化學(xué)蝕變指數(shù)研究的原理與應(yīng)用分析

1、 化學(xué)蝕變指數(shù)研究的原理與應(yīng)用 鄧澄世+劉穎Key：化學(xué)蝕變指數(shù)；化學(xué)風(fēng)化程度；源巖成分；地層劃分至今CIA的應(yīng)用范圍已經(jīng)逐步擴大到通過沉積物的化學(xué)蝕變指數(shù)的變化來判別沉積物沉積的古氣候環(huán)境。2.化學(xué)蝕變指數(shù)研究的方法步驟碎屑巖是化學(xué)蝕變指數(shù)研究的對象，而碎屑巖在搬運、沉積和成巖過程中，源巖成分存在不同程度的變化，主要為粒度和成分的分選、沉積再循環(huán)作用和成巖過程中的鉀交代作用等，其中最突出的特點是粘土礦物的增加。由于粘土礦物的豐度和鉀交代強度是影響CIA指數(shù)的關(guān)鍵因素，所以對于老地層樣品的選擇要盡量滿足要求。2.1樣品的采集。由于古元古代之前的沉積巖不發(fā)育，沉積再循環(huán)作用對物源成分的影響很小，

2、因此CIA最早是被廣泛應(yīng)用于古元古代的碎屑巖研究。沉積再循環(huán)作用改變了物源成分，使得原巖成分中的粘土礦物的含量增加，挑選適宜于研究的碎屑巖樣品就顯得格外重要。所以，對于分選作用的排除，樣品采集應(yīng)盡量選擇能代表源巖成分的細碎屑巖。2.2樣品的處理。細碎屑巖在成巖過程中的鉀交代作用會改變掩巖石的原始成分，需要進行鉀交代作用的校正。其計算方法是：由當(dāng)細屑巖ICV1時，表明該巖石含很少粘土礦物，代表構(gòu)造活動帶的首次沉積；當(dāng)細屑巖ICV1的細屑巖作為研究對象。3.化學(xué)蝕變指數(shù)研究的應(yīng)用3.1無量綱的數(shù)值判斷風(fēng)化程度沉積搬運過程中的分選使砂巖在化學(xué)組成上一般與源區(qū)物質(zhì)有著一定的差別，所以板巖，泥巖和頁巖等

3、細屑巖比較適合用在CIA研究上。新元古代的細屑巖在我國南方分布很廣泛，為我們運用CIA進行風(fēng)化程度的判斷提供了有利條件。現(xiàn)今地球上的主要礦物和一些反映典型氣候的現(xiàn)代沉積物的CIA值大致如圖所示。可見，CIA值介于5065之間，反映寒冷、干燥的氣候條件下低等的化學(xué)風(fēng)化程度；CIA值介6585之間，反映溫暖、濕潤條件下中等的化學(xué)風(fēng)化程度；CIA值介于85100之間，反映炎熱、潮濕的熱帶亞熱帶條件下的強烈的化學(xué)風(fēng)化程度。在實際應(yīng)用時，將所獲的新元古代沉積物的CIA值與現(xiàn)代沉積物的CIA值進行比較，就能大致推斷新元古代沉積物沉積時的環(huán)境與氣候特征。3.2判斷鉀交代作用利用A-CN-K圖解能夠揭示鉀交代

4、作用對源巖的影響，通過對長石分解的熱力學(xué)和動力學(xué)過程和自然界風(fēng)化剖面的地球化學(xué)的研究，可以得到風(fēng)化剖面和與之相關(guān)的沉積物的預(yù)測風(fēng)化趨勢線1-3，如圖1所示的SA、SA線。前寒武紀(jì)細屑巖的鉀交代作用是很普遍的成巖作用，它主要表現(xiàn)為（例如高嶺石）與孔隙水中的K+反應(yīng)生成伊利石，外來的鉀離子加入引起了樣品點的趨勢線（CE）偏離預(yù)測的風(fēng)化趨勢線（SA）。3.3判斷源巖成分A-CN-K圖解三角圖解對于源巖成分的判斷也是非常有用的。如果知道源巖的成分可以計算并繪制出它的風(fēng)化趨勢線。反之，當(dāng)知道它的風(fēng)化趨勢線，就可以判斷源巖的成分，如圖1的S和S點所示。S和S點反映了源巖的斜長石和鉀長石的比例。可以將重要的

