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第一章基本概念及分析方法§1-1、基本概念海洋沉积物的粒度分析，是海洋地质实验工作的一个基本项目。粒度分析成果不仅是划分海底沉积物类型，编制海底沉积物类型图的基础，同时又是阐明海底沉积物的物质来源，机械分异过程及沉积作用不可缺少的资料。在综合研究和评价海底沉积矿物资源、工程地质条件、地球化学条件、沉积物理技术特性等方面，粒度分析也具有重要的作用。概括起来，粒度分析的目的和功用有三：作海底地质的一般描述；作定向性的地质解释；区分沉积环境。粒度分析是测定沉积物组分的颗粒大小和各粒级的分布状况，计算统计参数，编制图件。沉积物形成是受多种地质因素综合控制的。而沉积物的粒度组份除受原岩控制外主要是机械沉积作用形成的。在不同的沉积环境下，地形不同，搬运介质不同，介质的密度、流速、流动方向以及它们变动或稳定状况等水动力条件不同，相应的以不同方式搬运和沉积下来。所以，沉积物的粒度特征是判断自然地理环境和水动力条件的良好标志之一。一、对沉积物进行粒度分析早在本世纪初期就开始，人们利用粒度分析数据确定区分沉积物名称，例如砂岩、粉砂岩、泥岩、泥质砂、砂质泥等。二、到三十年代，由于温氏分类的推广和Φ标准及等比值粒级标准的采用，使单纯的算术计算转换成对数的运算，使数理统计在粒度资料的处理中得到了应用。三、到六、七十年代有较大的发展，由于石油资源和沉积矿产的勘探和开发迅猛发展的结果。对石油来说，查明生油，储油的有利相带，研究沉积相有重要的理论和实际意义。油田上岩相研究的重点是追索含油砂岩体的几何形态及划分成因类型，粒度数据是其中手段之一。沉积物是一定环境的产物，它必然包含生成环境的某种信息。一当这种信息被找到，沉积环境的研究就前进一步。四、分析方法由原来的筛分、吸液法，增加了光透式、计数式、激光等粒度分析方法。粒度分析在水利工程中也是必不可少的手段。例如在治理黄河是世界著称的多泥沙河流。在历史上危害很大，但在中华民族发展史上又处于重要地位，对黄河作了大量的分析研究工作表明，黄河的根本问题是泥沙造成的，泥沙来源于中游，危害在下游，而其中危害昀大的是来沙中较粗的那一部分，黄河下游河床淤积抬高，主要是由这部分粗泥沙造成的，因此解决黄河泥沙问题各种措施中应先考虑粗砂来源区的治理。粒度分析所涉及的是沉积物粒级大小及各粒级所占百分含量。一般分为几个步骤：首先是资料的获得，即对样品进行机械分析；第二是将获得的资料作成图表或图解形式，昀后用数学方法分析资料，并从分析中得出对沉积物的有关推理。§1-2、海洋沉积物粒级标准的选择和分类命名海洋碎屑沉积的分类命名，是当前海洋地质调查研究工作中一个相当重要的问题，不解决这个问题，就没有统一的制图标准，海底沉积类型图就无法编制，不同海区的资料就无法对比，同时也妨碍我们对海底沉积及沉积矿产资源的若干其他问题进行研究。但目前国内外对碎屑沉积的分类和命名，颇多出入，不仅在粒级标准的选择方面有分歧，在粒组界限的划分和车积物的分类命名原则方面，也有很大出入，从而给工作带来了不少困难。一、国内外关于粒级标准使用的情况所谓粒级标准的选择，就是指采用什么标准来划分粒径级限，而这个问题，是解决碎屑沉积分类命名的首要问题，对这个问题，目前国内外分歧仍很大，有的人喜欢用十进制粒级，有的人喜欢用等比制粒级，有的人试图以沉积物的物理特征来划分粒级，有的人则主张用沉积速度分析来代替力度分析，总之，各有各的理由，目前看来还无法迅速统一，其中以乌顿-温德华氏粒级标准，阿特贝尔格粒级标准和十进制粒级标准在世界范围内流行较广，当然也存在着种类繁多的其他分类，现着重阐述以上三种粒级标准。（一）乌顿-温德华氏粒级标准（Uddeh-Wentworthgrddescale）这种标准在美国、西欧及日本的地质学界比较流行，在美国的其他部门，也广泛使用。其特点是粒级系以等比级数关系排列的，相邻的两个粒级的粒径大小，系后者为前者之半（即比值为2）（见表1和表2）。