岩石学方法在物源分析研究中的应用

刘海燕

(西北大学地质学系，陕西 西安 710069)

在沉积学中，物源区是指盆地中碎屑物质的来源区/母源区，同时还有母源区的岩石类型、气候和地形含义。物源分析的任务就是鉴定碎屑沉积物并确定它来自何处(搬运的距离和方向)，从碎屑物的成熟度推断供给区的气候、地形及大地构造背景，以及确定碎屑物的来源的一种或者多种岩石类型。前一个任务涉及到物源区，后一个任务则要对古水流和古地理进行研究(王成善，2003)。

物源分析的方法，从总体上讲应分为造山带和盆地内两大部分来同时进行;就目前的研究来看，前者常常被忽略，分析研究脱离造山带而只在盆地内部进行，得到的结果是不准确的(林孝先，2011)。目前，主要的研究手段是通过用沉积岩石学、地球物理、地球化学、地磁学等基础资料与学科知识，同时充分运用电子探针、质谱分析、阴极发光、裂变径迹测年等先进技术，对沉积物质进行分析测试，找出其能够指示源区方向与性质的证据，依据在于不同的物源在沉积物的搬运和沉积过程中会有不同的岩性、岩相、地球物理和地球化学方面的沉积特征响应，本文主要讨论了岩石学方法在物源分析中的应用及须注意的问题。[1]

1 碎屑岩盆地岩石学分析方法

1.1 岩石碎屑分析方法

1.1.1 砂岩碎屑组分分析

砂岩的研究在沉积学领域一直占有重要的位置，作为大陆的风化旋回—沉积旋回的产物，不仅直接记录了沉积岩的母岩组合、改造强度及沉积环境等信息，而且因其碎屑组成与所处的大地构造位置密切相关，还可以反应区域构造演化背景。

Dickinson等(1983)通过对世界上近百个已确定区域构造环境的现代海相和陆相砂岩组分的统计、对比和判别分析，建立和确定了为大家所熟知的定量判别标准和三角形模式图，为判断物源区和沉积盆地构造环境提供了一种重要的途径，成为物源分析中研究最细、引用最多的一种研究方法。通过对选定的层位砂岩样品中石英、长石、岩屑含量进行统计，在Dickinson(1983)碎屑三角图投点;然后根据点的分布情况，确定物源类型。Dickinson和Suczek(1979)提出以石英颗粒(Q)、长石颗粒(F)和不稳定岩屑(L)三者间相互比例作图的QFL三角图，以及 QmFLt(单晶石英、长石、多晶岩屑)、QtFL(石英颗粒总数、长石、岩屑)、QpLvLs(多晶石英、火山岩屑、沉积岩和变质岩岩屑)、QmPK(单晶石英、斜长石、钾长石)五种三角图。而且，还有学者不断进行补充完善，此方法简单直观，在国内外判别物源方面得到广泛应用，成功解释了很多物源区的构造背景。

图1 QFL和QmFLt三角图解的版块构造物源类型 (Dickinson，1983;转引自王成善，2003)

但是，在实际应用过程中，如果仅根据 Dickinson碎屑模型来进行物源分析，有时候会出现与实际情况明显的不一致的情况。这可能是由混合物源、沉积物的次生作用或者碎屑组分含量的统计方法不当等原因引起的，所以在应用这种方法进行盆地物源分析是应该特别注意和区域地质进行了解和匹配。

图2 来源与不同类型物源区的砂岩平均碎屑成分三角图解 (Dickinson，1983;转引自王成善，2003)

1.1.2 砾岩碎屑组分分析

在近源物源区分析中，(角)砾岩特别有用，它可以提供完整的岩样信息，有些方面是砂岩所不能及的。因为砾岩主要分布在盆地边缘，接近于物源区，而砾石的成分可以直接反应母源区的母岩成分。

要确定母岩的性质及物源的方向，最基本也是最直观的方法是查明砾石的粒度、成分、百分含量、磨圆度、分选等的变化。通过统计各种砾石成分及比例，获知母岩成分和结构特征的信息。通过对砾石最大扁平面的倾斜方向的统计可判断古水流的方向，进而确定物源方向。砾岩层的沉积特征，如分选性、磨圆度及厚度是源区的构造演化、沉积时的水动力条件及搬运路径的综合反映。

1.1.3 泥质岩碎屑组分分析

泥质岩是分布最广的一种沉积岩，但其在物源区分析中的应用却不是很多。目前，应用比较多的泥质岩的物源区分析多采用REE配分型式、微量元素及同位素等地球化学方法。

近期有不少学者(何良彪，刘秦玉，1997;何梦颖等，2011)等在这个方向进行了有益的探索，特别是现代河流粘土矿物和化学组分。何梦颖等(2011)利用X射线衍射方法系统分析了长江流域表层沉积物的粘土矿物，结果显示整个流域以伊利石为主，并且伊利石的化学指数和结晶度可有效示踪物源区和搬运路径，研究结果与稀土元素、Sr、Nd同位素等方法得出的结论基本吻合。

