粒度分析樣品采樣方法

A. 粒度分析方法

粒度分析方法視碎屑岩顆粒大小和岩石緻密程度而異。

1.礫岩的粒度分析方法

礫岩的粒度分析主要在野外進行，一般採用篩析和直接測量兩種方法。對膠結不太堅固的礫石和疏鬆的礫石層，先用孔徑為10 mm和1 mm的篩子過篩，小於1 mm的基質和膠結物，可帶回室內進行再細分；10～1 mm的細礫部分若是含量多且差異大者，要用篩析方法進行細分；10 mm以上的礫石，一般在野外用尺子直接測量，然後將各粒級的礫石分別稱重，記錄於粒度分析表中。采樣過程中應選擇有代表性的取樣地點，而且樣品質量不少於25～30 kg，否則誤差就會相當大。對於膠結堅固的礫岩，可在風化帶上進行粒度測量；或采標本回室內，先進行膠結處理，將礫石分開，再進行粒度測量。

2.砂岩和粉砂岩的粒度分析方法

砂岩和粉砂岩的粒度分析常採用篩析法、沉速法和薄片法，常用的沉速法有阿茲尼法、沙巴寧法和羅賓遜法等。篩析法和沉速法適用於未固結的疏鬆岩石，如粗碎屑岩一般只用篩析法；而中—細粒碎屑岩由於常常含有較多的粉砂和黏土，常將沉速法與篩析法結合使用。薄片法主要用於固結堅硬的岩石。一般來說，篩析法適用於大於0.25 mm的顆粒，亦可用於大於0.1 mm的顆粒，而沉速法適用於小於0.25 mm的顆粒。

3.顆粒粒級的劃分

一般採用伍登-溫德華標准，它是以毫米為單位的一種分類方案，後來克魯賓（1934）提出了一種對數換算（表3-1），稱其為Φ值：

沉積學原理

其中，D為顆粒直徑。

表3-1 粒級劃分標准對比表

4.薄片粒度分析

篩析法只適用於現代沉積的沙和古代固結疏鬆的砂岩，對不能松解的砂岩不再適用。固結的岩石，特別是硅質膠結岩石的粒度分析，只能在薄片內進行。薄片粒度分析的精度較篩析法差，因薄片內計算的顆粒比篩析的量少得多，同時分析速度慢，分析結果不能與篩析法直接對比。下面簡單介紹一下薄片粒度分析的方法，薄片的制備與普通岩石薄片的制備方法相同，疏鬆的砂岩用膠浸煮後磨片。用作粒度分析的薄片要稍大些（3.0 cm×2.0 cm），尤其是粗粒砂岩，以便在薄片內可測量到足夠的顆粒數。用作磨製薄片的標本，必須在所採集的岩層內是有代表性的。

（1）在薄片上測定粒度的方法

在薄片上採用什麼方法選擇欲測量的顆粒稱為抽樣方法，一般常用的系統抽樣方法為點計法和線計法，此外，還有一種方法為帶記法。

點計法 常用有網格的目鏡進行測量，每一方格的邊長應大於薄片中顆粒的最大視直徑，應用機械台使薄片通過顯微鏡視域，測量網格結點所觸遇的顆粒粒徑（圖3-1）。

線計法 用機械台在垂直目鏡微尺的方向移動薄片，凡為十字絲豎絲觸遇的顆粒都要測量。量完一行，平行橫絲將薄片移動一定距離，再按上述方法測量，一直測到足夠的顆粒為止。測線間隔要大於薄片內顆粒的最大視直徑（圖3-2）。

不同抽樣方法所得出的結果不同，線計法測量時，與測線相交的顆粒的概率與測線垂直方向上的顆粒直

圖3-1 薄片粒度分析的點計法

徑成比例；點計法測量時，與點相遇的顆粒的概率與顆粒的可見表面積成比例。

帶計法 將薄片放在機械台上，固定橫坐標，使薄片垂直目鏡微尺慢慢移動，凡是顆粒中心在目鏡微尺一定讀數之間的顆粒，都要按大小分類計數（圖3-3）。這個帶的寬度應等於或大於樣品內顆粒的最大視直徑。有人通過實驗證明，帶計法測得的結果最近似於樣品內真正的粒度分布。

圖3-2 薄片粒度分析的線計法

圖3-3 薄片粒度分析的帶計法

由於不同抽樣方法所得的結果不能直接對比，因而不同的樣品要用統計方法比較的話，必須在每個細節上使用同樣的抽樣方法和測定方法。最後，將測得結果填入薄片粒度統計表（表3-2）。

表3-2 薄片粒度統計表

（2）各種測定直徑的對比與換算

用粒度資料解釋沉積環境的工作開始於對現代沉積物的研究。對於古代岩石的沉積環境分析，也可藉助於岩石粒度分析同現代沉積物粒度分析加以比較。

現代沉積物的粒度分析一般採用常規篩析法，所得結果為不同粒度的顆粒質量百分比。而古代岩石目前大部分只能用薄片分析法，所得結果為不同粒度的顆粒數百分比。兩者不能直接對比，如果需要對比則必須進行換算。即使在同一方法中，也只能進行統計對比，絕不能進行單顆粒對比。

篩析直徑與沉速分析直徑之間，平均值偏差＜0.1Φ，兩種方法一般不經換算可以互相使用，但在精確研究工作中則必須換算。薄片分析視直徑與篩析直徑之間的偏差可達到0.25Φ或更大，在任何情況下均不可互用或直接對比。將視直徑換算為篩析直徑的方法很多，其中G.M.Friedman通過統計分析進行的線性回歸換算較為簡便、准確，任意粒度的回歸換算方程為

沉積學原理

式中：D是換算後的篩析直徑；d是薄片中測定的視長直徑，均以Φ值計。經換算後，換算值同實際篩析值的平均直徑最大偏差一般不超過0.25Φ，這個精度高於0.25Φ分組間隔，可滿足一般沉積學研究。

對於切片視直徑與真直徑的對比，根據實驗可知，等直徑的球狀集合體的切面上所測得的視直徑平均值為真直徑的0.765倍，即在顆粒集合體的切片中，顆粒視直徑平均值小於真直徑，這種現象稱為切片效應。

（3）薄片粒度測量的要求

粒度測量是粒度分析的基礎，故對其測量要求很高，而測量工作卻非常煩瑣、效率很低。薄片粒度分析是研究固結樣品的唯一方法，可使用偏光顯微鏡和掃描電子顯微鏡。近年來出現的圖像分析儀使薄片粒度分析基本實現自動化，效率大為提高。薄片統計數據為顆粒數。

在沉積環境研究中使用薄片粒度分析時，對岩石樣品的基本要求是：砂岩中石英碎屑含量應大於70%，至少石英和長石含量要大於70%，溶蝕交代與次生加大現象越弱越好，切片方向可垂直層面或平行層面，隨研究目的和要求的精度而定。在碳酸鹽岩研究中，取樣密度可達1 點/cm，可平行紋層切片。測定時一般採用線計法抽取顆粒，凡在線上的顆粒都要測量，不能有任何主觀取捨，每個薄片計200～500顆粒即可，碳酸鹽岩需測1000顆粒以上。

在薄片內，需要測定多少顆粒才能代表全薄片的粒度分布，這在開始分析之前必須確定。測定的顆粒太少，不能代表薄片內的粒度分布；測定的顆粒太多，又會浪費時間，而且對精確度無所增益。根據砂岩樣品的實驗，分別測量100、200、300、400、500顆粒，繪制粒度累積頻率曲線，從計數400顆粒起，粒度累積曲線的形狀基本保持不變，因而可確定薄片內計數400～500顆粒是達到精度要求的最小計數。

薄片分析視直徑換算成篩析直徑時，還要考慮「雜基」的存在。薄片分析若不做雜基校正，往往無懸浮總體尾端，而是跳躍總體直接穿過3～4Φ的截點呈直線延伸，不出現轉折，在平均值小於2Φ的中細砂岩、粉砂岩中經常出現這種情況，這是因為4～7Φ的顆粒細小，被測機會增多，或者全被歸並到4.5Φ或5Φ的顆粒而造成細粒數增加，實質上是一種統計截尾效應（截尾點不同，其分布也不同）（圖3-4）。

圖3-4 截尾效應

雜基校正的方法是將顯微鏡調至6Φ後測定或估計出雜基含量。薄片雜基量由於切片效應和成岩後生作用，值一般偏高，取其2/3～1/2為校正值，假定為Δ，將各累積頻率乘以（100—Δ），重新繪一曲線。對於弱固結岩石，可用同一標本既做篩析，又做薄片分析，通過實驗求出校正系數（100—Δ）的數值。

