陈奇等：Φ值表达的粒度与分选系数的单位问题

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Φ值表达的粒度与分选系数的单位问题

陈奇1，唐雯雯1，薛成凤1，杨阳2，高文华3，杨建英4，贾建军1

1.华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海 ；

2.南京师范大学海洋科学与工程学院,南京 ；

3.河南大学地理与环境学院,河南开封 ；

4.中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心,北京

粒度参数是地质学与海洋科学的重要指标，对于表征沉积物粒度特征具有重要意义。目前，基于等比制提出的Udden-Wentworth等比制粒级分类标准及粒度参数已经被广泛应用，包括国标在内多项规范均以其作为参考。但是，粒度参数尤其是分选系数单位及术语的使用目前仍是一个具有争议的问题。为了澄清这一问题，文章回顾了Φ值的由来以及分选系数等粒度参数计算公式的演变过程，统计了国内学者近期的使用习惯，对分选系数单位及术语的使用进行了讨论。

文章回顾了Φ值的提出，着重强调了Φ的无量纲性质，并参考了1963年Dean A. McManus提出的Φ值修正公式与Φ值使用的研究，进一步确定了Φ值的无量纲性质。此外，基于公式讨论分选系数是否需要使用单位。

对1970年以来部分粒度参数研究与粒度参数应用文献中分选系数术语及单位的使用进行了统计，1970-2022年粒度参数研究相关文献中，分选系数这一术语使用占比总体呈上升趋势（图1a），且大多数情况下，分选系数均不使用单位描述分选性（图1b）。

图1 1970年以来粒度参数专题研究中术语及单位使用情况

（a）使用术语统计；（b）使用单位统计

1970—2022年粒度参数应用文献中，分选系数使用占比始终大于标准偏差（图2a），单位使用方面，不使用单位的文献占比远大于以Φ或mm作为分选系数单位的文献（图2b）。文献统计结果说明，更多学者在粒度参数实际应用中更倾向于使用分选系数，而非标准偏差，且将分选系数作为描述碎屑沉积物分选性的参数，并不使用单位。

图2 1970年以来粒度参数专题研究中术语及单位使用情况

（a）使用术语统计；（b）使用单位统计

文章进一步对Φ的无量纲性质进行了讨论，统计数据中，仅有定距与定量数据具备计量单位，对定距与定量数据的特征进行了研究，可以发现对于定距与定量数据，同等单位尺度下，相同间隔的变化量总是绝对相等的，而相同间隔的Φ值变化对应的长度变化则极为悬殊（图3）。

图3 粒度的Φ值与长度(mm)的对应关系

此外，文章对分选系数的概念及计算公式进行了讨论，分选系数已经逐渐发展为碎屑沉积物分选性描述特有的术语。从众多分选系数计算公式体现的物理本义来看，分选系数的单位并未消除，但从具体运用的角度而言，根据计算公式要求添加单位并无必要。目前，分选系数计算公式大多无法通过公式本身消除单位，然而，在描述分选系数的结果时携带单位，不仅不符合目前大多数学者的使用习惯，更不符合脱离标准偏差后的分选系数的定义。为了解决这一问题，可以效仿McManus对Φ的计算公式的修正方法，通过在相应公式的分母添加标准粒径D（令D=1Φ），既能保证计算结果的数值大小不受影响，又能使其满足分选系数的定义与功能（表1）。

表1 分选系数公式改善建议表

注：f.粒级分组含量，用百分数表示；mФ.粒级分组中值粒径，用Φ值表示；D.标准粒径，以Φ值计量，D=1Φ。

根据研究内容，可以得到以下几点认识：1）Φ值的计算公式已经将其修正为无量纲参数，使得Φ值成为表达粒度大小的一个便利性指标，但是它不具有计量单位的内在属性，不能作为一个长度量纲（即粒度）的单位来使用；2）虽然分选系数源于统计学的标准偏差，但是已经独立发展为描述碎屑沉积物分选性的重要参数，与偏度系数、峰度系数等并列，建议使用时不必添加单位，并参考McManus去量纲的做法对分选系数的公式进行了改进；3）多数国内学者倾向于使用沉积学术语“分选系数”而不是统计学术语“标准偏差”，且在描述分选结果时不使用单位；4）现行国家标准GB/T 12763.8—2007规定分选系数的单位为Φ，且关于粒度参数计算公式的说明文字存在打印校对错误，建议在修订标准时加以改正。

论文相关信息

第一作者：陈奇，男，2000年出生，硕士研究生，河口海岸动力沉积地貌，E-mail: @stu.ecnu.edu.cn

通信作者：贾建军，男，研究员，E-mail: ；杨建英，女，研究员，E-mail:

基金资助：中国地质调查局自然资源综合调查指挥中心地质调查项目（ZD）；国家自然科学基金（）

DOI：10.14027/j.issn.1000-0550.2022.163

引用本文：陈奇,唐雯雯,薛成凤,杨阳,高文华,杨建英,贾建军.Ф值表达的粒度与分选系数的单位问题[J/OL]. 沉积学报, 2023: 1-16.[2023-02-20]
.https://doi.org/10.14027/j.issn.1000-0550.2022.163