Wśród składników skał okruchowych wyodrębniliśmy pierwotne i niebędące pierwotnymi (wykształcone czy powstałe w czasie diagenezy – proces który się rozpoczyna po depozycji i kończy przed metamorfizmem). Wśród pierwotnych wyróżniliśmy ziarna tworzące szkielet ziarnowy (grain supported i mud supported) oraz matrix (przynależność do niego jest rozstrzygana arbitralnie, jeśli coś odbiega o klasę od przeciętnej szkieletu ziarnowego. Może mieć różną genezę, ale przede wszystkim związaną z gwałtownym spadkiem energii środowiska depozycji, np. stożki aluwialne lub turbidyty, noszące też nazwę osadów fliszowych). Do szkieletu ziarnowego mogą należeć także twarde części organiczne.

Składniki niebędące pierwotnymi to spoiwo (lepiszcze, cement). Cement może być syntetyczny więc nazwa jest myląca, spoiwo jest chyba lepszą nazwą. W każdym razie powstaje na zasadzie chemicznego wytrącania z wód porowych. Niezbędne jest zatem nasycenie wolnych przestrzeni wodą. Woda jest medium dostarczającym materiału dla spoiwa. Woda powoduje także koagulację zawiesiny, bo namywa drobnoziarnisty materiał, zasobny w składniki ilaste. Gromadzą się one chętnie i tworzą agregaty. Drugim składnikiem niebędącym pierwotnym jest pseudomorfoza. Trzecim są wypełnienia szczelin (mogą wynikać z wysychania, spływów powierzchniowych, przyrostu organizmów, np. przy lityfikacji mat algowych – szczeliny okienkowe (fenestralne), zjawisk tektonicznych, zmniejszenie objętości przez minerały).

Kolejną częścią osadu są wolne przestrzenie czyli pory. Każda skała, łącznie z magmowymi ma takie. Mogą być one wewnątrzziarnowe (np. komory amonita) lub międzyziarnowe.

Podsumowując mammy składniki pierwotne, niebędące pierwotnymi i wolne przestrzenie. Te trzy grupy składników stanowią skałę okruchową.

Granulometria i morfometria skał okruchowych

Granulometria bada wielkość ziaren i rozkładu uziarnienia. Przyjęto wyróżniać za klasyfikacją Wenthworta (1922 –data formalna wydania, 1924 – wydane faktycznie), która jest uniwersalna i znana na całym świecie (europejska jest różna od amerykańskiej). Klasyfikacja wyróżnia cztery grupy ziarn w skałach okruchowych:

• Powyżej 2 mm psefity

• 0,063 – 2 mm psamity¹

• 0,004 – 0,063 mm aleuryty

• Do 0,004² mm pelity³

Alternatywą dla skali milimetrowej jest skala ϕ, gdzie wartość ϕ oblicza się ze wzoru:
ϕ = -log₂d ⁴
gdzie d jest średnicą cząstek (mm).
Np. 2 mm = -1 w skali ϕ

1 mm = 0
0,5 mm = 1

Ważne są nie tylko wielkości, ale również rozkład uziarnienia. Można uzyskać ją za pomocą analizy sitowej (lupą binokularną czy pod mikroskopem trwałoby to zbyt długo). Niekiedy rozsypywano na powierzchni, fotografowano i liczono poszczególne ziarna specjalnym licznikiem. Analiza sitowa to przesiewanie osadu przez sita o określonej wielkości oczek. Przykładowo:

• 2 mm 10%

• 1-2 mm 15%

• 0,5-1 mm 35%

• 0,1-0,5 mm 25%

• pon. 0,1 mm 15%

Rozkład możemy zobrazować w sposób graficzny na dwa sposoby:

• Histogram – środki słupków łączymy w krzywą rozkładów uziarnienia

• Krzywa kumulacyjna. Na osi x robimy skalę logarytmiczną

Z rozkładów tych można określić (wg Trask⁵, 1932)

• medianę albo średnie uziarnienie. Mediana to takie ziarno, które przypada przy 50% zawartości na krzywej kumulacyjnej. M=Q₂.

• Drugim ważnym elementem jest skośność (asymetria)

Sk = Q₁Q₃/Q₂².

• Kurtoza (spłaszczenia) pisana jako k = $\frac{\mathbf{Q}\mathbf{3 - Q}\mathbf{1}}{\mathbf{2(P}\mathbf{90 - P}\mathbf{10)}}$

Ważnym parametrem opisowym rozkładu ziaren jest wysortowanie, które określa rozpiętość wielkości ziarn w osadzie. Możemy mówić o osadzie:

• bardzo dobrze wysortowanym,

• dobrze wysortowanym,

• umiarkowanie wysortowanym,

• słabo wysortowanym,

• bardzo słabo wysortowanym i

• ekstremalnie źle wysortowany.

