基于图像法和激光法的山东半岛黄岛海滩沉积物粒度特征对比

以新型快速成像及处理技术为基础的动态图像法可为单个样品快速建立百万至上亿个颗粒的图像及粒度、粒形参数数据库,可直观表现天然沉积物的海量颗粒的大小和形状信息,但目前对其与激光法测试结果之间的异同尚缺乏深入理解。本文对采自山东半岛黄岛地区黄海沿岸3处海滩共190个样品进行动态图像粒度分析,通过等效投影面积径(等积径)计算均值粒径、分选系数、偏度、峰度等粒度参数,并与激光法测试结果进行对比。结果表明:1)现代海滩沉积物图像法统计粒径比激光法稍粗,但二者之间的差异较之细粒沉积物较多的类型(如冲洪积物)而言已经很小;2)现代海滩沉积物图像法粒度分析较之激光法分选更优,偏度和峰度均更小;3)图像法和激光法粒度分析结果在沉积环境判别中具有相近的功能,但图像法对沉积环境和动力条件的响应更为敏感。这些认识为动态图像粒度分析技术的应用推广和资料解释提供了新的理论与技术支持。     

金沙江巧家段冲积物动态图像法粒度特征研究

图像法作为国际地科联唯一推荐的粒度分析方法,长期受制于样本量不足的问题。基于新型快速成像和处理技术的动态图像法可在短时间内为样品建立海量颗粒的粒度粒形数据库,为天然沉积物粒度特征的直观表达开辟了广阔前景。本文以金沙江巧家段右岸支沟冲积扇沉积物为研究对象,对4个沉积剖面20个样品进行动态图像粒度分析,建立样品颗粒图像数据库,计算颗粒6种粒径,包括等效投影圆面积径(等积径),弗雷德(Feret)径三种(最大、最小和均值)以及最小外接矩形径两种(最大和最小)等,并与激光(衍射/散射)法测试结果进行对比。结果表明:①图像法所获6种粒径的中值粒径和均值粒径均较激光法粗,分选性较激光法优。②消除量程差异后的对比结果表明,激光法所测均值粒径仅为真实均值粒径(图像法结果)的3/10～1/2左右(差值为0.68～1.78φ);这种偏离可能与天然沉积物的多矿物属性和不规则性有关。③两种测试方法所获结果均能反映相同的剖面沉积物粒度相对变化趋势,在传统的沉积环境判别准则下均能反映基本一致的动力条件和堆积环境。这些认识为图像法粒度分析技术的应用和推广提供了技术支撑和解释依据。     

基于动态图像法的河流砂和湖滩砂粒形-粒度特征对比

对沉积颗粒大小、形态特征的量化和解释,是沉积动力条件分析和古地理重建的重要内容之一.图像法作为粒度分析的标准,长期受制于样本量小、效率低等困难.基于动态图像法的新型粒度粒形分析系统可在几分钟内获取多达n×107个颗粒的形状和大小信息,为沉积环境重建和动力条件分析提供了新的机会.本文基于两组样品(青藏高原的湖滩砂和黄河中游的河流砂)的动态图像粒度粒形数据,定量分析和对比了湖滩与河流两种环境沉积颗粒的粒度、粒形特征及其异同.结果表明,样品组成颗粒的球度与均值粒度之间整体上存在明显的反相关,球度-粒度曲线可大致划分为斜率不等的三段:占据颗粒绝大多数的中段(C.S.)球度适中,斜率最小;细端(F.T.)球度大,斜率也大;粗端(C.T)球度小,斜率小且不稳定.结合天然沉积颗粒的形状和密度特征,本文认为这些不同斜率的段落可能源于沉积颗粒密度效应和形状效应导致的粒度分异.对比研究表明,湖滩砂与河流砂在粒形-粒度曲线形态与分段特征方面均存在明显差异,两组样品在不同粒形参数(球度—长宽比—凹凸度)三角图和不同球度分段所对应颗粒体积百分比(C.T.-C.S.-F.T.)三角图中均能完全分离.这些事实表明基于动态图像分析的粒度粒形分析可望成为一种潜在的第四纪环境重建工具,在环境研究中有助于对天然沉积物物源特征以及风化、侵蚀、搬运和堆积过程的认识和理解.     

