西藏高原洞穴碎屑沉积的电镜扫描研究

应用电镜扫描石英颗粒结构分析,对西藏高原洞穴碎屑沉积及其相关的地表沉积物进行了研究。其结论是:绝大部分样品的物质来源于附近的火成岩和变质岩基岩,这些沉积物的石英颗粒表面并未显示经受冰川的、河流的或风的搬运作用所造成的变形痕迹,也缺乏成土作用或热带湿热环境的化学变形证据。很明显,目前的环境难于在石英颗粒表面产生物理的或化学的结构形态。      

定量表征河流砂颗粒的形状——在西藏帕隆藏布的尝试

河流搬运体系中,颗粒的形状属性可以反映其来源、搬运、沉积的过程。长期以来沉积学界缺乏相对统一的定量的、多维的颗粒形状参数。本研究以西藏雅鲁藏布江支流帕隆藏布为例,运用图像分析、软件分析等计算机辅助技术,对8个天然河流砂样品中的2276个颗粒开展碎屑成分鉴定和形状参数量化等工作。重点评估了11个颗粒形状参数,通过因子分析等统计方法提取并定义了3个形状信号,包括圆形度因子、规则度因子和平滑度因子。这些参数可用于表征颗粒宏观形状上接近圆形的程度、中观尺度上轮廓规则的程度及轮廓平滑的程度。挖掘天然河流砂的重要形状特征后,进一步探索了这些形状参数与颗粒成分、粒度的关系。本研究成果为解释河流系统中颗粒的形状信号、理解颗粒自身微观属性和外部物理过程等提供重要借鉴。     

定量表征河流砂颗粒的形状——在西藏帕隆藏布的尝试

河流搬运体系中,颗粒的形状属性可以反映其来源、搬运、沉积的过程。长期以来沉积学界缺乏相对统一的定量的、多维的颗粒形状参数。本研究以西藏雅鲁藏布江支流帕隆藏布为例,运用图像分析、软件分析等计算机辅助技术,对8个天然河流砂样品中的2276个颗粒开展碎屑成分鉴定和形状参数量化等工作。重点评估了11个颗粒形状参数,通过因子分析等统计方法提取并定义了3个形状信号,包括圆形度因子、规则度因子和平滑度因子。这些参数可用于表征颗粒宏观形状上接近圆形的程度、中观尺度上轮廓规则的程度及轮廓平滑的程度。挖掘天然河流砂的重要形状特征后,进一步探索了这些形状参数与颗粒成分、粒度的关系。本研究成果为解释河流系统中颗粒的形状信号、理解颗粒自身微观属性和外部物理过程等提供重要借鉴。     

松花江哈尔滨段河床冲积物与沙尘天气关系的讨论

笔者重点分析了哈尔滨河床冲积物的粒度组成,结合沙尘沉降物的粒度组成,论述了裸露河床冲积物对沙尘天气的影响。河床冲积物及沙尘沉降物粒度分析结果显示,裸露河床冲积物粒径大于63μm的颗粒占84%以上,而小于63μm粒径的颗粒很少,小于10μm的颗粒微乎其微;沙尘沉降物中小于63μm的粉粘颗粒含量在90%以上。对河床冲积物而言,无论是砂级别的粗颗粒物质还是粉粘级别的细颗粒物质都与沙尘沉降物的粒度无相关性,对沙尘暴物质组成没有影响或影响很小。受砂级别的粗颗粒物质扬起高度和搬运距离的限制,沙尘暴发生时,裸露河床中的冲积物颗粒不会被远距离搬运而影响到整个哈尔滨地区,真正影响整个哈尔滨地区的沙尘物质是小于63μm的粉砂级别的颗粒,特别是小于10μm的粉尘。笔者认为对哈尔滨沙尘天气产生重大影响的是含有大量细颗粒物质的城市地表土和建筑土等,这些地域是防止沙尘天气的重点治理区域。     