Morfometria dotyczy kształtu ziarna. Ważna jest klasyfikacja Zingga z 1939.

• V stopień obtoczenia (kuliste). Są to ziarna bardzo dobrze obtoczone

• IV – obtoczone

• III – umiarkowanie obtoczone

• II – o zaokrąglonych narożach

• I – ostrokanciaste lub kanciaste

Możemy zmierzyć średnice ziaren, a potem ich spłaszczenie. Spłaszczenie określa się wzorem a+b/2c

Kolejnym ważnym aspektem jest dojrzałość osadu. Wyróżniamy trzy jej rodzaje:

• Dojrzałość składu – stosunek ilości ziarn odpornych (kwarc, skały krzemionkowe, kwarcytów – metamorficzne skały krzemionkowe) do nieodpornych (skalenie i fragmenty skał). Im więcej kwarcu tym większa dojrzałość.

• Dojrzałość strukturalna – dotyczy cech granulometrycznych. Im skały są lepiej wysortowane, obtoczone, mają bardziej kulisty kształt, tym dojrzałość jest większa.

• Dojrzałość chemiczna – wyrażana jest stosunkiem składników mobilnych chemicznie do składników stabilnych. Składniki mobilne to np. FeO które może się zamieniać na Fe(OH)₂, dalej MgO, CaO, Na₂O, Stabilne to SiO₂, Al₂O₃, Fe₃O₄ (magnetyt), Fe₂O₃ (hematyt).

Jeśli chodzi o strukturę bierzemy pod uwagę cechy uziarnienia. Tekstura to sposób wypełnienia przestrzeni (bezładny, uporządkowany). Odrębną cechą natomiast rzadziej uwzględnianą w sedymentologii jest porowatość. To jest to co nie zostało wypełnione przez osad i przeobrażenia diagenetyczne. Możemy mówić o porowatości absolutnej – stosunek wszystkich wolnych przestrzeni do całkowitej objętości skały wyrażony w procentach. Może być znacząca, nawet 40%. Porowatość efektywna natomiast to objętość wolnych przestrzeni umożliwiających migrację faz ciekłych czy gazowych. Jest mniejsza niż całkowita. Zazwyczaj nie jest większa niż 20-25 % po zdiagenezowaniu osadu. Jest ona szczególnie ważna w hydrogeologii i geologii złożowej, gdzie musimy uwzględniać nagromadzenia kopaliny. Są różne czynniki porowatości (patrz hydrogeologia).

Systematyka skał okruchowych.

U jej podstawa leży wielkość ziaren. Wyróżniamy:

• Skały psefitowe – grubo okruchowe ϕ > 2 mm

  • Żwiry i gruzy (luźne)

Żwiry mogą być różnego pochodzenia, zwykle jednak tworzą się tam, gdzie istnieje środowisko wodne o znacznej energii. W Polskiej normie budowlanej wyróżnia się dwie podgrupy o wielkości do 10 mm nazywane żwirkami i powyżej 10 mm żwirami. Wśród żwirków wyróżnia się żwirek drobny i żwirek gruby.

Wśród żwirów (i gruzów też ale to marginalna sprawa) wyróżnia się odmiany monomiktyczny – złożony z otoczaków jednej skały, np. żwiry kwarcowe lub polimiktyczne – składają się z otoczaków stanowiących fragmenty różnych skał czy minerałów, np. kwarc + piaskowce. W naszych warunkach ten podział jest bardzo uzasadniony i logiczny. U nas dominują żwiry krystaliczne zasobne w kwarc, gdyż ma on największą odporność na procesy wietrzenia. Gruzy to utwory rozwinięte lokalnie. Gruz to ziarna o wielkości żwiru ale nie obtoczone. Nie przeszły one dłuższej fazy transportu. Mają lokalne wykształcenie.

• Zlepieńce i brekcje (spojone)

Wśród osadów o dosyć specyficznej budowie, np. gliny morenowe – to jest szczególny przypadek występowania utworów zbudowanych z bardzo szerokiego spektrum wielkościowego składników, mamy bloki skalne, frakcję żwirową, piaszczystą, aleurytową i pelitową. Z tego punktu widzenia zwykło się wyróżniać zlepieńce ortomiktyczne i paramiktyczne. Oznacza to zlepieńce właściwe i zlepieńce nie do końca właściwe jednak o cechach zlepieńców. Zlepieńce ortomiktyczne zbudowane są w ponad 50% ze składników powyżej 2 mm, obtoczonych, a paramiktyczne to takie które nie mają ponad 50% składników większych niż 2 mm, ale mimo wszystko pasują do zlepieńców z uwagi na dość dużo dużych ziaren i ich szerokie spektrum.

