系统粗粒化方法研究

Ⅰ 粒度分析方法

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。对胶结不太坚固的砾石和疏松的砾石层，先用孔径为10 mm和1 mm的筛子过筛，小于1 mm的基质和胶结物，可带回室内进行再细分；10～1 mm的细砾部分若是含量多且差异大者，要用筛析方法进行细分；10 mm以上的砾石，一般在野外用尺子直接测量，然后将各粒级的砾石分别称重，记录于粒度分析表中。采样过程中应选择有代表性的取样地点，而且样品质量不少于25～30 kg，否则误差就会相当大。对于胶结坚固的砾岩，可在风化带上进行粒度测量；或采标本回室内，先进行胶结处理，将砾石分开，再进行粒度测量。

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、沙巴宁法和罗宾逊法等。筛析法和沉速法适用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黏土，常将沉速法与筛析法结合使用。薄片法主要用于固结坚硬的岩石。一般来说，筛析法适用于大于0.25 mm的颗粒，亦可用于大于0.1 mm的颗粒，而沉速法适用于小于0.25 mm的颗粒。

3.颗粒粒级的划分

一般采用伍登-温德华标准，它是以毫米为单位的一种分类方案，后来克鲁宾（1934）提出了一种对数换算（表3-1），称其为Φ值：

沉积学原理

其中，D为颗粒直径。

表3-1 粒级划分标准对比表

4.薄片粒度分析

筛析法只适用于现代沉积的沙和古代固结疏松的砂岩，对不能松解的砂岩不再适用。固结的岩石，特别是硅质胶结岩石的粒度分析，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。下面简单介绍一下薄片粒度分析的方法，薄片的制备与普通岩石薄片的制备方法相同，疏松的砂岩用胶浸煮后磨片。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，以便在薄片内可测量到足够的颗粒数。用作磨制薄片的标本，必须在所采集的岩层内是有代表性的。

（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，此外，还有一种方法为带记法。

点计法 常用有网格的目镜进行测量，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（图3-1）。

线计法 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定距离，再按上述方法测量，一直测到足够的颗粒为止。测线间隔要大于薄片内颗粒的最大视直径（图3-2）。

不同抽样方法所得出的结果不同，线计法测量时，与测线相交的颗粒的概率与测线垂直方向上的颗粒直

图3-1 薄片粒度分析的点计法

径成比例；点计法测量时，与点相遇的颗粒的概率与颗粒的可见表面积成比例。

带计法 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（图3-3）。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。

图3-2 薄片粒度分析的线计法

图3-3 薄片粒度分析的带计法

由于不同抽样方法所得的结果不能直接对比，因而不同的样品要用统计方法比较的话，必须在每个细节上使用同样的抽样方法和测定方法。最后，将测得结果填入薄片粒度统计表（表3-2）。

表3-2 薄片粒度统计表

（2）各种测定直径的对比与换算

用粒度资料解释沉积环境的工作开始于对现代沉积物的研究。对于古代岩石的沉积环境分析，也可借助于岩石粒度分析同现代沉积物粒度分析加以比较。

现代沉积物的粒度分析一般采用常规筛析法，所得结果为不同粒度的颗粒质量百分比。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，如果需要对比则必须进行换算。即使在同一方法中，也只能进行统计对比，绝不能进行单颗粒对比。

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则必须换算。薄片分析视直径与筛析直径之间的偏差可达到0.25Φ或更大，在任何情况下均不可互用或直接对比。将视直径换算为筛析直径的方法很多，其中G.M.Friedman通过统计分析进行的线性回归换算较为简便、准确，任意粒度的回归换算方程为

沉积学原理

式中：D是换算后的筛析直径；d是薄片中测定的视长直径，均以Φ值计。经换算后，换算值同实际筛析值的平均直径最大偏差一般不超过0.25Φ，这个精度高于0.25Φ分组间隔，可满足一般沉积学研究。

对于切片视直径与真直径的对比，根据实验可知，等直径的球状集合体的切面上所测得的视直径平均值为真直径的0.765倍，即在颗粒集合体的切片中，颗粒视直径平均值小于真直径，这种现象称为切片效应。

