南海沉积物图解法和矩值法粒度参数计算及对比

粒度参数是海洋沉积物的基本特征,其计算方法的选择导致粒度参数的差异成为制约沉积物粒度数据同化的主要因素之一.基于传统图解法的基本原理,发展了分段低次线性插值方法用于图解法的粒度参数快速计算,使用该方法和矩法分别计算了南海172个表层沉积物粒级参数,并对2种不同方法计算的结果进行相关性验证.结果表明:2种方法得到的平均粒径、分选系数、偏态和峰态分别呈显著相关,且相关性依次降低.通过与前人的研究结果对比,发现2种方法计算的平均粒径和分选系数相关性较为稳定,基本不受沉积物类型的影响;而偏态和峰态值与沉积物物质组成密切相关,物质组成单一稳定,则相关性较高,反之表现为不相关.因此,在资料整合同化处理过程中应充分考虑2种参数计算结果的差异.     

图解法与矩法沉积物粒度参数的对比

采用Folk Ward图解法公式和McManus矩法公式 ,分别计算了山东半岛月湖地区 2 70个底质样品的粒度参数 (粒度分析用Cilas 940L型激光粒度仪与筛析法相结合 )并进行了比较。分析结果显示 ,两种方法所获的平均粒径和分选系数基本相同 ,偏态值相差较大 (但仍存在显著相关性 ) ,而峰态值不能相互转换。偏态值差异的原因在于 ,图解法的偏态指示了主要粒度组分的尾部特征 ,而矩法的偏态反映了样品总体的尾部特征。峰态值的差异是由于图解法所反映的往往只是样品的某一组分的粒度特征 ,计算方法比较粗略 ,而矩法反映了样品的总体特征 ,计算方法比较精确。在沉积环境分析、粒径趋势分析、历史数据解译时 ,应充分考虑这两种方法的差异。     

图解法和矩值法估计海岸带沉积物粒度参数的差异

粒度参数的计算方法主要有图解法和矩值法两种,为了比较不同方法计算结果的差异,利用新近在莱州湾南岸获取的LZ908孔岩心,在粒度分析的基础上,综合运用相关分析、回归分析、聚类分析等统计方法,从参数计算过程、沉积物粒度分布形态(多峰态粒度特征)等方面讨论了两种参数估计方法对计算结果的可能影响及其影响因素。结果表明:平均粒径、标准偏差相互替代的程度高,而偏度、峰度相互替代的程度低,或者不可替代;两者的差异是由各自本身的计算过程引起的,是沉积物粒度分布特征的一种反映,并且与沉积水动力条件密切相关。     

图解法和矩值法粒度参数的定性对比：以琼州海峡岸滩表层沉积物为例

前人已开展了大量的关于图解法和矩值法数值结果的相关性分析和相互转换方程的确定工作,但针对定性结果的对比仍较为罕见。本文选取了琼州海峡两岸15个海滩22条断面105个表层沉积物为典型研究对象,分别采用Folk和Ward图解法和Friedman矩值法获取粒度参数结果,构建定量结果的回归关系和对比定性结果的异同。结合前人的研究成果,本文进一步探讨了两种方法结果的可对比性,并分析两种方法的方法差异对沉积物粒度信息提取及使用造成的可能影响。研究结果表明：（1）就定量结果而言,图解法和矩值法计算的平均粒径和分选系数具有强相关性（R² ≥ 0.951）,而偏态和峰态则表现为中等相关（R² = 0.586）和不相关（R² = 0.011）,表明图解法和矩值法计算粒度参数定量结果之间的相关性并不稳定,这与前人的研究结果基本一致;（2）就定性结果而言,图解法和矩值法的结果之间存在较大偏差,分选系数、偏态和峰态不一致的占比分别达30.48%、55.24%和71.43%,这与定量结果的相关性存在一定程度的偏差,表明定量结果的相关性程度并不能完全用于指示定性术语结果的一致性程度。鉴于最大化地揭示沉积物的差异是粒度参数分析方法追寻的目标,在选择何种方法计算粒度参数时需充分考虑沉积物粒径概率分布曲线的特征。本文提供了一个以海滩沉积物为研究对象的图解法和矩值法粒度参数结果对比的典型案例,研究结果有助于提升对粒度参数分析方法的差异、原因和科学使用等方面的认识。     

