毛光周，劉池洋

（1.山東科技大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與工程學(xué)院山東省沉積成礦作用與沉積礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島266590；

2.西北大學(xué)含油氣盆地研究所大陸動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710069）

0 引言

沉積物的地球化學(xué)特征在物源及沉積背景分析中具有非常重要的作用，前人利用地球化學(xué)在該領(lǐng)域取得了很多研究成果［1－46］。除了氣候、地形、搬運(yùn)距離和成巖作用，一般認(rèn)為碎屑巖組分主要受物源區(qū)母巖性質(zhì)和構(gòu)造背景影響［1－2］，因此，利用碎屑巖的化學(xué)成分可以判斷母巖特征，并分析研究盆地沉積環(huán)境、大地構(gòu)造背景和構(gòu)造演化等。

陸源碎屑巖總的化學(xué)成分常是源區(qū)性質(zhì)、剝蝕和搬運(yùn)過程的反映。其地球化學(xué)特別是在風(fēng)化、搬運(yùn)和成巖過程中相對不易遷移的組分（如稀土元素（rare earth element，REE）和Zr、Th、Sc、Y等一些微量元素［3－4］），提供了物源區(qū)成分的信息，并且包括物源區(qū)地質(zhì)體成分隨時間變化的信息［5］。響因素進(jìn)行了總結(jié)分析。充分認(rèn)識影響碎屑沉積物化學(xué)組成的因素，綜合運(yùn)用多種方法進(jìn)行物源區(qū)分析，揚(yáng)長補(bǔ)短，同時注意對研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)情況的研究，可以取得較好的效果。

1 常量元素分析

由于不同成因的巖石有不同的元素組合，因此研究沉積物中元素或元素組合的時空變化規(guī)律，可以揭示沉積物的物源、沉積控制因素以及沉積環(huán)境。沉積巖形成過程中的化學(xué)風(fēng)化、搬運(yùn)方式和介質(zhì)、遷移距離、分選作用、沉積古地理、沉積物蝕變或再循環(huán)等沉積成巖后生作用，加上沉積物物源的非單一性及不同物源區(qū)貢獻(xiàn)的差異等因素都會影響碎屑沉積巖的化學(xué)組成［16，19］，為利用碎屑沉積物的地球化學(xué)特征進(jìn)行物源分析及成巖構(gòu)造背景判別帶來了多解性與復(fù)雜性。

筆者闡述了地球化學(xué)方法在物源及沉積背景分析中的應(yīng)用，并對相關(guān)方法在應(yīng)用中應(yīng)該考慮的影

1.1 源區(qū)物質(zhì)組成

黏土及粉砂粒級全巖樣最能反映沉積物物源區(qū)的物質(zhì)組成特征［2］。MgO／（Al2O3×100）可以用來表示各種環(huán)境中陸源組分和海洋組分的比例。K2O／Al2O3可以用來確定細(xì)碎屑巖物源區(qū)成分，當(dāng)泥質(zhì)巖石中K2O／Al2O3＞0.5時，說明母巖中具有相當(dāng)數(shù)量的堿性長石，當(dāng)K2O／Al2O3＜0.4時，說明母巖中只含少量的堿性長石［6］。

利用碎屑巖的主量元素組合圖，比如log（Na2O／K2O）－log（SiO2／Al2O3）、log（Fe2O＊3／K2O）－log（SiO2／Al2O3）、CaO－Na2O－K2O、（Fe2O＊3＋MgO）－Na2OK2O以及SiO2／Al2O3－ΣREE、Na2O／K2O－ΣREE可以判斷其類型（圖1～3）。其中，F(xiàn)e2O＊3為全鐵。

1.2 構(gòu)造背景判別

一般認(rèn)為，砂巖中的化學(xué)成分反映其礦物成分，與其成熟度有關(guān)。據(jù)砂巖主要化學(xué)成分可分析其構(gòu)造背景。

可以利用砂巖的主量元素如TiO2－（Fe2O＊3＋MgO）、Al2O3／SiO2－（Fe2O＊3＋MgO）、K2O／Na2O－（Fe2O＊3＋MgO）、Al2O3／（CaO＋Na2O）－（Fe2O＊3＋MgO）判斷砂巖形成的大地構(gòu)造環(huán)境（表1、圖4）［9］。利用砂、泥巖物源區(qū)判別函數(shù)（表2）［12］及砂巖構(gòu)造環(huán)境判別函數(shù)（表3）［9］投點(diǎn)作圖（圖5），可判斷碎屑巖的源區(qū)性質(zhì)及構(gòu)造背景。