（3）薄片粒度测量的要求

粒度测量是粒度分析的基础，故对其测量要求很高，而测量工作却非常烦琐、效率很低。薄片粒度分析是研究固结样品的唯一方法，可使用偏光显微镜和扫描电子显微镜。近年来出现的图像分析仪使薄片粒度分析基本实现自动化，效率大为提高。薄片统计数据为颗粒数。

在沉积环境研究中使用薄片粒度分析时，对岩石样品的基本要求是：砂岩中石英碎屑含量应大于70%，至少石英和长石含量要大于70%，溶蚀交代与次生加大现象越弱越好，切片方向可垂直层面或平行层面，随研究目的和要求的精度而定。在碳酸盐岩研究中，取样密度可达1 点/cm，可平行纹层切片。测定时一般采用线计法抽取颗粒，凡在线上的颗粒都要测量，不能有任何主观取舍，每个薄片计200～500颗粒即可，碳酸盐岩需测1000颗粒以上。

在薄片内，需要测定多少颗粒才能代表全薄片的粒度分布，这在开始分析之前必须确定。测定的颗粒太少，不能代表薄片内的粒度分布；测定的颗粒太多，又会浪费时间，而且对精确度无所增益。根据砂岩样品的实验，分别测量100、200、300、400、500颗粒，绘制粒度累积频率曲线，从计数400颗粒起，粒度累积曲线的形状基本保持不变，因而可确定薄片内计数400～500颗粒是达到精度要求的最小计数。

薄片分析视直径换算成筛析直径时，还要考虑“杂基”的存在。薄片分析若不做杂基校正，往往无悬浮总体尾端，而是跳跃总体直接穿过3～4Φ的截点呈直线延伸，不出现转折，在平均值小于2Φ的中细砂岩、粉砂岩中经常出现这种情况，这是因为4～7Φ的颗粒细小，被测机会增多，或者全被归并到4.5Φ或5Φ的颗粒而造成细粒数增加，实质上是一种统计截尾效应（截尾点不同，其分布也不同）（图3-4）。

图3-4 截尾效应

杂基校正的方法是将显微镜调至6Φ后测定或估计出杂基含量。薄片杂基量由于切片效应和成岩后生作用，值一般偏高，取其2/3～1/2为校正值，假定为Δ，将各累积频率乘以（100—Δ），重新绘一曲线。对于弱固结岩石，可用同一标本既做筛析，又做薄片分析，通过实验求出校正系数（100—Δ）的数值。

