重矿物在沉积物源分析中的应用 ——以内蒙古西部额济纳旗及邻区石炭系—二叠系为例

分析旧司阶—吴家坪阶额济纳旗及其邻区主要地层中的碎屑岩重矿物组合特征,结合区域地质特征、碎屑岩岩石学特征、碎屑锆石测年资料、古水流方向、沉积体系特征等,阐述了石炭系—二叠系沉积物的物源体系。重矿物组合特征显示,研究区北部黑鹰山-额济纳旗坳陷和南部的柳园-芒汗超克坳陷的碎屑岩重矿物组合类型和含量都有差异,指示它们来自不同的物源区;碎屑锆石测年资料显示,绿园-拐子湖凹陷的埋汗哈达剖面埋汗哈达组碎屑锆石的年龄可分为2类：436Ma±13Ma和1467Ma±110Ma,古水流方向也显示有北部物源区存在,说明沉积物源受敦煌－阿拉善－狼山古陆和马鬃山-拐子湖隆起带的双重作用;北部坳陷沉积物源来自马鬃山-拐子湖隆起带。     

内蒙古银额盆地及邻区石炭纪小独山期-二叠纪紫松期物源

应用重矿物资料、砂岩组分分析、沉积法、古水流测量等方法对银额盆地及其邻区石炭纪小独山期-二叠纪紫松期进行物源分析,重矿物组合和砂岩组分分析认为,研究区至少有敦煌-阿拉善-狼山古陆和马鬃山-拐子湖中间隆起带2个物源;沉积法和古水流测量结果显示,研究区北部（蒙古国境内）还存在一个物源,综合分析认为,研究区石炭纪小独山期-二叠纪紫松期存在3个物源,分别为敦煌-阿拉善-狼山古陆、马鬃山-拐子湖中间隆起带和研究区北部物源（蒙古国境内）。     

内蒙古银额盆地及邻区石炭纪小独山期—二叠纪 紫松期物源

应用重矿物资料、砂岩组分分析、沉积法、古水流测量等方法对银额盆地及其邻区石炭纪小独山期—二叠纪紫松期进行物源分析,重矿物组合和砂岩组分分析认为,研究区至少有敦煌-阿拉善-狼山古陆和马鬃山-拐子湖中间隆起带2个物源;沉积法和古水流测量结果显示,研究区北部（蒙古国境内）还存在一个物源,综合分析认为,研究区石炭纪小独山期—二叠纪紫松期存在3个物源,分别为敦煌-阿拉善-狼山古陆、马鬃山-拐子湖中间隆起带和研究区北部物源（蒙古国境内）。     

银额盆地苏红图坳陷北部埋汗哈达组碎屑锆石U-Pb测年及其地质意义

巴北凹陷是银根-额济纳旗盆地(简称银额盆地)苏红图坳陷北部的一个次级构造单元,通过埋汗哈达组的孢粉组合特征研究及碎屑锆石U-Pb同位素测试,探讨了地层年代及物源方向。从孢粉组合特征可以看出,除晚古生代和中生代都存在的类型外,仅在白垩纪出现的类型没有见到,且见到的绝大多数类型都出现在晚古生代和三叠纪;银额盆地苏红图坳陷北部埋汗哈达组碎屑岩锆石阴极发光图像和Th/U值(0.4),表明大部分属于岩浆成因锆石。锆石年龄分布在246～1010Ma之间,集中分布在246～390Ma、400～560Ma,最年轻的峰值为260Ma。综合分析后将埋汗哈达组归入二叠系,与切刀古隆起和巴彦诺尔公—狼山—阴山一带岩浆岩的年龄分布相似,由此认为,切刀古隆起和巴彦诺尔公—狼山—阴山一带的岩浆岩可能为埋汗哈达组的沉积物质来源。     

