【摘 要】粒度實驗是進行沉積物研究的重要實驗。為了使實驗更加快捷，且不影響測量結果的情況，我們選取騰格里沙漠80個流動沙丘沙樣，采取兩種不同的前處理方法，運用英國馬爾文儀器公司生產的MS2000型激光粒度分析儀對樣品進行實驗測定，結果發現兩種前處理方法測得的結果非常接近。這一發現說明，對于有機質和碳酸鹽含量非常低的流動沙丘沙樣來說，可以對樣品不作任何前處理即可滿足上機進行測試要求。本文的這一結論將為今后更快捷地測量沙漠流動沙丘沙粒度實驗提供一定的借鑒。

【關鍵詞】粒度測量 前處理方法 流動沙丘沙

基金項目：陜西廣播電視大學科研項目（11-07-B34；13G-04-A6）。

沙漠沉積物粒度特征是研究沙漠地貌的主要指標之一。對沉積物進行粒度分析的方法很多,常常根據不同的沉積物采用不同的方法[1]。傳統的粒度分析方法是沉降法(如移液管法)和篩析法。其測量過程主要依靠人工操作，由于這種技術簡單易行，實驗環境要求條件較低，而得到十分普遍的應用。隨著技術的發展，新的方法不斷產生。上世紀70年代以來，一些學者提出使用光學衍射原理測試顆粒的粒徑，[2-8]由此誕生了激光粒度儀。因其測量迅速、自動化程度高、誤差小、樣品用量少等特點而得到快速發展和廣泛應用。國內外的學者運用激光粒度儀對粒度的實驗研究做了大量的工作[9-18]。許多學者提出由于前處理過程的不同,測試結果會存在很大的差異。但是這一結論主要是從土壤沉積物粒度實驗研究中得出。考慮到沙漠流動沙丘上植被覆蓋極低，碳酸鹽含量非常少，這一結論是否同樣應用于沙漠流動沙丘沉積物還需要做進一步的研究。因此，本文選取騰格里沙漠80個流動沙丘沙樣，采取兩種不同的實驗樣品處理方法，運用英國馬爾文儀器公司生產的MS2000型激光粒度分析儀對樣品進行實驗測定，以期找到科學合理的答案。

研究方法

實驗樣品采自騰格里沙漠由西北雅布賴鹽場附近（N40°03′12.1″，E103°54′07.3″）至東南（N38°45′04.7″，E105°20′33.4″）的流動沙丘沙樣，每6km左右設一采樣點，每個點位采集樣品1-3個，共采集砂樣80個。

粒度樣品的測量采用英國馬爾文儀器公司生產的Mastersizer 2000激光粒度儀, 該儀器由3部分組成：主機（光學元件），標志為Mastersizer 2000，主機用來收集測量樣品內粒度大小的原始數據；附件（進樣器）標識為Hydro 2000G，附件唯一的目的就是將樣品分散混勻充分并傳送到主機以便于測量；計算機和Malvern測量軟件，Malvern軟件可定義、控制整個測量過程，并同時處理測量的粒度分布數據、顯示結果并打印報告。測量使用兩種樣品：一種是直接從野外采集的樣品,另一種是對所采樣品經過前處理后再上機測量。測量過程是： 啟動粒度儀，選擇自動清潔儀器三次,待儀器清潔后，調攪拌器1000轉/分鐘，泵2000轉/分鐘，超聲100%，遮光度10%-20%,并打開超聲波，進行校光，待校光穩定后，測背景值，測定好背景值后，向樣品池內加入樣品，等遮光度達到合適范圍，停止加樣，點擊自動測樣，重復測定樣品3次，對每個樣品取平均值作為其最后的測量結果，測量結果直接輸出到計算機。該儀器運用全量程米氏(Mie)計算理論，是目前國內外廣泛使用的激光粒度儀，該儀器分析軟件功能強大，測量過程能實現自動化，單量程檢測范圍0.02-2000μm的顆粒直徑，無需更換鏡頭，任何粒度分布在此范圍之內的固體、液體樣品均可進行測量，平均測樣時間5-7 min，粒級分辨率為0.01φ。

