碎屑锆石形态学分类体系及其在物源分析中的应用:以松辽盆地松科一井为例

碎屑锆石的同位素热年代学提供了物源区的精确年龄和大地构造背景, 是目前物源分析中先进的、使用最为广泛的研究方法之一.在同一沉积区内, 碎屑锆石颗粒通常是多来源的, 经历了复杂的从源到汇的物质输送过程.能否揭示沉积物中的锆石颗粒从源区到沉积区的地表动力作用, 是对碎屑锆石同位素年龄及年龄谱系进行合理地质解释的关键.提出碎屑锆石形态学定量化的实验分类方法, 设计出一种适用于多参数分析的多维蛛网密度图, 试图通过对碎屑锆石的来源、锆石晶体的磨圆度、断裂方式、裂隙和表面撞痕等多种形态学参数的定量分析来揭示碎屑锆石由源区到沉积区搬运过程中经历的地表动力特征, 进而丰富和完善碎屑锆石年代学源-汇系统的内容, 为沉积物源分析提供一种新的实验手段.并以松辽盆地松科一井相关的碎屑锆石样品分析为例, 介绍了这种方法的实际应用及其效果.      

碎屑锆石U-Pb年代学在地学应用中的现状

锆石U-Pb年代学作为地学研究中一种有效的定年方法,通过半个世纪的发展,已经形成了完善的理论体系和实验方法。随着其测试效率和精度不断提高,成本逐渐降低,其研究也朝更广的邻域延伸,近年来碎屑锆石U-Pb年代学在地学中得到了广泛的应用。本文重点介绍碎屑锆石U-Pb年代学在最大沉积年龄分析、物源分析、构造演化分析三方面的应用和扩展,以及碎屑锆石研究中需要注意的再循环锆石、锆石Pb丢失、锆石的滞后时间、锆石生产力差异以及分析结果存在误差导致的年龄偏差的问题。     

台湾山溪型小河流碎屑锆石年代学和粒径分析

<正>碎屑锆石年代学在近二十年来迅速发展,并逐渐成为物源示踪、重建古地理以及恢复区域构造—沉积历史的重要手段。在对碎屑锆石数据进行分析及解释的过程中,存在着一系列假设,其中一个很重要的是:分析得到的年龄分布能够代表源岩的年龄分布。这意味着搬运及沉积过程中的水动力分选     

碎屑岩物源研究进展与展望

沉积物物源研究作为沟通沉积盆地与剥蚀区的纽带,有助于恢复源区构造背景、估计沉积物搬运路径与距离、重建古水系和恢复沉积盆地充填演化历史等,在源-汇系统分析中有着非常重要的作用。传统的方法如岩石学、沉积学、重矿物和元素地球化学等方法在物源体系分析中起着重要的作用。随着同位素测试技术的进步,越来越多的碎屑矿物同位素测年开始大量地被应用到物源分析当中。近些年碎屑锆石测年被广泛地应用到沉积盆地物源体系恢复和古水系重建中,而针对碎屑矿物如金红石、独居石和磷灰石等的同位素测年也同样发挥着巨大的作用。多种矿物组合分析以及单矿物多重定年,可以更全面地恢复物源区的构造演化史,从而更准确地恢复构造演化与盆地充填过程之间的耦合关系。同时随着碎屑锆石U/Pb数据的日益增多,越来越多的数学和统计学方法开始被引入用于定量分析不同物源区对沉积区砂体展布的影响。现今和未来的物源分析将是不断引入新的研究技术、将传统方法与新技术的结合、从单一方法到多种方法的综合、从定性分析到定量化研究、从单一学科到多学科交叉的过程,从而更好地让我们认识沉积物在地表的剥蚀搬运沉积的整个过程。     

