五大連池火山礦泥粒度特征分析

王希英，方振興，吳 靜，曾 穎

(黑龍江省科學(xué)院火山與礦泉研究所，黑龍江 五大連池 164155；黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，哈爾濱 150036)

五大連池火山礦泥粒度特征分析

王希英，方振興，吳 靜，曾 穎

(黑龍江省科學(xué)院火山與礦泉研究所，黑龍江 五大連池 164155；黑龍江省科學(xué)院高技術(shù)研究院，哈爾濱 150036)

主要研究五大連池火山礦泥粒度組成及巖性定名，選取研究區(qū)域內(nèi)30個(gè)礦泥樣品，每個(gè)樣品分上、中、下三層取樣，利用英國(guó)MALVERN公司產(chǎn)的Master sizer2000 型激光粒度儀測(cè)定每個(gè)樣品平均值，探討火山礦泥粒度組成情況；利用烏登——溫特沃斯粒級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，研究表明礦泥粒度主要由粉砂、細(xì)砂組成，還有部分黏土和中砂；利用謝帕德“黏土——粉砂——砂”三因分類法的三角圖解，對(duì)五大連池火山礦泥進(jìn)行巖性定名。

五大連池；火山礦泥；粒度；巖性定名

粒度是就顆粒的大小而言的，簡(jiǎn)單地說(shuō)即是顆粒的直徑。粒度作為沉積物中一個(gè)基本特征，對(duì)反映外界環(huán)境具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)對(duì)粒度測(cè)量而得到的土壤發(fā)育過(guò)程中的土壤粒度組成，可判斷土壤的發(fā)育程度與來(lái)源。對(duì)于土壤的粒度研究很多，如冬梅[1]等對(duì)風(fēng)蝕土壤的粒度分形特征的研究，阿斯耳卜姆·圖爾迪[2]等對(duì)干旱區(qū)土壤粒度的研究，張超[3]等對(duì)城市土壤粒度特征的分析等。對(duì)于五大連池區(qū)域內(nèi)火山礦泥粒度的研究，如尤傳譽(yù)[4]等對(duì)五大連池地區(qū)礦泥分布特征及儲(chǔ)量評(píng)價(jià)，王先政[5]等對(duì)五大連池火山區(qū)礦泥的特征形成、開(kāi)發(fā)與保護(hù)，他們對(duì)礦泥粒度的研究也只局限于五大連池藥泉山地區(qū)。本文將對(duì)五大連池地區(qū)14座火山周圍的礦泥區(qū)域內(nèi)的礦泥，布設(shè)30個(gè)采樣點(diǎn)，樣點(diǎn)分布如圖1所示，進(jìn)行礦泥粒度特征的分析研究。

圖1 五大連池區(qū)域礦泥樣點(diǎn)分布圖Fig.1 Wudalianchi area mud distribution map of the samples

1 研究區(qū)域概況

五大連池風(fēng)景區(qū)位于黑龍江省北部，地理坐標(biāo)為東經(jīng)126°00′～126°26′北緯48°34′～48°48′。地處小興安嶺山地向松嫩平原的過(guò)渡地帶，屬干寒溫帶季風(fēng)氣候，海拔250～300 m，年平均氣溫為0℃左右，年日照時(shí)數(shù)2 100～2 850 h，年均降雨量500 mm；研究區(qū)域內(nèi)濕地10 000 hm2，植物以小葉章和苔草為主。研究人員通過(guò)2014年10月—2015年10月份勘探調(diào)查，選定含有礦泥濕地，布設(shè)采樣點(diǎn)30個(gè)。

2 材料與研究方法

2.1 泥樣采集

通過(guò)GPS定位系統(tǒng)找到30個(gè)泥樣點(diǎn)，清除采樣點(diǎn)植被，挖掉濕地表面約10～25 cm腐殖土或沼澤土，露出礦泥層，鉆取深度為20～120 cm泥層樣品，據(jù)泥樣深度均勻采集上、中、下三層，去除少量的植物根系及火山礫，封裝于樣品袋，標(biāo)記，共計(jì)90個(gè)樣品。

