石榴石微量元素地球化学及其在沉积物源分析中的应用

石榴石是沉积物中常见的重矿物,其可来源于多种岩石,而且不同类型母岩中石榴石具有多样的地球化学组成,因此碎屑石榴石的地球化学分析在沉积物源研究中应用广泛。通过电子探针分析可以容易地获得单颗粒碎屑石榴石的主量元素地球化学组成,可借此探讨其母岩类型,但也存在一定的局限性,比如中酸性火成岩和部分变沉积岩来源的石榴石通常都具有高Fe、Mn的特征,不易于区分。本文系统地收集了不同岩石类型的石榴石微量元素数据,尝试利用微量元素地球化学的差异性对碎屑石榴石物源分析进行补充。最终得出以下结论:(1)石榴石的稀土元素(REE)组成与钇(Y)元素指标可区分中酸性火成岩和变沉积岩来源的碎屑石榴石;(2)基性岩(橄榄岩、辉石岩)及所对应的变基性岩石(榴辉岩)中石榴石的微量元素地球化学组成相近,但部分橄榄岩来源的石榴石在镨/钬(Pr_N/Ho_N)值和重稀土总量(ΣHREE含量)上与辉石岩和榴辉岩的有显著差别,这一特点可运用于以基性岩母岩为主的碎屑沉积物源研究中;(3)夕卡岩中的石榴石在主量元素地球化学组成上表现为高度一致的高Ca特征,而稀土元素组成具有两种典型的分配模式,岩浆型(指示富铁、氧化环境)与热液型(指示富铝、还原环境)。综上所述,石榴石微量元素地球化学可以有效地运用于沉积物源分析研究中,是其主量元素物源分析方法的重要补充。     

化学风化及水动力分选对河流入海沉积物组成的影响

化学风化作用是引起河流沉积物相对其源岩发生地球化学分异的重要因素。在化学风化的初始阶段,长石含量减少,转化为黏土矿物,主要形成2:1型层状黏土矿物,如伊利石。随着风化作用的进行,伊利石脱K转化为1:1型层状黏土矿物,如高岭石(Nesbitt and Young,1982)。水动力分选同样显著影响沉积物的矿物和元素地化组成,粒度较粗、密度较大的石英、长石与重矿物一般富集于表层沉积物中,细粒级的,具片层状结构的黏土矿物则富集于悬浮物中(Garzanti et al,2011)。本研究讨论了长江、椒江、瓯江、木兰溪浊水溪等河流沉积物(包括悬浮物与表层沉积物)的化学风化与水动力分选。这些河流分属不同的源汇体系,长江属于"大河-大三角洲-宽广陆架"的源汇体系,作为世界性的大河,其下游干流悬浮物代表整个流域上陆壳细颗粒风化物质的混合,反映整个流域的化学风化强度。台湾河流属构造隆升背景下的山溪性小河流,有"瞬时大通量—极端气候影响—快速物质转换"的特点。其河流沉积物的源岩为多旋回的沉积岩和变质沉积岩,反映出强物理风化,弱化学风化的特点。浙闽河流同属于山溪性小河流,但其流域区域构造较稳定,地形起伏也较小,加之气候炎热多雨,所以化学风化较强,反映出流域受季风气候的控制。沉积物的Al2O3/Si O2值可作为一个可靠的矿物分选指标,Al2O3/Si O2与CIA,WIP,αAl值等化学风化指标的相关关系可以指示分选与风化作用对沉积物组成的影响。WIP受石英稀释作用影响较大,而CIA几乎不受石英稀释作用影响,二者的相关关系可以指示沉积多旋回性对沉积物组成的影响(Garzanti et al,2013)。沉积物地球化学组成的"粒度控制",是由于不同粒级沉积物中矿物组成差异所致,"粒度分异"的实质是"矿物分异"。本研究从矿物入手,讨论了水动力分选及化学风化作用对河流入海沉积物的影响,揭示出分选和化风化作用共同影响沉积物的矿物及元素地化组成。元素的表生地球化学行为,本质上是由元素在不同矿物中富集及迁移的规律决定的。化学风化和水动力分选都影响碎屑沉积物矿物组成的变化,继而引起沉积物元素地球化学组成的变化。     

