1. - old.unibuc.roold.unibuc.ro/prof/roban_r_d/docs/2015/oct/11_19... · sedimentologi. ultima...

Sedimentologie si sisteme depozitionale Lect. Dr. Relu D. Roban

1 Granofaciesul sedimentar

Granofaciesul sedimentar

Granulometria – dimensiunea particulelor – reprezintă un criteriu important de

analiză a sedimentelor şi rocilor sedimentare. Analiza granulometrică are ca rezultat

evidenţierea de clase şi obţinerea de informaţii necesare calculării parametrilor

granulometrici.

Categoriile granulometrice fundamentale cu care se operează în domeniul sedimentar

sunt: rudit, arenit, silt şi lutit.

1. Metode de analiză granulometrică

Metodele se casifică în principal în funcţie de intervalul dimensional:

fracţiuni grosiere (rudite, arenite);

material cimentat (secţiuni subţiri);

material necimentat (sitare, macrosedimentare şi măsurători directe ale

galeţior);

fracţiuni fine (silturi, lutite);

separarea directă a fracţiilor: decantare, centrifugare;

determinare indirectă a dimensiunilor (microsedimentare): pipetare,

balanţa de sedimentare, densimetrie, metode optice.

În ultima perioadă se folosesc medodele de analiza LASER pentru intervalul arenit -

lutit.

2. Algoritmul analizei prin sitare Pentru intervalul rudit fin - lutit, metodele clasice sunt cele ale sitării, pentru

intervalul rudit fin- arenit fin şi pipetării pentru intervalul silt-lutit.

Mai întâi probele sunt spalăte şi dezagregate prin triturare. Dacă probele sunt

cimentate, atunci de folosesc soluţii pentru dizolvarea cimenturilor. Dacă liatul este de tipul

materiei organice, atunci probele sunt tratate cu apa oxigenată. În cazul în care proba conţine

o cantitate importantă de material lutitic (argilos) atunci se vor face tratamente cxhimice

pentru dispersare.

Urmează operatiunile de sitare. Ochiurile sitelor respectă scara granulometrică

standard. Cantităţile rămase pe sită sunt cântarite. Materialul fin siltic şi lutitic rămas pe tava

colectoare este în continuare analizat prin metoda pipetării.

2.1 Prepararea probelor

2.1.1 Dezagregare, decimentare

Dacă probele sunt consolidate, mai întâi se vor dezagrega prin metode fizice cum ar fi

înmuierea, triturarea, încălzirea şi răcirea alternativă sau dezagregarea în camera de presiune.

Dacă probele sunt cimentate atunci se folosesc în funcţie de mineralogia cimentului diverse

soluţii în scopul dizolvarii acestuia (Tabel 1).

Tabel 1 Substanţe chimice utilizate pentru decimentare

Tip de ciment Substanţă chimică Observaţii

Calcitic HCl diluat Reacţie la cald

Feruginos HCl 50% Reacţie la cald

Silicios KOH concentrat Reacţie la cald

Pirită NO3H Reacţie la cald

Bituminos Solvenţi organici Reacţie la rece



2.1.2 Dispersie

În cazul unor probe cu mult material lutitic, particulele constituente, dacă sunt

analizate prin sedimentare se depun în mod individual sau sub formă de agregate, datorită

procesului de coagulare (floculare). Procesul de coagulare se produce datorită caracterului

electro-negativ a particulelor argiloase. Înconjurarea cu particule pozitive conduce la

formarea agregatelor, lucru nedorit în analiza granulometrică. Dispersarea se face prin

metode fizice sau chimice. Metodele fizice de dispersie sunt înmuierea în apă, triturarea în

apă, agitare în apă şi fierberea în apă distilată. Procedeele chimice sunt atacul cu acizi şi baze

precum şi utilizarea substanţelor dispersante pentru a distruge învelişul ionic al particulelor

fine (tabel 2). Concentraţia dispersantului (substanţei peptizante) are o importanţă deosebită

deoarece în cantităţi mari poate avea efecte inverse. Tabel 2 Tipurile de substanţe pentru dispersie şi concentraţiile utilizate, din Jipa 1987.

