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。     

基于原位激光粒度仪(LISST)的悬浮体平均粒径计算方法对比研究

根据2012年夏季和2016年冬季在南黄海中部利用原位激光粒度仪(laser in situ scattering and transmissometry,LISST)进行调查获得的实测数据,对两种平均粒径计算方法的结果进行比较研究,并对产生差别的原因进行分析。结果表明:无论在夏季和冬季,在温度跃层以上粒度分布以粗颗粒为主,两种计算方法差值较小,可以相互替代。在温盐跃层以下层位,细颗粒组分增加,导致二者计算差值变大。端元分析表明较高的平均粒径值倾向于造成平均粒径差值增大。矩值法强调了粗颗粒组分的贡献,而平均粒级法对细颗粒组分的贡献更加敏感,后者是更适用于将LISST观测数据应用于陆架海区现代沉积环境研究的粒径参数计算方法。本文为使用LISST在陆架海区进行现代沉积过程研究提供了参考。     

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。     

图解法和矩法计算泉州湾表层沉积物粒度参数的对比

通过在福建省泉州湾海域采集的70个表层沉积物样品,对粒度参数采用了图解法和矩法2种不同的计算方法,然后将得到的2组数据进行对比。结果表明,2种计算方法得到的2组粒度参数值具有不同的相关性。平均粒径具有高度相关性,可以互换;分选系数具有显著相关性,也在一定程度上可以互相代替;偏度和峰度分别具有微弱相关性,差异较大,不能互相代替。再根据不同参数的等值线图对比,可以看出矩法计算结果在显示沉积物粒度特征横向上的变化时更具有灵敏性。通过对2组粒度参数进行Q型聚类,其结果与沉积物粒度概率曲线分类相当吻合,矩法比图解法划分得更详细。分析结果显示,矩法在计算泉州湾表层沉积物粒度参数上具有更好的效果,并且矩法含有更多的数据信息,建议在数据处理时采用。     

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。     

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。     

概率权重矩法及其在Weibull分布参数估计中的应用

本文应用Ｗｅｉｂｕｌｌ分布各参数的概率权重矩表达式，估计Ｗｅｉｂｕｌｌ分布参数，并用该分布推算一百年一遇最大风速值，与目前国内较为流行的极值Ⅰ型和对数正态分布推算值比较接近。通过统计检验对概率权重矩法与最小二乘法和最大似然法进行比较，结果表明，虽然其拟合优度与最小二乘法和最大似然法相当，但计算过程要简单得多。     

黄河三角洲埕北海域底质沉积物粒度特征及泥沙输运分析

通过黄河三角洲埕北海域表层沉积物的粒度资料、实测潮流数据以及50 a一遇的波浪要素,分析了埕北海域表层沉积物的分布类型以及粒度参数特征,并计算了表层沉积物的临界起动应力、日平均单宽输沙通量以及波流共同作用下的单宽推移质输沙率。结果表明:研究区表层沉积物主要是粉砂质砂、砂质粉砂、粉砂和泥四种,分选中等偏差,近对称到正偏,中等尖锐到尖锐峰态;对大潮期间埕北海域潮流底应力和表层沉积物的临界起动应力的计算说明潮流在大部分区域具有起动和输运泥沙的作用;秋季潮流作用下的日平均单宽输沙通量均值为372.32 kg/（m·d）,方向为涨潮流向。利用贝克尔（Bijker）和经典的Van Rijn公式计算出的50 a一遇的波流共同作用下单宽推移质日平均净输沙率结果近似相等。     

粒径趋势分析对长江南支口外沉积物输运的指示意义

沉积物粒径趋势分析是自20世纪80年代逐步发展起来的一种粒度分析方法,其核心是从沉积物粒度参数的空间分布变化规律中提取沉积物净输运方向的信息[1].这一方法已经成功地被应用于河流体系、湖泊、海岸带、港口、河口乃至陆架、海底峡谷等多种沉积环境中进行沉积物输运趋势的分析[2~11].目前将该方法直接应用于大河三角洲沉积体系来探讨沉积物在三角洲体系内部的输运趋势的研究还较少见.     

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。     

海洋沉积物重金属研究中的晶粒度与粒度效应

本文通过理论估算及实验数据验证，发现6/a（a为晶粒粒径）可以很好地表示晶粒的比表面积。结合吸附理论模式讨论发现参考元素Al、Li等的粒度效应和重金属的粒度效应有着本质上的区别；海洋自生矿物必须考虑到晶粒度效应，在陆源碎屑对重金属吸附的粒度效应校正中粒度可代替晶粒度；重金属含量随粒度变化的曲线为双曲线关系，在实际工作中应该重点分析粒度＜3μm的颗粒。     

平均海面传递方法的比较与选择

给出了常用平均海面传递方法的假设条件.以中国沿岸典型验潮站为例,统计不同同步时长下各传递方法的精度.统计分析表明,同步时长在7d内时应慎用回归分析法;最小二乘拟合法的假设条件缺乏相关的理论支持,只适用于潮差变化较小的区域;同步改正法在同步7d时基本能保证极值误差在10cm内,而同步15d与同步30d的精度相当,能达到厘米级.基于分析结果给出了传递方法的选择建议,为提高中短期验潮站的平均海面确定精度提供了依据.     

海洋放线菌不同分离方法的比较研究

采用平板涂布法,以青岛海区潮间带沉积物为对象进行海洋放线菌的分离方法研究.具体分析了不同样品预处理方式、稀释液、海水浓度和培养基种类等对分离效果的影响.结果表明,55℃预处理样品6 min能有效减少细菌数量,利于潮间带沉积物中放线菌的分离;以1/4林格氏溶液稀释样品、纯海水配置培养基,可以分离得到较多的放线菌;不同培养基对沉积物中放线菌的分离效果差别很大,本实验设置的M1 ～ M9培养基中,M1、M6、M7和M8培养基的分离效果优于其他5种.     

东菲律宾海深水铁锰结壳发育站位沉积物的粒度及黏土矿物学特征

大洋铁锰结壳是潜在的重要海洋资源,多年来世界各国对此已作了大量调查.传统意义上的铁锰结壳均分布于3000m水深以浅的海山基岩上.中国科学院海洋研究所在对东菲律宾海的地质调查中采集到大量褐黑色深水铁锰结壳.在300多个站位的取样中,在44个站位采集到结壳样品,可见结壳在研究区的分布较为广泛.该结壳发育于4000~5000m水深的致密至半固结沉积物的表层,厚度一般为2~3cm,最厚可达7cm.结壳为板(层)状.