利用泥质岩化学蚀变指数分析物源区风化程度时的限制因素

近年来,根据泥质岩中常量元素的摩尔数计算出的化学蚀变指数(CIA:Chemical index of alteration)、化学风化指数(CIW:Chemical index of weathering)和斜长石蚀变指数(PIA:Plagioclase index of alteration)被广泛用来反映物源区的风化程度及物源区古气候,这些指数在应用时都有一些严格的限制因素,应给予足够重视。CIA计算公式未排除成岩作用过程中钾交代作用的影响,需要采用A-CN-K[Al_2O_3-(CaO*+Na_2O)-K_2O]三角图进行判断,对发生钾交代作用的样品利用A-CN-K三角图或CIAcorr计算公式进行校正。CIW计算公式中去掉了K_2O,但没有排除钾长石中的Al元素。PIA计算公式中考虑了钾长石中的Al元素,但只适用于判断母岩中仅含有斜长石而不含钾长石的物源区风化程度。综合分析表明,在判断物源区风化程度及古气候时,CIA的干扰因素相对较少,值得推广。但即使利用从泥质岩常量元素获得的CIA值来判断物源区的风化程度时,仍需要考虑沉积分异作用、再旋回作用、沉积区进一步风化作用以及成土作用、成岩期的钾交代作用的影响,建议首先依据泥质岩常量元素的摩尔数计算出成分变异指数(ICV:Index of compositional variability),然后对ICV1的样品进行CIA的计算,并利用A-CN-K三角图或CIAcorr计算公式对CIA值进行钾交代作用的校正,该校正过的CIAcorr计算值可用来判断物源区的风化程度。     

焦作煤田石炭-二叠纪泥质岩地球化学特征及古环境意义

泥质岩的地球化学特征蕴含了大量地质信息,在物源和沉积环境分析中的应用十分广泛。利用X射线荧光光谱仪和电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）对华北板块南缘焦作煤田石炭-二叠纪泥质岩样品进行常量元素、微量元素（包括稀土元素）进行分析,并据此讨论泥质岩的物源性质、物源区岩石风化作用强度及当时古环境特征。研究区泥质岩的高Al₂O₃/TiO₂值及低Cr/Zr和K₂O/Al₂O₃值特征,以及泥质岩Zr-TiO₂和Th/Co-La/Sc源岩判别图、Ni-Cr图和（Gd/Yb）_N-Eu/Eu*图等的判别分析结果,都揭示了研究区泥质岩物源主要为后太古宙长英质岩石;Al₂O₃-CaO*+Na₂O-K₂O（A-CN-K）图和较高的黏土矿物成分反映了泥质岩源区受到钾交代作用的影响,致使CIA（化学蚀变指数）值被低估;高CIW（化学风化指数）值和Al₂O₃-CaO*-Na₂O（A-C-N）判别图分析结果表明泥质岩物源区母岩在石炭-二叠纪经历了强烈的风化作用;Sr/Ba和B/Ga比值变化指示本溪组沉积时期到太原组沉积早期为海相为主的沉积环境,太原组沉积中期到山西组沉积早期为海陆过渡相为主的沉积环境,山西组沉积中期到上石盒子组沉积时期为陆相沉积环境。     

化学蚀变指数(CIA)及其在新元古代碎屑岩中的应用

化学蚀变指数(CIA)首先是作为一个判断源区化学风化程度的化学指标被广泛应用的,它的表达式通常表示为:CIA={x(Al_2O_3)/[x(Al_2O_3)+x(CaO~*)+x(Na_2O)+x(K_2O)]}×100,主成分均指摩尔分数,caO~*仅为硅酸盐中的caO。利用CIA分析湖南石门杨家坪剖面的新元古代地层,发现冰期沉积物(南沱组、东山峰组)的CIA值(60～70)和间冰期沉积物(湘锰组)CIA值(70～75)分别反映了冰期和间冰期的化学风化特点,并且根据渫水河组CIA值(55～70)可以判断渫水河组可能也是冰期的沉积产物。另一方面,可以利用A-CN-K图解判断沉积岩源岩成分,因为样品点在三角图解中投影点的趋势线与Pl—Ksp连线的交点代表的是源岩斜长石和钾长石的比率。据此初步判断渫水河组源岩成分是南秦岭—扬子地区元古宙TTG岩石。此外,钾交代作用在前寒武纪普遍发育,在A-CN-K图解中表现为样品点的趋势线向右偏离预测的风化趋势线,渫水河组的样品点就表现出这样的特征,可以判断渫水河组钾交代作用发育。样品的选取是进行CIA研究的一个重要的步骤。首先样品的岩性最好是细屑岩,这样可以排除分选作用对源岩成分的改造;其次,需要考虑去除成岩作用过程中加入的K_2O;再次,利用ICV这个化学指标来判断沉积再循环作用对沉积物成分的改造,ICV大于1意味着沉积再循环作     

