碎屑物質主要通過機械運輸，其運輸和沈積受水動力條件(如介質、流量和流速)控制。掩埋後，除部分應時被次生擴大或溶解外，碎屑物質顆粒壹般變化不大。因此，顆粒大小和分布特征可以用來直接反映沈積過程中的水動力條件。粒度分布的研究可以提供以下信息:①明確輸送介質的性質，如風、水、冰川、泥石流、濁流等。(2)判斷輸送介質的能量狀況，如流量、強度、啟動能力等。(3)明確處理方法，如滾、跳、懸等；④明確沈澱的形式，如牽引流和濁流。
(壹)粒度分析的主要方法
根據顆粒大小和巖石密度的不同，分別采用以下四種方法。
1.直接測量方法
通常用於礫巖或礫石。方法是用量具直接測量礫石的直徑或表觀直徑。壹般來說，某壹地區的礫石(粒徑大於2mm的顆粒)不少於100，用於河流、沿海地區、冰川和洪積物等礫巖的分析。
2.篩析法
用於松散或膠結不良的礫石砂巖到粉砂巖，它用壹套不同篩孔直徑的篩子篩選砂樣，將它們分成不同粒徑的組分。壹般網孔直徑為1/4？間隔較好，稱量每層篩中砂的質量，計算其百分含量。篩析法簡單準確，需要註意的是取樣要在壹個完整的序列內，粗、中、細砂都要取樣。
3.切片粒度法
壹般用於致密巖石，方法是在顯微鏡下用千分尺直接測量巖石薄片中顆粒的最大表觀直徑，將測量值換算成？值，按照1/4組的間隔，計算每組粒子的百分比，每塊需要統計300 ~ 500個粒子。
4.激光衍射粒度分析方法
激光衍射粒度分析是根據激光照射後，顆粒可以衍射或散射激光的現象來測試顆粒的粒度分布。光在傳播時遇到微小顆粒會散射。大顆粒散射角小，小顆粒散射角大。激光衍射粒度分析可以快速、準確、方便地分析幹、濕松散顆粒的粒度，可以測量納米到毫米範圍內的粒度。
激光器產生的激光被擴束成直徑約為10 mm的平行光束，在沒有粒子的情況下，平行光通過傅裏葉透鏡後會聚在後焦面上。大顆粒引起的散射光角度小，顆粒越小，散射光與軸的角度越大。這些不同角度的散射光經過富氏透鏡後會在焦平面上形成壹系列半徑不同的圓環，由這些圓環組成的明暗交替的光斑稱為艾裏斑。艾裏斑包含豐富的粒徑信息，簡單理解為半徑大的環對應較小的粒徑；半徑小的環對應於較大的顆粒尺寸；不同半徑的環形光的強度包含了該尺寸粒子的數量信息。這樣，我們在焦平面上放置壹系列光電接收器，將不同粒徑顆粒散射的光信號轉換成電信號，傳輸到計算機。通過米氏散射理論對這些信號進行數學處理，可以得到顆粒的尺寸分布。
激光衍射粒度分析方法具有以下主要特點:①測量的粒度範圍寬，結合了多種光散射原理，通過計算機的人工智能系統自動靈敏地改變測量模式，從而擴大了粒度測試的範圍，測量範圍非常廣，從納米到微米(0.02 ~ 2000微米)；(2)應用範圍廣，不僅可以測量固體顆粒，還可以測量液體中的顆粒。DeSmet利用前向光散射測量二維顆粒的平均粒徑和形狀，與紅外、質譜、核磁共振壹起使用粒度儀，使粒徑測試內容多樣化；③重現性好。與傳統方法相比，激光粒度儀測量結果準確可靠。④測量時間快，整個測量過程可以用1 ~ 2分鐘。壹些儀器已經實現了實時檢測和實時顯示，允許用戶在整個測量過程中觀察和監控樣品。
使用上述不同方法得到的分析結果可能會有偏差，例如薄片粒度與篩粒度的偏差可達0.25？或者更多，這是切片效應的結果(切片效應是指顆粒聚集體切片中顆粒的表觀直徑小於其真實直徑)，必須加以修正。弗裏德曼(1962)提出的粒度回歸校正方程為:d = 0.3815+0.9027d(d-校正後的篩徑？；D—薄片中的直徑？)。
用薄片粒度法分析粒度時，也必須考慮砂巖中基質的影響，即校正雜質基數。該方法是用顯微鏡測量或估計雜質堿含量。由於切片作用和成巖後生作用，其價值壹般較高。取2/3或1/2作為修正值，假設是X，將每個累積頻率乘以(100-X)作為晶粒度的實百。
總之，在樣品類型和實驗條件具備的情況下，激光衍射粒度分析是最合理有效的方法。目前廣泛應用於材料科學和沈積學研究。
(2)粒度的分類