表一、温德华氏粒级界限及Φ值直径（毫米）直径（毫米）分数式小数式Φ值分数式小数式Φ值256256-81/40.25+2128128-71/80.125+36464-61/160.063+43232-51/320.032+51616-41/640.016+688-31/1280.008+744-21/2560.004+822-11/5120.002+91101/10240.001+101/20.5+11/20480.0005+11注：从直径1/16毫米开始，其小数式与实际值略有差异，例如：1/16毫米应为.0625毫米，就是为了简化小数位，并便于记忆，以下类推。表2、温德华氏分类表粒级界限（直径）名称粒级界限（直径）名称256毫米巨砾0.05∽0.25毫米中砂256∽64毫米中砾0.25∽0.125毫米细砂64∽4毫米砾0.125∽0.063毫米极细砂4∽2毫米砂砾0.063∽0.004毫米粉砂2∽1毫米极粗砂0.004毫米粘土1∽0.5毫米粗砂这个粒级标准的分类界限是一个几何系列，可以用Φ单位进行表示写成D=2-Φ式中D为直径毫米数，Φ是指数，任何D值均有一个Φ值相当值，负号的选择是为了工作的便利，因大多数样品的主要粒级，均在一毫米以下，在Φ值前加一个负号，可将大多数粒级的Φ值转换为正数，假如取二位对数之底，表示上述关系，则为Φ=-log2D经过这一转换，就赋予温氏粒级以新的性质，这就是：任何一个粒径值，均有一个相当的Φ值，温氏粒级界限在Φ值法中均为整数，从而使温氏粒级由等比粒级关系，转换成算数级数关系，这就具有下列功用：1.按温氏粒级分类所得的任何沉积资料，可以直接绘在算术图纸上（构成隐含的对数关系），便于图解表示和统计分布，同时可以求出若干粒度系数，相互比较，以探求沉积机械分异的内在规律。2.1933年温氏以颗粒在搬运中的物理性质，审查了它的粒级界限，证明了某些粒级与悬移及推移的变化十分吻合。3.由于它有严谨的数学关系，便于进一步实现实验室工作的技术革新。温氏粒级的主要缺点是：1.细粒级划分较多，采用吸管法工作量较大。2.粒级界限为分数式（或较复杂的小数位），初次接触时，很不习惯。（二）阿特贝尔格粒级标准这种标准1905年为阿特贝尔格提出，在欧洲大多数国家比较习惯采用，他是以寻求沉积物的物理性质为基础而进行粒级划分的，同时考虑了成果资料的图解表示和统计分析，该粒级的基数为二，两个相邻粒级的比值为10，这个分级标准1927年被国际土壤科学会议采用作为土壤分析的标准，其分级名称如表3。表3、阿特贝尔格粒级标准直径（毫米）名称θ值2砾石02.0-0.2粗砂-0-10.2-0.02细砂1-20.02-0.002粉砂2-30.002粘土3-4这一分级标准，与温氏粒级一样，也以一几何系列为基础，其每一级别的大小为前一级别的十分之一，但是阿氏粒级系以二作为基数的，因此该粒级构成，200；20；2；0.2；0.02；0.002的几何系列。正因为他系以几何系列排列的，我们也可以通过将指数转变成为数的方法，将该几何系列，转换成算术级数关系，在这儿指数用符号θ表示，构成下述公式：D=2×10-θ式中D同样指粒径值毫米，θ系相应的指数，按照上式，阿氏粒级的每一个粒径值均有一个相应的θ值。若将上式以对数关系表示，（对数的底为10），则公式可转换成θ=0.301-log10D上式即完成阿氏粒级向θ分类法的转换，经过θ法转换，阿氏粒级的粒级界限均为整数，并构成算术级数关系（如表3，θ值一栏所示）。阿氏粒级也可以进一步加以细分而构成较详细的粒级标准，这就是在每两个粒级之间，插入一个粒级，插入粒级的粒径大小，为其左右相邻两个粒级的几何平均数，例如在20及2之间，插入的粒级，两个粒级界限之积的平均方根，即6.32，其余依此类推，这样就较原粒级详细了一倍，两个粒级之间的比值保持了10的恒关系，由于比值10即101/2，换算为对数即为1/2log10.因此在对数标纸上，新增粒级正位于原阿氏粒级间隔曾中点之上。