第三章 物源分析

沉积盆地分析主讲：杜振川研究生课程沉积盆地分析第三章沉积盆地的物源区分析第一节、概述

物源区（provenance）：是指盆地中碎屑物质的来源区（sourcearea）或母源区（parentarea），同时还有母源区的岩石类型、气候和地形含义。

物源区分析是盆地分析不可缺少的内容，对古地理、古气候重建可以提供最基本的材料，物源区分析可以解决物源区的位置和性质、沉积物的搬运过程、影响沉积物组分差异的成因、盆地性质等问题。

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物源区分析的任务是

①判断古陆和侵蚀区的存在；②表明古陆地型起伏特征；③城恢古河流体系；④确定物源区母源性质及构造背景等。→第二篇分析原理沉积盆地分析第三章沉积盆地的物源区分析第一节概述

侵蚀区（erosionalarea)：通常，将侵蚀区理解为在相当长的时期内，向沉积区提供陆源碎屑及可容性物质的剥蚀区（denudationarea）。

古陆（ancientland)：侵蚀区常是地质上持续上升的地区，如持续时间相当长，则可能成为稳定的构造背景，而具有这种构造背景的侵蚀区，并且含有结晶基底就是所谓的古陆。→第二篇分析原理第三章沉积盆地的物源区分析第二节物源区分析方法

沉积属性分析方法：包括矿物的、岩石的、成熟度的、生物的和岩相的分析5个方面，而岩石的分析又包括(角)砾岩的、砂岩的、泥质岩的、内源岩的4个方面。然而，沉积属性特别是重矿物、砂岩和泥质岩的物源区分析，又常借助于地球化学分析的手段来完成。因此，沉积属性与地球化学属性的物源区分析有时难以截然分开。一、物源区分析→沉积属性的方法第三章沉积盆地的物源区分析第二节物源区分析方法1、重矿物分析

一、物源区分析→沉积属性的方法沉积学中的重矿物（heavymineral）：指存在于陆源碎屑岩中的一些比重大、含量少的透明和非透明矿物，它们主要集中于细砂岩和粉砂岩中，其含量一般不超过1％。砂岩中的重矿物主要有辉石、角闪石、绿帘石、十字石、石榴石、尖晶石、独居石、锆石、磷灰石、金红石、榍石、橄榄石，其组合与轻矿物组合反映了母岩性质。常见矿物组合及其母岩类型第二节物源区分析方法1、重矿物分析

一、物源区分析→沉积属性的方法

在运用重矿物确定物源性质时应注意以下几点；①在确定母岩性质时，应综合利用重矿物的含量、组成、特征及其与轻矿物配合分析；②有些母岩可能只向一个沉积区提供重矿物组合，有些则可能向多个沉积区提供组合；③越接近母岩区某一类重矿物组合含量和种类愈多；④就同一母岩重矿物组合而言，越是接近母岩区，矿物种类愈多，重矿物总含量越高，不稳定组分相对百分含量愈高，反之亦然。第二节物源区分析方法1、重矿物分析

一、物源区分析→沉积属性的方法1）辉石(pyroxene)

辉石是常见的重矿物之一，它基性和超基性岩石常见的矿物，主要存在于母源为麻粒岩—角闪岩变质相；麻粒岩—角闪岩相以单斜辉石为主，伴随有斜方辉石、石榴石、角闪石、绿帘石组合。

第二节物源区分析方法1、重矿物分析

一、物源区分析→沉积属性的方法2）角闪石(hornblende)角闪石分为两大组合即：一种是与绿帘石类矿物有关的阳起石、普通角闪石和铁普通角闪石组合；另一种是与单斜辉石、石榴石有联系的浅闪石与钙镁闪石的组合。