B. 粒度分析資料的應用

1.主要幾種沉積環境的粒度參數特點

根據福克等人對現代沉積物的研究，海灘砂、沙丘和風成坪地與河流砂這四種沉積物，在偏度和尖度上各有特點，在離散圖上也有明顯的區分。

（1）海灘砂

由於波浪能力強，海灘沉積物被浪潮反復多次搬運，得到充分的分選，泥質等物質多被沖洗掉，因而較純凈，頻率曲線大多數呈對稱的正態曲線，只有靠水邊的少數樣品中含有極少量的粗顆粒，因而具有微弱的正偏度。峰度中等至稍窄，分選好，多為中細砂。

（2）沙丘

沙丘是由海灘砂經風吹而形成的，由於風力較弱，海灘砂中粗粒部分不能被吹動除去，故沙丘砂的頻率曲線呈微弱的正偏態，尖度中等，分選比海灘砂更好，多為細砂。

（3）風成坪地

風成坪地地勢低而潮濕，其沉積物除了來自海灘砂之外，還有少量空中降落的粉砂。因此，風成坪地的頻率曲線增添一個細粒尾部，而呈負偏態，並使尖度大為加寬，分選性稍稍變差，居於上述兩者之間。

（4）河流砂

河流沉積物常由多物源供應，各物源供應物質的粒度不同，甚至不連續。河流對粒度的改造能量低，沉積物大都分選差—中等，其頻率曲線大多為雙峰或多峰曲線，峰的粒徑變化大，細礫—砂較為常見。偏度或尖度不正常，無典型值，由於河流沉積物中經常摻有黏土、粉砂等懸浮沉積物質，故河流砂沉積物常呈正偏態。

2.粒度參數離散圖

弗里德曼通過對現代海洋、河流和湖泊沉積所做的粒度分析，用粒度統計參數離散圖來區分河流和海（湖）灘沉積。

離散圖之所以能夠把不同成因的砂區別開來，主要是基於不同成因的砂具有不同的結構參數。如海（湖）灘砂分選比河流砂好得多，故標准偏差值高，偏度多為正值。因此，離散圖實際上是綜合表現結構（粒度）參數特徵的一種圖解。

如圖3-10所示，此圖為圖解偏度對圖解標准偏差的離散圖，圖中的兩個參數不是用矩法計算的，而是用圖解法計算。同時，由於弗里德曼的離散圖是用篩析資料繪制的，而圖像法的粒度資料則是薄片粒度分析資料得到的，因此必須將薄片百分位值換算成篩析百分位值，再按福克及沃德的公式計算。

3.環境判別公式

薩胡在1964年根據大量粒度分析資料，統計求出不同沉積環境下沉積物的平均粒徑、標准偏差、偏度和尖度這四個粒度參數的變化，以及一個沉積物內四個參數之間的關系，得出四個綜合公式和關系圖，以區別風成、海灘、淺海、河流和濁流這五種常見的沉積物，判別公式見表3-4。

表3-4 鑒別沉積環境的粒度參數綜合公式

應用判別公式的優點在於，只要少量的樣品甚至一個樣品的粒度參數資料就可以提供解釋環境的參考價值。如青島某砂樣篩析後計算得出的四個粒度參數：0.576；S_KΦ=-0.478；K_Φ=1.967。進而可計算得出。

將以上參數代入式（3 2），得到Y_{海灘∶淺海}=85.2348，因Y＞65.3650，則沉積物為淺海沙丘；將參數代入式（3 3），得到Y_{海灘∶淺海}=0.1772，因Y＞-7.4190，也表明沉積物為淺海沙丘。

圖3-10 某區侏羅系沉積物的結構參數散點圖

4.C-M圖

C-M圖是帕塞加於1957年提出的，是用C值和M值兩個粒度參數分別作為雙對數坐標紙上的縱、橫坐標而成的圖。其中C值為累積曲線上1%處的粒徑，相當於樣品中最粗顆粒的粒徑；M值為累積曲線上50%處的粒徑，相當於中值M_d。所以C-M圖是表示沉積物的最粗粒徑與中值的關系圖，用以說明沉積物的粗粒部分的粒度結構特點與搬運方式的關系，從而進一步判斷沉積環境。

（1）C-M圖的做法

1）首先，採集20～30個欲研究的某層沉積岩（物）樣品，這些樣品必須是同一沉積環境的沉積物，每個樣品的岩性要均勻一致，砂岩與頁岩要分開採集，不能採集不同岩性的混合樣品。採集的樣品要包括該層的全部粒度結構類型，自層底至層頂從粗到細逐次采樣，若層厚為幾米，則采樣間距約為幾厘米，以採得20～30個樣品為准。

2）用篩析或其他方法作粒度分析，繪制累積曲線圖。分別讀出各樣品的C值、M值，粒徑單位用微米（μm）或Φ值表示，如使用Φ值表示，可直接使用算術坐標紙作圖。

3）用雙對數坐標紙作圖，橫坐標代表M值，左細右粗；縱坐標代表C值，下細上粗。繪出C=M這條斜線（圖3-11，圖3-12）。

圖3-11 牽引流沉積的C-M圖像及粒度類型

4）各樣品按其C值與M值投點於上述圖上，觀察這一層的20～30個樣品點在圖上的分布范圍和構成圖形。不同搬運方式的沉積物，點分布的范圍也不一樣。注意C值與M值的分布范圍和兩者的關系，特別注意與C=M線的關系是否平行?距離遠近?同時也要注意與C軸和M軸縱、橫坐標的關系，然後與已知沉積環境的典型C-M圖對比，作為判斷該層沉積岩沉積環境的參考。

圖3-12 濁流沉積的C-M圖像

（2）兩種C-M圖

C-M圖之所以能夠用來判斷沉積環境，主要是因為沉積物的粒度特徵與搬運介質能量等水動力條件有關，尤其是沉積物的粗、細粒部分更能反映介質的特點。如最粗顆粒的粒徑C值，可以反映介質能量的上限。所以，採用C值和M值作圖，觀察沉積物的兩個參數分布范圍和變化關系，就能反映其介質特點，進而判斷沉積環境。帕塞加用已知沉積環境的樣品數據繪制了完整的牽引流沉積和濁流沉積的C-M圖（圖3-11，圖3-12）。

A.牽引流沉積的C-M圖

牽引流是以床沙載荷形式搬運其沉積物的流動，自然界河流、海流及海或湖的波浪流都是牽引流，牽引流中也包括部分懸移物質。牽引流沉積的一個典型而完整的C-M圖像可分為五段（圖3-11）。

NO段：沉積物呈滾動搬運，C值一般大於1 mm，為砂礫質沉積物，分選較好。

OP段：仍以滾動搬運為主，有極少量的懸浮搬運，C值變動不大，通常大於800 μm，M值可逐漸變小。

PQ段：懸浮搬運為主，有少量滾動搬運的顆粒。在累積曲線上可看到一個粗的尾部，故這段C值變動大，而M值基本無變化，圖形近乎垂直於M軸。

QR段：為遞變懸浮搬運，沉積物按粒度大小和密度梯度成層分布，不是均勻的，在流動中由下而上粒度逐漸變細，密度逐漸變低，C值和M值是成比例的。遞變懸浮一般位於水體的下部，由於渦流發育而形成。當渦流流速降低時迅速沉積，粗的顆粒由於細的物質迅速埋藏而不發生滾動，使沉積物中基本沒有滾動顆粒，因此表現出C值和M值之間有較密切的比例關系，圖形近於平行C=M線。

RS段：為均勻懸浮搬運，沉積物的顆粒更細，為粉砂與泥質的混合物，是粒徑和密度不隨深度而改變的完全懸浮搬運。由於均勻懸浮搬運不受底流的分選，C值大致不變，M值則向S端逐漸減小，故C-M圖形為大致平行於M軸的直線。C=200～500 μm為其上限，M＜100 μm。

以上五段N-O-P-Q-R-S呈展開的「S」狀圖形，是河流作用的一個完整圖像。除了河流沉積以外，還有其他的牽引流沉積，如遠洋沉積、近岸沉積等。

T段：為遠洋懸浮搬運，沉積物的粒徑非常細小，均為＜34 μm的泥質顆粒，飄浮於水中，可以搬運很遠，直到遠洋，沉積下來，如深海軟泥。除深海外，深湖、海灣、礁湖等靜水盆地也屬於這種類型。