与胡修棉的讨论:水流搬运与沉积过程中掺和作用对碎屑颗粒的重要影响

胡修棉教授(2017)发表的学术论文《物源分析的一个误区:砂粒在河流搬运过程中的变化》,基于Krumbein滚筒实验结果及大量观察数据,发现现代河流的砂粒中不稳定矿物成分、磨圆度及粒径等变化与国内《沉积岩石学》教材相关结论矛盾,应用于物源分析是"以讹传讹"。受其启发,基于前人研究成果,作者进行了较深入的分析,认为滚筒实验结果对自然界河流砂的机械搬运具有一定的指示意义,即随着搬运距离的增加,颗粒逐渐变细、磨圆度变好,加之河流搬运过程中伴随的化学分解等作用,其中的不稳定成分逐渐变少。但由于掺和作用的存在,河流搬运过程中混合了搬运距离不同的颗粒,其不稳定矿物成分含量、磨圆度和粒径等均会发生变化。国内教材对上述现象均有不同程度的描述,得到广大沉积学者认可,而胡修棉教授(2017)对此论述不够。此外,胡修棉(2017)单从地理位置上划分搬运距离的长短似乎不妥。河流搬运对颗粒的磨圆度和粒径的改造作用缺乏直接的数据证明,建议利用标定法跟踪观察。     

与胡修棉的讨论:水流搬运与沉积过程中掺和作用对碎屑颗粒的重要影响

胡修棉教授(2017)发表的学术论文《物源分析的一个误区: 砂粒在河流搬运过程中的变化》,基于Krumbein滚筒实验结果及大量观察数据,发现现代河流的砂粒中不稳定矿物成分、磨圆度及粒径等变化与国内《沉积岩石学》教材相关结论矛盾,应用于物源分析是“以讹传讹”。受其启发,基于前人研究成果,作者进行了较深入的分析,认为滚筒实验结果对自然界河流砂的机械搬运具有一定的指示意义,即随着搬运距离的增加,颗粒逐渐变细、磨圆度变好,加之河流搬运过程中伴随的化学分解等作用,其中的不稳定成分逐渐变少。但由于掺和作用的存在,河流搬运过程中混合了搬运距离不同的颗粒,其不稳定矿物成分含量、磨圆度和粒径等均会发生变化。国内教材对上述现象均有不同程度的描述,得到广大沉积学者认可,而胡修棉教授(2017)对此论述不够。此外,胡修棉(2017)单从地理位置上划分搬运距离的长短似乎不妥。河流搬运对颗粒的磨圆度和粒径的改造作用缺乏直接的数据证明,建议利用标定法跟踪观察。     

松辽盆地十屋断陷十屋地区营城组物源体系探讨

在综合分析碎屑颗粒组分、重矿物组合、砂砾岩展布和地层倾角测井等资料的基础上,探讨了十屋断陷十屋地区营城组沉积时期的物源体系特征和分布。碎屑颗粒组分和重矿物分析能指示物源区母岩类型和碎屑物质的搬运方向,砂砾岩展布能指明了碎屑物质的搬运方向和搬运途径,地层倾角测井则指示了古水流的方向。结果表明,十屋地区营城组存在三大物源体...     

南海颗粒物质的通量、组成及其与沉积物积累率的关系初探

通过大孔径时间系列沉积物捕获器的多年测量及对样品的多学科综合分析表明:南海北部与中部深海区1000m左右水深颗粒通量大约为90mg·m-2·d-1,在多数情况下,季风期间的颗粒通量有比较明显的增高。颗粒物主要组成为钙质生物来源的CaCO₃、生物硅、岩源物质及海洋生物来源的有机质。颗粒通量与组成在水柱中的垂向变化表明,生源组分中CaCO₃及有机质随深度具有较为明显的减少。颗粒物侧向运动可能是造成某些时段南海中部深层颗粒通量增加的主要原因。颗粒物质在进入深海沉积物之前,CaCO₃、生物硅均在深层水与沉积物界面之间发生大量的溶解作用。有机质在沉降过程中的减少,一方面是由于硅质与钙质壳体的溶解而使结合在壳体内部的有机质随之溶解造成;另一方面可能与生物及生物地球化学作用有关。岩源物质除水柱沉降之外,还可以通过浊流等底层搬运机制进入南海北部及中部海盆,其中在南海北部这种搬运作用更为明显。     