Substanţa peptizantă Concentraţia Observaţii

Hidroxid de amoniu concentrat Câteva picături la litru de

suspensie

N/100 (Oden)

Recomandat pentru soluţiile

lipsite de carbonaţi

Carbonat de sodiu 0,02 N -

Oxalat de sodiu 0,01N (0,005N) Puternică acţiune dispersantă

Polifosfat de sodiu 0,002 N Pentru dispersarea caolinului

Metasilicat de sodiu 40 g/l apă Pentru sedimente gipsifere

Hidroxid de litiu 4-8 cc/10 ml sol Pentru soluri

Hexametafosfat de sodiu (Calgon) 40gr/l apă distilată Pentru sedimente marine actuale

2.2 Sitare

Aparatura necesară sitării constă dintr-un set de site şi vibrator. Seturile de site diferă

în funcţie de scop şi producător. Există site clasice cu ochiuri pătrate şi microsite de precizie.

Diametrul interior variază de la 8 la 20 cm. Ochiurile sitelor ce constituie setul au dimensiuni

ce se succed conform unei anumite scări granulometrice. Setul include un capac la partea

superioară şi un vas receptor în bază. Trecerea materialului prin coloana de site este

argumentată prin agitarea coloanei cu un vibrator. Factorii care influenţează sitarea sunt

timpul, sarcina sitelor, numărul sitelor precum şi forma ochiurilor. Timpul necesar este de 10-

15 minute iar sarcina de 25-125 g. Numărul sitelor depinde de domeniul de granulaţie şi scop

(ex. STAS industrial). În România se folosesc seturi alcătuite din site ale căror ochiuri diferă

cu 1/4 sau 1/3 . În laboratorul de sedimentologie la Universităţii din Bucureşti există un

set de site ce respectă scara Udden-Wentworth, tabel 3.

După efectuarea operaţiilor de dezagregare şi dispersare se trece la separarea

arenitului si eventual ruditului fin de silt şi lutit. Granulometria materialului fin se face prin

alte metode (ex. pipetare, decantare, analiza laser). Prin sitare uscată se parcurg următoarele

etape.

1) Transferul arenitului într-un alt vas. Antrenarea nisipului pe sita de 63 m se face

cu ajutorul unei baghete;

2) Uscarea materialului nisipos în etuvă ;

3) Cântărirea nisipului uscat cu precizie de miimi de gram ;

4) Examinarea nisipului la lupa binoculară pentru verificarea eficacităţii dezagregării

şi dispersării ;

5) Selecţionarea sitelor ce vor fi utilizate şi ansamblarea lor într-o coloană;

6) Aşezarea setului de site pe vibrator şi transferarea nisipului omogenizat pe sita

superioară a setului;

7) Punerea în funcţie a vibratorului pe durata de timp stabilită;

8) Transferarea materialului reţinut pe fiecare sită în câte un pahar;

9) Cântărirea paharelor şi a a conţinutului.



Urmează testarea şi curăţirea sitelor prin observare la microscop a ochiurior sau

sitarea unor probe standard. Decolmatarea se face prin spălare sub jet de apă cu săpun,

fierbere în baia de acid acetic (5%) sau băi ultrasonice.

3. Scări granulometrice

In tabelul 3 sunt redate diversele scari granulometrice cel mai des folosite de catre

sedimentologi. Ultima propunere apartine autorilor Blott and Kenneth (2012)

Tabel 3 Diverse scari granulometrice Blott and Kenneth (2012)



4. Reprezentari grafice

Cantităţile ramase pe site sunt transformate în procente de greutate şi apoi în procente

cumulate. Datele sunt completate cu analizele fracţiei fine prin pipetare. Ex. Tabel 3. Tabel 3 Exemplu de date pentru analiza granulometrică. Datele sunt reprezentate grafic în fig. 1 din Cheel (2006)

