劉騰，陳剛，徐小剛，康昱，閆楓

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069; 2.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

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物源分析方法及其發(fā)展趨勢(shì)

劉騰1,2，陳剛1,2，徐小剛1,2，康昱1,2，閆楓1,2

(1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069; 2.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710069)

物源分析是進(jìn)行盆地分析、古環(huán)境與古氣候恢復(fù)、古地理重建、構(gòu)造背景追溯及盆山耦合研究的必要內(nèi)容和方法，研究意義重大。物源分析的母巖主要包括陸源巖、內(nèi)源巖、火山源巖、巖漿源巖、變質(zhì)源巖、地外源巖和混合源巖等幾種類型，各類源巖類型依次對(duì)應(yīng)不同的源區(qū)及構(gòu)造環(huán)境背景。筆者通過對(duì)大量文獻(xiàn)的檢索和調(diào)研，主要總結(jié)闡述了沉積巖石學(xué)方法、重礦物分析方法、地球化學(xué)分析方法、地質(zhì)年代學(xué)方法、黏土礦物學(xué)方法、化石及生標(biāo)化合物方法及地球物理學(xué)方法等幾類物源分析方法。并展望了未來物源分析的發(fā)展趨勢(shì)。隨著新技術(shù)和新方法的不斷創(chuàng)新與涌現(xiàn)，物源分析將從傳統(tǒng)方法轉(zhuǎn)向現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)方法，從單方法向多方法的綜合運(yùn)用完善，從單學(xué)科趨于向多學(xué)科交叉融合，從定性分析向定量分析發(fā)展。

源(母)巖；物源分析；重礦物；地球化學(xué)；發(fā)展趨勢(shì)

物源區(qū)是沉積盆地中碎屑物質(zhì)的供給區(qū)，并包含原巖類型、氣候環(huán)境和地形地貌等方面的含義。沉積物可以記錄原(母)巖從一個(gè)源區(qū)搬運(yùn)至另一個(gè)堆積(源)區(qū)的時(shí)空過程，并可對(duì)造山帶的深部構(gòu)造特性進(jìn)行記錄和反映。物源分析作為盆地分析的重要內(nèi)容，是進(jìn)行古環(huán)境與古氣候恢復(fù)、古地理重建、構(gòu)造背景追溯及盆山耦合研究的必要內(nèi)容和方法，具有非常重要的科學(xué)研究意義。隨著地質(zhì)科學(xué)理論的日臻完善和多種現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)水平的提高，物源分析已成為盆地研究的重點(diǎn)課題之一。通過物源分析，不僅能夠了解物源區(qū)的地質(zhì)演化過程，而且借助穩(wěn)定礦物同位素測(cè)年方法，還可以對(duì)源區(qū)遺失的年代史進(jìn)行描述分析(王成善等，2003；汪正江等，2000；趙紅格等，2003；楊仁超等，2013；張妮，2012；何夢(mèng)穎，2014)。

1 物源分析的源(母)巖類型

不同物源區(qū)的母巖和構(gòu)造背景在沉積盆地中有不同的沉積、地球化學(xué)響應(yīng)。依據(jù)源巖性質(zhì)差別，物源區(qū)母巖主要包括陸源巖、內(nèi)源巖、火山源巖、巖漿源巖、變質(zhì)源巖、地外源巖和混合源巖等幾種類型(王成善等，2003)(表1)。

2 物源分析方法及原理

依據(jù)不同物源在沉積物的遷移和沉積過程中就會(huì)有不同的巖性、巖相和地球化學(xué)特征響應(yīng)的基本原理，我們?cè)谶M(jìn)行物源分析時(shí)，通常對(duì)碎屑巖石、礦物成分及其組合特征、地層發(fā)育狀況、沉積巖相的側(cè)向與縱向變化疊置、地球化學(xué)特征及其組合特征等方面進(jìn)行重點(diǎn)研究。隨著現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的多樣化和方法水平的不斷提高，物源分析的方法種類也與日俱增并漸趨成熟。目前，應(yīng)用較多的分析方法有：沉積學(xué)與巖石學(xué)方法、重礦物分析方法、地球化學(xué)分析方法、地質(zhì)年代學(xué)方法、黏土礦物學(xué)方法、化石及生標(biāo)化合物方法及地球物理學(xué)方法等。筆者將分類陳述和分析各種方法的原理與應(yīng)用(楊仁超等，2013)。

