砾石磨圆度定量方法探究

双 棋

(长江大学地球科学学院，湖北 武汉 430100)

磨圆度作为砾石形态的重要参数之一，表示碎屑颗粒原始棱角被磨圆的程度，可以反映砾石的搬运与沉积过程。磨圆度测量处于发展阶段，目估法较为直观，但仅凭测定者视觉对颗粒圆度难以进行判断。目前所提出的各种测量方法主要针对三维的砾石颗粒，也有学者通过野外露头测量砾石二维特征，而对于地下岩心砾石颗粒特征的测量是异常艰难。本次研究以岩心图像砾石分析技术为手段，获取地下砾石图像资料，选取IPP圆度公式进行计算，根据砾石IPP圆度与扁度关系，定量砾石磨圆度。

1 研究方法

1.1 测量原理

IPP圆度公式反映了颗粒实际面积与长轴外接圆面积之比。IPP软件具有自动识别颗粒轮廓和直接计算颗粒圆度和颗粒轮廓分维数的功能，可用于砂粒级碎屑轮廓的提取和计算。同时考虑到砾石圆度值受到形状(即扁度，为砾石的短长轴之比)的影响，故结合扁度对磨圆度进行定量分析。IPP圆度公式：

R=p2/4πA

(1)

式(1)中p为颗粒的周长，cm；A为颗粒面积，cm2；R为圆度。

从IPP圆度公式可知，该公式是以偏离正圆面积来计算圆度，正圆形对象的圆度=1，其他形状的对象圆度 >1。

1.2 测量方法及步骤

与大部分文献中测量磨圆度的对象不同，本次主要对岩心中砾石颗粒进行测量，而非野外剖面的砾石、薄片中的矿物或集合体。故选取岩心图像砾石分析技术为测量手段，借助计算机软件进行图参数提取与计算。此技术利用先进的图像分析手段，以岩心扫描图像为基础，通过对砂砾岩中砾石的提取、统计和分析解决砂砾岩勘探中的一些基本地质问题。对取心段砾石颗粒进行测量步骤如下(图1)：第一步：选取取心段岩心图像；第二步：快速选择直接圈出颗粒轮廓，标记成红色；第三步：进行编号处理，自动求取IPP圆度及相关参数，如颗粒面积A、周长p、短轴a和长轴b等。

图1 岩心扫描图像获取砾石颗粒及编号

1.3 砾石磨圆度数据统计

砾石形貌特征，诸如磨圆度、扁度等特征在一定程度上可以反映砾石的搬运与沉积过程。磨圆度与扁度均反映了砾石近圆程度，但两者计算公式并不相同。而磨圆度指颗粒被其他颗粒或介质磨圆的程度，即棱角变少、曲面变多。因此，结合磨圆度和扁度这两种参数的统计来定量反应砾石磨圆度的特征。

通过统计取心段1 644块砾石颗粒圆度，按砾石颗粒形态可分为：长扁形(0～0.3)、扁球形(0.3～0.5)、椭球形(0.5～0.7)和圆球形(0.7～1)。并参考前人砾石磨圆度定性分类方案，将工区砾石磨圆度分为棱角状、次棱角状、次棱-次圆状、次圆状和圆状。通过砾石扁度与IPP圆度数据统计，建立了IPP圆度与扁度关系，发现IPP圆度与扁度呈明显的正相关，表明可以依据扁度参数来定量的表达砾石的磨圆度(图2)，以此建立砾石磨圆度定量区间。