中国铝土矿沉积中的碎屑锆石记录: 对铝土矿物源模式与矿床分类的启示*

通过收集、整理和分析来自中国20个铝土矿床/矿点的3439个碎屑锆石U-Pb年龄数据以及297个来自铝土矿沉积下伏碎屑岩基底的碎屑锆石U-Pb年龄数据,对近年来中国铝土矿床的碎屑锆石年代学研究进展进行了综述。对现代热带地区红土剖面中锆石矿物稳定性评估认为在强化学风化条件下锆石颗粒仍然能保持化学与物理的稳定性,因此锆石是铝土矿沉积中良好的物源指示物。对中国铝土矿沉积物源研究表明,即使是形成在碳酸盐岩基底上的铝土矿,其中仍有大量硅铝酸盐沉积物风化产物的加入。此前的铝土矿床分类体系,多依照基岩岩性与矿体形态结构特征进行分类,在使用时可能会造成分类的模糊性与不确定性。中国铝土矿沉积中广泛存在指示准原地及异地成因的碎屑锆石组分,使用原地/异地指标也无法进行有效区分。基于以上原因,建议在考虑铝土矿分类方案时,除考虑铝土矿的风化产物属性外,还应对其作为沉积物/沉积岩的属性加以考量,新的铝土矿床分类方案是当前铝土矿研究中亟待解决的问题。此外,铝土矿的碎屑锆石年代学研究虽然为铝土矿物源研究提供了重要约束,但仍然需要结合区域地质背景及地球化学研究来提供更全面的铝土矿物源信息。     

盆地陆源碎屑沉积物对源区构造背景的指示意义

盆地陆源碎屑沉积物对源区构造演化有重要的指示作用，目前利用盆地陆源碎屑沉积物示踪源区，反演源区构造演化的方法很多，包括沉积碎屑组分分析方法、地球化学分析方法及同位素年代学方法等。结合实例分析，简要介绍了这几种方法目前的研究进展及存在问题。由于盆地沉积碎屑组分、副（重）矿物及地球化学方法仅能够提供源区物质组成方面的信息，因此在应用上有很大的局限性。而同位素年代学方法则可以提供源区年龄组成方面的信息，锆石 U-Pb及FT年代学的结合，是一种新的突破。结合区域构造背景，有选择地进行多种方法综合分析应是行之有效的手段。     

碎屑锆石U?Pb年代学定量物源分析的基本原理与影响因素

碎屑锆石U-Pb年代学数据获取快,物源对比精确度高,还可以估算源区剥蚀量,在定量物源分析方面具有显著优势,广受沉积学界青睐。但由于采样、实验过程中的不确定性,常常导致一些物源判别结果存在多解性,甚至产生了很多争议。从碎屑锆石U-Pb年代学定量物源分析的原理入手,综述了由于沉积水动力、母岩锆石产率、沉积再旋回、人类活动、以及数据获取与处理5方面因素对年龄谱可能产生的影响。结果表明,河流砂相比地层中的沉积岩,物源区母岩性质明确,运移路径非常清晰,可以进行锆石产率的准确测定,并能够同时开展混合模型正演和反演,是理想的定量物源分析研究对象。对开展基于现代河流砂的定量物源分析机理研究进行了展望,指出应用新技术、新方法开展小流域碎屑锆石U-Pb年代学研究是揭示锆石侵蚀、搬运和沉积过程行为机理的重要手段、也是构建定量物源分析方法的重要基础,将为规范开展沉积地层的物源研究提供重要的理论依据。     

扬子陆块三峡地区莲沱组砂岩中碎屑锆石U-Pb年龄、Hf同位素组成及其地质意义

对扬子陆块三峡地区黄牛岩剖面莲沱组顶部砂岩中的120颗碎屑锆石进行了U-Pb定年和Lu-Hf同位素分析.结果显示,黄牛岩剖面莲沱组中碎屑锆石的年龄谱具有~880~800 Ma、~2 000 Ma、~2 500 Ma及~2 700 Ma的峰值,其中最年轻的碎屑锆石年龄为724±8 Ma.结合前人对该地区莲沱组顶部凝灰岩开展的年代学工作,将莲沱组顶部砂岩沉积时代限定为724~714 Ma.莲沱组砂岩沉积时间与其中最年轻的碎屑锆石U-Pb年龄接近,反映了其源区地壳物质的快速再循环.碎屑锆石Hf同位素两阶段模式年龄(T_DM2)集中在~3.7~3.1 Ga、~2.5~2.0 Ga和~1.3~1.0 Ga,反映其物源区存在古-中太古代、古元古代以及中元古代末期的初生地壳生长.对比近年来三峡地区不同剖面莲沱组砂岩中已报道的碎屑锆石年龄和Hf同位素数据,黄牛岩剖面的莲沱组碎屑锆石年龄和Hf同位素组成与之以北的王丰岗剖面均存在明显差异,说明莲沱组沉积期两者的陆源物质供给区有较大差别.      

