沉积物粒度分析

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比重计、比重天平、沉降天平、 粒度分布 光透过式、X射线透过式
光透过式、X射线透过式
粒度分布
激光粒度仪
粒度分布
光子相干粒度仪
粒度分布
库尔特粒度仪 气体通过粒度仪 BET吸附仪
粒度分布、个数计量 表面积、平均粒径 表面积、平均粒度
粒度测试方法
方法分类 直接观察法
筛分法 沉降法 重力
离心力 激光法 光衍射
粒度分布
光子相干粒度仪
粒度分布
库尔特粒度仪 气体通过粒度仪 BET吸附仪
粒度分布、个数计量 表面积、平均粒径 表面积、平均粒度
沉降法
• 颗粒在液体中的沉降速度与颗粒的大小 有关，大颗粒的沉降速度快，小颗粒的 沉降速度慢
• 测量液面下某一深度处悬浮液浓度的变 化率来间接地判断颗粒的沉降速度
• 沉降式粒度仪是测量悬浮液的透光率来 反映悬浮液浓度
步骤
方法A 方法B1 方法B2 方法B3 方法C1 方法C2 方法C3
1.去碳酸盐 ——
5ml 盐酸
10ml 盐酸
15ml 盐酸
5ml 醋酸
10ml 醋酸
15ml 醋酸
2.去生物硅
——
6g
8g
NaOH NaOH
10g NaOH
6g
8g
10g
Na2CO3 Na2CO3 Na2CO3
注：HCl的浓度均为10％，HAc的浓度均为25％；方法A不加入酸、碱试剂。
现代分析测试技术
沉积物粒度分析
提纲
1. 粒度概述
1.1 粒度的概念 1.2 粒度分布 1.3 粒度的参数
2. 粒度的测试
2.1 激光法 2.2 沉降法
3. 粒度在地质学上的应用
3.1 控制沉积物粒度的主要因素 3.2 粒度划分方案 3.3 粒度在地质学上的应用
粒度概述
1.1 粒度概念
• 粒度是颗粒在空间范围所占据大小的线 性尺度
大角度检测器
小角度检测器
检测器光强图---由各组份颗粒叠 加的光强图
库尔特双透镜专利技术
库尔特技术
其它技术
不能使相同小颗粒 的光线落在相同角 度的探测器上
透镜的作用--使粒径相同的颗粒产生的平行散射光聚焦于 同一角度位置上的探测器，达到准确测量的目的
双透镜使信号采集保持一致性，降低系统了误差
探测器排列方式
（4）峰度（尖度）
一、古环境研究中深海沉积物粒度测试 的预处理方法
深海沉积物主要包含陆源碎屑组分和海洋生物成因组分（主要 为碳酸盐及生物硅） ，提取陆地气候环境变化信息，需将后者 有效去除且不破坏前者。
对于南海研究，强酸、强碱去除生物组分的效果好，但可能 会破坏陆源碎屑组分，弱酸、弱碱不会造成破坏，但去除效果 可能不佳。
样品取 0.15g。
➢ 以比较各自的粒度测试结果
二、每个样品另取一部分，按上述方法，
1、用不同剂量的盐酸或醋酸处理后，用有机元素分析仪分析 剩余无机碳的百分含量
2、用不同剂量NaOH或Na2CO3处理后，用硅钼蓝比色法分析 剩余生物硅的百分含量
➢ 以检验碳酸盐及生物硅的去除效果
曲线形态观察
图2 不同方法预处理后南海沉积物样品 的粒度分布频率曲线
检测器多的粒度仪，实测通 道多，各通道粒度窄，不用 通过合成多个虚拟通道来提 高解析度，结果接近实际
检测器少的粒度仪，实测通 道少，各通道粒度宽，只能 通过合成多个虚拟通道来提 高解析度，但结果是：
粒度报告失真，趋近正 态分布
用混合标准颗粒验证
探测器多的激光粒度仪
探测器少的激光粒度仪
激光粒度仪光路图
水+20%甘油 水+40%甘油
127
195.1
113.8
173.8
112.6
171.9
112.6
171.9
112.6
171.9
112.6
171.9
103
156.9
86.9
131.8
72.8
110
63.6
96
50.5
76.2
影响沉降速度的几个因素
（1）布朗运动 （2）是否达到匀速运动 （3）浓度的影响 （4）非球形颗粒的影响 （5）对流的影响 （6）离心沉降对颗粒运动状态的影响 （7）消光系数
测量装置
测量结果
放大投影器，图像分析仪（与光 粒度分布，形状参数 学显微镜或电子显微镜相连）、 能谱仪（与电子显微镜相连）
电磁振动式、音波振动式
粒度分布直方图
比重计、比重天平、沉降天平、 粒度分布 光透过式、X射线透过式
光透过式、X射线透过式
粒度分布
激光粒度仪
粒度分布
光子相干粒度仪
粒度分布
库尔特粒度仪 气体通过粒度仪 BET吸附仪
粒度分布、个数计量 表面积、平均粒径 表面积、平均粒度
粒度测试方法
方法分类 直接观察法
筛分法 沉降法 重力
离心力 激光法 光衍射
光子相 干 小孔通过法 流体通过法 吸附法
测量装置
测量结果
放大投影器，图像分析仪（与光 粒度分布，形状参数 学显微镜或电子显微镜相连）、 能谱仪（与电子显微镜相连）
电磁振动式、音波振动式
✓ 使用H2O2去除有机质
➢ 使用HCl还是HAc去除碳酸盐？及其合适的剂量？ NaOH还是Na2CO3去除生物硅？及其合适的剂量？
研究材料
MARCO POLO航次MD05-2900号箱式岩芯，底部年代推测 为MIS 6。等间距采取20个样品。
图1 MD05-2900号岩芯采样位置
实验流程
一、分别按下列方法预处理并测粒度
