地球化学方法在化学风化作用和物源判别中的应用综述

元素和同位素地球化学方法除了常用于研究古气候、古生态和沉积环境,现也广泛应用于化学风化和物源研究.虽然分析风化和物源的方法有多种,但就原理及其应用条件等来说,元素和同位素地球化学方法具有更广阔的应用前景.因此,本文总结了主量元素(Al、Na、Fe、K、Si和Fe等)、微量和稀土元素(La、Th、Zr和Sc等),以及同位素(235U、238U、204Pb、206Pb、147Sm和144Nd等)方法在化学风化和物源判别中的运用指标及其所代表的意义.结果显示,由于影响沉积物化学成分的因素较多,不同指标指示的意义可能会有所不同.因此,沉积物的化学风化程度和物源判别需要根据沉积物实际的化学组成成分具体分析,通过多种指标参数、判别图解和同位素定年的综合研究和相互验证才能得到更加直观和明确的结论.     

物源分析方法及研究进展

物源分析是盆地和造山带研究的一项重要内容，它对分析沉积盆地与造山带的相对位置、演化过程及相互作用等方面意义重大。物源分析方法众多，中主要讨论了重矿物法、碎屑岩类法、裂变径迹法、沉积方法、地球化学和同位素法等的方法、原理及其应用条件和局限性，并指出地球化学方法和同位素方法具有广阔的应用前景。同时，也应该考虑构造抬升、剥蚀作用和化学风化等构造和沉积作用对物源区判定的影响。物源分析时应注意将多种方法相结合，扬长补短，才能得出合理的结论。     

西藏雄巴地区中新世雄巴组砂岩地球化学特征及对物源区、构造背景的指示

雄巴地区位于阿尔卑斯-喜马拉雅构造-火山成矿带冈底斯硼矿成矿远景区,中新世经喜山运动二幕形成杂色火山岩和碎屑沉积岩交互的一套地层。本文对雄巴地区雄巴组碎屑岩元素地球化学特征进行研究。研究发现,雄巴地区雄巴组碎屑岩碎屑颗粒呈棱角、次棱角状,具有近源沉积特征。碎屑砂岩具有中等SiO_2、K_2O,高Na_2O,低TFe_2O_3、MgO的特点,说明源岩主要为长英质岩石。样品化学蚀变指数(CIA)平均为57.41,化学风化指数(CIW)平均为66.81,中等偏高,表明源区源岩经历了低-中等程度的风化。稀土元素配分图及痕量元素蛛网图显示轻稀土富集、重稀土亏损,轻重稀土分馏明显,负Eu异常[(La/Sm)N平均为4.28、(La/Yb)N平均为27.30、∑LREE/∑HREE平均为8.25、(Gd/Yb)N平均为2.89、Eu/Eu*平均值为0.69]。研究区沉积构造背景为活动大陆边缘,偶有样品偏向岛弧环境和被动大陆边缘;主要物源为上地壳英安岩型、长英质火成物源区,有极少安山质岩石和古老上地壳物质混入。根据雄巴地区区域地质背景资料,结合前人研究成果,本论文认为雄巴组碎屑砂岩原始物源区主要是雄巴盆地西北方向的火山机构分布带,同时论证了研究区中新世所经历的构造-火山-沉积环境特点,综合信息显示研究区是有利硼矿成矿远景区。     

虎林盆地北部坳陷中、新生代碎屑岩源区构造背景与物源区分析

虎林盆地北部坳陷地层包括下白垩统裴德组、下云山组、上云山组、珠山组，渐新统虎林组和中新统富锦组。北部坳陷砂岩-泥岩由常量、微量和稀土元素组成，揭示早白垩世砂岩-泥岩源区构造背景为活动大陆边缘，渐新统斗新统砂岩-泥岩多呈现出从活动大陆边缘向大陆岛弧转换的地球化学特征。结合沉积相特征和岩屑所反映的源区岩性特点，认为早白垩世时期物源主要来自于坳陷北部完达山造山带和南部古隆起；渐新统物源则主要来自盆地东北部的完达山造山带，并且碎屑岩的原始物质均来自上地壳。     