圖1 常量元素砂巖類型判別圖及砂巖和頁巖分類Fig.1 Distinction of Sandstone Types and Classification of Sandstones and Shales Based on Major Elements

圖2 不同性質(zhì)源巖的常量元素判別Fig.2 Distinction of Different Mother Rocks Based on Major Elements

注：封閉虛線表示不同的物源區(qū)［11］；箭頭指示從安山巖（An）到英安質(zhì)（Da）到花崗巖片麻巖及沉積（Ca）物源區(qū)，成熟度逐漸增加，分別相當(dāng)于OIA、CIA、ACM與PM構(gòu)造環(huán)境［10］；圖中元素含量均指質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

根據(jù)對砂、泥巖套提出的SiO2－K2O／Na2O、TiO2－SiO2圖解［13］及K2O／Na2O－SiO2／Al2O3圖解［1］（圖6），也可判別源區(qū)的構(gòu)造背景及沉積環(huán)境。

1.3 源區(qū)風(fēng)化強(qiáng)度和成分成熟度

細(xì)碎屑沉積巖比與其共生的砂巖更能反映源區(qū)風(fēng)化強(qiáng)度的變化［1］?？梢杂肅IA指數(shù)（chemical index alteration）來確定物源區(qū)的化學(xué)風(fēng)化程度［14］。CIA指數(shù)的計(jì)算公式：CIA＝Al2O3／（Al2O3＋CaO＊＋Na2O＋K2O），式中化學(xué)成分含量均為摩爾數(shù)，CaO＊是指存在于硅酸鹽礦物中CaO。由于硅酸鹽礦物中CaO與Na2O通常以1∶1的比例存在，所以認(rèn)為當(dāng)CaO的摩爾數(shù)大于Na2O時，可認(rèn)為mCaO＊＝mNa2O；而小于Na2O時，mCaO＊＝mCaO［1，15］。CIA值可以用絕對數(shù)來表示，通常認(rèn)為，CIA值在50左右的碎屑沉積巖，其物源區(qū)巖石未遭受化學(xué)風(fēng)化，CIA值為100時，表明其物源區(qū)巖石遭受了強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化。

表1 各類大地構(gòu)造環(huán)境砂巖常量元素含量Tab.1 Major Element Content of Sandstones in Different Tectonic Settings

表2 砂、泥巖源區(qū)判別函數(shù)的變量及其系數(shù)Tab.2 Variables and Their Coefficients of Discriminant Function for Provenance of Sandstone and Mudstone

表3 砂巖構(gòu)造環(huán)境判別函數(shù)的變量及其系數(shù)Tab.3 Variables and Their Coefficients of Discriminant Function for Tectonic Setting of Sandstone

圖4 砂巖、粉砂巖主量元素構(gòu)造環(huán)境判別圖解Fig.4 Major Element Discrimination Diagrams of Sandstones and Siltstones for Tectonic Setting

圖5 碎屑巖源區(qū)性質(zhì)及構(gòu)造背景函數(shù)判別圖解Fig.5 Distinction of Provenance Character and Tectonic Setting Based on Major Element Function Plot of Detrital Rocks

成分成熟度與沉積物形成的氣候背景和構(gòu)造背景有關(guān)，ICV（index chemical variation）指數(shù)可以用來確定沉積物的成分成熟度［6］。構(gòu)造活動區(qū)泥質(zhì)巖石的成分成熟度低，而在構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)或強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化背景下泥質(zhì)巖的成分成熟度高［15］。

常量元素分析的基礎(chǔ)是沉積物對母巖的主元素組合和重礦物組合的繼承性。一般在短距離搬運(yùn)和化學(xué)風(fēng)化很弱的條件下，二者具有較好的可比性。但應(yīng)注意主元素的活動性和可遷移性帶來的可能變化。在進(jìn)行礦物組合和元素組合分析時，還要考慮到搬運(yùn)過程中的稀釋作用，即應(yīng)注意相對含量而非絕對含量。

2 稀土元素－微量元素分析

圖6 砂巖、粉砂巖常量元素源區(qū)構(gòu)造背景判別圖解Fig.6 Major Element Ratios Diagrams of Sandstones and Siltstones for Tectonic Setting

