单颗粒碎屑矿物在海洋沉积物物源分析中的应用

单颗粒碎屑矿物可减小源区岩石类型、蚀变过程和程度及搬运与沉积过程对物源信息释读的干扰,已逐渐成为海洋沉积物物源分析的有力工具,并取得一定的应用成果。目前,锆石、石榴石、长石、辉石、角闪石、独居石及磁铁矿等均已被成功用于海洋沉积物物源研究,并主要利用单矿物主量元素、年代学等方法精确识别物源区地质特征和位置,但单矿物微量元素、同位素及微区结构及多矿物对比研究的应用尚有不足;因此,目前对物源信息的释读难免片面,物源识别方法和技术也仍未成熟。随着方法的发展和完善,将可开展诸多深入研究,如通过锆石、独居石、云母和磷灰石等不同矿物的年代学研究,示踪研究物源区的时空变化;通过建立多矿物定量研究模型,进而定量研究源区蚀变速率和源汇过程中的物质输运通量和过程等。文章总结单颗粒碎屑矿物在物源识别中的应用现状,并展望其应用前景,以期引起同行对此研究方法的关注,进一步促进该方法在海洋沉积物物源分析中的应用和发展。     

黄河水系沉积物碎屑矿物组成及沉积动力环境约束

黄河水系河漫滩沉积物的碎屑矿物组成研究表明,主要支流和干流沉积物中碎屑矿物组合基本相似,不同支流和干流不同河段的矿物含量不同,具有一定的区域分布规律。重矿物主要组合为不透明矿物-石榴子石-绿帘石-碳酸盐矿物和蚀变矿物。轻矿物的物源区指数难以可靠地反映黄河主要支流和干流不同河段碎屑矿物的物源差异;轻矿物成熟度指数在不同水系间的变化较复杂,中游沉积物低于上游与下游平原沉积物,它既体现沉积物物源的控制,又反映河流泥沙输运及沉积过程中的分选性差异。石榴石、不透明矿物及角闪石的含量变化主要反映悬浮泥沙的沉积分异程度以及不同水系的水动力强度。重矿物ZTR指数的区域分布特征一定程度上反映出不同沉积物的物源区分布。重矿物分异指数F清晰地揭示出由于区域水动力强弱变化导致特征碎屑矿物组成的沉积分异,因而,可作为研究单物源河流沉积动力环境和碎屑矿物沉积分异程度的指标。总体上,黄河碎屑矿物的含量变化并不完全受物源控制,而更主要地反映季节性的河流水动力强度与沉积环境差异,以及由此引起的碎屑矿物的重力分选作用,因此,在边缘海区运用碎屑矿物组成识别黄河入海物质的贡献时需谨慎。     

沉积物物源分析的现状

沉积物物源分析是盆地分析的重要组成部分之一,它的研究将有助于源区与沉积区的关系,沉积物搬运的路径及距离,物源区的地理位置及大地构造背景,沉积区的沉积体系分析等问题的解决。同时也是古海洋学、石油地质学中重要的研究课题。随着先进分析手段,如电子探针、离子探针、等离子质谱技术、同位素测年、阴极发光等的使用,沉积物（特别是单颗粒碎屑矿物）所携带的物源信息的大量挖掘变得可行,物源区资料的应用前景也更为广泛。所有这些促使沉积物物源的研究得到长足发展,其表现主要在以下几个方面。１碎屑模型在物源分析中的应用对骨…     

山溪性河流锆石年代学对比及对东部海区物源示踪意义

碎屑锆石年代学常被用于示踪物源、重建源区古地理以及揭示区域构造-沉积演化历史。分析和收集了台湾山溪性河流及大陆东南部中小河流的碎屑锆石U-Pb年龄,探究了山溪性中小河流碎屑锆石年代学的主要控制因素,及对东部海区沉积物源的示踪意义。河流碎屑锆石年龄组成与流域基岩性质比较研究揭示,大陆东南部中小河流碎屑锆石年代学与流域基岩所经历的构造-岩浆活动对应,而台湾山溪性小河流的碎屑锆石年代学与流域沉积岩的构造-沉积演化历史密切相关。中国东南部山溪性中小河流的碎屑锆石年龄组成揭示出三类不同的物源端元:(1)东南沿岸的小河流具有极高的燕山期锆石峰值;(2)东南部中等流域规模的河流以明显的加里东期锆石峰值为特征;(3)台湾西部山溪小河具有较高比例的前寒武纪锆石以及明显的晋宁期和吕梁期峰值年龄。这些物源端元特征的确立为今后示踪末次冰期阶段东海内陆架和台湾海峡的粗粒沉积物来源提供重要参考。     