内蒙古西部额济纳旗及邻区石炭纪—二叠纪盆地重矿物的特征及意义

为了确定巴丹吉林盆地石炭系—二叠系盆山构造格局和物源体系,分析了巴丹吉林盆地石炭系—二叠系剖面碎屑岩中重矿物的含量和组合特征。结果显示：石炭系红石山-黑鹰山坳陷重矿物组合为锆石+磷灰石,红柳大泉坳陷为锆石+金红石+磷灰石+电气石,锡林浩特坳陷为锆石+金红石+磷灰石+电气石+石榴子石,珠斯棱凹陷为锆石+金红石+磷灰石+电气石;二叠系红石山-黑鹰山坳陷重矿物组合为锆石+磷灰石+石榴子石,红柳大泉坳陷锆石+金红石+磷灰石+电气石+石榴子石,锡林浩特坳陷为锆石+石榴子石+电气石,珠斯棱凹陷为锆石+金红石+磷灰石+电气石+石榴子石。巴丹吉林盆地存在阿拉善-狼山古陆和马鬃山-切刀古隆起2个物源体系。     

额济纳旗地区晚石炭-晚二叠世地层沉积学和年代学研究及其构造背景分析

对额济纳旗地区红石山-黑鹰山坳陷带和马鬃山-切刀隆起带晚石炭世-晚二叠世地层进行了沉积学和年代学研究。红石山-黑鹰山坳陷带的大狐狸山地区干泉组下段碎屑岩可分为滨海相、前三角洲相和三角洲前缘相等三种沉积相类型,具有向上粒度变粗的特征,表明该带属于以三角洲快速供应为主的滨海带沉积环境。碎屑锆石年代学分析表明其形成时代为322～305Ma,主要集中在428～520Ma和336～373Ma两个时期,分别代表红石山-黑鹰山坳陷带边缘古亚洲洋俯冲及其结束后早石炭世伸展过程的两期岩浆活动记录。马鬃山-切刀隆起带的八道桥地区二叠系由巨厚的紫红色砾岩、砂岩重复组成多个旋回,沉积及层序特征表明该套地层形成于干旱条件下的快速沉积,属陆相洪冲积环境产物,沉积时代为280～268Ma。碎屑锆石年龄谱也记录了早古生代岩浆活动峰期(424～515Ma)和古老基底年龄(950Ma和1700～1900Ma)。阿拉善旗埋汗哈达地区埋汗哈达组从下向上分为洪冲积相、滨海泻湖相和滨海相等三种沉积相,构成从陆相到海相变化的沉积序列,形成时代为279～270Ma。该组的碎屑锆石分析主要记录了三个连续的峰期年龄即280Ma、287Ma和294Ma,说明早二叠世发生频繁的岩浆活动。沉积学及年代学研究揭示哈尔苏海组为滨海环境,形成于晚二叠世,其碎屑锆石年龄分布广泛,除273～329Ma的年龄代表晚石炭世-中二叠世岩浆活动外,其余锆石集中在383Ma、468～517Ma、800～913Ma和1485Ma等四个峰期,表明马鬃山-切刀隆起带在晚二叠世接受了来自早古生代造山带和古老基底的复杂物源。八道桥及埋汗哈达地区的研究揭示晚二叠世马鬃山-切刀隆起带的古地理环境为从陆相到滨海相。上述沉积学和年代学分析表明额济纳旗地区红石山-黑鹰山坳陷带和马鬃山-切刀隆起带对沉积环境和古地理格局有关键控制作用。通过中国北方新疆、甘肃和内蒙古晚石炭世-二叠纪的对比研究揭示,在天山-兴蒙造山带基底上广泛发育以隆起和坳陷相间为特征的盆岭构造,导致形成不同的沉积古地理环境并控制沉积相带的展布,识别这种古构造格局对于追溯我国北方晚古生代沉积古地理具有重要意义。     