第二节物源区分析方法1、重矿物分析

一、物源区分析→沉积属性的方法3）十字石(staurolite)在沉积物中含量较少，可通过铁化参数[(Fe+Mn)／(Fe+Mn+Mg)]来反映物源区的组成。

第二节物源区分析方法1、重矿物分析

一、物源区分析→沉积属性的方法4）其他重矿物独居石(monazite)富轻稀土，其La／Nd比值可反映物源特性，花岗岩和花岗伟晶岩中的La／Nd比分别为1.13和1.06，而在碱性花岗岩和碳酸岩中很高，平均达3.11。电气石(tourmaline)用FeO和MgO百分比图解方法来确定其成因是否是变质的，是花岗岩的还是别的岩石。锆石(zircon)化学组分固定，多通过Zr／Hf比值的变化来研究物源区母岩性质。第二节物源区分析方法2、岩性分析一、物源区分析→沉积属性的方法1）碎屑砾岩物源分析（角）砾岩对近源物源区分析特别有用，可提供较完整的岩样信息；（角）砾岩：一是主要分布在盆地边缘，接近于物源区；二是砾石的成分可直接反应物源区的母岩成分，对砾石成分及比例予以统计，可知母岩成分特征。因此，查明砾石的砾度、成分、百分含量的变化，是确定母岩性质及物源方向的基本手段，也是最直观的方法。第二节物源区分析方法2、岩性分析一、物源区分析→沉积属性的方法2）碎屑砂岩物源分析

许多物源区分析的内容及方法都源自砂岩的研究。经典的砂岩QFL三角图为物源区分析，尤其是母岩性质及其构造背景的确定，提供了相当实用的研究方法，其他如QmFLt、QpLvLs、OmpF、QtFL图解(Dickinson，1979，1982，1985，1988)，QFR图解(Crook，1974)，新QFL图解(Dickinson，1988)等为砂岩物源区分析提供了多种选择。碎屑砂岩组分的这些三角图解在物源区分析中得到了广泛应用。第二节物源区分析方法2、岩性分析一、物源区分析→沉积属性的方法2）碎屑砂岩物源分析

砂岩碎屑组分不仅反映了母岩的性质，也反映了大地构造的条件。砂岩物源区取决于三个端元：石英质碎屑、长石碎屑和岩屑碎屑。按照端元特性，可将碎屑砂岩的物源区分析方法分为：单碎屑分析、石英质碎屑分析、长石碎屑、岩石碎屑分析及多碎屑分析（三角图方法）。第二节物源区分析方法2、岩性分析一、物源区分析→沉积属性的方法2）碎屑砂岩物源分析

A、单碎屑分析：

对于石英质碎屑来说，主要采用石英中的包裹体、石英消光类型、形状、多晶现象、同位素等手段进行分析。例如，中、酸性岩浆岩的石英多是镶嵌的多晶石英，石英中可有锆石、电气石、磷灰石等矿物包裹体；而变质成因的石英带缝合线状的多晶石英，波状消光明显，石英中有矽线石、电气石、蓝晶石等矿物包裹体；来自沉积岩中的石英颗粒相对磨圆率较高，具再旋回次生加大的特点。第二节物源区分析方法2、岩性分析一、物源区分析→沉积属性的方法2）碎屑砂岩物源分析

A、单碎屑分析：

对于长石碎屑是砂岩中仅次于石英碎屑的组成成分，可以利用其微量元素和长石类型来区分母岩性质。例如，火山岩中的斜长石K含量随Ca减少而增加，变质岩中的斜长石含K少，沉积岩中的斜长石K的含量介于其间；又如，酸性火山岩中的长石主要为透长石，酸性侵入岩则为正长石和微斜长石，中性岩以其环带构造斜长石为主，中性火山岩中长石常具细环带构造。2、岩性分析一、物源区分析→沉积属性的方法2）碎屑砂岩物源分析

B、多碎屑三角图分析

Crook图解法：他分别以石英质组分(Q)含量65％和85％～90％为界将三角图区分为稳定、次稳定和非稳定三个主要物源区。其中，稳定区主要指稳定的克拉通或地盾陆壳；次稳定区包括裂谷和部分前陆盆地；非稳定区则含有被动大陆边缘富石英砂沉积系列，Q介于15％～65％的安第斯型活动大陆边缘系列和Q小于15％的火山岛弧区贫石英的杂砂岩系列。该三角图较为简明，但某些物源区的界线范围可能不够准确。2、岩性分析一、物源区分析→沉积属性的方法2）碎屑砂岩物源分析