南海沉积物中黏土矿物及其在古气候中的应用研究进展

黏土矿物作为海洋细粒陆源碎屑沉积物中最重要的组成部分,近年来在南海沉积物物源示踪和古气候研究方面取得了重要进展。系统总结了前人对南海沉积物中黏土矿物研究的成果,主要包括南海表层沉积物中黏土矿物物源、分布及其影响因素,及其在古气候研究方面的应用,阐述了地质时间尺度黏土矿物组合的变化,对同时期物源区气候变化和物源区供给或洋流变化的指示意义。指出了该领域存在的一些问题,并展望了其未来的发展趋势。     

冲绳海槽南部沉积物碎屑锆石U-Pb年代学特征及物源示踪意义

冲绳海槽南部作为冲绳海槽全新世以来沉积速率最快的区域,其沉积物记录了物源区、黑潮及东亚季风演化等多方面的信息.通过碎屑锆石年代学,对冲绳海槽南部H4-S2孔沉积物开展了物源示踪研究.结合核密度估计图解(Kernel Density Estimation,KDE)、累积年龄分布(Cumulative Age Distri...     

河口地层独居石Th(U)-Pb年龄对长江贯通时限的约束

新生代长江水系调整、东西贯通时限是国内外学者共同关注的问题。长江发展演化的复杂性在近一个世纪的河流沉积地貌学研究中得到充分的认识,但在贯通时限问题上难以形成共识。河口地层中碎屑独居石的电子探针Th(U)-Pb年龄较好地限定长江东西贯通的时间在2.58MaBP前后。随着碎屑矿物微区分析技术的发展,锆石、独居石年代学和微区特征将成为研究流域演化、构造运动的主要手段。     

文登近岸海域重矿物组合分布及对沉积动力环境的指示

对文登近岸海域97个表层沉积物样品进行了重矿物分离与鉴定,应用相关性分析、Q型聚类分析等数理统计分析手段,研究了重矿物的组合及分布特征,并进行了重矿物分区,辅以沉积物粒度特征对研究区沉积物来源及沉积动力环境进行了分析,进一步探讨了五垒岛湾消退的原因。结果表明,研究区碎屑重矿物以角闪石、绿帘石为主,重矿物组合主要有黑云母-白云母-风化云母-绿泥石组合、钛铁矿-磁铁矿-褐铁矿-锆石-石榴石组合、普通辉石-紫苏辉石-透辉石-电气石组合以及普通角闪石-绿帘石组合共4种。研究区可划分为5个矿物组合区,各矿物区物源及沉积动力环境差异较大。充足的物源供应和适宜的沉积环境导致了五垒岛湾的淤积,五垒岛湾将会进一步萎缩。     

乐东—陵水凹陷古近系黄流组峡谷水道碎屑岩的源区分析

基于储层岩石学分析资料、重矿物测试等资料,借助偏光显微镜、阴极发光显微镜和扫描电镜镜下观察,分析了乐东—陵水凹陷峡谷水道碎屑沉积物的物源。结果表明:(1)研究区碎屑颗粒的结构成熟度和成分成熟度自西向东逐渐变好,石英颗粒表面机械碰撞痕常见且自西向东逐渐增多,说明碎屑颗粒来自西部物源且搬运距离较远;(2)重矿物组合特征揭示,黄流组峡谷水道受西部海南隆起和红河所控物源的影响。     