海洋沉积物粒度参数3种计算方法的对比研究

海洋沉积物粒度参数是反映沉积物物质来源及水动力条件的敏感性指标。目前国内对海洋沉积物粒度参数计算方法并不完全统一,制约了粒度数据的整合和使用。利用长江口外近海348个表层沉积物粒度数据,分别使用Folk和Ward的图解法公式、Collias等的矩法公式和McManus的矩法公式进行了粒度参数的计算。运用相关分析和基本统计分析等方法,讨论了不同方法计算结果间的差异和影响因素。结果显示:图解法与矩法计算的平均粒径和分选系数分别呈显著线性相关,且不受沉积物物质来源的影响。对于偏态和峰态,3种不同方法计算结果的相关性较低,甚至表现为不相关。不同方法计算的沉积物粒度参数的差异性均与沉积物类型和频率曲线分布形态有关。当物质组成均匀、频率曲线近正态分布时,不同方法计算的粒度参数的相关性显著提高。当沉积物较粗或较细时,粒度分布偏离正态且具有明显尾部特征,用不同方法计算结果的差异会随之增大。对3种不同公式综合对比认为Collias等的矩法公式反映沉积物粒度分布特征更加灵敏、可靠,建议在进行资料整合时采用。     

图解法与矩值法计算的潮汐沉积粒度参数之差异及其原因解析

采用Folk-Ward图解法(GM)、Friedman-Johnson矩值法(MMFr)和McManus矩值法(MMMc)公式,分别计算了杭州湾顶-钱塘江河口中高潮滩短柱状样395个砂、泥质纹层的粒度参数。比较分析发现,除平均粒径可以完全相互替代外,随着矩值法阶矩数的增加,彼此关系变得越复杂而无法直接相互替代。MMMc矩值法未采用传统统计学法计算偏态和峰度值,目前二者的物理意义尚不清楚,其适用范围有待进一步探讨;由于两种矩值法计算的粒度参数差别较大,鉴于目前MMFr矩值法应用更广泛且物理意义明确,建议统一使用MMFr公式以便于对比研究。砂、泥质(纹)层的粒度参数特征差异明显,沉积物组分分析(反演)进一步表明,二者由各自特征的粗、细组分构成,与各自形成时的水动力条件相符合。由此认为,取样时选相同或单一动力沉积单元进行粒度分析是重要的。运用正态分布函数二组分叠置法(正演)较好地模拟出矩值法与图解法偏态与峰度的复杂关系,其中主次组分的百分含量和众数差值是主要影响因素。随着细组分(次组分)含量的减少,矩值法偏态和峰度值都相应增加,细微地反映了粒度分布的整体变化趋势。但图解法偏态和峰度值发生先增加,到达某一拐点后再减小,这与其只采取有限的若干特征值进行统计和忽略尾部(φ16~φ84)部分的描述,可能是偏态拐点出现的位置在细组分百分含量为35%的原因。图解法与矩值法各具优势,但图解法对于次组分和尾部特征的表述具有不一致性,而矩值法在此方面具有趋同性,更适合于建立统一标准,开展粒度参数的物理意义解释。     

图解法和矩值法所求平均粒径应用对比研究

为了更好的了解图解法和矩值法计算平均粒径的区别,增强历史资料利用率,通过分析两种方法计算原理上的差异,利用某海区沉积物样品粒度测试结果,对两种方法所得平均粒径进行对比,并利用底质参数法分析两种方法所得平均粒径对声波浅海传播影响效果。结果表明,矩值法与图解法所得平均粒径在分析声波浅海传播影响上可以相互替代。     

