系統粗粒化方法研究

Ⅰ 粒度分析方法

粒度分析方法視碎屑岩顆粒大小和岩石緻密程度而異。

1.礫岩的粒度分析方法

礫岩的粒度分析主要在野外進行，一般採用篩析和直接測量兩種方法。對膠結不太堅固的礫石和疏鬆的礫石層，先用孔徑為10 mm和1 mm的篩子過篩，小於1 mm的基質和膠結物，可帶回室內進行再細分；10～1 mm的細礫部分若是含量多且差異大者，要用篩析方法進行細分；10 mm以上的礫石，一般在野外用尺子直接測量，然後將各粒級的礫石分別稱重，記錄於粒度分析表中。采樣過程中應選擇有代表性的取樣地點，而且樣品質量不少於25～30 kg，否則誤差就會相當大。對於膠結堅固的礫岩，可在風化帶上進行粒度測量；或采標本回室內，先進行膠結處理，將礫石分開，再進行粒度測量。

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採用篩析法、沉速法和薄片法，常用的沉速法有阿茲尼法、沙巴寧法和羅賓遜法等。篩析法和沉速法適用於未固結的疏鬆岩石，如粗碎屑岩一般只用篩析法；而中—細粒碎屑岩由於常常含有較多的粉砂和黏土，常將沉速法與篩析法結合使用。薄片法主要用於固結堅硬的岩石。一般來說，篩析法適用於大於0.25 mm的顆粒，亦可用於大於0.1 mm的顆粒，而沉速法適用於小於0.25 mm的顆粒。

3.顆粒粒級的劃分

一般採用伍登-溫德華標准，它是以毫米為單位的一種分類方案，後來克魯賓（1934）提出了一種對數換算（表3-1），稱其為Φ值：

沉積學原理

其中，D為顆粒直徑。

表3-1 粒級劃分標准對比表

4.薄片粒度分析

篩析法只適用於現代沉積的沙和古代固結疏鬆的砂岩，對不能松解的砂岩不再適用。固結的岩石，特別是硅質膠結岩石的粒度分析，只能在薄片內進行。薄片粒度分析的精度較篩析法差，因薄片內計算的顆粒比篩析的量少得多，同時分析速度慢，分析結果不能與篩析法直接對比。下面簡單介紹一下薄片粒度分析的方法，薄片的制備與普通岩石薄片的制備方法相同，疏鬆的砂岩用膠浸煮後磨片。用作粒度分析的薄片要稍大些（3.0 cm×2.0 cm），尤其是粗粒砂岩，以便在薄片內可測量到足夠的顆粒數。用作磨製薄片的標本，必須在所採集的岩層內是有代表性的。

（1）在薄片上測定粒度的方法

在薄片上採用什麼方法選擇欲測量的顆粒稱為抽樣方法，一般常用的系統抽樣方法為點計法和線計法，此外，還有一種方法為帶記法。

點計法 常用有網格的目鏡進行測量，每一方格的邊長應大於薄片中顆粒的最大視直徑，應用機械台使薄片通過顯微鏡視域，測量網格結點所觸遇的顆粒粒徑（圖3-1）。

線計法 用機械台在垂直目鏡微尺的方向移動薄片，凡為十字絲豎絲觸遇的顆粒都要測量。量完一行，平行橫絲將薄片移動一定距離，再按上述方法測量，一直測到足夠的顆粒為止。測線間隔要大於薄片內顆粒的最大視直徑（圖3-2）。

不同抽樣方法所得出的結果不同，線計法測量時，與測線相交的顆粒的概率與測線垂直方向上的顆粒直

圖3-1 薄片粒度分析的點計法

徑成比例；點計法測量時，與點相遇的顆粒的概率與顆粒的可見表面積成比例。

帶計法 將薄片放在機械台上，固定橫坐標，使薄片垂直目鏡微尺慢慢移動，凡是顆粒中心在目鏡微尺一定讀數之間的顆粒，都要按大小分類計數（圖3-3）。這個帶的寬度應等於或大於樣品內顆粒的最大視直徑。有人通過實驗證明，帶計法測得的結果最近似於樣品內真正的粒度分布。