兩種前處理方法分別為：

第一種方法：未經前處理。實驗樣品是直接從野外采回，沒有經過任何的前處理，將干沙樣直接在激光粒度儀上進行測量。

第二種方法：經過前處理。樣品經過前處理去除碳酸鹽和有機質。方法是：每個樣品稱取2.6-3.0g的風干沙樣置于500ml的燒杯中，加入約15ml濃度為10%的H2O2，置于電熱板上加熱，使其充分反應（煮沸至無氣泡溢出）。待燒杯冷卻后，加入約15ml 濃度為10%的HCl，再置于電熱板上加熱，使其充分反應（煮沸至無氣泡溢出，且顏色變為黃綠色）。放在通風櫥冷卻后，加水至500ml，靜置24小時以上。抽取上清液，再在燒杯中注滿蒸餾水，靜置24小時以上，抽取上清液（目的去除多余的H+）后測量。測量結果見圖1和圖2。

結果與討論

由圖1可以看出，兩種方法測量得到的粒度參數的回歸方程是：平均粒徑（未經前處理）=0.9806平均粒徑（經過前處理）+0.0457；標準離差（未經前處理）=0.965標準離差（經過前處理）+0.0235；偏度（未經前處理）=0.9558偏度（經過前處理）-0.0004；峰態（未經前處理）=0.9649峰態（經過前處理）+0.0259。

通過粒度參數的回歸方程可以看出，平均粒徑的相關系數是0.99，標準離差的相關系數是0.97，偏度的相關系數是0.94，峰態的相關系數是0.93?？梢姡瑑煞N前處理方法測量得到的粒度參數的相關性都很好，其中平均粒徑的相關性最好，未經前處理和經過前處理兩種方法得到的平均粒徑的關系最接近1：1，其次是標準離差，兩種實驗方法測得的偏度和峰態的關系也接近1：1。從樣品的粒級級配（圖2）可以看出，兩種實驗方法測量所得的樣品粒級統計結果中均沒有大于4.5φ、2.5-3φ、1.5-2φ和小于0.5φ的粒級，樣品粒級范圍處在4-4.5φ、1-1.5φ和-0.5-0φ的，未經前處理比經過前處理的百分含量分別減少0.5%、0.07%和0.14%，粒級范圍處在3.5-4φ、3-3.5φ、2-2.5φ和0-0.5φ的，未經前處理比經過前處理的百分含量多0.07%、0.57%、0.09%和0.01%。通過以上的分析結果可以看出，對樣品采取上述的兩種實驗前處理方法對實驗結果產生的影響不大，但是也存在微小的差別。究其原因有以下可能。

首先，考慮可能是沙漠流動沙丘沙上極少有植被覆蓋，流動沙丘沙中有機質含量非常有限。再者通過利用X射線衍射方法對樣品進行礦物分析發現樣品中碳酸鹽礦物成分含量極低，一般不超過1%，這些情況都可以說明，經過上述兩種不同強度的預處理后，樣品的粒度參數隨著處理強度的不同沒有明顯變化。

其次，兩者測量結果的微小差別，考慮原因可能有三：一種可能是由于流動沙丘沙樣中含有極少量的有機質和碳酸鹽，加入的雙氧水氧化分解了沙樣中的有機質，隨后加入的鹽酸分解了沙樣中的粗顆粒碳酸鹽；第二種可能是系統測量誤差引起的。用激光法測量沙漠沙粒度實驗，樣品用量是3.0g左右，對于沙漠沙來說，這樣少的量代表性不夠充分；第三種可能是由于儀器自身性能的關系，系統測量誤差是不可避免的。

圖1 兩種不同前處理方法測得的沙樣粒度參數的比較

Fig.1 Grain size and sorting parameters varied with two pre-preparation process

圖2 兩種不同前處理方法測得的沙樣粒級級配

Fig.2 Grain size frequency varied with two pre-preparation process

結論

在對沙漠地貌的研究中,常用激光粒度儀對表層樣品的粒度進行測量分析，并把分析結果編制成各種圖件。若在沙漠流動沙丘分布地區,沉積物以細粒沉積物為主,且有機質和碳酸鹽均很少,運用Mastersizer 2000激光粒度儀進行粒度實驗測定時，可以對樣品不作任何前處理即可滿足上機進行測試要求。

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作者單位：李恩菊 陜西廣播電視大學 陜西西安

陜西師范大學旅游與環境學院 陜西西安

謝春林 西安地質調查中心 陜西西安