2.1 沉積學(xué)與巖石學(xué)方法

沉積學(xué)方法是根據(jù)盆地現(xiàn)有的鉆井、測(cè)井和地震等數(shù)據(jù)資料，經(jīng)過詳細(xì)的地層對(duì)比與劃分，編繪出特定地史時(shí)期的地層等厚度圖、沉積相展布圖等相關(guān)圖件，對(duì)物源區(qū)的相對(duì)位置作出推斷。在此基礎(chǔ)上結(jié)合研究區(qū)內(nèi)碎屑巖石的巖性、成分、沉積體形態(tài)、粒度、沉積構(gòu)造、古流向及植物微體化石等資料，進(jìn)一步地確定物源區(qū)。砂巖百分比等值線圖和礫巖百分比等值線圖最能反映物源的方向。沉積學(xué)方法具有直接、有效、花費(fèi)小等優(yōu)點(diǎn)，但也存在資料統(tǒng)計(jì)工作量大、僅能判斷物源的粗略方向，不能確定物源區(qū)的具體位置和母巖性質(zhì)等具體信息的缺點(diǎn)(王成善等，2003；趙紅格等，2003；楊仁超等，2013；張妮，2012；何夢(mèng)穎，2014；徐田武等，2009)。

巖石學(xué)方法主要是根據(jù)盆地陸源碎屑巖來自母巖的陸源碎屑組合推斷物源區(qū)的母巖類型。例如，沉積物中的礫石層作為研究古氣候環(huán)境演替的重要指標(biāo)，有效的指示了沉積構(gòu)造環(huán)境的演變過程。礫石層的物源，時(shí)代與年齡以及礫石層地層層序的劃分等都可以直接或間接地反映礫石層的沉積環(huán)境，是沉積環(huán)境的一種指示標(biāo)志(丁新潮等，2014)。DICKINSON等依據(jù)大量的砂巖碎屑成分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，建立了砂質(zhì)碎屑礦物成分與物源區(qū)之間的系統(tǒng)關(guān)系，繪制了多個(gè)經(jīng)驗(yàn)判別三角圖解(Q-F-L，Qm-F-Lt，Qp-Lv-Ls，Qm-P-K等)(圖1)，至今仍被廣泛應(yīng)用于物源區(qū)的構(gòu)造背景分析，并成功地解釋了多個(gè)物源區(qū)的構(gòu)造背景(王成善等，2003；汪正江等，2000；趙紅格等，2003；楊仁超等，2013；張妮，2012；DICKINSON W R等，1983；馬收先等，2014；馮連君等，2003)。但是經(jīng)過大量實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該方法仍存在幾處缺陷：首先沒有考慮混合物源的存在，其次忽略了風(fēng)化、搬運(yùn)和成巖作用等作用的影響，使其在某些研究區(qū)應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)與真實(shí)情況偏差的情況(張妮，2012)。因此，DICKINSON的物源區(qū)的判別圖解有助于源區(qū)的構(gòu)造背景分析，但必須與其他地質(zhì)證據(jù)相結(jié)合才能得出切合實(shí)際的結(jié)論(汪正江等，2000；趙紅格等，2003；楊仁超等，2013)。

Qm.單晶石英；Qt.石英總量(Qm+Qp)；Qp.多晶石英(包括燧石)；F.斜長(zhǎng)石總量(P+K)；Lv.火成巖巖屑；L.不穩(wěn)定巖屑(Lv+Lm+Ls)；Lm.變質(zhì)巖巖屑；Lt.多晶質(zhì)巖屑(L+Qp)；Ls.沉積巖巖屑(除鏈?zhǔn)凸杌規(guī)r)；點(diǎn)線分界為WELTJE(2006)的計(jì)算結(jié)果，A.穩(wěn)定陸塊；B.巖漿??；C.再旋回造山帶?；疑珔^(qū)域?yàn)?9%置信度的平均值圖1 物源區(qū)判別圖 (據(jù)DICKINSON,1985; WELTJE,2006; 馬收先, 2014)Fig.1 Discriminant provenance diagram(After DICKINSON,1985; WELTJE,2006; MA Shouxian,2014)

傳統(tǒng)的巖石學(xué)研究手段在物源分析中可發(fā)揮重要作用，如作為物源直接標(biāo)志的沉積物巖屑，可用偏光顯微鏡直接鑒定。而研究巖石中主要造巖礦物的發(fā)光性對(duì)判別沉積環(huán)境和巖石成因非常有利，且碎屑顆粒的發(fā)光分析可直接對(duì)物源區(qū)環(huán)境進(jìn)行判斷。例如，碎屑巖中常見的石英、長(zhǎng)石和巖屑隨物源變化就具有不同的發(fā)光特征，故依據(jù)其在陰極發(fā)光鏡下的顏色特征分析物源。ZINKERNAGEL(1978)首次提出了石英陰極發(fā)光色譜的劃分方案(表2)。但不同研究者對(duì)陰極發(fā)光顏色的辨別存在極大的主觀性。因此，對(duì)顏色的判斷會(huì)出現(xiàn)偏差。為彌補(bǔ)此缺陷，有學(xué)者將陰極發(fā)光(CL)與掃描電鏡(SEM)相結(jié)合，得到不同成因石英的紅光、藍(lán)光和綠光光譜，并對(duì)光譜進(jìn)行定量分析，以期取得更為理想的判別效果。