細(xì)粒沉積物中的微量元素和稀土元素已廣泛應(yīng)用于沉積源區(qū)的確定、構(gòu)造背景及大陸生長的分析［3］。這些元素在水體中停留時間短暫，能快速進(jìn)入到細(xì)粒沉積物中，對層內(nèi)溶蝕作用也不敏感［16］。沉積巖中稀土元素含量的差異，主要由源區(qū)化學(xué)風(fēng)化作用或在搬運(yùn)和沉積過程中的交換反應(yīng)所造成［3，16－17］，稀土分布模式從源巖到沉積物沒有明顯變化［3，16］。REE及一些微量元素比值（如La／Yb、Eu／Eu＊、La／Th、La／Sc、Th／Sc、Co／Th、Cr／Th、Cr／V、V／Ni等）在沉積和變質(zhì)作用過程中也具有較強(qiáng)的抗遷移性。因此，它們被轉(zhuǎn)移到沉積物中仍能反映母巖的地球化學(xué)習(xí)性，是很好的物源指示劑［3，7，18］。

稀土元素配分曲線位置的高低、傾斜程度、鈰異常和銪異常以及曲線總體形態(tài)的相互對比是進(jìn)行成因和物源分析的重要指標(biāo)。

2.1 源區(qū)物質(zhì)組成

不同巖類克拉克值有一定的豐度特征，盆地沉積物元素豐度及其比值反映了剝蝕區(qū)的母巖性質(zhì)［3，18］。

REE在源區(qū)巖石中的豐度以及源區(qū)的風(fēng)化條件是控制沉積物中REE的主要因素，在搬運(yùn)、沉積和成巖過程中對沉積物中REE含量的改變甚微，因此源區(qū)巖石REE特征能夠被可靠保存在沉積物中［11］，砂巖的REE被廣泛用作判別源區(qū)巖石的主要標(biāo)志［4，11，19］。

REE、Sc、Al、Y、Th和Nb、Ta、Hf、Zr、Ti等高場強(qiáng)元素以及部分大離子親石元素如Rb、Ga、Cs等在巖石的風(fēng)化過程中很不活潑，往往被固體物質(zhì)吸附或者結(jié)合其中，隨顆粒物一起搬運(yùn)和沉積［3，20］，常被用來判斷源區(qū)源巖類型以及構(gòu)造背景的重要工具［3－4，19］。Zr和Y即使在變質(zhì)作用過程中也被認(rèn)為是非遷移的，因此，砂巖Zr／Y能夠比較好的追蹤物源［5］。另外，它們在海水中的含量往往極低，存留時間較短，在自生顆粒物質(zhì)中富集程度很低，因此在海底沉積物中，這些元素幾乎全部來自碎屑物質(zhì)，反映了碎屑源區(qū)的地球化學(xué)特征［3，21－22］。海底沉積物中自生沉積物的存在使利用這些不活潑元素不能準(zhǔn)確反映物源特征。在這種情況下，選用某些特征元素作標(biāo)準(zhǔn)，以元素對比值來反映源區(qū)地球化學(xué)特征會有很好的效果，通常選用Sc、Al、Ti等。

Al在沉積過程中相對穩(wěn)定且主要富集于細(xì)粒沉積物中，許多元素特別是大多數(shù)微量元素與Al在沉積物的不同粒級中具有相似的富集規(guī)律，因此元素的富集因子（Fe＝（Me／Al）sediments／（Me／Al）crust）可以指示沉積物中元素的地殼或非地殼來源［23］。富集因子接近1表示其內(nèi)地殼來源，大于10表示為非地殼來源［24］。

溶解Ti在海水中的分布類似于營養(yǎng)元素，可能存在生物／非生物的捕獲機(jī)制使其在自生沉積物中富集［25］，但Ti在碎屑物質(zhì)中的含量較高，自生沉積物的貢獻(xiàn)對沉積物中Ti的總含量影響甚微，利用Ti標(biāo)準(zhǔn)化比值可以減輕沉積物中海洋自生組分對元素的稀釋作用［26］。因此Ti往往被當(dāng)作碎屑組分的量化指標(biāo)用于扣除碎屑組分對沉積物的貢獻(xiàn)，這種做法在討論海洋沉積物的自生沉積物變化中得到較好應(yīng)用［27－28］。穩(wěn)定元素對比值Ti／Al是判斷不同沉積物來源是否一致的較好指標(biāo)。

