3.8.1. Гранулометричний аналіз

Гранулометричний аналіз полягає у визначенні розподілу порід на фракції, що містять частинки однакової величини, і вмісту цих фракцій у певному зразку породи. Основні методи гранулометричного ана­лізу: ситовий, седиментації та метод піпетки.

Сфера застосування першого методу обмежена розміром фракцій (не менше 0,1 мм).

Фізичною основою двох інших методів є закон Стокса, названий на ім'я дослідника, що вперше встановив залежність швидкості осадонагрома-дження кулькоподібних частинок від їх густини та властивостей середо­вища, яка має вигляд

Закон Стокса передбачає рівномірне осадження частинок і не враховує інерційних сил, що виникають з прискореним падінням частинок значних розмірів.

За даними багатьох авторів, сфера застосування методу седиментації, заснованого на законі Стокса, обмежена фракціями з частинками не біль­ше 0,1мм.

Для визначення вмісту в породі частинок діаметром, меншим за 0,05 мм, застосовують метод піпетки, або метод Робінзона.

На практиці вдаються до комбінації згаданих методів. Теорію грануло­метричного аналізу та існуючі способи розробляли різні автори, детально її висвітлено у відповідній літературі, тому нижче подано лише стислий опис методів.

Метод седиментації (метод Сабаніна) застосовують у такий спосіб. На­важку зразка породи не піддають обробці соляною кислотою, щоб уникну­ти руйнування цементувальної речовини і частини теригенного матеріалу, що при встановленні відповідних залежностей зробило б непорівняльними результати гранулометричного аналізу з даними інших параметрів. Слід за­значити, що, згідно з дослідженнями, руйнування карбонатів попереднім обробленням зразків розчином соляної кислоти зумовлює переважно під­вищення вмісту дрібних фракцій через руйнування більших частинок, що є агрегатом дрібних зерен, склеєних карбонатом кальцію і магнію.

Після дезінтеграції породи тривалим розмочуванням її у воді і ретель­ного розтирання гумовим корком наважку зливають у скляну циліндричну посудину діаметром 20 см і заввишки близько ЗО см, на якій зовні є мітки: на відстані 5 см від дна посудини наклеюють смужку міліметрівки з поділ­ками від 0 до 20 см. Посудину заповнюють водою до мітки 20 см, суміш

ретельно перемішують і через 16 хв за допомогою сифона, опущеного до нульової мітки, зливають стовп рідини з частинками, меншими за 0,01 мм. Після зливання води, що відстоялася, посудину знову заповнюють водою до мітки 20 см, перемішують і через 16 хв воду з фракцією, меншою за 0,01 мм, зливають. Заливку і зливання повторюють до повної прозорості стовпа води в посудині.

Залишок частинок у посудині розміром, більшим за 0,01 мм, висушу­ють при 105 °С, просівають через сита з розміром отворів 0,25 та 0,1 мм і зважують кожну фракцію.

За такого способу отримують чотири фракції: >0,25; 0,25—0,10; 0,10— 0,01 та < 0,01 мм; останню фракцію визначають за різницею маси.

Для розділення фракції з частинками, меншими за 0,01 мм, застосо­вують метод піпетки, або метод Робінзона.

Метод Робінзона відрізняється від описаного тим, що замість числен­них перемішувань і зливань води, перемішування проводять лише один раз, а потім, після закінчення певного часу відстоювання, за допомогою піпетки беруть пробу суспензії на відомій глибині. За цим методом виділяють фракції 0,01—0,005; 0,005—0,001 та < 0,001 мм.

Аналіз проводять на спеціальному приладі Робінзона.

Прилад складається з 1-літрового градуйованого циліндра діаметром 6 см і заввишки 40 см, скляної піпетки на 20—25 см³, триходового скляного крана і лійки, які припаяні до піпетки; аспіратора, гумового диска, на якому три­мається піпетка, і мішалки, що є скляною паличкою з насадженим на кінець гумовим кружком для збовтування суспензії в циліндрі. Об'єм піпетки до крана 23 см³. На нижньому кінці піпетка має чотири отвори діаметром 1 мм, розташовані в одній площині для відсмоктування суспензії в піпетку. Засмок­тування суспензії в піпетку проводять за допомогою аспіратора.

Наважки 10—15 г з невеликою кількістю води ретельно розтирають гу­мовим корком у фарфоровій чашці і промивають через сито з отворами розміром 0,1 мм.

Осад, що пройшов через сито, разом з водою зливають в 1-літровий циліндр, куди доливають дистильовану воду до мітки 1000 см³. Для запобі­гання згортання глинистого осаду в циліндр додають 2—3 краплі аміаку. Потім суспензію, що міститься в циліндрі, ретельно збовтують за допомо­гою мішалки, рухаючи її вгору і вниз (протягом приблизно 1 хв).

У момент припинення збовтування вмикають секундомір. Через пев­ний проміжок часу, який відповідає швидкості осідання частинок 0,05 мм, у циліндр, до відомої глибини відбору проби (10 см), спускають піпетку із закритим краном. Коли розрахунковий час осадження частинок 0,05 мм закінчиться, відкривають зливний кран аспіратора і кран на піпетці.

В аспіраторі, що працює за принципом посудини Маріотта, під час ви­тікання на нього рідини створюється розрідження, внаслідок чого сус­пензія з циліндра входить у піпетку і заповнює її завжди з однаковою швидкістю. Після заповнення об'єму піпетки кран швидко перекривають і піпетку витягують з циліндра.

З піпетки суспензію зливають у бокс, воду випаровують і осад вису­шують до сталої маси.

Отриману масу осадів перераховують на наважку і визначають відсот­ковий вміст кожної фракції у гірській породі. Гранулометричний аналіз застосовують для характеристики окремих пачок, світ, іноді маркувальних горизонтів. Як правило, він має допоміжне значення. Більшу роль грануло­метричний аналіз відіграє у розгляді умов формування осадів і джерел зно­су матеріалу. Результати гранулометричного аналізу для зручності зобра­жують у вигляді графіка: по осі ординат відкладають глибини свердловини (в м), по осі абсцис — вміст фракцій (у %); окремі фракції можна показу­вати різними умовними позначеннями.