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浅谈粒度研究及粒度分析的地质应用

2020-03-11 427 上传者：管理员

摘要：文中以粒度定认为切入点，对粒径测试技术与方法进行评述，并探讨粒度分析的地质应用。粒度是沉淀学中常用的计量术语之一，一般用粒度对质子大小进行定义，粒度泛指质子的直径范围。对粒度参数的测量可以实现对沉积物搬运方式的分析判断。粒度分析研究的应用范围近年来逐渐增加，其中对地球化学以及海洋学的研究中有更为深入的进展。

关键词：
地质勘探
地质应用
粒度分析
粒径
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1、粒度的定义

粒度是沉淀学中常用的计量术语之一，宏观意义上是形容目标质点的大小，在沉淀学中，质子大小差异较大没有统一的定义。一般用粒度对质子大小进行定义，粒度泛指质子的直径范围。对质子直径的研究方法众多，不同研究方法具有不同的物理意义和研究价值。课题主要对沉淀学中常用的四种直径定义方法进行研究。其一，筛洗直径。该直径是指质子颗粒能通过最小筛孔的直径数值。其二，自由降落直径。该直径测量定义是沉淀学应用最为广泛的定义之一，是指在相同密度和粘度的流体中，与沉积颗粒的密度、体积、自由降落速度相同的质子直径。其三，视直径。在颗粒任意方向上，按一定方向测量的直径数值。其四，真直径，原始颗粒上测量的直径。

2、粒径测试技术与方法评述

粒度分析中对粒度的测量是最为基础也是核心工作之一，粒度测量主要是对目标沉淀物质颗粒的直径测量，同时计算物质颗粒的出现频数以及频率。现阶段在沉淀学中主要采用直接测量法、筛析法、水析法、激光粒度分析仪法、薄片图像分析法等5种方法进行粒度测试。

（1）直接测量法。该方法是粒度测量法中最为基础的测量方法，一般用于较大体积的质子粒度测量。一般应用于2mm以上的质子，采用量尺作为测量工具。对质子的长轴、中轴、短轴进行测量，并通过质子三轴的几何平均值计算质子粒径。该方法测量误差较大，容易受到人为因素影响，一般仅用于粒径的粗略测量工作。

（2）筛析法。该方法对测量设备以及测量环境要求较低，并具有较为理想的测量精度，应用范围较广。一般选择50g左右测量样本作为筛析材料。将筛析材料利用震筛机进行初步处理，随后分级称重，最终根据对应筛孔参数确定各级质子的直径。该方法测量中应注意分级称重完成后，应测量各级质量总和，在总和少于原重量时，应将缺失范围按级别补充，从而最大限度降低测量误差。

（3）沉降法。沉降法也被称为水析测量法，其原理是利用质点在水中的沉降速度进行质点粒径的估算，不同质点在相同液体中具有不同的沉降速度差，根据动力学计算以及合理单位参照可以计算出目标质点的粒径。因为测量方法符合力学的基本特征，因此沉降法的粒径测量数值应用范围最广。但受测量原理和实验条件决定，该方法的测量适用范围较窄。仅能对粉砂类、粘土类等质子颗粒较小的物质进行测量。一般选用移液管法作为主要的测量方法。在测量实验中应注意，沉降法测量的质子颗粒一般较小，测量过程中容易发生胶结凝聚现象，因此测量开始前应对样品做防凝聚处理，一般采用去除带测试样品中钙成分以及有机物成分的方式完成防凝聚处理。受沉降法的自然测量特点决定，近年来广泛受到业内学者关注，其测量方法以及工艺技术不断完善升级，逐渐出现了沉积天平光学法和压差法等全新的测量法，让沉降法的适用范围得到了提高，但遗憾是现阶段的沉降法技术还不足以满足测量需求，在适用性以及精确性方面都存在一定的不足。

（4）激光粒度分析法。激光粒度分析法是现阶段普遍使用测量方法之一，其测量精度、测量速度以及人为误差均领先其他测量方法，自1973年问世以来，经过不断的完善优化，现阶段已经成为应用最广的粒度分析方法，取得国外内学界的一致认可。

