第三章 物源分析

沉積盆地分析主講：杜振川研究生課程沉積盆地分析第三章沉積盆地的物源區(qū)分析第一節(jié)、概述

物源區(qū)（provenance）：是指盆地中碎屑物質(zhì)的來(lái)源區(qū)（sourcearea）或母源區(qū)（parentarea），同時(shí)還有母源區(qū)的巖石類型、氣候和地形含義。

物源區(qū)分析是盆地分析不可缺少的內(nèi)容，對(duì)古地理、古氣候重建可以提供最基本的材料，物源區(qū)分析可以解決物源區(qū)的位置和性質(zhì)、沉積物的搬運(yùn)過(guò)程、影響沉積物組分差異的成因、盆地性質(zhì)等問(wèn)題。

→第二篇分析原理沉積盆地分析第三章沉積盆地的物源區(qū)分析第一節(jié)概述

物源區(qū)分析的任務(wù)是

①判斷古陸和侵蝕區(qū)的存在；②表明古陸地型起伏特征；③城恢古河流體系；④確定物源區(qū)母源性質(zhì)及構(gòu)造背景等?！诙治鲈沓练e盆地分析第三章沉積盆地的物源區(qū)分析第一節(jié)概述

侵蝕區(qū)（erosionalarea)：通常，將侵蝕區(qū)理解為在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，向沉積區(qū)提供陸源碎屑及可容性物質(zhì)的剝蝕區(qū)（denudationarea）。

古陸（ancientland)：侵蝕區(qū)常是地質(zhì)上持續(xù)上升的地區(qū)，如持續(xù)時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，則可能成為穩(wěn)定的構(gòu)造背景，而具有這種構(gòu)造背景的侵蝕區(qū)，并且含有結(jié)晶基底就是所謂的古陸?！诙治鲈淼谌鲁练e盆地的物源區(qū)分析第二節(jié)物源區(qū)分析方法

沉積屬性分析方法：包括礦物的、巖石的、成熟度的、生物的和巖相的分析5個(gè)方面，而巖石的分析又包括(角)礫巖的、砂巖的、泥質(zhì)巖的、內(nèi)源巖的4個(gè)方面。然而，沉積屬性特別是重礦物、砂巖和泥質(zhì)巖的物源區(qū)分析，又常借助于地球化學(xué)分析的手段來(lái)完成。因此，沉積屬性與地球化學(xué)屬性的物源區(qū)分析有時(shí)難以截然分開(kāi)。一、物源區(qū)分析→沉積屬性的方法第三章沉積盆地的物源區(qū)分析第二節(jié)物源區(qū)分析方法1、重礦物分析

一、物源區(qū)分析→沉積屬性的方法沉積學(xué)中的重礦物（heavymineral）：指存在于陸源碎屑巖中的一些比重大、含量少的透明和非透明礦物，它們主要集中于細(xì)砂巖和粉砂巖中，其含量一般不超過(guò)1％。砂巖中的重礦物主要有輝石、角閃石、綠簾石、十字石、石榴石、尖晶石、獨(dú)居石、鋯石、磷灰石、金紅石、榍石、橄欖石，其組合與輕礦物組合反映了母巖性質(zhì)。常見(jiàn)礦物組合及其母巖類型第二節(jié)物源區(qū)分析方法1、重礦物分析

一、物源區(qū)分析→沉積屬性的方法

在運(yùn)用重礦物確定物源性質(zhì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)；①在確定母巖性質(zhì)時(shí)，應(yīng)綜合利用重礦物的含量、組成、特征及其與輕礦物配合分析；②有些母巖可能只向一個(gè)沉積區(qū)提供重礦物組合，有些則可能向多個(gè)沉積區(qū)提供組合；③越接近母巖區(qū)某一類重礦物組合含量和種類愈多；④就同一母巖重礦物組合而言，越是接近母巖區(qū)，礦物種類愈多，重礦物總含量越高，不穩(wěn)定組分相對(duì)百分含量愈高，反之亦然。第二節(jié)物源區(qū)分析方法1、重礦物分析