表2 石英陰極發(fā)光顏色與源巖類型表(據(jù)馬收先，2014；ZINKERNAGEL,1978)

2.2 重礦物分析方法

沉積學(xué)中的重礦物指存在于陸源碎屑巖中的一些比重大(>2.86)、含量少的透明和不透明礦物，它們主要集中于細(xì)、粉砂巖中。重礦物類型主要有輝石、角閃石、綠簾石、石榴子石、尖晶石、獨(dú)居石、鋯石、磷灰石、金紅石等，其組合與輕礦物組合反映了母巖的性質(zhì)(王成善等，2003；杜世松等，2015)。重礦物分析方法是通過沉積物中的重礦物組合來指示源區(qū)母巖的巖石類型和礦物組合特征，隨著電子探針技術(shù)的應(yīng)用及其分析水平和精度的不斷提高，重礦物物源分析法得到了廣泛應(yīng)用。重礦物具有耐磨蝕和穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)。因此，能夠較多的保留其母巖的特征，其在物源分析中具有重要地位(趙紅格等，2003；楊仁超等，2013；張妮，2012；徐田武等，2009；簡(jiǎn)星等，2012)。

由于重礦物之間有嚴(yán)格的共生關(guān)系，因此重礦物組合是物源變化的極為敏感的指示標(biāo)志。物源分析可用砂巖的重礦物組合、ATi(磷灰石/電氣石)-RZi(TiO2礦物/鋯石)-MTi(獨(dú)居石/鋯石)-CTi(鉻尖晶石/鋯石)等重礦物特征指數(shù)、以及鋯石-電氣石-金紅石指數(shù)(ZTR指數(shù))來指示物源。物源區(qū)的風(fēng)化剝蝕、搬運(yùn)過程中的機(jī)械破碎、搬運(yùn)和沉積過程中的水力分選、深埋過程的成巖改造等作用因素會(huì)導(dǎo)致砂巖中的重礦物含量發(fā)生變化。沉積物時(shí)代越新，利用重礦物判斷物源的準(zhǔn)確性會(huì)越高(趙紅格等，2003；楊仁超等，2013)。由于金紅石和鋯石均具有極高的穩(wěn)定性，因此通常表現(xiàn)為相似的水力分選和埋藏成巖過程，利用沉積物中金紅石和鋯石的相對(duì)含量來指示物源，可以消除上述因素對(duì)物源分析的影響。MORTON等提出使用RuZi指數(shù)，即：

RuZi指數(shù)是區(qū)分物源的重要指標(biāo)，尤其是受強(qiáng)烈的埋藏成巖改造的沉積巖。高RuZi指數(shù)指示了源區(qū)富金紅石的巖石含量高，如變泥質(zhì)巖等，而低RuZi指數(shù)指示了源區(qū)貧金紅石的巖石含量高，如火成巖等(簡(jiǎn)星等，2012；MEINHOLD G，2010；MEINHOLD，2013)。目前，碎屑金紅石作為沉積物中最穩(wěn)定的重礦物之一，蘊(yùn)含著大量豐富的物源區(qū)信息，是重要的沉積物源指示礦物。隨著電子探針的應(yīng)用，一些學(xué)者也利用單礦物(輝石、角閃石、電氣石、鋯石、金紅石、石榴子石等)的地球化學(xué)分異特征來判別物質(zhì)來源(楊仁超等，2013；簡(jiǎn)星等，2012；MEINHOLD G，2010；MEINHOLD G，2013)。

2.3 地球化學(xué)分析方法

沉積物的地球化學(xué)組成是研究源區(qū)源巖類型、風(fēng)化條件、構(gòu)造背景以及古沉積序列、古氣候環(huán)境的有力工具，尤其在河流沉積物的研究中得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)元素含量、周期表中位置及放射衰變性，沉積物的地球化學(xué)分析方法包括常量元素分析、微量元素分析、稀土元素分析和同位素分析方法4種(王成善等，2003；趙紅格等，2003；楊仁超等，2013)。前3種分析方法同屬于元素地球化學(xué)方法的范疇。Th、Al、Co、Zr、Hf、Ti及稀土元素(REE)等元素在母巖風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積等成巖過程中不易遷移，基本保持等量不變的被轉(zhuǎn)移到碎屑沉積物中。因此，可作為沉積物物源的示蹤標(biāo)志，其中REE因其特殊的地球化學(xué)性質(zhì)而在物源示蹤中得到廣泛運(yùn)用。在某種程度上，沉積物成分特征和地球化學(xué)特征是物源和沉積盆地大地構(gòu)造背景的函數(shù)，通過對(duì)砂巖的研究，提出一系列常量、微量元素地球化學(xué)端元判別圖及稀土元素地球化學(xué)模式判別圖，可以用來鑒別不同母巖源區(qū)的構(gòu)造背景。