5、基巖根據(jù)它們的化學(xué)成分投影在圖里，或根據(jù)具體的地質(zhì)情況將與沉積巖成因有關(guān)的基底巖石按化學(xué)分析結(jié)果投在圖里，如圖1中的我國平均的英云閃長：巖、花崗閃長巖和花崗巖。如圖1中S點，與花崗閃長巖Gd成分較為相近，說明沉積源巖很可能來自于花崗閃長巖。在實際的應(yīng)用中，根據(jù)樣品點的投影，可以得到一條樣品點的趨勢線，趨勢線與P1-Ksp連線的交點即是源巖的斜長石和鉀長石的比率。3.4判斷沉積環(huán)境當(dāng)沉積物主元素成分變化不大或樣品點在A-CN-K三角圖中樣品點分布區(qū)域緊湊集中，表明源巖化學(xué)風(fēng)化和剝蝕程度的相對穩(wěn)定狀態(tài)；如果源巖主元素變化大，且三角圖解內(nèi)樣品點分散又不緊湊，則體現(xiàn)了氣候和構(gòu)造環(huán)境均處在非穩(wěn)定狀態(tài)。下

6、圖所示地層由下到上的CIA值經(jīng)歷了從50到75再到約58的變化過程，表明經(jīng)歷了由寒冷干燥氣候（低等化學(xué)風(fēng)化程度沉積）溫暖濕潤氣候（中等化學(xué)風(fēng)化程度沉積）寒冷干燥氣候（低等化學(xué)風(fēng)化程度）沉積的演化過程，說明該區(qū)域的沉積環(huán)境處于非穩(wěn)定狀態(tài)。3.5判斷構(gòu)造運動化學(xué)蝕變指數(shù)越大，說明母巖化學(xué)風(fēng)化程度越高。構(gòu)造運動可造成母巖區(qū)在短時期內(nèi)強烈快速的剝蝕，引起沉積物化學(xué)蝕變指數(shù)突然降低，劇烈的構(gòu)造運動過后，母巖區(qū)化學(xué)風(fēng)化重新加強，化學(xué)蝕變指數(shù)明顯上升。圖中所示化學(xué)蝕變指數(shù)在32、23.9、16Ma時期存在物理風(fēng)化突然增強，化學(xué)風(fēng)化減弱的突變事件，這種表現(xiàn)正是該時期構(gòu)造運動存在的根據(jù)。4.化學(xué)蝕變指數(shù)應(yīng)用揚子

7、地區(qū)新元古界地層劃分對于新元古界的劃分與對比尚存在不少未解決的問題，尤其我國南華系（即Cryogenian，成冰紀(jì)）及其相當(dāng)?shù)貙拥难芯恳嗍桩?dāng)其沖。當(dāng)前焦點是對蓮沱組的認(rèn)識及其在南華系的位置問題。揚子地區(qū)南華系大體可概括為3種類型：如果僅依巖石地層學(xué)（巖性和傳統(tǒng)的沉積相）原則進行分和對比，顯然可以認(rèn)為峽東地區(qū)缺失南沱組之下的含Mn地層及更下的冰成混積巖。同時，將湖南石門的渫水河組與蓮沱組對比，并認(rèn)為長安組之下缺失蓮沱組，甚至提出將屬于不同構(gòu)造階段產(chǎn)物、由普遍片理化的淺變質(zhì)巖組成的板溪群與蓮沱組相對比。但通過化學(xué)蝕變指數(shù)研究，石門楊家坪的渫水河組及東山峰組的CIA值分別為6065和6070，與更新世冰川粘土的CIA值大體一致。表明該地區(qū)自大塘坡組以下均為寒冷干燥氣候、低等化學(xué)風(fēng)化條件下的產(chǎn)物。而渫水河組之下的板溪群老山崖組上部的CIA在70-75，顯然是溫濕氣候、中等化學(xué)風(fēng)化作用的產(chǎn)物。對宜昌三斗坪南華系化學(xué)蝕變指數(shù)的研究表明，南沱組之下的蓮沱組并非如前人所述，而是經(jīng)歷了由寒冷干燥）溫暖濕潤）寒冷干燥氣候變化所控制的沉積過程。故此提出南華系的下列劃分、對比方案?？偨Y(jié)：利用CIA對地層的沉積層序進行研究，將有助于我們對源巖的物質(zhì)來源、成巖作用和化學(xué)風(fēng)化程度進行判斷，特別是對于化學(xué)風(fēng)化程度的判斷將為那個時期全球劇烈地環(huán)境變化研究提供又