青藏高原典型地区沉积物地球化学特征与矿物组成的粒度效应

地表松散沉积物中不同粒级的颗粒蕴含着不同的信息,这种差异与其物质来源、搬运和沉积过程中的分选作用以及沉积后的风化作用等有关。因此,可根据沉积物中不同粒级颗粒地球化学特征与矿物组成的差异,进行沉积物物源追踪或沉积环境重建。选择青藏高原在气候和地貌方面具有典型意义的柴达木盆地、错那湖、雅鲁藏布江流域作为研究区,分别采集了这几个地区的沙丘沙、黄土、湖积物、冲积物、洪积物、残坡积物等地表松散沉积物样品,用干筛法将沉积物样品分为两个部分,粗颗粒部分粒径范围为≥75~500 μm,细颗粒部分粒径<75 μm。对上述粗、细颗粒分别进行稀土与微量元素、Sr-Nd同位素、轻矿物组成的实验室分析测试,并对沉积物中粗、细颗粒的测试结果采用古典多维尺度方法进行相似性分析。结果表明：青藏高原松散沉积物中粗、细颗粒在轻矿物组成、微量和稀土元素含量、稀土特征、元素参数等方面存在差异;细颗粒部分蕴含了更多的环境信息,富含容易受化学风化影响的黏土矿物以及硬度较小、容易被磨蚀的方解石等矿物。在物源示踪中不同气候区的沉积物细颗粒不宜进行直接比较,应根据样品的粒度分布情况优先选择合适的粗颗粒组分进行物源示踪。     

东海内陆架陆源物质矿物组成对粒度和地球化学成分的制约

通过对东海内陆架EC2005孔柱状沉积物陆源矿物、粒度及地球化学成分分析, 尝试探讨三者之间的制约关系.该孔柱状沉积物主要矿物成分为粘土矿物、石英以及长石.石英和长石含量控制着平均粒径的大小.矿物含量与化学成分含量表现出较好的相关性, 体现了矿物对地球化学成分的控制.沉积物中各种矿物颗粒的大小差别造成了沉积物粒度的差异, 矿物间化学组分的不同是影响沉积物化学成分含量的主要因素, 其往往通过粒度组成间接地表现出来, 这就造成了“元素的粒度控制”表面现象, 实质上是矿物的种类和含量对粒度和地球化学成分起控制作用.      

松辽盆地钱家店地区姚家组赋矿砂岩的组成、地球化学特征及其构造背景

松辽盆地钱家店地区姚家组砂岩矿物、地球化学成分与源区岩石性质和沉积构造环境密切相关。岩相学观察和矿物化学分析表明,所研究的岩石主要碎屑矿物由石英、岩屑和长石组成,含少量的黄铁矿、炭屑和重矿物等矿物。地球化学特征上,这些岩石普遍具有高SiO2含量(68.4%~79.61%)、相对高的K2O/Na2O比值(1.83~2.03)和较低的Fe2O3T+MgO含量(1.48%~4.22%),稀土元素标准化配分曲线呈现轻稀土富集,重稀土平坦和弱Eu、Ce负异常特征。较低的CIA(57~63)和PIA(60~71)指数、A-CN-K以及AK-C-N分布模式还说明源区经历了相对较弱的风化作用。Zr/Sc和Th/Sc比值共同表明姚家组的碎屑组成不具备沉积再旋回的特征,说明其为近源沉积,具有较差的分选性。砂岩物源区组成判别图研究表明,姚家组砂岩的物源区主要出露长英质岩浆岩。砂岩形成构造环境判别图解及特征指数分析表明,姚家组主要形成于被动大陆边缘沉积环境。     

连云港海州湾近海碎屑沉积物矿物组成及特征分析

稳定重矿物的特征指数可较好地反映沉积物的物源信息。在连云港海州湾地区入海河流及海域中采集碎屑沉积物,分析海州湾近海碎屑沉积物的矿物组成及特征。海州湾地区近海沉积物中的轻矿物主要由石英和长石组成,重矿物主要由锆石、钛铁矿、绿帘石、角闪石、榍石和石榴石组成。重矿物特征指数分析表明:海州湾近海海砂沉积物是河口-浅海环境的产物,砂矿主要来源于连云港地区花岗岩、片麻岩和榴辉岩,属于河-海作用成因的滨海沉积型矿床。     