1.2 重矿物法

沉积学中的重矿物指存在于陆源碎屑岩中的一些比重大、含量少的透明及非透明的矿物，主要集中于细砂岩和粉砂岩中，其含量一般不会超过1%。砂岩中的重矿物主要有辉石、角闪石、绿帘石、十字石、石榴石、尖晶石、独居石、锆石、磷灰石、金红石、榍石、橄榄石，其组合与轻矿物组合反映了母岩性质。

传统方法虽然在判别沉积物来源及源区区域构造背景方面取得了重大的成功，但是这些分析结果反映的都是沉积岩所有物质的平均效应，当一个盆地同时接受多个物源输入时，这种方法的有效性不免要大打折扣。而一个重矿物颗粒只可能来自一个物源区，因此具有不同地球化学特征的同种矿物颗粒可以指示不同的物源区。再者，随着电子探针、离子探针和激光剥蚀等离子质谱仪(LA-ICP-MS)等微区分析技术的发展，使得单矿物原位的地球化学分析变得简单可靠，选择未经蚀变的矿物或者未蚀变的区域进行分析，可以避免成岩过程中风化蚀变的影响。

重矿物ZTR指数是指重矿物中最稳定的三种矿物锆石(Z)、电气石(T)、金红石(R)在透明重矿物中的百分含量。ZTR指数越高，表明岩石的成分成熟度越高，表明岩石的成分成熟度越高，所以该指数可以有效指示沉积物自物源区向盆地搬运距离的远近，据此可以推测物源区及古水流方向。

砂岩中的重矿物类型和其组合是沉积物搬运距离和岩性变化极为敏感的指示剂。利用碎屑重矿物组合机含量变化追索物源和恢复母岩方法一开始就广泛应用在物源区分析中，而且效果良好，而且取得了较好的研究效果。

2 造山带特征分析

造山带的特征分析主要涉及反剖面分析和母岩分析两部分。反剖面是指造山带的地层层序与盆地内的地层层序恰好相反的现象，即造山带老地层的岩石对应盆地内较新地层的岩石，而造山带新地层的岩石则对应盆地内较老地层的岩石。反剖面分析是物源分析进行的前提，主要涉及到造山带的复原、复位和构造演化分析，是对造山带性质、盆地性质、盆山耦合关系等的研究，这是一个很大的难点。

根据研究区的研究程度不同可以采用不同的解决方案:对研究较少甚至从未涉及的地区，应该判断研究区的地层类型，判定能否恢复，然后对于有适当方法可以恢复的地区进行造山带的地层恢复，确定反剖面对应关系以及地质历史时期内造山带和盆地对应的地层发育情况;对于研究程度比较深的地区，可以借鉴前人的研究成果资料，了解盆山耦合的关系及地质历史时期内的构造演化过程，确定研究地层所对应的造山带地层和盆地对应地层的位置及发育情况(林孝先，2011)。

由于造山带乃至现今大陆上众多中生代以前的地层大都具有非原地性，需要对其露头复原和复位，才能进行真正的古地理和原型盆地分析(李祥辉，1997)。对造山带进行复原、复位，区域地质资料是基础，包括经典的构造、地层、古生物、沉积等，也包括通过先进手段获得的测井、地震、重力场、地磁场等资料，另外以构造平衡剖面、挠曲变形缩短率、区域地层厚度及分布、推覆、滑覆体迁移方向和距离等对露头复原和复位相对更加有用。李祥辉(1997)在这方面进行了有益的尝试，对扬子地台西缘龙门山中北段泥盆系地层进行露头展平宽度、剥蚀宽度复原，对露头原始位置进行尝试性复位。

表1 常见矿物组合及其母岩类型

3 结语

目前现有的研究中，偏重于对盆地内碎屑物质的分析，而对造山带的特征研究程度不高。在这方面的研究力度需要加强，弥补物源分析中的造山带研究这重要的一环，而且还可以对盆地碎屑物源的研究结果加以佐证，使得研究结果更加准确可靠。

物源分析研究是盆地分析的一个重要方面，是恢复古环境、判别盆地大地构造背景的重要依据。不难看出，对物源区的判定方法有很多，单一运用某种方法在物源分析中是很局限的;随着研究的深入和技术的完善，新方法新技术不断涌现，我们应该综合运用多种方法进行综合分析，从研究区的具体实际出发，选择适合的多种方法进行综合分析，同时特别注意结合区域构造背景，取得更为深入、准确的分析研究结果。

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