MCLENNAN曾根據(jù)全巖化學(xué)組分和Nd同位素組成，分析了5種物源類型：古老大陸上地殼、再循環(huán)沉積巖、年輕的未分異弧、年輕的分異弧和各種外來組分的特征(表3)。地球化學(xué)組合中常量元素Al2O3/SiO2-Fe2O3/SiO2圖解常被用來揭示沉積風(fēng)化過程中地球化學(xué)-礦物學(xué)的分餾。通過常量元素計(jì)算的化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)指標(biāo)是風(fēng)化程度測(cè)定的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，A-CN-K圖解可以判斷風(fēng)化趨勢(shì)，推斷物源區(qū)構(gòu)造和氣候的穩(wěn)定性，微量元素的濃度多受物源區(qū)巖石類型、風(fēng)化作用、沉積分選、成巖作用和元素的溶液地球化學(xué)性質(zhì)等因素控制(汪正江等，2000；趙紅格等，2003；楊仁超等，2013；張妮，2012；馮連君等，2003)。

元素地球化學(xué)分析建立在沉積物對(duì)母巖的主元素組合的繼承性基礎(chǔ)之上。該方法分析物源兼具有效、經(jīng)濟(jì)、定量等優(yōu)點(diǎn)，既適用于富含基質(zhì)的砂巖和頁巖，又可確定物源的年齡和地球化學(xué)演化歷史，并可有效的避免水動(dòng)力因素的干擾。原則上，化學(xué)元素只是在短距離搬運(yùn)和化學(xué)風(fēng)化很弱的條件下才具有較好的可比性。同時(shí)在進(jìn)行元素組合分析時(shí)，還要考慮到搬運(yùn)過程中的稀釋作用，應(yīng)注意其相對(duì)含量而非絕對(duì)含量(王成善等，2003；趙紅格等，2003；楊仁超等，2013；張妮，2012；何夢(mèng)穎，2014；馬收先等，2014；馮連君等，2003)。

表3 物源類型的地球化學(xué)和Nd同位素特征總結(jié)表(據(jù)趙紅格，2003)

注: ε Nd+值僅代表現(xiàn)代沉積物。不同區(qū)帶類型之間的差異對(duì)古老巖石而言是存在的，但隨著年齡變新，將會(huì)變的越來越不明顯。確切值依賴于沉積年齡。

與沉積屬性及其他地球化學(xué)屬性方法不同，同位素分析方法主要為物源分析提供母巖的地質(zhì)年代、隆升史及熱史、地殼組成及演化，以及母巖的次生變化等信息。同位素分析方法包括裂變徑跡定年、K-Ar和40Ar/39Ar值，Rb-Sr同位素、Sm-Nd、U-Pb以及穩(wěn)定同位素6個(gè)方面的方法。同位素分析方法應(yīng)用是以沉積過程中元素與介質(zhì)幾乎沒有發(fā)生活化遷移現(xiàn)象為前提的，所以應(yīng)用時(shí)會(huì)在一定程度上受到限制。

礦物的氧同位素成分與水巖反應(yīng)、礦物結(jié)晶、后期改造的溫度有關(guān)聯(lián)。石英氧同位素可用于源區(qū)示蹤，石英δ18O值在現(xiàn)代的風(fēng)成沉積物的物源分析中應(yīng)用較多。由于不同粒級(jí)的礦物難以篩選，該方法現(xiàn)階段僅用于石英巖或燧石礫石的全巖氧同位素示蹤。但隨著離子探針等技術(shù)手段的普及有望在老地層中推廣應(yīng)用(馬收先等，2014)。

Sm-Nd同位素資料常被用來推斷沉積巖物質(zhì)來源和估計(jì)陸殼從地幔中分離出來的時(shí)間。Rb-Sr、U-Pb由主量元素K和Ca組成的同位素體系，因其特殊的地球化學(xué)行為，在巖石成因、物質(zhì)來源、板塊碰撞、殼幔作用等重要的地球動(dòng)力學(xué)過程研究中，會(huì)被賦以新的信息和啟示。通過分析，發(fā)現(xiàn)同位素分析方法用巖石中同位素測(cè)年及其間的相互關(guān)系圖來判定物源類型和年齡是一種更為精確的年代學(xué)物源判定方法(馬收先等，2014)。

