云贵高原河流水系演化与高原形成过程——基于现代河流沉积物示踪

云贵高原是进行现代河流沉积物分析示踪的天然实验室,研究其现代河流沉积物的对于认识青藏高原东南缘隆升与新生代地形形成演化具有重要意义。通过对云贵高原长江和珠江支流7件河流砂样重矿物分析、聚类分析和ATi与GZi等研究,揭示出长江流域河流沉积物呈现出搬运距离远,物源种类多,经历复杂次生作用等特点,明显区别于珠江流域河流沉积物搬运距离近、物源种类单一和近源等特点。珠江流域上游红水河物源与长江具有一定继承性,新生代晚期,由于青藏高原东向扩展生长与大型走滑断裂活动导致和河流水系特征,同时南盘江流域发生反转、袭夺,最终形成现今云贵高原"西高东低"地貌及其河流水系。     

长江沉积物源示踪研究进展

近期物源分析方法发展较快,包括稀土元素、同位素地球化学与单颗粒碎屑矿物微区分析方法的广泛运用,以及分不同粒级组分或根据需要选择特定粒级组分进行物源分析逐渐代替了全样分析法,物源示踪效果得到明显的提高。长江作为连接青藏高原与西太平洋边缘海的最重要水系,河流沉积物从源到汇的现代与历史过程备受关注。长江沉积物源示踪研究进展包括:①建立和运用河流入海沉积物示踪端元模型,定性或定量地分析长江沉积物在海域的扩散与沉积分布规律,倾向于运用细颗粒组分矿物学、元素与同位素地球化学等方法,研究程度较高,今后需注意各端元值的时空变化,及受沉积过程的分异作用与早期成岩作用的影响;②建立和运用不同支流的物源示踪模型,研究晚新生代以来长江水系的演化历史,倾向于运用粗颗粒组分的物源分析方法,尤其是单颗粒碎屑矿物微区分析。由于长江流域面积巨大、区域地质复杂,建立支流域的精细物源分析指纹特征尚处在探索阶段,需注意运用碎屑锆石U-Pb定年与稀土元素、Hf同位素组成的综合物源分析法。综合运用多种物源分析法于长江中下游和三角洲盆地若干钻孔地层的研究,已较好地限定长江贯通的时间约在上新世晚期—早更新世之间,但仍存在较大争议,今后需在一些关键区域开展更多的深钻研究,提高物源精细示踪的效果、晚新生代地层测年的精度,并加强钻孔间的的对比研究。     

长江上游表壳岩系Pb同位素组成特征及对三峡贯通的示踪意义

理论分析表明,碎屑钾长石Pb同位素在大河流域沉积物物源示踪及追索河流演化研究中具有独特意义。近年来,随着单颗粒碎屑矿物微区分析技术的快速发展,碎屑钾长石Pb同位素已成为一种有效的物源示踪方法,在判别沉积物物源、重建古水系等方面已得到了较好的应用,同时沉积物全岩的Pb同位素能对碎屑钾长石Pb同位素的示踪起到一定的补充作用。通过对长江流域不同河段和支流流域钾长石及全岩Pb同位素的空间分异特征的即可识别性分析、河流地貌和水文特性对源-汇之间物质的可通达性分析以及流域地质环境条件的分析,认为利用Pb同位素方法来示踪江汉盆地不同时期沉积物的源区,并重建长江水系的演化过程是可行的。最后对开展此项研究的思路进行了讨论。     

江汉平原主要河流沉积物重矿物特征与物源区岩性的响应

通过对江汉平原主要河流沉积物的重矿物组合、特征矿物以及能够反映沉积物稳定状况、物源及成熟度的重矿物特征指数(ATi,GZi和ZTR)进行对比分析,发现在江汉平原范围内,长江和汉江及其长江主要支流的沉积物中重矿物特征具有显著的差异。长江的重矿物组合模型为：  锆石+绿帘石+辉石+绿泥石+金属矿物,特征矿物是锆石和辉石;   汉江的重矿物组合模型为：  绿帘石+角闪石+石榴石+绿泥石+金属矿物,特征矿物是角闪石、石榴石;   另外,清江、漳河、沮水和玛瑙河的重矿物组合及特征矿物也都完全不同。而且各水系的沉积物的重矿物特征与其源区的岩性分布显示出极好的相关性。研究表明在江汉平原利用重矿物特征及组合模型来进行物源示踪的方法开展水系演化研究是可行的。     

