陸源碎屑巖分類課件

第十二章物源區(qū)構(gòu)造背景分析第一節(jié)利用砂巖骨架碎屑組分恢復(fù)

物源區(qū)構(gòu)造背景第二節(jié)利用砂巖中的重礦物恢復(fù)

物源區(qū)構(gòu)造背景第三節(jié)利用碎屑巖的化學(xué)成分恢復(fù)

物源區(qū)構(gòu)造背景第四節(jié)利用同位素測年恢復(fù)

物源區(qū)構(gòu)造背景概念物源區(qū)：在沉積巖石學(xué)中，物源區(qū)特指來源區(qū)中母巖的性質(zhì)、成分、特征、大小、氣候和地形，并在某種程度上包括搬運作用因素。物源區(qū)分析：根據(jù)沉積作用的產(chǎn)物，來推斷碎屑物源區(qū)母巖的巖石學(xué)特征以及沉積作用發(fā)生時的氣候條件和構(gòu)造背景。物源區(qū)分析的兩個前提（1）碎屑巖和母巖之間存在必然的聯(lián)系（2）不同的構(gòu)造背景下所形成的沉積巖

具有成分和結(jié)構(gòu)上的差異地質(zhì)學(xué)意義物源區(qū)分析在確定沉積物物源位置和性質(zhì)及沉積物搬運路徑，甚至整個盆地的沉積作用和構(gòu)造演化等方面具有重要的意義，已經(jīng)成為研究沉積盆地與造山帶關(guān)系的重要手段。物源區(qū)的方位

侵蝕區(qū)與母巖區(qū)的位置

母巖的性質(zhì)及組合特征

沉積物的搬運距離和搬運路徑

物源區(qū)的氣候條件和大地構(gòu)造背景

進行沉積體系分析

重建古地理面貌研究內(nèi)容第一節(jié)利用砂巖骨架碎屑組分恢復(fù)物源區(qū)構(gòu)造背景一、恢復(fù)原理及方法

砂巖組分和結(jié)構(gòu)特征能直接反映物源區(qū)和沉積盆地的構(gòu)造環(huán)境。通過對選定層位砂巖樣品中的石英、長石、巖屑含量進行統(tǒng)計，用Dickinson（1985）碎屑骨架三角圖進行投值。根據(jù)點的分布情況，確定物源類型?？梢杂蠶LF主圖解和三個輔助圖解，從QFL圖中可區(qū)分陸塊、巖漿弧和再旋回造山帶三個基本物源區(qū)。碎屑模型參數(shù)表（據(jù)Dickinson,1979）物源區(qū)類型樣品數(shù)巖數(shù)QtFLQmLt大陸塊物源區(qū)A.克拉通內(nèi)部1136119451895B.隆升基底2568504464412巖漿弧物源區(qū)C.淺切割島弧181862866567D.深切割島弧1262163337303033再旋回造山帶物源區(qū)E.消減雜巖區(qū)844451342879F.碰撞造山帶>12097112176335G.前陸隆升區(qū)>52117677265142Qt—總石英；Qm—單晶石英；F—總長石；L—總巖屑；Lt—多晶質(zhì)巖屑（據(jù)Dickinson,1979）（據(jù)Dickinson,1979，1980,1983）圖5-5鄂爾多斯盆地延安組砂巖的Qm-F-Lt圖

盆地北部的無定河、大理河一帶的樣品落在基底隆起陸塊物源區(qū)，盆地中部的西杏子河、洛河和葫蘆河一帶的樣品主要落在過渡型大陸物源區(qū)，而盆地南部的沮水、元8井等樣品主要落在了克拉通內(nèi)部物源區(qū)。這說明鄂爾多斯盆地在延安期主要是由北部提供物源，而盆地由北往南趨于穩(wěn)定，由盆地北緣的基底隆起向南緣穩(wěn)定的克拉通盆地內(nèi)部過渡。實例應(yīng)注意的問題（1）混合物源區(qū)的情況，判別圖僅說明了沉積物通過直接和短途搬運進入鄰近盆地而形成砂巖相的物源區(qū)地塊性質(zhì)。對于多物源情況，應(yīng)用時應(yīng)慎重。如碰撞帶和活動大陸邊緣，各種各樣的構(gòu)造單元可能并列在一起，并且一起抬升遭受剝蝕；同時，流經(jīng)性質(zhì)極不相同構(gòu)造單元的大水系也會形成混合物源區(qū)的巖相。（2）次生作用影響，分化、搬運和成巖作用不可避免的要破壞不穩(wěn)定碎屑顆粒；氣候的分化作用是通過控制成土作用來影響砂巖成分的，進而影響物源區(qū)的解釋。（3）統(tǒng)計方法的影響，必須用特定方法（Gazzi-Dickinson的點計法）、選擇成巖作用弱的樣品，統(tǒng)計碎屑含量，才能有合理的結(jié)論。第二節(jié)利用砂巖中重礦物恢復(fù)物源區(qū)構(gòu)造背景由于電子探針技術(shù)的應(yīng)用及其分析水平、精度的不斷提高，重礦物分析法應(yīng)用廣泛。