沉积物粒度参数和频率曲线对粒级划分的响应

以Φ、Φ/2、Φ/4为粒级间距,分别采用Folk-Ward图解法和Mc Manus矩法计算了粉砂质砂、黏土质粉砂、砂-粉砂-黏土等3类沉积物共136个底质样品的粒度参数,并引用统计学中的单因素方差分析法对每一类沉积物的每一个粒度参数进行分间距计算结果对比。结果表明,各类沉积物在各种计算方法中粒级划分对粒度参数表征粒度分布特征均不构成影响。但粒度频率曲线形态随粒级间距的不同会有变化,同一粒径所对应的频率值在不同粒级间距下有较大差异。因此,在进行动力条件和沉积环境等研究时,必须对粒级间距在粒度分析中的影响给予足够重视。在进行粒度分析时,如果只求粒度参数,采用Φ间距即可,这样可以减小工作量;如果研究沉积环境,建议采用Φ/4间距。     

沉积物粒度参数图解法的电算程序

利用作图法求解海底或海岸沉积物粒度参数可以对粒度资料有总体和直观的认识，易于察觉是否为双众数曲线，并可看出国称重或筛孔不合格而引起的误差，得到沉积物成因的一般认识，因而非常适用于混合的粒度组合。但传统的手工作图法，耗时费力，且有可能产生较大的偶然误差。运用本文所介绍的电算程序，只需将某样品粒度分析资料（值及其所对应的累积百分含量）输入至计算机内，该程序将自动地在屏幕上绘制概率累积曲线，并根据用户要求用福克和沃德（ＦＯｌｋ＆Ｗａｒｄ）公式求出该样品的均值Ｍ２，分选系数δ１，偏度ＳＫＩ，和峰态ＫＧ。…     

陇西盆地晚更新世风成堆积物粒度参数的对比

计算了末次冰期旋回陇西盆地的黄土古土壤和风成砂的粒度参数，并对图解法与矩值法粒度参数进行了对比。结果表明，对黄土古土壤来说两种方法所获得的平均粒径基本相同，分选系数、偏度和偏态的相关性逐渐降低，对风成砂和砂黄土来说，除了平均粒径呈较好的线性相关外，其他参数则差别很大。造成这种差异的主要原因是由于它们粒度组分的分布不同所致。图解法主要反映了样品总体中主要粒度组分的粒度特征，而矩值法则反映了样品的总体特征。在沉积环境的分析和比较中，应充分考虑这两种方法的差异，并建立不同的标准。激光粒度仪和吸管法对平行样品测试的图解计算结果表明，粒度参数的变化趋势比较接近。     

长兴、横沙两岛潮滩沉积物的粒度概率及其分析

通过对长兴、横沙两岛潮滩沉积物粒度概率曲线的分析，揭示了潮滩沉积物的以下特点：１．以跃移组分为主，悬移组分次之，滚动组分极少；２．随着沉积物的变细，跃移组分含量呈减少趋势，悬移组分相反；３．跃移和悬移组分具有显著的双段式特征，反映了潮流的双向搬运和沉积作用；４．跃移－悬移组分的临界粒径（ψ）与样品的平均粒径Ｍ（ψ）之间呈抛物线型正相关。     