研究发现，长扁形砾石颗粒以次棱角状、次棱-次圆状和次圆状为主，磨圆度0.2～0.5；扁球形砾石颗粒中以次棱-次圆状和次圆状为主，磨圆度0.53～0.82；椭球形砾石颗粒以次棱-次圆状和次圆状为主，磨圆度0.8～0.9；圆球形砾石颗粒以次圆状和圆状为主，磨圆度普遍大于0.85。这里所说的磨圆度范围区间即为扁度因素影响下的IPP圆度区间，根据测量数据统计，定量砾石圆度范围：棱角状(≤0.2)、次棱角状(0.2～0.35)、次棱-次圆状(0.35～0.55)、次圆状(0.55～0.85)以及圆状(≥0.85)。其中，随着砾石颗粒形态由长扁形至圆球形变化，棱角状与次棱角状砾石颗粒减少，次棱-次圆状、次圆状以及圆状砾石颗粒增加，这表明砾石颗粒的磨圆度在逐渐变好(图3)。与此同时，也表明砾石颗粒的短长轴之比(扁度)与砾石磨圆度之间存在着紧密的联系，选取扁度条件限制下的IPP圆度值进行砾石磨圆度定量表征是可行的。

图2 砾石颗粒IPP圆度与扁度线性关系

图3 砾石颗粒扁度与磨圆度特征

2 砾石磨圆度分析

取心段岩性以大中砾岩、小中砾岩和细砾岩为主，下部发育小中砾岩和细砾岩为主，上部发育大中砾岩为主，中部夹有薄层的灰色细砂岩，整体颜色呈灰绿色，支撑方式主要为颗粒支撑，为扇三角洲前缘外侧的河道沉积。垂向上表现为两期河道的叠置，砾石颗粒较大，主要以滚动搬运为主。由于取心井段岩心垂向上的岩性各不相同，便统计了各类岩性特征下砾石颗粒的磨圆度特征，并对取心段岩心砾石磨圆度进行垂向上的分析研究(图4)。

图4 各类扁度砾石颗粒下的IPP圆度平均值分布特征

数据统计发现，长扁形砾石颗粒磨圆度平均值集中范围为0.35～0.55，则以次棱-次圆状为主；扁球形砾石颗粒磨圆度平均值集中范围为0.6～0.75，以次圆状为主；椭球形砾石颗粒磨平均值集中在0.8～0.85之间，以次圆状为主；圆球形砾石颗粒磨平均值集中在0.9～0.95之间，以圆状为主。长扁形、扁球形和椭球形砾石颗粒磨均值向上变大，磨圆度也随之变好；而圆球形砾石颗粒磨均值向上变化出现与前者不同，通过分析发现，在圆球形砾石颗粒中主要以圆状为主，砾石颗粒的磨圆度好，磨圆度平均值已经较大，所以向上变化并不是很明显。取心段各类扁度的砾石颗粒的磨圆度均值在垂向上都表现为向上呈变大的趋势；且砾石颗粒由长扁形至圆球形变化，磨圆度值逐渐增大，表明砾石磨圆度逐渐变好。

结合垂向上岩性、最大粒径、平均粒径等变化，发现取心段砾石颗粒磨圆度值向上呈变大趋势；由长扁形至圆球形变化，磨圆度值逐渐增大，磨圆度整体变好。其中，大中砾岩中砾石颗粒磨圆度最大，以次圆状和圆状为主，而细砾岩则表现出较小的磨圆度，以棱角状和次棱角状发育为主。取心段为河流沉积，砾石的磨圆度随着颗粒粒度的增大而增高，大砾石颗粒比小砾石颗粒的机械磨蚀表现的更为显著。垂向上，磨圆度总体增大，碎屑颗粒的磨圆度是随着搬运距离和搬运时间的增加而增高，这对于以滚动搬运为主的取心段砾石颗粒来讲表现的更为明显。

3 结论

(1)采用岩心图像砾石分析技术，借助计算机软件，依据IPP圆度计算公式，可对砾石颗粒磨圆度进行定量分析。

(2)通过砾石颗粒IPP圆度与扁度统计，建立IPP圆度与扁度关系，将砾石颗粒形态分为长扁形、扁球形、椭球形和圆球形，并定量了砾石颗粒磨圆度范围。

(3)结合砾石磨圆度定量分析，研究以河流沉积为主的取心段，发现取心段砾石磨圆度随着颗粒粒度的增大而增高，垂向上砾石磨圆度总体增大；表明砾石磨圆度定量研究可为取心段沉积特征研究提供一定依据。