2.4 地質(zhì)年代學(xué)方法

單顆粒碎屑礦物的同位素測(cè)年在物源分析中的應(yīng)用方面，目前應(yīng)用的方法主要有：碎屑顆粒的(磷灰石、鋯石)裂變徑跡測(cè)年法、含U微相(鋯石、獨(dú)居石和榍石)U-Pb測(cè)年法、(云母和角閃石)40Ar/39Ar測(cè)年法、Sr-Nd法、87Sr/86Sr法、207Pb/206Pb法等(楊仁超等，2013)。

碎屑鋯石的U-Pb年齡不受沉積分選過程影響，年齡譜系特征直接反映了沉積物源區(qū)巖石的年齡組成。根據(jù)沉積巖碎屑鋯石年齡分布確定碎屑沉積巖物質(zhì)來源、沉積時(shí)代和形成的構(gòu)造環(huán)境，已成為國際上的研究熱點(diǎn)之一。運(yùn)用激光剝蝕等離子體質(zhì)譜(LA-ICP-MS)的原位微區(qū)分析技術(shù)結(jié)合陰極發(fā)光圖像識(shí)別出鋯石的繼承年齡、結(jié)晶年齡和變質(zhì)年齡，目前已經(jīng)發(fā)展到可以測(cè)定出0.lMa的鋯石年齡。對(duì)碎屑鋯石U-Pb年代學(xué)及Hf同位素的綜合研究，能夠更準(zhǔn)確的獲取己完全被剝蝕掉，或者經(jīng)歷了巖漿事件而未暴露于地表的沉積物的信息，指示沉積物物源、搬運(yùn)以及再旋回的過程，從而揭示研究區(qū)域的巖漿活動(dòng)事件以及現(xiàn)代大陸地殼增長(zhǎng)與演化的歷史(王成善等，2003；汪正江等，2000；趙紅格等，2003；楊仁超等，2013；張妮，2012；DICKINSON W R等，1983；馬收先等，2014；馮連君等，2003；杜世松等；2015；BRACCIALI L等，2013；HASSAN B，2014)。

2.5 地球物理學(xué)方法

地球物理學(xué)在物源分析中的應(yīng)用主要有測(cè)井地質(zhì)學(xué)法和地震地層學(xué)法。測(cè)井地質(zhì)學(xué)法主要利用自然伽馬曲線分形維數(shù)、地層傾角測(cè)井來判斷物源方向。用地震地層學(xué)方法和層序地層學(xué)方法，并以地震剖面精細(xì)解釋作為輔助，可以用來確定沉積物源和古水流方向。地震地層學(xué)的原理是根據(jù)地震剖面上總的地震特征來劃分沉積層序，并分析古沉積相及其沉積環(huán)境，而物源和古水流方向的判定是其研究的部分內(nèi)容。進(jìn)行地震地層分析時(shí)，必須首先將鉆井和測(cè)井資料結(jié)合對(duì)地下巖石反射層進(jìn)行層位標(biāo)定。在地震地層分析的基礎(chǔ)上，利用單個(gè)地震相識(shí)別對(duì)應(yīng)的單個(gè)物源、古水流方向，再對(duì)得到的大量物源、古水流方向數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而確定研究盆地的總體物源及古水流方向(楊仁超等，2013；姜在興，2005)。

2.6 黏土礦物學(xué)方法

泥巖的滲透率一般低于砂巖，在成巖過程中不易受到外來流體和雜質(zhì)的影響，故其在確定物源方面可能比砂巖有效。另外，碎屑黏土是泥巖中的特殊組分，在確定物源和古氣候方面應(yīng)用潛力很大，尤其是在淺層沉積物的物源示蹤及第四紀(jì)以來的氣候變化研究方面應(yīng)用廣泛；利用Al/Ca或高嶺石/蒙脫石比值也可用來判斷物源方向(楊仁超等，2013；呂俏鳳，2007)。

2.7 化石及生物標(biāo)志化合物方法

借助于沉積物中微體植物化石的分析，以及泥質(zhì)區(qū)正構(gòu)烷烴、姥鮫烷、植烷、藿烷和甾烷等生物標(biāo)志物的特征來判斷有無陸源高等植物的輸入，通過不同來源和成熟度的生物標(biāo)志物，來判斷沉積有機(jī)質(zhì)與碎屑沉積物的來源(楊仁超等，2013；郭志剛等，2001)。

對(duì)盆地與造山帶物源區(qū)的判定方法很多，實(shí)踐表明，任何一種分析方法，只要其理論基礎(chǔ)正確，測(cè)試或鑒定方法無誤，均存在不可取代的優(yōu)越性和不可避免的局限性(表4)。隨著研究的不斷深入，各種分析方法會(huì)不斷趨于嚴(yán)謹(jǐn)和完善，新技術(shù)將會(huì)不斷的融入和改進(jìn)。在方法的選擇時(shí)，應(yīng)結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際情況，因地制宜地考慮研究方法本身的優(yōu)缺點(diǎn)，力求取得更為貼近實(shí)際的結(jié)論和科研成果(趙紅格等，2003；楊仁超等，2013；馬收先，2014)。