B、多碎屑三角图分析

Crook图解法：2、岩性分析2）碎屑砂岩物源分析

C、砂岩组分统计方法

一般的说，陆源碎屑岩尤其是砂岩的碎屑组合含量统计主要有筛析法和薄片法两种。薄片法是通用的碎屑组分含量统计方法，常见的有面积目估法和计点法。目估法：镜下操作人为性较强，由于视觉误差估算的碎屑面积含量不够准确。计点法：是在镜下确定网格内统计不同成分出现的频数。计点法的准则为：一般情况下只对大于0.03mm的碎屑进行统计，并按3～4，3～2，2～1，1～0，0～－1，五个φ值范围读数；杂基和胶结物均不计数；统计点应大于300个。筛析法沉积学已讲3、生物及生物相分析一、物源区分析→沉积属性的方法

沉积物中生物化石属性在物源区母岩性质、定向及构造特征分析方面是直观的。生物属种的生态、年代意义和生物相（含群落）的环境及生物地理分区性是进行物源区分析的基础。毫无疑问，具有生物化石的物源区明显是沉积性质的。4、相型体系分析一、物源区分析→沉积属性的方法

沉积岩相体系类型在物源区分析中有其自身价值。如扇三角洲体系与断陷裂谷、断陷拉张的被动边缘或冲断的前陆盆地有关；辫状河三角洲中的辫状河或辫状河平原若与冲积扇共同组合出现，则它可能代表了裂谷、拉张盆地发育晚期。实际上，从扇三角洲到辫状三角洲，再到冲积平原反映了裂谷拉张盆地演化时期的变化，即从早期到晚期。

二、物源区分析→物源区分析地球化学属性的方法

获得有效进行物源区分析的地球化学属性方法，一直是沉积地球化学分析者努力探索的方向。根据元素含量、周期表中位置及放射衰变性，可以将沉积物的地球化学属性方法分为常量元素、微量元素、稀土元素及同位素四种。三、物源区分析的应用物源区分析不仅对盆地自身研究有重要意义，而且对其它地质作用的分析如沉积作用和古气候、古地理和古构造重建、地层对比、储层模拟等都具有应用价值。1、沉积作用分析

沉积物物源分析不仅用于区分同一盆地中不同的沉积体系、岩相，也可分析各种规模的古代沉积体系。例如，Hirst和Nichols(1986)在研究西班牙Ebro盆地的两个分支河流体系和边缘冲积扇之间的关系时，就采用了岩石物源分析方法。这一实例反映，分隔的盆地如有同一条古河流补给物源是可能查明的。此外，Dill(1989)、Takeuchi和Takizawa(1991)也介绍了利用物源分析进行沉积体系或岩相恢复方面的实例。三、物源区分析的应用2、古气候分析

因为，气候很大程度上影响甚至控制了沉积岩碎屑组分，因此，反过来依据物源资料可能反演得到古气候的信息。在强烈化学风化作用(常常在热带风化作用条件下)的地区以及风化作用能长时间作用的环境，石英砂岩组分通常含大量再旋回石英。古土壤的存在的证据对于探讨当时的风化作用和最终沉积物之间的联系可以借鉴；而细粒海相地层中的矿物(如高岭石／蒙脱石之比)可用于气候变化推测。三、物源区分析的应用3、古地理重建

1)判断古陆或侵蚀区的存在

如在某一个地区在一定时期内堆积了沉积物，该地区可以认为是沉积区；假如这个时期没有沉积，则把它看作为侵蚀区。再如，根据同时代的陆源碎屑矿物的含量及粒度变化确定古陆的存在，愈靠近侵蚀区，陆源碎屑矿物总含量愈高，粒度愈大，粘土矿物组分的规律变化为近陆地以高岭石为主，远离剥蚀区则蒙脱石和伊利石增多。

三