近海沉積的岸流和海流也是牽引流，現代開闊的海洋中近岸和淺海地區的砂、粉砂、泥質沉積物大都是均勻懸浮搬運，往往缺乏遞變懸浮搬運，粗的砂礫仍以滾動方式搬運。

C-M圖中的N-O-P-Q-R-S各段的位置和大小是可變的，而一個成因單位的C-M圖，常常只包括少數幾個段，甚至只有一段，代表著特定的沉積環境。

在河流沉積的C-M圖中三條平行M軸的直線表示C值的大小，它們各自代表的意義如下：C_u為RS段R點附近的C值，代表均勻懸浮中最粗顆粒的粒徑；C_s為QR段Q點附近的C值，代表遞變懸浮中最粗顆粒的粒徑，若顆粒再比C_s大，則降於河底呈滾動搬運，通常C_s值小於1000 μm，大於30 μm；C_r為PQ段P點附近的C值，代表最易做滾動搬運的顆粒粒徑。

B.濁流沉積的C-M圖

濁流是一種密度流，是含有不同粒級成分、密度很大、流速很快的一種渾濁的水流，主要是以懸浮方式搬運沉積物。濁流沉積的C-M圖，其形態和分布與河流中的遞變懸浮相似，也是呈與C=M線平行的長形帶（圖3-12）。由於濁流為高密度流，沉積作用快，粗顆粒沉積後即被埋藏，因此缺乏滾動的顆粒。濁流一般流速快，當流速降低時，懸浮物移向底部，使底部密度不斷增大，最後發生整體的沉積作用，形成未分選的沉積物。沒有滾動顆粒、沉積作用快、C值隨著M值變化，這些是濁流沉積的重要特點。而且，C值和M值的變動幅度都較大，使之區別於牽引流的遞變懸浮沉積圖形。濁流或河流遞變懸浮的C-M圖與C=M線的距離，反映了沉積物的分選程度，距離越近者分選越好，越遠者分選越差。具體表示分選程度時，可以畫一條平行於C=M線的直線，平分濁流段或遞變懸浮段的散點，這條直線與C=M線的距離，用平行於M的線段長短來表示，稱為最大分選指標I_m，以Φ值計。牽引流和濁流的I_m都小於1Φ，泥石流的I_m可達6Φ。

（3）C-M圖的應用

C-M圖主要用於判斷沉積物的搬運方式，進而鑒別沉積環境。當然，C-M圖也和其他粒度參數一樣，只是判斷沉積環境的方法之一，具體應用時還要結合其他岩性、構造和生物化石等資料進行綜合考慮。

C-M圖還可應用於測量古水盆地的深度。因為C_s值是遞變懸浮中最大顆粒的粒徑，是遞變懸浮開始沉降的最大紊流速度的指標。在盆地的淺水地區，波浪作用強烈，紊流速度大，因此C_s值亦大。隨水體深度增加，波浪減弱，紊流也減弱，C_s值變小，故C_s值與盆地深度成反比關系。因此當古水盆地中有遞變懸浮沉積時，在C-M圖中求出C_s值，並勾繪出該地區的C_s等值線圖，便可了解各處的相對深度。由於各盆地的波浪強弱不一樣，因此不能得出全世界統一的C_s與深度的固定比值，只能是一個盆地內的相對深度。此外，在地層垂直剖面上，求得各層的C_s值，上下連成C_s曲線，可以了解不同地質時期盆地深度的變化和變動的快慢，從而了解本區在地史發展過程中地殼運動的狀況，地殼是上升還是下降?是穩定還是不穩定?

沉積盆地的等深圖是重要的地質基礎資料之一，與沉積環境類型圖相配合，可以了解沉積盆地在不同地質時期不同地區的沉積岩發育狀況，如岩石類型、厚度、砂體形態和分布等。

C-M圖所用的粒度參數只是中值和最粗顆粒的直徑，容易從累積曲線圖上直接讀出，不需計算，作圖也很簡單。其優點是能夠反映沉積物的搬運方式，從而作為判斷沉積環境的工具。但是，它也有不足之處，那就是目前各種沉積環境的C-M圖的典型圖形和區別還不是十分具體、完善。

5.概率成因圖解

1969年，維希爾根據現代與古代不同沉積環境的1500個樣品，使用篩析分析法，對概率坐標紙上具有不同特徵的累積曲線進行成因分類，列舉出不同沉積環境的典型曲線類型，並從水動力學角度做出初步的定性解釋。

沉積物的粒度分布特徵一般並不符合一個簡單的參數正態分布，而是由幾個對數正態次總體組成，每個次總體具有不同的平均值和標准偏差。

碎屑沉積物的粒度成分，由於搬運形式不同，可分為牽引、跳躍、懸浮三個粗細不同的次總體，每一種搬運方式的碎屑粒度分布都是對數正態分布，以各自的平均粒度和分選性區別於其他搬運方式，各個正態分布代表了不同的搬運和沉積作用。因此，在概率坐標紙上，每個次總體將單獨形成一條直線，每條直線至少有四個控制點。各直線斜率不同，表示分選性不同，直線段的交點稱為截點。有的直線在截點附近的一些點並不位於直線上，而是與相鄰的點構成一條弧線，由截點至該弧線的距離稱為混合度，用來度量兩對數正態分布之間的混合程度（圖3-13）。

懸浮搬運的粒度一般小於0.125 mm，分選差，但懸浮搬運的粒度大小取決於水流的擾動強度，擾動強度大，搬運粒度也可以大於0.1 mm，懸浮搬運的組分屬於沉積物的細粒尾部，故其所代表的直線段居於圖的末端，位於右上角。跳躍搬運的顆粒大小一般在0.1～1.0 mm之間，分選好，沉積的組分稱為跳躍組分，在粒度概率圖上居於中央，往往是許多砂質沉積物的主要組分，所佔質量分數最大，因而直線較長，一般為一條直線，有時分為兩段直線，坡度微有差別，較其他兩種組分的直線要陡。牽引搬運的顆粒最粗，分選差，牽引搬運的組分屬於沉積物中的粗粒尾部，所代表的直線段居於圖的始端，位於左下角。一個沉積物樣品可以由一種、兩種或三種搬運方式沉積下來的混合物構成，因而它的概率累積曲線可以表現為由單一的直線段或兩個、三個直線段構成，而每一次總體的分選性，可用直線段的斜率（直線與橫坐標的夾角）度量，斜率越大，則分選性越好。

圖3-13 搬運方式與粒度分布總體和截點位置的關系

6.不同沉積環境沉積物的概率成因圖解

碎屑沉積物的粒度特徵能夠反映沉積時的搬運和沉積方式，沉積環境不同、搬運介質的水動力條件不同、自然地理條件不同，則碎屑沉積物被搬運和沉積的方式不一樣，因而在粒度概率圖上的圖形亦有所區別。仔細分析各種概率圖的形狀，有助於判斷沉積環境。

（1）海灘砂的粒度概率圖

海灘砂的粒度概率圖特點是有三段或四段直線，其中跳躍組分是主要的，其線段位於概率圖中央，分為兩條直線，坡度微有差別，但均較陡，說明分選好。懸浮組分和牽引組分的含量均很少，故圖中右上角和左下角的線段均較短，有時甚至缺失牽引組分（圖3-14）。跳躍組分分為兩線段，在粒度和分選上微有變化，表明即使是流速的微小變化，都可以改變單一的碎屑總體。

（2）沙丘砂的粒度概率圖

沙丘砂粒度概率圖的特點是跳躍組分為其最主要成分，與海灘砂比較，其含量更高，常佔98%左右。而且兩線段合並成一線段，坡度更陡，分選極好，只含少量懸浮和牽引組分，有時甚至缺失牽引組分（圖3-15）。這是由於在同一時期內風力速度變化小，只能搬運一定范圍粒度的砂粒，粗砂粒因風吹不動而丟失，太細的物質又被風吹跑了。

（3）波浪帶淺海砂的粒度概率圖

自低潮線至水深5.19 m的波浪作用帶的砂質沉積物，其粒度概率圖的特點是懸浮、跳躍和牽引三種組分都有。圖上有三個直線段，跳躍組分仍是主要的成分，線段最長，坡度最陡，分選很好，這是由於波浪的多次往返搬運沉積；少量牽引組分，分選差，是由於沒有強烈的水流搬運或使之呈跳躍狀態搬運的緣故；此外，還有粉砂和泥的懸浮組分，其含量的多少視附近河流帶入細粒懸浮物質的多少和該地區波浪作用的強弱而定（圖3-16）。