江汉盆地河流碎屑锆石U-Pb年龄特征及其对物源研究的启示

江汉盆地位于扬子板块北部,是长江演化研究的关键地区.锆石是河流沉积物中常见的副矿物,其U-Pb年龄谱对比被广泛用于物源示踪研究,但在江汉盆地还未系统研究.本文利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MS)分别对江汉盆地12条流入河流进行了922颗碎屑锆石U-Pb年龄分析,结合多维判别图(MDS)和已报道的河流碎屑...     

江汉平原主要河流沉积物磁学特征及其与物源区表壳岩性的响应

为了建立江汉平原沉积物示踪的磁学模型,对汇入江汉平原的主要河流现代沉积物磁学特征进行了研究,结果表明:(1)在江汉平原范围内,无论长江、汉江,还是周边的漳河、沮水、玛瑙河和清江,它们的现代沉积物的磁学参数特征均显示出明显的差异,而且和源区表壳岩性也显示出极好的相关性;(2)长江和汉江现代沉积物中铁磁性矿物均以亚铁磁性矿物为主,它们主导了样品的磁性特征,但长江沉积物比汉江沉积物亚铁磁性矿物含量高;(3)长江和汉江沉积物的亚铁磁性矿物晶粒都以假单畴-多畴为主,并且长江沉积物磁性颗粒总体上要比汉江的粗;(4)在汇入江汉平原的主要支流中,汉江的亚铁磁性矿物含量远远高于其他支流,且磁性矿物的晶粒也比其他支流的粗;(5)除汉江以外的支流中,玛瑙河沉积物中磁性矿物的晶粒比较细且不完全反铁磁性矿物含量较高,漳河中的超顺磁物质含量较高,而清江中不完全反铁磁性矿物含量较高且磁性矿物的晶粒相对较粗.上述结果表明,在江汉平原利用沉积物的磁学特征可达到沉积物物源示踪的目的.      

江汉平原沉积物中含钛普通辉石对长江演化的示踪

江汉平原是长江穿过三峡地区后的第一个大型卸载盆地,其沉积物是采取“从源到汇”物质追踪思路进行三峡贯通和长江演化示踪研究的理想载体,含钛普通辉石是长江上游(攀西地区)广泛分布的特征矿物,可以作为长江三峡贯通研究的示踪矿物.通过对位于盆地沉积中心的周老孔岩心沉积物及长江和汉江现代沉积物中重矿物(粒级为0.063～0.125...     

现代长江沉积物地球化学组成的不均一性与物源示踪

长江沉积物从源到汇过程研究的关键是揭示长江沉积物的组成特征,准确识别其时空组成变化规律,这也是东部边缘海海陆相互作用研究和长江水系构造演化研究的关键.本文研究一些常用的元素地球化学参数在现代长江水系的河漫滩和悬浮沉积物中组成的时空变化特点.在稀土元素(REE)组成上,下游近河口段干流悬浮沉积物在季节性时间尺度上比较稳定,可以代表现代长江入海沉积物的平均组成,而长江主要支流和干流间REE组成变化较大,化学相态分析可以更好地揭示特定物源区的REE组成特征以及由矿物分异引起的REE参数变化.相比REE而言,悬浮物中Al/Ti与Zr/Rb比值更能敏感地指示不同物源区的源岩组成信息,且减弱水动力分选引起的粒级和矿物分异影响.长江入河口的干流悬浮物作为整个流域风化剥蚀细颗粒物质的平均混合,具有更好的源区平均组成的示踪特性;但在不同季节也存在不同的主导性源区,主要受控于流域内季风降雨区的迁移.在河流沉积物源汇过程重建中,要特别关注流域物质风化和输运的自然过程可能引起的这些地球化学参数变化.     