北美頁巖（NASC）以及澳大利亞后太古宙平均頁巖（PAAS）中的稀土元素常被用來代表上地殼中稀土元素的特征［3］，據(jù)此可以根據(jù)沉積巖中稀土元素分布特征對沉積物的來源進(jìn)行判別。表4為稀土元素在作為標(biāo)準(zhǔn)頁巖中的含量及特征值。

利用La／Yb－ΣREE及Co／Th－La／Sc圖解（圖7）［11，30－31］可以反映某些巖石大類的成因特征。用La－Th－Sc、Th－Hf－Co和Th－Sc、La－Sc、Ni－Cr含量的變化關(guān)系（圖8、9）可以判別沉積物來源及物源區(qū)特征；Ni－Cr可以區(qū)分早、晚、后太古代泥巖［3］。

物源差異還可以從一些微量元素含量得到佐證。Sr是生源碳酸鹽沉積作用的指示元素，Ti、Zr是陸源碎屑的指示元素。Br、B、Sr、Ba等元素的含量與鹽度有關(guān)，因此可以用來區(qū)分海相或陸相沉積環(huán)境（表5），進(jìn)而反映離岸遠(yuǎn)近及水體的深度變化。

表4 標(biāo)準(zhǔn)頁巖稀土元素含量及其特征參數(shù)Tab.4 REE Contents and Characteristic Parameters of Standard Shales

圖7 泥巖的源巖判別圖解Fig.7 Discrimination Diagrams for Source Rocks of Mudstone

圖8 碎屑巖微量元素構(gòu)造環(huán)境判別Fig.8 Discrimination Diagrams of Tectonic Setting Based on Trace Element of Detrital Rocks

圖9 微量元素對物源區(qū)特征判別Fig.9 Discrimination Diagrams of Provenance Based on Trace Element Ratios

某些元素比值可以用來判斷沉積地層相對時間，如Gd／Yb及Sm／Nd。在地球演化初期，Gd較高，隨著元素分餾作用，Gd越來越小，Gd／Yb也就隨地層時代變新而變?。?，3］，太古界地層的Gd／Yb常大于2.0，而后太古界地層則小于2.0。Sm／Nd也隨地層時代變新而變小。它們在沉積過程中受地質(zhì)作用干擾較小，主要反映母巖的特點(diǎn)。

表5 海相和陸相沉積環(huán)境中的部分微量元素含量及比值Tab.5 Contents and Ratios of Some Trace Elements in Marine Facies and Continental Facies

2.2 構(gòu)造背景判別

利用La－Th－Sc、Th－Co－Zr／10、Th－Sc－Zr／10、Ti／Zr－La／Sc、La／Y－Sc／Cr、La－Th、La／Th－Hf和La／Th－La／Yb等判別圖（圖10）可以進(jìn)行源區(qū)構(gòu)造環(huán)境的判別［9，38－40］。Bhatia等研究表明，從大洋島弧依次到大陸島弧、活動大陸邊緣、被動大陸邊緣的雜砂巖，一般LREE、Hf、Ba／Sr、Rb／Sr、La／Y、Ni／Co系統(tǒng)增大，Ba、Rb、Pb、Th、U和Nd含量逐漸增高，而過渡性元素Sc、V、Co、Cu、Zn和Ba／Rb、K／Th、K／V比值都系統(tǒng)地減少［38］。

圖10 微量元素對構(gòu)造環(huán)境判別Fig.10 Discrimination Diagrams for Tectonic Setting Based on Trace Element

碎屑巖中La、Ce、Nd、Th、Zr、Nb、Y、Sc和Co等不活潑元素在研究物源區(qū)類型和判別構(gòu)造環(huán)境上作用很大［38］。Bhatia等還根據(jù)澳大利亞東部古生代濁積砂巖的微量元素特征，提出了判別沉積盆地構(gòu)造環(huán)境的最佳圖解和微量元素標(biāo)志（表6）［38］。

表6 不同構(gòu)造環(huán)境砂巖的微量元素特征Tab.6 Trace Element Features of Sandstone in Different Tectonic Settings

Bhatia歸納總結(jié)的不同構(gòu)造背景下雜砂巖REE特征值和模式曲線特征（圖11、表7）被廣泛應(yīng)用于REE物源區(qū)分析［11］。

圖11 不同構(gòu)造環(huán)境雜砂巖的稀土元素球粒隕石－PAAS標(biāo)準(zhǔn)化曲線Fig.11 Chondrite and PAAS－normalized REE Patterns of Greywacke in Different Tectonic Settings