一、物源區(qū)分析→沉積屬性的方法1）輝石(pyroxene)

輝石是常見(jiàn)的重礦物之一，它基性和超基性巖石常見(jiàn)的礦物，主要存在于母源為麻粒巖—角閃巖變質(zhì)相；麻粒巖—角閃巖相以單斜輝石為主，伴隨有斜方輝石、石榴石、角閃石、綠簾石組合。

第二節(jié)物源區(qū)分析方法1、重礦物分析

一、物源區(qū)分析→沉積屬性的方法2）角閃石(hornblende)角閃石分為兩大組合即：一種是與綠簾石類礦物有關(guān)的陽(yáng)起石、普通角閃石和鐵普通角閃石組合；另一種是與單斜輝石、石榴石有聯(lián)系的淺閃石與鈣鎂閃石的組合。

第二節(jié)物源區(qū)分析方法1、重礦物分析

一、物源區(qū)分析→沉積屬性的方法3）十字石(staurolite)在沉積物中含量較少，可通過(guò)鐵化參數(shù)[(Fe+Mn)／(Fe+Mn+Mg)]來(lái)反映物源區(qū)的組成。

第二節(jié)物源區(qū)分析方法1、重礦物分析

一、物源區(qū)分析→沉積屬性的方法4）其他重礦物獨(dú)居石(monazite)富輕稀土，其La／Nd比值可反映物源特性，花崗巖和花崗偉晶巖中的La／Nd比分別為1.13和1.06，而在堿性花崗巖和碳酸巖中很高，平均達(dá)3.11。電氣石(tourmaline)用FeO和MgO百分比圖解方法來(lái)確定其成因是否是變質(zhì)的，是花崗巖的還是別的巖石。鋯石(zircon)化學(xué)組分固定，多通過(guò)Zr／Hf比值的變化來(lái)研究物源區(qū)母巖性質(zhì)。第二節(jié)物源區(qū)分析方法2、巖性分析一、物源區(qū)分析→沉積屬性的方法1）碎屑礫巖物源分析（角）礫巖對(duì)近源物源區(qū)分析特別有用，可提供較完整的巖樣信息；（角）礫巖：一是主要分布在盆地邊緣，接近于物源區(qū)；二是礫石的成分可直接反應(yīng)物源區(qū)的母巖成分，對(duì)礫石成分及比例予以統(tǒng)計(jì)，可知母巖成分特征。因此，查明礫石的礫度、成分、百分含量的變化，是確定母巖性質(zhì)及物源方向的基本手段，也是最直觀的方法。第二節(jié)物源區(qū)分析方法2、巖性分析一、物源區(qū)分析→沉積屬性的方法2）碎屑砂巖物源分析

許多物源區(qū)分析的內(nèi)容及方法都源自砂巖的研究。經(jīng)典的砂巖QFL三角圖為物源區(qū)分析，尤其是母巖性質(zhì)及其構(gòu)造背景的確定，提供了相當(dāng)實(shí)用的研究方法，其他如QmFLt、QpLvLs、OmpF、QtFL圖解(Dickinson，1979，1982，1985，1988)，QFR圖解(Crook，1974)，新QFL圖解(Dickinson，1988)等為砂巖物源區(qū)分析提供了多種選擇。碎屑砂巖組分的這些三角圖解在物源區(qū)分析中得到了廣泛應(yīng)用。第二節(jié)物源區(qū)分析方法2、巖性分析一、物源區(qū)分析→沉積屬性的方法2）碎屑砂巖物源分析

砂巖碎屑組分不僅反映了母巖的性質(zhì)，也反映了大地構(gòu)造的條件。砂巖物源區(qū)取決于三個(gè)端元：石英質(zhì)碎屑、長(zhǎng)石碎屑和巖屑碎屑。按照端元特性，可將碎屑砂巖的物源區(qū)分析方法分為：?jiǎn)嗡樾挤治?、石英質(zhì)碎屑分析、長(zhǎng)石碎屑、巖石碎屑分析及多碎屑分析（三角圖方法）。第二節(jié)物源區(qū)分析方法2、巖性分析一、物源區(qū)分析→沉積屬性的方法2）碎屑砂巖物源分析