Ⅱ 刘洪来的研究方向

1、分子热力学和分子传递现象研究
分子热力学主要从分子水平上研究分子结构、分子间力和流体结构与宏观热力学性质、相平衡性质间的定量关系，为化学工程和工艺设计、新型分离过程的开发提供基础数据和模型。分子热力学是在六十年代开始逐渐建立起来的化学工程领域的分支学科，近代分子热力学的典型研究方法是在严格的统计力学推导基础上，适当引入合理的简化假设，得到含有一定数量的普适性常数的模型，而用严格准确的计算机分子模拟结果确定这些普适性常数，使最终得到的分子热力学模型不仅具有严格的统计力学基础，而且其形式又相对比较简单，适合于工程应用。分子传递是从分子水平上研究工程或应用中出现的传递问题，其主要内容是提供表达分子结构的分子参数与传递性质(如粘度、导热系数和扩散系数等)间的定量关系。
在该研究方向上，本课题组主要从事复杂系统相平衡数据的实验测试，分子热力学和分子传递模型的建立，曾建立了多元系由tpx推算y的曲面样条函数法，基于格子模型的多元高分子溶液混合亥氏函数模型，基于自由空间模型的链状分子系统状态方程，聚电解溶液分子热力学模型，链状非均匀流体的密度泛函理论，小分子在高分子膜中的分子传递模型等。
2、计算机分子模拟
流体的热力学性质及相平衡规律的计算机模拟是二十世纪50年代以后发展起来的方法，计算机技术的突飞猛进，是这一方法迅速发展的基础。计算机模拟分为两种：一是Monte Carlo法(MC)，它按照一定的统计分布随机构作系统的微观状态，主要适用于平衡性质的模拟；另一种是分子动力学法(MD)，包括平衡态和非平衡态分子动力学方法，它采用求解粒子运动的动力学方程的方法，除了平衡性质外，它还能模拟迁移性质及非平衡态传递现象。计算机分子模拟的另一作用是直接提供极端条件(高温、高压、辐射等)下的机器“实验”数据以代替困难的实验测定。分子模拟已与理论和实验研究形成三足鼎立之势，成为认识客观世界规律的第三种基本手段。
在该研究方向，本课题组主要用MC和MD模拟的相平衡、界面吸附和组装等，曾开发了基于格子模型的链状分子系统相平衡的构型偏倚蒸发MC模拟方法，在国际上首次报道了链长为1~200的二元和三元系的液液平衡数据，用MC方法模拟研究了高分子在固体表面的吸附规律及构型分布、表面活性剂溶液的结束结构，开发了链状流体的分子动力学(MD)模拟方法并模拟了聚电解质和两性聚电解质溶液的渗透系数等。
3、高分子系统的微相分离及其演化研究
共聚高分子由两种或多种不同性质的单体聚合而成，可以在不同尺度上区分其结构。从分子尺度来看，可以形成线性、星型、梳状、无规接枝和交联网状等高分子，即使由两种单体组成的简单线性共聚高分子，也可以区分为两嵌段共聚物、无规共聚物、交替共聚物、梯度共聚物等不同结构。如果是由多种单体形成的共聚高分子，其结构更加复杂多变。从分子聚集态尺度来看，可以无定型的玻璃态存在，也能形成微晶颗粒分散在玻璃态本体中。当不同单体之间的相互作用差异较大时,高分子共混物或嵌段共聚物倾向于发生相分离，但由于高分子的运动受到限制或嵌段共聚物不同单体之间有化学键相连，不能形成通常意义上的宏观相变，而只能形成纳米到微米尺度的微相分离结构或介观结构。根据组成的不同，可以形成层状、柱状、体心立方、双连续等介观结构。高分子材料的宏观性能不仅决定于单体的结构，还与单体的排列方式、高分子的聚集状态和介观分相结构等不同尺度的结构密切相关。
在该方向上，本课题组主要采用实验观察、理论分析和计算机模拟相结合的方法，研究高分子系统不同尺度结构的形成规律、外场对结构的影响及不同尺度结构的演化过程，为用宏观手段调控高分子材料结构及其性能提供理论依据。本组已开发了基于不同粗粒化方法的适用于高分子熔体介观分相结构及其演化过程模拟的键长涨落空穴扩散算法和协同运动算法等MC模拟方法、耗散粒子动力学(DPD)方法、用元胞动力学方法(CDS)和动态密度泛函理论(DDFT)等模拟和计算方法。建立了基于状态方程的动态密度泛函理论，可以计算压力对高分子系统有序无序相变的影响，实验发现可以用不同的表面活性剂调控浇注于表面活性剂溶液表面的嵌段共聚物薄膜的微相结构。
4、Gemini表面活性剂溶液研究
表面活性剂分子由亲水基团和疏水基团组成，少量加入即能大大降低溶液表面或液/液界面张力，改变系统的界面状态，从而产生润湿或反润湿、乳化或破乳、起泡或消泡、加溶等作用，在医药、机械、石油、煤炭、生化等领域有广泛的应用。表面活性剂可以分为阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂和两性表面活性剂四大类。表面活性剂的广泛应用与其在溶液中能形成复杂的聚集体结构有密切关系，是一个典型的具有多尺度结构的复杂系统。寻找、合成新的性能更好的表面活性剂，以及通过不同表面活性剂的复配，利用不同性能的表面活性剂的性能互补或协同作用，达到降低表面活性剂用量和提高产品性能的目的，是表面活性剂研究的主要内容之一。利用表面活性剂溶液能形成不同介观结构的特性，还可以用来作为模板剂制备具有各种复杂介观结构的分子筛、药物缓释胶囊、功能性超细粉末等。
在该方向上，本课题组主要从事Gemini表面活性剂的合成、表(界)面性质表征、溶液多尺度结构和界面膜结构的观察、与蛋白质和DNA等生物大分子的相互作用，以及Gemini表面活性剂在复杂材料制备中的应用。发现正离子Gemini表面活性剂和负离子表面活性剂混合溶液可以形成双水相，由于结构特殊Gemini表面活性剂作为模板或保护剂合成介孔材料和低维纳米材料有很大的优越性，一种含有刚性头基的Gemini表面活性剂可以在气液界面成核结晶形成3D晶体，而且可以通过无机盐对其形貌进行调控。