碎屑矿物热年代学研究进展

碎屑矿物热年代学是以沉积物中未遭受热重置的碎屑矿物颗粒为研究对象,将造山带抬升、剥露和盆地沉积联系起来的年代学方法。在物源分析、源区构造热历史、古地形恢复和约束地层年龄等方面有广泛的应用。在概述其基本原理的基础上,从造山带剥露历史分析、物源分析中多种技术的联合运用和现代汇水区侵蚀速率计算3个方面介绍了这一方法近年来的研究进展。     

碎屑锆石微量元素对物源区的指示:以辽东半岛辽河群为例

碎屑锆石U-Pb年代学方法已被广泛用于物源分析,但其微量元素数据很少被利用。系统地总结了不同成因锆石的微量元素特征,并对碎屑锆石微量元素数据的应用做了详细介绍,进而探讨了碎屑锆石微量元素对物源区的指示意义。以碎屑锆石微量元素综合研究为基础,结合碎屑锆石年代学的解释,系统分析了辽东半岛辽河群物源区的特征。辽河群沉积岩中2.2~2.1Ga的碎屑锆石主要来自于花岗岩类,与区域上胶-辽-吉活动带内出露的花岗岩类和同时期的酸性火山岩相吻合;而2.1~2.0Ga岩浆事件虽并未在地表大量出露,但碎屑锆石微量元素显示该期年龄的碎屑锆石主要来自于花岗岩类,其次是基性岩。辽河群沉积岩的碎屑锆石微量元素研究不仅验证了碎屑锆石微量元素用于物源分析的可行性,而且对2.1~2.0Ga岩浆事件的性质提供了制约,为胶-辽-吉活动带的形成演化提供了新的依据。     

塔里木盆地西北缘乌什地区石炭系沉积与碎屑锆石年代学记录及其反映的构造演化

针对塔里木西北缘乌什地区石炭纪维宪期(Visean)至巴什基尔期(Bashkirian)连续较好的露头剖面,在沉积序列、砂岩组分及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,解析其年代学、物源特征及构造属性等信息。研究显示,石炭系砂岩碎屑颗粒以石英为主,火山岩屑和变质火山岩屑极少,物源构造属性主要指示再旋回造山带,且向上有向克拉通迁移的趋势;重矿物组合以锆石、电气石和TiO 2矿物等稳定重矿物为主,反映远源和相对稳定的构造背景。4个砂岩样品总体具有类似的碎屑锆石U-Pb年龄组成,主要反映三期年龄:392~496Ma、708~868Ma和893~1044Ma,其εHf(t)大多介于-15~13之间;此外也少量存在1713~1917Ma、2376~2606Ma年龄,与该区石炭系不整合下伏地层(至少志留-泥盆系)物源构成类似。对比研究显示,上述碎屑物源以塔里木基底古隆起为主,与昆仑-阿尔金造山带剥蚀物源相关的塔里木前石炭纪沉积也可能提供部分再旋回物源,并成为西北缘早石炭世维宪期前沉积的893~1044Ma年龄碎屑锆石的主要来源;而维宪期后碎屑成分成熟度的增大和893~1044Ma年龄碎屑锆石丰度的锐减可能说明与昆仑-阿尔金造山带相关物源的减少,塔里木大陆内部(隆起)成熟物源的增加。换句话说,尽管放射虫资料说明早石炭世早维宪期后南天山洋已经关闭,但直到晚石炭世巴什基尔期塔里木西北仍然延续了前石炭纪的沉积物源格局,并未记录到南天山造山事件的沉积学效应。     

青藏高原东北缘西宁黄土物源研究

碎屑锆石U-Pb年代学被认为是研究沉积物物源的有效手段。然而,应用碎屑锆石U-Pb年代学对中国黄土高原进行物源研究时却获得了非常复杂的物源信息。西宁黄土沉积于青藏高原东北缘地区,对其开展碎屑锆石U-Pb年代学研究不仅可以获得其物源信息,同时可以为探讨青藏高原北缘碎屑物质对黄土高原的贡献提供重要依据。碎屑锆石形貌学研究结果表明其可能经历了强烈的物理风化以及多次再循环,同时也可能暗示了物源的高度复杂性。来自不同沉积层位的碎屑锆石U-Pb年龄结果表明,西宁黄土碎屑物质的最终来源可能是青藏高原北缘和中亚造山带,且物源区自约1.3 Ma以来可能没有显著变化,但是两者对西宁黄土的相对贡献可能在不同的时期具有微弱的差异。西宁黄土与中国黄土高原中、西部典型剖面的碎屑锆石年龄分布具有高度相似性,暗示了两者的物源区可能很大程度上具有一致性,但具少量差异。      

