沉积学2015实验一

1、沉积学实验一粒度分析粒度分析的目的 研究碎屑岩的粒度大小和粒度分布。 碎屑岩的粒度分布及分选性是搬运能力的度量尺度，是判别沉积时的自然地理环境以及水动力条件的良好标志。粒度测量基本原理D 直径沉积物颗粒间接测量法等效粒径(c)光学的特性() 动力学的特性(a)几何学的特性沉降速率法激光粒度仪法筛析法同样大小投影面积SS = Dp2 /4XDP同样大小体积VV = Dp3/6XDpX Dp终点下落速度相同XDpUtUtUt = Dp2g(p-)/18X Dp激光X相同衍射图形激光DpX Dp粒度分析的常用方法 砾石可以直接测量其线性值，也可以用量筒测其体积； 砂或疏松的砂岩可采用筛析法； 粉砂和

2、粘土可用沉速法分析或激光粒度分析法。 固结紧密无法松解的岩石可采用图象分析仪进行自动粒度分析。筛析法经典方法优点：样品量大，经济缺陷：测定时间长（20分钟/样）， 工作量大，对于20um以下小颗粒样品无法测量。激光粒度仪法光学平台 - 分散的样品穿过光学平台的测量区，激光束照射到颗粒上。 利用检测器在相当宽角度范围内对样品颗粒所产生的散射光强度进行准确地测量。仪器软件 测量过程中对系统进行控制，并对散射数据进行分析，以计算粒度分布。样品分散装置（湿法） 确保颗粒以正确的浓度以及合适稳定的分散状态传送至光学平台的测量区域。激光粒度仪原理 当激光束穿过分散的颗粒样品时，通过测量散射光的强度来完成粒

3、度测量。 然后数据用于分析计算形成该散射光谱图的颗粒粒度分布。光强分布 散射颗粒 激光光束激光探测器样品池富利埃镜测量范围：0.02 - 2000 m光信号粒度转换原理 激光粒度仪直接获得的是光信号计数，需要转换成粒度分布， 两个转换模型： Mie 散射理论 Fraunhofer 衍射近似理论Mie散射理论测量值未知粒径Mie理论需要介质和颗粒的折射率！ 然而事实上为混合物质，其折射率也是未知的折射率与吸收率对粒度测试结果的影响 折射率对测试结果的影响折射率定义为: N = n ki，n 为实部，指光在真空中传播速度与在材料中的传播速度的比值，与材料的属性有关。n 比较容易获得，在文献中可以查

4、得。k 为虚部，即材料的吸收率，指光通过材料被吸收的属性。虚部不仅与材料的属性有关，还与材料的纯度有关，并且对测试光的波长很敏感。Fraunhofer衍射理论近似解 优点：Fraunhofer 衍射理论不需要提供折射率 缺点：近似条件要求颗粒必须远比入射光的波长（ Mastersizer 2000激光波长633 nm ）要大，所以只能测量微米级以上的颗粒。1.65/0.01 用弗朗和夫与米氏理论（折射率1.65/0.01）得到完全不同结果Volume (%)Particle Size Distribution765432100.010.111010010003000Particle Size

5、(m)R7 Frunhf., 23 April 2003 15:14:42R7 1.65/0.01, 23 April 2003 15:14:42静态图像分析法优点：测量准确性高，可检测颗粒形态，可标定其他方法。缺点：样品量较少，检测范围较窄，样品制备麻烦，检测时间较长。图像分析法的粒度定义投影宽度等面积球形的直径投影长度A=AxFe maxxareanxc mi动态图像分析法全新的粒度分析方法分散系统样品颗粒流光源图像采集器图像分析器粒度测量范围：18000 um粒度分布的表达数据基准图像分析法激光衍射法粒度分布的表达图谱直方图：长方形的底边等长（bin）代表粒度区间；长方形的高代表每种粒度

