**章 粒度分析的基本概念及分析方法
**节 基本概念
粒度有两种值：线性值和体积值。体积值一般用标准直径(dn)表示，它代表与颗粒体积相等的球的直径。线性值常因颗粒形状不规则而很难测定。通常测三个值：*长直径dL、中间直径dI及*短直径ds。可按下述步骤确定这三个值。
(1)确定颗粒的*大投影面。
(2)作垂直*大投影面方向的*长截线，即*短直径ds。
(3)对*大投影面作切线矩形(图1-1)，矩形的短边即中间直径dI，长边则是*长直径dL。
图1-1 颗粒*大投影面的切线矩形
可以看出，dL及ds的方向同时还表明颗粒在空间的方位，因此，它们既可用于粒度分析，也可用于颗粒的组构分析。
线性值在粒度分析中较常用，在砾岩研究中有时也用体积值。
目前，国际上应用*广的粒度分级是乌登-温特沃思粒级(Udden-Wentworth scale)。它是以1mm作为基数乘以或除以2来分级的(表1-1)。Krumbein(1934)将其转化成值(表1-1)，转换公式为
式中，d为毫米直径值。
这个值粒级标准受到广泛重视，因为它有以下优点。
(1)分界为等间距，故可使用一般方格图纸作图，而不必用对数图纸。求图解或统计参数值(如平均值、方差、偏度以及峰度等)均较简单方便。由于值粒级标准是几何基础，因此能同等地检查粒级频谱的所有部分。相反，在自然数的粒级标准情况下，细粒部分因距离太小而很难在图上表示。
(2)粒度范围广，可以自由地向较粗或较细的两端延伸到任一极限上，也可将粒级细分到任意间距的精度，数字并不显得冗长，如、(即值为、，全书类似表述的含义以此类推)。这对揭示粒度分布是否为双峰以及了解尾部的详细情况提供了很大的便利。
(3)乌登-温特沃思值粒级标准的分级界限都是整数，便于应用。它的粒级频谱是以零为中心，向两端近乎对称地延伸，习惯上以图纸的左边为负值，代表粗的粒级；而右边为正值，代表细的粒级，一目了然。
(4)使用值粒级标准时，求出的值分选系数可以直接互相比较。例如，特拉斯克(Trask，1932)分选系数So(即几何四分位标准差)不呈简单的线性关系，故不能简单地认为是分选性的2倍；而值四分位标准差则为线性比例关系，即是的2倍，关系直观清楚。同时，还提供了研究值分选度区域分布的条件，如编制分选系数区域分布等值线图等，这给资料整理和地质解释带来极大方便。
(5)便于引进数学统计方法来处理资料。例如，粒度概率累计*线图，其横坐标即采用值。
关于粒级的分类命名，由于各行业或领域的工作性质和要求不同而不完全一致。就沉积岩研究工作而言，不管是碎屑岩还是碳酸盐岩，常采用乌登-温特沃思粒级分类(表1-2)。
当砂、粉砂、黏土三组分含量相近，没有任何一种超过75%时，称为混积岩。可按混积岩分类方案对其进行细分。较常用的是谢泼德的分类方案(Shepard，1954)(图1-2)。
图1-2 混积岩的分类命名方案
然而，随着研究工作的进展，这个分类已不够详细，特别是图解的中间部分。例如，有三个样品的含量比例为：①砂58%，粉砂21%，黏土21%；②粉砂58%，砂21%，黏土21%；③黏土58%，砂21%，粉砂21%。若用上述方法分类，则三个样品全部应命名为“砂-粉砂-黏土”，然而①和③却是不同的两类物质。因此有必要提出更详细而又不复杂的分类方案。Link(1966)提出一个如图1-3所示的结构分类方案。在他的分类上尽量使用通用的名称，只是细分了中间部分。
图1-3 Link(1966)的混积岩分类方案(稍加修改)
举例来说，一样品含23%的砂、48%的粉砂和29%的黏土，如按此分类则可称为黏土、砂质粉砂。可看出这个名称是将含量*多的组分作为主名，放在全名的*后面；其余两组分均作为副名放在主名的前面，并在与主名之间加一“质”字；两副名之间加“、”，前面一个代表含量较多的组分。
第二节 粒度分析方法