冻融作用下砂土颗粒形态变化规律研究

土壤中的石英颗粒的表面形态不仅是该沉积物物源区沉积环境、 搬运机制的信息载体, 同时也会直接影响到砂土的宏观物理特性, 对力学和实际工程有着重要的意义。借助显微与高精度图像处理技术, 采用长径比, 磨圆度两个量化指标, 对经过不同次数冻融作用的两组砂土颗粒进行观察。结果表明： 砂土颗粒在冻融循环过程中, 由于颗粒之间的相互作用, 磨圆度先增大后减小, 最后趋于稳定; 长径比先减小, 后增加, 最后趋于稳定。长径比与磨圆度的变化曲线共轭。     

石英颗粒表面“V”形撞击坑与化学溶蚀坑的鉴别

石英颗粒表面特征主要是从形态上来加以区分,它是一种形貌分析法。很多特征在不同的搬运和沉积过程中都存在,因此不能用单一的特征来分析其搬运介质、搬运方式和沉积史。要综合分析全部特征,去伪存真,同时对这些特征要有正确的鉴定,这是分析的基础。     

辽宁中元古代初期粗碎屑岩中微生物砂质颗粒的发现及古环境意义

微生物席成因构造(microbial induced sedimentary structures, MISS)是由微生物与沉积物相互作用形成的生物沉积构造,表现形式有变余波痕、皱饰构造、微生物席碎片、纺锤状或次圆状收缩裂缝等。首次在华北地台东北部辽宁兴城中元古代初期常州沟组底部粗碎屑岩交错层理面上发现了大量的微生物砂质颗粒,在中元古代底部粗碎屑岩中发现大量微生物砂质碎片。这一发现对于了解华北地台MISS的活跃时代以及恢复中元古代早期粗碎屑岩的形成古环境有重要的科学意义,特别是为华北地台古元古代、中元古代的地层划分与对比提供一定的生物地层学参考。发现的微生物砂质颗粒大小在0.1~0.2 mm,形态以球形为主。这些微生物砂质颗粒形成于静水环境的潮上带或泥坪之中的微生物席底,在剧烈的构造运动以及海侵初期高频的海平面运动中被风暴、海啸等灾难性事件破坏,并随着退潮水流被搬运至发育交错层理的潮道区域,与粗碎屑物质一起沉积。这些被风暴破坏的微生物砂质颗粒在搬运过程中被磨圆并产生一定的分选。     

澳门黑沙遗址沉积物的成因分析

通过孢粉分析，粒度分析，矿物成分和石英砂微观形貌分析，对史前石器发掘地黑沙遗址的沉积物成因进行了初步探讨，沉积物分选较差，矿物成熟度一般，自下而上颗粒变粗，分选性和磨圆度变好，孢粉以淡水河口成分为主，揭示黑沙遗址沉积物总体属河流搬运作用为主同时受低能潮直带波浪作用的近岸环境下的沉积，沉积物的物质来源于花岗岩，泥岩和粉砂岩，经河流中近距离搬运。     

三种碎屑颗粒形态定量分析方法的比较及应用

沉积物颗粒的形态是沉积成因分析的主要标志之一。目估对比法是沉积物颗粒圆度分析中常用的方法。目估法直观、简捷,但主观因素影响较大。本文利用计算机图像分析软件Image Pro Plus 6.0获取鲍尔斯目估标准颗粒的轮廓,并用3种定量方法测量这些标准颗粒的IPP圆度、轮廓分维数和傅里叶不圆度,然后对比这些圆度的划分标准与目估标准之间的差别,最后用3种圆度测定方法同时测量广东马头山风化坑和河流壶穴中碎屑颗粒的圆度,通过测量结果的对比来评价这3种定量方法的应用效果,检验这些方法能否在实际应用中代替目估方法以区分不同成因的碎屑颗粒。分析表明：目估法的磨圆度标准不是简单地表达颗粒的圆形与否,其中包括了颗粒表面结构的差异;3种定量方法的圆度划分标准很难与目估划分标准完全一致;3种方法所表征的圆度均能区分风化作用和流水侵蚀作用形成的颗粒,因此3种定量方法均可以代替目估方法测量颗粒的圆度;在不强调颗粒表面特征的前提下,IPP圆度的测量方法比其他两种方法更加有效;颗粒形态的分析结果证明河谷壶穴中的颗粒由流水侵蚀作用而成,山顶风化坑中的颗粒由风化作用而成     