西藏尼玛盆地北部古近系牛堡组物源及地质意义

班公湖-怒江缝合带内的尼玛盆地在青藏高原形成时记录的地质信息,有助于恢复其构造古地理从而为高原隆升过程提供沉积学证据,且目前对盆地北部坳陷古近系牛堡组的研究尚属薄弱.利用碎屑岩岩石学、锆石年代学、重矿物分析等方法对牛堡组进行了物源分析并对盆地构造演化进行了深入讨论.研究显示,早白垩世-古近纪,随着地壳缩短、逆冲断层及造山带发育,盆地北部演化为受构造活动控制的独立坳陷;北部坳陷牛堡组为南北双向物源,北部物源的母岩成分主要为以早白垩世虾别错花岗岩为代表的酸性岩浆岩,南部物源的母岩成分以沉积岩(硅质岩等) 和基性岩浆岩为主;碎屑锆石存在105~134 Ma、500~550 Ma、700~900 Ma、1 700~2 100 Ma及ca.2 500 Ma年龄峰值,其中105~134 Ma年龄是对班公湖-怒江洋壳俯冲在周边地体引发的岩浆事件的响应,进一步证实牛堡组碎屑岩的物源来自北部坳陷的南北两侧地体.挤压及逆冲变形决定了盆地北部坳陷的古地理特征,沉积过程及物源与区域隆升、侵蚀和岩浆活动联系密切.      

冀中坳陷蠡县斜坡古近系沙一下亚段沉积物源分析*

基于对冀中坳陷饶阳凹陷蠡县斜坡碎屑岩分析化验资料,结合该区古水系与古地貌特征,从岩样的碎屑组分、岩屑类型、重矿物组合与ZTR指数及地震剖面反射特征等方面,对古近系沙河街组一段下亚段(沙一下亚段)沉积的物源方向进行综合研究。结果表明:蠡县斜坡古近系沙一下亚段的沉积物主要来自于斜坡西南部和北部,其中西南部物源区主要位于太行山隆起,沉积物分别由古大沙河经由斜坡南部及古唐河越过高阳低凸起运移进入斜坡,是主要物源;北部物源主要来自牛驼镇低凸起,是次要物源。西南部物源与北部物源交汇于蠡县斜坡东部西柳地区。     

冀中坳陷蠡县斜坡古近系沙一下亚段沉积物源分析

基于对冀中坳陷饶阳凹陷蠡县斜坡碎屑岩分析化验资料,结合该区古水系与古地貌特征,从岩样的碎屑组分、岩屑类型、重矿物组合与ZTR指数及地震剖面反射特征等方面,对古近系沙河街组一段下亚段(沙一下亚段)沉积的物源方向进行综合研究。结果表明:蠡县斜坡古近系沙一下亚段的沉积物主要来自于斜坡西南部和北部,其中西南部物源区主要位于太行山隆起,沉积物分别由古大沙河经由斜坡南部及古唐河越过高阳低凸起运移进入斜坡,是主要物源;北部物源主要来自牛驼镇低凸起,是次要物源。西南部物源与北部物源交汇于蠡县斜坡东部西柳地区。     

四川前陆盆地上三叠统须家河组物源区分析及其地质意义

为了深入认识四川前陆盆地须家河组沉积物源方向及物源区构造背景,对该盆地次级构造单元内须家河组砂岩碎屑组分、岩屑类型、重矿物组合特征、稀土元素和微量元素进行了分析。结果表明,盆地中的碎屑物源主要来自再旋回造山带,部分可能来自造山之前的混合区,不同的构造单元和层位存在不同物源区的特点：川西坳陷物源主要受龙门山逆冲推覆带控制;川东北坳陷物源主要受米仓山-大巴山逆冲推覆带控制;川东南坳陷物源受雪峰古陆控制,而川中古隆起物源则主要来自南部峨眉瓦山古陆。物源区具有大陆边缘向大陆岛弧转化的构造演化特点,须四期龙门山的逆冲推覆活动明显强于须二期。     

南海北部深水区古近系沉积物源演变及古地理意义

南海北部深水区古近纪经历了由陆到海的环境转换过程,沉积物源也随时间发生明显改变。由于水深的限制,目前对深水区的沉积物来源及古地理背景存在争议。通过碎屑锆石U-Pb年龄谱系源汇对比方法,对南海北部珠二坳陷古近系沉积物来源进行系统研究。结果发现,在早中始新世,珠二坳陷沉积物以近源输入为特征,沉积物主要来自坳陷周缘的局部隆起区;晚始新世,源自坳陷西侧的昆莺琼古河为盆地提供大量沉积物,坳陷北侧的珠江沉积物对珠二坳陷影响较小;渐新世,珠江沉积物从北向南越过番禺低隆起进入珠二坳陷,与昆莺琼古河沉积物在白云凹陷北部和中西部混合沉积,形成大型河流三角洲体系。南海北部深水区古近系物源演变过程明显受中生代末区域构造古地理控制,查明该时期物源演变对恢复区域古地理格局具有重要意义。     