黔南—桂北地区南华系化学地层特征

化学蚀变指数(chemical index of alteration)(CIA)最早作为判别源岩化学风化程度而提出, 随后又应用于对沉积物沉积环境的判定。化学蚀变指数的表达式为CIA={n(Al2O3)/[n(Al2O3)+n(CaO*)+n(Na2O)+n(K2O)]}? 100。CaO*代表硅酸盐中的CaO, n(CaO*)=n(CaO)?n(CO2方解石)??n0.5?n(CO2白云石)??10/3?n(P2O5)。化学蚀变指数样品的选取极为重要, 最佳岩性为细碎屑岩, 并需清除成岩过程中钾交代作用的影响, 以及采用成分变异指数(ICV)来判别沉积再循环作用和沉积物成分被改造的程度。使用A-CN-K三角图解判别物源区的源岩性质和样品钾交代的程度及其风化趋势。黔南—桂北地区南华系的CIA研究表明: 该地区南华系下部的长安组其下部CIA值为60~65之间, 中部为70~5, 上部回落到65~70之间。南华系中部富禄组CIA值高, 在85~95之间。南华系上部的南沱组CIA值再次回落到60—65的范围。上述CIA值的变化表明本区南华纪时期自老至新经历多次由干燥寒冷—温暖潮湿气候期的变化。本文据此提出扬子地块南华系新的划分、对比方案。     

常用化学风化指标综述：应用与展望

常用化学风化指标诸如帕克风化指数（WIP）、化学蚀变指数（CIA）、成分变异指数（ICV）、CIX指数和αAlE常被用于评价源区化学风化强度,但利用以上化学风化指标评价化学风化强度时要考虑不同指标的控制因素,否则会导致风化评价结果失真。文章认为以最常用化学风化指标探究源区化学风化过程时,应在了解源区地质信息的情况下,选取合适的的细粒物质或悬浮物作为样品减弱粒度的控制作用,通过酸处理去除杂质,再利用Sc/Th-CIA 判别图反映物源信息,Th/Sc-Zr/Sc判别图进一步判别沉积分异和沉积再旋回的控制作用,进而选取ICV＞1的样品排除再旋回作用的干扰,用A-CN-K图或Panahi（2000）提出的公式进行钾交代作用的校正,最终通过CIA计算得出源岩化学风化强度。为确保准确反映源区风化情况,利用SPSS进行CIA受控因子分析,进而构建研究区的特征风化指标。     

射洪硅化木埋藏地地球化学特征及构造背景的指示

对该硅化木化石埋藏地泥质岩的常量元素、微量元素和稀土元素特征进行了研究,并根据其地球化学特征讨论了物源区性质、物源区的风化特征以及构造背景。常量元素和稀土元素表明其物源区以长英质岩石为主;反映化学风化程度的CIA指数及成分成熟度的ICV指数都较低,表明物源区经历了弱化学风化作用,反映了晚侏罗世四川盆地北西部龙门山处于快速隆升阶段,构造活动较强烈。     

亚热带小流域花岗岩化学风化及CO2消耗速率研究

文章选择深圳市的亚热带典型小流域作为研究对象,通过定期采集流域内降水、泉水、岩石及风化残积土样品,分析所有样品的常量元素和微量元素,探讨流域水体的化学成分组成和主要成分来源以及岩石化学风化程度和风化趋势,结合流域水文气象数据估算了花岗岩化学风化速率及CO₂消耗速率。结果表明,研究区地下水化学类型为HCO₃-Na型,主要受控于硅酸盐矿物的风化溶解作用和阳离子交换作用。花岗岩的化学蚀变指数（CIA）为47.15~57.47,残积土的CIA为59.24~82.71。A-CN-K三角图指示风化初期Na,Ca活泼性元素流失,风化中后期K元素流失,Al元素逐渐富集。花岗岩的平均化学风化速率为14.40 m/Myr。岩性、离子径流通量和气候条件的不同可能是造成化学风化速率差异的主要原因。大气酸沉降对岩石风化的贡献约占总化学风化量的11.73%。研究区平均CO₂消耗速率为0.59×106 mol/(km2 yr),酸雨使得岩石在风化过程中对大气/土壤中CO₂的消耗减少。     