（5）薄片图像分析法。该方法是基于显微镜成像技术和计算机二维图测量技术进行粒径测量，其科技含量较高，也是现阶段最为精确的测量方法之一，但其测量成本较高，对测量环境以及测量设备要求极为苛刻，就目前仍然不具备广泛应用的可能。同时该技术存在一定的弊端，在对少量砂岩的测量中，部分粗碎屑物显微镜无法清晰识别。

3、粒度参数的定义及判别

3.1 粒度参数定义

现阶段广泛使用的粒度参数是由学者福克和沃德提出的4种粒度参数界定方式。其一，为粒度的平均值，代表目标溶液中，质子的集中分布情况。其二，粒度标准偏差，可以对质子的分选性情况进行数值衡量；其三，偏度。表示质子粒度频率曲线的不对称性，其四，峰态，可以对沉积物曲线尖锐平坦程度数值化表示。

3.2 粒度参数的辨别应用

（1）粒度平均值。该参数一般用于表示目标沉积物平均粒度，一般用于对物质来源以及物质沉积沉积情况的判断研究中。通过对研究目标物质中粒度平均值的变化情况，来综合分析判断沉积物的形成过程。

（2）粒度标准偏差。粒度标准偏差参数一般用于对环境指标的衡量。粒度偏差较大时，可以认为目标区域内存在较多的冲积扇等粗粒沉积物。

（3）偏度。偏度一般用于对沉积物的形体和位置片段中，如区分沉积物的粗偏以及细偏。

（4）峰态。峰态参数一般用于半段沉积物进入目标环境的时间，以及沉积物进入全新环境后，其各项特性的变化情况。如目标沉积物的峰态较低，可以认为目标沉积物环境变化时间较多或是新环境对沉积物改造程度较低。

4、粒度分析的地质应用

4.1 在区分沉积环境及判定物质运动方式上的应用

对沉积物环境情况的分析判断，是粒度分析的重要应用。基于概率值累计曲线图可以实现对沉积物搬运方式的分析判断。根据沉积物运动特点，搬运方式一般可以分为悬浮、跳跃、牵引等几个主要类别。不同类别的搬运方式在概率值累积曲线中有不同的分布特征以及线段曲线。其中线段曲线较粗属于牵引搬运方式，中粒段属于跳跃搬运方式，细粒段属于悬浮搬运方式。

4.2 判别水动力条件

对沉积物粒度的分布情况进行分析可以对水动力环境进行判断，同时也可以有效判断目标区域的输移能力和输移路线。如，在海岸线中，流入海水区域的质子群体往往具有不同的大小，受海浪以及水底运动的影响，体积较大的质子往往可以获得更大的前进动能，加上质子群体在移动过程中会存在不同程度的破损腐蚀，让质子逐渐远离物源；同理，粒径越小，在水中获得的运动动能越小。上述规律结合粒度分析资料以及沉积物分布规模可以准确地判断目标区域的水动力情况。

4.3 粒度分析资料应用的新进展

粒度分析研究的应用范围近年来逐渐增加，其中对地球化学以及海洋学的研究中有更为深入的进展。在地球化学中，通过粒度分析研究目标物质的元素吸附能力和吸附范围，可以实现对地下重金属存量以及重金属污染问题有很好的勘探界定功能。一直以来，沉积物粒径趋势分析主要应用与对质子沉淀环境的分析判断上，,但许多海洋环境中细颗粒沉积物是优辨组分,而细颗粒物质具有不同的动力学特征,如细粒沉积物和砂质物质对于选择性搬运可有不同的反应。细粒沉积物还受到絮凝作用的影响。因此,应用于细颗粒测试的激光光散射法应运而生。同时,海洋沉积物的粒度分析是海洋地质实验的一项基本内容,它对阐明海底沉积物的来源、解释沉积分异作用和确定沉积环境等具有重要的意义。

参考文献：

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