库车坳陷侏罗系砂岩碎屑组分及物源分析

库车坳陷位于塔里木盆地的北部,其侏罗系发育良好,为一套陆相含煤沉积,可分为中、下部的煤系地层和上部的杂色碎屑沉积两部分。侏罗系包括阿合组、阳霞组、克孜勒努尔组、恰克马克组、齐古组和喀拉扎组。该区砂岩碎屑成分以石英为主,其次是长石及各种岩屑,有时含少量云母及绿泥石等碎屑矿物。砂岩结构不一,粗砂、中砂和细砂状结构均有,很少一部分为含砾结构。砂岩分选性以中等为主,少量分选好或分选差。砂粒的磨圆度各层位有所差异。本文对库车坳陷侏罗纪地层的砂岩进行了骨架矿物统计分析,通过碎屑岩矿物成分与结构的变化研究了库车坳陷侏罗系沉积岩石学特征,并应用Dickinson的分析理论及结果,对库车坳陷的碎屑岩进行物源与板块构造关系的分析与探讨,重点对库车河剖面的砂岩作了系统采样和测定,显微镜下观察了砂岩的碎屑组分,并对各组分采用点记法进行整个全视域薄片的砂岩的骨架矿物成分统计工作,根据碎屑组分特征与重矿物组合特征,结合区域构造、沉积古地貌及盆地演化史,对库车坳陷的物源进行了探讨。认为侏罗系下部的碎屑岩物源区以再旋回造山带为主,已经过一段时间的风化开始隆升,遭受强烈剥蚀,反映了前陆盆地形成时的早期旋回阶段的特征,来自三叠纪古前隆的物源较少,母岩以沉积岩为主;侏罗系中上部碎屑物源仍以盆地边缘再旋回造山带为主,但三叠纪古前缘隆起提供物源已比较明显。除此之外,在盆地边缘形成的早期沉积物经水流机械破碎、改造作用的泥砾沉积物增多,受双物源区的控制,母岩为沉积岩。     

鄂尔多斯盆地西南缘二叠系山西组山1段-下石盒子组盒8段物源分析

针对鄂尔多斯盆地西南部上古生界山1段与盒8段沉积物来源以及这两个层段物源是否发生改变等问题,依据物源分析方法,对研究区古水流特征、重矿物特征、镜下长石、岩屑特征以及稀土元素特征进行系统分析。通过古水流特征可初步判断研究区山1段与盒8段为多物源;重矿物组合可将研究区盒8段分为四个区域,分别为研究区北部,西南,东南和中部,且根据锆石和白钛矿的含量又可将研究区北部分出两个小的区域;沉积物碎屑以及稀土元素等特征反映出研究区北部具有远源沉积的特征,南部具有近源沉积的特征;山1段物源与盒8段物源分析结果比较类似。综合以上分析结果得出:山1段时期,盆地北部的阴山古陆为研究区北部提供沉积物来源;研究区西南部沉积物质来源于西秦岭与祁连山古陆的中北部;东南部地层沉积物来源于盆地南缘的北秦岭地区,汇水区位于环县、华池一带;盒8段时期阴山古陆继续为本次研究区北部提供碎屑沉积物,研究区西南部碎屑沉积物来自当时的祁连古陆的中北部盒秦岭古陆的西部,东南部物源来自北秦岭古陆,沉积物交汇区同样位于环县、华池一带;山1与盒8两个时期的沉积物物源没有发生改变,二者沉积物源具有继承性;另外根据REE特征,可判断出沉积时期除汇水区地势较低外,研究区东南部也存在一处规模较小的洼陷。     