沉降法
• 1.测试范围：0.1μm-150μm。 • 2.测试方式：重力沉降，离心沉降，组合
沉降。 • 3.重复性误差：小于4%（测量标准样品
D50的偏差）。 • 4.测试时间：一般3-15min/次。
粒度测试方法
方法分类 直接观察法
筛分法 沉降法 重力
离心力 激光法 光衍射
光子相 干 小孔通过法 流体通过法 吸附法
粒度分布、个数计量 表面积、平均粒径 表面积、平均粒度
贝克曼库尔特激光粒度仪
LS230型: 0.04-2000um 132枚检测器，
116个解析通道 LS200型: 0. 4-2000 um 126枚检测器， 92个解析通道 LS100Q型: 0.4-1000um 126枚检测器， 72个解析通道
“d”与“φ”的换算关系
φ=-log2d
d，mm
d=2n
φ值
小数式 分数式
8
8
8=23
-3
4
4
4=22
-2
2
2
2=21
-1
1
1
1=20
0
0.5
1/2
1/2 =2-1
1
0.25
1/4
1/4 =2-2
2
0.125
1/8
1/8 =2-3
3
粒度概述
直方图 频率曲线 累积曲线
粒度概述
1.3 粒度参数
（3）偏度
碳酸盐去除 效果比较
生物硅去除 效果比较
图3 不同方法预处理后 南海沉积物样品中 无机碳和生物硅的 百分含量
图4 用ESEM对方法B1（5ml HCl和6g NaOH）和C3（ 15ml HAc和10g Na2CO3） 处理过的样品进行观察
B1
C3
图片进一步证明：
1、醋酸和盐酸均可有效去除碳酸盐。 2、大剂量的Na2CO3仍难将生物硅有效去除。 3、6g NaOH可有效去除生物硅，但继续增加用量可能会
2.1 激光法
分析原理
颗粒对入射激光产生散射光， 利用检测器探测光的强度， 再运用矩阵反演分解角向散 射光强即可获得样品的粒度 分布
衍射理论的应用
第一级暗斑
颗粒径d=1.22/Sin
颗粒大小决定了角度， 根据此角度可计算颗粒直径
不同的光强图反映各自粒度分布
体积%
0
体积%
粒径
0
粒径
实测通道对粒度报告的影响
重力沉降法的上限临界直径
Ds3
s
3.62 f f g
部分样品重力沉降法的上限临界直径
样品 介质 水
石墨
67.4
石英
60.6
滑石
60
高岭石
60
重质碳酸钙 60
铝粉
60
碳化硅
55
硅酸锆
46.6
锌粉
39
钼粉
34
钨粉
27
乙醇
77.9 72.2 70.4 70.4 70.4 70.4 65.2 57.5 47.2 41.4 33
当激光均匀时
当激光不均匀时
•对500um颗粒，偏差0.01。，粒径漂移约10% •750nm固体激光器，工作寿命达7万小时
自动工作站
• 适于批量样品分析用户，省时、省力，真正实现全自动 分析
• 减少了样品制备过程中人为的误差因素
激光粒度测试的影响因素
（1）分散介质的种类 （2）分散液超声时间 （3）表面活性剂类型及其浓度 （4）制样浓度 （5）测试温度 （6）分散液放置时间 （7）人的因素
破坏矿物
✓ 因此，应使用6g NaOH去除生物硅
样品的粒度分布频率曲线
样品的平均粒径及部分粒度组分随深度变化的曲线
图5 按确定方法预处理后 南海沉积物样品的粒度特征
15ml 25％的醋酸， 6g NaOH
粒度在地质学上的应用
第3部分 粒度在地质学上的应用
碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用
25°N
光子相 干 小孔通过法 流体通过法 吸附法
测量装置
测量结果
放大投影器，图像分析仪（与光 粒度分布，形状参数 学显微镜或电子显微镜相连）、 能谱仪（与电子显微镜相连）
电磁振动式、音波振动式
粒度分布直方图
比重计、比重天平、沉降天平、 粒度分布 光透过式、X射线透过式
光透过式、X射线透过式
粒度分布
激光粒度仪
中国
20°
100m 20100m00m
15° 湄
公
南海 4000m
河
10°
MD01-2392
2001m000m
5° 100m
苏禄海
105° 110° 115° 120°E
第2部分 粒度测试
粒度测试方法
方法分类 直接观察法
筛分法 沉降法 重力
离心力 激光法 光衍射
光子相 干 小孔通过法 流体通过法 吸附法
直线形排布
扇形排布
库尔特十字形排布
优点：
当激光对焦发生上下左右任何一个方向偏离时，将造成检测角度在一个方 向偏大，另一个方向偏小，十字星排布方式使整体偏差抵消，不至于出现 其它排列方式造成所测数据整体偏大或偏小
2、激光种类及对焦方式
一般粒度仪采取在同心圆上用三枚等距检测器辅助对焦方式，由于光源不 均匀带来偏差可能性较大，库尔特采取32枚参与对焦，大大降低了误差可 能性
测量装置
测量结果
放大投影器，图像分析仪（与光 粒度分布，形状参数 学显微镜或电子显微镜相连）、 能谱仪（与电子显微镜相连）
电磁振动式、音波振动式
粒度分布直方图
比重计、比重天平、沉降天平、 粒度分布 光透过式、X射线透过式
光透过式、X射线透过式
粒度分布
激光粒度仪
粒度分布
光子相干粒度仪
粒度分布
库尔特粒度仪 气体通过粒度仪 BET吸附仪