圖3-14 海灘砂的粒度概率圖

（4）河流砂的粒度概率圖

由於地貌、河水流速、搬運物質的粒度和數量等因素的變化較大，所以很難概括出一種典型的河流粒度概率圖。一般來說，以河床沉積物為例（圖3-17），跳躍組分是主要成分，代表的直線段與橫坐標的夾角約為60°～65°，分選中等，粒度范圍1.75～2.50Φ；一般會有發育好的懸浮組分，含量5%～20%，它與跳躍組分直線的交切點位置在2.75～3.50Φ附近；有或無牽引組分，若有牽引組分，粒度粗於1Φ，並且常常發育在河道最深部位。若為天然堤沉積，則以懸浮組分為主，有時甚至只有一段代表懸浮組分的直線（圖3-18）。

圖3-15 海灘沙丘砂的粒度概率圖

研究發現，河道砂岩的曲線並不那麼簡單，形態也不是兩段式，可有三段式、多段式和直線型等，粒度參數也不相同。如兩段式曲線（圖3-19），截點區間寬，截點Φ值高，懸浮總體含量高，流速較急，說明當時水介質擾動強烈。

下三段式曲線（圖3-20B）是在跳躍總體的粗端增加了一個分選差的牽引總體，截點在1%附近，這種牽引總體一般出現在河流的最深水區（主流線附近）的砂岩中，上三段式曲線（圖3-20A）有兩個懸浮總體，最上邊的為均勻懸浮，中間為遞變懸浮，這種砂岩被定為急流沉積。

（5）濁流砂的粒度概率圖

濁流砂粒度概率圖的特點是有大量的或唯一的懸浮組分，可以包括黏土、粉砂、砂直到1 mm或更粗的顆粒。因為濁流密度大，流速快，故絕大部分物質都呈懸浮搬運，偶爾也有少量跳躍組分，故圖上是一條明顯的代表懸浮總體的線段（圖3-21）。在一層濁流沉積中，從底向頂，有粒度變細、懸浮組分含量增加、懸浮和跳躍兩線段交切點變細的粒序現象。由於濁流的密度、流速、攜帶物質不同，其粒度分布特點變化亦有所不同。

圖3-16 波浪帶淺海砂的粒度概率圖

（6）三角洲砂的粒度概率圖

三角洲砂質沉積物是很發育的，但是由於三角洲類型不同、砂質沉積物所處的地理位置不同，因而沉積物成因也不一樣，粒度分布特點變化很大，難以概括成一種圖形。其變化居於河流沉積與淺海沉積之間，這是因為三角洲的地理位置處於河流入口處，海陸交接帶，是海陸二者交替沉積的沉積復合體，無論在平面上或垂直剖面上，沉積環境和岩性都是多變的。

圖3-17 現代河床砂的粒度概率圖

圖3-18 天然堤、分流河道、河口沙壩、濱海線等處砂質沉積的粒度概率圖

圖3-19 延安南泥灣侏羅系河道砂岩

圖3-20 延安西杏子河侏羅系河道砂岩

總的來看，利用碎屑岩的粒度結構特徵來研究沉積環境是大有裨益的，特別是在反映不同沉積環境的水動力條件方面。但也有人對此持否定態度。實際上，粒度結構特點只是一個方面，實際應用時還要結合岩性、構造、古生物和地球化學特點進行綜合解釋，因為沉積物的形成是受多種地質因素綜合控制的。此外，還有一點須加以說明，許多粒度參數是根據已知沉積環境的現代沉積物取得的，對於機械作用形成的碎屑沉積，「將今論古」的原則雖然可用，但是古今沉積畢竟不同，因此應用上述粒度參數時應注意其局限性。同時，粒度分析方法不同，亦會得出不同的粒度分布結果，因此要注意校正，並盡可能採用一種分析方法。另外，采樣的正確與否，同樣是決定分析結果是否有效的基礎，所以采樣是最關鍵的基礎工作。

圖3-21 濁流砂岩的粒度概率圖

C. 粒度分析

粒度與搬運流體的性質及其力學特徵密切相關，它是判別環境的標志之一。目前國際上應用最廣的粒度分級標準是伍登-溫德華粒級。它是以1mm作為基數乘以或除以2來分級的。後經克倫賓將其轉化為φ值。轉換公式為：

φ＝-log₂d

式中：d為毫米直徑值。形成一個以1為基數，2為公比數的等比級數列。如表4-3所示。

表4-3 伍登-溫德華φ值粒度標准

^*有些分界點記為0.05mm；^**有些分界點記為0.005mm

沉積物粒度測量方法，主要包括放大鏡、照片分析、篩析、沉降分析、顯微鏡下粒度分析等方法。針對不同的顆粒選擇適用的方法進行測量，其中，礫石等顆粒級別較大的多用皮尺或測量規直接測量，用量筒測礫石的體積。可松解或疏鬆的細、中碎屑岩多採用篩析法。粉砂及黏土岩常用沉降法、流水法等方法測量。固結的無法松解的岩石多採用顯微鏡下粒度分析。不同的方法測出的結果，略有差別，需校正後才能互用，其中沉降粒徑和篩析粒徑之間的偏差小於或等於0.1φ，可以直接互用。但薄片顯微鏡下分析粒徑，因存在切片效應，需經過弗里德曼（1962）所提出的粒度的回歸校正方程：

D＝0.3815+0.9027d

式中：D為校正後的篩析粒徑，d是薄片中測定的視長徑，均為φ單位。進行校正後才能與篩析法的結果相互用，一般校正後的平均粒徑最大偏差一般不超過1/4φ單位。

此外，在粒度測量中雜基校正是一項重要的工作，其方法是：顯微鏡測至7φ，測定或估出雜基含量。取其2/3～1/2為校正值，假定為Δ，將各累計頻率乘以（100-Δ），重新繪曲線。對於弱固結岩石，可用同一標本既做篩析也作薄片分析，通過實驗求出校正系數（100-Δ）的數值。

粒度分析的結果可獲取到大量的測值，這種大量的數字資料要用統計的方法加以處理，才能推斷其與流體力學性質和沉積環境之間的關系。主要的方法是：根據資料做出一些圖件，從這些圖件上做定量的解釋分析。或者直接通過計算，統計參數。兩種方法各有優劣，往往需綜合分析利用。

粒度分析圖主要包括直方圖、頻率曲線圖和累積曲線圖（累積百分含量圖）。其中最常用的是累積百分含量圖，是由維希爾（1969）根據采自現代和古代不同環境內的1500個樣品測得的粒度數據，以粒徑（φ值）為橫坐標，以累積概率值為縱坐標，用來表現大於一定粒級的百分含量統計圖。他通過分析得出了沉積物搬運方式與粒度分布之間的關系，以及一些環境的概率圖模式（圖4-1）。

圖4-1 搬運方式與粒度分布的關系

（據Visher，1969）

沉積物的粒度一般不是表現為單一的對數正態分布，因此，在概率分布圖上總是表現為幾個相交的直線段。每個直線段是不同搬運方式產生的響應。主要包括牽引負載、跳躍負載和懸浮負載三種。其中，懸浮負載的顆粒一般很細，粒徑在0.1mm左右，其負載顆粒的粗細變化取決於介質的擾動強度，在概率圖上的右上角形成懸浮次總體；跳躍負載是指靠近河床底部層，通過在動盪的水中或流水中對顆粒進行分選，粒徑一般在0.15～1.0mm之間，往往是沉積樣品中分選最好的組分，在概率圖的中部形成跳躍次總體，其不是一個粒度總體，而是由兩部分組成，如海灘砂；底部牽引負載是粗粒組分，因顆粒粗而在地面上滾動，形成的滾動次總體位於圖的左下方。沉積物因粒徑大小和分選性的不同，經歷了不同的搬運方式，在累積概率圖上形成了不同的次總體直線。直線的不同斜率代表不同的分選性，斜率越大代表分選越好，一定的粒度分布區間和斜率，表明不同的次總體具有一定的平均粒徑和標准偏差。各直線段的交點稱為交截點，有的樣品在兩個粒度次總體間有混合帶，在圖上表現為兩線段圓滑接觸。