东喜马拉雅构造结快速隆升时期: 来自缅甸中央盆地沉积学证据

东喜马拉雅构造结快速隆升时间以及雅鲁藏布江和伊洛瓦底江是否曾经相连已经争论了超过半个世纪. 采用锆石U-Pb年代学等方法,对缅甸中央盆地新生代地层的“源?汇”路径开展研究. 缅甸中央盆地始新统发育大量铬尖晶石、各坳陷的锆石年龄谱各不相同,表明该时期沉积物以盆地周边隆起为主要物源,不存在统一的源区;渐新世之后,源自区域变质岩的重矿物组合比例逐渐增加,盆地各坳陷碎屑锆石年龄谱特征趋于一致,均以40~ 70 Ma的主峰以及80~110 Ma次峰为特征,表明沉积物源区进入抹谷变质带,伊洛瓦底江雏形已经形成;由于缅甸中央盆地渐新统至下中新统完全没有喜马拉雅造山带信息,认为该时期雅鲁藏布江?伊洛瓦底江并未相连. 晚中新世?更新世,喜马拉雅造山带特征组合十字石和蓝晶石以及110~130 Ma年龄峰的出现,表明伊洛瓦底江已经侵蚀到东喜马拉雅构造结,达到现今流域规模. 因此,东喜马拉雅构造结快速隆升的时间大约在晚中新世.      

库车坳陷北缘早白垩世源区特征:来自盆地碎屑锆石U-Pb年龄的信息

通过对下白垩统亚格列木组79颗碎屑锆石的LA-ICP-MS U-Pb微区定年分析,结果表明该时期库车坳陷的物源年龄构成复杂,主要集中在427～389 Ma,379～339 Ma、321～283 Ma,266～239 Ma,162～150 Ma五组及前寒武纪基底年龄.结合对潜在的物源区天山造山带岩石属性、年龄构成调研以及以往盆地碎屑组分、重矿物研究成果,作者认为早白垩世时期库车坳陷北缘物源受南天山皱褶带和伊犁-中天山弧造山带源区共同控制,即南天山、塔里木北缘的南天山花岗岩-碱性岩带,伊犁-中天山(包括中天山南缘断裂的古生代花岗岩-火山岩带)均为潜在的物源.并且,前寒武纪基底年龄的发现反映源区剥露程度较深,天山造山带可能存在元古代-太古代结晶基底,但对此类锆石的成因机理尚需进一步研究.另外,碎屑锆石年龄162～150 Ma暗示了天山地区可能存在晚侏罗世岩浆活动,但有待进一步的证实.     

塔里木盆地西北缘四石厂地区下二叠统沉积与物源记录及其反映的构造演化

石炭纪-二叠纪南天山洋-塔里木盆地北部陆缘构造演化众说纷纭.选择塔里木盆地内紧靠南天山的四石厂剖面,针对下二叠统康克林组露头,在沉积、碎屑组分、重矿物组合分析基础上,重点通过LA-ICP-MS分析砂岩样品碎屑锆石的原位U-Pb和Lu-Hf同位素特征,解析其年代学、物源特征及构造演化等信息.研究显示,砂岩样品碎屑组分基本都落入陆块物源区和成熟岩石与稳定构架合并处,重矿物组合以稳定重矿物为主,反映稳定的大地构造背景.砂岩碎屑锆石定年结果显示5组年龄:407~501 Ma、755~873 Ma、889~1 129 Ma、1 792~2 079 Ma、2 393~2 496 Ma,主要反映了5期构造热事件.对比潜在物源区,塔里木盆地内古隆起可能为主物源,与西昆仑-阿尔金造山带剥蚀物源相关的塔里木盆地内前二叠纪沉积也可能提供部分再旋回物源.物源特征显示,虽然南天山洋已经闭合,但直到早二叠世阿瑟尔期仍然没有大规模隆升,洋盆闭合事件对塔里木盆地西北缘构造格局和物源体系影响较小.对比前人研究成果认为,早二叠世从阿瑟尔期至萨克马尔期,柯坪地区的物源结构发生重大变化,由盆地内古隆起单一物源转变为盆内和造山带双重物源.已经闭合的南天山洋盆在萨克马尔期开始隆升造山,成为塔里木西北缘的一个重要物源区.      

