《物源分析方法及研究进展1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物源分析方法及研究进展1（108页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、物源分析方法及其进展 西北大学地质学系2011 3 12 主要内容 一 物源分析的意义二 物源分析的主要方法三 存在问题 一 意义 物源分析在确定沉积物物源位置和性质及沉积物搬运路径 甚至整个盆地的沉积构造演化等方面意义重大 近年来已发展成为多方法 多技术的一门综合研究领域 电子探针 质谱分析 阴极发光等先进技术在物源分析中应用日益广泛 同时 各种沉积 构造 地震 测井等地质方法与化学 物理 数学等学科的应用及相互结合 使物源判定更具说服力 它在评估古地理 限定造山带的侧向位移量 确定地壳的特征 验证断块或造山带演化模型 绘制沉积体系图 进行井下地层对比以及在评价储层的品质等方面 都可起到重要
2、作用 物源分析解决的问题 沉积物源区的位置沉积物源区的性质搬运路径以及影响沉积岩成分的各种因素 地形起伏 气候和构造背景 二 主要方法 沉积学方法碎屑组份分析法重矿物分析法裂变径迹法地球化学法 一 沉积学方法 沉积学方法侧重宏观与整体分析 是其它物源分析方法的基础和原盆面貌的重要约束 通过盆地范围或更大区域的地层接触关系 地层厚度分布 砂岩厚度 砂分散体系 粗碎屑含量百分比及沉积物粒度变化以及岩性岩相的横向变化和纵向迭置等 可对物源方向 数量和距离作出判识 在确定侵蚀区与沉积区方面 刘宝珺 1985 提出代表沉积边界的零等厚线的判识标志 即岩相界线与地层等厚线的走向一致 等厚线连续变化到零 生
3、物相渐变等3条标准 事实上 地层厚度与岩相展布规律因盆地类型而异 若遭后期改造破坏 则给分析带来困难 利用砾石中不同成分的含量 粒径大小及所占百分比等统计资料 能区分源岩的主要岩性 搬运距离 粒序层 砾石的分选 磨圆 砾岩体的形态等都可作为有用的参考 来反映破坏 磨蚀的程度和气候条件以及构造背景 沉积学方法为最基本 最广泛的用于沉积盆地的物源分析的方法 也是较传统的分析方法 根据盆地钻井 测井 地震等资料 经过详细的地层对比与划分 作出某时期的地层等厚图 沉积相展布图等相关图件 可推断出物源区的相对位置 结合岩性 成分 沉积体形态 粒度 沉积构造 波痕 交错层等 古流向及植物微体化石等资料 判
4、断源区的方向 岩性等 使物源区更具可靠性 1 古流向分析根据存在于沉积岩中的能够推断水流方向的特性进行 主要借助岩石露头 地层倾角测井资料 定向岩心等方法获得 P E Potter与F J Pettijohn 1984 系统介绍了古水流分析的原理和方法 1 砾石最大扁平面和叠瓦状排列 2 交错层理作古流向玫瑰花图 判定古水流的方向 即为可能的物源方向 测试数据点越多 可靠性就越高 不对称波痕 水道和冲蚀 底面印痕以及斜坡地区的滑塌构造等也可作为辅助 不足 具有较大的局部性和分散性 如果要判定古流向 必须做大量的野外观察和室内资料统计才能提高准确度 山西组 上石盒子组 下石盒子组 环县石板沟 古
5、流向分析 T J1 J3 吐 哈盆地具有复杂的沉积搬运体系 在盆地南侧 沉积物搬运方向总是由南向北 表明觉罗塔格山是盆地的主要物源区 而在盆地北侧 博格达山自晚侏罗世开始隆起 构成盆地的另一新的物源区 沉积物搬运方向由北向南 沉积法 2 砾岩分析砾岩中的砾石成分变化是确定物源的直接证据 利用砾石中不同成分的含量 粒径及所占百分比等统计资料 能区分源岩的主要岩性 搬运距离 粒序层 砾石的分选 磨圆 砾岩体的形态等都可作为有用的参考 野外砾石组分分析表明 区的砾石成分以碳酸盐岩为主 平均含量可以达到88 总体上表现出砾石成分单一 物源稳定 区的砾性以花岗岩为主 石英岩 片岩 片麻岩次之 其中花岗岩