表7 不同構(gòu)造背景沉積盆地雜砂巖的稀土元素特征Tab.7 REE Features of Greywacke in Sedimentary Basins from Different Tectonic Settings

2.3 源區(qū)風(fēng)化強(qiáng)度及氧化－還原條件

通常認(rèn)為，沉積物中的Sc均來自源巖，通過其他不相容元素與Sc的比值可反映源區(qū)特征［3，21］。經(jīng)Sc標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果以及一些特征元素比值的變化與氣候密切相關(guān)，從而可以通過陸源碎屑輸入量、結(jié)晶巖石風(fēng)化比例等因素來指示周邊陸殼風(fēng)化強(qiáng)度的變化［28］。

Ce／Ce＊能靈敏反映沉積環(huán)境的氧化還原條件，Ce／Ce＊＞1為正異常，表示還原環(huán)境；Ce／Ce＊＜0.95為負(fù)異常，表示氧化環(huán)境。該比值可以反映陸源碎屑輸入量變化以及周邊陸殼風(fēng)化強(qiáng)度的一些變化［28］。

Eu／Eu＊的變化和自生沉積物沒有什么關(guān)系，而完全反映碎屑物源的組成。一般經(jīng)高度結(jié)晶分異的地殼巖石，如花崗巖等酸性巖石，Eu負(fù)異常比較明顯；因而Eu異常的變化可能反映在這些時期輸入的碎屑中；從花崗巖等結(jié)晶巖石風(fēng)化后的產(chǎn)物的相對變化不難看出，陸殼風(fēng)化強(qiáng)度的變化［28］。

微量元素比值，比如V／Cr、Ni／Co、Ni／V和V／（V±Ni）等是目前常用的較為可靠的古氧相地球化學(xué)判別標(biāo)志［41］。V／Ni應(yīng)用到沉積環(huán)境的描述中是特別有用的，相對于Ni來說，V聚集在強(qiáng)烈還原的富硫化氫環(huán)境中［42］，V／（V±Ni）的變化主要由氧化還原電位控制。

3 同位素分析

3.1 裂變徑跡分析

裂變徑跡分析已成功應(yīng)用于和沉積有關(guān)的地層年齡、地殼隆升、埋藏、成巖史等研究。對砂巖中榍石、磷灰石、鋯石等重礦物的單顆粒或組合方式通過裂變徑跡分析，即可確定母巖地層年齡。Hurford等總結(jié)了裂變徑跡測年法在物源研究中的應(yīng)用，并指出該技術(shù)的主要不足在于沉積物的熱史可能使徑跡部分或全部退火而重新調(diào)整徑跡年齡。磷灰石徑跡退火溫度較低（＜100℃），但碎屑鋯石退火溫度較高（200℃～250℃）［43］。為了全面獲取源區(qū)信息，運(yùn)用鋯石低溫裂變徑跡和高溫U－Pb年齡相結(jié)合的方法對泰國Khorat盆地在Khorat群沉積時盆地與周緣構(gòu)造演化關(guān)系進(jìn)行了卓有成效的探討［44］。

3.2 K－Ar和40Ar／39Ar分析

該方法普遍應(yīng)用于礦物的定年研究，通過該方法測年獲取的礦物組合年齡譜對分析物源區(qū)熱演化史有重要意義。但沉積過程中可能的Ar丟失會導(dǎo)致年齡測定值偏小，某些低于臨界溫度的礦物可能代表物源區(qū)冷卻或隆升年齡而非原始礦物的形成年齡；因混入組分可能使測得的年齡僅反映物源區(qū)礦物的平均值。利用喜馬拉雅前陸盆地沉積物白云母40Ar／39Ar定年，確定了喜馬拉雅山脈隆升剝蝕歷史在28Ma BP左右［45］。

3.3 Rb－Sr分析

Rb－Sr等時定年可為碎屑礦物提供年齡數(shù)據(jù)，也可為混積的多源性提供佐證。利用87Sr／86Sr比值與87Rb／86Sr比值圖解分析線性相關(guān)程度，如果相關(guān)則說明存在物源供給關(guān)系。但沉積作用可能使成熟砂巖的Rb－Sr發(fā)生不同程度偏移，造成等時線的不準(zhǔn)確。