沉积物粒度分析方法的比较

近年来激光粒度分析法在沉积物粒度分析方面的应用得到了进一步扩展。本文利用美国麦克奇公司生产的S3500型激光粒度分析仪开展沉积物粒度分析方法实验,研究表明:S3500型仪器较优的样品用量约为0.2 g;稀释过程会影响样品的粒度分布;样品分取方式会带来不同的随机误差。与薄片图像法和筛析法两种传统粒度分析方法获得的粒度分布参数比较表明:激光法测得的平均粒径较薄片图像法和筛析法偏细;激光法和筛析法的峰度相关性较好。采用Malvern 2000和Micro S3500两种激光粒度分析仪测量结果的比较表明:Malvern 2000测得的平均粒径较Micro S3500测得的平均粒径偏细,但二者的相关性很好(r=0.9574),研究认为这两种粒度仪的测试结果会给岩石粒度定名带来差异。由于各种粒度分析方法存在差异和局限性,在实际工作中粒度分析应尽可能建立在同一测量体系上,以便资料对比。     

联用筛析法与激光法进行粒度接序分析的界点选择

筛析法、激光法和图像法是三种常用的粒度分析方法,但由于测试原理的不同,三种测试方法有不同的适用性。筛析法和图像法能够精确测量砂质颗粒的粒径,但不适用于泥质细颗粒（<0.063 mm）的粒径测量;相反,激光法无法准确测量中粗砂粒级颗粒（2~0.21 mm）,但能高精度测量较细沉积物粒径。分选较差的天然沉积物粒径分布范围较广,需要综合运用筛析法-激光法进行接序粒度测试。通常选用2 mm为界点开展接序粒度分析,但因激光法在测量中粗砂颗粒时误差较大,易导致接序粒度分析结果准确性不高。建议以0.21 mm为分界点开展接序粒度分析,分别避开筛析法和激光法测量精度不高的粒级区间,可使测试结果的准确性得到有效的提高。     

渤海曹妃甸海域沉积物粒度激光法与综合法测试结果对比

激光法与综合法(吸液管法-筛析法)均是测试沉积物粒度特征的常用方法,由于测试原理和流程的差异,这两种方法对同一样品分析所获得测试结果往往不尽一致。为探究两种方法的共同性、差异性和相关性,并建立适合曹妃甸海域激光法与综合法测试结果之间的转换关系,通过对曹妃甸海域49个沉积物样品分别进行激光法和综合法实验,对比结果表明：(1)激光法与综合法所测砂粒含量大致相等,粉砂含量激光法所测结果高,黏土含量综合法所测结果较高;(2)激光法和吸液管法测试结果误差主要在发生在10φ(φ=log2D,D为直径,φ为单位)阶段,吸液管法测将黏土含量显著升高,激光法与筛析法结果误差主要发生在粗端颗粒,激光法测得粗端颗粒含量普遍偏高;(3)激光法与综合法粒度参数回归分析随着粒径减小相关性逐渐降低,粒度参数回归方程的斜率、截距与前人研究结果不具有统一性。研究建立的曹妃甸海域激光法与综合法数据转换模型分析表明,在粒度范围[-1,4]φ,激光法和综合法所获得数据结果可以进行相互转换;明确了激光法与综合法测量沉积物粒度特征的差异。研究成果对使用激光法测量沉积物粒度特征和完善测试方法与流程有参考意义。     

激光粒度仪测试结果及其与沉降法、筛析法的比较

分析了Cilas 940L激光粒度仪的测试结果,并与沉降法、筛析法进行了比较。激光粒度仪测试结果的重复性较好,测量精度较高。对于玻璃珠样品,激光粒度仪和筛析法测试结果十分接近,对于天然沉积物,激光粒度仪测定的平均粒径偏粗,分选偏差。和沉降法相比,激光粒度仪测定的粘土组份 (<8%)的含量为沉降法的 46.7%～ 70.5 %,平均为 6 0 %,测定的平均粒径较沉降法偏粗,分选偏差。造成激光粒度仪与沉降法、筛析法之间差异的原因主要在于这些测试方法原理的不同和天然沉积物不规则的形状。     

