B1 · 出版卷 6

颗粒、粒度、分选与圆度

粒度、分选、圆度、结构和沉积能量条件

学习目标

完成本章后，你应能声明粒度尺度，区分粒度、分选和形状，选择合适的取样方法，在不掩盖混合总体的情况下概括分布，并检验而不是预设结构与沉积能量之间的联系。

两个样品都被称为“中砂”。样品一由粒度范围很窄、大小近似的石英颗粒组成；样品二的众数也是中砂，却还含细砾、粉砂和黏土粒级物质。两者的孔隙度、渗透性、启动阈值和搬运历史可能完全不同，一个单一粒级名称掩盖了整个分布。

沉积结构是多维的：粒度是测量尺寸或等效直径；分选描述尺寸分布的离散程度；圆度描述棱角和边缘的曲率；球度描述整体形状接近球体的程度；组构包括定向、堆积和颗粒支撑关系。它们不能彼此替代，也不能替代矿物组成或环境解释。

必须声明分类和测量方法。一种常用工程—地质尺度把大于 2 mm 的颗粒归为砾，2 mm 至 63 微米归为砂，63 至 2 微米归为粉砂，小于 2 微米归为黏土粒级。其他体系使用相近但并不相同的边界。“黏土”还可表示矿物组，因此仅描述粒度时应写“黏土粒级”。

在对数坐标中，毫米粒径 d 可以换算为：


\phi=-\log_2 d。

\phi 增大表示实际粒径减小。该约定使相邻粒级在以二为底的对数尺度上等距，但不会改善不合格取样。报告时应同时保留约定和原始单位。

搬运会产生分选，因为启动、悬浮和沉降不仅取决于直径，还受密度、形状、黏聚性、湍流以及床面遮蔽或暴露影响。反复淘洗可收窄分布，快速整体沉积可保存宽分布；两个各自分选良好的总体混合后也可能表现为双峰和总体分选差。

碰撞和磨蚀能提高圆度，但再循环颗粒可能在本次搬运前已经圆化。化学溶解会磨圆或刻蚀表面，软岩屑比石英更易破碎。因此，“圆度高意味着搬运远”只是待检验解释。

粗颗粒应测量相互垂直的轴，并在组构重要时记录定向。松散砂砾可通过筛分得到各筛级质量；细颗粒常用沉降或光学方法，但分别依赖密度、形状、折射性质或团聚状态等假设。薄片点计数只得到二维切面，若不校正会产生尺寸和形状偏差。

取样支撑十分关键。从沙坝表面挑一把样品不等于横跨河道的总体取样；岩芯塞可能漏掉稀少砾石；混合样会抹平垂向趋势。应记录质量、体积、区间、方向、含水状态、解聚方法以及有机物或胶结物的去除。

应绘制完整分布。分位数、中位数、众数、四分位距和已声明的分选指标都有价值；对强偏态或多峰材料，均值和标准差远远不够。保留原始分箱计数，使后续可以按另一分类重算。

样品 A 有 90% 质量位于 0.25 至 0.50 mm；样品 B 中位粒径为 0.35 mm，却含 15% 细砾和 20% 粉砂—黏土粒级物质。两者中位数相近，但过程意义不同。

样品 A 的窄粒度范围与持续选择性搬运或淘洗相容，也可能来自粒度本来就单一的物源。样品 B 可以由减速水流快速沉积、多个总体混合、细粒渗入、生物扰动或跨层取样形成。需要使用层理、界面和空间背景区分。

即使样品 A 的渗透率更高，也不能只归因于粒度。分选、堆积、形状、黏土分布、胶结和测试方向都控制连通孔隙。

能量不是岩石自身属性。粗粒沉积通常需要较强搬运，但粗粒崩积可以在没有流水的情况下形成；泥也能由高能高浓度流沉积。粒度趋势可以记录物源改变，而不是水动力分选。岩芯向上变细还可能来自风化、钻进损失或选择性取芯。

圆度对比图具有观察者差异。光学仪器给出的等效球径可能与筛分结果不一致。解聚可能破坏软颗粒，解聚不足则会把团聚体当作单颗粒。测量方法改变应被视为数据边界，除非有重叠校准。

使用三个相邻相带的颗粒计数，在同一对数轴上绘制分布，报告取样支撑和方法，识别众数、尾部和可能混合。随后用独立的构造和背景证据为每个样品提出两个过程假设，并写出能够否定每个假设的观测。