壹般采用Wooden-Wentworth標準，這是壹種以毫米(mm)為單位的分類方案。後來Querubin (1934)提出了對數轉換，叫做？值(？=-log2d，其中d是顆粒直徑)。顆粒大小(毫米)和？值的對應關系見表5-5。
(3)粒度曲線和粒度參數
根據粒度分析的結果，可以編制各種直方圖、粒度曲線和粒度參數。
1.直方圖和粒度曲線
直方圖和粒度曲線都是沈積環境分析的參考標誌。常用的粒度曲線有直方圖、頻率曲線、累積曲線和概率累積曲線。
表5-5級配標準對照表
圖5-35用直方圖制作的頻率曲線
(據Krumo Ainitar，1938)
直方圖是粒度分析最常用的圖形。它的橫坐標是粒度區間，縱坐標代表粒度的百分含量，制成壹系列相互聯系的不均勻的矩形圖形(圖5-35，左)。直方圖的優點是可以直觀、簡潔地反映粒度分布特征。
頻率曲線是將直方圖每壹列的縱邊和橫邊的中點依次連接成多邊形的頻率曲線(如圖535右圖)，其所圍成的多邊形的面積仍然基本等於直方圖的面積之和。頻率曲線可以清楚地顯示粒度分布、分選質量、粒度分布的對稱性(偏斜度)和尖點(峰度)等特征。
累積曲線是壹種常用的簡單圖形，它以累積百分含量為縱坐標，以粒徑為橫坐標，在圖形上從粗顆粒的壹端開始標註各個顆粒級的累積百分含量。用壹條平滑的曲線將點連接起來，即累積曲線(圖5-36)。累積曲線壹般呈S形，從中可以看出粒度分離的好壞，在計算粒度參數時，也可以讀出壹些累積百分比對應的粒度值。累積曲線的形狀可以用來區分不同的沈積環境。
概率累積曲線也是粒徑累積曲線，畫在正常的概率紙上，橫坐標代表粒徑；縱坐標是累計百分比，使用概率標度。概率坐標不是等距的，而是以50%為中心，上下兩端相應逐漸增大，這樣可以放大粗細尾部，清晰顯示。概率曲線中碎屑沈積物的粒度不是簡單的對數正態分布，而是由若幹對數正態分布亞總體組成，壹般包括三個亞總體，在概率圖上顯示為三條直線，代表三種不同的基本處理方式，即懸浮處理、跳躍處理和滾動處理(圖5-37)。三個子種群在累積概率曲線上稱為懸浮種群、跳躍種群和滾動種群(牽引種群)，概率圖上除三個子種群外的其他參數有:截距點、混合度、子種群百分含量和排序。
分界點是指兩條亞人群直線的交點，用橫坐標表示。精細截止點(S截止點)是懸浮粒子群和跳躍粒子群的交叉點，表示可以懸浮的最粗粒子。粗切點(T切點)是跳躍種群和滾動種群的交集，表示可以跳躍的最粗粒子。
混合程度是指當兩條亞種群直線相交時，分界點處的某些點不在直線上，而是分散的、過渡的，也稱為過渡帶，反映了沈積分異。
圖5-36三種常見的粒度曲線
(據賴內克等人，1973)
1-頻率曲線；2—累積曲線；三概率累積曲線
圖5-37概率累積曲線中的人口和粒度分布
(據Vischer，1969)
亞群體百分比是每個亞群體在總樣本中所占的百分比。
可分類性用每個子種群直線段的斜率來表示，即直線段的傾角。上述整體發育的數量、粒度範圍、分選等參數受沈積條件和水動力條件的規律性控制。各種沈積環境的概率粒度分布不同(表5-6)。
表5-6不同類型沈積環境中砂質沈積物的粒度概率分布特征
(根據Vischer，1969，簡化)
2.粒度參數
常用的粒度參數有平均粒度(Mz)、標準差(σi)、偏度(Sk)和峰態(KG)。計算粒度參數的方法有兩種:①數理統計，以概率統計為基礎，直接計算粒度分析得到的各個粒度所占的百分比，常用的計算方法是矩法，比較復雜，使用較少；(2)圖解法:從累積曲線上讀取某個累積百分比處的粒徑，然後用簡單的算術公式計算出各種粒徑參數，包括平均粒徑(Mz)和標準差(σi)。
平均粒徑(Mz):表示樣品的平均粒徑，反映輸送介質的平均動能。計算公式為:
沈積學與古地理教程(第二版)
標準差(σi)表示分選程度，即反映顆粒的分散和集中狀態，計算公式為:
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根據不同環境下采集的大量樣本計算，分選程度可分為七個等級:① σ I < 0.35為優秀；②σI = 0.35 ~ 0.50；③ σ I = 0.50 ~ 0.70，分離效果更好；④ σ I = 0.70 ~ 1為中等排序；⑤ σ I = 1 ~ 2，排序差；⑥ σ I = 2 ~ 4，排序差；⑦ σ i > 4排序極差。
