عنوان آزمايش : گرانولومتري (آناليز غربال)
هدف : پي بردن به چگونگي حمل ونقل وشرايط رسوب گذاري در هنگام تشکيل رسو ب توسط آناليز اندازه دانه
وسايل لازم : ترازوي الکترونيکي ، دستگاه sheker ، الکهاي استاندار
مقدمه :
رسوبات سيليسي آواري يا تريجنوس (Terrigenous) يک گروه متنوع از سنگها را تشکيل مي دهند که ازگلسنگهاي دانه ريز،تاماسه سنگها وکنگلومراها و برشهاي دانه درشت در تغيير هستند . اين رسوبات عمدتاً از خرده ها (Frogments)يا قطعاتي (Clasts ) تشکيل شده اند که از سنگهاي آذرين ،دگرگوني رسوبي قديم سرچشمه گرفتند.دانه هاي آواري براثر فرآيند هاي هوازدگي شيميايي و فيزيکي آزاده شده و سپس به حوضه رسوبي حمل شده اند.مکانيزم هاي حمل نقل شامل باد، يخچالها ،جريانهاي رودخانه اي،امواج،جريانهاي جذر و مدي ،جريان هاي خرده دار (Debris flows)وجريانهاي تور بيديتي مي باشد.گنگلومراها عمدتاً از پيلها و بولدرها تشکيل شده اند،واين دانه ها مي توانند از انواع مختلف سنگها تشکيل شده باشند.ماسه سنگها نيزداراي خرده سنگها هستند،وليکن عمدتاً از بلورهاي منفرد،بويژه کوارتزوفلدسپات ، تشکيل شده اند وتا حدودي سايش را نشان مي دهند . ذرات ريزتري که بر اثر شکسته شدن سنگهاي اوليه ودر طي هوازدگي (weathering ) ايجاد ميشوند ، بيشتر از کانيهاي رسي تشکيل شده اند ، که در گلسنگها فراوان بوده وماتريکس بيشتر ماسه سنگها و کنگلومراها را تشکيل مي دهند . بطور گلي ، ترکيب رسوبات سيليسي_ آواري منعکس کننده فرايندهاي هوازدگي است که عمدتا به توسط آب و هوا (Climate) وزمين  شنا ¬سي ناحيه منشا (منشا رسوبات ) تعيين مي گردد . نواحي منشا معمولا مناطق مرتفع و کوهستاني هستند که دستخوش بالا آمدگي (Uplift) قرار گرفته اند ، هر چند ممکن است ذرات تخريبي از طريق فرسايش نواحي ساحلي و کم ارتفاع (Low land) نيز سرچشمه گرفته باشند . ترکيب رسوبات تحت تاثير مسافت حمل و نقل و نيز فرايندهاي دياژنتيکي قرار مي گيرد . دو خصوصيت مهم رسوبات سيليسي آواري ، بافت (Texture) وساختمان (Structure) رسوبي آنها مي باشد . بسياري از اين خصوصيات توسط فرايندهاي رسوب گذاري  ايجاد مي شوند ، در حاليکه برخي ديگرنيز  داراي  منشا دياژنتيکي يا بعد از رسوبگذاري (Post – depositional) هستند . بسياري از ساختمانهاي رسوبي موجود در ماسه سنگها نيز در سنگهاي آهکي وبرخيس ديگر از سنگها ي رسوبي پديد مي آيند .
تئوري :
بافت يک سنگ تخريبي آواري عمدتا منعکس کننده فرايد رسوبگذاري است واز اين رو ، براي تعيين خصوصيات بافتي آنها ، بسياري اتز رسوبات عهد حاضر مورد مطالعه قرار گرفته اند . مطالعات بافت رسوب بطور قابل ملاحظه اي در ارتباط با اندازه دانه (Grain size) و پارامترهاي ان ، شکل دانه(Grain morphology) ، بافت سطح دانه (Grain surface texture) و فابريک رسوب است . بر اساس خصوصيات بافتي مي توان مچوريتي بافتي يک رسوب رانيز  مي توان مورد برسي قرار داد .