裂变径迹年龄多成分分离技术及其在沉积盆地物源分析中的应用

在沉积岩样品的单颗粒裂变径迹年龄测试中,常常出现同一个样品的径迹年龄可能由多个不同年龄组分构成的情况。当样品的年龄未能通过 χ2检验时,就必须对样品的年龄进行进一步的多成分分析。本文介绍的最大似然估计方法就是一种有效的年龄成分分离技术。应用这一技术,我们对苏北盆地JSG井的 3个岩心样品 (JSG1、JSG2、JSG3)的 144个磷灰石单颗粒矿物年龄进行了多成分分离,表明上述三个样品实际上是由年龄值分别为 70Ma和 16 7Ma左右的两个成分组成的。这两组年龄的存在表明沉积时存在两个不同的物源区,两组径迹年龄反映的则是磷灰石碎屑颗粒在物源区最后一次达到完全退火温度 (大于 12 0°C)的时间。     

准噶尔盆地南缘下白垩统呼图壁河组沉积地层地球化学特征及其物源分析

在野外调查和剖面测量的基础上,对采自准噶尔盆地南缘下白垩统呼图壁河组岩石样品进行了沉积岩石学、岩相学和地球化学研究,探讨了下白垩统呼图壁河组沉积及物源特征。结果表明：研究区主要岩性由一套粒度较细的粉砂岩和泥岩组成,沉积构造以水平层理为主,反映湖泊相的沉积特征;样品化学蚀变指数(CIA)平均为58.72,表明物源区经历了弱风化作用;成分变异指数(ICV)平均为1.37,表明沉积物成分成熟度低,代表构造活动带内初次旋回的产物,物源区性质基本未受成岩作用的影响;流纹岩岩屑、La/Sc和Th/Sc比值以及La/Th--w(Hf)和w(Ni)--w(TiO₂)判别图指示呼图壁河组源岩来自于上地壳的长英质火山岩;此外,安山岩岩屑的出现及Th/Co和Th/Cr的比值特征表明有少量中--基性源岩的存在;清水河组碎屑锆石物源U--Pb年龄约束了呼图壁河组物源年龄主要集中分布在472.7～277.7 Ma之间,与邻区岩浆锆石年龄对比分析表明整体上其物源区以北天山为主。V/(V+Ni)、V/Cr、Ni/Co及气候指数“C”指示古沉积环境以富氧的氧化环境为主,间或有贫氧过渡相,古气候整体...     

“巫山黄土”元素地球化学特征及成因和物源意义

为了探讨"巫山黄土"的成因及物源,对剖面73个样品进行了常量元素测试和分析,并与已知典型的黄土剖面的元素地球化学特征进行了比较.结果表明:(1)"巫山黄土"主要化学成分以SiO2、Al2O3和TFe2O3(TFe2O3=Fe2O3+FeO)为主,三者的平均含量之和为84.84%,与上部陆壳(UCC)(86.2%)、洛川黄土(85.34%)、镇江下蜀土(86.76%)均非常接近。(2)"巫山黄土"常量元素质量百分含量与洛川、甘孜黄土和西风红黏土的均比较接近,显示了具有相同或相近的沉积环境和类型。(3)"巫山黄土"的TiO2/Al2O3—K2O/Al2O3的数据点主要分布区域与镇江下蜀土与川西的甘孜黄土大致相同,经UCC标准化后的"巫山黄土"分布曲线与其它风成黄土也显示了较好的相似性,从而说明"巫山黄土"具有风积成因的特点。(4)元素比值分析显示"巫山黄土"与甘孜黄土、洛川黄土均十分相近,在Mg/Mn、Al/Mg、Fe/K方面与甘孜黄土更为接近,而在Mg/Ca、Si/Al方面与洛川黄土更为一致,可能与两处黄土同源。     