根據(jù)沉積盆地內(nèi)沉積物中黑云母和與黑云母共存長石中的Rb、Sr同位素分析，可計(jì)算與盆地毗鄰山脈的隆升剝蝕速率。對孟加拉灣早中新世沉積物中黑云母和與黑云母共存長石中的Rb－Sr同位素分析，計(jì)算出喜馬拉雅山脈30Ma以來的隆升速率為1～3mm／a［46－47］。

3.4 Sm－Nd分析

Sm－Nd同位素性質(zhì)穩(wěn)定，在沉積過程中變化較小，且不同來源母巖具有不同的Nd同位素組成；因此，利用Nd同位素示蹤源區(qū)的研究開展較多［48］。

沉積巖及其淺變質(zhì)產(chǎn)物的Nd同位素模式年齡可用于沉積物物源區(qū)的研究［48］，沉積巖的釹模式年齡代表其物源區(qū)巖石釹同位素模式年齡的平均值。

Nd同位素?cái)?shù)據(jù)能較好地反映沉積物（巖）的物源性質(zhì)。以古老的上陸殼為源區(qū)的沉積物，其εNd值一般小于－10。而以洋中脊玄武巖（MORB）為源區(qū)的沉積物（巖），其εNd值一般大于5［49］（圖12）。

圖12 Th／Sc－εNd構(gòu)造背景區(qū)分圖Fig.12 Th／Sc－εNdDiscrimination Diagram for Tectonic Setting

Sm－Nd分析的優(yōu)點(diǎn)在于風(fēng)化、變質(zhì)作用影響相對較小，可用于現(xiàn)代沉積，也可用于古老巖石，但是有可能無法區(qū)分具相同地殼沉降年齡的不同物源區(qū)，而且某些富含稀土的重礦物還可能使沉積物中的Sm－Nd含量發(fā)生偏移。

3.5 U－Pb分析

該方法在示蹤源區(qū)山脈隆升剝蝕變化等研究上有其優(yōu)越性。沉積物中顆粒鋯石U－Pb年齡頻譜中存在多個頻率峰值，每一個峰值代表不同性質(zhì)的源區(qū)特征。選擇沉積盆地內(nèi)控制性層位的樣品進(jìn)行單顆粒鋯石U－Pb年齡測定，獲取盆地沉積物的U－Pb年齡譜系，可以了解某一沉積時期沉積物源區(qū)的多樣性及盆地不同沉積時期物源性質(zhì)的變化特征［47，50－51］。

碎屑巖中鋯石U－Pb年齡的分布反映了源區(qū)的巖漿／變質(zhì)事件，進(jìn)而反映源區(qū)構(gòu)造層的結(jié)構(gòu)。提取沉積物中鋯石年齡信息，通過與盆地毗鄰山脈出露巖體的年齡進(jìn)行對比，則可以判斷該層位沉積時的物源組成。利用鋯石的U－Pb年齡論證了松潘—甘孜地區(qū)的三疊系碎屑沉積巖物源是揚(yáng)子克拉通［52］。

通常認(rèn)為，巖漿成因的鋯石其Th／U值大于0.1，而變質(zhì)成因鋯石的Th／U值小于0.1［53］。利用鉛同位素組成變化（圖13）［2］可以判斷地殼不同深度來源鉛的貢獻(xiàn)，從而判別物源。

3.6 Re－Os分析

圖13 不同構(gòu)造環(huán)境鉛同位素組成Fig.13 Lead－isotope Composition of Different Tectonic Settings

Re和Os由于其不同的相容性而在殼幔作用過程中發(fā)生分離。地殼往往顯示較高的Re／Os，一般為10～1 000。地幔中則由于低的Re含量而呈現(xiàn)低Re／Os特征，一般在0.1左右［54］。

已有研究發(fā)現(xiàn)，隕石和地幔的187Re／186Os均為3.2，現(xiàn)代地幔的187Os／186Os為1.055［55］。地殼的187Re／186Os約為400，地殼的187Os／186Os為10左右。因此，可以利用樣品中這些值的對比來判定其源區(qū)。

3.7 穩(wěn)定同位素分析

穩(wěn)定同位素應(yīng)用于物源區(qū)分析的實(shí)例不多，其主要原因是原始同位素組成既可在母巖中相同，也可因熱液或其他變質(zhì)作用使沉積物中含量發(fā)生變化。相對而言，低級成巖作用對許多碎屑礦物穩(wěn)定同位素組成影響不大。