辽东湾表层沉积物碎屑矿物组合分布及其对物源和沉积物扩散的指示意义

对取自渤海辽东湾的128个表层沉积物样品进行了碎屑矿物鉴定,对矿物成分含量应用log-ratio法处理后进行统计分析。结果表明,研究区重矿物质量百分含量平均值为6.3%,高值区位于六股河口和湾西北近岸。共鉴定出7种轻矿物,38种重矿物,轻矿物以石英、斜长石和钾长石为主,重矿物以普通角闪石、绿帘石、磁铁矿、石榴子石、钛铁矿为主。根据碎屑矿物的组合分布特征,可将研究区划分为两个矿物组合区,其中又可细分为6个矿物亚区。六股河和湾西北近岸矿物亚区的碎屑矿物主要来源于六股河、湾西北入海小溪和海岸侵蚀物质,湾东北部矿物亚区沉积物主要来源于双台子河和大辽河,湾中部矿物亚区为多源混合区,湾南部矿物亚区受邻近海域和复州河沉积物影响大,湾东南部的辽东浅滩矿物亚区为潮流作用的产物。与河流入海沉积物相比,该区表层沉积物的石英/长石比值和ZTR指数明显增大。研究认为,物源是控制研究区碎屑矿物的组合与分布的主要因素,同时也受到海洋水动力和矿物性质等因素影响。     

琼东南盆地深水区钻井岩屑稀土元素地球化学特征及其对沉积物源和环境的指示

对琼东南盆地深水区YL19A钻井岩屑样品进行了稀土元素(REE)地球化学特征分析,旨在研究琼东南盆地深水区的沉积物源及古环境变化。钻井岩屑样品的球粒陨石标准化REE配分模式总体呈轻稀土(LREE)富集、重稀土(HREE)亏损的右倾式,但在各时代地层之间表现出一定的差异。崖城组和陵水组岩屑呈明显的Eu正异常,而梅山组、三亚组和黄流组岩屑呈Eu的弱负异常,指示了沉积环境和沉积物源上的变化。在早渐新世时期,研究区物源以来自周边凸起的火山碎屑和陆源碎屑为主,沉积环境为海陆过渡相;自渐新世晚期开始,随着琼东南盆地全区发生海侵,研究区水深逐渐加大,沉积环境由海陆过渡相变为浅海相,物源变为远源陆源物质,并具有红河与海南岛多物源混合的特征,红河沉积物对物源的贡献相对较大,基性火山物质对物源的贡献减弱。YL19A钻井岩屑的REE地球化学特征在距今30、28.5、25.5和23.8Ma等地层界面处均发生明显的突变,对区域性构造运动事件有明显的响应。     

台湾海峡西岸闽江口和九龙江口沉积物中碎屑锆石铀-铅定年及物源意义

碎屑锆石能较好保存源区岩石组成的信息,其铀-铅年龄是沉积物源区示踪有效的方法。利用激光剥蚀等离子体质谱和多接收器等离子体质谱联机(LA-MC-ICPMS)技术,对台湾海峡西部闽江口和九龙江口沉积物中的碎屑锆石进行原位铀-铅测年,同时获得锆石的微量元素。研究表明大部分碎屑锆石的钍与铀含量之比值大于0.1,稀土元素球粒陨石标准化配分曲线呈左倾型,并具有明显的铈含量正异常和铕含量负异常,结合阴极发光图像表明这些锆石绝大部分为岩浆成因。闽江口和九龙江口的碎屑锆石具有相同的印支期(峰值为236 Ma)、燕山早期(峰值为155 Ma)和燕山晚期(峰值为110 Ma)等3个峰值,这三期碎屑锆石占主要部分,反映闽江口和九龙江口碎屑沉积物主要来自各流域上游印支期和中下游燕山期岩体,而闽江口碎屑锆石具有明显的加里东期峰(峰值为465 Ma)和前寒武纪(553~2 765 Ma)较多的碎屑锆石,这些碎屑物质可能来自上游武夷山地区加里东期和前寒武纪基底的物质。对比闽江口碎屑锆石铀-铅年龄与台湾岛西部海滨沙滩(苗栗-新竹、嘉义-台南)中的独居石年龄具有相似的谱峰特征,表明台湾岛西部海滨沙滩碎屑物质可能有部分来自闽江。闽江口碎屑物质明显区别于福建的九龙江和浙江的瓯江,这为判别台湾海峡沉积物的物质来源提供可靠的依据。     

Environmental Impact Assessment of the Proposed Titanium Mining Project in Kwale District,Kenya

