五大连池火山矿泥粒度特征分析

王希英，方振兴，吴 静，曾 颖

(黑龙江省科学院火山与矿泉研究所，黑龙江 五大连池 164155；黑龙江省科学院高技术研究院，哈尔滨 150036)

五大连池火山矿泥粒度特征分析

王希英，方振兴，吴 静，曾 颖

(黑龙江省科学院火山与矿泉研究所，黑龙江 五大连池 164155；黑龙江省科学院高技术研究院，哈尔滨 150036)

主要研究五大连池火山矿泥粒度组成及岩性定名，选取研究区域内30个矿泥样品，每个样品分上、中、下三层取样，利用英国MALVERN公司产的Master sizer2000 型激光粒度仪测定每个样品平均值，探讨火山矿泥粒度组成情况；利用乌登——温特沃斯粒级标准，研究表明矿泥粒度主要由粉砂、细砂组成，还有部分黏土和中砂；利用谢帕德“黏土——粉砂——砂”三因分类法的三角图解，对五大连池火山矿泥进行岩性定名。

五大连池；火山矿泥；粒度；岩性定名

粒度是就颗粒的大小而言的，简单地说即是颗粒的直径。粒度作为沉积物中一个基本特征，对反映外界环境具有重要的现实意义。通过对粒度测量而得到的土壤发育过程中的土壤粒度组成，可判断土壤的发育程度与来源。对于土壤的粒度研究很多，如冬梅[1]等对风蚀土壤的粒度分形特征的研究，阿斯耳卜姆·图尔迪[2]等对干旱区土壤粒度的研究，张超[3]等对城市土壤粒度特征的分析等。对于五大连池区域内火山矿泥粒度的研究，如尤传誉[4]等对五大连池地区矿泥分布特征及储量评价，王先政[5]等对五大连池火山区矿泥的特征形成、开发与保护，他们对矿泥粒度的研究也只局限于五大连池药泉山地区。本文将对五大连池地区14座火山周围的矿泥区域内的矿泥，布设30个采样点，样点分布如图1所示，进行矿泥粒度特征的分析研究。

图1 五大连池区域矿泥样点分布图Fig.1 Wudalianchi area mud distribution map of the samples

1 研究区域概况

五大连池风景区位于黑龙江省北部，地理坐标为东经126°00′～126°26′北纬48°34′～48°48′。地处小兴安岭山地向松嫩平原的过渡地带，属干寒温带季风气候，海拔250～300 m，年平均气温为0℃左右，年日照时数2 100～2 850 h，年均降雨量500 mm；研究区域内湿地10 000 hm2，植物以小叶章和苔草为主。研究人员通过2014年10月—2015年10月份勘探调查，选定含有矿泥湿地，布设采样点30个。

2 材料与研究方法

2.1 泥样采集

通过GPS定位系统找到30个泥样点，清除采样点植被，挖掉湿地表面约10～25 cm腐殖土或沼泽土，露出矿泥层，钻取深度为20～120 cm泥层样品，据泥样深度均匀采集上、中、下三层，去除少量的植物根系及火山砾，封装于样品袋，标记，共计90个样品。

2.2 泥样处理

第一，冻干处理。将泥样分成小块，置于冻干机内，温度调节-60℃，真空冻干12 h，取出室温干燥至粉末状态。第二，去除有机质。取样品20 g放入500 mL的烧杯中，加入10%的H2O2并加热使其充分反应。第三，去除碳酸钙。加入10%的HCL加热使其充分反应。第四，中和。给烧杯注满蒸馏水后静置12 h，再抽取蒸馏水，重复若干次直至溶液呈中性为止。第五，分散。使用超声波发生器将样品充分分散后，进行粒径测定。

2.3 泥样的测试方法

本次实验研究的每个样品均采用英国马尔文公司生产的Master Sizer 2000激光粒度仪在遮光度为15%～20%的条件下，测量每个样点的上、中、下层3个样品并取其平均值作为其最终结果。该仪器的测量范围0.02～2 000 μm，重复测量误差小于3%；采用 Shepard(1954)沉积物分类方法，对五大连池火山矿泥进行岩性定名。

