粒度分析讲课

过去广泛采用的是特拉斯克 (Trask,1930) 提出的粒 度参数：
平均值 Md=φ
50
(相当于50%处的粒径大小)
分选性
S0=Q1
1/2
/Q3
(Q1-第一四分位数，即相当于25%处的粒径大小) (Q3-第三四分位数，即相当于75%处的粒径大小) 偏度SK=Q1×Q3 / M2d (或不对称系数)
由直方图所作频率曲线
累积曲线是粒度分 析必作的最简单的基础 图。累积曲线分布的粒 级范围和曲线的陡缓， 可对沉积物的粒级分布 范围、粒度粗细和分选 好坏等主要的粒度特征 得到直观的感性认识； 不同沉积物的累积曲线 可绘在一张图上，便于 互相对比；可以直接从 曲线上读出一些参数， 并识别出沉积条件。因 此，它是粒度分析中应 用很广泛的方法。
三、环境判别公式 萨胡 (1964) 根据大量粒 度分析资料统计，求出不同沉积环境下沉积物的平均粒径、 标准偏差、偏度和尖度这四个粒度参数的变化以及一个沉积 物内四个参数间的关系，得出四个综合公式和关系图，以区 别沙丘、海滩、浅海、河流和浊流这五种常见的沉积物，判 别公式如下表：
四、CM图
帕塞加于1957年提出的，CM图是用C值和M值两个粒度参数分别 作为双对数座标纸上的纵横座标成的图。其中 C 值为累积曲线上 1% 处的粒径，实际上相当于样品中最粗颗粒的粒径； M值相当于累积 曲线50%处的粒径，即相当于中值Md。 CM图是表示沉积物的最粗 粒径与中值的关系图。可用以 说明沉积物的粗粒部分的粒度 结构特点与搬运方式的关系， 进而判断沉积环境。
风成坪地： 风成坪地地势低而潮湿，其沉积物除了来自海滩 砂外，还接受少量空中降落的粉砂。因此，增添一个 细粒尾部，而呈负偏；并使尖度大为加宽；分选性稍 稍变差，居于上二者之间。 河流砂：
河流沉积物常由多物源供应，各源供应物质的粒 度不同，甚至不连续。河流对粒度的改造能量低，沉 积物大都分选差-中等，大多数为双峰或多峰曲线，峰 的粒径变化大，细砾至砂较为常见。偏度或尖度不正 常，无典型值，由于河流沉积物中经常掺有粘土、粉 砂等悬浮沉积物质，故河流砂砾沉积物常呈正偏。
第三节
粒度分析资料的应用
一、主要几种沉积环境的粒度参数特点
根据福克等人对现代沉积物的研究，证明障壁岛、海滩、 沙丘和风成坪地与河流这四种沉积物，在偏度和尖度上各有特 点，在离散图上有明显的区分。 海滩砂： 由于波浪能力强，海滩沉积物被浪潮反复多次搬运，得到 充分的分选，泥质等物质多被冲洗掉，因而较纯净。频率曲线 大多数呈对称的正态曲线，只有靠水边的少数样品中含有极少 量粗颗粒，而具微弱的正偏度。峰度中等至稍窄，分选好，多 为中细砂。 沙丘： 沙丘是由海滩砂经风吹而形成的，由于风力较弱，海滩砂 中粗粒部分吹不动而被除去，故沙丘砂的频率曲线呈微弱的正 偏，尖度中等，分选比海滩砂更好，多为细砂。
五、概率累积曲线
研究发现，河道砂岩的曲线并不那么简单，形态也不是二 段式，尚有三段式、多段式和直线型等，粒度参数也不相同。 如二段式曲线（如下图），截点区间宽，截点φ 值粗，悬浮总 体含量高，流速较急，同时也说明当时水介质扰动强烈。
正 态 概 率 坐 标
二、粒度参数的计算
合适的粒度参数能较简便地表示碎屑沉积物的粒度特征，在分析 沉积物的搬运方式和介质的水动力条件方面，有一定的参考价值。粒 度参数的计算有两种方法，即矩法与图解法。矩法计算是一种近似的 定量计算，其优点是能使整个粒度分布都投入计算，但计算手续较为 复杂。 运用矩法统计粒度参数的公式是： 平均值 标准偏差 偏度 尖度 Xφ = fm/n σ φ = [f(m-Xφ )2 ]1/2/100 SKφ = f(m-Xφ )3 /100σ φ 2 Kφ = f(m-Xφ )4 /100σ φ 4 式中：f-每个粒级中重量百分数(频率)。 M-每个粒级中间值，以φ 表示。 N-样品中颗粒总数，当以百分数表示时，n就等于100。
1.在薄片上测定粒度的方法
在薄片上采用什么方法选择欲测量的颗粒称为抽样方法，一般 常用的系统抽样方法为点计法和线计法。