This article addresses both environmental and socioeconomic issues concerned with the development or operation of the envisaged titanium mining project in Kwale District of Kenya. TIOMIN Resources Inc., of Canada, through its wholly owned Kenyan subsidiary, Kenya Titanium Minerals Ltd., is proposing to develop a titanium sands mine and mineral processing plants which will produce high grades of heavy minerals including rutile, ilmenite, and zircon. In addition, TIOMIN has proposed to develop a ship loading facility at Shimoni, a significant marine habitat in Kenya. When properly designed and implemented, an Environmental Impact Assessment (EIA) is a powerful tool for ensuring that environmental issues are given due consideration during project design, allowing the benefits of the project to be maximized, while reducing the environmental and social costs of development. In Kenya, the EIA has to be conducted according to the requirements of the Kenya Environmental Management and Co-ordination Act (2000) and in compliance with World Bank standards. An EIA document submitted to the enforcement authority, National Environmental Management Authority (NEMA), enables the issuing of an Environmental Impact Assessment License and a Mining License. A number of exploration studies have been undertaken and several sites have been identified for the extraction of titanium minerals and zircon. Many have expressed concern that environmental matters should be considered before a decision about titanium mining is undertaken. Toxic chemicals used in heavy mineral separation processes and disturbance or redistribution of sediment could spell a disaster for the coastal waters. The Wasini channel is home to world class coral reefs, humpback and spotted dolphins, and marine turtles. Another contentious issue is that of radioactivity associated with the minerals zircon and monazite. The coastal zone is a crucial part of the economy, as it supplies a living for a large number of people along the coast. It is envisaged that involuntary resettlement without adequate compensation and viable alternative sites may result in serious socioeconomic consequences.     

冲绳海槽中南部不同环境表层沉积物质来源

对冲绳海槽中南部3种不同沉积环境(东海外陆架、东海陆坡和冲绳海槽)表层沉积物进行了稀土等元素地球化学分析,结果显示,冲绳海槽和陆坡表层沉积物具有与台湾物质来源类似的稀土元素配分模式,La/Sm-Gd/Yb散点图也显示海槽和陆坡沉积物主要分布在台湾物源端元区,表明冲绳海槽中南部海槽和陆坡表层沉积物主要来源于台湾,而外陆架...     

Provenance signal variations caused by facies and tectonics: Zircon age and heavy mineral evidence from Miocene sand in the north-eastern North Sea Basin

The provenance of the Danish Miocene sands has been deduced from zircon ages and heavy minerals integrated with an existing detailed stratigraphic model of the fluvio-deltaic sand successions that prograded into the North Sea Basin in large delta lobes. The stratigraphic model allowed interpretation of the depositional ages of the samples, which were used to reconstruct the outline of the river pathway system for each time slice. The contribution from individual source areas to a specific position in the Miocene succession was controlled by depositional environment and tectonics. The major rivers each flowed separately to the sea, so mixing between supplies from different sources could only have occurred in the marine environment, where a wave-induced shallow current and a tidally-induced deeper current transported the sediment along the shore in opposite directions. Changes in grain size parameters and mineral assemblages across Denmark showed that the overall sediment transport direction for southern Scandinavia was to the south-west. They also showed that the sediments are immature with regards to transport length, so the high maturity of the heavy mineral suite suggests that kaolinisation has been a widespread phenomenon in the source areas. Rapid uplift and/or extensive denudation may have been revealed by an apparent eastward migration of the dominating provenance area, which was observed in the zircon age data for two consecutive time spans; the early Miocene first tectonic pulse and the intra-early Miocene tectonic phase. Comparison of the zircon age distributions with age markers defined using the published ages of the Scandinavian basement terranes shows that most of the sand came from several Sveconorwegian source areas in south-eastern Norway and south-western Sweden. Contributions from the Svecofennian Orogen, the Caledonian belt and the Oslo Rift are also found and the presence of Archaean zircon grains suggests that contributions to the river systems came from as far away as Finland.     