6、砾石的平均含量约为60 砾石成分复杂 区的砾性以石英岩为主平均含量可达57 另外还有包括基性岩脉 碳酸盐岩等 但未发现花岗岩 总体可以看出三个区域具有不同的源区 3 镜下观察分析 1 岩屑含量 成分 石英 长石含量等统计分析 2 石英 长石颗粒的形态 消光特征等 3 石英 长石的阴极发光特征 研究区太原组 下石盒子组盒8段岩屑组合平面分布特征 依次为岩浆岩 变质岩 沉积岩 王勇超 根据砂岩中石英颗粒的类型 作菱形图 区分深城 中高级变质的 低级变质的三类物源区 长石的化学成分 光学特征 石英中 石英含量变化 石英构造缺陷 矿物包体等表性特征都可用来分析物源特点 石英由于石英颗粒化学性质稳定 抗
7、风化能力很强 既抗磨又难分解 因此石英具有很大的研究价值 不同来源的石英往往特点不同 观察石英中所含包裹体及波状消光现象 结合颗粒大小及颗粒形状等特征 有助于判断石英的来源 1 来自深成中酸性侵入岩 岩浆岩的石英来自深成中酸性侵入岩 岩浆岩中的石英包裹体是电气石 磷灰石和锆石气液包裹体 来自中酸性深成岩的石英 常含有细小的液体 气体包裹体 或含锆石 磷灰石 电气石 独居石等岩浆岩副矿物包裹体 矿物包裹体颗粒细小 自形程度高 排列无一定方位 尘状气液包裹体使石英颗粒呈云雾状 在深成岩中 特别是在时代较老的岩石中 石英因受变形作用 常表现为明显的波状消光 只有火山岩中的石英才不具波状消光 2 来自
8、变质岩的石英变质石英表面常见裂纹 不含液体和气体包裹体 却可见有特征的电气石 硅线石 蓝晶石等变质矿物的针状 长柱状包裹体 大多数的石英晶粒都具有波状消光 来源于区域变质岩及动力变质岩的石英常见明显的带状消光 正交偏光镜下观察 颗粒象碎裂成几个条带状的亚颗粒 各亚颗粒的消光位不同 来自接触变质岩的石英可具有云状的波状消光 3 来自喷出岩及热液岩石的石英火山喷出岩中的石英为 石英 高温 岩石冷却至573 以下高温石英不稳定 会转变为 石英 低温 这种 石英仍保留着 石英的六方晶系外形 因此 具有 石英外形的碎屑石英颗粒是来源于喷出岩的证据 另外颗粒具有破裂纹 湾状熔蚀边缘等也都是喷出岩石英的特征
9、 喷出岩石英多为单晶 不具波状消光 不含包裹体 表面光洁如水 来自热液脉的石英常含很多水包裹体 有时含有电气石 金红石等矿物包裹体或绿色蠕虫状绿泥石包裹体 可显微弱波状消光 4 再旋回石英来自石英砂岩的再旋回石英具有自生加大边 可以是单晶石英 也见有多晶石英 呈浑圆状或带状 另外 可见圆化程度很高的石英颗粒 再旋回石英主要见于古老的高成熟度的滩坝相石英砂岩中 有时也见于陆相中新生代砂岩中 再旋回石英应是单晶的非波状消光石英 3 阴极发光 石英阴极发光特征与结晶温度的关系 三种类型的石英发光图谱 3 阴极发光 石英阴极发光主要为棕色 棕褐色 碱性长石发亮蓝色光 斜长石发暗蓝色光 反映源区主要来自
10、于高级变质岩源区 与北部大青山古老的高级变质岩有很好的一致性 研究区石英阴极发光成因类型柱状图 研究区石英阴极发光特征及成因类型表 4 沉积体系分析 袁淑琴 2010 根据砂岩等厚图和砂岩含量分布可以间接推断物源的方向 一般在近物源方向特别是古水流的河床和边滩 或心滩 是砂岩较发育的区域 据此可以判断古水流的主要流向 地震反射结构地震剖面上河道充填 前积反射及楔状地震相都可以指示物源的方向 张琴 2009 二 碎屑组份分析法 砂岩的研究在沉积学领域一直占有重要的位置 本世纪60年代板块构造理论的兴起 为地质各学科注入了新的生机 进入70年代 砂岩与板块构造的关系研究便应运而生 它将砂岩碎屑组分
11、的物源意义与一定板块构造背景下的沉积盆地类型紧密地联系在一起 并将砂岩成因的大地构造属性分析拓展到与全球构造相对应的更为广阔的应用领域 由于是建立在岩石薄片的微观鉴别和进行样品点的统计学基础上的模型分析 而研究对象为宏观的大地构造分区及较大尺度的物源区 因此有人将这种研究方法喻为大地构造的 指纹 分析法则 自80年代中期 Dickinson Crook及valloni等人根据已知构造背景的现代和古代砂岩样品的统计分析 各自制定出了较为系统的碎屑组分 物源区 板块构造三位一体的分类方案 提出了专用于砂岩构造背景分析的 碎屑模型 和 颗粒指数 概念 目前 Dickinson的碎屑模型的板块构造物源