点计法是常用有网格的目 镜，每一方格的边长应大于薄 片中颗粒的最大视直径，应用 机械台使薄片通过显微镜视域， 测量网格结点所触遇的颗粒粒 径。
薄片粒度分析的点计法
线计法是用机械台在垂直目镜微尺的方向移动薄 片，凡为十字丝竖丝触遇的颗粒都要测量。量完一行， 平行横丝将薄片移动一距离，再按上法测量，一直测 得到足够的颗粒为止。测线间隔要大于薄片内颗粒的 最大视直径。
第二节
粒度分析资料的整理
一、粒度分析 的作图 粒度分析 的结果，可按 右表所示的格 式整理，然后 作出直方图、 频率曲线图、 累积曲线图和 概率累积曲线 图。
图的横座标表示颗粒大小，纵座标表示百分数或累积 百分数。直方图是广泛使用的一种粒度分布的图解形式， 以并排高低不同的矩形表示各粒级百分比。如果把每个矩 形顶连点连接成一平滑曲线，即成频率曲线图。可以一目 了然地表示出粒级分布的范围和各粒级的百分比以及百分 比最高和最低的粒级所在位置。缺点是如果粒度数据很多 时，很难对比。
(φ 95+φ 5-2φ 50)/ 2(φ 95-φ 5) 尖度
平均值(Xφ )可以反映沉积物的平均粒度，它是沉积 物粒度特征中最主要的特征之一，常被用来作剖面粒度 韵律曲线，作为沉积韵律的基础。或是作平面等值线图， 表示沉积物在平面上的粒度变化。作为岩性变化的基础， 划分沉积相带，追索物源方向。或是用于研究储油物性 与粒度关系等方面，应用很广。
法等。筛析法和沉速法适应于未固结的疏松岩石，如粗 碎屑岩，一般只用筛析法；而中-细粒碎屑岩由于常常含
有较多的粉砂和粘土，常用沉速法与筛析法相结合。薄
片法主要用于固结坚硬的岩石。一般说来，筛析法适用 于大于0.25mm的颗粒，亦可用于大于0.1mm的颗粒，而沉 速法适用于小于0.25mm的颗粒。
二、颗粒粒级划分
PQ段：悬浮搬运为主，有少量滚 动搬运的颗粒；在累积曲线上可 看出有一个粗的尾部，故这段 C 值变动大，而 M 值无大变化，图 形近于垂直M轴。
(2)浊流沉积的CM图：
浊流是一种密度流，是含有不同粒级成分的，密度很大，流速 快的一种浑浊的水流，它主要是以悬浮方式搬运沉积物。浊流沉积
的 CM 图的形态和分布与 河流中的粒序悬浮相似， 也是呈与C=M线平行的长 形带。由于浊流为高密 度流，沉积作用快，粗 颗粒沉积后随即被埋藏， 因此，缺乏滚动的颗粒。
标准偏差(σ φ )用来表示沉积物粒度的分选程度， 即颗粒大小的均匀性。若粒级少，主要粒级很突出，百 分含量高，分选就好，标准偏差的数值小；反之，粒级 分布范围很宽，主要粒级不突出，甚至是两峰或多峰沉 积物，则分选就差，标准偏差的数值大。
偏度(SKφ )是用以度量频率曲线的不对称程度的，即表示非正 态性特征的。按频率曲线对称的性质分为三类：正偏态、正态及 负偏态 (如下图 ) 。偏度公式的前一半是表示频率曲线中央部分的 偏度，另一半表示粗细两尾端的偏度。 曲线对称时，SKφ =0。 曲线不称对呈正偏时，SKφ ＞0，最大可达+1，通常不超过+0.8。 曲线不对称呈负偏时，SKφ ＜0，最小可到-1，通常不超过-0.8。
沉积学实习
一、粒度分析方法的选择 粒度分析方法视碎屑岩颗粒大小和岩石致密程度而 异。
1.砾岩的粒度分析方法
砾岩的粒度分析，主要在野外进行，一般采用筛析 和直接测量两种方法。
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采用筛析法、沉速法和
薄片法，常用的沉速法有阿兹尼法、沙巴宁法和罗宾逊
海滩、沙丘、风成坪地和河流砂质沉积的粒度参数 特点，可以概括如表。
二、粒度参数离散图
弗里德曼 (1961 ， 1967) 通过对现代海洋、河流和湖泊沉积 所作的粒度分析，用粒度统计参数离散图来区分河流相和海 (湖) 滩沉积。
离散图之所以能够把不同成因的砂区别开来，主要是基于不同 成因的砂具有不相同的结构参数。如海(湖)滩砂分选比河流砂好得 多，故标准偏差值高，偏度多为正值。因此，离散图实际上是综合 表现结构(粒度)参数特征的一种图解。