岩浆岩砾石磨圆度地质意义的研究

定量地质学的兴起促进了地球科学的快速发展,但是国内外对砾石磨圆度与搬运距离之间定量关系的研究长期以来没有明显的进展。本次研究通过对永定河、碓臼峪、滦河和大石河四条河流进行系统的野外考察,从河流的出山口开始向下游设定考察点,详细描述各考察点砾石的磨圆度、粒度特征并进行统计分析,对岩浆岩砾石磨圆度与搬运距离的定量关系以及磨圆度的影响因素进行了研究。研究发现,岩浆岩砾石的磨圆度随着搬运距离的增大而变好,在搬运的初期变化最快,而后逐渐缓慢下来,最终磨圆度趋于稳定。岩浆岩砾石由棱角状变为次棱角状一般需要搬运3~6 km,由次棱角状变为次圆状一般要搬运12~21 km,圆状砾石大量出现至少要搬运22~31 km。砾石的磨圆度受搬运距离、母岩成分、粒度和破碎作用的影响。棱角状、次棱角状砾石容易被磨蚀,在搬运初期转化为次圆状、圆状,而圆状砾石不易磨蚀达到极圆状;岩浆岩砾石磨圆速度比石英快,比石灰岩慢;相同母岩成分的砾石,粗粒砾石比细粒砾石磨圆快;破碎作用则会降低砾石的磨圆度,使部分砾石呈现出与搬运距离不协调的磨圆特征。     

土石混合体块石破碎影响因素的颗粒流数值研究

颗粒破碎是土石混合体的一种基本属性,机理复杂,影响因素众多。鉴于室内试验受设备、材料等因素限制且费时费力,本文采用Monte Carlo思想构建了能够真实反映块石破碎过程的PFC2D颗粒离散元数值模型,在室内直剪试验和筛分试验基础上进行了数值剪切试验,系统性探究土石混合体块石破碎特性的影响因素及基本规律。结果表明:在法向应力作用下,剪切后试样出现明显的块石破碎现象以分散应力;块石粒径对块石破碎程度影响显著,块石粒径越大,破碎势越大,越易破碎;块石浑圆度较小时,颗粒间接触面积较小,应力集中显著,破碎率较大;颗粒级配连续、良好时,颗粒间咬合充分接触完全,接触受力点较多,碎裂更不易发生;试样初始孔隙率对破碎率影响较小,相同法向应力下,随着孔隙率增大,块石破碎程度呈现轻微增大趋势。     

西藏冈底斯尼木后碰撞花岗岩的岩浆混合作用:显微结构证据

岩浆混合过程中不同熔体之间的相互作用会影响晶体的成核与生长,形成矿物内部复杂的成分变化,以及矿物之间的不平衡结构。尼木二长花岗岩位于冈底斯岩浆岩带中部,是代表性的形成于后碰撞构造演化时期的花岗岩体。本文对其中的斜长石与角闪石颗粒进行了详细的结构和成分分析,揭示了斜长石中的港湾状、浑圆状、筛孔状熔蚀结构以及斜长石成分的突然变化和角闪石包裹黑云母的不平衡结构,并探讨了它们的成因以及相关的岩浆混合作用。分析结果显示,斜长石中突变环带的An含量为37.6~40.6,熔蚀环带的An含量为48.2~59.5,均高于两侧斜长石的An含量(18.4~26.4),表明在形成这些结构时有外来基性岩浆的混合使得岩浆成分发生了突变。样品中的部分黑云母被自形的角闪石包裹,黑云母呈浑圆状并且具有港湾状的熔蚀边,这可能是基性岩浆的混合作用使得岩浆的温度升高导致黑云母发生部分熔融,混合后的岩浆在黑云母周围继续结晶形成角闪石。这些显微结构为揭示冈底斯岩浆岩带的岩浆混合作用提供了新证据。     