Combined magnetic,electrostatic, and gravity separation techniques for recovering strategic heavy minerals from beach sands

A combination of unit operations like gravity, magnetic, and electrostatic separation techniques were applied to separate strategic heavy minerals from bulk samples taken from two coastal stretches of Kappil-Varkala (KV) and Shanghumugham-Kovalam (SK) in Thiruvananthapuram, south Kerala, India. On processing the feed, the concentrate obtained contains 67.3% THM for KV and 65.15% THM for SK, out of which ilmenite predominantly exists with a yield of 45.55 and 43.6% in weight followed by other minerals like sillimanite, monazite, zircon, rutile, leucoxene, and garnet. Analysis indicates that judicious combination of unit operations like gravity, magnetic, and electrostatic separation techniques can efficiently recover heavy mineral species even from placers of smaller deposit.     

三亚近岸海域表层沉积物微量元素地球化学特征

为了解三亚近岸海域沉积物地球化学特征,测定了331个站位的表层沉积物23种微量元素含量;利用多元统计法进行相关性及R型因子分析,探讨研究区元素的来源、分布特征及其控制因素。微量元素含量测定结果表明,Sr、Ba、Zr、Rb元素平均值比其他元素高;Be、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Sb、Pb、U、Zr、Ba、Sc、V、Ga等15种元素含量与海南岛水系沉积物、表层土壤、深层土壤接近,推测沉积物主要来自海南岛。各元素在研究区的空间分布比较复杂,在中部和东部,以Li为代表的15种微量元素随离岸距离增加含量增大;Cd、Sb、Zr、Ba、Rb、Sr、As、Hg的分布特征与其他微量元素相比差异明显。Li等15种元素来源与分布主要受陆源黏土矿物吸附作用控制,Sr主要受海洋生源沉积作用的控制,Zr主要受重矿物的控制,Ba和Rb主要受研究区地质背景控制,而Cd和As的来源与分布则与人类活动有关。     

琼东南盆地深水区中央峡谷黄流组物源特征

物源分析作为岩相-古地理研究的前提和基础,物源体系决定了砂体的展布和储集性能。为明确中央峡谷体系黄流组储集体展布规律及下一步勘探方向,本文应用中央峡谷最新钻井资料,采用重矿物组合、锆石U-Pb测年等分析方法,结合地震反射特征,对中央峡谷黄流组物源体系特征进行分析。地震反射特征表明来自海南隆起和昆嵩隆起物源的三角洲体系,通过二次搬运沉积了陆架斜坡区和盆底的低位海底扇,为中央峡谷的沉积充填提供了充足的粗碎屑沉积物;新钻井黄流组样品中重矿物组合以白钛矿、石榴石、磁铁矿含量较高为主要特征,与莺歌海盆地受蓝江物源影响和琼东南盆地受丽水-秋滨河物源影响的地层重矿物组合相似;锆石U-Pb测年分析表明,中央峡谷黄流组地层中样品年龄图谱具有30~2 000Ma变化范围,与莺歌海盆地受昆嵩隆起物源影响的钻井以及越南现代河流采集的沙样具有非常一致的年龄段和丰度。综上所述,中央峡谷受多物源的影响,越南昆嵩隆起为主的琼东南盆地西部物源体系,是琼东南盆地乐东凹陷晚中新世深水扇以及中央峡谷粗碎屑物质的主要沉积物供给来源区。     

马里亚纳“沟−盆”深水沉积环境稀土元素特征与物源约束

通过对西太平洋帕里西维拉海盆东南部的C-P19柱状样和马里亚纳海沟南坡的L3柱状样进行粒度和稀土元素地球化学分析,探讨了二者物源的异同。结果表明:研究区沉积物的稀土元素含量基本不受沉积物粒度控制,主要受控于物源变化。物源判别结果指示二者的物源具有同源性,其中西马里亚纳海脊剥蚀下来的火山物质对研究区的物质来源贡献最大。火山物质中的重矿物可以影响到稀土元素的含量,例如锆石的含量和稀土元素总量(ΣREY)的相关系数可达0.86。来自中国内陆黄土的陆源风尘物质对两个研究区的物源供给也有一定贡献,但其贡献程度较小。由于马里亚纳海沟南坡更加远离大陆且纬度更低,其接受的亚洲风尘也比帕里西维拉海盆和挑战者深渊更少。此外,南极底层水流经研究区,对海盆和海沟的沉积物都造成一定影响,而且在马里亚纳海沟南坡更加活跃,因而帕里西维拉海盆东南部的沉积物比马里亚纳海沟南坡更易于保存。