اندازه دانه و پارامترهاي اندازه دانه:
اندازه دانه اولين عامل توصيفي در تمام سنگهاي رسوبي است . مقياسهاي متعددي براي اندازه دانه ارائه شده است،وليکن يکي از مقياسهاي مورد قبول که بطور گسترده مورد استفاده قرار مي گيرد مقياسي است که توسط جي . ا . ادون (J . A . Udden ) ارائه شده است . اين مقياس بر اساس نسبت ثابت دو در حد و  مرز بين ردهاي متوالي با واژهاي ارائه شده براي هر رده توسط سي . کا . ونتورث (C. K . Wenthworth ) بيان مي گردد . مقياس اندازه دانه  ادون _ ونتورث ، رسوبات را به هفت گروه :
1- رس  2- سيلت  3- ماسه
4- گرانول  5- پبل  6- کابل  7- بولدر و ماسه را به پنج رده و سيلت را به چهار رده تقسيم مي کند .
بطور کلي واژه گراول برايس رسوبات سستي (Loose sediments ) که اندازه آنها درشت از ماسه ( 2 ميليمتر ) باشد بکار مي رود ، هرچند معمولاً اين رسوبات داراي مقاديري ماتريکس ماسه اي نيز هستند . واژه رودايت يا سنگ رودايتي (Rudaceous – rock ) براي گراولهاي سخت شده بکار مي رود که شامل کنگلومراها مي باشد . در مقياس ادون – ونتورث ، واحدهاي ميليمتري بصورت تصاعدي است . (W. C. Krumbein ) يک مقياسي حسابي با واحد في (φ) ارائه نمود که از تبديل لگاريتمي مقياس ادون – ونتورث بدست مي آيد ودر آن اندازه دانه  (d) به ميليمتر است .             
 -log2           Φ=
درتمام کارهاي مهمي که با اندازه دانه هاي رسوبات در ارتباط است از مقياس في استفاده مي شود ، زيرا از جمله مزيتهاي آن ، آسان تر بودن محسابات رياضي است براي کارهاي تفصيلي ، فواصل رده در محدوده ماسه  را با فواصل 1/4في در نظر مي گيرند . جداول مربوط به تبديل ميليمتر به واحد في توسط پگ (1955) وبرنامه اي  براي تبديل آن ، با استفاده از ماشين حساب توسط ليند هولم (1972) ارئه شده است .
هنگاميکه ماسه سنگها در صحرا موردمطالعه قرار مي گيرند اولين تخريب از اندازه دانه را توسط لوپ دستي –  (Hand  lense ) انجام داد . اندازه قطعات در کنگلومرا وبرشها برشها را مي توان مستقيما با متر اندازه گيري کرد . براي آناليز دقيق دانه ، چندين روش آزمايشگاهي وجود دارد : براي ماسه هاي سخت نشده و ماسه سنگهاي با سيمان کم ، روش الک کردن (Sieving ) از متداولترين روشهاست . سيلت متوسط تاپبلهاي کوچک مي توانند در الکها از يکديگر جدا شوند وتجربه نشان داده است که زمان الک کردن يکسان (در حدود پانزده دقيقه براي تمام نمونه ها ) و وزن يکنواخت ( در حدود سي گرم يا بيشتر براي دانه هاي درشت تر ) بايستي مورد استفاده قرار گيرد . روشهاي رسوبگذاري که سرعت ته نشست دانه ها در يک ستون آب را اندازه مي گيرد ، مي تواند