大量的粒度數據通過計算獲得各種分析參數後，往往也通過作圖來進行定量分析，最常用的是弗里德曼（1961，1967）通過對現代海洋與河流、湖灘沉積所做的粒度分析，用粒度參數離散圖（採用10種粒度參數，作出19種圖）來區分河流與海（湖）灘沉積。離散圖能夠把不同成因的砂區別開來，是由於不同成因的砂具有不相同的結構參數。

此外，C-M圖也是另外一種常用的圖版（圖4-2），它是應用每個樣品的C值和M值繪成的圖形，由Passega（1957，1964）所提出。其中，C值是累積曲線上顆粒含量1%處對應的粒徑，M值是累積曲線上50%處對應的粒徑。C值與樣品中最粗顆粒的粒徑相當，代表了水動力攪動開始搬運的最大能量；M值是中值，代表了水動力的平均能量。該圖版對於每一個樣品都可以用其C值和M值，在以C值為縱坐標，以M值為橫坐標的雙對數坐標紙上投得一個點，研究沉積地層包含的由粗至細的全部粒度結構類型樣品在圖紙上會投得一個點群。根據點群的分布繪出的圖形形態、分布范圍，以及圖形與C-M基線的關系等特點，與已知沉積環境的典型C-M圖進行對比，再結合其岩性特徵，從而對該層沉積岩的沉積環境做出判斷。

圖4-2 牽引流的C-M圖像及粒度類型

（據Passega，1964）

在C-M圖中，Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅸ 段表示C＞1000μm，Ⅳ，Ⅴ，Ⅵ，Ⅶ，Ⅷ段表示C＜1000μm。1表示牽引流沉積，2表示濁流沉積，「T」代表靜水懸浮沉積。「S」形圖是以河流沉積為例的完整C-M圖，可劃分為N—O—P—Q—R—S段。其中從左至右：

N—O段基本上由滾動顆粒組成，C值一般大於1mm（1000μm），常構成河流的砂壩礫石堆積物。

O—P段是滾動物質與間歇懸浮物質（跳躍）混合，物質組分中滾動組分與懸浮組分相混合。C值一般大於800μm，但由於滾動組分中有懸浮物質的參加，從而使M值有明顯的變化。C值稍微變化即會使M 值發生重大改變，即粒度分布極不對稱，粗細首尾不均。

P—Q段是以間歇懸浮質為主，粗粒滾動質減少。由上游至下游C值變化而M值不變，說明隨著流體搬運能力的減弱，越向下游滾動組分的顆粒越小。但由於滾動顆粒的數量並不多，因此M值基本不變。P點附近的C值以C_r表示，它代表著最易作滾動搬運的顆粒直徑。

Q—R段為遞變懸浮段，沉積物的特點是C值與M值相應變化，顯示出與C＝M線平行的結果，主要搬運方式為遞變懸浮搬運，懸浮物質組分在流體中由下向上粒度逐漸變細，密度逐漸變低。它一般位於水流底部，常是由於渦流發育造成的。該段C的最大值以C_s表示。

R—S段為均勻懸浮段，是粒徑和密度不隨深度變化的完全懸浮，隨著M值向S端逐漸變小，C值基本不變，最大C值即C_u，它代表均勻懸浮搬運的最大粒級。搬運方式常是遞變懸浮之上的上層水流搬運，不受底流搬運分選，物質組成主要為粉砂和泥質混合物，最粗的粒度為細砂。表示在河流中從上游至下游沉積物的粒度成分變化不大，只是粗粒級含量相對減少。

C-M圖也可用來研究水深、分選性、古流速和碎屑岩分類等，它是一種多功能綜合圖。

D. 各種粒度測試方法的優缺點有哪些

1）篩分 原理：以來篩孔大小的機械分離作用。
優點：簡單直觀。動態范圍較小，常用於大於40mm的顆粒測定。
缺點：速度慢，一次只能測量一個篩余值，不足以反映粒度分布；微小篩孔製作困 難；誤差大，通常達到10%~20%；小顆粒由於團聚作用通過篩孔困難；有人為誤 差，導致可信度下降。
2）沉降 原理：斯托克斯定律。
優勢：可測試。
缺點：動態范圍窄；小粒子沉降速度很慢，對非球型粒子誤差大；由於密度一致性 差，不適用於混合物料；重力沉降儀適用於10微米以上的粉體，如果顆粒很細則 需要離心沉降。
3）庫爾特電阻法 原理：顆粒通過小孔時產生的電阻脈沖計數。
優點：可以測定顆粒總數，等效概念明確；操作簡便。
缺點：動態范圍小，1：20左右；對介質的電性能有嚴格要求；容易出現 堵塞小孔現象。
4）顯微鏡法 原理：光學成像。
優點：簡單直觀；可作部分形貌分析。
缺點：動態范圍窄，1：20；測量時間長，約20分鍾；樣品制備操作較復雜； 采樣的代表性差；對超微細粒分散有一定的難度，受衍射極限的限制，無法檢測超 細顆粒。
5）電鏡 原理：電子成像。
優點：直觀；解析度高。
缺點：取樣量少，沒有代表性，樣品雜；儀器價格昂貴。
6）激光粒度儀 原理：激光衍射/散射。
優點：測量速度快，約1分鍾；動態范圍大，約1：1000以上；重復型號； 准確度高，解析度高；操作簡便；客隊動態顆粒群進行跟蹤測試分析，是目 前最先進的粒度儀，也是粒度儀發展方向。

以上是微納總結

E. 測試土壤粒徑的樣品如何制備，使用的是LS13-329激光粒度分析儀

樣品制備

樣品的採集

物料中采樣一般遵循以下3個原則：

1）最好在物料移動中采樣（或生產過程中）。

2）多點采樣。在不同部位和深度采樣，每次取樣，將各點採集的試樣混合後作為粗樣。

3）采樣方法要固定。

樣品的縮分

由於儀器分析試樣實際需用量很少，因此就要對採集來的粗樣進行縮分，其過程為：粗樣--試驗室樣品--分析樣品。

干法測試

一些樣品易和濕分散劑起反應，比如可能溶解或和液體接觸時膨脹，所以只能在乾燥狀態下測量。

樣品結塊只需要在烘箱中乾燥一下即可。但精細的物質在烘箱中乾燥時，樣品會受到破壞，為了去潮，應將烘箱調到最高溫度，但不要高於樣品熔點。如果烘箱對樣品有明顯影響，可用乾燥器。

濕法測試

採用濕法分散技術，機械攪拌使樣品均勻散開，超聲高頻震盪使團聚的顆粒充分分散，電磁循環泵使大小顆粒在整個循環系統中均勻分布，從而在根本上保證了寬分布樣品測試的准確重復。

分散介質的選擇和准備

分散介質選擇遵循的一個重要原則就是，樣品在分散介質中不能發生溶解。如果樣品溶解，對樣品進行分析並觀察遮光度，可以發現遮光度降低。另外，如果分散介質中氣泡，計算結果也會產生誤差，因此使用前要考慮排氣。一般採用超聲或者煮沸的方法（對於可揮發性分散介質不能通過加熱分散劑來去除氣體）。

表面活化劑

添加表面活化劑有助於樣品准備，表面活化劑可以轉移掉作用於樣品使樣品浮於表面或結團的電荷效應。用少量添加法來添加活化劑，標準是每升一滴。如果過量，會產生氣泡，對測量結果造成影響。