Datele se preprezintă prin histograme, curba frecvenţelor simple, rezultată prin unirea

vârfurilor histogramelor şi curba frecvenţelor cumulate (fig. 1). Pentru usurinţa reprezentării

de folosesc unităţile phi [-log2d(mm)]. Pentru evidenţierea populaţiilor granulometrice în

reprezentarea frecveţelor cumulate se foloseşte scara gaussiana sau a probabilităţii, care

extinde sectoarele extreme şi comprimă zona centrală a distribuţiei granulometrice (fig. 1.C)

Fig. 1 Exemple de reprezentări grafice: A histograme şi curba frecvenţelor simple; B) curbe cumulative pe scara

aritmetică; C) curba frecvenţelor cumulate pe scara probabilităţii din Cheel (2006)

5. Calculul parametrilor granulometrici

Principalii parametri granulometrici sunt modul, indicele de clasticitate, media,

mediana, deviaţia standard, asimetria şi ascuţimea. Se citesc direct sau se calculează cu

ajutorul percentilelor pe curbele frecvenţelor simple sau cumulate.

Modul (Mo) reprezintă dimensiunea particulelor corespunzatoare celui mai înalt punct

al poligonului de frecvenţe (frecvenţa maximă), iar clasa modală este intervalul dimensional

cu frecvenţa maximă a histogramei.

Indicele de clasticitate (C) este dimensiunea maximă a particulelor iar valoarea se

extrage din curba cumulativa ca fiind P1.



Mediana (Md) reprezintă dimensiunea particulelor corespunzatoare axei ce împarte

distribuţia în două parţi egale; se determina de pe curba cumulativă P50 = percentila de 50 %.

Media (Mz) = parametru ce defineste media distribuţiei.

2

P+P=Mz 8416

Inman, 1952 3

P+P+P=Mz 845016

Folk si Ward, 1957

Modul de calcul al percentilelor este arătat în fig. 2.

Fig. 2 Exemplu de citire a percentilelor şi de calul a mediei din Cheel (2006)

Deviaţia standard (σ) este un parametru ce defineşte dispersia distribuţiei în jurul

valorii medii.

2

P-P=

1684 Inman, 1952 6.6

P-P+

4

P-P=

5951684 Folk si Ward, 1957

Un parametru care exprimă deviaţia standard este gradul de sortare. Cu cât valorile deviaţiei

standard sunt mai mari cu atât sortarea este mai slabă (fig. 3).

Fig. 3 Corelaţia dintre sortare şi valorile deviaţiei standard, Compton (1962).

Asimetria(Sk) este un parametru ce defineşte gradul de apropiere a distribuţiei

granulometrice analizate de o distribuţie normală-simetrică (Sk=0). Poate fi apreciată calitativ

pe curba frecvenţei simple (fig. 4) şi cantitativ cu ajutorul percentilelor.



Md-Mz=Sk Inman, 1952

)P-P2(

P2-P+P+

)P-P2(

P2-P+P=Sk

595

50955

1684

508416Folk si Ward, 1977

Fig. 4 Ilustrarea schematică a diferitelor tipuri de simetrie. Liniile întrerupte indică distribuţia simetrică în raport cu

surplusul materialullui fin sau groisier, după Friedman şi Sanders (1978), din Cheel (2006). M-media

Valorile standard sunt următoarele: Sk >+0.3, distribuţie foarte asimetrică cu surplus

de material fin; +0.1 < Sk < +0.3 distribuţie asimetrică cu surplus de material fin; -0.1 < Sk <

+0.1 distribuţie cvasisimetrică; -0.3 < Sk < -0.1 distribuţie asimetrică cu surplus de material

grosier; Sk < -0.3 distribuţie foarte asimetrică cu surplus de material grosier

Ascutimea (K) este parametrul ce exprimă gradul de apropiere al ascuţimii poligoa-

nelor de frecvente de aspectul distributiei normale, aplicabil doar pentru distribuţiile

unimodale.