براي دانه هاي در اندازه ماسه تا رس بکار رود. براي ماسه سنگها و سيلتستونهاي خوب سيماني شده (سنگهاي آهکي) بايستي از مقطع نازک استفاده کرد و چند صد دانه را با عدسي چشمي مدرج و دستگاه شمارش اندازه گيري نمود . مروري بر اين روشها توسط مک مانوس (1988) ارائه شده است . با نصب يک سيستم آناليز تصويري برروي ميکروسکوپ نيز مي توان خيلي سريع آناليز اندازه دانه ها و پارامترهاي مربوط به آن را انجام داد . هنگاميکه پراکندگي اندازه ذرات بدست آمد، سپس مي توان رسوب را به توسط چندين پارامتر توصيف کرد . اين پارامترها عبارتند از : حد متوسط اندازه دانه ، مديانما ، ميانگين اندازه دانه ، جور شدگي ، کج شدگي . کشيدگي ، پارامتري ديگري است که از نظر زمين شناسي داراي ارزش کمتي ميباشد.خيلي اوقات اين پارامتراها از طريق نمايش ترسيمي داده ها بدست مي آيد. يک روش ديگر، روش لحظه اي است . در اين روش پارامترها  مستقما با استفاده از داده هاي اندازه ذرات محاسبه مي شود.روش دوم که بعدا مطرح خواهد شد،روشي است که مي توان بسادگي با ماشين حساب الکترونيکي يا کامپيوتر بکار برد.
در نمايش ترسيمي ، هيستوگرام، منحني فراواني و منحني فراواني تجمعي رسم مي گردد. در اين روش، اندازه ذرات با دور شدن از مبدا برروي محور مختصات کاهش مي يابد.منحني فراواني و هيستوگرام، فراواني دانه در هر رده يا کلاس اندازه را نشان مي دهد و بطور سريع نحوه پراکنگي اندازه ذرات را نشان مي دهد ، خصوصا هنگامي که پراکندگي بصورت يوني مدال) (Unimodal يا بايمدال ((Bimodal باشند.
بطور کلي واژه گراول برايس رسوبات سستي (Loose sediments ) که اندازه انها درشت از ماسه ( 2ميليمتر ) باشد بکار مي رود ، هرچند معمولا اين رسوبات داراي مقاديري ماتريکس ماسه اي نيز هستند . واژه رودايت يا سنگ رودايتي (Rudaceous – rock ) براي گراولهاي سخت شده بکار مي رود که شامل کنگلومراها مي باشد . در مقياس ادون – ونتورث ، واحدهاي ميليمتري بصورت تصاعدي است . (W. C. Krumbein )يک مقياسي حسابي با واحد في (φ) ارائه نمود که از تبديل لگاريتمي مقياس ادون – ونتورث بدست مي آيد ودر آن اندازه دانه  (d) به ميليمتر است .             
 -log2           Φ=
درتمام کارهاي مهمي که با اندازه دانه هاي رسوبات در ارتباط است از مقياس في استفاده مي شود ، زيرا از جمله مزيتهاي آن ، آسان تر بودن محسابات رياضي است براي کارهاي تفصيلي ، فواصل رده در محدوده ماسه  را با فواصل 1/4في در نظر مي گيرند . جداول مربوط به تبديل ميليمتر به واحد في توسط پگ (1955) وبرنامه اي  براي تبديل آن ، با استفاده از ماشين حساب توسط ليند هولم (1972) ارئه شده است .