重礦物（密度>2.86g/cm3）因其耐磨蝕、穩(wěn)定性強，能夠較多的保留其母巖的特征，在物源分析中占有重要地位。物源分析中重礦物是物源區(qū)的重要標(biāo)志。不少學(xué)者利用不同的重礦物(如鋯石、電氣石、石榴石、輝石、角閃石、尖晶石等)分析提出了判斷物源的指標(biāo)和端元圖。重礦物法分析步驟

利用重礦物分析(HMA)來確定物源方法可分為三步:(1)利用傳統(tǒng)的重礦物分析方法鑒別出巖石類型,限定源區(qū)位置;(2)選擇一種或幾種單顆粒礦物與源區(qū)礦物進行地球化學(xué)對比,進一步獲得源區(qū)巖石的信息;(3)利用同位素測年進一步厘定源區(qū)的時代。

三種方法的綜合利用為正確評價源區(qū)提供準(zhǔn)確信息。

重礦物分析法包括：1、重礦物單顆粒分析方法2、重礦物組合分析方法1、單顆粒法用于重礦物分析的單礦物顆粒主要有：輝石、角閃石、綠簾石、十字石、石榴石、尖晶石、硬綠泥石、電氣石、鋯石、磷灰石、金紅石、鈦鐵礦、橄欖石等。A、用電子探針可分析上述礦物的含量、化學(xué)組分及其類型、光學(xué)性質(zhì)等，針對每個重礦物的特性及其特定元素含量，用其典型的化學(xué)組分判定圖或指數(shù)來判定其物源。

B、單顆粒重礦物含量比值的源區(qū)意義穩(wěn)定的重礦物

不穩(wěn)定的重礦物石榴石、鋯石、剛玉、電氣石、錫石、金紅石、白鈦礦、板鈦礦、磁鐵礦、榍石、十字石、藍晶石、獨居石重晶石、磷灰石、綠簾石、黝簾石、陽起石、符山石、紅柱石、硅線石、黃鐵礦、透閃石、普通角閃石、透輝石、普通輝石、斜方輝石、橄欖石、黑云母重礦物法

A.C.Morton用輝石礦物對南Uplands

地區(qū)奧陶系Portpatrik組進行物源判斷，依據(jù)Letterier(1982)提出的Ca-Ti-Cr-Na-Al組分圖解，用Ti-(Ca+Na)來判定其物源是拉斑玄武巖或堿性玄武巖，用（Ti+Cr)-Ca圖解區(qū)分輝石源區(qū)為造山帶還是非造山帶環(huán)境。

實例1重礦物法李任偉，李忠，等.中國科學(xué)，2000，30（增刊）.

實例2根據(jù)合肥盆地碎屑石榴石組分恢復(fù)源區(qū)以及地層對比。

鎂鋁榴石(Py)，鐵鋁榴石(Al)，鈣鋁榴石(Gr)，錳鋁榴石(Sp)

現(xiàn)今大別地塊的變質(zhì)巖不大可能為合肥盆地侏羅系富錳鋁榴石成分石榴石的沉積物提供物源，原有的物源可能已遭受剝蝕。大量的研究表明，大別山高壓超高壓巖石形成于三疊紀(jì)時期揚子和華北兩大陸的碰撞事件，它們可能成為合肥盆地侏羅系相對富鎂鋁榴石成分碎屑石榴石的來源。通過相關(guān)礫石和重礦物地質(zhì)年齡的測定可以進一步研究合肥盆地侏羅系沉積巖的物源及其與整個大別造山帶演化過程的聯(lián)系。

礦物之間具有嚴(yán)格的共生關(guān)系，所以重礦物組合是物源變化的極為敏感的指示劑。在同一沉積盆地中，同時期的沉積物的碎屑組分一致，而不同時期的沉積物所含的碎屑物質(zhì)不同，據(jù)此，利用水平方向上重礦物種類和含量變化圖，可推測物質(zhì)來源的方向。重礦物組合分析法對物源區(qū)用處頗大，尤其是在礦物種類較復(fù)雜、受控因素較多的地區(qū)特別有用。2、重礦物組合法不同母巖的重礦物組合表實例1