圖3-2 薄片粒度分析的線計法

圖3-3 薄片粒度分析的帶計法

由於不同抽樣方法所得的結果不能直接對比，因而不同的樣品要用統計方法比較的話，必須在每個細節上使用同樣的抽樣方法和測定方法。最後，將測得結果填入薄片粒度統計表（表3-2）。

表3-2 薄片粒度統計表

（2）各種測定直徑的對比與換算

用粒度資料解釋沉積環境的工作開始於對現代沉積物的研究。對於古代岩石的沉積環境分析，也可藉助於岩石粒度分析同現代沉積物粒度分析加以比較。

現代沉積物的粒度分析一般採用常規篩析法，所得結果為不同粒度的顆粒質量百分比。而古代岩石目前大部分只能用薄片分析法，所得結果為不同粒度的顆粒數百分比。兩者不能直接對比，如果需要對比則必須進行換算。即使在同一方法中，也只能進行統計對比，絕不能進行單顆粒對比。

篩析直徑與沉速分析直徑之間，平均值偏差＜0.1Φ，兩種方法一般不經換算可以互相使用，但在精確研究工作中則必須換算。薄片分析視直徑與篩析直徑之間的偏差可達到0.25Φ或更大，在任何情況下均不可互用或直接對比。將視直徑換算為篩析直徑的方法很多，其中G.M.Friedman通過統計分析進行的線性回歸換算較為簡便、准確，任意粒度的回歸換算方程為

沉積學原理

式中：D是換算後的篩析直徑；d是薄片中測定的視長直徑，均以Φ值計。經換算後，換算值同實際篩析值的平均直徑最大偏差一般不超過0.25Φ，這個精度高於0.25Φ分組間隔，可滿足一般沉積學研究。

對於切片視直徑與真直徑的對比，根據實驗可知，等直徑的球狀集合體的切面上所測得的視直徑平均值為真直徑的0.765倍，即在顆粒集合體的切片中，顆粒視直徑平均值小於真直徑，這種現象稱為切片效應。

（3）薄片粒度測量的要求

粒度測量是粒度分析的基礎，故對其測量要求很高，而測量工作卻非常煩瑣、效率很低。薄片粒度分析是研究固結樣品的唯一方法，可使用偏光顯微鏡和掃描電子顯微鏡。近年來出現的圖像分析儀使薄片粒度分析基本實現自動化，效率大為提高。薄片統計數據為顆粒數。

在沉積環境研究中使用薄片粒度分析時，對岩石樣品的基本要求是：砂岩中石英碎屑含量應大於70%，至少石英和長石含量要大於70%，溶蝕交代與次生加大現象越弱越好，切片方向可垂直層面或平行層面，隨研究目的和要求的精度而定。在碳酸鹽岩研究中，取樣密度可達1 點/cm，可平行紋層切片。測定時一般採用線計法抽取顆粒，凡在線上的顆粒都要測量，不能有任何主觀取捨，每個薄片計200～500顆粒即可，碳酸鹽岩需測1000顆粒以上。

在薄片內，需要測定多少顆粒才能代表全薄片的粒度分布，這在開始分析之前必須確定。測定的顆粒太少，不能代表薄片內的粒度分布；測定的顆粒太多，又會浪費時間，而且對精確度無所增益。根據砂岩樣品的實驗，分別測量100、200、300、400、500顆粒，繪制粒度累積頻率曲線，從計數400顆粒起，粒度累積曲線的形狀基本保持不變，因而可確定薄片內計數400～500顆粒是達到精度要求的最小計數。