هنگاميکه ماسه سنگها در صحرا موردمطالعه قرار مي گيرند اولين تخريب از اندازه دانه را توسط لوپ دستي –  (Hand  lense ) انجام داد . اندازه قطعات در کنگلومرا وبرشها برشها را مي توان مستقيما با متر اندازه گيري کرد . براي آناليز دقيق دانه ، چندين روش آزمايشگاهي وجود دارد : براي ماسه هاي سخت نشده و ماسه سنگهاي با سيمان کم ، روش الک کردن (Sieving ) از متداولترين روشهاست . سيلت متوسط تاپبلهاي کوچک مي توانند در الکها از يکديگر جدا شوند وتجربه نشان داده است که زمان الک کردن يکسان (در حدود پانزده دقيقه براي تمام نمونه ها ) و وزن يکنواخت ( در حدود سي گرم يا بيشتر براي دانه هاي درشت تر ) بايستي مورد استفاده قرار گيرد . روشهاي رسوبگذاري که سرعت ته نشست دانه ها در يک ستون آب را اندازه مي گيرد ، مي تواند براي دانه هاي در اندازه ماسه تا رس بکار رود. براي ماسه سنگها و سيلتستونهاي خوب سيماني شده (سنگهاي آهکي) بايستي از مقطع نازک استفاده کرد و چند صد دانه را با عدسي چشمي مدرج و دستگاه شمارش اندازه گيري نمود . مروري بر اين روشها توسط مک مانوس (1988) ارائه شده است . با نصب يک سيستم آناليز تصويري برروي ميکروسکوپ نيز مي توان خيلي سريع آناليز اندازه دانه ها و پارامترهاي مربوط به آن را انجام داد . هنگاميکه پراکندگي اندازه ذرات بدست آمد، سپس مي توان رسوب را به توسط چندين پارامتر توصيف کرد . اين پارامترها عبارتند از : حد متوسط اندازه دانه ، مديانما ، ميانگين اندازه دانه ، جور شدگي ، کج شدگي . کشيدگي ، پارامتري ديگري است که از نظر زمين شناسي داراي ارزش کمتي ميباشد.خيلي اوقات اين پارامتراها از طريق نمايش ترسيمي داده ها بدست مي آيد. يک روش ديگر، روش لحظه اي است . در اين روش پارامترها  مستقما با استفاده از داده هاي اندازه ذرات محاسبه مي شود.روش دوم که بعدا مطرح خواهد شد،روشي است که مي توان بسادگي با ماشين حساب الکترونيکي يا کامپيوتر بکار برد.
در نمايش ترسيمي ، هيستوگرام، منحني فراواني و منحني فراواني تجمعي رسم مي گردد. در اين روش، اندازه ذرات با دور شدن از مبدا برروي محور مختصات کاهش مي يابد.منحني فراواني و هيستوگرام، فراواني دانه در هر رده يا کلاس اندازه را نشان مي دهد و بطور سريع نحوه پراکنگي اندازه ذرات را نشان مي دهد ، خصوصا هنگامي که پراکندگي بصورت يوني مدال) (Unimodal يا بايمدال ((Bimodal باشند.
شکل1-1:منحني هاي صاف شده
پراکندگي هاي فراواني که انواع
جورشدگي و کج شدگي را نشان
مي دهد.
منحني فراواني تجمعي درصدذ فراواني دانه هاي درشت تر از يک حد خاص را نشان مي دهد. از روي منحني فراواني تجمعي ، نحوه پراکنگي بر حسب درصد بدست مي ايد(يعني اندازه دانه هايي که با درصد فراواني خاصي مطابقت دارد).
امروزه پارامترهاي دقيقتر فونلک و وارد(1957)،که انئازه دانه را بر حسب ((في))در نظر ميگيرند، بکار ميرود.فرمول ساده تر پي.دي.ترسک براي کاربرد مقياس ميليمتري نيز ارائه شده استف وليکن ندرتا مورد استفاده قرار مي گيرند.
ميانگين اندازه ذرات که بسادگي از روي نقطه 50% بديت مي آيبه اندازه حد متوسط اندازه ذرات، که يک مقدار متوسط است و از روي نقاط16، 50 و84 درصد محاسبه مي گردد، کاربردي ندارد(بر اساس فرمول فولک و وارد).مد يا نما عبارت از مقدار في (يا ميليمتر )است که از نقطه وسط فراوان ترين رده بدست مي آيد.اغلب رسوبات يوني مدال هستند ،يعني در يک رده فراوان - تراند ، وليکنرسوبات بايمدال و حتي پلي مدال نيز فراوانترند. در مواردي که پراکندگي اندازه ذرات کاملا نرمال و متقارن باشد ،مقادير ميانگين ، حد متوسط و مد يکسان است .