渤海钻孔物源示踪和河流沉积物扩散研究:碎屑锆石U-Pb年龄和磷灰石原位地球化学元素双重约束

锆石和磷灰石是河流沉积物中常见的副矿物,由于各自的U-Pb年龄组成和原位地球化学元素组成在不同区域内存在显著差异,是进行河流物源示踪研究的理想矿物.基于此,利用在环渤海湾盆地主要汇入河流已发表的碎屑锆石U-Pb年龄,结合盆地晚第四纪钻孔的近地表碎屑物质的锆石U-Pb年龄,综合Kolmogorov-Smirnov统计方法...     

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。     

中国北部陆架海碎屑锆石U- Pb年龄和钾长石主微量元素物源示踪研究

渤海湾盆地每年沉积大量的河流碎屑物质,但其中的砂级物质能否迁移扩散到胶东半岛海湾内一直不清楚。锆石和钾长石分别是河流沉积物中常见的副矿物和主要造岩矿物之一,由于各自的U- Pb年龄和地球化学元素组成在不同区域内存在显著差异,是进行物源示踪研究的理想矿物。基于此,本文利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪 (LA- ICP- MS) 对渤海湾盆地主要注入河流和胶东半岛的威海湾和银滩湾的海岸砂开展碎屑锆石 (n=438) 和钾长石 (n=160) 微区原位U- Pb年龄、Th/U比值和主微量元素分析,结果表明威海湾和银滩湾内的砂级沉积物的碎屑锆石以具有典型的新元古代峰值年龄 (697~735 Ma),缺乏古元古代和新太古代峰值年龄为特征,Th/U比值和胶东基岩接近,结合Kolmogorov- Smirnov 统计方法的多维判别图 (MDS),说明这些砂级碎屑物质的源区主要是以胶东半岛为源区的近源物质。而黄河口的碎屑钾长石原位(in situ) Na2O、K2O、Al2O3和Rb、Sr、Ba、Pb元素含量变化与刘公岛和银滩的海砂样品截然不同,进一步验证了上述碎屑锆石的研究结果。因而将碎屑锆石和钾长石原位地球化学分析相结合有助于精准判定物源关系,在今后中国北部陆架海物源示踪研究、渤海湾盆地盆山耦合研究中将具有良好的应用前景。     

Sedimentary Provenance Analysis Using Detrital Apatite: A Review*

In situ analysis of detrital apatite is a significant approach to sedimentary provenance analysis, which is an important aspect in sedimentary geology study. Several trace elements such as Sr, Y and Rare Earth Elements (REEs) concentrate in apatites, and the distribution of these elements depends on the content of SiO₂ and the distribution coefficient of the melt, thus the trace element abundances is obviously different in different rocks. These features can be used to indicate parent-rocks of detrital apatites in sedimentary rocks. The approaches and proxies of detrital apatite to sedimentary provenance analysis can be summarized as follows. ①elemental geochemistry, such as Sr, Y, REEs, the approaches including chondrite-normalised REE distribution patterns of apatites, Classification and Regression Tree (CART) and discriminant plots of REE parameters; ②isotopic geochemistry, including Sr-Nd and Lu-Hf isotopes; ③Multi-dating, including low-temperature thermochronology such as (U-Th)/He (AHe)and Fission Track (AFT) dating, and high-temperature thermochronology such as U-Pb dating. Based on an integrated analysis using these methods, we can get various and comprehensive geological information such as the rock type, formation conditions and evolution of source rocks, the history of uplift and exhumation of source areas and even the subsidence history of sedimentary basins. Although the low-temperature thermochronology of detrital apatite is widely used in sedimentary provenance analysis, the elemental and isotopic geochemistry, as well as the U-Pb dating, remains to be developed. These approaches are supposed to have wide application prospects in several research areas such as tectonics, sedimentary geology basin analysis and even paleoclimatology.     