Ⅲ 中国科学院大连化学物理研究所的科研成就

获奖概况 1956－2014年大连化物所取得科研成果800多项，曾先后获得省部级以上奖励240多项，其中获得国家奖励90项，中科院、省部级一等奖79项。2013年，张存浩院士获得国家最高科学技术奖；2014年，“甲醇制取低碳烯烃技术”获得国家技术发明一等奖。
截至2014年底，大连化物所累计申请专利5564件，其中发明专利5251件，累计专利授权2199件，其中发明专利授权1925件，累计申请中国国外专利350多件，其中PCT申请210多件，获得中国国外专利授权80多件。
获奖（部）： 获奖年度获奖名称主要完成人获奖类别获奖等级2013态-态分子反应动力学研究 张东辉，杨学明等 辽宁省自然科学奖 一等 2013直接醇类燃料电池电催化剂应用基础研究 孙公权等 辽宁省自然科学奖 一等 2013质子交换膜燃料电池电化学界面及过程研究 邵志刚等 辽宁省自然科学奖 二等 2013全钒液流电池产业化技术及应用 张华民等 辽宁省技术发明奖 二等 2013甘油催化转化制备1 ，2-丙二醇技术 徐杰等 辽宁省技术发明奖 三等 2013多级孔共结晶分子筛催化剂研发及在清洁油品生产技术中的应用 徐龙伢等 辽宁省科技进步奖 一等 2013张存浩 张存浩 国家最高科学技术奖 最高奖 2013现代催化研究方法 辛勤 大连市科学着作奖 一等 2013膜技术术语词典 王从厚 大连市科学着作奖 三等 2013高效液相色谱实用手册 张维冰 大连市科学着作奖 三等 2013一种低碳烯烃直接水合生产低碳醇的方法 朱书魁 专利优秀奖 优秀奖 2013神华包头煤制烯烃示范项目成套工业化技术开发及应用 刘中民 石油化工联合会科技进步奖 特等 2012复杂生物样品的高效分离与表征 邹汉法等 国家自然科学奖 二等 2012全钒液流储能电池用高性能，低成本非氟离子交换膜材料 张华民等 辽宁省技术发明奖 二等 2012轻质铝合金催化制氢 孙立贤等 辽宁省科技进步奖 三等 2012海洋多糖基微/纳米药物控释载体制备技术及其产业化 马小军等 海洋工程科学技术奖 一等 2012包信和 包信和 何梁何利奖 2011由甲醇或/和二甲醚生产低碳烯烃的方法 齐越，刘中民，吕志辉 专利金奖 金奖 2011用于甲醛乙醛氨合成吡啶碱的钛基催化剂及其制备方法 徐龙伢，刘盛林，杨寿海 专利优秀奖 优秀奖 2011一种临氢异构化催化剂及其制备方法 田志坚，胡胜，王磊 专利优秀奖 优秀奖 专利（部）：
专利名称专利类别申请日期授权日期发明人高危化学品监测离子迁移谱智能软件发明2013.10.292013.12.02鞠帮玉高危化学品监测差分迁移谱智能软件发明2013.10.232013.12.06鞠帮玉N-糖基化位点及结构鉴定软件发明2013.08.082013.09.23程凯蛋白质组修饰谱定量数据处理平台发明2013.08.082013.09.23程凯飞秒瞬态吸收光谱数据处理程序软件发明2013.08.072013.09.17韩克利一种用于正、负离子检测的飞行时间质谱仪检测器发明2013.07.012013.12.04李海洋一种光源与小孔光阑的同轴对准装置发明2013.06.282013.12.04关亚风一种转板式单重态氧发生器发明2013.06.082013.11.20邓列征一种高真空仪器腔体加热装置发明2013.05.082013.11.27唐紫超一种自动开关实验仪器真空系统的装置发明2013.04.242013.10.23唐紫超一种信号线检测装置发明2013.04.232013.11.27唐紫超一种实验室冷却水循环系统发明2013.04.232013.11.27唐紫超一种用于采集呼出气的加热保温密封装置发明2013.04.182013.