2.2 泥樣處理

第一，凍干處理。將泥樣分成小塊，置于凍干機(jī)內(nèi)，溫度調(diào)節(jié)-60℃，真空凍干12 h，取出室溫干燥至粉末狀態(tài)。第二，去除有機(jī)質(zhì)。取樣品20 g放入500 mL的燒杯中，加入10%的H2O2并加熱使其充分反應(yīng)。第三，去除碳酸鈣。加入10%的HCL加熱使其充分反應(yīng)。第四，中和。給燒杯注滿蒸餾水后靜置12 h，再抽取蒸餾水，重復(fù)若干次直至溶液呈中性為止。第五，分散。使用超聲波發(fā)生器將樣品充分分散后，進(jìn)行粒徑測(cè)定。

2.3 泥樣的測(cè)試方法

本次實(shí)驗(yàn)研究的每個(gè)樣品均采用英國(guó)馬爾文公司生產(chǎn)的Master Sizer 2000激光粒度儀在遮光度為15%～20%的條件下，測(cè)量每個(gè)樣點(diǎn)的上、中、下層3個(gè)樣品并取其平均值作為其最終結(jié)果。該儀器的測(cè)量范圍0.02～2 000 μm，重復(fù)測(cè)量誤差小于3%；采用 Shepard(1954)沉積物分類方法，對(duì)五大連池火山礦泥進(jìn)行巖性定名。

3 結(jié)果與分析

礦泥粒度組成及定名：根據(jù)烏登——溫特沃斯粒級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，砂、粉砂和黏土是指粒徑在一定范圍內(nèi)的3種沉積顆粒。粒度在 63～2 000 μm 的顆粒稱為砂(包括細(xì)砂、中砂、粗砂和極粗砂)，粒度介于 4～63 μm 的顆粒稱為粉砂，粒度介于0～4 μm 的顆粒稱為黏土。而Shepard 利用砂、粉砂和黏土作為三角圖的 3個(gè)端元，用對(duì)稱的等比線將三角圖劃分為若干個(gè)區(qū)間，每一個(gè)區(qū)間代表由砂、粉砂和黏土三者的比例限定一類沉積物。以此作為沉積物定名和分類的依據(jù)，這就是 Shepard 分類，見(jiàn)圖2。本研究利用烏登——溫特沃斯粒級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和Shepard 沉積物三角形分類圖解分析礦泥粒度含量分布和定名，得到五大連池研究區(qū)域內(nèi)礦泥粒度含量及巖性定名，見(jiàn)表1。由表1可知30個(gè)泥樣粒度平均值，其中2、4、5、6、7、9、13、17、20、21、24、29、30號(hào)泥樣的粒度最大含量介于41.33～58.95 μm，屬粉砂；次之粒度含量介于30.16～45.2 μm，屬細(xì)砂范圍，各粒級(jí)組成含量由大到小為粉砂>細(xì)砂>黏土，故定名為細(xì)砂質(zhì)粉砂礦泥；1、3、8、10、11、12、14、15、16、18、19、22、23、25、26、27、28礦泥樣品的粒度最大含量介于38.99～52.32 μm，屬細(xì)砂，次之粒度含量介于23.64～45.21 μm，巖性屬于粉砂，各粒級(jí)組成含量由大到小為砂>粉砂>黏土，故定名為粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥。通過(guò)測(cè)定可知，五大連池地區(qū)礦泥粒度含量主要分布在粉砂和細(xì)砂之間，還有少量的黏土和中砂，泥樣間粒度組成無(wú)明顯差別，礦泥有灰色、黑色、黃色等多種顏色。

圖2 Shepard 沉積物三角形分類圖解Fig.2 Shepard′s nomenclature of sediments based on sand-silt-clay ratio