宜昌第四纪砾石层钾长石主、微量元素物源研究及其地质意义

位于长江三峡出口的宜昌地区分布着一套第四纪砂砾石层,详细记录了区域内古环境变迁以及长江的形成与演化,但这些砾石层何时与长江上游物质建立物源关系一直存在较大争议。而钾长石是河流沉积物中常见的矿物,其地球化学元素组成在不同区域内存在显著差异,是进行河流物源对比研究的理想矿物。基于此,利用激光剥蚀电感耦合等离子质谱仪（LA-ICP-MS）对宜昌第四纪砾石层和宜昌以上长江流域开展碎屑钾长石原位主微量元素和主成分（PCA）分析,结合砾石层已发表的地层沉积年龄,综合区域内已发表的研究结果,系统对比分析宜昌砾石层与长江上游物质建立物源联系的时间,结果表明在1.15 Ma时宜昌砾石层和长江流域存在物源关系;在0.75 Ma时随着长江上游水系的拓展与调整,有新物源区的物质进入长江。这些物源变化现象,主要体现了1.2~0.7 Ma期间长江流域受东亚和南亚夏季风的气候影响出现的沉积过程。      

峨眉山玄武岩作为长江上游特征源岩对三峡贯通的指示

峨眉山玄武岩作为长江上游攀西地区广泛分布的岩类,具有形成环境独特、出露面积大、岩石易鉴定的特点,可作为长江三峡贯通物源示踪研究的指示标志.通过对长江中上游阶地和江汉平原周老孔第四纪岩心沉积物中的玄武岩砾石和岩屑(1~2 mm)进行研究发现,峨眉山玄武岩砾石在长江上游很常见,在三峡以下很少;玄武岩岩屑在长江上游沉积物中非常普遍,而且在周老孔岩心沉积物中的很多层位都有出现.对玄武岩岩屑基质中的斜长石做了微量元素微区原位分析(LA-ICP-MS),分析表明,在周老孔中含峨眉山玄武岩岩屑的岩心层位最大深度为156 m,该层位古地磁年龄约为1.7 Ma,此时长江已经形成且三峡已经贯通.      

Comparison of detrital mineral compositions between stream sediments of the Yangtze River (Changjiang) and the Yellow River (Huanghe) and their provenance implication

A comparative comparative study on the detrital mineral composition of stream sediments of the Yangtze River (Changjiang) and Yellow River (Huanghe) shows that, light minerals of the Yangtze River basin were mainly quartz, feldspar, and detritus, the compositional characteristics of light minerals differed among tributaries, the main stream had a generally higher maturity index than tributaries; heavy mineral content tended to decrease progressively from the upper stream to lower stream of the Yangtze River, the primary assemblage was magnetite-hornblende-augite-garnet-epidote, and diagnostic minerals of different river basins were capable of indicating the nature and distribution of the source rock. Detrital mineral assemblages in sediments of tributaries and the main stream of the Yellow River were basically similar, Primary heavy mineral assemblage was opaque mineral-garnet-epidote-carbonate mineral and alteration mineral. Variations in the contents of garnet, opaque mineral, and hornblende mainly reflected the degree of sedimentary differentiation in suspended sediment and the hydrodynamic intensity of a drainage system. The heavy mineral differentiation index F revealed sedimentary differentiation of diagnostic detrital mineral composition due to changes in regional hydrodynamic intensity and can serve as an indicator for studying the dynamic sedimentary environment of a single-provenance river and the degree of sedimentary differentiation of its detrital minerals. Changes in detrital mineral content of the Yellow River was not completely controlled by provenance but reflected gravity sorting of the detrital mineral due to variations in the ephemeral river hydrodynamic intensity and sedimentary environment, however the index changing of Yangtze River were mainly influenced by the complex sediment sources. Therefore caution must be exercised in using the detrital mineral composition of marginal sea to determine the contribution of the Yangtze River and Yellow River.© 2019 China Geology Editorial Office.     