偏度(Sk)是用來表示頻率曲線對稱性的參數，按其對稱形式可分為三類(圖5-38): ①單峰對稱曲線，以峰值為對稱軸的對稱曲線，曲線呈正態分布，反映Mz(平均粒子)= MD(中位數)= Mo(眾數)；(2)不對稱正斜曲線，曲線不對稱，主峰在粗側，即泥沙主要由粗成分組成；③不對稱負偏度曲線，曲線不對稱，主峰在薄的壹側，即沈積物主要由細組分組成。偏斜度(Sk)計算如下:
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峰值狀態或尖銳度(KG)用於表示與正常頻率曲線相比，曲線的銳度或鈍度(圖5-39)。計算峰態或銳度(KG)的公式為:
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圖5-38正常頻率曲線和正負偏壓曲線示意圖
(據莎莉1982)
圖5-39是與正常曲線相比的尖銳和平坦峰的示意圖。
(據莎莉1982)
不同的沈積環境具有不同的沈積控制條件，因此其粒度分布特征也不同(表5-7)。
表5-7不同環境下砂質沈積物粒度參數特征表
(根據Reineck，1973和劉寶軍，1980)。
(4)粒度參數散點圖
它是粒度參數的圖形表示。Friedman (1967)通過對現代海洋、湖泊、海灘和河流的355個樣品進行粒度分析，計算出粒度參數，進而得出各種參數之間的關系圖，即粒度散點圖***19。圖5-40就是其中之壹。離散圖是壹種綜合展現粒度參數特征的圖，比單壹參數更有意義。通過編制不同參數的離散圖，可以區分不同成因的砂質沈積物。從圖5-40可以看出，雖然不同環境的砂體之間沒有明顯的界限，但總的趨勢是可以看出的。
圖5-40標準差(σi)和偏度(Sk)的離散圖
(據弗裏德曼1979)
(5) C-M圖
C-M圖是Passega (1957)提出的綜合成因圖(圖5-41)，也是粒度參數散點圖。他認為C值和M值這兩個粒度參數最能反映介質的輸運和沈積能力，於是他用這兩個參數分別作為雙對數坐標紙上的縱坐標和橫坐標，形成C-M圖。c值為累積曲線上含量為1%的粒度值；m值是累積曲線上含量為50%的粒度值。壹個典型的C-M圖可以分為NO，OP，PQ，QR，RS段和T區。不同剖面代表不同沈積的產物:①無剖面代表碾壓搬運的粗粒物質，C值大於1mm；②OP段主要以滾動處理，滾動分量和懸浮分量混合。C值壹般大於800μm，而M值有明顯變化。(3) PQ段以懸浮為主，含少量滾動分量，C值變化而M值不變；④QR段代表逐漸懸浮段，逐漸懸浮輸送是指流體中懸浮物的粒徑自下而上逐漸變小，密度逐漸變低，C的值與M的值成正比變化，使此圖平行於C = M的基線；⑤RS段為均勻懸浮段，C值變化不大，但M值變化較大，主要為細砂沈積；⑥T區為浮遊懸浮物，m < 10μ m..
圖5-41中渾濁流和牽引流沈積的C-M圖
(據Passega，1964)
C-M圖通常從壹組同生層序中系統取樣，樣本應從最粗到最細的代表性巖性中選取，每張C-M圖的樣本數大於20個。因此，每壹個C-M圖都可以反映厚度在幾米到幾十米的同生地層剖面中巖石的粒度特征。
(6)粒度參數的環境判別公式
在1964中，薩胡(B.K .)以福克的粒度參數為基礎，利用現代風成沙丘、淺海、海灘、三角洲、河流和濁積巖中沈積物的粒度分析結果，應用線性多元判別公式，得到了四個綜合公式(經驗公式)，用以區分沙丘、海灘、淺海、河流和濁積巖五種常見沈積物。判別公式如下:
(1) (y -2.7411是沙灘)。
(2) (Y < 65.3650為海灘，Y > 65.3650為淺海)。
(3) (Y >-7.4190淺海，Y
(4) (y > 9.8433為河流三角洲，y < 9.8433為濁流)。