鄂尔多斯镇原地区下白垩统砂岩地球化学特征及其对物源区、构造背景的指示

本文通过对鄂尔多斯盆地镇原地区下白垩统砂岩进行主量元素、微量元素及稀土元素REE等地球化学分析, 就下白垩统砂岩的沉积再循坏特征、化学风化及其构造背景和物质来源等展开讨论。研究表明: ① 下白垩统洛河组、环河组和罗汉洞组的物源主体上具有相似性, 且在构造背景、物源区及物源特征上有良好的继承性。物源区总体具有富石英、富方解石胶结物、钾长石或富钾矿物较斜长石多的特点, 罗汉洞组较环河组和洛河组硅质更高、方解石胶结物更少、质更纯。稀土元素REE配分模式曲线一致, 轻重稀土分馏明显, 富集大离子亲石元素Ba、Pb、Sr和轻稀土元素, 亏损高场强元素Nb、Ta、Th、Y等,自下而上随着地层变新, 沉积岩中总的稀土含量有变小的趋势, 重稀土元素分馏程度减小; ② 研究区下白垩统砂岩原始物质主要为长英质与基性岩混合岩 (如中酸性侵入岩、长英质变质岩)及部分沉积岩。研究区大部分沉积物是鄂尔多斯盆地西南缘逆冲推覆带母岩风化剥蚀的产物搬运至此沉积形成, 系首次沉积的物质, 少数沉积物 (即风成砂)为就地再次搬运堆积形成, 系再循环沉积物质; ③ 在构造背景上具有以被动大陆边缘构造环境占主要优势的特点。碎屑物主要来源于陆块源区, 其次来源于再旋回造山带和混合源区。     

北京平原沉积物稀土元素地球化学特征及物源意义

文中总结了北京平原永定河、潮白河流域钻孔沉积物中稀土元素分布特征,两流域沉积物稀土元素总量∑REE、轻重稀土比(LREE/HREE)及轻(La/Sm)N、重(Gd/Yb)N稀土分馏特征差异较为显著。粒度对沉积物稀土分布(总量、轻重稀土比及分馏特征)有一定影响;各流域沉积物均表现为轻稀土相对富集、弱Eu负异常的球粒陨石标准化曲线。细颗粒沉积物稀土分馏特征(La/Yb)N有较好的物源示踪意义。根据沉积物(La/Yb)N值对永定河、潮白河交互沉积区不同深度沉积物进行了物源示踪,不同深度上沉积物来源不同。此外,同一流域上、中、下游沉积物稀土分馏特征不同。常量元素Al2O3/Fe2O3与稀土元素(La/Yb)N划分结果相符,但精度低于稀土元素物源分析。     

东海陆架SFK 1孔微量元素地球化学特征与物源意义

为研究东海陆架微量元素地球化学信息对于地层划分与物源分析的指示意义,对东海陆架西湖凹陷区SFK 1孔沉积物作了微量元素地球化学分析和物源判别。根据微量元素含量及比值的变化,可将SFK 1孔(孔深82.90 m)岩心划分为8层,它们分别反映了末次间冰期(暖期)晚期以来东海海面波动以及沉积物物源的变化。运用因子分析、U /Th与( Zr + Hf) /(Al2O3 + TiO2 )和Th/Co与TiO2/Zr的散点图等方法分析了SFK 1孔沉积物的物质来源,结果显示该孔沉积物主要来源于长江,黄河物质对该孔中部沉积物有较明显影响。不同指标散点图研究表明,在沉积物物质来源不变的情况下,气候和沉积环境的变化对该区域沉积物化学元素组成进行的改造和再分配影响不大。     

新疆西博格达山周缘地区中新生代沉积岩源区和构造背景

沉积岩中的碎屑组分及相对稳定的微量元素和稀土元素可以反映物源信息,广泛应用于沉积源区的确定和构造背景的分析。本文通过对西博格达山周缘地区侏罗纪至古近纪沉积地层的碎屑岩岩石学和微量元素与稀土元素分析,揭示盆地沉积岩的源岩来自上地壳,岩性以长英质岩石为主,混合部分安山质及基性岩石。源区构造背景应为岩浆弧和再循环造山带,其中岩浆弧起主导作用。本文的分析结果为研究博格达山的构造演化过程及其机制提供了有力的证据,并且对准噶尔盆地油气勘探具有一定指导意义。     

Geochemical Constraints of Sediments on the Provenance, Depositional Environment and Tectonic Setting of the Songliao Prototype Basin