高柳構(gòu)造帶為黃驊坳陷北部南堡凹陷的一個構(gòu)造帶，位于高柳斷層與柏各莊斷層之間。主要發(fā)育Ｅs和Ed地層，其中Ｅs33(Ⅱ+Ⅲ)沉積特點以典型扇三角洲的進積式充填為主。三角洲廣泛發(fā)育。采用了重礦物法來研究其物源。重礦物組合法

（1）重礦物特征高柳地區(qū)Ｅs33(Ⅱ+Ⅲ)段常見的陸源重礦物有磁鐵礦、石榴石、鋯石、赤鐵礦、金紅石和黑云母等；自生重礦物有黃鐵礦和重晶石等。地區(qū)重礦物組合主要礦物(>10%)次要礦物(1%~10%)少量礦物(≤1%)高尚堡石榴石,鋯石,磁鐵礦,紅柱石電氣石,黑云母,赤(褐)鐵礦,銳鈦礦角閃石,金紅石,綠泥石,綠簾石柳贊磁鐵礦,石榴石,鋯石,綠簾石赤鐵礦黑云母,金紅石,電氣石重礦物統(tǒng)計分析高柳地區(qū)Es33(Ⅱ+Ⅲ)段主要重礦物統(tǒng)計分布圖

對主要重礦物統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn):①鋯石和石榴石基本服從正態(tài)分布,且為單峰,表明其分布比較均勻,為單一成因總體,可能來自同一類母巖;②綠簾石和磁鐵礦明顯偏離正態(tài)分布,且有雙峰現(xiàn)象,同時也不服從對數(shù)正態(tài)分布,表明二者可能由多成因總體構(gòu)成,推測其受多物源或者受多種母巖的影響;③不同地區(qū)同一種重礦物的頻數(shù)有高有低,這與物源區(qū)母巖類型、剝露面積、沉積物搬運距離及礦物的穩(wěn)定性等多種因素有關(guān)。重礦物聚類分析-譜系群高柳地區(qū)Es33(Ⅱ+Ⅲ)段重礦物聚類分析譜系群及其分布圖Ｑ型聚類分析：1、重礦物可分為兩大聚類群，這說明柳贊陡坡型扇三角洲、拾場緩坡型扇三角洲和高西南扇三角洲外圍可能各自存在兩個物源或兩類母巖的共同影響。2、重礦物兩大聚類群分布區(qū)間不同，但二者都具有一定程度的重疊，Ａ譜系群和Ｃ譜系群范圍較大，分別包含了Ｂ譜系群和Ｄ譜系群的部分地區(qū)。這表明Ａ和Ｃ譜系群所代表的物源影響范圍更大，而Ｂ和Ｄ譜系群所代表的物源影響范圍較小。實例2Mclennan（1993）分析總結(jié)了化學(xué)成分和同位素方法在限制沉積物源方面的應(yīng)用，其優(yōu)點是既可以應(yīng)用到富含基質(zhì)的砂巖和頁巖中，又可以確定物源的年齡和地球化學(xué)歷史。

第三、四節(jié)利用碎屑巖的化學(xué)成分和同位素恢復(fù)物源區(qū)構(gòu)造背景分析了五中物源類型：古老大陸上地殼、再循環(huán)沉積巖、年輕的未分異弧、年輕的分異弧和各種外來組分的特征。其中，最重要的是Nd同位素組成（反映平均物源年齡），Eu異常（反映地殼內(nèi)部巖漿分異作用），大離子親石元素的富集（即LILE，反映物源組分），堿土元素虧損（反映重礦物富集），Zr和Hf富集（反映重礦物富集）和Cr富集（反映超鎂鐵物源）。1.全巖化學(xué)組分和釹同位素組成（據(jù)Mclennan，1993）物源類型εNd+Eu/Eu*Th/ScTh/U其它古老大陸上地殼（OUC）≤-10≈0.60-0.70≈1.0＞3.8(頁巖)涉及主族元素組分再循環(huán)沉積巖（RSR）≤-10≈0.60-0.70≥1.0用示蹤元素分析重礦物聚集的證據(jù)（如Zr、Hf，REE）年輕未分異?。╕UA）≥+5≈1.0＜1.0＜3.0未涉及到主族元素（如低Si/Al,CIA），低LILE富集，組分變化大年輕分異?。╕DA）≥+5≈0.50-0.90變化變化涉及到主族元素（如高Si/Al，CIA），高LILE富集，組分變化大外來組分：化學(xué)和同位素反映依賴于組分的特性，如非常高的Mg、Cr、Ni、V，Cr/V比值為蛇綠巖源巖的反映注：εNd+值僅代表現(xiàn)代沉積物。不同區(qū)帶類型之間的差異對古老巖石而言是存在的，但隨著年齡變新，將會變的越來越不明顯。確切值依賴于沉積年齡。地球化學(xué)法Taylor等用REE、Th、Sc和高場強元素來確定源巖，其中相容元素和不相容元素的比值可用來區(qū)分長英質(zhì)和鎂鐵質(zhì)組分。稀土模式可用來指示物源:1、LREE/HREE比值低，無Eu異常，則物源可能為基性巖石；