动态图像法应用于海滩沉积物粒度粒形测试及其与筛析法的比较

筛析法是海滩沉积物粒度分析较经典和常用的方法。随着科学技术的发展,利用动态图像法分析沉积物粒度逐渐得到推广。本文利用动态图形法和筛析法对海南岛5个海滩剖面20组沉积物样品进行粒度粒形测试,并将两种方法所测得的粒度进行比较。测试分析结果显示,该方法的测试结果重复性好,精度高;通过与筛析法的对比显示,动态图像法与筛析法的测试结果非常接近,粒度级配曲线基本一致,各个粒度参数值很接近且相关性非常好（R2>0.94）;由动态图像法得出的粒形参数可以看出,粒径相当的不同海滩沉积物粒形参数有很大差别,同一海滩不同部位的球形度和宽长比变化很大,对称度和凹凸度变化稍小。研究表明,动态图像法与筛析法之间的粒度分析差异主要来自于两者测量原理的不同和天然海滩砂颗粒形状的不规则;动态图像法解决了不规则沉积物粒度的测量。因此,动态图像法可以替代筛析法来测量沉积物粒度,应用前景广阔。     

江苏潮滩沉积物激光粒度仪与移液管-筛析分析结果的对比

激光粒度仪的广泛应用带来了与历史数据的对比问题,因此需要建立激光粒度仪与早期分析结果之间的关系。根据江苏海岸潮滩沉积物样品的激光粒度仪和移液管—筛析法分析,对粒度参数、粒度组分等进行了对比,对两种方法的差异进行了分析。结果表明,对于江苏潮滩沉积物粒度参数中平均粒径的激光粒度仪与移液管—筛析分析结果之间有良好的线性关系;筛分法测得的粗颗粒物质较激光法偏少,而移液管法法测得的细颗粒物质较激光法偏多;将样品分类之后再进行两种方法所获粒度参数的回归分析,相关性得以提高,说明不同粒度组成的沉积物对分析结果的对比有不同的影响。两种方法之间的换算关系不仅与研究区域有关,而且与沉积物本身的粒度组成有关。     

江苏潮滩沉积物激光粒度仪与移液管-筛析分析结果的对比

激光粒度仪的广泛应用带来了与历史数据的对比问题,因此需要建立激光粒度仪与早期分析结果之间的关系。根据江苏海岸潮滩沉积物样品的激光粒度仪和移液管-筛析法分析,对粒度参数、粒度组分等进行了对比,对两种方法的差异进行了分析。结果表明,对于江苏潮滩沉积物粒度参数中平均粒径的激光粒度仪与移液管-筛析分析结果之间有良好的线性关系;筛分法测得的粗颗粒物质较激光法偏少,而移液管法法测得的细颗粒物质较激光法偏多;将样品分类之后再进行两种方法所获粒度参数的回归分析,相关性得以提高,说明不同粒度组成的沉积物对分析结果的对比有不同的影响。两种方法之间的换算关系不仅与研究区域有关,而且与沉积物本身的粒度组成有关。     

基于数字图像处理技术的砂土颗粒级配分析研究

砂土颗粒级配是影响砂土工程性质的重要参数之一,传统的颗分试验方法由于试验原理不同而具有不同的适用范 围。为更加方便、准确地获取砂土颗粒级配,提出了一种基于数字图像处理技术来获取SEM照片中的砂颗粒粒径参数及级 配特征的新方法。将准备好的砂土样品打磨成薄片放在扫描电镜下拍照,然后利用Photoshop软件对照片进行拼接,并采用 自主研发的SMAS数字图像分析系统对拼接好的照片进行定量分析处理,获取样品的微观结构参数,将获得的“土颗粒等 效直径”和“土颗粒面积”分别等效为实际土颗粒粒径和土颗粒质量,进而换算得到砂土的颗粒级配曲线;然后将通过数 字图像技术获得的砂土颗粒级配曲线与通过传统筛分法和激光粒度分析法得到的颗粒级配曲线进行对比,验证了提出的数 字图像处理方法的有效性和可靠性,同时分析了两种方法之间存在的差异及其原因,并对数字图像处理方法和传统颗分方 法各自的优缺点进行了讨论。     