准噶尔盆地南缘中-新生界粘土矿物地球化学特征及其物源分析

准噶尔盆地南缘中-新生界地层主要分布于准噶尔盆地南缘与天山耦合部位。通过X射线荧光光谱（XRF）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）对准噶尔盆地南缘中-新生界沉积岩样品进行了测试。本文根据样品中常量元素、微量元素及稀土元素（REE）特征以及特征元素比值等地球化学参数,探讨了准噶尔盆地南缘中-新生界物源区构造背景、物源性质及风化程度。通过常量、微量元素构造判别图（含量及比值）判断得出中-新生界沉积岩源岩以长英质岩石为主,构造背景为活动性大陆边缘。准噶尔盆地南缘中-新生界具有较低化学蚀变指数（CIA）和较高成分成熟度变化指数（ICV）的特征,分布范围分别为52～89、0.37～1.82,反映准南中-新生界物源区古风化程度低、沉积物成分成熟度低,表明物源区构造活动强烈,属于快速剥蚀和搬运的构造环境。     

塘沽地区沙河街组下部含云质泥岩主微量元素地球化学特征及地质意义

细粒泥岩记录并反映着源区及沉积区的重要地质信息.塘沽地区沙河街组下部发育一套湖相含云质泥岩, 为了解该地区的构造背景、沉积背景、风化程度以及物源属性, 对25块含云质泥岩的地球化学特征进行了全面的分析.经"去白云石"调整后, 各类元素地球地化参数及图解反映出了一致的地质信息.其中, 高∑REE值(154.0×10-6~219.3×10-6)、中等强度的负铕异常(0.64~0.73)以及包括K₂O/Na₂O-SiO₂, SiO₂/Al₂O₃-K₂O/Na₂O和判别函数几类双变量图解均指示塘沽地区具有主动大陆边缘(安第斯型)的构造背景; SiO₂-(K₂O+Na₂O+Al₂O₃)图解指示岩石沉积期气候干旱, 相当B(200.17~313.21)指示沉积水体为咸水类型, 近似黄铁矿矿化度(approximate degree of pyritization, 简称DOP_apx)(0.02~0.38)、自生铀(0.14~1.22)及U/Th(0.17~0.44)指示水体具备常氧属性; 化学蚀变指数(chemical index of alteration, 简称CIA)(51.26~65.74), 长石蚀变指数(plagioclase index of alteration, 简称PIA)(51.65~78.06), 修正成分变异指数(modified index of composition variation, 简称ICV_m)(0.67~1.24)及A-CN-K图解反映了母岩经受了弱-中等强度的风化程度; 判别函数图解、K-Rb双变量判别图解、A-CN-K图解、Al₂O₃/TiO₂指标(23.37~28.58)、与上地壳(upper continental crust, 简称UCC)相似的稀土配分模式及负铕异常则共同确定长英质岩石为含云质泥岩的母岩来源.在上述背景条件的约束下, 研究表明塘沽地区沙河街组含云质泥岩的物质来源应主要由燕山褶皱带提供.      

柴北缘大煤沟组七段页岩地球化学特征——对中侏罗世晚期物源及风化作用的指示及意义

柴达木盆地北缘中侏罗世晚期沉积的大煤沟组七段页岩（J₂d7）记录了该地质历史时期的物源、风化作用及对应的气候和构造特征信息。对钻井岩芯样品进行元素地球化学分析,结果显示,较高的Al₂O₃/TiO₂,La/Sc,Th/Co,较低的TiO₂/Zr,以及TiO₂-Zr、La/Sc-Th/Co、La/Th-Hf、La-Th-Sc组成表明大煤沟组七段页岩物源主要为长英质花岗闪长岩。A-CN-K组成特征指示钾交代作用对页岩的影响有限,整体较高化学蚀变指数（CIA）、化学风化指数（CIW）、斜长石蚀变指数（PIA）表明物源区经历了中等-强烈的化学风化作用,且自下而上,风化作用逐渐减弱,结合逐步降低的古气候指数C值及增高的Sr/Cu值,可得出在中侏罗世晚期柴北缘地区的古气候条件由温暖潮湿向干旱炎热明显转变,为该时期我国西北地区"干热化"事件在柴北缘的具体表现,同期构造沉降幅度大于因气候变干导致的湖平面下降速率,为有机质的富集提供了有利条件。     