薄片分析視直徑換算成篩析直徑時，還要考慮「雜基」的存在。薄片分析若不做雜基校正，往往無懸浮總體尾端，而是跳躍總體直接穿過3～4Φ的截點呈直線延伸，不出現轉折，在平均值小於2Φ的中細砂岩、粉砂岩中經常出現這種情況，這是因為4～7Φ的顆粒細小，被測機會增多，或者全被歸並到4.5Φ或5Φ的顆粒而造成細粒數增加，實質上是一種統計截尾效應（截尾點不同，其分布也不同）（圖3-4）。

圖3-4 截尾效應

雜基校正的方法是將顯微鏡調至6Φ後測定或估計出雜基含量。薄片雜基量由於切片效應和成岩後生作用，值一般偏高，取其2/3～1/2為校正值，假定為Δ，將各累積頻率乘以（100—Δ），重新繪一曲線。對於弱固結岩石，可用同一標本既做篩析，又做薄片分析，通過實驗求出校正系數（100—Δ）的數值。

Ⅱ 劉洪來的研究方向

1、分子熱力學和分子傳遞現象研究
分子熱力學主要從分子水平上研究分子結構、分子間力和流體結構與宏觀熱力學性質、相平衡性質間的定量關系，為化學工程和工藝設計、新型分離過程的開發提供基礎數據和模型。分子熱力學是在六十年代開始逐漸建立起來的化學工程領域的分支學科，近代分子熱力學的典型研究方法是在嚴格的統計力學推導基礎上，適當引入合理的簡化假設，得到含有一定數量的普適性常數的模型，而用嚴格准確的計算機分子模擬結果確定這些普適性常數，使最終得到的分子熱力學模型不僅具有嚴格的統計力學基礎，而且其形式又相對比較簡單，適合於工程應用。分子傳遞是從分子水平上研究工程或應用中出現的傳遞問題，其主要內容是提供表達分子結構的分子參數與傳遞性質(如粘度、導熱系數和擴散系數等)間的定量關系。
在該研究方向上，本課題組主要從事復雜系統相平衡數據的實驗測試，分子熱力學和分子傳遞模型的建立，曾建立了多元系由tpx推算y的曲面樣條函數法，基於格子模型的多元高分子溶液混合亥氏函數模型，基於自由空間模型的鏈狀分子系統狀態方程，聚電解溶液分子熱力學模型，鏈狀非均勻流體的密度泛函理論，小分子在高分子膜中的分子傳遞模型等。
2、計算機分子模擬
流體的熱力學性質及相平衡規律的計算機模擬是二十世紀50年代以後發展起來的方法，計算機技術的突飛猛進，是這一方法迅速發展的基礎。計算機模擬分為兩種：一是Monte Carlo法(MC)，它按照一定的統計分布隨機構作系統的微觀狀態，主要適用於平衡性質的模擬；另一種是分子動力學法(MD)，包括平衡態和非平衡態分子動力學方法，它採用求解粒子運動的動力學方程的方法，除了平衡性質外，它還能模擬遷移性質及非平衡態傳遞現象。計算機分子模擬的另一作用是直接提供極端條件(高溫、高壓、輻射等)下的機器「實驗」數據以代替困難的實驗測定。分子模擬已與理論和實驗研究形成三足鼎立之勢，成為認識客觀世界規律的第三種基本手段。
在該研究方向，本課題組主要用MC和MD模擬的相平衡、界面吸附和組裝等，曾開發了基於格子模型的鏈狀分子系統相平衡的構型偏倚蒸發MC模擬方法，在國際上首次報道了鏈長為1~200的二元和三元系的液液平衡數據，用MC方法模擬研究了高分子在固體表面的吸附規律及構型分布、表面活性劑溶液的結束結構，開發了鏈狀流體的分子動力學(MD)模擬方法並模擬了聚電解質和兩性聚電解質溶液的滲透系數等。
3、高分子系統的微相分離及其演化研究