江西武功山地区老虎塘组碎屑锆石U-Pb年龄和Hf同位素: 沉积时代厘定及其源区特征

江西宜春武功山地区出露的震旦纪老虎塘组由薄层状的砂岩、粉砂岩和泥岩组成,岩石普遍经历了强烈的变形和变质作用。由于缺乏古生物化石和年龄值,其沉积时代和源区存在着争议。本文运用LA-ICP-MS技术,对老虎塘组两件变砂岩中的碎屑锆石进行了U-Pb和Hf同位素测定,共获得187个U-Pb年龄值,主要位于423~537 Ma和660~1 280 Ma两段。两个样品中最年轻的碎屑锆石年龄为(432.7±1.8)Ma,结合区域地质资料限定老虎塘组形成时代为志留纪。锆石U-Pb年龄和Hf同位素表明,年龄为423~537 Ma的碎屑锆石主要来源于华夏板块北缘加里东期的花岗岩,而年龄为660~1 280 Ma碎屑锆石显示物源主要来自钦—杭结合带,而其它少量的古元古代和太古代物质可能主要来源于华夏板块基底或者再循环的物质。因此,碎屑锆石年龄显示老虎塘组物源主要来源于华夏板块北緣加里东期岩浆岩和钦—杭结合带。大量的早古生代碎屑锆石数据反映了华夏板块北緣加里东期的造山事件,这次造山事件为早古生代晚期沉积盆地提供了大量的物质来源。     

秦昆结合部塔秀地区隆务河组碎屑锆石LA-ICP-MSU-Pb年代学及其地质意义

秦昆结合部独特的地质组成与复杂的造山带结构受到广泛关注。前人对该地区沉积物质来源进行了初步分析,但存在较大争议。选取隆务河组碎屑岩为研究对象,运用碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb同位素年代学方法,探讨隆务河组物源特征。U-Pb测年结果表明,隆务河组碎屑锆石年龄谱明显分为4组:2 746~2 084 Ma,1 094~775 Ma,492~411 Ma,372~237 Ma。其中,372~237 Ma年龄组约占总体的56.79%,所占比例最大,年龄相对集中,且呈现出强烈的峰值,代表了阿尼玛卿洋向北俯冲碰撞产生的一系列构造岩浆事件,其余年龄段所占比例则较少。综合分析显示,隆务河组碎屑沉积物质来源较为复杂,具有明显的多元性,存在祁连造山带、柴北缘构造带和东昆仑造山带3个物源区,其中东昆仑造山带提供了大部分物源,为隆务河组贡献最大的物源区。     

碎屑锆石U-Pb年代学数据获取、分析与比较

碎屑锆石U-Pb年代学是探寻沉积物物源的重要手段,在沉积学、大地构造学和地貌学等领域应用广泛。从数据获取、分析和比较3个方面综述了碎屑锆石U-Pb年代学研究的最新进展。在数据获取方面,从基本原理出发阐述了样品制备方法、同位素年龄数据选取和测试数量问题;在数据分析方面,对比了概率密度图、核密度估计图和累积年龄分布图的数据可视化方法;在数据比较方面,结合实例分析了定量比较的基本算法和应用优势,包括基于非参数性假设检验(K-S检验)、年龄谱对比(互相关系数)和多维定标法的相似(差异)性量化分析等。最后介绍了3款常用软件,并在数据获取、分析与比较方面分别给出了建议,供以后的研究者参考。     

碎屑矿物年代对佳木斯隆起隆升时间的制约

对佳木斯隆起周缘的勃利盆地和鸡西盆地中的早白垩世穆棱组和滴道组砂岩样品进行了系统的碎屑锆石U-Pb同位素年代学和碎屑白云母40Ar/39Ar同位素年代学研究。结果表明,滴道组和穆棱组沉积时期,没有500Ma或大于500Ma的来自佳木斯地块基底的年龄纪录,暗示佳木斯隆起在早白垩世穆棱组沉积时期尚未隆起。黑龙江东部盆地群为统一的原型盆地,结合对该区白垩纪砂岩的矿物组成和砾石统计的研究成果,认为早白垩世末东山组沉积以后佳木斯隆起开始隆升,猴石沟组沉积时期佳木斯隆起已经隆升到一定高度并为其周缘盆地提供物源,同时随着佳木斯隆起的隆升,原来早白垩世的统一盆地遭到分割破坏,形成诸多相对独立的盆地。     