11.06王新基于三维空间静电势重构的新型蛋白质粗粒化计算方法软件发明2013.03.272013.05.10李国辉化学氧碘激光器多物理场耦合模拟仿真软件发明2013.02.072013.03.26怀英乙酸气相加氢制乙醇的提纯装置发明2013.02.062013.09.25夏吴一种采样热解析渗透膜的复合装置发明2012.12.212013.06.12渠团帅一种用于热解析进样的步进电机进样器发明2012.12.212013.06.26王祯鑫一种固定光纤的镀膜夹具发明2012.12.212013.06.26龚选一种便携式快速检测压电微天平发明2012.12.212013.07.24孙立 科研方向
从2012年至2014年底，大连化物所确定和完善了研究所“一三五”规划，即，一个定位：“以洁净能源国家实验室为平台，坚持基础研究与应用研究并重，在化石资源优化利用、化学能高效转化、可再生能源等洁净能源领域，持续提供重大创新性理论和技术成果，满足国家战略需求，发挥不可替代的作用，建设世界一流研究所。”；四个重大突破：“煤代油新技术、WQZB用化学能高效转化关键技术、洁净能源相关的基元及催化反应中的重大科学问题、液流储能关键材料与新技术”；七个重点培育方向：“烃类清洁转化及高值化利用关键技术、化工过程节能减排关键技术、燃料电池及氢能关键材料及技术、生物质能高效转化利用技术、太阳能光-化学转化科学与技术、生物分析与生物转化技术、环境监测技术及设备”。 论文发表 1950－2014年发表论文总数14900余篇，其中，影响因子大于3的2859篇；据2015年10月研究所官网显示，该所实施知识创新工程以来，发表SCI论文8304篇，200余篇学术论文发表在Science、Nature、Angew、Chem 、JACS等学术刊物以及相关学科顶级刊物上，出版科技专着59部。
《催化学报》：月刊，于1980年3月创刊，是由中国化学会和中国科学院大连化学物理研究所主办，科学出版社出版的学术性刊物。中国化学会催化专业委员会会刊。主要报道能源、环境、有机化工、新材料、多相催化、均相催化、生物催化、光催化、电催化、表面化学、催化动力学等学科领域的基础性和应用基础性的最新研究成果。
《色谱》是中国化学会主办、中国科学院大连化学物理研究所和国家色谱研究分析中心承办、科学出版社出版、中国国内外公开发行的专业性学术期刊，于1984年创刊。主要报道中国国内外色谱学科的基础研究和色谱及其交叉学科的新方法、新技术、新仪器在各个领域的应用，以及色谱仪器与部件的研制和开发。该刊为中文核心期刊、中国科技核心期刊、中国科技精品期刊。已被美国《化学文摘》（CA）、《美国医学索引》（Medline）、俄罗斯《文摘杂志》（AJ）、日本科学技术文献数据库（JICST）、波兰《哥白尼索引》（IC）和英国《分析文摘》（AA）等20余种中国国内外重要检索刊物和数据库收录。据中国科学技术信息研究所2010年版《中国科技期刊引证报告（核心版）》公布，《色谱》的最新影响因子为1 .750（他引率为0 .87），名列中国国内化学类核心期刊的第一位。
《能源化学（英文）》主要报道化石能源、电化学能、氢能、生物质能和太阳能转化等与化学相关的创造性科研成果，以促进能源化学领域的学术交流，加速能源科学的探索研究和新能源技术的开发和利用。原刊名为《天然气化学（英文）》，1992年创刊，主办单位为中国科学院成都有机化学研究所，2002年由中国科学院大连化学物理研究所和中国科学院成都有机化学研究所共同主办。2006年JNGC与荷兰爱思唯尔（Elsevier）出版集团合作，所有文章在其Sciencedirect平台上发布。2011年SCI影响因子为1 .348，位居SCI收录的中国化学类期刊的第一位。