcije ili disperzije svjetla koje prolazi kroz suspenziju

– sedigraf

SediGraph III 5210 tvrtke Micrometrics.

Preuzeto iz 2i

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

Izbor metoda određivanja veličine čestica u sedimentima

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

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

3.2.3 Grafički prikaz rezultata granulometrijskih analiza

– histogram

– krivulja učestalosti (frekvencijska krivulja)

– kumulativna granulometrijska krivulja

• histogram

– prikaz količine svake pojedine frakcije u obliku stupaca

Rezultati analize granulometrijskogsastava prikazani u obliku histograma.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

36

• krivulja učestalosti (frekvencijska krivulja)

– 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 .

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• kumulativna granulometrijska krivulja

– najčešći 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 prikazani u obliku kumulativne granulometrijske krivulje.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

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

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

37

– 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

AB

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• 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 će dati drugačiji materijal nego stariji pješčenjak

• veličina zrna sedimenta

– pijesak najčešće 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

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

38

• 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 slaba Granične vrijednosti kategorija sortiranosti čestica.

Preuzeto iz 3

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

• koeficijent asimetrije- Sk (skewness)

– pokazatelj simetričnosti distribucije čestica

– najbolje se vidi na krivulji učestalosti

– pozitivni Sk (prim. fluvijalni i eolski sedimenti)

– negativni Sk (prim. sedimenti plaža)

Krivulja učestalosti sa simetričnomdistribucijom čestica.

Krivulja učestalosti s asimetričnom distribucijom čestica.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

39

– 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 mogući

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

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

40

3.3.3 Zaobljenost zrna

• odnos između uglova i bridova zrna prema polumjeru najvećeg mogućeg u zrno upisanog kruga

• proporcionalna je dužini i intenzitetu transporta, veličini zrna i njegovoj gustoći, a obrnuto proporcionalna s tvrdoćom zrna

Prim:

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

– stupanj zaobljenosti kvarcnih zrna promjera 1,5-2 mm povećava 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 pomoću 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 gustoće, 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

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

41

• 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.

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

42

3.4.4 Kontakti među zrnima

• ukazuju na stupanj kompakcije sedimenta

• glavni tipovi

– točkasti

• zrna dodiruju jedan drugi u točkama dajući 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-mikroskopski izgled.

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 zapunjavajući porni prostor

cement

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

cementacijom se smanjuje poroznost i 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

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________

___________________________________