旋流粒度分析儀計算方法

1. 粒度分析儀測量步驟

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。對於膠結較弱、礫石層鬆散的礫石，用孔徑為10mm和1mm的篩子過篩，小於1mm的基質和水泥可帶回室內進行細分；若0~1mm的細礫石含量較大且差異較大，則應採用篩析法進行細分。10mm以上的碎石一般在現場直接用直尺測量，然後將各粒徑的碎石分別稱重，記錄在粒徑分析表中。在取樣過程中，要選擇有代表性的取樣地點，樣品質量不低於25~30公斤，否則誤差會相當大。對於膠結作用強的礫岩，可在風化帶上測量粒度；或者把樣品帶回房間，先水泥化，分離礫石，再測粒徑。

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、沉積速率法和薄片法，常用的沉積速率法有Azni法、Sabanin法和Robinson法等。篩析法和沉降速度法適用於未固結的鬆散岩石，如粗碎屑岩，一般只用篩析法；而中細碎屑岩往往含有較多的粉粒和粘粒，所以沉積速率法往往與篩析法結合使用。薄片法主要用於加固堅硬岩石。一般來說，篩分法適用於大於0.25mm或大於0.1mm的顆粒，沉降法適用於小於0.25mm的顆粒。

3.粒度分類

一般採用木質迎風標准，這是一種以毫米為單位的分級方案。後來，Querubin(1934)提出了對數轉換(表3-1)，稱為φ值:

沉積學原理

其中d是顆粒直徑。

表3-1分級標准對照表

2. 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。

3. 粒度分布的計算方法

D50：一個樣品的累計粒度分布百分數達到50%時所對應的粒徑。它的物理意義是粒徑大於它的顆粒佔50%，小於它的顆粒也佔50%，D50也叫中位徑或中值粒徑。D50常用來表示粉體的平均粒度。

D90：一個樣品的累計粒度分布數達到90%時所對應的粒徑。它的物理意義是粒徑小於它的的顆粒佔90%。D90常用來表示粉體粗端的粒度指標。 其它如D16、D90等參數的定義與物理意義與D97相似。

D10：D10就是縱坐標累計分布10%所對應的橫坐標直徑值。

顆粒累計分布為10%的粒徑，即小於此粒徑的顆粒體積含量佔全部顆粒的10%。顆粒粒徑分布為50%的粒徑，即小於此粒徑的顆粒體積含量佔全部顆粒的50%。顆粒粒徑分布為90%的粒徑，即小於此粒徑的顆粒體積含量佔全部顆粒的90%。

產品種類豐富，其中激光衍射粒度分析儀可為干濕法分散提供快速、精確、便捷的粒徑分布測試。 該分析儀可在納米至毫米粒度范圍內進行測量，體積小巧、性能卓越、穩定可靠，可為所有用戶提供無需操作者干預的測量。

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數學方程式亦可用來描述粒度分布。雖曾有人嘗試將這類數學式與實際斷裂力學相聯系，但多數還是一些僅便於表述數據的經驗關系式。當數據必須處理時，數學式可能有用；但這往往要求使用計算機，而在這類條件下，實際數據的矩陣表示同樣方便，而且更可靠。

粒度數據的圖示法通常是以橫坐標(x軸)列出顆粒粒度，以縱坐標(y軸)列出測得的基準量。表示數量有兩種方法：一種是列出每一粒級中的量(絕對量，分數，或百分數)，另一種方法是列出高於或低於某一粒度的累計量(分數或百分數)。