物源分析的一个误区:砂粒在河流搬运过程中的变化

长期以来,中国沉积学界存在一个认识误区,认为"碎屑物质在流水搬运过程中,其不稳定成分逐渐变少,粒度逐渐变小,圆度逐渐变好",并把这一认识错误地运用到对砂岩的物源分析中。作者基于文献调研和现代河流砂研究成果,评述了关于砂粒的不稳定矿物含量、磨圆度、粒度这3个重要参数的研究进展,认为河流搬运过程中砂粒并没有向下游出现明显的不稳定矿物丢失,粒度和磨圆度也没有明显变化,这3个参数与搬运距离并无必然关系。因此,根据长石、岩屑、不稳定重矿物的多寡以及粒度大小、磨圆度好坏来推测砂岩物源区的距离远近是缺乏科学依据的。     

黄泛平原区土的工程特性研究

采用X衍射、电子探针等方法分析了黄泛区土的组成特点、颗粒微观结构和物理力学特性,研究了土的压实机理和性状。研究认为,黄泛区土呈层状结构,化学成分以硅、铝为主,非黏土矿物含量高,粉土颗粒高达80 %以上,级配较差。由于黄河水的长距离搬运作用,粉土颗粒磨圆度高、表面剥落严重,碾压时颗粒间难以形成有效的嵌挤,表现出较差的压实性状,在90 %的压实度下,土中孔隙气体体积较大,具有较大的压缩性;压实度由95 %提到98 %,土的密实度和承载能力提高显著;毛细水作用强烈,地下水位以上1.3 m范围内,土质处于过湿状态和严重超载的状况下,低填方路基的支撑能力不足。     

粉尘颗粒的形成机制与影响因素

通过测定沉积物粒度来获取环境信息已经成为环境变化研究的常规手段之一,多组分分离的方法也逐渐被广泛采用,但对于粒度分布中不同组分的成因存在着不同的看法。Alfaro的碰撞理论认为当母质所遭受的碰撞能量大于母质中集合体的内聚力时,能够产生与之对应的特征组分,即特定的风速能量决定了特定组分的形成。为了对Alfaro碰撞理论进行论证检验,研究选择屏蔽了搬运分选过程、纯经机械碰撞形成的岩石碎屑和粮食表面附着物,进行粒度分析。分析发现:1)不论无机质组成的岩石还是有机质组成的粮食,其颗粒粒径主要受控于母质成分,且粒度分布均具有与种类密切相关的特征。2)虽然少部分物质的粒度分布也存在Alfaro风洞实验中出现的中值粒径较稳定的组分,但其碰撞理论很难解释大量的不相符现象和各种物质种内差异小于种间差异等现象。证明了粉尘颗粒的粒径与其物质成分特点存在密切联系,而与外界碰撞过程没有直接对应关系,能量碰撞作用并不能直接导致粉尘颗粒优势组分的形成。因此,本研究认为形成粉尘不同粒度组分的影响因素是多方面的,其中风力(能量)只是其中之一,起尘区和降尘区的大气动力条件、粉尘在搬运过程中的分选作用以及粉尘的形成母质性质和环境都是影响粉尘粒径多组分特征的重要因素。     

物源分析的一个误区:砂粒在河流搬运过程中的变化*

长期以来,中国沉积学界存在一个认识误区,认为“碎屑物质在流水搬运过程中,其不稳定成分逐渐变少,粒度逐渐变小,圆度逐渐变好”,并把这一认识错误地运用到对砂岩的物源分析中。作者基于文献调研和现代河流砂研究成果,评述了关于砂粒的不稳定矿物含量、磨圆度、粒度这3个重要参数的研究进展,认为河流搬运过程中砂粒并没有向下游出现明显的不稳定矿物丢失,粒度和磨圆度也没有明显变化,这3个参数与搬运距离并无必然关系。因此,根据长石、岩屑、不稳定重矿物的多寡以及粒度大小、磨圆度好坏来推测砂岩物源区的距离远近是缺乏科学依据的。