物源分析的方法和手段

物源分析的方法和手段

刘明鑫

（成都理工大学 地球科学学院，四川 成都 610059）

摘要：物源分析是通过各种方法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构造演化的过程。物源分析近年来已发展成为多方法、多技术的一门综合研究领域。本文通过查阅相关文献资料，讨论了几种关于在物源分析中常见的分析方法及原理，包括碎屑岩类分析法、沉积法、重矿物法、地球化学和同位素法、裂变径迹法。认为地球化学方和同位素法以及重矿物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；地球化学；重矿物；沉积盆地

1引言

物源分析是追溯源汇系统历史和古地理重建约束模型的有力方法。沉积物物源分析是研究盆地与造山带关系的重要途径。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。

国内外学者通过各种物源分析手段解决了越来越多的地质事件难题。意大利南部造山带保存了深海浊积碎屑楔，记录了亚德里亚边缘构造生长过程中的关键构造事件，通过地层、岩石学、碎屑锆石U-Pb和Hf同位素综合分析，探讨了其物源及其与北起兴蒙造山带、南起秦岭造山带渐进式碰撞的关系，通过对准噶尔盆地马湖凹陷下二叠统凤城组的岩石地球化学分析和碎屑锆石U-Pb测年，对世界最古老的碱湖沉积物的物源分析提供了新的认识。

本文通过查阅关于物源分析相关文献资料，详细介绍了几种关于在物源分析中常见的分析方法，包括碎屑岩类分析法、沉积法、重矿物法、地球化学和同位素法、裂变径迹法。

2物源分析方法

随着现代分析技术的提高，沉积物源分析方法也变得多样化，目前应用主要的有：碎屑岩类分析法、沉积法、重矿物法、地球化学和同位素法、裂变径迹法等。

2.1碎屑岩类分析法

2.1.1 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，用碎屑骨架三角图进行投值。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。

2.1.2 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。

2.1.3 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。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。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。

2.2重矿物法

在物源相同、古水流体系一致的碎屑沉积物中，碎屑重矿物的结合具有相似性；而母岩不同的碎屑沉积物则具有不同的重矿物的组合。重矿物主要是以机械搬运的方式脱离母岩区进入沉积区。在矿物碎屑搬运的过程中，不稳定的重矿物逐渐发生机械磨蚀或化学分解，因而随着搬运距离的增加，性质不稳定的重矿物逐渐减少，而稳定重矿物的相对含量逐渐升高，重矿物指数值逐渐增高（ZTR指数）。同时由于重矿物一般耐磨蚀、稳定性强，能较多地保留其母岩的特征，因此在物源分析中占有重要地位。

2.2.1 碎屑锆石

锆石（ZrSiO4）是自然界中常见的一类副矿物，具有高度的稳定性，可以持久保持其形成时的物理化学信息，在火成岩、变质岩和沉积岩中广泛存在错石中所包含的U-Pb同位素系统具有良好的封闭性，因此成分单一、结构稳定的锆石成为U-Pb同位素定年的理想矿物。沉积物中的碎屑锆石同位素热年代学分析，可以提供物源区的精确年龄和大地构造背景等信息，在解释现代和古代沉积物组分、古地理重建、造山带俯冲一碰撞一折返过程示踪、盆山耦合等方面发挥了重要的作用，已成为当前沉积物源分析，及区域构造研究中先进的、使用最为广泛的方法。

2.2.2 碎屑金红石

碎屑金红石的研究已成为沉积物源区分析的一个新前沿。金红石的地球化学组成，尤其是Cr，Nb，Zr等微量元素的含量，对其母岩的形成条件和所经历的地质过程都具有重要的指示意义，同时，碎屑金红石在沉积、成岩过程中表现出极高的稳定性，因而是物源分析的理想指针矿物。

金红石作为沉积成岩过程中最稳定的重矿物之一，可以来源于多种岩石类型，包括中—高级变质岩、岩浆岩、沉积岩和热液矿床等。金红石的主要成分为TiO，是高场强元素（特别是Nb，Ta等）、的主要寄主矿物，被称为是一种重要的地球化学“信息库”。金红石的地球化学组成，特别是Cr，Nb和Zr等元素的含量，强烈受到母体岩石的全岩成分和金红石结晶温度的影响，对其母岩所经历的地质过程，如岩浆演化或俯冲带变质作用等，具有非常重要的指示意义。

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，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使物源区更具可靠性。

2.4地球化学和同位素法

沉积物的地球化学组成取决于其主要源区的成分或者不用物源区成分的混合比例，再者排除气候、地形、成岩作用等因素之后，碎屑岩组分主要受到物源区母岩性质和构造背景的影响。所以利用碎屑岩的地球化学特征判断沉积物母岩性质，重建沉积盆地大地构造背景等的方法使用的很广泛。碎屑岩的地球化学特征主要包括常量元素特征与微量元素特征。常量元素与微量元素分析法作为物源分析的重要方法之一，其应用简捷有效。但因其又具多种图解模板，要使物源性质获得最真实的解释，还需进一步

归纳总结各类图解法的最佳适用范围。沉积岩易受其它地质因素影响，在实际研究中，还需结合研究区实际地质构造背景以及多种物源分析方法相结合。

2.5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。提出了两种确定总体混合成分的分离方法，从而避免了单个颗粒锆石年龄精确度较低的缺点。并提出了裂变径迹可能反映的三种源区，建立了源区的剥蚀速率模型。成功地用混合模拟的方法来对锆石年龄成分进行了分离，该方法也可用于裂变径迹组分的分离。该方法的不足之处为：（1）沉积物的热演化史可能使径迹部分或全部退火，从而调整了径迹的的年龄，使其不代表物源年龄。磷灰石的径迹退火温度较低，一般不宜作物源区的区分。（2）不适当的刻蚀和统计、无法统计蜕晶质高铀锆石等也会引起偏差，应加以注意。

3结论

总的来说，碎屑岩类法、重矿物法、沉积法、地球化学和同位素法、裂变径迹法等的方法、都有其应用条件和局限性，地球化学方法和同位素方法具有较广阔的应用前景。同时还应该考虑构造抬升、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。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，在物源分析中占有重要地位。物源分析中重矿物是物源区的重要标志。随着电子分析技术的应用，单颗粒重矿物的地球化学分异特征得到充分利用，不少学者利用不同的重矿物(如锆石、电气石、石榴石、辉石、角闪石、尖晶石等)分析提出了判断物源的指标和端元图。因此在物源分析的过程中我们要使用多方法、多技术的同时，结合各种化学、物理、数学等学科的应用，使物源判定更具说服力。

参考文献

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作者简介：刘明鑫（1999.5-），男，汉，湖南怀化人，2020年6月本科毕业于成都理工大学，资源勘查专业；现就读于成都理工大学，攻读硕士学位，地质学专业，构造地质学方向。