基于核密度估计的碎屑颗粒年龄分析及应用:松辽盆地构造事件定年

碎屑矿物热年代学是了解板块碰撞、造山带抬升剥露以及盆地沉积等地质事件的重要途径之一。同一沉积区内碎屑颗粒通常是多来源的,含有不同的年龄组分,如何获得真实的年龄组分分布样式,进而准确地提取出地质年龄信息是碎屑颗粒年龄分析的关键。由于受到数学原理、组距选择和样品分析测试误差等因素的影响,常用的地质年龄频率分布图和概率密度曲线难以得到真实的年龄分布样式。本文引入一种新的同位素年龄数据统计方法--核密度估计法。该方法以同位素年龄数据为基础,根据数据密度和测试误差自适应变换带宽函数,减少了测试误差和样本数量的干扰,有效地提高了年龄分解精度。该方法尤其适用于同位素年龄样本数量少的研究新区以及测试误差大的碎屑颗粒年代学数据分析。本文应用核密度估计法,对大兴安岭地区显生宙花岗岩锆石U Pb年龄数据库和松辽盆地碎屑磷灰石裂变径迹年龄数据进行了分析,所得到的年龄分布样式不但与区域地质背景、盆地构造沉积记录等地质事实相吻合,还进一步准确约束了区域构造事件的年代界限。因此核密度估计法是一种能合理有效地进行地质年龄分布样式分析的先进统计方法。     

博兴洼陷沙四段沉积物源特征分析

论文依据博兴洼陷沙四段砂岩碎屑颗粒组分、泥质岩微量元素、重砂以及碎屑锆石同位素年代学分析资料,利用砂岩碎屑成分、重矿物分析、放射性元素等三种技术方法,建立了洼陷沙四段沉积复合体的高精度区域物源分析体系,论文将物源分布与古地理特征、碎屑组分分布以及微量元素结合起来研究,探讨物源分配体系与储集层分布的关系,为非构造油气藏预测和勘探提供了重要参考价值,对类似沉积洼陷的物源体系研究具有借鉴意义.     

碎屑矿物年代对佳木斯隆起隆升时间的制约

对佳木斯隆起周缘的勃利盆地和鸡西盆地中的早白垩世穆棱组和滴道组砂岩样品进行了系统的碎屑锆石U-Pb同位素年代学和碎屑白云母40Ar/39Ar同位素年代学研究.结果表明,滴道组和穆棱组沉积时期,没有500Ma或大于500Ma的来自佳木斯地块基底的年龄纪录,暗示佳木斯隆起在早白垩世穆棱组沉积时期尚未隆起.黑龙江东部盆地群为统一的原型盆地,结合对该区白垩纪砂岩的矿物组成和砾石统计的研究成果.认为早白垩世末东山组沉积以后佳木斯隆起开始隆升,猴石沟组沉积时期佳木斯隆起已经隆升到一定高度并为其周缘盆地提供物源,同时随着佳木斯隆起的隆升,原来早白垩世的统一盆地遭到分割破坏,形成诸多相对独立的盆地.     

华北板块北缘东段柳河盆地早白垩世鹰嘴砬子组碎屑锆石U-Pb定年及其地质意义

华北板块北缘在晚中生代受到古太平洋板块西向俯冲作用的影响,发育强烈的构造变形及大规模的岩浆活动.研究区柳河盆地地处华北板块北缘,对其开展研究能够为约束华北板块北缘晚中生代构造演化阶段提供沉积方面的证据.依据对盆地早白垩世鹰嘴砬子组样品碎屑组分、岩性序列、沉积相演化特征的研究,结合碎屑锆石U-Pb年代学判断,盆地样品矿物组成具有石英含量较低,岩屑和长石含量较高的特点,显示沉积物物源主要来自岩浆弧物源区.两组碎屑锆石U-Pb年龄组成相似,以晚中生代为主,古元古代为辅.L1-B178样品（岩心）碎屑锆石存在约127Ma的主峰和约2553Ma的次峰;P303-B3样品（剖面）存在约126Ma的主峰和约2545Ma的次峰,中生代沉积物物源可能来自盆地东北侧丰富的岩浆岩.早白垩世鹰嘴砬子组最年轻碎屑锆石颗粒的U-Pb年龄限定岩层的最大沉积年龄为（125±4）Ma,介于早白垩世巴雷姆阶与阿普特阶,与层内流纹岩样品（124.3±0.7）Ma的锆石加权平均年龄吻合.通过对柳河盆地样品矿物组成特点、沉积相演化和碎屑锆石U-Pb年代学特征综合判断,盆地在（125±4）Ma已接收到古太平板块俯冲作用带来的物源...