從硫同位素的成因機(jī)理講，海相成因的鹽巖，往往富集輕同位素δ32S，陸相成因的鹽巖，往往富集輕重同位素δ34S。

利用δ18O、δ30Si、δ30Si－δ18O可以判斷碎屑巖的物源情況［56］，14C測年也可為近代沉積物來源和沉積環(huán)境判斷做出一定貢獻(xiàn)。

3.8 同位素分析在物源分析中存在的問題

同鋯石U－Pb及FT方法相比，Rb－Sr、K－Ar等方法在反演物源區(qū)山脈隆升速率、物源區(qū)構(gòu)造熱事件等方面具有自身優(yōu)勢。但由于物源多樣性影響，所得到的年齡可能為混合年齡，導(dǎo)致在對混合物源的界定方面可能出現(xiàn)偏差，所以在應(yīng)用時需要特別注意。

單獨(dú)使用某種同位素方法分析物源區(qū)的實(shí)例較多，但綜合應(yīng)用幾種同位素方法的不多。成分成熟度和顆粒大小對其數(shù)值有影響。通常同位素分析在未成熟砂巖和細(xì)粒碎屑（如泥巖）應(yīng)用更準(zhǔn)確有效，前者在確定特殊物源區(qū)上有優(yōu)勢，后者適于大區(qū)域范圍的平均成分分析。

4 地球化學(xué)在物源分析中需注意問題

與其他物源分析方法相比，地球化學(xué)具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢，可以解決一些其他方法無法解決的難題。但由于影響巖石化學(xué)成分的因素較多，特別是對于沉積巖，很容易受外生營力的影響，所以在分析中要結(jié)合具體地質(zhì)情況進(jìn)行合理解釋。

盡管文中所列的判別函數(shù)及圖解得到了廣泛應(yīng)用，但這些函數(shù)及圖解基本均為通過已知構(gòu)造背景下特定的巖石組合總結(jié)得出，雖得到后人的檢驗(yàn)，但有限樣品數(shù)量及樣品差異均為這些函數(shù)及圖解的有效應(yīng)用帶來不利影響。

以盆地沉積物示蹤源區(qū)反演區(qū)域構(gòu)造演化的研究具有重要的科學(xué)意義，可以為盆－山耦合研究提供新的思路和途徑。但在應(yīng)用時必須注意結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，有選擇地進(jìn)行多種方法綜合分析；不同研究區(qū)采取不同的研究手段，同時特別要注意對研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)情況的研究。

碎屑沉積巖的物源屬性判別和成巖構(gòu)造背景識別都是基于碎屑沉積巖的化學(xué)組成特征。然而，沉積巖形成過程中的化學(xué)風(fēng)化、搬運(yùn)方式和介質(zhì)、遷移距離、分選作用、沉積古地理、沉積物蝕變或再循環(huán)等沉積成巖后生作用，加上沉積物物源的非單一性及不同物源區(qū)貢獻(xiàn)差異等因素都會影響碎屑沉積巖的化學(xué)組成［16，19，57］，為利用碎屑沉積物的地球化學(xué)特征進(jìn)行物源分析及成巖構(gòu)造背景判別帶來多解性與復(fù)雜性。充分認(rèn)識這些因素對判別參數(shù)的影響，獲取更為合理、有效的判別參數(shù)，同時應(yīng)注意將多種方法相結(jié)合，揚(yáng)長補(bǔ)短［58］，才能使地球化學(xué)方法在物源分析及構(gòu)造背景判別中的應(yīng)用得到更為可靠的結(jié)果。

5 結(jié)語

（1）物源分析是盆地分析和古地理分析不可或缺的內(nèi)容和方法。地球化學(xué)在物源及沉積背景分析中起著非常重要的作用，可分為常量元素分析、稀土元素－微量元素分析及同位素分析3種。

（2）與其他物源分析方法相比，地球化學(xué)具有自己獨(dú)特的優(yōu)勢，解決一些其他方法無法解決的難題。但由于影響巖石化學(xué)成分的因素較多，特別是對于沉積巖，很容易受外生營力的影響，因此在分析中要結(jié)合具體地質(zhì)情況進(jìn)行合理解釋。

（3）充分認(rèn)識影響碎屑沉積物化學(xué)組成的因素，綜合運(yùn)用多種方法進(jìn)行物源區(qū)分析，揚(yáng)長補(bǔ)短，同時注意對研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)情況的研究，可以取得較好的效果。

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