磷灰石Eu/Y-Ce:基于大数据的源区类型判别新图解SCIEI北大核心CSCD

磷灰石广泛分布于火成岩、沉积岩和变质岩中,是一种常见的、包含丰富微量元素的副矿物。磷灰石晶格可容纳丰富的微量元素,且因其形成的物理化学条件不同会表现出差异明显的微量元素特征。利用磷灰石微量元素特征可以追踪物质来源和演化。现在常用的方法是利用磷灰石的微量元素绘制二元判别图解,经典判别图解包括Sr-Y、Sr-Mn、Y-(Eu/Eu^(*))和(Ce/Yb)_(N)-REE图解。随着微区测试技术发展,磷灰石微量元素数据日渐丰富,同时由于磷灰石化学成分的复杂性,传统图解已逐渐无法有效利用这些数据所携带的信息,进而无法准确判别其生成环境。建立能准确判别磷灰石物源的新型判别图解故而迫切。近年来,磷灰石微量元素数据的大量积累,为运用以大数据为依托,准确判别磷灰石物源奠定了数据基础。本研究将大数据技术与地球化学数据相结合,共收集整理了1925个代表性磷灰石测试点的微量元素数据,对富碱性火成岩、超镁铁质岩石、镁铁质火成岩、长英质花岗岩、中-低级变质岩、高级变质岩六种类型中磷灰石微量元素数据进行穷举端元处理,共获得7140个磷灰石物源判别图解端元组合,在轮廓系数限定下,进一步有效筛选并提取出能判别磷灰石物源类型的最优图解端元。本文构建了Eu/Y-Ce磷灰石判别新图解,相较于之前的磷灰石判别图解,其涵盖了更全面的物源类型,可以更准确地判别源区类型。     

安哥拉东北部地区Inkisi组碎屑锆石U- Pb年龄、地球化学特征及其地质意义

Inkisi组是刚果盆地西南缘最古老的沉积地层之一,岩性主要为一套紫红色、红褐色细粒、细中粒长石砂岩、杂砂岩。通过对安哥拉东北部Inkisi组长石砂岩开展碎屑锆石测年、岩石地球化学研究,探讨其沉积时代、物质来源、沉积环境和大地构造背景,为研究刚果盆地演化提供科学依据。结果表明,碎屑锆石206Pb/238U年龄主要集中于3个年龄峰值区间2350~1900 Ma、1150~850 Ma、850~500 Ma,最年轻的锆石峰值年龄为531±9 Ma,据此,笔者等认为Inkisi组的沉积时代上限应厘定为早寒武世。Inkisi组砂岩地球化学特征显示,物源具有长英质物源近源搬运特征,沉积时期的水体为陆相开阔的淡水环境。通过碎屑锆石年龄谱特征、主微量元素物源判别及构造判别图解,本文认为,West Congo构造带为安哥拉东北部地区Inkisi组主要物源区,Lufilian构造带、Angola 地盾等是其次要物质来源,物源区构造环境主要为活动大陆边缘和被动大陆边缘构造环境背景。     

安哥拉东北部地区Inkisi组碎屑锆石U- Pb年龄、地球化学特征及其地质意义

Inkisi组是刚果盆地西南缘最古老的沉积地层之一,岩性主要为一套紫红色、红褐色细粒、细中粒长石砂岩、杂砂岩。通过对安哥拉东北部Inkisi组长石砂岩开展碎屑锆石测年、岩石地球化学研究,探讨其沉积时代、物质来源、沉积环境和大地构造背景,为研究刚果盆地演化提供科学依据。结果表明,碎屑锆石206Pb/238U年龄主要集中于3个年龄峰值区间2350~1900 Ma、1150~850 Ma、850~500 Ma,最年轻的锆石峰值年龄为531±9 Ma,据此,本文认为Inkisi组的沉积时代上限应厘定为早寒武世。Inkisi组砂岩地球化学特征显示,物源具有长英质物源近源搬运特征,沉积时期的水体为陆相开阔的淡水环境。通过碎屑锆石年龄谱特征、主微量元素物源判别及构造判别图解,本文认为,West Congo构造带为安哥拉东北部地区Inkisi组主要物源区,Lufilian构造带、Angola 地盾等是其次要物质来源,物源区构造环境主要为活动大陆边缘和被动大陆边缘构造环境背景。