颗粒的密度、容重和比重解析

颗粒的密度ρs即颗粒单位体积内所含的质量。在实际工程运用中，密度常与容重互相通用。容重（γs）的定义是泥沙颗粒的实有重量与实有体积的比值（即排除孔隙率在外），单位为t/m3、kg/m3或g/cm3。泥沙颗粒的比重是固体颗粒重量与同体积4℃水的重量之比，此时水的密度为1.000 g/cm3。

颗粒容重的大小由颗粒的矿物组成所决定。组成泥沙颗粒的矿物一般可分为胶体分散矿物、轻矿物和重矿物。比重小于2.8的矿物称轻矿物（石英、长石和碳酸盐矿物等）。比重大于2.8的矿物称重矿物，包括不透明金属矿物（磁铁矿、钛铁矿、赤铁矿、褐铁矿、白钛矿），绿帘石、黝帘石类（绿帘石、黝帘石、斜黝帘石等），角闪石类（普通角闪石、阳起石、透闪石、钙钠闪石等），云母类（白云母、黑云母），辉石类（普通辉石、紫苏辉石、顽火辉石）等等。石英、长石颗粒的容重在2600kg/m3左右，而辉石颗粒的容重可达3600kg/m3。重矿的分布范围一般局限在特定岩层中，因此在河流沙样中采集到某种重矿时，就表明上游流域中分布有与之相应的岩层，这种功能称为示源作用。重矿颗粒比较稳定、硬度大，在河流中被输运时磨损较小，因此重矿是较为理想的示源矿物。在河流上下游的各个断面收集沙样并分析其中的重矿成分，就可推知河流泥沙的来源。林承坤（1984）采用这一方法，研究了长江口的泥沙来源，结果证实长江南京至杨中河段的沙与粉沙主要来源于长江上游，见表1-5。

表1-5　长江口、长江上游宜昌站沙与粉沙重矿组成比较　（单位：%）

天然情况下的沙与粉沙主要矿物成分是石英及长石，其容重范围比较稳定，在2550～2750 kg/m3之间，最常见的取值是2650 kg/m3。以中国黄土为例，轻矿物占矿物总成分的90%～96%，其中石英占50%以上，长石占29%～43%。取水的容重为1000 kg/m3，则泥沙颗粒的比重值可取为2.65。表1-6为黄河泥沙矿物组成与其他河流比较，表1-7为黄河泥沙化学成分与黄土的比较。

表1-6　黄河泥沙矿物组成与其他河流比较　（单位：%）

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注　引自中国科学院海洋研究所海洋地质研究室《渤海地质》（1985）。辽河、滦河、海河的“云母类”只包括白云母。

表1-7　黄河泥沙化学成分与黄土的比较

注　引自周永青（1987），刘敏厚等（1987）。

由表1-7可见，黄河泥沙化学成分承袭了黄土的主要特征，即主要化学成分为SiO2，Al2O3，其次为碱金属和碱土金属的化合物，其中一个显著特点为CaO含量高。

王建民、潘保田（1997）对青藏高原东部黄土沉积的基本特征及其环境的研究表明，青藏高原东部黄土化学成分与黄土高原大体相同，其主要化学成分为：SiO2占49.13%～62.8%，Fe2O3占10.94%～13.26%，Al2O3占10.94%～13.26%，CaO占2.8%～11.4%。其次是MgO（1.42%～2.88%）、K2O（2.1%～2.9%）和Na2O（0.98%～1.5%）。各剖面微量元素以Ba、Zr、Rb、Cr、Sr和V等为主，主要微量元素组分的平均状况也基本一致。