白垩纪以来库车坳陷碎屑重矿物组成变化

碎屑沉积是山脉隆升和盆地沉积的直接记录,包括碎屑重矿物研究在内的碎屑沉积物的分析是开展盆山耦合研究的必要手段。本文对库车坳陷白垩系—新近系砂岩中重矿物含量特征进行了系统的研究,并应用电子探针技术分析碎屑石榴石和电气石的化学组成。研究表明:库车坳陷白垩-新近系源区主要由高级变质岩和沉积岩以及中-酸性火成岩组成。白垩纪和古近纪砂岩中的石榴石富钙镁铝榴石组份,与来自西南天山低温高压变质岩中石榴石组成相似,而新近系砂岩中的石榴石中富铁铝榴石组份,多来自高级变质沉积岩,而非高压变质岩。这些分析表明南天山的大规模隆升和剥蚀发生在渐新世以来,由于它的隆升遮挡了西南天山对库车坳陷的物质贡献。     

联用筛析法与激光法进行粒度接序分析的界点选择

筛析法、激光法和图像法是三种常用的粒度分析方法,但由于测试原理的不同,三种测试方法有不同的适用性。筛析法和图像法能够精确测量砂质颗粒的粒径,但不适用于泥质细颗粒（<0.063 mm）的粒径测量;相反,激光法无法准确测量中粗砂粒级颗粒（2~0.21 mm）,但能高精度测量较细沉积物粒径。分选较差的天然沉积物粒径分布范围较广,需要综合运用筛析法-激光法进行接序粒度测试。通常选用2 mm为界点开展接序粒度分析,但因激光法在测量中粗砂颗粒时误差较大,易导致接序粒度分析结果准确性不高。建议以0.21 mm为分界点开展接序粒度分析,分别避开筛析法和激光法测量精度不高的粒级区间,可使测试结果的准确性得到有效的提高。     

长江口-杭州湾及其邻近海域不同粒级沉积有机碳分布特征

通过对长江口、杭州湾、舟山海域及东海陆架4个海区表层沉积物样品的粒度敏感组分分析,发现东海陆架与长江口具有相似的三级组分物质组成,杭州湾与舟山海域具有相似的两级组分物质组成.综合4个区域粒级组分分布特征,采用湿分法将4个海域表层沉积物样品分成6个粒级:＜0.004 mm,0.004～0.025 mm,0.025～0.063 mm,0.063～0.125 mm,0.125～0.250 mm和＞0.250 mm,分别提取各级组分和全样进行有机碳及同位素测试.定量分析各级组分有机碳含量、来源及物质组分,除杭州湾海域粗粒级外,基本上＜0.004 mm的粘土组分有机碳含量最高;富集在杭州湾海域粗颗粒中的有机质主要来源于陆源植物碎屑.沉积物颗粒大小、物质组成类型是不同粒级有机质富集的主要控制因素.     

渭河流域沉积矿物组合定量分析及示踪

扫描电镜定量分析沉积物矿物组合的方法,可以快速准确得到大量详细的矿物组合、矿物颗粒大小和岩屑组成等信息。尝试利用这一方法,研究渭河流域现代河流样品的矿物组合和沉积物碎屑组分,探究其在沉积物源示踪上的应用。研究表明,渭河流域现代沉积重矿物组合主要以角闪石、帘石类矿物和石榴石为主,不同区域沉积物矿物组合通过主成分分析图表（Principal Component Analysis,PCA）可以较好地区分开。轻矿物以石英和长石为主。碎屑组分石英—长石—岩屑（QFL）三角图解显示渭河干流和流经鄂尔多斯高原的两大主要支流北洛河和泾河的沉积物碎屑组分,主要位于再旋回造山带区域;而北秦岭山前河流沉积碎屑组分则主要位于岩浆岛弧区域。这一结果符合区域地质构造背景,表明扫描电镜定量分析手段可很好地应用于沉积物碎屑组分QFL三角图解、重矿物组合物源示踪研究。     