钙质碎屑对热带海滩砂粒度参数的影响分析

钙质碳酸盐碎屑是热带海滩沉积物的重要组成部分,其物理特性与海滩中的石英颗粒差异明显。对海南岛东部文昌铜鼓角两侧海湾海滩砂样采用除钙和不除钙两种预处理方法,使用Mastersizer 2000激光粒度仪和筛析法进行粒度分析,结果表明:除钙以后粒度频率曲线主体朝细偏,但在粒度频率曲线细尾(4~9)会新增一小峰;去钙前后粒度参数存在明显的线性相关,平均粒径、分选系数和偏态的相关系数依次降低;粒度参数的组合变化以“平均粒径变细、分选系数变好、偏态朝细偏”为主,但仍存在其他的组合变化;在对类似于铜鼓岭周边环境的海滩进行沉积物粒度分析及动力环境研究时,需要了解钙质碎屑含量和颗粒组成。     

基于数字图像处理技术的砂土颗粒级配分析研究

砂土颗粒级配是影响砂土工程性质的重要参数之一，传统的颗分试验方法由于试验原理不同而具有不同的适用范 围。为更加方便、准确地获取砂土颗粒级配，提出了一种基于数字图像处理技术来获取SEM照片中的砂颗粒粒径参数及级 配特征的新方法。将准备好的砂土样品打磨成薄片放在扫描电镜下拍照，然后利用Photoshop软件对照片进行拼接，并采用 自主研发的SMAS数字图像分析系统对拼接好的照片进行定量分析处理，获取样品的微观结构参数，将获得的“土颗粒等 效直径”和“土颗粒面积”分别等效为实际土颗粒粒径和土颗粒质量，进而换算得到砂土的颗粒级配曲线；然后将通过数 字图像技术获得的砂土颗粒级配曲线与通过传统筛分法和激光粒度分析法得到的颗粒级配曲线进行对比，验证了提出的数 字图像处理方法的有效性和可靠性，同时分析了两种方法之间存在的差异及其原因，并对数字图像处理方法和传统颗分方 法各自的优缺点进行了讨论。     

动态图像法与镜下测量法粒度分布结果对比研究

动态图像法、镜下测量法在地下沉积岩粒度分析中的应用研究较为薄弱。对塔里木轮南地区X100井三叠系水下分流河道12块砂岩样品分别采用以上两种方法进行粒度测试,将所测得的各组分含量、粒度曲线及粒度参数进行对比分析,并对镜下测量法粒度结果开展校正研究,以使这两种方法在今后能更广泛地运用于粒度分析。研究结果表明:相较于镜下测量法,动态图像法检测粗组分含量偏大而细组分含量偏小,黏土—粉砂组分和中砂组分是两种方法产生差异的分界线。检测颗粒数目的悬殊和岩石类型是两种方法存在差异的主要原因,测试方法的量程、测量原理和颗粒形状也会造成一定的影响。基于岩性的镜下测量法粒度结果校正,使两种方法的细砂—粗砂组分含量、粒径参数的相关系数从0.25~0.80提高到0.88~0.95,达到了校正基本目的,其准确性得到有效的提高。     

南海表层沉积物的沉降法和激光法粒度分析结果对比和校正

沉降法与激光法粒度分析的主要差异是黏土粒径,这个差异将直接影响到黏土、粉砂含量和沉积物类型。本文对激光法黏土粒径和含量及沉积物类型进行系统校正。南海东部水深〉2 000 m海域沉降法得出的砂、粉砂、黏土含量分别为3.66%、42.43%、53.91%,激光法砂、粉砂、黏土含量分别为9.26%、61.11%、29.64%...     