共聚高分子由兩種或多種不同性質的單體聚合而成，可以在不同尺度上區分其結構。從分子尺度來看，可以形成線性、星型、梳狀、無規接枝和交聯網狀等高分子，即使由兩種單體組成的簡單線性共聚高分子，也可以區分為兩嵌段共聚物、無規共聚物、交替共聚物、梯度共聚物等不同結構。如果是由多種單體形成的共聚高分子，其結構更加復雜多變。從分子聚集態尺度來看，可以無定型的玻璃態存在，也能形成微晶顆粒分散在玻璃態本體中。當不同單體之間的相互作用差異較大時,高分子共混物或嵌段共聚物傾向於發生相分離，但由於高分子的運動受到限制或嵌段共聚物不同單體之間有化學鍵相連，不能形成通常意義上的宏觀相變，而只能形成納米到微米尺度的微相分離結構或介觀結構。根據組成的不同，可以形成層狀、柱狀、體心立方、雙連續等介觀結構。高分子材料的宏觀性能不僅決定於單體的結構，還與單體的排列方式、高分子的聚集狀態和介觀分相結構等不同尺度的結構密切相關。
在該方向上，本課題組主要採用實驗觀察、理論分析和計算機模擬相結合的方法，研究高分子系統不同尺度結構的形成規律、外場對結構的影響及不同尺度結構的演化過程，為用宏觀手段調控高分子材料結構及其性能提供理論依據。本組已開發了基於不同粗粒化方法的適用於高分子熔體介觀分相結構及其演化過程模擬的鍵長漲落空穴擴散演算法和協同運動演算法等MC模擬方法、耗散粒子動力學(DPD)方法、用元胞動力學方法(CDS)和動態密度泛函理論(DDFT)等模擬和計算方法。建立了基於狀態方程的動態密度泛函理論，可以計算壓力對高分子系統有序無序相變的影響，實驗發現可以用不同的表面活性劑調控澆注於表面活性劑溶液表面的嵌段共聚物薄膜的微相結構。
4、Gemini表面活性劑溶液研究
表面活性劑分子由親水基團和疏水基團組成，少量加入即能大大降低溶液表面或液/液界面張力，改變系統的界面狀態，從而產生潤濕或反潤濕、乳化或破乳、起泡或消泡、加溶等作用，在醫葯、機械、石油、煤炭、生化等領域有廣泛的應用。表面活性劑可以分為陰離子型表面活性劑、陽離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑和兩性表面活性劑四大類。表面活性劑的廣泛應用與其在溶液中能形成復雜的聚集體結構有密切關系，是一個典型的具有多尺度結構的復雜系統。尋找、合成新的性能更好的表面活性劑，以及通過不同表面活性劑的復配，利用不同性能的表面活性劑的性能互補或協同作用，達到降低表面活性劑用量和提高產品性能的目的，是表面活性劑研究的主要內容之一。利用表面活性劑溶液能形成不同介觀結構的特性，還可以用來作為模板劑制備具有各種復雜介觀結構的分子篩、葯物緩釋膠囊、功能性超細粉末等。
在該方向上，本課題組主要從事Gemini表面活性劑的合成、表(界)面性質表徵、溶液多尺度結構和界面膜結構的觀察、與蛋白質和DNA等生物大分子的相互作用，以及Gemini表面活性劑在復雜材料制備中的應用。發現正離子Gemini表面活性劑和負離子表面活性劑混合溶液可以形成雙水相，由於結構特殊Gemini表面活性劑作為模板或保護劑合成介孔材料和低維納米材料有很大的優越性，一種含有剛性頭基的Gemini表面活性劑可以在氣液界面成核結晶形成3D晶體，而且可以通過無機鹽對其形貌進行調控。