The geochemistry of sediments is primarily controlled by their provenances, and different tectonic settings have distinctive provenance characteristics and sedimentary processes. So, it is possible to discriminate provenances, depositional environments and tectonic settings in the development of a sedimentary basin with the geochemistry of the clastic rocks. The analytical results of the present paper demonstrate that sediments in the Songliao prototype basin are enriched in silica (SiO2=66.48-80.51 %), and their ΣREE are 30-130 dmes of that of chondrite with remarkable Eu anomalies. In discriminating diagrams of Eu/Eu vs eeeeeREE and (La/Yb)N vs ΣREE, most samples locate above the line Eu/ Eu=l, on the right of the line Eu/Eu/ΣREE=1 and under the line La/Yb)N/eeeeeREE=1/8, which indicates that the depositional environment of sediments in the basin was oxidizing. In addition, variations of MgO, TiO2, A12O3, FeO+Fe2O3, Na2O and CaO vs SiO2 reflect a tendency of increasing mineral maturity of sediments     

松辽盆地开鲁坳陷钱家店地区姚家组砂岩地球化学特征及物源和构造背景分析

为了开展钱家店铀矿床砂岩型铀矿的进一步找矿工作,对采集到的上白垩统姚家组19件砂岩样品进行了主、微量和稀土元素分析,并结合前人成果,对姚家组的沉积物源及源岩构造背景进行了探讨。结果表明,姚家组砂岩主要为长石砂岩,矿物成分主要为石英、钾长石和斜长石等;其轻重稀土比为6.96~14.66,均值为10.17;LaN/YbN为7.58~20.95,均值为11.74,说明轻稀土元素相对重稀土元素明显富集,分馏明显。稀土元素配分模式曲线高度一致,也表明姚家组砂岩具有同源性;其ICV值为0.86~2.78,平均值1.34,大部分大于1,表现为未成熟的性质,为初次旋回的沉积物;修正后的CIA均值62.5,暗示源岩经历中等化学风化作用;砂岩碎屑为近源的第一次旋回沉积物,受沉积分选和再循环作用影响不大;姚家组源岩以火山弧物质和大陆上地壳长英质物质为主,源岩主要形成于大陆边缘和大陆岛弧环境;开鲁坳陷形成于早白垩世随着古太平洋板块向欧亚板块俯冲速度的减小而在东北地区出现的北西-南东向拉张构造环境中,并接受盆地西部大兴安岭南段海西期和燕山期岩浆岩、火山岩沉积。     

Geochemistry of Carboniferous Sandstones (Sardar Formation), East‐Central Iran: Implication for Provenance and Tectonic Setting

Geochemical analysis of sandstones from the Sardar Formation (from two stratigraphic successions) in east-central Iran were used for identification of geochemical characterization of sandstones, provenance and tectonic setting. Sandstones in the two lithostratigraphic successions have similar chemical compositions suggesting a common provenance. Bulk-rock geochemistry analysis of Carboniferous sandstones from Sardar Formation indicates that they are mainly quartz dominated and are classified as quartzarenites, sublitharenites and subarkoses, derived from acid igneous to intermediate igneous rocks. Discrimination function analysis indicates that the sandstones of Sardar Formation were derived from quartzose sedimentary provenance in a recycled orogenic setting. Also, major and trace elements in sandstones of Sardar Formation (e.g., K2O/Na2O vs. SiO2) indicate deposition in a stable passive continental margin (PM). Chemical index of alteration (CIA) for these rocks (> 65%) suggests a moderate to relatively high degree of weathering in the source area.     

柴窝铺盆地及其北缘地区中新生代沉积岩源区构造背景和物源属性研究

沉积岩中的碎屑组分及主量元素、微量元素和稀土元素可以反映物源信息,广泛应用于沉积源区的确定、构造背景的分析。通过对柴窝铺盆地及北缘地区侏罗纪至古近纪沉积地层的碎屑岩岩石学和地球化学分析,揭示了盆地沉积岩的原岩来自上地壳,岩性以长英质岩石为主,并混合进了部分安山质及基性岩石。源区构造背景为活动大陆边缘,因其原岩是在大陆岛弧环境下形成的,所以部分构造背景显示为大陆岛弧。本次研究不仅可以为柴窝铺盆地及北天山的构造演化过程及其机制提供有力证据,并且对柴窝铺油气勘探具有一定指导意义。     

