2015年，国家海洋局、国家发展和改革委员会等7部门以国海发〔2015〕5号印发了《关于加强海洋调查工作的指导意见》，标志着我国海洋调查迈入了一个全新的发展阶段。随着二十大报告中提出的加快建设海洋强国的战略部署号召以及新一轮的《中华人民共和国海洋环境保护法》的修订，海洋资源的合理开发、环境的科学保护以及灾害的有效预防再次成为社会关注的焦点，海洋调查研究展现出蓬勃发展的态势。

海洋沉积物，作为海洋地质调查中的主要对象之一，其调查内容涵盖粒度分析、物理力学性质测试、古生物鉴定、化学测定等各个方面。其中，沉积物的粒度分布特征蕴含着丰富的地质、气候和环境信息，为深入解析沉积物来源、反演沉积环境演变、评估地质灾害风险以及指导资源合理开发利用提供了强有力的技术支持。而在学术研究领域，沉积物粒度调查更是海洋地质学、古气候学、古环境学等学科研究的核心内容之一，有助于揭示海洋环境变化的过程和机制。

激光粒度仪采用的激光法以其便捷、高效、精准且一次测试中覆盖粒径范围广等优势，相对于传统的筛析法、沉析法等方法显著地提升了测试效率、精密度与准确性，更好地响应了国家海洋强国战略，促进了海洋资源的合理开发、环境的科学保护以及灾害的精准预防，成为了不可阻挡的趋势。

沉积学作为地质学的一个重要分支，其研究历史最早可以追溯到19世纪。随着1932年A.H.沃德尔首次提出“沉积学"这一概念，沉积学被正式确立为一门独立的学科，其研究内容包括沉积物的来源、沉积条件、沉积环境、沉积作用及沉积物转变为沉积岩等一系列复杂的成岩作用变化。

早期的沉积学研究主要通过传统的观察和实验方法来分析沉积物（岩）的粒度分布特征。在海洋调查相关的现行国家标准《GB/T 12763.8-2007 海洋调查规范 第8部分：海洋地质地球物理调查》中，用于沉积物粒度分析的方法主要包括筛析法、沉析法、综合法和激光法。其中，筛析法、沉析法和综合法由来已久，这些方法主要是利用颗粒大小不同则筛分孔径或沉降速度不同这一特性，把沉积物的筛分或沉降特性转化为粒径信息，再根据合理的粒级间隔及粒级划分标准，结合不同的粒级与其对应的质量百分数，计算沉积物颗粒的粒度分布情况（图1）。

▲ 图1 沉积物调查中综合法的技术路线

相比之下，激光法的测试则更加快速简便，加样后数据采集、分析和结果输出全部由仪器自动运行。其中，欧美克Topsizer系列的激光粒度分析仪可以满足沉积物（岩）及相关水文、水利、土壤、石油等行业用户的测试需求（图2）。而其搭配的SCF-108A高性能湿法循环进样器采用了下压式水流分散技术和灯笼式离心泵循环回路设计，可以有效避免大颗粒沉降，且对大小颗粒的输送性能一致，使得像沉积物这种典型的宽分布样品的大小颗粒可以在一次测试中同时被检测出来。标配的1000mL透明样品池有助于随时观察样品的分散和沉降状态，且样品池容积可根据用户需求而更换。

▲ 欧美克Topsizer 激光粒度分析仪

（点击图片查看仪器详情）

传统的沉积物调查方法是建立在合理的粒级划分标准之上的，对于粒径横跨多个数量级的沉积物而言，常规的自然数等距（等差）粒级划分并不是最优选择。粒级间隔过小时，容易造成信息冗余，导致粒度分布上的微小波动被过度解读，且最小粒级间隔受限于筛析法和沉析法的最高分辨率和测试耗时及成本上的考量。若粒级间隔过大时，则容易造成信息的丢失，尤其是在小颗粒段的特征细节可能会被平均化，导致无法准确反映粒度分布的特征变化。

▲ 表1 等比制（φ值标准）粒级分类表

为了使粒度分布结果能准确反映实际的沉积过程和规律，Udden（1898）首次指出，以1mm为基数，通过乘以或除以2对原始粒径数据进行划分是一种有效的粒级划分方法，并随后建立了Udden等比制碎屑沉积物粒级划分标准（Udden，1914）。Wentworth（1922）在其基础上进而提出了粒级分类的简化和改进，并形成了尤登-温德华氏粒级分类标准。为了更好地简化作图，便于图解表示和统计分析，Krumbein（1934，1938）在吸收了前两者的优点后，在后续的沉积物研究中进一步推广了这种以2为公比的等比制粒级划分方法，并转化为φ值粒径转换公式（公式1），形成了实际以φ值为基准的等差粒级划分标准，构成了目前国标GB/T 12763.8-2007推荐使用的尤登-温德华氏等比制（φ值标准）粒级分类表（表1）中的重要组成部分之一。