φ 75——累积重量为75%的粒径φ 值；
φ 84——累积重量为84%的粒径φ 值； φ 95-——累积重量为95%的粒径φ 值；
上列参数又称之为百分位数，例如φ 16相应于16%处的粒径φ 值，称之为第 16百分位数。
φ 众数为含量最高的粒级 φ 值，可直接从原始分析数据上读出；＜ 4φ 的粒 级含量百分数，也可直接从原始分析数据上读出。
特拉斯克的参数精度较差，不能表示出分布的粗尾和细 尾 的 特 征 。 因 此 ， 目 前 大 都 采 用 福 克 及 沃 德 (Folk and Ward,1957)提出的粒度参数：
平均值
标准偏差 偏度
Xφ = (φ 16+φ 50+φ 84) /3
σ φ = (φ 84-φ 16) /4+ (φ 95-φ 5) /6.6 SKφ =（φ 84+φ 16-2φ 50 ）/ 2(φ 84-φ 16 )+ Kφ =（φ 95-φ 5）/2.44(φ 75-φ 25)
一般采用伍登-温德华标准，它是以毫米为单位的一个分类 方案，后来克鲁宾(1934)提出了一种对数换算，称其为Φ 值(如 下表)。
Φ =-log2D (D为颗粒直径）
三、薄片粒度分析 固结的岩石，特别是硅质胶结岩石的粒度分布，
只能在薄片内进行。薄片粒度分析的精度较筛析法
差，因薄片内计算的颗粒比筛析的量少得多，同时 分析速度慢，分析结果不能与筛析法直接对比。
2.各种测定直径的对比与换算 现代沉积物的粒度分析一般均采用常规筛析法， 所得结果为不同粒度的颗粒重量百分比。而古代岩石 目前大部分只能用薄片分析法，所得结果为不同粒度 的颗粒数百分比。两者不能直接对比，要作对比必须 进行换算。即使在同一方法中，也只能进行统计对比， 绝不能作单颗粒对比。 筛析直径与沉速分析直径之间 ，平均值偏差＜ 0.1φ ，两种方法一般不经换算可以互相使用，但在精 确研究工作中必须换算。薄片分析视直径与筛析之间 的偏差可达到 0.25φ 或更大，在任何情况下均不可互 用或直接对比。
图解法可以从累积曲线上读出与某些累积百分数相应的颗粒直径，称之为分 位数值，再经简单的数学运算，即可得出粒度参数。此法简便。精度也可以。首 先，从累积曲线图上读出下列参数： φ 1——累积重量为1%的粒径φ 值； φ 5——累积重量为5%的粒径φ 值；
φ 16——累积重量为16%的粒径φ 值；
φ 25——累积重量为25%的粒径φ 值； φ 50——累积重量为50%的粒径φ 值；
(1)牵引流沉积的CM图：
牵引流是以床沙载荷形式 搬运其沉积物的流动，自然界 河流、海流及海或湖的波浪流 都是牵引流。牵引流中也包括 部分悬移物质。牵引流沉积的 一个典型而完整的CM图象如图， 可分为五段。 NO 段：沉积物呈滚动搬运， C 值一般＞ 1mm ，为砂砾质沉积 物，分选较好。 OP段：仍以滚动搬运为主，有 极少量的悬浮搬运， C 值变动 不大，通常大于800μ ，M值可
薄片粒度分析的线计法
带计法是将薄片放在机 械台上，固定横坐标，使薄 片垂直目镜微尺慢慢移动， 凡是颗粒中心在目镜微尺一 定读数之间的颗粒，都要按 大小分类计数。这个带的宽 度应等于或大于样品内颗粒 的最大视直径，有人通过实 验证明，带计法测得的结果 最近似于样品内真正的粒度 分布。
另外，由于薄片中的片状矿物和重矿物的水动力特点与石 英、长石等矿物迥然不同，故不予计数。有些矿物边缘模糊不 清，也不予计数。薄片边缘颗粒易磨碎，要避免测量该处的颗 粒。最后，将测得结果填入薄片粒度统计表。
尖度或称峰态 (Kφ ) 是计算分布曲线尾部展 开度与中部展开度的比 例来表示的。用之来说 明与正态分布曲线相比 时分布曲线的峰的宽窄 尖锐程度 ( 如右图 ) 。按 福克和沃德 (1957) 所建 议的尖度公式，正态曲 线 的 Kφ =1.01 ， 双 峰 分 布的 Kφ 值可能低至 0.68 ， 而含尾部的尖峰分布， 其 Kφ 可能在 1.5-3 之 间， 或更大些。