用吸管法取代综合法进行粒度分析的试验及有关问题的探讨

一、用吸管法取代综合法进行粒度分析的意义按照现行海洋地质调查规范,在对所取的海洋底质及柱状样进行粒度分析时,如样品中粒径大于0.063mm 的颗粒多于85%时,可直接采用筛析法;如样品中粒径小于0.063mm 的颗粒超过85%时,可直接采用吸管法(也即沉析法)进行测试。但当样品的颗粒大小从粗至细各粒级均有分布时,则应采用综合法,也就是用筛析法和吸管法同时进行测试。最后,将两种方法所求得的百分含量统一平差,求出校正百分数。     

HELOS/BF型激光粒度仪湿法测试条件的优化

激光粒度仪以测试速度快、操作方便、重复性好等优点得到越来越广泛的应用,但仪器技术参数和测试条件不同对样品粒度测试结果有着显著影响。本文通过实验得到了HELOS/BF型激光粒度仪的优化测试条件,结果表明:对于比重小或粒径小的样品,采用低搅拌速率、高超声强度和较长超声时间;对于粒径大或比重大的样品,应采用高搅拌速率、低超声强度和较短超声时间。分散剂能加快样品颗粒的分散,且对于粒径小的样品分散效果更好。测试时进样浓度(遮光度)过低,样品中的颗粒数过少,检测不到足够的信号,使样品不具有代表性,样品粒径测定结果偏高;进样浓度过高,出现多重散射而使粒度分布范围较宽,样品粒径测定结果偏低。研究认为,HELOS/BF型激光粒度仪的合适进样浓度为10%～25%。     

苏北盆地XH 1＃钻孔沉积物磁化率与粒度组分相关性变化特征及其意义研究

对苏北盆地XH 1#钻孔沉积物磁化率与粒度组分的相关性进行了研究，研究结果表明，此钻孔沉积物磁化率与粒度组分的相关性在不同深度段内有着不同的表现:在350～247 m深度段内，磁化率大小与中值粒径大小表现为负相关、与4～12Φ各粒级组分百分含量表现为正相关；在234～0 m深度段内，磁化率大小与中值粒径大小表现为正相关，与1～3Φ粒级组分百分含量表现为密切的正相关；247～234 m深度段是上述两种相关性变化的一个过渡阶段。环境磁学实验结果也揭示出在上下两个深度段内磁性矿物组成上也存在差异。这种不同深度段内磁化率与粒度组分相关性上的大的变化，以及磁性矿物组成上的差异共同揭示出，在深度247～234 m这段沉积物的沉积过程中，苏北盆地内可能发生了一次重大的事件，正是这次重大事件的发生导致了碎屑沉积物来源的改变，出现了上下两部分磁化率大小与粒度组分相关性上的差异。     

Mastersize 2000 型激光粒度仪分析数据可靠性检验及意义——以洛川剖面S4层古土壤为例

黄土、古土壤剖面中物质粒度是恢复古环境的重要指标之一。精确地测定粒径的大小,是准确而可靠获取气候变化信息的基本前提。通过对洛川典型黄土剖面古土壤S 4及相临黄土层高密度、连续样品多次重复粒度测试结果经统计分析表明:粒径测量的误差主要来自于两方面,即仪器测量与前处理过程,其中前处理过程的影响是粒度测量中误差的主要来源。同时证明,单次测量结果具有不确定性,因此可靠的粒度参数需经多次测量平均获得。但是,此过程会导致某些快速变化信息的丢失和因峰态的平滑而造成粒度变化所反映的变化幅度弱化。     

泥石流屈服应力测试的塌落度法

屈服应力是泥石流的关键流变参数,但目前该参数的获取主要依赖常规的流变仪,无法对含有粗大颗粒的泥石流进行测试。针对此问题,引入塌落度-屈服应力理论,采用直径和高度均为10.8 cm的圆柱塌落度桶对“2010.8.18”怒江东月各泥石流堆积物原样中上限粒径为2 mm和2 cm的部分进行了塌落度-屈服应力测试研究,两种上限粒径重构泥石流屈服应力的测试结果分别采用桨叶法（桨式流变仪）和斜面法（斜面流变仪）进行校验。实验结果表明:对于上限粒径为2 mm的泥石流,塌落度法与桨叶法测试结果基本相同,相对误差为1.47%~17.5%,平均相对误差为7.37%;对于上限粒径为2 cm的泥石流,塌落度法测试结果平均略大于斜面法,相对误差为12.27%~19.07%,平均相对误差为16.89%;理论分析表明,该圆柱形塌落度法适用于碎屑上限粒径为42 mm、塌落度不小于10.8 mm的泥石流。塌落度法不仅可以大幅度提高测试对象的上限粒径,而且测试精度较高,尤其适合于泥石流屈服应力的现场测试。