Klastický sediment

Veľkosť jednotlivých úlomkov terigénnych sedimentov je ich najdôležitejšia charakteristika. Podľa nej sa klasifikujú a má aj význam pri určovaní ich pôvodu. Meranie veľkosti sa uskutočňuje buď priamo (dotykovým meradlom pri veľkých úlomkoch), sitovaním (hlavne pri pieskoch), meraním vo výbrusoch pomocou mikrometrického okuláru (pri drobnozrnných spevnených sedimentoch), alebo aj meraním rýchlosti usadzovania v laboratórnych podmienkach (pre najjemnejšie sedimenty).

Pri ručnom meraní sa merajú všetky tri rozmery (dĺžka, šírka, hrúbka), o zaradení do určitej triedy rozhoduje veľkosť najdlhšej osi, prípadne ich geometrický priemer (tretia odmocnina ich súčinu).

Sitovanie (alebo sitová analýza) sa uskutočnuje preosievaním určitého presne stanoveného množstva vzorky sedimentu (najčastejšie od 100 do 200 g, jemnozrnnejšie sedimenty aj viac) sez sústavu sít so štandardnými rozmermi ôk. Vo svete sa používa súbor so medzinárodne štandardizovanými rozmermi, tzv. mešmi. Základom sitovania je stanovenie váhového percenta jednotlivých frakcií.

Na opis jednotlivých frakcií sa používajú zrnitostné škály. Najpoužívanejšia je Uddenova zrnitostná škála - intervaly sa líšia konštantným pomerom 1/2 (alebo 2 - je to geometrická škála). Iná škála je Krumbeinova zrnitostná škála, ktorá používa bezrozmerné jednotky φ (φ = −log₂D, kde D je priemer častice).

Rozdelenie veľkosti zŕn sedimentu, získané laboratórnymi rozbormi sa najčastejšie vyjadruje graficky (formou zostavenia grafu - histogramov, cyklogramov, frekvenčných a kumulatívnych kriviek) a odčítania parametrov z nich.

Najčastejšie používané sú kumulatívne krivky, kde na osi x sa nanášajú veľkostné triedy (či už v milimetrovej, alebo v logaritmickej škále) a na os y percentuálne zastúpenie jednotlivých frakcií vyjadrené v kumulatívnych percentách. Usporiadanie veľkostnej škály na osi x obvykle začína hruboznými frakciami a končí najjemnejšími.

Z kumulatívnej krivky sa dajú odčítavať viaceré parametre:

• Medián (Md) - charakterizuje priemernú veľkosť zrna - priesečník kumulatívnej krivky s líniou 50-teho kumulatívneho percenta
• Kvartily (Q₁,Q₃) - priesečník kumulatívnej krivky s líniou 25-teho, alebo 75-teho kumulatívneho percenta
• Percentily (P_{príslušné percento}) - priesečník kumulatívnej krivky s líniou ktorejkoľvek percentuálnej línie
• Priemerná veľkosť zrna - stanovuje sa matematicky - aritmetickým priemerom
• Koeficient vytriedenia - stupeň zrnitostného vytriedenia sedimentu. Je to vlastne smerodajná odchýlka od priemernej veľkosti zrna
• Asymetria krivky - určuje stupeň pravidelnosti zrnitostného rozloženia - rozptyl zŕn na obe strany od hlavnej zrnitostnej triedy)

Tvar klastických častíc je dobre vyjadriteľný pri veľkých úlomkoch (štrková veľkost. Charakterizujú ho tieto údaje: sféricita, plochosť, forma a izometria. Tieto parametre sú ovplyvňované faktormi ako merná hmotnosť klastu, hydrodynamický režim fluida (vodného prostredia), odolnosť voči mechanickým účinkom a forma pôvodných úlomkov. Zovšeobecnením týchto faktorov vyplýva, že na výsledný tvar má najväčší vplyv zloženie úlomkov (minerálne, horninové), dĺžka transportu a pôvodný tvar.

Základ na vypočítavanie tvarových parametrov je veľkosť troch základných osí: dlhej (a), strednej (b) a krátkej (c). Na základe ich pomeru sa úlomky rozdeľujú do štyroch tvarových tried.