表4 各種物源分析方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)對(duì)比表

3 物源分析的發(fā)展趨勢(shì)

隨著先進(jìn)物源分析方法和測(cè)試技術(shù)的使用，沉積物所攜帶的物源信息將被大量挖掘，物源區(qū)資料的應(yīng)用前景也將更廣闊，有理由推測(cè)未來沉積物物源分析的發(fā)展將呈現(xiàn)如下趨勢(shì)。

3.1 從傳統(tǒng)經(jīng)典方法轉(zhuǎn)向現(xiàn)代先進(jìn)分析測(cè)試技術(shù)

早期的物源分析主要依靠沉積巖石學(xué)、地層學(xué)、重礦物等經(jīng)典的分析方法。雖然傳統(tǒng)的方法仍然有效，但現(xiàn)在更多的依賴于陰極發(fā)光、掃描電鏡、電子探針、X衍射、能譜分析及激光剝蝕等離子體質(zhì)譜儀(LA-ICP-MS)、激光感生火花電感耦合等離子體質(zhì)譜(LINA-ICP-MS)、電子順磁共振(EPR)、電子自旋共振(ESR)測(cè)年等現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)的綜合運(yùn)用。但是，不論是“傳統(tǒng)”或“新技術(shù)”，“經(jīng)典”或“先進(jìn)”，只要分析方法在研究區(qū)有效可行，且效果良好，就可作為理想的物源分析方法(趙紅格等，2003；楊仁超等，2013；BRACCIALI L等，2013)。

3.2 從定性判斷轉(zhuǎn)向定量分析

定量物源分析是定量地評(píng)價(jià)從可識(shí)別的物源區(qū)到盆地充填過程中的碎屑物質(zhì)類型、數(shù)量及供給速率。隨著電子探針、離子探針、等離子質(zhì)譜技術(shù)以及同位素測(cè)年等先進(jìn)分析手段的應(yīng)用，從定性到定量是物源分析的必然趨勢(shì)。將現(xiàn)代分析測(cè)試技術(shù)、數(shù)學(xué)定量模型和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，三者共同創(chuàng)造了物源分析的美好發(fā)展前景(趙紅格等，2003；楊仁超等，2013；馬收先，2014)。

3.3 從單一方法轉(zhuǎn)向多種方法的綜合運(yùn)用

隨著研究的深入，物源分析正從早期的單一方法到多方法的綜合運(yùn)用、從單一學(xué)科走向多學(xué)科聯(lián)合交叉轉(zhuǎn)變。例如，巖石特征-重礦物-全巖主量元素-微量元素-稀土元素組合、重礦物-元素地球化學(xué)-同位素年代地質(zhì)學(xué)組合、同位素地球化學(xué)-黏土礦物學(xué)的組合等。隨著現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的不斷提高和地質(zhì)工作者的不斷探索與實(shí)踐，物源分析方法將會(huì)更加完善和豐富。物源體系分析的未來發(fā)展方向必將是由單一方法走向多學(xué)科多方法的綜合運(yùn)用(趙紅格等，2003；楊仁超等，2013；何夢(mèng)穎，2014)。

3.4 不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)

國內(nèi)外學(xué)者在不斷探索和實(shí)踐中，使得與物源分析相關(guān)的新技術(shù)方法不斷涌現(xiàn)。最新的研究表明，Hf同位素與斑脫土化學(xué)特征作為物源變化的標(biāo)志被首次應(yīng)用于物源分析中；磁性礦物包裹體及磁學(xué)手段被不斷發(fā)展和應(yīng)用，地磁方法正在逐漸滲入精細(xì)的物源分析中；近年來，石英顆粒及重礦物的顯微晶面形貌特征對(duì)物源的指示意義也被成功應(yīng)用(趙紅格等，2003；楊仁超等，2013；簡(jiǎn)星等，2012；EDUARDO G，2015；MEINHOLD G，2010；MEINHOLD G，2013；杜世松等，2015；BRACCIALI L，2013；HASSAN B，2014)。

