陆源沉积的分析方法资料

沉积物物源分析研究进展

摘要物源分析是盆地和造山带研究的一项重要内容，它对分析沉积盆地与造山带的相对位置、演化过程及相互作用等方面意义重大。物源分析方法众多，文中主要讨论了重矿物法碎屑岩类法、裂变径迹法、沉积方法、地球化学和同位素法等的方法、原理及其应用条件和局限性，并指出地球化学方法和同位素方法具

有广阔的应用前景。同时，也应该考虑构造抬升、剥蚀作用和化学风化等构造和沉积作用对物源区判定的影响。物源分析时应注意将多种方法相结合，扬长补短，才能得出合理的结论。

关键词物源分析重矿物裂变径迹碎屑岩沉积地球化学同位素

1前言

物源分析在确定沉积物物源位置和性质及沉积物搬运路径，甚至整个盆地的

沉积作用和构造演化等方面意义重要。近年来已发展成为多方法、多技术的一门综合研究领域。电子探针、质谱分析、阴极发光等先进技术在物源分析中应用日

益广泛；同时，各种沉积、构造、地震、测井等地质方法与化学、物理、数学等

学科的应用及相互结合，使物源判定更具说服力。它在原盆地恢复、古地理再造、限定造山带的侧向位移量，确定地壳的特征，验证断块或造山带演化模型，绘制沉积体系图，进行井下地层对比以及在评价储层的品质等方面，都可起到重要作用。

2 物源分析方法早期研究概述

早期的物源研究主要根据碎屑物质的成分、结构、构造以及所处的自然地形

来判断母岩的岩石类型和所处的位置。而现代物源分析则把沉积岩的成分、结构、构造与所处的大地构造背景联系在一起。现代物源分析起源于Dickinson等利用砂岩碎屑组分判别沉积物源区构造背景的研究。他们总结了世界上典型地区的砂

岩碎屑组分，将砂岩的碎屑组分做了详细的划分和定量统计，编绘出用于物源判断的模式图———迪金森三角图解(图1)。该方法主要通过常规岩石薄片的显微

镜下成分统计，包括石英、长石、岩屑、单晶石英、多晶石英、硅质岩屑等，然

后利用模式图来了解物源区的特征及所处的大地构造背景。该方法简便易行，至今仍然被广泛利用。但是，该方法在应用过程中也曾出与实际情况不符的情况，

其原因主要是未考虑混和物源以及风化、搬运和成岩作用等次生作用的影响。Schwab总结了阿巴拉契亚、西怀俄明、西阿尔卑斯等前陆盆地的陆源碎屑组合

特征，为同造山期盆地的物源研究提供了对比标准。

Crook总结了由不同构造背景的源区所控制的不同成分的杂砂岩特征。Maynard等系统统计了世界各种构造背景下现代砂沉积构架颗粒及化学成分，并提出了相关判别标准。Bhatia等研究了澳大利亚东部塔斯曼地槽不同构造背景下

杂砂岩的化学成分，先后提出判别砂岩构造背景的常量元素和微量元素标准图

(图2)，对不同板块构造背景下形成的砂岩进行判别。

3方法及原理

随着现代分析手段的提高，物源分析方法日趋增多，并不断的相互补充和完善。目前应用较多的为：重矿物法、碎屑岩类分析法、沉积法、裂变径迹法、地

球化学法和同位素法等。主要研究岩石、矿物成分及其组合特征、地层的发育状况(包括接触关系和沉积界面等)、岩相的侧向变化和纵向迭置、地球化学特征及其组合变化等，其依据在于不同的物源在沉积物的搬运和沉积过程中就会有不同

的岩性、岩相和地球化学特征响应。

3.1重矿物分析法

由于电子探针技术的应用及其分析水平、精度的不断提高，重矿物分析法应

用广泛。重矿物因其耐磨蚀、稳定性强，能够较多的保留其母岩的特征，其在物

源分析中占有重要地位。它包括单矿物分析法和重矿物组合分析法。

3.1.1单矿物分析法

用于重矿物分析的单矿物颗粒主要有:辉石、角闪石、绿帘石、十字石、石

榴石、尖晶石、硬绿泥石、电气石、锆石、磷灰石、金红石、钛铁矿、橄榄石等。用电子探针可分析上述矿物的含量、化学组分及其类型、光学性质等，针对每个重矿物的特性及其特定元素含量，用其典型的化学组分判定图或指数来判定其物源。如Morton用辉石矿物对南Uplands地区奥陶系Portpa-trik组进行物源判断，依据Letterier提出的Ca-Ti-Cr-Na-Al组分图解，用Ti-(Ca+Na)来判定其物源是拉斑玄武岩或碱性玄武岩，用(Ti+Cr)-a图解区分辉石源区为造山带还是非造山带

环境，指出该区辉石源自钙碱性火山岩。另外，单颗粒重矿物含量比值亦具有一定的源区意义。独居石/锆石比值(MZi)可显示深埋砂岩物源区的情况；石榴石/锆石比值(GZi)用来判断层序中石榴石是否稳定；磷灰石/电气石比值(ATi)指示层序是否受到酸性地下水循环的影响。单颗粒重矿物含量的平面变化可用来判定物

源方向，如磁铁矿等。

3.1.2重矿物组合法

该方法主要利用单颗粒重矿物的地球化学分异特征来判断物源。随着电子探针的应用，很多学者针对不同的地区，利用不同重矿物(如辉石、角闪石、电气石、锆石、石榴石等)分析提出了判别物质来源的指标和端元图。Leterrier等对爱尔兰海、赫布里底群岛和北海海底沉积物中的辉石成分分析后，利用辉石化学分异特征，提出用w(Ti)-w(Ca+Na)图解来判定物源是拉斑玄武岩还是碱性玄武岩、用w(Ti+Cr)-w(Ca)图解来区分辉石源区是造山带还是非造山带环境。Morton对中国北海砂岩、新西兰和孟加拉扇地区海底古近纪、新近纪沉积物中的石榴石成分差异进行研究后，根据不同条件下石榴石组分的差异，提出了P(镁铝榴石)、AS(铁铝榴石+锰铝榴石)、GA(钙铝榴石+钙铁榴石)三端元图，李任伟等，利用该方法研究了合肥盆地在侏罗纪时期大别山物源区的特征。虽然重矿物地球化学特征对物源分析很灵敏，但其在沉积旋回中会受到风化、搬运、沉积等作用的影响。因此，Mor-ton等提出利用具有相同物理和化学稳定性，在相似的水动力条

件下存在的重矿物特征指数来获取物源信息，如利用ATi[ATi=10×磷灰石样品数(磷灰石样品数+电气石样品数)，指示层序是否受到酸性地下水循环的影响]、MZi[MZi=100×独居石样品数/(独居石样品数+锆石数)，可显示深埋砂岩物源区的情况]、GZi [GZi=100×石榴石样品数/(石榴石样品数+锆石样品数)，用来判断层序中石榴石是否稳定]等重矿物特征指数来指示物源特征。此外，Morton等在研究挪威白垩纪至古新纪海底扇砂岩时，利用ATi、MZi、GZi等作为指示物源的参数，为海底扇砂岩的来源提供了重要的判别参数。

矿物之间具有严格的共生关系，所以重矿物组合是物源变化的极为敏感的

指示剂。在同一沉积盆地中，同时期的沉积物的碎屑组分一致，而不同时期的沉