塔中地区志留系砂岩元素地球化学特征与物源判别意义

通过分析塔中地区志留系砂岩的某些常量元素和微量元素含量的变化,研究了该地区砂岩的地球化学以及其物源特征。结果表明塔中地区志留系的沉积构造环境为活动大陆边缘和被动大陆边缘,物源主要来自再循环造山带。砂岩的矿物成分主要在石英、钾长石、斜长石、伊利石、绿泥石等矿物之间变化。化学风化作用指标(CIW)和化学蚀变作用指标(CIA)反映了该地区砂岩的碎屑成分受到了强烈的风化作用,风化作用强度为:依木干他乌组>塔塔埃尔塔格组>柯坪塔格组。化学组分变化指标(ICV)反映了有些砂岩中含有第一次旋回沉积物。A-CN-K三角图反映了砂岩的碎屑源岩中斜长石含量要高于钾长石含量,主要在花岗闪长岩和花岗岩之间变化,砂岩的碎屑成分在风化过程中受到了钾的交代作用,长石以及长石中的高岭石发生了伊利石化。稀土元素及其比值(La/Yb)_N、(La/Lu)_N等也反映了该地区砂岩来源于花岗闪长岩和花岗岩的混合物。     

华北北部中元古界洪水庄组页岩地球化学特征： 物源及其风化作用

华北北部洪水庄组黑色页岩是中元古代的富有机质沉积,它可能记录了当时重要的地球化学信息。通过对洪水庄组页岩中的常量和微量元素特征的分析,研究了洪水庄组的物源及其风化作用。高Th/Sc、Al2O3/TiO2、La/Sc、La/Cr、La/Co、Th/Cr和Th/Co值,低Cr/Zr和TiO2/Zr比值,Euan值、Co/Y Ti/Zr关系和La Th Sc组成表明洪水庄组页岩物源主要为上地壳中的长英质花岗闪长岩。洪水庄组页岩的Al、Ca、Na和K组成表明其具有较高的化学蚀变指数（CIA）,同时,元素组成的化学风化作用轨迹反映了洪水庄组页岩受到钾交代作用的影响,可能导致CIA值被低估,其原始CIA值应在90以上。高的原始CIA、化学风化指数（CIW）和斜长石蚀变指数（PIA）表明洪水庄组物源区经历了强烈的化学风化作用。化学风化作用强度以及微量元素组成特征揭示了中元古代洪水庄组沉积时期可能处于温暖潮湿的气候条件,这与中元古代时期大气高CO2浓度以及华北板块古大陆当时位于低纬度地区重建的结果不谋而合。     

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。     

东营凹陷南坡沙河街组四段砂岩地球化学特征

基于东营凹陷南坡沙河街组四段砂岩的某些常量元素和微量元素(包括稀土元素)含量的变化规律,研究了该地区砂岩的地球化学特征。本地区沙河街组四段砂岩类型以岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主,部分砂岩为岩屑砂岩和长石砂岩。A-CN-K三角图解反映了砂岩的母岩中斜长石含量要高于钾长石含量,主要在花岗闪长岩和花岗岩(含相应的片麻岩)之间变化。砂岩在风化过程中受到了钾的交代作用。化学风化作用指标(CIW)和化学蚀变作用指标(CIA)反映了该地区砂岩受到了强烈的风化作用,尤以纯梁地区为强。化学组份变化指标(ICV)反映了有些砂岩中含有第一次旋回沉积物。微量元素比值(La/Yb)_N、(La/Lu)_N等也反映了该地区砂岩来源于花岗闪长岩和花岗岩的混合物。     

Composition and Provenance of Sandstones and Siltstones in Paleogene, Huimin Depression, Bohai Bay Basin, Eastern China