A、單碎屑分析：

對(duì)于石英質(zhì)碎屑來(lái)說(shuō)，主要采用石英中的包裹體、石英消光類型、形狀、多晶現(xiàn)象、同位素等手段進(jìn)行分析。例如，中、酸性巖漿巖的石英多是鑲嵌的多晶石英，石英中可有鋯石、電氣石、磷灰石等礦物包裹體；而變質(zhì)成因的石英帶縫合線狀的多晶石英，波狀消光明顯，石英中有矽線石、電氣石、藍(lán)晶石等礦物包裹體；來(lái)自沉積巖中的石英顆粒相對(duì)磨圓率較高，具再旋回次生加大的特點(diǎn)。第二節(jié)物源區(qū)分析方法2、巖性分析一、物源區(qū)分析→沉積屬性的方法2）碎屑砂巖物源分析

A、單碎屑分析：

對(duì)于長(zhǎng)石碎屑是砂巖中僅次于石英碎屑的組成成分，可以利用其微量元素和長(zhǎng)石類型來(lái)區(qū)分母巖性質(zhì)。例如，火山巖中的斜長(zhǎng)石K含量隨Ca減少而增加，變質(zhì)巖中的斜長(zhǎng)石含K少，沉積巖中的斜長(zhǎng)石K的含量介于其間；又如，酸性火山巖中的長(zhǎng)石主要為透長(zhǎng)石，酸性侵入巖則為正長(zhǎng)石和微斜長(zhǎng)石，中性巖以其環(huán)帶構(gòu)造斜長(zhǎng)石為主，中性火山巖中長(zhǎng)石常具細(xì)環(huán)帶構(gòu)造。2、巖性分析一、物源區(qū)分析→沉積屬性的方法2）碎屑砂巖物源分析

B、多碎屑三角圖分析

Crook圖解法：他分別以石英質(zhì)組分(Q)含量65％和85％～90％為界將三角圖區(qū)分為穩(wěn)定、次穩(wěn)定和非穩(wěn)定三個(gè)主要物源區(qū)。其中，穩(wěn)定區(qū)主要指穩(wěn)定的克拉通或地盾陸殼；次穩(wěn)定區(qū)包括裂谷和部分前陸盆地；非穩(wěn)定區(qū)則含有被動(dòng)大陸邊緣富石英砂沉積系列，Q介于15％～65％的安第斯型活動(dòng)大陸邊緣系列和Q小于15％的火山島弧區(qū)貧石英的雜砂巖系列。該三角圖較為簡(jiǎn)明，但某些物源區(qū)的界線范圍可能不夠準(zhǔn)確。2、巖性分析一、物源區(qū)分析→沉積屬性的方法2）碎屑砂巖物源分析

B、多碎屑三角圖分析

Crook圖解法：2、巖性分析2）碎屑砂巖物源分析

C、砂巖組分統(tǒng)計(jì)方法

一般的說(shuō)，陸源碎屑巖尤其是砂巖的碎屑組合含量統(tǒng)計(jì)主要有篩析法和薄片法兩種。薄片法是通用的碎屑組分含量統(tǒng)計(jì)方法，常見(jiàn)的有面積目估法和計(jì)點(diǎn)法。目估法：鏡下操作人為性較強(qiáng)，由于視覺(jué)誤差估算的碎屑面積含量不夠準(zhǔn)確。計(jì)點(diǎn)法：是在鏡下確定網(wǎng)格內(nèi)統(tǒng)計(jì)不同成分出現(xiàn)的頻數(shù)。計(jì)點(diǎn)法的準(zhǔn)則為：一般情況下只對(duì)大于0.03mm的碎屑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并按3～4，3～2，2～1，1～0，0～－1，五個(gè)φ值范圍讀數(shù)；雜基和膠結(jié)物均不計(jì)數(shù)；統(tǒng)計(jì)點(diǎn)應(yīng)大于300個(gè)。篩析法沉積學(xué)已講3、生物及生物相分析一、物源區(qū)分析→沉積屬性的方法