金州湾表层沉积物粒度特征及沉积环境

通过对金州湾海域72个表层沉积物样品进行粒度分析,探讨了金州湾表层沉积物物质组成和粒度参数的分布特征,根据粒度参数特征,利用Q型聚类分析将研究区划分为3组沉积区,结合粒度频率分布曲线、粒度概率累积曲线和C-M图阐述沉积物的粒径组成、沉积动力条件和沉积物的搬运沉积条件。结果表明：研究区沉积物类型为粘土质粉砂、粉砂质砂、砂质粉砂、砂和砂 粉砂 粘土。研究区可划分为3种沉积环境,Ⅰ组沉积环境：沉积物类型以砂质粉砂和粘土质粉砂为主,粒径较小,含部分粗组分颗粒物,分选差,粒度频率分布曲线呈双峰,形成较为封闭静稳的海湾环境;Ⅱ组沉积环境：沉积物类型以粘土质粉砂为主,粒径小、分选较差 差,沉积环境较为复杂,为受潮流和沿岸流作用的沉积环境;Ⅲ组沉积环境：沉积物类型以粉砂质砂和砂为主,粒径较大、分选较差,为受潮流和海流影响的沉积环境。整体上由东向西,沉积物呈现出细 较粗 粗的变化趋势。其原因在于机场人工岛的建设阻挡了潮流和海流的作用,导致东部的I、Ⅱ组沉积环境形成较为封闭的环境;Ⅲ组沉积环境为离岸较远的海洋环境,水动力较强,海洋性特征明显。因此机场人工岛的建设对金州湾海域沉积物的分布产生了显著影响。     

桑沟湾海域表层沉积物粒度特征及其环境意义

根据桑沟湾和邻近海域201个表层沉积物样品粒度测试结果,分析了砾、砂、粉砂和黏土等各粒级组分含量分布特征,划分了沉积物类型,探讨了沉积环境。结果表明,沉积物组分中以粉砂粒级组分为主,砾和砂分布相对集中。海域表层沉积物类型共有12类,含砾沉积物类型7类,不含砾沉积物类型5类,其中砂质粉砂与粉砂分布最广。桑沟湾及邻近海域沉积物分布主要受控于泥沙来源、地形地貌及潮流、波浪、沿岸流等沉积动力条件的共同作用。桑沟湾西部近岸海域的泥沙为近源沉积,颗粒较粗,向海扩散有限;桑沟湾外沉积物颗粒由东向西变细,与黄海西部沿岸流携带的黄河源泥沙向西扩散有关;桑沟湾内沉积物颗粒较细,水动力较弱;桑沟湾东北部和东南部海底的脊状凸起区域,含砾沉积物为当地近源碎屑沉积,受海流冲刷的影响,细颗粒碎屑难以沉积。     

莱州湾西南部表层沉积物粒度分布特征及其现代沉积环境分区

根据莱州湾西南部207个表层沉积物样品的粒度分析结果,对莱州湾西南部沉积物粒度分布特征进行了研究,在此基础上应用系统聚类分析方法并结合物源及水动力条件探讨了其现代沉积环境分区。结果表明,研究区表层沉积物类型以粉砂质砂、砂质粉砂和粉砂为主,分布范围最广的粉砂主要位于淄脉沟以北;沉积物平均粒径由近岸向莱州湾中部逐渐变细,从南向北呈现粗—细—粗的变化趋势;研究区现代沉积环境分为高能粉砂质砂粗粒沉积区、砂质粉砂过渡沉积区以及低能粉砂细粒沉积区,其水动力环境表现为波浪作用逐渐减弱,潮流作用逐渐增强,沉积物物源由近岸河流、岸滩侵蚀来沙为主变为以黄河悬浮—再悬浮物质为主。     

湛江湾海域表层沉积物粒度特征及沉积环境

根据湛江湾海域2020年10月采集的61个表层沉积物样品粒度分析结果,对沉积物粒度参数进行了总结,划分了沉积物类型,结合Pejrup三角图解对湛江湾海域沉积动力环境进行了分区,运用Gao-Collins粒径趋势分析模型,探讨了沉积物运移趋势。结果表明,湛江湾海域表层沉积物类型共有5种,其中砂、粉砂质砂、砂质粉砂分布最广,粒度组成以细砂为主,平均粒径均值为3.93Φ,分选较差,粒度分布曲线以正偏、正态分布为主。沉积动力判别图解揭示湛江湾海域沉积水动力较强,整体表现为湾内比湾外弱、湾外向外海方向逐渐减弱的特征。粒径趋势分析反映出湛江湾内整体向南部潮流深槽方向运移,湾外围绕沉积中心整体呈逆时针方向运移。湛江湾海域表层沉积物的运移和分布主要受泥沙来源及潮流、波浪、沿岸流等沉积动力环境的共同作用,近年来,人类活动的影响愈加明显。     