P-P

)P-P(-)P-P(=K

1684

1684595Inman, 1952

)P-P2.44(

P-P=K

2575

595Folk si Ward, 1977

Fig. 5 Diferite tipuri de ascuţime. După Blatt, Middleton şi Murray (1980) din Cheel (2006)

Valorile standard ale ascuţimii sunt: Curbe leptocurtice K>1(ascutiţe); platicurtice

K<1 (plate) şi mezocurtice K=1 (apropiate de distribuţia normală).



6. Nomenclatura unei distribuţiei granulometrice

Distribuţia granulometrică poate fi denumită pe criterii granulometrice folosind

diagrama Folk (1954) pentru arenite, silturi şi lutite,( fig. 6) şi diagrama Folk, (1954) pentru

rudite, arenite şi silturi + lutite=mud, (fig.7). Denumirile sunt specifice rocilor clastice

mobile.

Fig. 6 Diagramă ternară Sand, Silt, Clay, Folk (1954) pentru definirea tipurilor granulometrice

Fig. 7 Diagramă ternară cu nomenclatura categoriilor ruditice, arenitice şi silturi + lutite, Folk, (1954)



7. Interpretări ambientale

De multe ori sedimentele reprezintă combinaţia mai multor subpopulaţii. Visher

(1969) a sugerat că alura curbelor cumulative reprezentate gaussian ar putea fi deseori

subdivizată în 2, 3 sau 4 segmente liniare, (fig 8). Se consideră că fiecare segment reprezintă

o subpopulaţie a cărei caracter este determinat de dinamica sedimentelor: tracţiune, saltaţie,

suspensie. Aceasta tehnica simplistă a fost preluată de către mulţi geologi dar necesită mai

mai multă atenţie în interpretare.

Fig. 8 Segmentele linerire pe curba cumulativă şi semnificatia acestora în termenii dinamicii sedimentelor,

(Visher 1969, in Mc Manus 1988).

Passega (1957, 1964) a sugerat că raportul dintre indicele de clasticitate şi media

particulelor (Mz), ar putea fi indicator al dinamicii sedimentelor în diferitele medii

depoziţionale. Curenţi cei mai puternici sunt astfel definiţi de granulometria grosieră. În

diagramele C-M se definesc câmpuri cu semnificaţii dinamice: tracţiune (în zonele de plaje),

saltaţie, suspensie (zonele pelagice), (fig. 9).

Fig. 9 Plotarea indice de clasticitate vs mediana, Passega (1964), si interpretarea segmentelor in termeni

de mediu depozitional si conditii de transport al clastelor, în McManus (1988).

Analiza granulometrică, împreună cu alte metode poate fi antrenată în studii ambientale

cu caracter regional prin considerarea variaţiilor parametrilor granulometrici.



Una dintre primele încercări de a caracteriza mediul depoziţional prin date de

granulometrie a fost cea la lui Stewart (1958) care a plotat mediana vs abatere standard şi

asimetrie, pentru sedimente din râuri, zone litorale (plaje dominate de valuri) şi medii cu apă

liniştită, definind astfel campuri standardizate (fig. 9).

Fig. 9 Plotări bivariante, mediana vs deviatie standard, mediana vs ascutime si definirea unor câmpuri

ambientale, (Stewart 1958, în McManus 1988).

Friedman, (1961, 1967) a folosit reprezentarile grafice abatere standard vs asimetrie

pentru distingerea mediilor fluviatile, litorale şi eoliene (fig. 10). Nisipurile fine cu distribuţie

unimodală provenite din mai multe regiuni ale globului arată caracteristici similare: nisipul

litoral de plajă are sortare bună şi asimetrie negativă, nisipul din râuri prezintă sortare slabă şi

asimetrie pozitivă, nisipul eolian prizintă asimetrie pozitivă dar este mai fin decât nisipul de

plajă.