Ⅲ 中國科學院大連化學物理研究所的科研成就

獲獎概況 1956－2014年大連化物所取得科研成果800多項，曾先後獲得省部級以上獎勵240多項，其中獲得國家獎勵90項，中科院、省部級一等獎79項。2013年，張存浩院士獲得國家最高科學技術獎；2014年，「甲醇製取低碳烯烴技術」獲得國家技術發明一等獎。
截至2014年底，大連化物所累計申請專利5564件，其中發明專利5251件，累計專利授權2199件，其中發明專利授權1925件，累計申請中國國外專利350多件，其中PCT申請210多件，獲得中國國外專利授權80多件。
獲獎（部）： 獲獎年度獲獎名稱主要完成人獲獎類別獲獎等級2013態-態分子反應動力學研究 張東輝，楊學明等 遼寧省自然科學獎 一等 2013直接醇類燃料電池電催化劑應用基礎研究 孫公權等 遼寧省自然科學獎 一等 2013質子交換膜燃料電池電化學界面及過程研究 邵志剛等 遼寧省自然科學獎 二等 2013全釩液流電池產業化技術及應用 張華民等 遼寧省技術發明獎 二等 2013甘油催化轉化制備1 ，2-丙二醇技術 徐傑等 遼寧省技術發明獎 三等 2013多級孔共結晶分子篩催化劑研發及在清潔油品生產技術中的應用 徐龍伢等 遼寧省科技進步獎 一等 2013張存浩 張存浩 國家最高科學技術獎 最高獎 2013現代催化研究方法 辛勤 大連市科學著作獎 一等 2013膜技術術語詞典 王從厚 大連市科學著作獎 三等 2013高效液相色譜實用手冊 張維冰 大連市科學著作獎 三等 2013一種低碳烯烴直接水合生產低碳醇的方法 朱書魁 專利優秀獎 優秀獎 2013神華包頭煤制烯烴示範項目成套工業化技術開發及應用 劉中民 石油化工聯合會科技進步獎 特等 2012復雜生物樣品的高效分離與表徵 鄒漢法等 國家自然科學獎 二等 2012全釩液流儲能電池用高性能，低成本非氟離子交換膜材料 張華民等 遼寧省技術發明獎 二等 2012輕質鋁合金催化制氫 孫立賢等 遼寧省科技進步獎 三等 2012海洋多糖基微/納米葯物控釋載體制備技術及其產業化 馬小軍等 海洋工程科學技術獎 一等 2012包信和 包信和 何梁何利獎 2011由甲醇或/和二甲醚生產低碳烯烴的方法 齊越，劉中民，呂志輝 專利金獎 金獎 2011用於甲醛乙醛氨合成吡啶鹼的鈦基催化劑及其制備方法 徐龍伢，劉盛林，楊壽海 專利優秀獎 優秀獎 2011一種臨氫異構化催化劑及其制備方法 田志堅，胡勝，王磊 專利優秀獎 優秀獎 專利（部）：
專利名稱專利類別申請日期授權日期發明人高危化學品監測離子遷移譜智能軟體發明2013.10.292013.12.02鞠幫玉高危化學品監測差分遷移譜智能軟體發明2013.10.232013.12.06鞠幫玉N-糖基化位點及結構鑒定軟體發明2013.08.082013.09.23程凱蛋白質組修飾譜定量數據處理平台發明2013.08.082013.09.23程凱飛秒瞬態吸收光譜數據處理程序軟體發明2013.08.072013.09.17韓克利一種用於正、負離子檢測的飛行時間質譜儀檢測器發明2013.07.012013.12.04李海洋一種光源與小孔光闌的同軸對准裝置發明2013.06.282013.12.04關亞風一種轉板式單重態氧發生器發明2013.06.082013.11.20鄧列征一種高真空儀器腔體加熱裝置發明2013.05.082013.11.27唐紫超一種自動開關實驗儀器真空系統的裝置發明2013.04.242013.10.23唐紫超一種信號線檢測裝置發明2013.04.232013.11.27唐紫超一種實驗室冷卻水循環系統發明2013.04.232013.11.27唐紫超一種用於採集呼出氣的加熱保溫密封裝置發明2013.04.182013.