 
پارامترهاي  اندازه  ذرات                                          مثالي از نمايش ترسيمي داده هاي اندازه دانه ( اندازه 

1) مشتق شده از منحني ، فرمول فولک و وارد              500 دانه از يک ماسه سنک اندازه گيري مي شود ) که
ميانه3.5 في
حد متوسط 2.95 في                                               به صورت هستوگرام (A) و منحنيهاي فراواني تجمعي
جور  شدگي 2.92 في ( جورشدگي متوسط)
کج شدگي 21/0 – کج شدگي درشت                          ترسيم شده با مقياس حسابي (B) و مقياس احتمالي
کشيدگي 96/0
2) با اندازه گيري لحظه اي                                     لگاريتمي (C) نمايش داده شده است . همچنين پارامترها
حد متوسط ( اولين لحظه ) 9/2
جورشدگي ( دومين لحظه ) 94/ 0                            ي اندازه دانه ( 1) به صورت ترسيمي با استفاده از                          
کج شدگي (سومين لحظه )58/0-                          
کشيدگي (چهارمين لحظه ) 1/3                               فرمولهاي فولک و وارد در جدول 2-2 و(2) با استفاده از
حد متوسط – توان سوم انحراف معيار -0.48
                                                               فرمولهاي روش لحظه اي در جدول 2-3  ، مشتق شده 
                                                                     از اين اطلاعات ارائه شده است .
فرمولهاي محاسبه پارامترهاي اندازه دانه به روش نمايش ترسيمي داده ها در دياگرام فراواني تجمعي، در فرمول ترسک ، اندازه گيري درصد pn عبارت از اندازه دانه بر حسب ميلي متر در n امين درصد فراواني است و در فرمول فولک و وارد اندازه گيري درصد     φnعبارت از اندازه دانه براساس واحد في در n امين درصد فراواني است .            
 
 کج شدگي عبارت از اندازه گيري تقارن پراکندگي است و در واقع به بهترين وضع در منحني فراواني ديده ميشود .چنانچه دنباله منحي پراکندگي به طرف دانه هاي درشت باشد ،يعني فراواني باد دانه هاي درشت است ،که در اينصورت کج شدگي رسوب منفي است و چنانچه دنباله منحني به طرف دانه هاي ريز باشد ،کج شدگي مثبت است .اگر پراکندگي به صورت متقارن باشد ،کج شدگي وجود ندارد .واژه هايي که براي کج شدگي از فرمول فولک و وارد مشتق شده است عبارتند از :
 +0.3   بزرگتر از  S K  strongly fine-skewed

                                                 تا   0.3  +  0.1            Fine-skwe d

                                            +  تا  0.1   - 0            1 .  nesymmetrical      

                                             -0.1  تا   -0.3             Coarse –skewed                

                                           -  بزرگتر از 0.3      Strongly coarse – skewed
                                                                                                         
علاوه بر اينکه کج شدگي يک واژه توصيفي مفيد براي يک نمونه رسوب است ، منعکس کننده فرايندهاي رسوبگذاري نيز ميباشند . براي مثال ،ماسه هاي ساحلي داراي کج شدگي منفي هستند ،زيرا بر اثر عمل مداوم امواج ، مواد دانه ريز از محيط دور شده اند . ماسه هاي رودخانه اي معمولا داراي کجچ شدگي مثبت هستند ، زيرا بيشتر سيلت و رس توسط عمل امواج انتقال پيدا نکرده و لذا در بين رسيوبات درشتتر به تله مي افتند . برخي از تپه هاي ماسه اي صحرايي داراي کج شدگي منفي هستند که چگونگي تشکيل ان بسيار پيچيده است ، زيرا کج شدگي منفي در ارتباط با تاثير باد بر روي منشا است . ماسه هاي بسيار ريز تا متوسط از ناحيه منشا بوسيله باد حمل شده و تپه ها را بوجود مي اورند . برخي ماسه هاي درشت تر نيز به طرف محدوده تپه ها حمل ميشوند ، وليکن بيشتر رسوبات ريزتر (سيلت ) بکلي از محدئده خارج ميگردد . بطور کلي ، رسوبات در طول مسير حمل و نقل کج شدگي منفي بيشتري پيدا مي کنند (رسوبات دانه ريز تر )  در حالي که رسوبات منشا (رسوبات باقي مانده ) کج شدگي مثبت بيشتري خواهند داشت چون دانه هاي نسبتا درشت ترند (مک لارين و باولز ، 1985 ).                         