沉積物中生物化石屬性在物源區(qū)母巖性質(zhì)、定向及構(gòu)造特征分析方面是直觀的。生物屬種的生態(tài)、年代意義和生物相（含群落）的環(huán)境及生物地理分區(qū)性是進(jìn)行物源區(qū)分析的基礎(chǔ)。毫無(wú)疑問(wèn)，具有生物化石的物源區(qū)明顯是沉積性質(zhì)的。4、相型體系分析一、物源區(qū)分析→沉積屬性的方法

沉積巖相體系類型在物源區(qū)分析中有其自身價(jià)值。如扇三角洲體系與斷陷裂谷、斷陷拉張的被動(dòng)邊緣或沖斷的前陸盆地有關(guān)；辮狀河三角洲中的辮狀河或辮狀河平原若與沖積扇共同組合出現(xiàn)，則它可能代表了裂谷、拉張盆地發(fā)育晚期。實(shí)際上，從扇三角洲到辮狀三角洲，再到?jīng)_積平原反映了裂谷拉張盆地演化時(shí)期的變化，即從早期到晚期。

二、物源區(qū)分析→物源區(qū)分析地球化學(xué)屬性的方法

獲得有效進(jìn)行物源區(qū)分析的地球化學(xué)屬性方法，一直是沉積地球化學(xué)分析者努力探索的方向。根據(jù)元素含量、周期表中位置及放射衰變性，可以將沉積物的地球化學(xué)屬性方法分為常量元素、微量元素、稀土元素及同位素四種。三、物源區(qū)分析的應(yīng)用物源區(qū)分析不僅對(duì)盆地自身研究有重要意義，而且對(duì)其它地質(zhì)作用的分析如沉積作用和古氣候、古地理和古構(gòu)造重建、地層對(duì)比、儲(chǔ)層模擬等都具有應(yīng)用價(jià)值。1、沉積作用分析

沉積物物源分析不僅用于區(qū)分同一盆地中不同的沉積體系、巖相，也可分析各種規(guī)模的古代沉積體系。例如，Hirst和Nichols(1986)在研究西班牙Ebro盆地的兩個(gè)分支河流體系和邊緣沖積扇之間的關(guān)系時(shí)，就采用了巖石物源分析方法。這一實(shí)例反映，分隔的盆地如有同一條古河流補(bǔ)給物源是可能查明的。此外，Dill(1989)、Takeuchi和Takizawa(1991)也介紹了利用物源分析進(jìn)行沉積體系或巖相恢復(fù)方面的實(shí)例。三、物源區(qū)分析的應(yīng)用2、古氣候分析

因?yàn)?，氣候很大程度上影響甚至控制了沉積巖碎屑組分，因此，反過(guò)來(lái)依據(jù)物源資料可能反演得到古氣候的信息。在強(qiáng)烈化學(xué)風(fēng)化作用(常常在熱帶風(fēng)化作用條件下)的地區(qū)以及風(fēng)化作用能長(zhǎng)時(shí)間作用的環(huán)境，石英砂巖組分通常含大量再旋回石英。古土壤的存在的證據(jù)對(duì)于探討當(dāng)時(shí)的風(fēng)化作用和最終沉積物之間的聯(lián)系可以借鑒；而細(xì)粒海相地層中的礦物(如高嶺石／蒙脫石之比)可用于氣候變化推測(cè)。三、物源區(qū)分析的應(yīng)用3、古地理重建

1)判斷古陸或侵蝕區(qū)的存在

如在某一個(gè)地區(qū)在一定時(shí)期內(nèi)堆積了沉積物，該地區(qū)可以認(rèn)為是沉積區(qū)；假如這個(gè)時(shí)期沒(méi)有沉積，則把它看作為侵蝕區(qū)。再如，根據(jù)同時(shí)代的陸源碎屑礦物的含量及粒度變化確定古陸的存在，愈靠近侵蝕區(qū)，陸源碎屑礦物總含量愈高，粒度愈大，粘土礦物組分的規(guī)律變化為近陸地以高嶺石為主，遠(yuǎn)離剝蝕區(qū)則蒙脫石和伊利石增多。

三