库车前陆盆地三叠系-新近系重矿物组合特征与盆山构造演化关系

通过分析库车前陆盆地多口钻井中三叠系-新近系重矿物含量、种类组合以及砂岩碎屑组分特征,建立了由重矿物特征组合与砂岩碎屑组分反映沉积物源与构造演化关系的分析方法,显示出重矿物组合特征对构造运动存在明显的响应关系,反映出库车前陆盆地三叠纪-新近纪存在中-晚三叠世、晚侏罗世-早白垩世、晚白垩世、古近纪和中新世5期明显构造运动。并且通过分析库车前陆盆地古近系库姆格列木群重矿物的颜色、含量以及特征组合与碎屑物的成分认为,库车坳陷北部山前带平面上存在三个主要的物源通道,即吐孜井区北侧、克拉井区北侧和大北井区北侧;西部温宿凸起存在一个物源通道,即却勒井区西侧的温宿凸起斜坡带上。     

塔里木盆地库车坳陷东部早-中侏罗统沉积物源分析

根据岩心观察、重矿物特征、单井岩性剖面及相关指数的综合研究,认为早-中侏罗世期间,库车坳陷东部主要接受南天山物源区提供的碎屑物,而塔北隆起提供的碎屑物则比较有限。根据下-中侏罗统碎屑岩中重矿物和碎屑组分的差异,进一步将各期物源区在东西方向上划分成4个物源补给亚区。此外,从下侏罗统阿合组、阳霞组到中侏罗统克孜勒努尔组,南天山物源区逐渐向南天山造山带的腹部扩展,反映夷平作用进一步加强,构造活动性相对比较稳定。     

南海北部古近纪沉积物碎屑锆石U-Pb年龄及物源演化

长期以来,由于地质资料的限制,有关南海早期裂陷过程中的沉积演化问题一直缺乏相对深入的认识与了解.采用碎屑锆石U-Pb定年方法,对南海北部古近纪沉积物进行"源-汇"对比分析.结果表明,该时期南海北部不仅接受来自北部河流搬运的陆源碎屑物质,同时还受到盆地内部局部隆升区物源的影响.其中,始新世沉积物以下白垩统物源为主,至早渐新世,琼东南盆地接受了来自海南岛及西沙隆起带的沉积物,珠江口盆地珠一坳陷同时期的锆石磨圆度较高,年龄谱系同华南沿海地区一致,说明很可能接受了来自华南沿海地区的陆源物质;而处于盆地南侧的白云凹陷同时期存在自形程度极高的锆石,反映其物源极可能为盆地内近源的局部隆起区.到晚渐新世荔湾凹陷沉积物中开始出现较多元古代锆石,与其北部同时期沉积物明显不同,琼东南盆地N6井也开始出现较多元古代锆石,其物源可能与南海西侧隆起有关.资料显示,在古近纪,现代意义上的珠江并未形成,其在早渐新世仅影响到珠一坳陷,到晚渐新世影响到珠二坳陷北侧.因此,珠江在古近纪具有从小到大逐步演化的特点.      

库车前陆盆地三叠系—新近系重矿物组合特征与盆山构造演化关系

通过分析库车前陆盆地多口钻井中三叠系—新近系重矿物含量、种类组合以及砂岩碎屑组分特征,建立了由重矿物特征组合与砂岩碎屑组分反映沉积物源与构造演化关系的分析方法,显示出重矿物组合特征对构造运动存在明显的响应关系,反映出库车前陆盆地三叠纪—新近纪存在中—晚三叠世、晚侏罗世—早白垩世、晚白垩世、古近纪和中新世5期明显构造运动。并且通过分析库车前陆盆地古近系库姆格列木群重矿物的颜色、含量以及特征组合与碎屑物的成分认为,库车坳陷北部山前带平面上存在三个主要的物源通道,即吐孜井区北侧、克拉井区北侧和大北井区北侧;西部温宿凸起存在一个物源通道,即却勒井区西侧的温宿凸起斜坡带上。