در روش لحظه اي ، پارامترهاي اندازه دانه توسط مقادير في (در صد خرده ها يا رسوبات در هر رده ) و ( نقطه وسط هر رده يا کلاس بر حسب في ) و با بکار گيري فرمولها محاسبه ميشود . اولين لحظه ، حد متوسط پراکندگي و دومين لحظه ، انحراف معيار ، يعني جور شدگي و سومين لحظه ، کج شدگي را ارائه ميکنند . يک پارامتر اظافي ، متوسط توان سوم انحراف معيار است که اغلب نيز محاسبه مي شود .
فرمولهاي روش لحظه اي براي اناليز اندازه دانه ،(   ) عبارت است از درصد ذرات در هر رده از وزن کل رسوب ( اگر اناليز با الک باشد ) يا تعداد کل دانه ها ( اگر داده ها از مقطع نازک باشد ) است ، وعبارت است از مقدار نقطه وسط هر فاصله رده بر اساس واحد في است
شرح کار
مرحله اول ، اماده کردن نمونه :
نمونه ميتواند به صورت سنگ رسوبي يا رسوب باشد .در صورتي که مونه رسوب ( ذرات منفصل ) باشد تنها با قرار دادن ان در اون و خشک کردن دانه ها براي مطالعه اماده ميشود . در حالتي نمونه به صورت سنگ رسوبي باشد بايد ان را به طريقه فيزيکي خرد کرده ، سپس مواد سيماني زائد و همچنين مواد عالي را حذف کرد . حذف سيمان که غالبا از نوع کلسيت ميباشد به کمک اسيد کلريدريک و اسيد استيک انجام پذير است . براي از بين بردن مواد اليذ بايداز اب اکسيژنه استفاده کرد تا به کمک ان مواد الي حل و از نمونه جدا شود .
مرحله دوم :اندازه گيري وزن نمونه و الکلها :
در اين مرحته بايد نمونه اماده شده را وزن کرده و همچنين بايد وزن تک تک الکها و ظرف پن اندازه گيري شود . ارقام ثبت شده در محاسبات مورد نياز مي باشند
مرحله سوم :الک کردن :
الکها بر اساس افزايش شماره مش بترتيب از بالا به پايين بر روي هم چيده ميشوند و ظرف پن در زير بزرگترين مش قرار ميگيرد . با خالي کردن ظرف نمونه در بالا ترين الک و بستن درب آن ،الکها و پن از قسمت قاعده بر روي دستگاه  قرار گرفته و دستگاه براي مدت 10-15 دقيقه روشن نگه داشته ميشود .
مرحله چهارم : اندازه گيري نهايي :
بعد از سپري شدن زمان لازم و خاموش کردن دستگاه بايد هر الک و محتويات باقي مانده در آن و همچنين ظرف پن توزين شوند.
مرحله پنجم : تکميل جدول :
در اين مرحله به کمک اطلاعات بدست امده از توزين ، ساير اطلاعات جدول از قبيل درصد وزني و تجمعي محاسبه و تکميل ميگردد .

من و تو @ 2:59 PM | لینک دائمی | ارسال نظر [2]