从而使这种分类，保持十进位的特点，又保持等比制粒级的特点，也是一种比较科学的分类方法。这种分类现在西欧已为土壤学，建筑工程学等部门所广泛采用。例如，美国（m、I、T系统），英国（B、S1377）、德国（DIN、18196规格草案），因此它反映了西方国家当前土质分类的基本情况。分类采用的界限值如表4所示。表4、西德“土的工学分类”表粒径名称粒径范围（㎜）名称代号200～以上200～63块石石R63～2020～6.36.3～2粗砾中砾细砾G筛分析粒径2～0.60.6～.20.2～0.06粗砂中砂细砂S0.06～0.020.02～0.0060.006～0.002粗土中土细土U水分析粒径0.002粘土T这种分类的主要优点是：1.与温氏粒级一样，也是一个等比制粒级，采用θ分类法以后也可以在算术纸上直接作图，便于图解表示，统计分析和地质解释。2.粒级的划分与沉积物的物理特征极为吻合，不少土质、工程学家认为它是土质特性昀恰当的分类。缺点是：1.粒级的划分，仍然过粗，不能表示沉积物粒度频率分布的组节，诸如在频率曲线中有可能抹掉沉积分布的双峰形式和粒度频率分布“尾部”的详细特征等，因而不便于区分沉积环境，和对粒度结构参数进行深入细致的探讨研究，虽然也可以进一步按θ/4，甚至θ/10的间隔插入某些粒级，但在市场上不易购置相应的套筛。2.总的来说，在地质部门使用较少，在我国也基本上无人采用。（三）、十进制粒级标准在前苏联及我们国内应用较广，其他国家的部门也有采用。其主要特点是，粒级基本上按十进制排列。例如：1000；100；10；1；0.1；0.01；0.001。其插入粒级则按1/2或1/4比例排列。现以别兹鲁科夫1960年的分类为例。表5、别兹鲁科夫分类沉积物类沉积物名称大多数质点的大小（㎜）Md(㎜)岩块1000粗漂砾中细1000～500500～250250～100粗卵石中细100～5050～2525～10粗碎屑沉积粗砾中细10～55～2.52.5～1砂质沉积粗砂中细1～0.50.5～0.250.25～0.11～0.50.5～0.250.25～0.1粉砂质沉积粗粉砂细粉砂质软泥0.1～0.050.05～0.010.1～0.050.05～0.01粘土质沉积粉砂-粘土质软泥粘土质软泥0.01（70%）0.01（70%）0.01～0.0070.007在十进制粒级中，对粒级级限及名称由于各有关部门，所持的实际依据不同，对砾石、砂、粉砂、和粘土的分界，又颇多出入，从而使粒径按十进制递变的规律，有了一定程度的破坏，现列表比较我国和苏联各有关部门，颗粒粒度级限及命名概况（见表6和表7）。表6、国内各部门采用的碎屑颗粒粒度分级表石油工业部地质部水文工程地质局地质部南京中心实验室地质部宣化地校（工程）科学院土壤所全国海洋调查暂行规范（1961）水电部华东水科所同济大学上表系根据国内已公开发表的材料搜集。不一定反映近期实际采用的粒级标准。表7、苏联各部门采用的碎屑颗粒粒度分级表莫斯科石油学院鲁欣（1956）什维佐夫（1948）工程地质学（1955）土壤学（1950）国立海洋研究所地质研究所第四纪调查局水文研究所十进制标准，是大家所熟知的，其主要优点是：1.粒级界限原则上按十进制排列，便于记忆。2.在国内已通用，并为大多数地质及土壤工作者所熟知。其主要缺点是：1.粒级划分在大的区间为十进制，而插入粒级则为1/2或1/4比例（例如1，0.5，0.25，0.1）。这就破坏了其数学完整性。2.各部门对十进制的使用也未统一，多是各行其是。3.本身也不是一种土质物理力学性质的恰当的分类，它的粒组分界与国际多数学者主张的分界颇多出入。二、粒级标准的选择及其依据从上节介绍的情况可以看出，上述三种粒级标准，均各有其优点，同时，在具体界限和名称使用方面，十分混乱，因而要求我们进行合理地选择。诚然，粒级的划分在表面上看来，完全是人为的，但实际中，对粒级标准的选择，总应该依靠一定的准则，我们认为选择粒级标准，应尽可能满足下列条件：1.粒级划分应有利于地质解释和应用，要能反应自