超聲波使用

超聲不僅能除去分散介質中的氣泡，而且也可以幫助樣品在分散介質中分散。如果燒杯底部有大量顆粒結塊，將漿料和他的燒杯放入超聲波槽里分散兩分鍾，效果會非常明顯。

注意

對易碎顆粒使用超聲波時要小心，因為超聲波可能會使顆粒分離。如果對使用超聲波前後的效果有疑義，則可用顯微鏡進行觀測。

一個樣品一般重復測量3次，取平均值作為測量結果，如重現性差則要剔除不正常的結果或重新取樣測量。

如果樣品在分散時遇到問題，可參閱下表分析

F. 粒度測試的基本方法

粒度測試的方法很多，據統計有上百種。目前常用的有沉降法、激光法、篩分法、圖像法和電阻法五種，另外還有幾種在特定行業和領域中常用的測試方法。 沉降法是根據不同粒徑的顆粒在液體中的沉降速度不同測量粒度分布的一種方法。它的基本過程是把樣品放到某種液體中製成一定濃度的懸浮液，懸浮液中的顆粒在重力或離心力作用下將發生沉降。不同粒徑顆粒的沉降速度是不同的，大顆粒的沉降速度較快，小顆粒的沉降速度較慢。那麼顆粒的沉降速度與粒徑有怎樣的數量關系，通過什麼方式反映顆粒的沉降速度呢？
① Stokes定律：在重力場中，懸浮在液體中的顆粒受重力、浮力和粘滯阻力的作用將發生運動，其運動方程為：
這就是Stokes定律。
從Stokes 定律中我們看到，沉降速度與顆粒直徑的平方成正比。比如兩個粒徑比為1:10的顆粒，其沉降速度之比為1:100，就是說細顆粒的沉降速度要慢很多。為了加快細顆粒的沉降速度，縮短測量時間，現代沉降儀大都引入離心沉降方式。在離心沉降狀態下，顆粒的沉降事度與粒度的關系如下：
這就是Stokes定律在離心狀態下的表達式。由於離心轉速都在數百轉以上，離心加速度ω2r遠遠大於重力加速度g，Vc>>V，所以在粒徑相同的條件下，離心沉降的測試時間將大大縮短。
② 比爾定律：
如前所述，沉降法是根據顆粒的沉降速度來測試粒度分布的。但直接測量顆粒的沉降速度是很困難的。所以在實際應用過程中是通過測量不同時刻透過懸浮液光強的變化率來間接地反映顆粒的沉降速度的。那麼光強的變化率與粒徑之間的關系又是怎樣的呢？比爾是律告訴我們：
設在T1、T2、T3、……Ti時刻測得一系列的光強值I1<I2<I3……<Ii，這些光強值對應的顆粒粒徑為D1>D2>D3>……>Di，將這些光強值和粒徑值代入式（5），再通過計算機處理就可以得到粒度分布了。 激光法是根據激光照射到顆粒後，顆粒能使激光產生衍射或散射的現象來測試粒度分布的。由激光器的發生的激光，經擴束後成為一束直徑為10mm左右的平行光。在沒有顆粒的情況下該平行光通過富氏透鏡後匯聚到後焦平面上。如下圖所示：
當通過適當的方式將一定量的顆粒均勻地放置到平行光束中時，平行光將發生散現象。一部分光將與光軸成一定角度向外傳播。如下圖：
那麼，散射現象與粒徑之間有什麼關系呢？理論和實驗都證明：大顆粒引發的散射光的角度小，顆粒越小，散光與軸之間的角度就越大。這些不同角度的散射光通過富姓氏透鏡後在焦平面上將形成一系列有不同半徑的光環，由這些光環組成的明暗交替的光斑稱為Airy斑。Airy斑中包含著豐富粒度信息，簡單地理解就是半徑大的光環對應著較小的粒徑；半徑小的光環對應著較大的粒徑；不同半徑的光環光的強弱，包含該粒徑顆粒的數量信息。這樣我們在焦平面上放置一系列的光電接收器，將由不同粒徑顆粒散射的光信號轉換成電信號，並傳輸到計算機中，通過米氏散理論對這些信號進行數學處理，就可以得到粒度分布了。 電阻法又叫庫爾特法，是由美國一個叫庫爾特的人發明的一種粒度測試方法。這種方法是根據顆粒在通過一個小微孔的瞬間，占據了小微孔中的部分空間而排開了小微孔中的導電液體，使小微孔兩端的電阻發生變化的原理測試粒度分布的。小孔兩端的電阻的大小與顆粒的體積成正比。當不同大小的粒徑顆粒連續通過小微孔時，小微孔的兩端將連續產生不同大小的電阻信號，通過計算機對這些電阻信號進行處理就可以得到粒度分布了。如圖所示：
用庫爾特法進行粒度測試所用的介質通常是導電性能較好的生理鹽水。 光阻法（Light Blockage），又稱為光障礙法或光遮擋法，是利用微粒對光的遮擋所發生的光強度變化進行微粒粒徑檢測的方法，檢測范圍從1μm到2.5mm。
工作原理：當液體中的微粒通過一窄小的檢測區時，與液體流向垂直的入射光，由於被不溶性微粒所阻擋，從而使感測器輸出信號變化，這種信號變化與微粒的截面積成正比，光阻法檢查注射液中不溶性微粒即依據此原理。 顯微圖像法包括顯微鏡、CCD攝像頭（或數碼像機）、圖形採集卡、計算機等部分組成。它的基本工作原理是將顯微鏡放大後的顆粒圖像通過CCD攝像頭和圖形採集卡傳輸到計算機中，由計算機對這些圖像進行邊緣識別等處理，計算出每個顆粒的投影面積，根據等效投影面積原理得出每個顆粒的粒徑，再統計出所設定的粒徑區間的顆粒的數量，就可以得到粒度分布了。
由於這種方法單次所測到的顆粒個數較少，對同一個樣品可以通過更換視場的方法進行多次測量來提高測試結果的真實性。除了進行粒度測試之外，顯微圖像法還常用來觀察和測試顆粒的形貌。 除了上述幾種粒度測試方法以外，目前在生產和研究領域還常用刮板法、沉降瓶法、透氣法、超聲波法和動態光散射法等。
(1) 刮板法：把樣品刮到一個平板的表面上，觀察粗糙度，以此來評價樣品的粒度是否合格。此法是塗料行業採用的一種方法。是一個定性的粒度測試方法。
(2) 沉降瓶法：它的原理與前後講的沉降法原理大致相同。測試過程是首先將一定量的樣品與液體在500ml或1000l的量筒里配製成懸浮液，充分攪拌均勻後取出一定量（如20ml）作為樣品的總重量，然後根據Stokes定律計算好每種顆粒沉降時間，在固定的時刻分別放出相同量的懸浮液，來代表該時刻對應的粒徑。將每個時刻得到的懸浮液烘乾、稱重後就可以計算出粒度分布了。此法目前在磨料和河流泥沙等行業還有應用。
(3) 透氣法：透氣法也叫弗氏法。先將樣品裝到一個金屬管里並壓實，將這個金屬管安裝到一個氣路里形成一個閉環氣路。當氣路中的氣體流動時，氣體將從顆粒的縫隙中穿過。如果樣品較粗，顆粒之間的縫隙就大，氣體流邊所受的阻礙就小；樣品較細，顆粒之間的縫隙就小，氣體流動所受的阻礙就大。透氣法就是根據這樣一個原理來測試粒度的。這種方法只能得到一個平均粒度值，不能測量粒度分布。這種方法主要用在磁性材料行業。
(4) 超聲波法：通過不同粒徑顆粒對超聲波產生不同的影響的原理來測量粒度分布的一種方法。它可以直接測試固液比達到70%的高濃度漿料。這種方法是一種新的技術，目前國內外都有人進行研究，據說國外已經有了儀器，國內目前還沒有。
(5) 動態光散射法：前面所講的激光散射法可以理解為靜態光散射法。當顆粒小到一定的程度時，顆粒在液體中受布朗運動的影響，呈一種隨機的運動狀態，其運動距離與運動速度與顆粒的大小有關。通過相關技術來識別這些顆粒的運動狀態，就可以得到粒度分布了。動態光散射法，主要用來測量納米材料的粒度分布。國外已有現成的儀器，國內目前還沒有。

G. 化學分析樣品的采樣、加工和測試

5.6.1 樣品采樣

5.6.1.1 基本分析樣品

在各項探礦工程中要分別按礦體（分礦石類型）、礦化帶及夾石連續取樣，樣品要延入圍岩，采樣長度原則上不大於礦體的可采厚度。

槽、井、坑探工程中通常採用刻槽法取樣。穿脈坑道一般在一壁腰線連續取樣，礦化不均勻的可在兩壁取樣，合並計算平均厚度、品位。沿脈坑道中樣品的走向間距，應視礦化變化的情況而定，一般為2 m～4 m，變化不大時可放稀至6 m～8 m。要嚴格保證采樣質量，采樣前要平整和沖洗采樣點的岩礦石表面，掛好圍布，選擇光滑易清掃的墊布，避免樣品濺飛或槽外物質混入，樣品實際質量（重量）與理論質量相差不得超過10%。

岩礦心取樣應用金剛石刀具沿其岩礦心長軸方向切取一半作為基本分析樣。對不同回次礦心、孔徑發生變化，採取率相差太大的要分別采樣。進行礦山坑內鑽探時，若礦心直徑小應全心采樣。