闽中马面山群变质火山岩微量元素地球化学特征及其构造意义

闽中地区元古宙马面山群变质火山岩沿政和-大埔断裂带分布,根据其主要化学成分特征,应为－套“双峰式”火山岩。稀土元素地球化学特征表明：本区绿片岩及钠长变粒岩LREE富集,Eu含量基本正常,微量元素MORB标准化蛛网图和微量元素构造判别图显示样品具大陆拉斑玄武岩特征,并呈大陆裂谷性质;斜长角闪岩没有明显的Eu负异常,MORB标准化蛛网图曲线前部呈小的隆起,Nb-Ta亏损较为明显,其岩石特征具有过渡性的钙碱性玄武岩及T－MORB的地球化学属性,原始地幔及Nb标准化蛛网图显示其可能来源于亏损地幔或有陆壳物质的混染。说明本区由大陆裂谷演化发展成为初始洋盆,有岩浆喷发,并可能发生板内俯冲。因此,这些变质火山岩应形成于裂谷－初始洋盆－板内俯冲的构造环境。     

西天山塔尔得套地区乌郎组地球化学特征和构造环境

新疆尼勒克县塔尔得套地区二叠纪火山岩产于伊犁微板块中,为陆相火山岩,主要岩性为玄武岩和流纹岩,具双峰式火山岩系组合特征。基性火山岩属高钾钙碱系列,轻微富集LREE,HREE分馏较明显((Gd/Yb)N=1.52~2.68),富集大离子亲石元素(LILE),亏损高场强元素(HFSE)。流纹岩的Eu负异常明显(δEu=0.33),在微量元素蛛网图上,流纹岩除了具LILE富集和HFSE亏损特征外,Sr,P,Ti等元素的强烈亏损。稀土元素和微量元素特征表明火山岩形成于大陆拉张环境,处于裂谷演化的早期阶段。     

黑龙江省东部早古生代晨明组物源区特征及其构造背景

为揭示黑龙江省东部早古生代晨明组沉积物源区特征及其沉积构造背景,对晨明组进行了地球化学特征研究。结果表明：晨明组岩石样品化学蚀变指数（I_CA）值和斜长石蚀变指数（I_PA）值较低、成分变异指数（I_CV）值中等偏高,指示晨明组沉积物来源于不成熟的物质源区,并经历了较弱的化学风化作用和活动构造背景下的初次循环;LREE富集、HREE稳定和明显的负Eu异常,指示沉积物源区物质具有明显的上地壳特征且沉积物源岩为长英质火成岩;主量、微量和稀土元素特征共同指示晨明组形成于活动大陆边缘环境或大陆岛弧环境。结合前人研究成果,判定晨明组沉积物来源于经历了弱-中等程度化学风化作用的早古生代花岗质岩,沉积构造背景可能为靠近大陆岛弧的活动大陆边缘环境。     

贺兰山中南段奥陶系米钵山组的沉积环境与构造背景分析

贺兰山中南段奥陶系米钵山组的岩石地球化学研究表明,其砂岩SiO2平均含量为75.18%;Al2O3为6.26%～14.36%,变化范围不大,但含量较高;TiO2/MnO值为3.05～58.00,变化范围较大。K2O /Na2O 值0.63～9.13。页岩SiO2含量在68.77%～77.50%之间,TiO2/MnO值与Al2O3/MnO值都比较高,分别为21.30～51.00及大于450.00。Na2O含量偏低,部分样品<0.01%,K2O含量偏高(3.05%～4.03%),TiO2与CaO含量接近正常水平。砂岩稀土元素总量较高,在144.80×10-6～170.57×10-6之间,LREE/HREE值为9.68～16.49,δEu为1.01～1.31,具弱的正铕异常,无Ce负异常或负异常不明显;砂岩微量元素Ni、V、Cu、Pb、Ba特别是Cr的丰度大大高于上地壳丰度。Sr及成矿元素Zn、Ga低于地壳丰度,V/(V+Ni)与Ce/La值均较高,这些数据说明本区沉积于还原、湿热环境,具有大陆型沉积特征。通过多种相关图解,均反映其物源形成于大陆岛弧和活动大陆边缘带的构造背景。