This study was conducted to distinguish the compositions and provenance of sandstones and siltstones in the Ek1-Es3 members of Huimin (惠民) depression. The samples have been analyzed for petrographic, major element and selected trace element compositions (including REE). The results show that the sandstones from the first member of Kongdian (孔店) Formation (Ek1) have higher quartz compositions than those from the fourth member (Es4) and the third member (Es3) of Shahejie (沙河街) Formation. The alkali feldspar/plagioclase ratio in the A-CN-K diagrams decreases in the order Ek1>Es4>Es3, which suggests that the Ek1 member had a more alkali feldspar-rich granitoid source and more intense weathering of the source than the Es4 and Es3 members. The mineral distributions in the A-CN-K diagrams also indicate that the sandstones and slltstones in the three members underwent K-metasomatism. Extrapolation of the sandstones and siltstones back to the plaginclase-alkali feldspar line in the A-CN-K diagram suggests a high average plagioclase to alkali feldspar ratio in the provenance (tonalite to granite). In addition, the chemical index of weathering (CIW) and chemical index of alteration (CIA) parameters of the sandstones and siltstones suggest that the weathering of the first cycle material was intense, and the CIW decreases in the order Ek1>Es4>Es3. Trace element ratios suggest all the sedimentary rocks were mostly derived from granitoids. Elemental ratio plots (e.g., Th/Sc vs. Eu/Eu*) of sandstones and siltstones suggest a mix of a granodiorite-tonalite source as a source of the sandstones and siltstones. The sandstones and siltstones of Es3 and Es4 members also contain higher Eu/Eu* and lower Th/Sc ratios than the sandstones and siltstones of Ek1 member. As is consistent with the petrography, it suggests that the sandstones and siltstones of Es3 and Es4 members are derived from a source with less granite and more granodiorite-tonalite than the sandstones and siltstones of Ek1 member.     

南羌塘盆地江鱼玛洛地区中侏罗统雀莫错组砂岩地球化学及源区环境

南羌塘盆地江鱼玛洛地区发育中侏罗统雀莫错组,通过岩石地球化学分析,对砂岩源区环境进行恢复. 化学风化作用指标(CIW)、化学蚀变作用指标(CIA)和A-CN-K图解反映砂岩的碎屑成分遭受过较强烈的风化. 化学组分指标(ICV)和Th/Sc-Zr/Sc图解指示主要为第一沉积旋回产物,伴有少量沉积再循环物质. 岩石元素Al₂O₃/TiO₂、Th/Sc、Cr/Zr比值和La/Th-Hf源岩判别图解反映砂岩的碎屑主要来源于上地壳长英质源区,并混入少量基性铁镁质岩石. 砂岩的微量元素特征及SiO₂-K₂O/Na₂O、La-Th-Sc、Co-Th-Zr/10、Sc-Th-Zr/10判别图解均表明该砂岩形成于大陆边缘裂陷构造背景.     

山西五台群变质砂岩的物源和构造环境

华北克拉通中北部五台杂岩中出露一套变质砂岩,归属于上太古界五台群,其物质来源和构造环境分析对理解本区新太古代末期的地壳演化具有重要意义.该变质砂岩主要由石英、长石和粘土质胶结物组成,岩相学特征显示为杂砂岩,利用主量、微量元素判别的结果与岩相学观察一致.岩石地球化学分析结果显示,样品的SiO2含量变化较大(64.51％～...     

Geochemistry of late quaternary sediments from Tecocomulco lake, central Mexico: Implication to chemical weathering and provenance

This paper presents the first detailed multi-element geochemical data from the late Quaternary sediments of the Tecocomulco lake basin (central Mexico) and rocks exposed in the basin catchments to understand the extents of chemical weathering and provenance of the siliciclastic fractions. Ternary diagrams of A-CN-K, A-C-N and A-CNK-FM and elemental ratios suggest that most of the lacustrine sediments were derived from mafic volcanic deposits comprising the Chichicuatla and the Apan-Peñon andesites and the Apan-Tezontepec basaltic-andesites. The felsic tephra layers have chemical compositions comparable to the Acoculco volcanic sequences. The calculated indices of chemical weathering such as chemical index of alteration (CIA), plagioclase index of alteration (PIA) and chemical index of weathering (CIW) indicate low to extreme chemical weathering for the lacustrine sediments and low chemical weathering for tephra layers. The varying degree of chemical weathering in lacustrine sediments is related to the fluctuating average annual precipitation during the late Quaternary. However, the low weathering of tephra layers are due to their higher rate of deposition. The dacite-rhyolitic tephra layers of ca. 31,000 ¹⁴C yr BP are relatively more weathered compared to the unweathered rhyolitic tephra of ca. 50,000 ¹⁴C yr BP. This could be due to the rapid deposition of ca. 200 cm of tephra layers during the ca. 50,000 ¹⁴C yr BP volcanic eruption that might have prevented the interaction between tephra layers and weathering agents.