11.06王新基於三維空間靜電勢重構的新型蛋白質粗粒化計算方法軟體發明2013.03.272013.05.10李國輝化學氧碘激光器多物理場耦合模擬模擬軟體發明2013.02.072013.03.26懷英乙酸氣相加氫制乙醇的提純裝置發明2013.02.062013.09.25夏吳一種采樣熱解析滲透膜的復合裝置發明2012.12.212013.06.12渠團帥一種用於熱解析進樣的步進電機進樣器發明2012.12.212013.06.26王禎鑫一種固定光纖的鍍膜夾具發明2012.12.212013.06.26龔選一種攜帶型快速檢測壓電微天平發明2012.12.212013.07.24孫立 科研方向
從2012年至2014年底，大連化物所確定和完善了研究所「一三五」規劃，即，一個定位：「以潔凈能源國家實驗室為平台，堅持基礎研究與應用研究並重，在化石資源優化利用、化學能高效轉化、可再生能源等潔凈能源領域，持續提供重大創新性理論和技術成果，滿足國家戰略需求，發揮不可替代的作用，建設世界一流研究所。」；四個重大突破：「煤代油新技術、WQZB用化學能高效轉化關鍵技術、潔凈能源相關的基元及催化反應中的重大科學問題、液流儲能關鍵材料與新技術」；七個重點培育方向：「烴類清潔轉化及高值化利用關鍵技術、化工過程節能減排關鍵技術、燃料電池及氫能關鍵材料及技術、生物質能高效轉化利用技術、太陽能光-化學轉化科學與技術、生物分析與生物轉化技術、環境監測技術及設備」。 論文發表 1950－2014年發表論文總數14900餘篇，其中，影響因子大於3的2859篇；據2015年10月研究所官網顯示，該所實施知識創新工程以來，發表SCI論文8304篇，200餘篇學術論文發表在Science、Nature、Angew、Chem 、JACS等學術刊物以及相關學科頂級刊物上，出版科技專著59部。
《催化學報》：月刊，於1980年3月創刊，是由中國化學會和中國科學院大連化學物理研究所主辦，科學出版社出版的學術性刊物。中國化學會催化專業委員會會刊。主要報道能源、環境、有機化工、新材料、多相催化、均相催化、生物催化、光催化、電催化、表面化學、催化動力學等學科領域的基礎性和應用基礎性的最新研究成果。
《色譜》是中國化學會主辦、中國科學院大連化學物理研究所和國家色譜研究分析中心承辦、科學出版社出版、中國國內外公開發行的專業性學術期刊，於1984年創刊。主要報道中國國內外色譜學科的基礎研究和色譜及其交叉學科的新方法、新技術、新儀器在各個領域的應用，以及色譜儀器與部件的研製和開發。該刊為中文核心期刊、中國科技核心期刊、中國科技精品期刊。已被美國《化學文摘》（CA）、《美國醫學索引》（Medline）、俄羅斯《文摘雜志》（AJ）、日本科學技術文獻資料庫（JICST）、波蘭《哥白尼索引》（IC）和英國《分析文摘》（AA）等20餘種中國國內外重要檢索刊物和資料庫收錄。據中國科學技術信息研究所2010年版《中國科技期刊引證報告（核心版）》公布，《色譜》的最新影響因子為1 .750（他引率為0 .87），名列中國國內化學類核心期刊的第一位。
《能源化學（英文）》主要報道化石能源、電化學能、氫能、生物質能和太陽能轉化等與化學相關的創造性科研成果，以促進能源化學領域的學術交流，加速能源科學的探索研究和新能源技術的開發和利用。原刊名為《天然氣化學（英文）》，1992年創刊，主辦單位為中國科學院成都有機化學研究所，2002年由中國科學院大連化學物理研究所和中國科學院成都有機化學研究所共同主辦。2006年JNGC與荷蘭愛思唯爾（Elsevier）出版集團合作，所有文章在其Sciencedirect平台上發布。2011年SCI影響因子為1 .348，位居SCI收錄的中國化學類期刊的第一位。