編號(hào)0～4μm黏土%4～63μm粉砂%63～250μm細(xì)砂%250～500μm中砂%500～1000μm粗砂%1000～2000μm極粗砂%定名14.1643.3747.54.950.010灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥23.5949.2345.21.9800黃色細(xì)砂質(zhì)粉砂礦泥34.236.8849.98.870.140黃色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥47.1642.9740.229.050.60黑色細(xì)砂質(zhì)粉砂礦泥54.5845.3744.145.90.010灰黃色細(xì)砂質(zhì)粉砂礦泥65.858.1531.254.130.670灰色細(xì)砂質(zhì)粉砂礦泥76.0958.9530.163.771.030灰色細(xì)砂質(zhì)粉砂礦泥84.6535.149.6910.030.530灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥96.0346.4842.384.790.310黃色細(xì)砂質(zhì)粉砂礦泥102.5623.6451.8318.713.270灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥112.9932.652.3210.891.20灰黃色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥123.4130.0648.1315.253.150黃綠色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥136.5156.3232.943.650.570灰黃細(xì)砂質(zhì)粉砂礦泥144.8937.5848.238.770.530黑色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥157.2642.1844.015.650.890黑色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥163.2829.9351.1414.441.20灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥178.8457.9930.212.470.480黑色細(xì)砂質(zhì)粉砂礦泥185.2245.2146.872.6900黑色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥195.2936.2749.878.550.020黃色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥204.6143.9740.548.422.420.03黑色細(xì)砂質(zhì)粉砂礦泥215.3345.3244.075.270.010灰色細(xì)砂質(zhì)粉砂礦泥223.7232.4143.5315.165.190黃綠色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥233.5739.5845.2610.850.750黑色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥245.9241.3337.6712.412.680黑色細(xì)砂質(zhì)粉砂礦泥253.8331.9451.2512.180.790黑色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥266.1537.7138.9912.94.240黃色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥273.338.5350.137.10.930灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥284.0939.7747.738.390.020灰色粉砂質(zhì)細(xì)砂礦泥296.6846.8137.96.741.870黑色細(xì)砂質(zhì)粉砂礦泥307.0145.97396.911.120黑色細(xì)砂質(zhì)粉砂礦泥

4 結(jié)語(yǔ)

五大連池礦泥是火山噴發(fā)物，飄落在低洼地帶，長(zhǎng)期淹水并經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)、生物作用形成的細(xì)膩、黏度大、附著力強(qiáng)，伴有鐵錳結(jié)核，有灰色、黑色、黃色等多種顏色的火山礦產(chǎn)資源，應(yīng)用價(jià)值極高。本文通過(guò)對(duì)五大連池區(qū)域內(nèi)30個(gè)礦泥樣點(diǎn)，90個(gè)樣品的測(cè)定分析，總體上看礦泥的粒度組成以粉砂和細(xì)砂為主，從泥樣的粒度頻率分布曲線上看，都為單峰型，泥樣間粒度組成無(wú)明顯差異，礦泥的粒度組成是相對(duì)穩(wěn)定，從應(yīng)用角度看，無(wú)論是礦泥療養(yǎng)、制陶還是美容應(yīng)用等方面，礦泥都是不可多得的天然、優(yōu)質(zhì)材料。

[1] 冬梅，陳智，侯占峰，等.風(fēng)蝕土壤的粒度分形特征[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，33(5-6)：202-205．

[2] 阿斯鄧姆·圖爾迪，李新國(guó)，靳萬(wàn)貴，等.開(kāi)都河流域下游綠洲土壤粒度特征分析[J].土壤通報(bào)，2013，44(6)：1343-1349．

[3] 張超，陳學(xué)剛，權(quán)曉燕，等.烏魯木齊城市土壤粒度特征分析[J].水土保持研究，2015，22(2)：213-218．

[4] 尤傳譽(yù)，冶雪艷，張海燕，等.五大連池地區(qū)礦泥分布特征及儲(chǔ)量評(píng)價(jià)[J].地質(zhì)與勘探，2015，51(1)：61-67．

[5] 王先證，王秀英.五大連池火山區(qū)礦泥的特征、形成、開(kāi)發(fā)與保護(hù)[J].黑龍江地質(zhì)，2001，l2(2)：9-18.

Analysis of particle size characteristics of volcano mud in Wudalianchi

WANG Xi-ying, FANG Zhen-xing, WU Jing, ZENG Ying

(1. Institute of Volcano and Spring, Heilongjiang Academy of Sciences, Wudalianchi Scenic Area 164155, China;2. Institute of Advanced Technology, Heilongjiang Academy of Sciences, Harbin 150036, China)

This paper mainly studies the Wudalianchi volcano mud named particle size and lithology. We selected 30 mud samples in the study area, and divide the sample into three layers, the upper layer, the middle layer and the bottom layer. The average value of each sample was determined by the sizer 2000 Master laser particle size analyzer produced by the British MALVERN company. This paper discusses the size composition of volcano mud. Udden-Wentworth grade standard was used in the research. Study shows that particle size is mainly composed of mud silt, fine sand and some part of clay and sand. Shepard′s “clay-silt-sand” three triangular diagram classification method was used to name the lithology of Wudalianchi volcano mud.

Wudalianchi; Volcano mud; Particle size; Lithology definition

2016-10-09

黑龍江省院所基本應(yīng)用技術(shù)研究專項(xiàng)

王希英(1971-)，女，研究員級(jí)高級(jí)工程師。

P619.2

B

1674-8646(2016)23-0011-03