南海北部外陆架表层沉积物粒度参数特征及物源分析

为研究南海北部外陆架沉积物来源及沉积特征, 对南海北部外陆架18 个站位进行了表层沉积物取样和分析, 通过对沉积物的分类和粒度参数的计算, 探讨了沉积物类型和粒度参数的分布特征及其指示意义。研究结果表明, 研究区表层沉积物类型包括砾、砂质砾、砾质砂、砾质泥质砂、含砾砂、含砾泥质砂和含砾泥7 种类型。沉积物输运方式在外陆...     

青岛市灵山湾海水浴场表层沉积物粒度冬季变化特征及其原因

于2013年11月、2014年1月及3月在青岛市灵山湾海水浴场进行了3次表层沉积物采样,对粒度组分和粒度参数平面分布的变化进行了分析。结果表明,本区沉积物整体有变粗的趋势,细砂组分特别是极细砂和粉砂组分含量下降明显,分选性变好,正偏态及高峰度分布区扩大,粒度参数高值分布区被消除。粒径趋势分析表明,在涨潮流与强盛的冬季风驱动的风浪、沿岸流的综合作用下,研究区沉积物总体呈北东-南西向沿岸输运,运移趋势变化受到波浪、潮流水动力条件与地形相互作用的影响。短期的波能变化足以改变沙滩地貌,从而影响表层沉积物的分布。可为浴场维护提供理论依据。     

山东龙口港口区表层沉积物的粒度分析

通过对龙口港航道附近小范围内表层沉积物的粒度分析,探讨该港口航道附近的表层沉积物的类型和分布特征。结果表明：1）研究海域的表层沉积物类型分为砂、粉砂质砂、砂质粉砂和粘土质粉砂4种。2）研究海域的表层沉积物主体是砂,其主要变化趋势是由岸到海砂的质量分数逐渐减小又逐渐增大。从它们平面分布来看,粉砂粒组与砂粒组含量的平面分布特征正好相反,粘土含量的平面分布特征与粉砂相似。3）研究海域表层沉积物的平均粒径为2．14～12．79Φ,平均为7．7Φ,沉积物颗粒的直径总体上为细砂粒径;分选系数为0．55～2．99,平均为1．82,分选差;偏态为一0．10～O．75,平均为o．20;峰态为0．63～2．76,平均为1．01。     

辽东湾表层沉积物天然湿容重和含水量的分布及其与粒度的关系

在1961-1962年中国科学院海洋研究所渤海底质调查中,作者对表层沉积物样品和部分柱状样品进行了现场测定,所得资料不仅为研究辽东湾现代沉积过程和成岩作用提供了依据,而且在石油开发前期工程的地基评价上也有重要的现实意义。本文根据这些资料,对辽东湾表层沉积物的天然湿容重和含水量的分布,及其与粒度之间的关系进行了初步探讨,调查站位见图1。     

东山乌礁湾海滩表层沉积物粒度时空变化分析

为了进一步了解海岛岬湾海岸表层沉积物粒度的时空分布特征和形成机制,作者以福建东山岛乌礁湾为典型研究区,通过秋、春、夏3个不同季节海滩表层沉积物的采集和点位测量,综合应用激光法和筛析法进行粒度测定。结果表明,东山乌礁湾海滩表层沉积物以0.16～0.50 mm之间的中、细砂为主,并含有少量的粗砂和细砾,这与区域砂质沉积背景有关;湾内从南到北剖面沉积物粒径由粗砂到细砂逐渐变细,主要受剖面地形、局地物源、季节性风浪作用和近岸往复水动力的影响。时间变化上,各取样站位表现出沉积物粒径粗、细不同程度的多种变化趋势,以秋季为参考,整体上表现为由南到北粒级的变小、增大和稳定,这与东北、南南西季风影响下的浪、潮作用以及沿岸流系格局变化下的水动力环境有关。