大别山东南缘侏罗系磨山组沉积环境及地质意义

侏罗纪是大别造山带与周缘盆地盆山关系研究的一个重要时期,分布在大别造山带周缘的侏罗纪地层为大别山的造山过程以及深俯冲岩石的折返、剥蚀提供了很好的约束。本文选取大别造山带东南缘安庆月山地区侏罗系磨山组为研究对象,对磨山组碎屑岩进行了详细的粒度分析、碎屑组分分析、重矿物分析和碎屑锆石年代学分析。碎屑岩岩石、沉积特征和粒度分析都指示早侏罗世磨山组为三角洲前缘水下分流河道沉积。碎屑组分分析、重矿物分析结合碎屑锆石年代学分析指示磨山组碎屑岩物源主要来自南侧的华南板块,大别造山带宿松杂岩可能为其提供了少量物源,但碎屑物源中未见石榴子石和典型的三叠纪变质锆石,说明此时大别高压-超高压榴辉岩可能仍未折返至地表。     

Provenance and tectonic setting of the Gudongjing Group in Beishan OrogenSCIEI北大核心CSCD

增生造山带中陆源碎屑岩物源区特征的研究可为解剖造山带结构甚至大陆地壳的形成和演化提供关键证据。北山造山带中部的古硐井群被认为是前寒武纪稳定沉积盖层,是北山造山带存在微陆块的重要依据。本文围绕古硐井群的物源区特征,进行了碎屑颗粒和重矿物统计、全岩主微量元素地球化学分析、碎屑锆石U-Pb年代学和Hf同位素测试。古硐井群碎屑岩的碎屑颗粒多呈棱角状,主要为石英、长石,同时含大量硅质岩碎屑和一定数量的火山岩碎屑;重矿物组成以褐铁矿、锆石、白钛石、尖晶石为主,角闪石、电气石、辉石次之,暗示物源区可能存在蛇绿岩、增生杂岩。全岩主量元素以高硅、高铝、富碱、低锰为特征,结合REE、Cr、Co、Sc和Th等惰性元素含量特征共同指示了长英质的物源区。最年轻的碎屑锆石年龄为443.9±13Ma,表明古硐井群最大沉积时限为晚奥陶世。碎屑锆石的年龄高度集中于470Ma附近,且该区间锆石ε_Hf(t)值多为正值,指示物源区存在大量新生地壳物质。本文推测古硐井群可能形成于增生楔楔顶盆地;研究结果支持北山造山带是古生代持续增生造山的产物这一认识。     

松辽盆地十屋断陷十屋地区营城组物源体系探讨

在综合分析碎屑颗粒组分、重矿物组合、砂砾岩展布和地层倾角测井等资料的基础上,探讨了十屋断陷十屋地区营城组沉积时期的物源体系特征和分布。碎屑颗粒组分和重矿物分析能指示物源区母岩类型和碎屑物质的搬运方向,砂砾岩展布能指明了碎屑物质的搬运方向和搬运途径,地层倾角测井则指示了古水流的方向。结果表明,十屋地区营城组存在三大物源体...     

物源与沉积相对鄂尔多斯盆地北部上古生界天然气优质储层的控制

利用LA-ICP-MS锆石微区原位U-Pb定年方法,建立了鄂尔多斯盆地北部上古生界下石盒子组盒8段与山西组山1段砂岩碎屑锆石的年龄谱系,结合砂岩重矿物分析、显微镜下碎屑矿物的定量统计与阴极发光鉴定,通过与源区地层同位素年代学的对比,分析了研究区上古生界天然气储层的物源区和母岩的时代、性质。在大量岩心观察与沉积相研究的基础上,通过镜下对砂岩薄片中碎屑矿物、填隙物、孔隙类型及其含量的观察与定量统计,结合砂岩图像粒度、孔隙度、渗透率、毛细管压力测试,研究了各砂岩类型及其骨架矿物与胶结物的特征、孔隙类型、储集物性及平面分布规律。讨论了源区母岩的性质、沉积相及空间展布、沉积作用与水动力条件等对形成天然气优质储层及储层储集性能演化的影响。     

