1、第二讲 粒度分析,一、粒度分析的概念,粒度有两种值，线性值和体积值。 体积值一般以标准直径（dn）表示它代表与颗粒体积相等的球的直径。线性值常因颗粒形状不规则使测定测值很困难。通常测三个值：最长直径dL、中间直径dI最短直径dS。,可按下述步骤确定这三个值：确定颗粒的最大投影面； 做垂直最大投影面方向的最长截线，即最短直径dS；对最大投影面做切线矩形，矩形的短边即中间直径dI，长边则是最长直径dL。,粒度指颗粒大小，有mm值和值两种表示法，（线性值粒度较常用，在砾岩研究中有时也用体积值。）。在工程上，有关泥沙计算公式一般用mm值，在做粒度分析研究时，一般用值。,目前国际上应用最广的粒度分级是乌
2、登一温特沃思粒级（Udden一Wentworth scale）。它是以 1毫米作为基数乘以或除以2来分级的（表1一1）。 后来，经克伦宾（Krumbein，1934）将其转化成值。转换公式为： =-log2 d 或 d=2 ，式中d为毫米直径值。,（二）沉积物分类,表1 粒度分级标准及换算,表2 粒组分界比较表,（三）沉积物分类,谢波德的分类方案（Shepard，1954）。超过50%或最多的组分为主名。这个分类已不够仔细，特别是图解的中间部分。,林克（Link，1966）提出一个这样的结构分类。在他的分类上尽量使用已经通用的名称，只是细分了中间部分 。 举例来说，如一样品含23的砂、48的粉
3、砂和29的粘土，如按此分类则可称为粘土、砂质粉砂。可看出这个名称是将含量最多的组分做为主名。并在与主名之间加一“质”字；两副名之间加“、”点，前面一个代表含量多的。 也有两组分接近，含量多的为主名，次者为副名，如中粗沙和粗中沙。或过25%的副名为“质”，如沙质淤泥。过15%的或有生物等成分的为“含”，如含沙粘土，含贝壳中粗沙。我们主要按海洋调查和参考地质命名。,（四）粒度分析方法,1筛析法 用于粗颗粒样品的分析，下限为0.063mm, 即细砂以上。选用不同孔径的套筛，将样品自粗至细逐级筛分。筛孔间隔最好是1/2或1/4。 筛析样品通常取15-20克或更多一些，一般在振筛机上筛15-20分钟，然
4、后分级称重。称重应精确到001克；如分级量不足1克时，则称重应精确到0001克；然后，每个分级均需用双目镜检查，发现有未分离开的颗粒集合体，则应按估计百分数加以扣除，然后才计算重量及累积百分数。还要注意最后的总和应为100，如不足或多于100时，要按比例分配到各级重量中去，使总量为100。 至于不能继续筛析的粘土物质，如不继续做分析。则可用外推法在一张算术图纸上，从最后的资料点10上外推到100的14上，以得到近似的情况。,在筛析工作有各种误差影响成果的精确性，其中以套筛制造误差最为显著。据研究，孔径误差对粗沙为7.0%,对细沙甚至达17.0%.如果只求粒度平均值和标准差可以不进行孔径校正。如
5、果要了解环境的细微区别，就必须仔细校正孔径,因为孔径的大小误差对偏度及峰态等参数产生的影响十分显著。,2 沉降法 基本原理：利用颗粒的沉降速度来划分粒级分布，并且把较细颗粒的沉积物分离为粒级。 2 mm：惯性沉降 0.2mm：粘性沉降，tocks沉降公式：移液管法：先准备浓度低而均匀的悬浮液，将1升悬浮液装入刻度筒中，按标准的时间间隔从顶面向下10cm或20cm标度处取出悬浮样品。根据tocks定律计算出吸取样时间。根据从已知样品体积中所回收的沉降物重量（干重），可以计算出粒度分布。 沉积筒法：砂粒级颗粒的沉积筒法比筛析法更为快速。比筛析法得到的粒度更有动力意义。,3 光电分析法 对于更细颗粒
6、的悬浮物质来说，其粒度的分析可以采用光电法，这种悬浮物的主要成分为石英碎屑、粘土颗粒及有机物等，出现的形式有颗粒、团状或集合体等，由于粘土的絮凝作用，有机物对沉积颗粒的作用等，使细颗粒悬浮物形成多种多样的结构，这些结构的形状、密度、凝聚程度和电阻率都产生变化。 A光透法 根据光通过混浊的水，强度减弱、吸收和散射性质来测定粒度。原理是入射光和透射光强度的关系。 B电法测定粒度 库尔特计数器。原理是在电解质中维持一个电场，若颗粒所带的电性与电解质不同，当其进入电场时，颗粒就占据了电解质与其体积相等的空间，从而引起电场的变化。变化程度与颗粒的体积成正比。,激光粒度仪 法国Cilas公司生产的Cila