对松散的沉积物和能松解的岩石可用直接测量法、筛析法、水析法(沉降筒法、密度差法、流水法、沉降天平法、离心分析法)等。砾石可用直接法测量，如用测杆、测规测量砾石的直径，用量筒测砾石的体积；可松解或疏松的细、中碎屑岩多采用筛析法；粉砂及黏土岩常用沉降法、流水法、液体比重计法等方法测定；量少的小样或浓度太低的粉砂、黏土样，可采用光学法和电法。固结的无法松解的岩石主要采用薄片粒算法或图像分析法。而半自动、自动粒度分析仪的出现，大大提高了工效，并降低了劳动强度。
一、粒度分析放大镜
在野外进行粒度测量的简易装置是一个长15cm左右的长筒，内装三个透镜，放大倍数为10倍。利用筒内所装的一片标准片上的刻度(乌登-温特沃思粒级、微尺及倾角的度数)(图1-4)即可在野外直接进行观察读数。此装置除作粒度测量外，还可观察孔隙的大小、纹层厚度及斜层理倾角等。
图1-4 野外用粒度分析放大镜的标准片
应注意视域要大而清晰，这样才能保证测量准确。在长筒的下端设一进光孔以使视域明亮。
也有人在野外使用更简单的粒度比较器，如标准粒级的砂样管或有机玻璃质的粒级载片等，也能起到相同的作用，但不能同时放大。
二、利用照片对粗碎屑岩进行粒度分析
固结的颗粒较大的粗碎屑岩(如砾岩及角砾岩)，不能使用筛析法求粒度分布，有时甚至用直接测量法测定也有困难，但可以在露头断面的照片上测出各个颗粒的粒度。Neumann-Mahlkau(1967)曾对19个弱胶结的砾岩同时进行照片测量和筛析，对比两种方法的结果，存在线性相关，说明它们之间存在清楚的转换关系，从而证明照片法可进行粗碎屑岩的粒度测量。照片法的步骤如下。
(1)照相。照相面积取决于砾石直径。颗粒越大，照相面积就应越大。究竟多大才合适，可根据图1-5上的直线求得，该直线求出的是应照断面的短边长，误差为1%。所使用照相暗盒的边长比应是2∶3，这样应照断面的长边长也就知道了，照相时应在拍照面积内放一清晰的比例尺。*后将照片尺寸放大到6cm×9cm或9cm×12cm。
图1-5 根据砾石*大视直径确定照相断面短边必需长度的图解
(2)将照片放在双目显微镜下测定其上每个颗粒的*长轴(代表视长径)。也可在双目镜上加点计目镜及网格微尺，放大倍数可在显微镜说明书中查出。微尺的长度可根据照片上的比例尺得知。应注意颗粒大小必须小于点计目镜中各点之间的距离。为了使测量颗粒时网格微尺的放大倍数合适，可先做准备测定。当然也可以使用计数器记录各粒级的点数。
(3)测量的点数视统计测定极限误差的要求而定。一般来说，1.5%的理论绝对误差就足够精确了。大多数情况下测定600个点的理论误差就小于1%，故3h测定500～600个点完全可以达到此精度。欲概略了解粒度的分布情况，300个测点就够了。
(4)根据下列各公式或者利用图1-6即可将照片直径换算成筛析直径。
图1-6 筛析直径ds和照片直径dp的转换关系
三、筛析
对砂和细砾而言，筛析可能是较精确的办法。分析一个样所费时间属中等情况。筛孔间隔*好是或。1间隔的筛，其结果不精确，因为由其作出的频率*线比较粗略，不易了解*线的双峰性和尾部细节。若以概率值作图，则因得出的点过稀，连成的直线不准确。筛析的缺点是仅对松散或弱胶结的岩石适用，同时软的或脆的颗粒(如化石或变质岩碎屑)在筛析过程中易破碎变细，而次生加大的石英颗粒又将使粒度变粗。再者，不规则形状的颗粒也不能得到真实的反映。筛析法*突出的优点是做了粒度分析之后，还为进一步的矿物学和颗粒形状研究准备了丰富的材料。
筛析法沿用已久，但其理论较复杂，若详细探讨将超出本书的研究范围，故从略。这里只指出，理论上讲，能通过筛孔的圆球颗粒，其*大直径将等于筛孔的直径。但是由于通常使用的筛均为方形孔，同时沉积物颗粒也绝大多数并非理想的圆球，而是不规则的，因此情况就变得复杂了。如果方形筛孔的边长为L，则只要中间直径dI小于或等于L的颗粒均可通过。然而由于方形筛孔对角线方向的孔径达L，因此，在某些极端情况下，dI大于l.4L的颗粒也将通过筛孔。所以如果颗粒中间直径dI决定了它能否通过某一号筛，则这个中间直径乃是一个介于L和L之间的数值。
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