2、LREE/HREE比值高，有Eu異常，則物源多為硅質(zhì)巖。3、La-Th-Sc、Th-Co-Zr/10、Th-Sc-Zr/10和La/Y-Sc/Cr等圖解可用來判斷物源區(qū)所出的構(gòu)造環(huán)境，即大洋島弧、大陸島弧、活動大陸邊緣和被動大陸邊緣環(huán)境。

2.微量元素（1）REE、Th、Sc和高場強元素

Nb/Ta，Th/U，La/Sm和Yb/Gd及Hf/Th等微量元素比值的不同往往是不同區(qū)域沉積作用等造成的差異。因而，這些比值不但可反映不同地區(qū)沉積作用的不同，還指示了沉積巖地球化學(xué)特征和各個區(qū)域地球化學(xué)的習(xí)性，并在一定程度上反映了源區(qū)母巖組成的不同。（2）微量元素含量比值2.微量元素北部南部Taylor,1985地球化學(xué)特征及其對比

火山碎屑及火山巖樣品REE配分模式輕稀土富集型，曲線左高右低，部分樣品具Eu、Ce負(fù)異常,與世界各地島弧或活動陸緣型鈣堿性火山巖稀土配分曲線相似地球化學(xué)法

火山碎屑及火山巖主要微量元素比值蛛網(wǎng)圖Rb/Y>1,為強不相容元素富集型,其中除Zr有所波動外,Nb、Sr、P、Ti多為負(fù)異常,與Sivell等人1988年對新西蘭島弧型英安巖、流紋巖比值蛛網(wǎng)圖十分相似。不同構(gòu)造環(huán)境的Hf-Th-Ta判別圖(據(jù)Wood,1979)Ａ:Ｍ-MORB;Ｂ:Ｐ-MORB;

Ｃ:板內(nèi)堿性玄武巖及分異產(chǎn)物;Ｄ:島弧拉斑玄武巖及分異產(chǎn)物地球化學(xué)法Rb-(Y+Nb)圖解(據(jù)Pearce,1984)Suy-Coll同碰撞火山巖,WP板內(nèi)火山巖,OR洋中脊火山巖,VA火山弧

泥巖的源巖判別圖解（Allegre,etal.,1978;Bhatia,1985）。a-不同類型的La/Yb圖；b-不同成因方解石的La/Ca-La/Yb圖解。Bhatia（1983）、Roser（1988）提出了用泥質(zhì)、砂泥質(zhì)巖石的主要元素地化特征來判別物源類型，用K2O、Na2O、SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3、MgO等的判別圖來區(qū)別被動大陸邊緣、活動大陸邊緣和大洋島弧、大陸島弧物源區(qū)。該方法可作為微量元素法的補充。4.主量元素推斷物源Blatt(1980)Al-(<Fe>+Ti)-Mg圖解(據(jù)Jensen,1976)lgσ-lgτ圖解(Rittmann,1970)(Ａ板內(nèi)穩(wěn)定構(gòu)造區(qū),Ｂ島弧及活動陸緣區(qū),Ｃ堿性巖區(qū))τ=(Al2O3-Na2O)/TiO2,σ=(K2O+Na2O)2/(SiO2-43)地球化學(xué)法(AR=Al2O3+CaO+K2O+Na2O/Al2O3+CaO-K2O-Na2O)ARSiO2與堿度(AR)關(guān)系圖(J.B.Wright,1969)用巖石中同位素測年及其間的相互關(guān)系圖來判定物源類型和年齡，是一種更為精確的年代學(xué)物源判定方法。目前,發(fā)展最為迅速的是單顆粒礦物測年在物源研究中的應(yīng)用,因為它可以限定物源區(qū)巖石形成的事件年齡,從而極大地提高了利用重礦物分析物源的可靠性?，F(xiàn)在使用較多的為穩(wěn)定的鋯石和獨居石,它們的年齡可用U-Pb法、Pb-Pb法,Sm-Nd法等傳統(tǒng)的方法測試,如Gray等利用碎屑巖中礫石的U-Pb年齡研究了Appalachian前陸盆地的物質(zhì)來源。如果結(jié)合源區(qū)的變質(zhì)年齡和冷卻年齡,如白云母的Ar-Ar