7、s 940L型（930）激光粒度仪。它的主要部件是一个注水罐（包含机械搅拌器），超声波振荡仪和抽、排水泵。测试时将经过预处理，即样品采用0.5N的六偏磷酸钠溶液浸泡24小时，用超声波振荡仪振荡20-30分钟，之后将样品放入注水罐，经超声波和机械分散后形成悬浮溶液，并由泵带动形成连续的悬浮颗粒流，颗粒流由样品室，穿过激光束，发生衍射的光线，由探测板上的环形探测器记录，记录的信号输入微机，最终测试结果由微机计算并输出。整个操作过程由微机控制，平均每个样品的测试时间约5-7分钟。 激光粒度仪的工作原理基于光与颗粒之间的作用，在光束中，一定粒径的球形颗粒以一定的角度向前散射光线，这个角度接近于与颗粒直
8、径相等的孔隙所产生的衍射角，当一束单色光束穿过悬浮的颗粒流时颗粒产生的衍射光通过再现凸透镜会聚于探测器上。探测器记录了不同衍射角的散射光强度。同时，没有发生衍射的光线，会经凸透镜聚焦于探测器中心，不影响发生衍射的光线。因此颗粒流经过激光束时，可以产生一个稳定的衍射谱。 其他：LISST-100(B)现场激光粒度分析仪。,（五）粒度资料整理分析,1粒度分布特征河口和海滩沉积物粒度分布一般属正态分布或对数正态分布，其密度函数为：式中a为平均值，为标准差。当a=0， =1时称为标准正态分布。 在坐标图上，a为曲线最高点的横坐标， 的大小代表颗粒的分选度。,标准正态分布,a=1.5,=0.5,1,2,
9、正态分布特点： 围绕着a对称，平均值，中位数和众数是一致的； 面积集中在X=a 上面的部分中； 样本的平均值仍服从正态分布。,2粒度分布曲线 常见的有三种： 直方图及其频率曲线； 累积频率曲线； 概率累积曲线。,直方图 以粒级间隔为横坐标，每一粒级的重量百分比为纵坐标。如果将直方图上各矩形上边中点连成一圆滑曲线则成为频率曲线图，频率曲线是直方图的极限。优点是能比较清晰地确定众数值，即出现最高频率时的粒度值。,累积频率曲线 用来表现大于一定粒级的百分含量的统计图。以粒径为横坐标，纵坐标为各粒级的累积百分含量。优点是曲线形状不受分组间隔大小的影响，能反映颗粒连续分布的性质。从图上很方便得到统计特征
10、值，如中值粒径等。,概率累积曲线 纵坐标选用概率尺度。 常由三条或四条斜度不等并互相截接的直线段组成。直线的斜率即为分选度，直线越倾斜，分选性越好。 最大优点是揭示了沉积物与搬运营力之间的关系，甚至搬运条件的微弱变化，也能反映在曲线上。,沉积物的搬运方式有三种：悬移、跳跃和滚动。每一搬运方式下碎屑物粒度分布，各成一对数正态分布，它们以自己的平均粒度和分选性区别于其它搬运方式，一个沉积物样品可以从一种、两种或三种搬运方式中沉积下来形成混合沉积物。该曲线可以将这种沉积物按照它们原来的搬运方式有效地区分开来。 海滩和破浪带样品由四个直线段组成，除最细的悬浮组分和最粗的滚动组分外，曲线有两个分选很好的
11、跳跃组分，两者的平均粒径和分选性中有不同，这是由于在潮间带环境中存在着方向相反，速度不等的往复水流的搬运作用。,3 粒度参数一般采用福克与沃德标准。（1）众数：就是频率曲线中最大频率的颗粒直径。众数比较明显地表达了海滩物质的沉积环境。沙丘沙为单峰，海滩沙具不明显的双峰，破浪带沙则为双峰。 （2）中值粒径和平均粒径环境意义：代表粒度分布的集中趋势，反映了沉积介质的平均动能。,（3）分选系数,环境意义：表示沉积物粒度的分选程度， 即颗粒大小的均匀性。分选程度与沉积环境密切相关。海滩砂在波浪反复的扰动下，只留下与该动力相适应的那部分粒径，因此，海滩砂的分选性比河流要好得多。,分选标准,（4）偏态（S
12、kewness）偏态是测量颗粒频率分布的不对称程度。频率曲线有对称和不对称的区别。不对称的曲线主峰（主要粒级）偏向粗粒一侧，细粒一侧有一低的尾部，即沉积物以粗粒成分为主，细粒少量，称正偏态。不对称曲线的主峰偏于细粒一侧，粗粒一侧有一低的尾部，即沉积物以细粒为主，而只含少量粗粒时，称负偏态。对称曲线，偏态值等于0，平均值和中位数重合。 一般河口、海滩沉积物多为负偏，沙丘沙及风坪沙则多为正偏。,偏态等级,(5)峰态 用来测量频率曲线两尾端的分选与曲线中央部分分选比率,即曲线尖锐或钝圆的程度.,一般窄峰态的曲线,其中部较尾部的分选性好,低于0.50的峰态很少见.如Kg很低或非常低时,说明该沉积物是未经改造就进入新环境,而新环境对它的改造又不明显,因此,它仍然代表几个物质直接混合的结果,其分布曲线则可能是宽峰或鞍带分布,或者多峰曲线.,