• diskovitý tvar (b/a > 0,66, c/b < 0,66)
• sférický tvar (b/a > 0,66, c/b > 0,66)
• čepeľovitý tvar (b/a < 0,66, c/b < 0,66)
• vretenovitý tvar (b/a < 0,66, c/b > 0,66)

Presnejšia definícia sféricity sa vypočítava podľa nasledovných vzorcov:

${\displaystyle S={\sqrt[{3}]{\frac {bc}{a^{2}}}}}$

${\displaystyle S_{w}={\frac {\sqrt[{3}]{({\frac {c}{b}})^{2}{\frac {b}{a}}}}{1+{\frac {c}{b}}(1+{\frac {b}{a}})+6{\sqrt {1+({\frac {c}{b}})^{2}(1+({\frac {b}{a}})^{2})}}}}}$

${\displaystyle S_{ef}={\sqrt[{3}]{\frac {(c^{2}}{ab}}}}$

, kde S, S_w, S_ef sú jednotlivé typy sféricít a a, b, a c sú jednotlivé osi klastu.

Opracovanosť, alebo zaoblenie klastov je definované ako pomer priemerného polomeru kružníc vpísaných do rohov a hrán častice k polomeru najväčšej kružnice, vpísanej do celej častice. Tento pomer sa pri ideálnych zaobleniach blíži k jednej, v praxi je jeho hodnota vždy nižšia.

Povrch častíc je veľmi rozmanitý, nakoľko naň vplývajú jednak primárne procesy (transport), ale aj sekundárne procesy (rozpúšťanie a dorastanie v procese diagenézy). Dajú sa študovať ako voľným okom, tak aj mikroskopicky. Povrchové znaky sa rozdeľujú na:

• Stupeň vyleštenia - lesk je schopnosť odrážať svetlo, v tomto prípade od povrchu častice. Dobre vyleštené častice sa nevyskytujú príliš často. Nachádzajú sa hlavne v arídnych (suchých) oblastiach (vetrom naviate púštne piesky). Taktiež v arídnych podmienkach sa vzlínaním častice pokrývajú tzv. púštnym lakom, čo je zmes kremeňa a oxidov železa (niekedy aj mangánu). Naopak v procese diagenézy býva povrch skôr matný v dôsledku korozívnych a iných chemických zmien. Mechanické leštiace účinky sa uplatňujú skôr pri väčších časticiach, chemické naopak pri menších.
• Skulptúrne znaky (mikroreliéf) - je súbor znakov na povrchu častice, spôsobený nárazmi iných častíc. Ryhovanie a stopy škrabania sú typické pre glaciálne sedimenty, nárazové jamky, vtisky sú indikátorom rýchlych a riedkych prúdov v riečnych tokoch.

Porozita je definovaná ako percento pórov z celkového objemu horniny, teda je to priestor v štruktúre, ktorý nie je zaplnený ani úlomkami, ani základnou hmotou. Celková porozita zahŕňa všetky póry (aj tie, ktoré sú vyplnené cementom), efektívna len tie, ktoré sú skutočne otvorené a môžu cez ne prenikať fluidá.

Porozita je spôsobená tým, že jednotlivé úlomky v procese usadzovania nie sú v priamom kontakte a v procese diagenézy dochádza k jej zmenám. Vo všeobecnosti platí pravidlo, že so rastúcim časom sa porozita zmenšuje, teda staršie sedimenty sú menej pórovité. Opačný postup (nárast počtu pórov a s ním aj porozity) nastáva pri rozpúšťaní cementu (napr. pri rozpúšťaní kalcitového cementu v pieskovcoch).

Permeabilita je schopnosť sedimentu prepúšťať fluidá bez toho, aby došlo k porušeniu štruktúry, prípadne premiestňovaniu častíc v rámci nej. V sedimentológii je permeabilita vyjadrená rýchlosťou pretekania fluida cez sediment a závisí od typu média, hrúbky a plochy vrstvy ktorou fluidum preteká, ako aj tlaku na obidvoch koncoch meraného systému. Vyjadruje sa vzorcom:

${\displaystyle Q=K({\frac {cP}{VL}})}$

, kde Q je rýchlosť tečenia fluidnej zložky, K je koeficient permeability, c plocha cez ktorú prechádza fluidum, P rozdiel tlakov na koncových častiach, V viskozita fluida a L dĺžka dráhy ktorou fluidum v sedimente tečie.

Spojivo je v klastických sedimentoch odlišná, jemnozrnnejšia zložka, vypĺňajúca priestory medzi jednotlivými zrnami. Rozlišuje sa na základnú hmotu a cement.

• Základná hmota (matrix) je jemnozrnná zložka sedimentu. Jej obsah závisí od stupňa vytriedenia sedimentu. Dobre vytriedené sedimenty obsahujú málo základnej hmoty, kým nevytriedené viac.
• cement je spojivo sekundárne vyzrážané v prázdnych priestoroch, ktoré zostali voľné medzi klastami a základnou hmotou. Podľa minerálneho zloženia sa rozdeľuje na kremitý, kalcitový, dolomitový, limonitový a sideritový.