苏北滨海平原全新世沉积物物源研究--元素地球化学与重矿物方法比较

运用元素地球化学与重矿物方法对苏北滨海平原全新世沉积物物源进行的比较研究表明,沉积物形成主要由长江与黄河提供物质来源,且又以黄河物源为主。全新世早期长江物质对本区影响范围大于黄河,黄河供给泥沙量较少,对本区影响主要在北部、中部地区。全新世最大海侵之后,黄河曾由苏北入海并携带了大量泥沙,其影响范围明显大于长江,长江仅由狭窄的汊道提供有限的物质而影响范围较小。最近2000年来本区沉积物物源主要由黄河提供。分析表明元素地球化学方法在沉积物物源判别时,可有效的避免水动力因素影响,而相对重矿物方法取得较好的效果。     

苏北滨海平原全新世沉积物物源研究--元素地球化学与重矿物方法比较

运用元素地球化学与重矿物方法对苏北滨海平原全新世沉积物物源进行的比较研究表明,沉积物形成主要由长江与黄河提供物质来源,且又以黄河物源为主。全新世早期长江物质对本区影响范围大于黄河,黄河供给泥沙量较少,对本区影响主要在北部、中部地区。全新世最大海侵之后,黄河曾由苏北入海并携带了大量泥沙,其影响范围明显大于长江,长江仅由狭窄的汊道提供有限的物质而影响范围较小。最近２０００ 年来本区沉积物物源主要由黄河提供。分析表明元素地球化学方法在沉积物物源判别时,可有效的避免水动力因素影响,而相对重矿物方法取得较好的效果。     

陕北靖边丹霞地貌区红色砂岩地球化学沉积特征与古环境研究

陕北靖边波浪谷丹霞地貌区是近年来国内外地学界的新发现和持续关注点.论文通过野外地质调查、粒度分析,岩石地球化学分析等研究,探讨红色砂岩地球化学特征、沉积环境、物源性质等相关问题.研究表明:红色砂岩以中—细砂为主,SiO2和Al2 O3含量之和在85％以上,沉积环境为河湖相,为水动力中等,水面较浅的河流入湖三角洲河口区地...     

准噶尔盆地南缘侏罗系碎屑成分特征及其对构造属性、盆山格局的指示意义

砂岩碎屑成分分析是进行沉积物源岩石类型、构造属性和盆山演化分析的重要途径。准噶尔盆地南缘侏罗系物源构造属性以“再旋回造山带”、“弧造山带”和部分“岩浆弧”物源为特征,物源岩石类型主要为中酸性岩浆岩、变质岩和沉积岩,岩石成分、重矿物含量及其组合显示东、西剖面在物源上存在一定差异。天山内部侏罗系物源构造属性以“再旋回造山带”、“混合造山带”为主,物源岩石类型主要为中酸性岩浆岩和变质岩,但各剖面的岩石成分、重矿物组合特征及相对含量差异较大。综合天山内部与准噶尔盆地南缘野外剖面沉积特征、岩屑成分及钻井岩心分析表明,天山地区早、中侏罗世盆山格局以盆地沉积范围大、天山正地形较小为特征,不存在地理分割明显的天山山脉,侏罗纪盆地南缘至少存在三个物源体系(西准噶尔山、克拉麦里山和(古)天山);晚侏罗世一早白垩世早期,岩石成分成熟度偏低,砾岩等粗碎屑沉积明显增多,同时不稳定重矿物及其组合稍有增加可能与晚侏罗世天山构造格局分异、构造活动相对活跃有关,天山山脉明显隆升并造就天山南北沉积环境的巨大差异。     

大别山周缘盆地物源研究:新结果及运用

叙述单颗粒碎屑矿物在大别山周缘盆地物源分析中的运用。现代河流沉积与大别山源区的对比研究表明碎屑石榴石、K 白云母和电气石的化学组成可以有效地被用于物源分析。它们在侏罗纪—白垩纪—古近纪沉积中的特征揭示了大别山源区岩石组成的复杂性,由扬子大陆深俯冲折返所形成的高压—超高压变质岩在白垩纪—古近纪逐渐向东南缘盆地提供了重要的物源, 在侏罗纪时期主要分布在大别山北缘盆地的源区。石炭纪时期大别山北缘盆地中碎屑Cr 尖晶石的化学组成和碎屑锆石U Pb年龄结构指示源区岩石组成主要为早古生代华北大陆南缘活动大陆边缘的特征;此外,锆石U Pb年龄指示源区岩石也具有扬子大陆的特征。