Fig. 10 Plotarea abatere standard vs asimetrie si definirea unor campuri ambientale relative distincte dupa Friedman,

(1967) în Cheel (2005)



Pot fi valorificate şi raporturile simple dintre fracţiile ruditice fine, arenitice, siltice şi

lutitice. Raportul silt/lutit a fost exploatat în sistemele lacustre şi oceanice. Pelleter (1973) în

McManus (1988), a demonstrat ca relaţia descreştere granulometrică – creştere batimetrică

este mai pronunţată în lacuri decât oceane.

Deviaţia metric-quartile reprezintă subpopulaţia centrală, care, frecvent acoperă mai

mult de jumătate din distribuţie, (P25-P75)/2. Folosind mai multe sute de analize, Buller şi

McManus (1972), au definit prin plotarea deviaţia metric-quartile vs mediana (Md), campuri

cu semnificaţii ambientale: râuri, plaje, dune eoliene, depozite de apă liniştită. Multe dintre

câmpuri se suprapun, în special în domeniul arenit mediu-fin, însă, o mai bună discriminare a

fost obţinută pentru celelate clase granulometrice. Mai tarziu au fost adaugate, de către alţi

autori câmpuri pentru domeniile turbiditic, glaciar şi piroclastic (fig. 11)

Fig. 11 Plotarea deviaţia metric-quartile vs mediana (Md), Buller si McManus (1957) si semnificatii ambientale

indicate de Folk si Ward (1957), în McManus (1988).

Bibliografie selectivă ANASTASIU N., JIPA D., (1983), Texturi şi structuri sedimentare, Ed. Tehnică, Bucureşti, 320 p.

BLOTT S. J., KENNETH P., (2012) Particle size scales and classification of sediment types based on particle

size distributions: Review and recommended procedures, Sedimentology, 59, p. 2071–2096

CHEEL R.J., (2005), Introduction to clastic sedimentology, Department of Earth Sciences, Brock University,

Ontario, Canada, 124 p.

JIPA, D, (1987), Analiza granulometrică a sedimentelor: semnificaţii genetice, Editura Academiei Republicii

Socialiste Romania, 128 p.

McMANUS J., (1988), Grain size determination and interpretation in In: Techniques in Sedimentology In:

Techniques in Sedimentology (ed. Tucker M.E.), p 63-85, Blackwell Scientific Publications, Oxford

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/sed.2012.59.issue-7/issuetoc


1 Tema 1 –Granofaciesul sedimentar

Tema nr. 1

Se da un set de date, reprezentând, procentele simple si cumulate ale unei distributii

granulometrice, rezultate în urma analizei granulometrice prin sitare si pipetare.

Tabel 1

fs frecv. simpla

cod proba P1 P2 P3

fc frecv. cumul site fs fc f s fc f s fc

mm phi % % % % % %

Rudit (Gravel) fin 4 -2 1 1 0,5 0,5 0 0

Rudit (Gravel) f. fin 2 -1 3 4 5 5,5 0 0

Arenit (Sand) f. grosier 1 0 1 5 15 20,5 1,5 1,5

Arenit (Sand) grosier 0,5 1 2 7 30 50,5 2 3,5

Arenit (Sand) mediu 0,25 2 15 22 20 70,5 3 6,5

Arenit (Sand) fin 0,125 3 42 64 10 80,5 4 10,5

Arenit (Sand) foarte fin 0,0625 4 18 82 8 88,5 6 16,5

Silt f. grosier 0,031 5 2 84 5 93,5 8 24,5

Silt grosier 0,015 6 1 85 3 96,5 9 33,5

Silt mediu 0,008 7 2 87 2 98,5 10 43,5

Silt fin 0,004 8 10 97 1 99,5 15 58,5

Silt foarte fin 0,002 9 2 99 0,3 99,8 27 85,5

Lutit (Clay) lutit 0,001 10 1 100 0,2 100 10,5 96

Lutit (Clay) lutit 0,0005 11 0 100 0 100 4 100

suma 100 100 100

Silt + Clay=Mud

1. Sa se reprezinte grafic distributia prin frecvente simple si cumulate;

2. Sa se calculeze parametrii granulometrici: Mo, Md, M, C, Sk, K

Inman (1952);

3. Sa se dea diagnosticul distributiei granulometrice folosind diagramele Folk (1954) în

functie de caz.

