富有机质页岩的岩石粒度分析：成果揭示

沉积岩或沉积物中矿物颗粒的大小称为沉积岩的粒度或沉积物的粒度。粒度分析是对其矿物颗粒大小进行统计测量和数据处理的总称，目的在于取得粒度分布参数，分析其分布规律以便为岩石分类定名、岩相古地理分析、岩石物理性质研究等提供粒度数据。粒度一般用颗粒的直径来度量，但要对“直径”予以定义是十分困难的，目前用粒度测量方法所包含的几何意义或物理意义来定义直径。

1.筛析分析

筛析是粒度分析的基准方法，目前标准筛的最小孔径是0.02 mm，适用于松散沉积物和可松解沉积岩的粒度分析。

2.沉降分析

沉降分析一般接续筛析对粉砂和黏土颗粒进行粒度分析，它同筛析一样，是一种经典的且广泛使用的细颗粒分析方法。其原理就是斯托克定律。根据斯托克定律，沉速与粒径的关系可以导出水介质中颗粒沉降时粒径（cm）、沉降高度（cm）和沉降时间（s）之间的关系：

式中，ρ为颗粒的密度，g/cm3，若取黏土和粉砂的平均密度为2.65 g/cm3，取毫米单位，则

表7—2中列出了天然沉积物中粉砂—黏土级颗粒的沉降深度—时间关系。因为由直径可以计算体积，体积又可计算质量，质量又可求出浓度、浊度等，所以反过来测定悬浮液的浊度、浓度、沉积质量、沉降高度等均可求出d值。根据这一原理，可建立许多沉降分析方法，目前应用最广泛的沉降分析方法是吸管法，其次是沉降天平法。

表7—2　天然沉积物中粉砂—黏土级颗粒的沉降深度—时间表

注：表中所列深度—时间即移液管吸取深度—时间（刘岫峰，1991）。

1）吸管法

一定粒度的颗粒在一定的时间内沉降的深度为一定值。若沉降深度一定，按一定的时间间隔反复在沉降深度的液层面上吸取悬浮液即可将不同的粒级分开。吸取深度和时间可查表7—2。按沉降时间逐级吸取，吸取后的悬浮液分别沉淀、烘干、称重，把相邻两个粒级的质量相减即得到某一粒级分组的质量。吸管法常用来提取黏土颗粒，吸管分析装置如图7—5所示。

图7—5　吸管分析装置

1—玻璃缸；2—虹吸管；3—夹子；4—溢液收集器；5—座；6—毫米刻度纸条(www.xing528.com)

若吸管用移液管代替，每次吸取定量的悬浮液，求出悬浮液的浓度后再乘以整个悬浮液的体积也可求出各粒级质量，此即移液管法（图7—6）。

吸管法和移液管沉降分析首先要将样品筛析至62.5 μm，收集低筛中全部小于62.5 μm的粉砂—黏土样；若小于62.5 μm的样品质量小于50 g，则全部用来制悬浮液供沉降分析；若其质量大于80 g，则取一半，但计算粒级百分数时，需加上剩余一半的质量。

2）沉降天平法

图7—6　自控式移液管全貌A图和三通阀B图

A.移液管全貌：1—三通阀（另参考B图）；2—移液管；3—自控定量吸液器
B.三通阀及其工作状态：（a）吸液状态；（b）封闭状态；（c）通大气放液状态；1—通气支管；2—活塞垂直上孔； 3—活塞垂直下孔；4—活塞上孔；5—活塞下孔；6—活塞水平孔（刘岫峰，1991）

沉降天平即在沉降筒内置一个天平托盘，连续称取沉积物质量，经传感器将质量变化转换成电压信号推动记录仪自动绘出累积质量—时间曲线，根据此曲线由微型计算机自动处理后即得各级质量频率。

沉降天平分为两种，一种是大型沉降天平，沉降筒高140 cm，用于沙级沉降分析；另一种是小型沉降天平，用于粉砂—黏土级粒度分析。其优点是测量过程直观，用样量少（1～10 g），缺点是若不用计算机处理数据而用人工计算则较麻烦，因为它记录的是质量—时间曲线。另外，斯托克定律仅适用粒度＜0.063 mm的粉砂和黏土的沉降分析，而对0.063～2 mm的砂样进行沉降分析时，多用吉布斯公式计算。对于水介质和砂样密度为2.65 g/cm3的沉降分析而言，吉布斯公式是：式中，d、h、t的含义和斯托克公式相同，但此处d、h的单位均用cm，t仍为s。

3.薄片粒度分析

薄片粒度分析是固结岩石粒度分析的唯一方法，普遍使用。薄片粒度分析给出的基本数据是颗粒百分率。

薄片粒度分析一般包括以下几个步骤：

（1）抽样：分析抽取的颗粒数为300～500粒，抽样颗粒数的多少与碎屑矿物含量有关；统计测量时的抽样方法可用线测法、视域带测法。线测法可用画线或机械台控制测线，凡测线上的所有颗粒均测，适用于人工测量；视域带测法就是在一个视域内的颗粒全部测完后再移至相邻的下一个视域，两个视域应在某一十字丝方向上相切，适用于图像分析测量。

（2）测量直径：由于视长直径（即视大小，也就是肉眼看见的物体的视角）的定义明确，易于选择，故应测量视长直径来确定粒度的大小。

（3）人工测量或图像分析测量：轮廓不清的矿物颗粒、重矿物和片状矿物颗粒不计；对有次生加大边的石英和长石应测量原粒的直径。

在对页岩粒度的研究中，筛析数据和沉降分析数据之间，平均值偏差一般＜0.1φ，两种方法不经校正就可以互用，也可以互相接续分析（即沉降分析接续筛析）；薄片粒度分析与筛析之间平均值偏差可达0.25φ或更大，应以筛析为基准去校正薄片粒度分析数据。