4 結(jié)語

進(jìn)行物源分析時(shí)，必須深入了解研究區(qū)地質(zhì)背景，掌握物源區(qū)與沉積區(qū)的構(gòu)造活動(dòng)和演化歷史，收集大量物源區(qū)的地質(zhì)資料，充分考慮構(gòu)造抬升、地層倒轉(zhuǎn)、走滑平移和推覆作用、剝蝕作用、化學(xué)風(fēng)化、水力侵蝕等外界因素對(duì)沉積物的干擾，并結(jié)合一定數(shù)量的樣品測(cè)試，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，輔以先進(jìn)的測(cè)試技術(shù)手段進(jìn)行樣品分析試驗(yàn)，只有這樣，才能得到理想的物源分析結(jié)果。鑒于陸源沉積巖物源分析在未來地質(zhì)研究、沉積礦產(chǎn)預(yù)測(cè)和勘探中發(fā)揮的重要作用，必將受到地質(zhì)工作者的持久關(guān)注。在科學(xué)理論不斷創(chuàng)新完善、測(cè)試儀器日臻精確、新技術(shù)方法不斷涌現(xiàn)的大數(shù)據(jù)時(shí)代，物源分析也必將開創(chuàng)高速發(fā)展的未來。

王成善，李祥輝. 沉積盆地分析原理與方法[M]. 北京：高等教育出版社，2003：1-114.

WANG Chengshan, lI X ianghui. Sedimentary Basin：From Principles to Analyses[M]. Beijing: Higher Education Press, 2003: 1-114.

汪正江，陳洪德，張錦泉. 物源分析的研究與展望[J]. 沉積與特提斯地質(zhì)，2000，20(4)：104-110.

WANG Zhengjiang, CHENG Hongdei, ZHANG Jinquan. Formerly sedimentary facies and palaeogeography[J]. Sedimentary Geology and Tethyan Geology, 2000, 20( 4) : 104-110.

趙紅格，劉池洋.物源分析方法及研究進(jìn)展[J]. 沉積學(xué)報(bào)，2003，21(3)：409-415.

ZHAO Hongge,LIU Chiyang. Approaches and Prospects of Provenance Analysis[J].Acta Sedimentologica Sinica, 2003, 21(3):409-415.

楊仁超，李進(jìn)步，樊愛萍，等.陸源沉積巖物源分析研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)[J].沉積學(xué)報(bào)，2013，31(1)：99-107.

YANG Renchao, LI Jinbu, FAN Aiping, et al. Research Progress and Development Tendency of Provenance Analysis on Terrigenous Sedimentary Rocks[J].Acta Sedimentologica Sinica, 2013, 31(1):99-107.

張妮.沉積盆地的物源綜合研究-以蘇北盆地高郵凹陷古近系戴南組為例[D].南京：南京大學(xué)，2012.

ZHANG Ni. Comprehensive provenance study in sedimentary basin:an example from the Paleogene Dainan Formation ofGaoyou Depression, the North Jiangsu Basin[D].Nanjing: Nanjing University, 2012.

何夢(mèng)穎.長(zhǎng)江河流沉積物礦物學(xué)、地球化學(xué)和碎屑鋯石年代學(xué)物源示蹤研究[D].南京：南京大學(xué)，2014.

HE Mengying. The Provenance Study on the Yangtze RiverSediments, Based on Mineralogy, Geochemistry andDetrital Zircon Dating[D].Nanjing: Nanjing University, 2014.

丁新潮，徐樹建，倪志超.沉積物中礫石層的研究進(jìn)展[J].魯東大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2014，30(3)：267-273+288.

DING Xinchao, XU Shujian, NI Zhichao. Research Progress on Gravel Beds in Sediments[J].Ludong University Journal(Natural Science Edition), 2014, 30(3):267-273+288.

馬收先，孟慶任，曲永強(qiáng).輕礦物物源分析研究進(jìn)展[J].巖石學(xué)報(bào)，2014，30(2)：597-608.

MA Shouxian, MENG Qingren, QU Yongqiang. Development on provenance analysis of light minerals[J].Acta Petrologica Sinica, 2014, 30(2):597-608.

徐田武，宋海強(qiáng)，況昊，等.物源分析方法的綜合運(yùn)用-以蘇北盆地高郵凹陷泰一段地層為例[J].地球?qū)W報(bào)，2009，30(1)：111-118.

XU Tianwu, SONG Haiqiang, KUANG Hao, et al. Synthetic Application of the Provenance Analysis Technique: A Casestudy of Member 1 of Taizhou Formation in Gaoyou Sag, Subei Basin[J].Acta Geoscientica Sinica, 2009, 30(1): 111-118.

簡(jiǎn)星，關(guān)平，張巍.碎屑金紅石:沉積物源的一種指針[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2012，27(8)：828-846.

JIAN Xing, GUAN Ping, ZHANG Wei. Detrital Rutile: A Sediment Provenance Indicator[J].Advances in Earth Sciences, 2012, 27(8): 828-846.

馮連君，儲(chǔ)雪蕾，張啟銳，等.化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)及其在新元古代碎屑巖中的應(yīng)用[J].地學(xué)前緣，2003, 10(4)：539-544.