4. Sa se caracterizeze pe scurt configuratia curbelor granulometrice (ex. caracter

uni-polimodal, sortare asimetrie, ascutime, …)

5. Sa se separe segmentele de dreapta determinate de dinamica sedimentelor:

tractiune, saltatie, suspensie.



1. Reprezentari grafice



2. Calculul parametrilor granulometrici (Inman, 1952)

Percentile Proba 1 Proba2 Proba3

P1

P5

P16

P50

P84

P95

Parametri Proba 1 Proba2 Proba3

C P1

Md P50

M (Mz) 2

P+P=M 8416

σ 2

P-P=

1684

Sk

Md-M=Sk

K P-P

)P-P(-)P-P(=K

1684

1684595

3. Diagnosticul distribuţiei granulometrice

Pentru diagrama G S M

Folk (1954) Proba 1 Proba2 Proba 3

Gravel

Sand

Mud (Clay+Silt)

SUM

Diagnostic

Pentru diagrama SSiC

Folk

(1954) Proba 1 Proba2 Proba 3

Sand

Silt

Clay

SUM

Diagnostic



4. Caracterizarea curbelor granulometrice

Parametri Parametrii Proba 1 Proba2 Proba3

Mo Modul

σ Sortare

Sk Asimetrie

K Ascutime

5. Interpretări hidrodinamice


2-1 Tema 2 –Granofaciesul sedimentar

Tema nr. 2

Un set de probe a fost colectat din depozite continentale cuaternare, lacustre si fluviatile.

In urma analizei granulometrice laser au fost calculati urmatorii parametri granulometrici: C-indice de clasticitate; Md-mediana; δ – abatere standard, Sk – asimetrie si K- ascutime (Tabel)

Probe C[φ] Md[φ] δ[φ] Sk[φ] K[φ]

P1 5,46 7,72 1,94 0,58 1,74

P2 5,06 7,19 1,36 0,38 2,20

P3 4,48 6,85 0,87 0,07 1,07

P4 2,32 7,18 1,59 0,18 1,89

P5 -0,22 3,41 2,30 0,14 0,73

P6 0,76 2,86 1,89 0,53 0,92

P7 1,73 5,88 1,75 -0,19 0,99

P8 2,52 7,21 0,90 -0,09 1,24

P9 1,93 6,57 1,49 -0,23 1,31

P10 0,56 3,40 2,07 0,31 0,74

P11 1,73 5,95 1,50 -0,22 1,09

P12 1,93 6,73 1,04 -0,16 1,48

P13 1,15 4,37 1,95 0,13 0,68

P14 0,17 1,85 1,73 0,56 1,47

P15 2,13 7,19 0,63 -0,01 1,04

P16 2,32 6,95 1,19 -0,13 1,47

P17 1,73 4,77 2,00 0,05 0,72

P18 1,93 6,00 1,29 -0,19 1,15

P19 1,73 6,08 1,68 -0,13 1,20

P20 1,93 6,34 1,12 -0,24 1,54

P21 1,93 6,36 1,28 -0,15 1,32

P22 2,13 6,48 1,15 -0,07 1,30

P23 1,73 4,67 1,86 0,22 0,83

P24 4,67 6,75 0,64 0,03 1,03

P25 1,93 5,92 1,47 -0,12 1,06

Sa se ploteze urmatorii parametri: Md vs C; δ vs Md; Sk vs Md si K vs Md.

Sa se interpreteze diagramele in termenii mediilor sedimentare si a conditiiilor hidrodinamice, consultand notele de curs.



Interpretari

1. - old.unibuc.roold.unibuc.ro/prof/roban_r_d/docs/2015/oct/11_19... · sedimentologi. ultima...

Documents