5.6.1.2 光譜全分析

可采自同一礦體的不同空間部位和不同礦石類型，也可利用有代表性地段的基本分析副樣組合而成。

5.6.1.3 化學全分析

可利用組合分析的副樣或單獨採集。

5.6.1.4 組合分析

目的是用來確定礦床（體）有益或有害組分含量，分析結果可用於伴生有益組分的儲量估算。分析項目根據光譜全分析和化學全分析確定。樣品應來自基本分析副樣，一般按礦體的探礦工程，由二至十件樣品合並組成一個組合樣，質量約500 g。

5.6.1.5 物相分析

為研究岩金礦床的自然分帶及確定礦石的自然類型，從地表至原生礦的上部沿著各個勘探線，按一定的間距分別采樣，或從相近位置上的基本分析副樣中抽取，采樣與分析必須迅速及時，以免樣品氧化影響質量。分析項目除各類礦床礦化主元素Au的含量之外，著重分析各類載金礦物如硫化物礦物和氧化物礦物的含量。

5.6.2 樣品加工

樣品破碎前必須掃凈加工器械，處理篩上殘留物質，避免因操作不當造成誤差。樣品加工損失率不大於5%，縮分誤差不大於3%。金礦制樣不能用逐級縮分法縮分，必須將金礦全樣中碎至一定粒度方可縮分。中碎粒度應試驗確定，尤其是對於含巨粒級和粗粒級金的礦區，此試驗是必不可少的。棒磨粒度一般應達到-200目。

機械聯動線的加工方法是，經過一次破碎、縮分，直接達到要求的粒度和質量（重量）。此種加工必須嚴格按照確定的方法和操作規程進行，對樣品的縮分均勻性要進行試驗。

5.6.3 樣品分析測試

5.6.3.1 樣品分析測試應由獲得國家或省級資質和計量認證的測試科研單位或生產單位承擔。

5.6.3.2 基本分析、組合分析、物相分析的結果應分批、分期做內部檢查分析，查其偶然誤差。內檢樣由基本分析副樣中按原分析樣品總數的7%～10%抽取，編出密碼後送原分析實驗室進行復測。

5.6.3.3 外檢樣品由原實驗室從基本分析正樣中按分析樣品總數的3%～5%抽取，最低不得少於30件，送獲國家或省級資質和計量認證的測試單位測試。

5.6.3.4 化學分析質量及誤差處理辦法按DZ／T 0130.3—94《地質礦產實驗室測試質量管理規范》執行。

H. （二）粒度分析

1.薄片粒度測定

（1）基本原理：可見光（380～760nm）照射薄片中礦物顆粒，由於礦物顆粒對各色光選擇性吸收的程度不同，因此，薄片中不同礦物顆粒就呈現出各種未吸收色光的混合色，導致岩石中的礦物顆粒明暗程度出現差異，再利用粒度分析軟體，以礦物顆粒的亮暗程度為選擇標准，對礦物顆粒的粒徑、含量進行分析。

（2）樣品要求：薄片厚度不超過0.03mm，否則影響礦物顆粒的光性特徵，導致結果分析產生誤差。

（3）地質應用：用於細粒沉積物的沉積相研究，通過粒度分析可為沉積相的劃分、沉積環境的水動力條件、沉積物搬運方式，以及沉積物物源的研究提供依據。

2.激光粒度分析方法

（1）基本原理：當激光照射樣品顆粒時，會產生顆粒截面的衍射、表面反射、介質與顆粒的折射和顆粒對光的吸收4種光學現象，這些現象相互作用導致了光學干涉效應，產生了激光散射圖譜。激光粒度分析儀利用「散射光角度與樣品顆粒的直徑成反比，而散射光強隨角度的增加呈對數規律衰減」的原理，採用夫朗和費（Frauhofer）或米氏（Mie）理論數學模型進行顆粒粒度分析。

（2）樣品要求：①岩石膠結程度中等；②岩石粒徑小於3mm。

（3）地質應用：①用於沉積相研究，通過粒度分析可為沉積相的劃分、沉積環境的水動力條件、沉積物搬運方式，以及沉積物物源的研究提供依據；②用於地層劃分等研究，第四紀環境研究與地層劃分、海洋礦產研究、古海洋學研究、環境學研究。

I. 目前常採的粒度分析方法有哪些

測粒度分布的有：篩分法、沉降法、激光法、電感法(庫爾特)。
測比表面積的有：空氣透過法（沒淘汰）、氣體吸附法。
直觀的有：(電子)顯微鏡法、全息照相法。

顯微鏡法(Micros)
SEM、TEM；1nm～5μm范圍。
適合納米材料的粒度大小和形貌分析。

沉降法(Sedimentation Size Analysis) 沉降法的原理是基於顆粒在懸浮體系時，顆粒本身重力(或所受離心力)、所受浮力和黏滯阻力三者平衡，並且黏滯力服從斯托克斯定律來實施測定的，此時顆粒在懸浮體系中以恆定速度沉降，且沉降速度與粒度大小的平方成正比。10nm～20μm的顆粒。

光散射法(Light Scattering)
激光衍射式粒度儀僅對粒度在5μm以上的樣品分析較准確，而動態光散射粒度儀則對粒度在5μm以下的納米樣品分析准確。

激光光散射法可以測量20nm－3500μm的粒度分布，獲得的是等效球體積分布，測量准確，速度快，代表性強，重復性好，適合混合物料的測量。
利用光子相干光譜方法可以測量1nm－3000nm范圍的粒度分布，特別適合超細納米材料的粒度分析研究。測量體積分布，准確性高，測量速度快，動態范圍寬，可以研究分散體系的穩定性。其缺點是不適用於粒度分布寬的樣品測定。
光散射粒度測試方法的特點
測量范圍廣,現在最先進的激光光散射粒度測試儀可以測量1nm～3000μm,基本滿足了超細粉體技術的要
光散射力度測試遠離示意圖
求。
測定速度快,自動化程度高,操作簡單。一般只需1~1.5min。
測量准確,重現性好。
可以獲得粒度分布。

激光相干光譜粒度分析法
通過光子相關光譜（PCS）法，可以測量粒子的遷移速率。而液體中的納米顆粒以布朗運動為主，其運動速度取決於粒徑，溫度和粘度等因素。在恆定的溫度和粘度條件下，通過光子相關光譜（PCS）法測定顆粒的遷移速率就可以獲得相應的顆粒粒度分布。
光子相關光譜(pcs)技術能夠測量粒度度為納米量級的懸浮物粒子,它在納米材料，生物工程、葯物學以及微生物領域有廣泛的應用前景。

優點是可以提供顆粒大小，分布以及形狀的數據。此外，一般測量顆粒的大小可以從1納米到幾個微米數量級。
並且給的是顆粒圖像的直觀數據，容易理解。但其缺點是樣品制備過程會對結果產生嚴重影響，如樣品制備的分散性，直接會影響電鏡觀察質量和分析結果。電鏡取樣量少，會產生取樣過程的非代表性。
適合電鏡法粒度分析的儀器主要有掃描電鏡和透射電鏡。普通掃描電鏡的顆粒解析度一般在6nm左右，場發射掃描電鏡的解析度可以達到0.5nm。
掃描電鏡對納米粉體樣品可以進行溶液分散法制樣，也可以直接進行乾粉制樣。對樣品制備的要求比較低，但由於電鏡對樣品有求有一定的導電性能，因此，對於非導電性樣品需要進行表面蒸鍍導電層如表面蒸金，蒸碳等。一般顆粒在10納米以下的樣品比較不能蒸金，因為金顆粒的大小在8納米左右，會產生干擾的，應採取蒸碳方式。
掃描電鏡有很大的掃描范圍，原則上從1nm到mm量級均可以用掃描電鏡進行粒度分析。而對於透射電鏡，由於需要電子束透過樣品，因此，適用的粒度分析范圍在1-300nm之間。
對於電鏡法粒度分析還可以和電鏡的其他技術連用，可以實現對顆粒成份和晶體結構的測定，這是其他粒度分析法不能實現的。

J. 實習二 粒度分析資料整理與分析

沉積物的顆粒大小稱為粒度。研究碎屑沉積物和碎屑岩的粒度分布特徵的方法稱為粒度分析。粒度分布特徵可反映沉積介質的流體力學性質，故是判別水動力條件及沉積環境的一個重要標志，而且對於油氣沉積儲層的評價具有重要意義。

碎屑物質的搬運和沉積作用受水動力條件（如介質、流量、流速）的控制。因此，粒度大小及分布特徵，可用來直接反映沉積時的水動力條件。

研究粒度分布特徵，可提供以下信息：①明確搬運介質性質，如風、水、冰川、泥石流、濁流等；②判斷搬運介質的能量條件，如流速、強度、起動能力等；③明確搬運方式，如滾動、跳躍、懸浮等；④明確沉積作用流體的性質，如牽引流、濁流等。