• Często mamy zlepieńce śródformacyjne. Otóż mamy formację zlepieńców, która zbudowana jest z fragmentów tych skał, które są deponowane w tym samym basenie sedymentacyjnym. W wielu basenach dochodzi do rozdrobnienia ukształtowanego osadu, transportowanego do innego fragmentu basenu. Występują zatem w obrębie formacji w której powstały.
  Zlepieńce transgresyjne – pozostałość po wyraźnej transgresji morskiej, z reguły transgresja oznacza wkraczanie morza na speneplenizowany obszar. Dochodzi wtedy do niszczenia osadów przy brzegu i przetransportowanie w formie otoczaków. Może być dostarczony materiał z innego obszaru przez morza. Jest to sygnałem wyraźnej zmiany reżimu hydrogeologicznego na Ziemi.

Przy klasyfikacji uwzględniamy przede wszystkim ich skład (kwarcowe, wapienne itd., polimiktyczne). Jeśli chodzi o badanie petrograficzne trzeba powiedzieć że nie są łatwym obiektem do badań. Przy tak dużych fragmentach ziaren trudno jest wykonać preparat. Stosuje się więc głównie analizę makroskopową z użyciem lupy binokularnej. Są one ograniczone często do badań terenowych. Np. badanie utworów czwartorzędowych to nic innego jak analiza otoczaków, ustalenie ich składu petrograficznego (np. 55% kwarcowe, 18% metamorficzne, 12% krystaliczne, 6% skał osadowych (wapienie, piaskowce) itp. ). Jest to wciąż podstawowa metoda badawcza. W utworach czwartorzędowych mamy ogromną ilość materiału skandynawskiego, to różni je od osadów starszych. Nie znajdujemy ich w utworach trzeciorzędowych – nie było skał krystalicznych. Są one zasobne w iły, mułowce. Skały IV rzędowe są zasobne w żwiry, gliny itd. Ten sposób postępowania może być pogłębiony analizami minerałów ciężkich (piaskowce, żwiry, zlepieńce). Najczęściej stanowią mniej niż 1 % ale wskazują na pochodzenie formacji.

• Psamitowe – średniookruchowe 0,063 – 2 mm

  • Są bardzo podatne na gruntowne badania petrograficzne. To te spośród skał okruchowych, w których ponad 50% ziaren ma wielkość między 0,063 a 2 mm. Zwyczajowo wyróżnia się odmiany gruboziarnistą 1-2 mm, średnioziarnistą 0,5 -1 mm, drobnoziarnistą 0,063 – 0,5 mm. Możemy wśród nich przeprowadzić właściwą klasyfikację petrograficzną. Została zaproponowana przez Pettijohna i kontynuowana. Dzieli się na arenity i waki (więcej niż 10%⁶ matrix). Uwzględniając kwarc, skalenie i fragmenty skał przeprowadzono odrębną klasyfikację dla wak i arenitów w postaci trójkąta.

Trójkąt dzielimy na trzy części. Na górze waki kwarcowe, po lewej waki arkozowe zasobne w skalenie, po prawej waki lityczne.
Jeśli chodzi o arenity (mniej niż 10% matrix). Na szczycie arenity kwarcowe, na piętrze po lewej arenity subarkozowe, po prawej na piętrze arenity sublityczne, na parterze po lewej arenity arkozowe, na parterze po prawej arenity lityczne.

W dalszej klasyfikacji uwzględniamy rodzaj spoiwa (węglanowe, ilaste, żelaziste, ubogie lub obfite), fragmenty skał (wulkaniczne, krystaliczne itp.)

• Aleurytowo-pelitowe – drobnookruchowe poniżej 0,0063

---

1. W Polskiej Normie Budowlanej dolna granica 0,1 mm↩

2. Czasami podaje się 0,002 mm↩

3. Poprawka Lorenca, u Wenthwortha Clay jest dwuznaczne, oznacza również minerały ilaste. Tymczasem minerały ilaste mogą wykraczać poza podany przedział, jak wykazały późniejsze badania.↩

4. skala fi była używana w Ameryce i wynika z niej 0,063↩

5. Naukowiec amerykański↩

6. Niektórzy sugerują 15%↩