FENG Lianjun,CHU Xuelei, ZHANG Qirui, et al.CIA (chemical index of alteration)and its applications in the neoproterozoic clastic rocks[J].Earth Science Frontiers, 2003,10(4): 539-544.

杜世松，伍永秋，黃文敏，等.風(fēng)成沉積物源分析方法及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].干旱區(qū)研究，2015，32(1)：184-191.

DU Shisong, WU Yongqiu, HUANG Wenmin, et al. Research Progress on Analysis Methods and Their Application of Aeolian Sediment Sources[J].Arid Zone Research, 2015, 32(1):184-191.

姜在興，邢煥清，李任偉，等.合肥盆地中-新生代物源及古水流體系研究[J].現(xiàn)代地質(zhì)，2005, 19(2)：247-252.

JIANG Zaixing, XING Huanqing,LI Renwei, et al.Research on provenance and paleocurrents in the Meso-Cenozoic Hefei Basin[J].Geoscience, 2005, 19( 2) : 247- 252.

呂俏鳳.利用親陸元素和陸源化合物研究物源與隱蔽儲(chǔ)層的新方法[J].中國海上油氣，2007，19(6)：367-371.

Lü Qiaofeng.A new method to study provenance and subtle reservoir using continental elements and terrigenousminerals[J].China Offshore Oil and Gas, 2007, 19(6): 367-371.

郭志剛，楊作升，陳致林，等.東海陸架泥質(zhì)區(qū)沉積有機(jī)質(zhì)的物源分析[J].地球化學(xué)，2001，30(5)：416-424.

GUO Zhigang, YANG Zuosheng, CHEN Zhilin, et al. Source of sedimentary organic matter in the mud areas of the East China Sea shelf[J].Geochimica, 2001, 30(5): 416-424.

DICKINSON W R, BEARD L S, BRAKENRIDGE G R, et al. Provenance of North American Phanerozoic sandstones in relation to tectonic setting[J]. Geological Society of AmericaBulletin, 1983, 94(2): 225-235.

Eduardo G. From static to dynamic provenance analysis-sedimentary petrology upgraded[J]. Sedimentary Geology, 2015，336：3-13.

MEINHOLD G. Rutile and its applications in earth sciences[J]. Earth-Science Reviews, 2010, 102(1-2): 1-28.MEINHOLD G. Erratum to "rutile and its applications in earth sciences"[J]. Earth-Science Reviews, 2013, 116: 211.

BRACCIALI L, Randall R P, HORSTWOOD M A, et al. UPbLA-(MC)-ICP-MS dating of rutile: New reference materials and applications to sedimentary provenance[J].Chemical Geology, 2013, 347: 82-101.

HASSAN B. Provenance of sedimentary kaolin deposits in Egypt: Evidences from the Pb, Sr and Ndisotopes[J]. Journal of African Earth Sciences, 2014, 100: 532-540.

Methods and Development Trend of Provenance Analysis

LIU Teng1,2, CHEN Gang1,2, XU Xiaogang1,2, KANG Yu1,2,YAN Feng1,2

(1. Department of Geology, Northwest University, Xi’an 710069, Shaanxi, China;2.State Key Laboratory of Continental Dynamics, Northwest University, Xi’an 710069, Shaanxi, China)

Provenance analysis on terrigenous sedimentary rocks is significant for all of palaeogeomorphology remolding, palaeogeography reconstruction, palaeoenvironment and palaeoclimate recovering, original basin resuming, sedimentary basin reappearing, depositional system analysis, sedimentary deposits forecasting, petroleum reservoir predicting, parent rock property tracing, geotectonics settings analysis, crust and geotectonics evolvement resume, and study on coupling of basin and mountains. Source rocks of provenance analysis have several types, which include terrigenous source rocks, volcanic magma source rocks, metamorphic source rocks, exogenous source rocks and mixed source rocks. Based on the retrieval and a vast amount of literature research, the author summarized traditional provenance analysis methods and research progress of sedimentological method，petrographic method, heavy mineral method, element geochemistry method, geochronology method, clay mineral method, fossil and biomarker method, and geophysics method and its research progress.And the future development trend of the provenance analysis has been predicted. With the constant innovation and emergence of new technology and new method, the provenance analysis will be shifted from traditional methods to the modern testing technology methods, from a single method to the integrated approach, from single discipline changes to multidisciplinary cross combination, and from the qualitative analysis to quantitative analysis.

source rocks; provenance analysis; heavy mineral; geochemistry;development trend

2016-02-12；

2016-04-27

西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科技部專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)(BJ14252)和中國地質(zhì)調(diào)査局油氣資源項(xiàng)目(1212011220761)

劉騰(1991-)，男，西北大學(xué)在讀碩士研究生。主要從事礦產(chǎn)普查與勘探研究。E-mail：lteng90@126.com

P512.2

A

1009-6248(2016)04-0121-08