物源分析方法及研究进展

①　国家重点基础研究发展规划(G1998040808)项目资助

收稿日期:2002-04-18

文章编号:1000-0550(2003)03-0409-07

物源分析方法及研究进展

①

赵红格　刘池洋

(西北大学地质学系　西安710069)

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　同位素第一作者简介　赵红格　女　1975年出生　博士研究生　盆地分析中图分类号　P512.2　TE121.3　文献标识码　A

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

〔1～4〕

。

2　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。

2.1　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

〔5～11〕

。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。2.1.1　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Mo rton 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〔1〕。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(M Zi )可显示深埋砂岩物源区的情况;石榴石/锆石比值(G Zi )用来判断层序中石榴石是否稳定;磷灰石/电气石比值(A Ti )指示层序是否受到酸性地下水循环的影响〔11〕。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〔9〕。

2.1.2　重矿物组合法

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,而不同时期的沉积物所含的碎屑物质不同,据此,利用不同时期水平方

第21卷　第3期2003年9月 沉积学报ACT A SEDI M EN T O LOGICA SIN ICA

Vo l .21N o .3

Sep .2003

DOI :10.14027/j .cn ki .cjxb .2003.03.007

向上重矿物种类和含量变化图,可推测物质来源的方向〔5～8〕。重矿物组合分析法对物源区用处颇大,尤其是在矿物种类较复杂、受控因素较多的地区特别有用。具体组合形式、分析方法根据不同地区特点不同而有差异。目前,主要引用一些数学分析方法,如聚类分析(R型或Q型)、因子分析、趋势面分析等方法来研究矿物组合特征、相似性等指数,从而提取反映物源的信息〔7,9,10〕。

重矿物方法对母岩性质具有一定的要求,对火山岩和变质岩作为母岩时,其中的重矿物所经历的搬运、沉积次数较少,受后期的影响小,保留的一般较好,能够很好的反映源区的性质。而对沉积岩母岩而言,其中的沉积物可能经历了多次的搬运、沉积和改造作用,具有多旋回性,其中所含的重矿物随之受到影响,发生组分或含量的变化,用它进行物源判断时应慎重。同时,它对沉积物的时代也有一定的要求,一般对新生代的沉积物,其判断较为准确、可靠;对中生代、古生代等时代较老的沉积物,重矿物自保存至现今,会因温度、埋深等条件在不同时期不同而使其种类增多,含量分布较分散,保留原岩的信息减小,对判断物源不利。因此,沉积物时代越新,利用重矿物判断物源时的准确性会越高。同时,水动力会影响沉积时重矿物性质,成岩作用会改变沉积时的部分沉积组分,如矿物的层间溶解等,会使不稳定重矿物含量变化,应慎重分析。而且,对出现的自生重矿物,如白云石、黄铁矿等,也应加以考虑。

2.2　碎屑岩类分析法

2.2.1　砂岩

碎屑岩中的碎屑组分和结构特征能直接反映物源区和沉积盆地的构造环境。通过对选定层位砂岩样品中的石英、长石、岩屑含量进行统计,用Dickinso n碎屑骨架三角图进行投值〔12〕。根据点的分布情况,确定物源类型。可以有QLF主图解和三个辅助图解,从QFL图中可区分陆块、岩浆弧和再旋回造山带三个基本物源区。在QmFLt、QpLv Ls和QmPK辅助图上,可将物源进一步精确确定出来。以后学者不断的进行了补充,使其更为完善。该方法比较简单、直观,已经得到广泛的应用〔1,4,13～15〕。

但是,在应用该方法时,应注意以下问题:(1)混合物源区的情况,判别图仅说明了沉积物通过直接和短途搬运进入邻近盆地而形成砂岩相的物源区地块性质。对于多物源情况,应用时应慎重区别。如碰撞带和活动大陆边缘,多种构造单元可能并列在一起,并且同时抬升遭受剥蚀;同时,流经性质极不相同的构造单元的大水系,也会形成混合物源区的岩相。(2)次生作用影响,风化、搬运和成岩作用不可避免的要破坏不稳定碎屑颗粒;气候的分化作用是通过控制成土作用来影响砂岩成分的,进而影响物源区的解释。(3)统计方法的影响,必须用特定方法(如Gazzi-Dickinson的点计法)、选择成岩作用小的样品,统计碎屑含量,才能有合理的结论。另外,还可根据砂岩中石英颗粒类型,作菱形图,区分深成的、中高级变质的、低级变质的三类物源区〔1〕;长石的化学成分、光学特征、石英中α、β石英含量变化、石英构造缺陷、矿物包体及矿物形成介质的包体等标型特征均可用来分析物源特点〔16,17〕。同时,在用碎屑石英判定物源时,应考虑石英的多种来源、运移及沉淀机制〔18〕。

2.2.2　砾岩

砾岩中砾石的成分、砾径等变化是确定物源的直接证据。利用砾石中不同成分的含量、粒径大小及所占百分比等统计资料,能区分源岩的主要岩性、搬运距离。粒序层、砾石的分选、磨圆、砾岩体的形态等都可作为有用的参考〔19,20〕。

2.2.3　泥岩

泥岩物源研究具有相当大的潜力,一些探索性的研究很值得关注〔21,22〕。Blatt已用泥岩中石英颗粒在二叠纪盆地页岩中确定沉积场所到海岸的距离,泥岩的泥砂组分中多晶石英特征可指示片麻岩物源,长石含量和成分可指出花岗岩类物源,角闪石含量和中性斜长石可用于识别闪岩物源〔21〕。泥岩的渗透率明显的低于砂岩,故其在确定物源方面常比与之共生的砂岩可能有用。另外,碎屑粘土是泥岩中的独特组分,它在确定物源方面有很大的应用潜力。

2.3　沉积法

根据盆地钻井、测井、地震等资料,经过详细的地层对比与划分,作出某时期的地层等厚图、沉积相展布图等相关图件,可推断出物源区的相对位置〔1,6〕,结合岩性、成分、沉积体形态、粒度、沉积构造(波痕、交错层等)、古流向及植物微体化石等资料〔2,23,24〕,使物源区更具可靠性。

2.4　裂变径迹法

裂变径迹法分析物源区是利用磷灰石、锆石中所含的微量铀杂质裂变时在晶格中产生的辐射损伤,经一系列化学处理后,形成径迹,通过观测径迹的密度、长度等分布,并对其加以统计分析,从中提供与物源区的年龄及构造演化有关的信息〔1,25～31〕。磷灰石裂变径迹退火带温度范围约60～130℃,与生油窗口温度带基本一致,故在油气研究中应用广泛。浅部地层中的磷灰石没有受到退火的影响,其裂变径迹的年龄及长度均可代表物源特征。但也常用锆石来判定,因其

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