一、顆粒的測量與分組

粒度分析的方法很多，從原始的手工測量到由計算機控制的自動化儀器測量均有。最常用的方法有：直接測量法、篩析法、薄片法、激光衍射粒度分析等。選用的方法取決於測定對象的粒度大小及岩石的緻密程度。對於緻密的砂岩和粉砂岩一般採用薄片粒度分析法，即在顯微鏡下，用測微尺直接測量岩石薄片中顆粒的最大視直徑，或將攝像裝置與顯微鏡連接，使用由計算機控制的圖像分析儀測量岩石薄片中顆粒的最大視直徑。統計測量時的抽樣方法可採用線測法或視域帶法：線測法可用劃線或機械台控制測線，凡測線上的顆粒均測，適合於人工測量；視域帶法就是在一個視域內的顆粒全部測完後再移至相鄰的下一個視域，兩個視域應在某一十字絲方向上相切，適合於圖像分析測量。每個岩石樣品的薄片要求統計300～500個顆粒，並將測量直徑d（mm）換算成ϕ值（d值和ϕ值的對應關系見表2-1），按

ϕ或

ϕ間隔分組，計算各組內顆粒百分數。

表2-1 粒徑d值和ϕ值的對應表

二、粒徑校正與雜基校正

（一）粒徑校正

運用薄片粒度分析的方法所得到的分析結果與篩析法得到的結果有一定的偏差，薄片粒度與篩析粒徑之間的偏差可達0.25ϕ或更大，這是切片效應造成的結果（切片效應是指在顆粒集合體的切片中，顆粒的視直徑均小於其真直徑），因此必須進行校正。常用弗里德曼（1962）提出的粒度校正公式：

D＝0.3815+0.9027d

式中：D為校正後篩析直徑，ϕ；d為薄片中視直徑，mm。

（二）雜基校正

在運用薄片粒度法進行粒度分析時還必須考慮砂岩中基質的影響，即進行雜基校正，方法是用顯微鏡測定或估出雜基含量，由於切片效應和成岩後生作用，估計的雜基含量值一般較高，常取其2/3或1/2為校正值，假定為x，將各累計頻率乘以（100-x）作為該粒級的真正百分含量。

三、資料整理和編圖的步驟和方法

（一）直方圖

直方圖是最常用的粒度分析圖件（圖2-1a），其橫坐標為顆粒粒徑（d值或ϕ值）區間，縱坐標表示各粒級區間的百分含量，作出一系列相互連接、高低不平的矩形圖。直方圖優點是能直觀、簡明地反映出粒度分布特徵（繪制直方圖時為使圖件美觀，要注意縱、橫坐標的比例關系）。

圖2-1 直方圖（a）及由直方圖所作頻率曲線（b）

（二）頻率曲線

頻率曲線是用平滑曲線將直方圖每個柱子頂端橫邊的中點依次連接而成的曲線（圖2-1b），其圍限的面積基本等於直方圖的面積和。頻率曲線可清楚地表明粒度分布特點、分選好壞、粒度分布的對稱度（偏度）及尖度（峰度）等。

（三）累積曲線

累積曲線是以累積百分含量為縱坐標（算術標度），以粒徑（d值或ϕ值）為橫坐標，從粗粒一端開始，在圖上標出每一粒級的累計百分含量。將各點以圓滑的曲線連接起來，即成累積曲線（圖2-2之2）。累積曲線一般呈S形，從圖上可看出其粒級分選的好壞，在計算粒度參數時也可由圖上讀出某些累計百分比對應的粒徑值。

（四）概率累積曲線

概率累積曲線也是一種粒度累積曲線（圖2-3），它是在正態概率紙上繪制的，橫坐標代表粒徑（d值或ϕ值）；縱坐標為以概率標度的累積百分數，概率坐標不是等間距的，而是以50%處為對稱中心，上下兩端相應地逐漸加大，這樣可以將粗、細尾部放大，並清楚地表現出來。概率曲線一般包含有3個次總體（也有部分圖件只有1個或2個次總體），在概率圖上表現為3個直線段，代表了3種不同的搬運方式，即懸浮搬運、跳躍搬運和滾動搬運。3個次總體在累積概率曲線上分別稱為懸浮總體、跳躍總體和滾動總體（牽引總體），概率圖上除3個次總體之外的其他參數有：截點、混合度、次總體百分含量、分選性。

圖2-2 三種常見的粒度曲線

（據賴內克等，1973；轉引自陳建強等，2015）

1—頻率曲線；2—累積曲線；3—概率累積曲線

圖2-3 概率累積曲線及粒度分布中的總體

（據維謝爾，1969；轉引自陳建強等，2015）

（五）粒度參數計算

常用的粒度參數有平均粒度（Mz）、標准偏差（σ_i）、偏度（Sk）、峰態（K_G），常用圖解法計算粒度參數，即從累積曲線上讀出某些累積百分比處的顆粒直徑（ϕ值），再以簡單算術公式計算各種粒度參數。

（1）平均粒度（Mz）：表示一個樣品的平均粒度大小，反映搬運介質平均動能，計算公式為：

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（2）標准偏差（σ_i）：表示分選程度，即反映顆粒的分散和集中狀態，計算公式為：

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（3）偏度（Sk）：用來表示頻率曲線對稱性的參數，偏度計算公式為：

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（4）峰態或尖度（K_G）：用來在與正態頻率曲線相對比時，說明曲線的尖銳或鈍圓程度。峰態計算公式為：

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（六）C-M圖

C-M圖是帕塞加（Passega）提出的綜合性成因圖解（圖2-4），是一種粒度參數散布圖。一般認為C值和M值這兩個粒度參數最能反映介質搬運和沉積作用的能力，故運用這兩個參數分別作為雙對數坐標紙上的縱、橫坐標（以微米為單位），構成C-M圖。C值為累積曲線上含量為1%的粒徑值（以微米為單位）；M值為累積曲線上含量為50%的粒徑值（以微米為單位）。

圖2-4 濁流和牽引流沉積的C-M圖型

（據Passega，1964）

典型的C-M圖形可劃分為NO、OP、PQ、QR、RS各段和T區。不同區段代表不同沉積作用的產物：①NO段代表滾動搬運的粗粒物質，C值大於1mm；②OP段以滾動搬運為主，滾動組分和懸浮組分相混合，C值一般大於800μm，而M值有明顯變化；③PQ段以懸浮搬運為主，含有少量滾動組分，C值變化而M值不變；④QR段代表遞變懸浮段，遞變懸浮搬運是指在流體中懸浮物質由下到上粒度逐漸變細，密度逐漸變低，C值與M值成比例變化，從而使這段圖形與C＝M基線平行；⑤RS段為均勻懸浮段，C值變化不大，而M值變化大，主要是細粉砂沉積物；⑥T區為遠洋懸浮物，M＜10μm。

編制C-M圖的樣品通常從一套同成因的地層單元中系統採集，從最粗到最細粒的各種代表性岩性中均應分別取樣，每一個C-M圖取樣數一般為20～30個，在C-M圖上構成一個點群，描繪出點群的外形即為C-M圖。因此，每一個C-M圖可反映幾米至幾十米厚的同成因地層剖面岩石的粒度特徵。

四、實習內容

根據所給數據資料繪制粒度分析的直方圖、頻率曲線、累積曲線、概率累積曲線和C-M圖。用圖解法計算粒度參數，並解釋其環境意義。

五、實習目的與要求

掌握粒度分析資料的整理、圖件的編制、粒度參數的計算及解釋。

六、實習資料和作業

（一）實習資料

（1）樣品A薄片粒度測量數據統計表（表2-2）。

表2-2 樣品A薄片粒度測量數據統計表

（2）地層B薄片粒度分析的C-M值（表2-3）。

表2-3 地層B薄片粒度分析的C-M值

（二）作業

（1）根據表2-2所給數據分別繪制樣品A的直方圖、頻率曲線、累積曲線、概率累積曲線。

（2）用圖解法計算粒度參數：平均粒度（Mz）、標准偏差（σ_i）、偏度（Sk）、峰態（K_G），並解釋其環境意義。

（3）根據所給的地層B薄片粒度分析的C-M數據（表2-3）編制C-M圖，並進行流體性質和沉積環境解釋。

實習報告二 粒度分析資料整理與分析

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