3 结果与分析

矿泥粒度组成及定名：根据乌登——温特沃斯粒级标准，砂、粉砂和黏土是指粒径在一定范围内的3种沉积颗粒。粒度在 63～2 000 μm 的颗粒称为砂(包括细砂、中砂、粗砂和极粗砂)，粒度介于 4～63 μm 的颗粒称为粉砂，粒度介于0～4 μm 的颗粒称为黏土。而Shepard 利用砂、粉砂和黏土作为三角图的 3个端元，用对称的等比线将三角图划分为若干个区间，每一个区间代表由砂、粉砂和黏土三者的比例限定一类沉积物。以此作为沉积物定名和分类的依据，这就是 Shepard 分类，见图2。本研究利用乌登——温特沃斯粒级标准和Shepard 沉积物三角形分类图解分析矿泥粒度含量分布和定名，得到五大连池研究区域内矿泥粒度含量及岩性定名，见表1。由表1可知30个泥样粒度平均值，其中2、4、5、6、7、9、13、17、20、21、24、29、30号泥样的粒度最大含量介于41.33～58.95 μm，属粉砂；次之粒度含量介于30.16～45.2 μm，属细砂范围，各粒级组成含量由大到小为粉砂>细砂>黏土，故定名为细砂质粉砂矿泥；1、3、8、10、11、12、14、15、16、18、19、22、23、25、26、27、28矿泥样品的粒度最大含量介于38.99～52.32 μm，属细砂，次之粒度含量介于23.64～45.21 μm，岩性属于粉砂，各粒级组成含量由大到小为砂>粉砂>黏土，故定名为粉砂质细砂矿泥。通过测定可知，五大连池地区矿泥粒度含量主要分布在粉砂和细砂之间，还有少量的黏土和中砂，泥样间粒度组成无明显差别，矿泥有灰色、黑色、黄色等多种颜色。

图2 Shepard 沉积物三角形分类图解Fig.2 Shepard′s nomenclature of sediments based on sand-silt-clay ratio

编号0～4μm黏土%4～63μm粉砂%63～250μm细砂%250～500μm中砂%500～1000μm粗砂%1000～2000μm极粗砂%定名14.1643.3747.54.950.010灰色粉砂质细砂矿泥23.5949.2345.21.9800黄色细砂质粉砂矿泥34.236.8849.98.870.140黄色粉砂质细砂矿泥47.1642.9740.229.050.60黑色细砂质粉砂矿泥54.5845.3744.145.90.010灰黄色细砂质粉砂矿泥65.858.1531.254.130.670灰色细砂质粉砂矿泥76.0958.9530.163.771.030灰色细砂质粉砂矿泥84.6535.149.6910.030.530灰色粉砂质细砂矿泥96.0346.4842.384.790.310黄色细砂质粉砂矿泥102.5623.6451.8318.713.270灰色粉砂质细砂矿泥112.9932.652.3210.891.20灰黄色粉砂质细砂矿泥123.4130.0648.1315.253.150黄绿色粉砂质细砂矿泥136.5156.3232.943.650.570灰黄细砂质粉砂矿泥144.8937.5848.238.770.530黑色粉砂质细砂矿泥157.2642.1844.015.650.890黑色粉砂质细砂矿泥163.2829.9351.1414.441.20灰色粉砂质细砂矿泥178.8457.9930.212.470.480黑色细砂质粉砂矿泥185.2245.2146.872.6900黑色粉砂质细砂矿泥195.2936.2749.878.550.020黄色粉砂质细砂矿泥204.6143.9740.548.422.420.03黑色细砂质粉砂矿泥215.3345.3244.075.270.010灰色细砂质粉砂矿泥223.7232.4143.5315.165.190黄绿色粉砂质细砂矿泥233.5739.5845.2610.850.750黑色粉砂质细砂矿泥245.9241.3337.6712.412.680黑色细砂质粉砂矿泥253.8331.9451.2512.180.790黑色粉砂质细砂矿泥266.1537.7138.9912.94.240黄色粉砂质细砂矿泥273.338.5350.137.10.930灰色粉砂质细砂矿泥284.0939.7747.738.390.020灰色粉砂质细砂矿泥296.6846.8137.96.741.870黑色细砂质粉砂矿泥307.0145.97396.911.120黑色细砂质粉砂矿泥

4 结语

五大连池矿泥是火山喷发物，飘落在低洼地带，长期淹水并经过物理、化学、生物作用形成的细腻、黏度大、附着力强，伴有铁锰结核，有灰色、黑色、黄色等多种颜色的火山矿产资源，应用价值极高。本文通过对五大连池区域内30个矿泥样点，90个样品的测定分析，总体上看矿泥的粒度组成以粉砂和细砂为主，从泥样的粒度频率分布曲线上看，都为单峰型，泥样间粒度组成无明显差异，矿泥的粒度组成是相对稳定，从应用角度看，无论是矿泥疗养、制陶还是美容应用等方面，矿泥都是不可多得的天然、优质材料。

[1] 冬梅，陈智，侯占峰，等.风蚀土壤的粒度分形特征[J].内蒙古农业大学学报，2012，33(5-6)：202-205．

[2] 阿斯邓姆·图尔迪，李新国，靳万贵，等.开都河流域下游绿洲土壤粒度特征分析[J].土壤通报，2013，44(6)：1343-1349．

[3] 张超，陈学刚，权晓燕，等.乌鲁木齐城市土壤粒度特征分析[J].水土保持研究，2015，22(2)：213-218．

[4] 尤传誉，冶雪艳，张海燕，等.五大连池地区矿泥分布特征及储量评价[J].地质与勘探，2015，51(1)：61-67．

[5] 王先证，王秀英.五大连池火山区矿泥的特征、形成、开发与保护[J].黑龙江地质，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

黑龙江省院所基本应用技术研究专项

王希英(1971-)，女，研究员级高级工程师。

P619.2

B

1674-8646(2016)23-0011-03