在常规的沉积物研究中，通常会根据φ值粒径转换公式（公式1）对粒径数据进行以2为底的对数转换预处理，将粒径数据从毫米(mm)转化为φ值。其中，为以毫米(mm)为单位的沉积物颗粒的粒径，而则为转换后的无量纲φ值粒径。为了区分φ值粒径和原始的毫米(mm)单位的粒径，行业中一般习惯在φ值后添加字母φ来进行标识。

▲ 公式1

沉积物行业的传统调查方法是基于筛析与沉析实验结果的，因此也自然地形成了从大颗粒到小颗粒的逐步筛分或沉降的检测顺序。在将粒径从毫米(mm)转换为φ值的过程中，为了保持这一行业习惯，方便历史数据间的对比和研究的传承，公式中引入了负号，确保了φ值从负到正的变化趋势，与颗粒由大到小的检测顺序保持一致。以1φ为基本划分单元，根据尤登-温德华氏等比制φ值粒级标准，沉积物（岩）从大颗粒至小颗粒最终依次被划分为20个粒级。这为不同研究之间的粒级划分提供了一种标准化的方法，极大地促进了沉积学领域内的学术交流和数据互通。

与φ值粒级标准密切相关的沉积物研究主要有两个应用方向，一个是在φ值粒级标准的基础上，进一步建立φ值累积分布曲线，并使用平均粒径、分选系数、偏态、峰态等统计参数描述φ值微分分布曲线的特征，通过量化沉积物粒度分布的差异来描述不同沉积机制的影响。这一部分内容，我们会在后续的系列文章中进一步详细介绍。另一个应用方向，则是沉积物的命名。

根据尤登-温德华氏等比制（φ值标准）粒级分类表（表1），沉积物颗粒在φ值粒级标准的基础上可分为5大类：岩块（＞ 256mm）、砾石（256 - 2mm）、砂（2 - 0.063mm）、粉砂（0.063 - 0.004mm）和粘土(泥)（＜ 0.004mm），再简分为8类, 细分为15类（徐喜庆等2019；倪玉根等，2021）。

一般而言，沉积物（岩）采用三级命名法：≥ 50%的粒级分类为岩石的主名，即基本名，命名××岩；介于50 - 25%之间的粒级分类以形容词“××质"的形式，写在基本名之前；25 - 10%的粒级分类作次要形容词，以“含××"的形式写在最前面；含量< 10%的粒级分类一般不反映在岩石名称中。

目前国标GB/T 12763.8-2007中主要推荐采用谢帕德的沉积物粒度三角图解法（图3），也可采用福克分类命名法（图4）。其中，谢帕德的沉积物粒度三角图解法主要用于无砾沉积物（即不含2mm及以上颗粒的沉积物）的命名，以砂、粉砂和粘土为三角图解的三个端元, 根据不同粒级分类的含量不同（以20%、50%、75%、100%等为划分条件）划分为10类。其中，中央区域的“砂-粉砂-粘土"是三端元含量均高于20%且低于60%的混合沉积物。但谢帕德分类法没有考虑砾石，不宜用于对含砾沉积物的命名，普遍认为可能与其真实的沉积物动力学特征不符。

▲ 图3 谢帕德分类法三角图解（Shepard，1954）

福克沉积物粒度三角图解法则包括含砾三角图解（图4A）和无砾三角图解（图4B）。相较而言，该分类法具有明显的沉积动力与成因意义，目前逐渐被越来越多的海洋地质学者所接受。但在福克含砾三角图解中，“泥"是粉砂和粘土的总和, 而在福克无砾三角图解中, “泥"是砂含量＜ 10%、粉砂粘土含量比介于0.5~2之间的混合沉积物。

▲ 图4 福克含砾及无砾分类法三角图解（Folk et al., 1970）

在φ值粒级标准基础上形成的粒级分类方法提供了一种标准化的分类体系，能够清晰地描述沉积物的粒度组成特征，便于科学研究、工程应用以及环境评估等领域的交流与理解。沉积物的命名简化了沉积物特征的描述过程，促进了不同研究结果之间的可比性，为深入理解沉积物的形成、分布、演化及其对环境的影响提供了基础。

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