6、区间的百分比。横坐标一般用对数标度，也可以是值标度；频率曲线：将直方图上各方块的顶边中点连接起来，绘制成一条圆滑曲线，这就是频率曲线图。累积频率曲线：横坐标仍然表示粒径，而纵坐标表示的是各粒级的累积百分比。累积数据是由粗粒级开始计算的。 因此总是构成“S”形。粒度频率曲线（直方图）的参数 中值或平均粒径：碎屑物质的粒度分布所趋向于围绕的一个平均数值。中值Md是累积曲线上50%处对应的粒径，也叫D50。 分选系数或标准偏差：表示颗粒大小的均匀程度，或者说是表 现围绕集中趋势的离差。 偏度：判别粒度分布的不对称程度。正态分布的偏度等于零。 峰度：衡量粒度频率曲线尖锐程度的。正态分布的峰度为1， 值

7、越大，代表曲线越尖锐。正偏态：峰偏向粗粒度一侧，沉积物以粗组分为主。负偏态：峰偏向细粒度一侧，沉积物以细粒为主。粒度频率曲线（直方图）的峰 直方图中突出于周围方块之上的高方块或频率曲线中的高点称 作峰（众数，mode）。 如果样品中只有一个峰，叫作单峰；若有两个或两个以上的峰则为双峰或多峰。河流冲积沉积物的粒度分布较宽，具双峰，峰所在粒级的百分比并不高，这是分选性不好的表现；海岸砂的粒度范围最窄，具有很突出的单峰，这是沉积物粒度分选极好的特征；冰川沉积和雨水冲刷斜坡上的堆积物则粒度分布范围更广，其中砾石与泥、砂混杂，说明分选性更差。不同成因碎屑沉积的累积曲线A海滨砾石；B海滨砂；C冰川沉积物；

8、D页岩； E黄土概率值累积曲线 纵坐标采用概率百分数标度的累积曲线图。与算术坐标不同，概 率百分坐标是以中央50%为对称中心的非 等间距坐标，向上、 下两端相应地逐渐增 大或减小，可以将粗、细的尾部信息放大， 对于沉积成因分析及 显得更加方便。0.1悬浮、跳跃和滚动三种搬运方式在粒度概率曲线上可由三段直线区分（Visher，1965）概率累积曲线区分沉积环境河流砂悬浮组份比较发育，含量可达30%，悬浮次总体与跳跃总体之间的交截点在 2.75 3.5区间内，跳跃总体的倾斜多在6065 范围内。一般不存在滚动组分海岸砂中跳跃组分的含量高、分选好，在图上再现为一个很陡的直线段。滚动组分含量很少， 这

9、是因为风的携带能力有限，很粗的砂粒不能搬至。悬浮组分的含量也少。CM图解 CM图是应用每个样品的C值（累积曲线上1%处对应的粒径， D1）和M值（累积曲线上50%处对应的粒径，D50）绘成的图形。 C值与样品中最粗颗粒的粒径相当，代表了水动力搅动开始搬运的最大能量；M值是中值，代表了水动力的平均能量。QR段代表递变悬浮沉积。一般位于水流底部， 常是由于涡流发育造成的。当涡流流速降低时，迅速发生滚动。递变悬浮沉积物的一个最大特点是C与M成比例地增加，即C值与M值相应变化，从而使这段图形与C=M 基线平行。RS段为均匀悬浮。均匀悬浮常是递变悬浮之上的上层水流搬运方式。在弱水流中可能不存在递变悬浮，而是由均匀悬浮直接与底床接触。均匀悬浮的物质主要为粉砂和泥质的混合物，最粗粒度为细砂。由于均匀悬浮搬运常不受底流分选，在河流中自上游至下游沉积物的粒度成分变化不大，只是粗粒级含量相对减少。因此在RS段中C值往往基本不变，而M值向S端减小。PQ段仍以悬浮搬运为主，但含有少量滚动搬运组分。由上游至下游C值变化而M值不变，说明随着地质营力的减弱愈向下游滚动组分的颗粒愈小。但由于滚