12、区的研究 已成为应用最广的方案之一 他的物源区类型划分考虑了不同板块构造基本单元的特点 三个一级物源区既是砂岩碎屑最常出现的场所 又与活动差异明显的各种板块构造沉积盆地相对应 7个次级物源区类型及其碎屑模型是基本物源区特征的具体表述 也是进行板块构造物源区判别的主要依据 碎屑岩中的碎屑组分和结构特征能直接反映物源区和沉积盆地的构造环境 通过对选定层位砂岩样品中的石英 长石 岩屑含量进行统计 用Dickinson 1985 碎屑骨架三角图进行投值 根据点的分布情况 确定物源类型 可以有QLF主图解和三个辅助图解 从QFL图中可区分陆块 岩浆弧和再旋回造山带三个基本物源区 对再旋回造山带而言 若单
13、晶石英的含量高 则沉积物可能主要来自变形的 成熟的地台沉积物 它们是典型的前陆盆地沉积物 若多晶石英的含量高 则表明缝合带本身为主要物源区 若含丰富的燧石和泥质岩碎屑 则说明物源区可能为俯冲杂岩体和蛇绿岩 在QmFLt QpLvLs和QmPK辅助图上 可将物源进一步精确确定出来 碎屑模型参数表 据Dickinson 1979 Qt 总石英 Qm 单晶石英 F 总长石 L 总岩屑 Lt 多晶质岩屑 碎屑岩类法 据张希民等 1995 新疆地质 据张希民等 1995 新疆地质 物源来自于稳定的克拉通隆起之上 太原组 山西组 石盒子组 图5 5鄂尔多斯盆地延安组砂岩的Qm F Lt图 盆地北部的无定河
14、 大理河一带的样品落在基底隆起陆块物源区 盆地中部的西杏子河 洛河和葫芦河一带的样品主要落在过渡型大陆物源区 而盆地南部的沮水 元8井等样品主要落在了克拉通内部物源区 这说明鄂尔多斯盆地在延安期主要是由北部提供物源 而盆地由北往南趋于稳定 由盆地北缘的基底隆起向南缘稳定的克拉通盆地内部过渡 应注意的问题 1 混合物源区的情况 判别图仅说明了沉积物通过直接和短途搬运进入邻近盆地而形成砂岩相的物源区地块性质 对于多物源情况 应用时应慎重 如碰撞带和活动大陆边缘 各种各样的构造单元可能并列在一起 并且一起抬升遭受剥蚀 同时 流经性质极不相同构造单元的大水系也会形成混合物源区的岩相 2 次生作用影响
15、分化 搬运和成岩作用不可避免的要破坏不稳定碎屑颗粒 气候的分化作用是通过控制成土作用来影响砂岩成分的 进而影响物源区的解释 3 统计方法的影响 必须用特定方法 Gazzi Dickinson的点计法 选择成岩作用弱的样品 统计碎屑含量 才能有合理的结论 碎屑岩类法 由于电子探针技术的应用及其分析水平 精度的不断提高 重矿物分析法应用广泛 重矿物 密度 2 86g cm3 因其耐磨蚀 稳定性强 能够较多的保留其母岩的特征 在物源分析中占有重要地位 物源分析中重矿物是物源区的重要标志 地质学家很早就根据重矿物的物性特征 如颜色 形态 粒度 硬度 稳定性等 及其组合关系来判别物源 随着电子分析技术的
16、应用 单颗粒重矿物的地球化学分异特征得到充分利用 不少学者利用不同的重矿物 如锆石 电气石 石榴石 辉石 角闪石 尖晶石等 分析提出了判断物源的指标和端元图 三 重矿物分析法 1 分析步骤 利用重矿物分析 HMA 来确定物源方法可分为三步 1 利用传统的重矿物分析方法鉴别出岩石类型 限定源区位置 2 选择一种或几种单颗粒矿物与源区矿物进行地球化学对比 进一步获得源区岩石的信息 3 利用同位素测年进一步厘定源区的时代 三种方法的综合利用为正确评价源区提供准确信息 包括单矿物分析法和重矿物组合分析法 重矿物法 2 单矿物分析法 用于重矿物分析的单矿物颗粒主要有 辉石 角闪石 绿帘石 十字石 石榴石 尖晶石 硬绿泥石 电气石 锆石 磷灰石 金红石 钛铁矿 橄榄石等 a 用电子探针可分析上述矿物的含量 化学组分及其类型 光学性质等 针对每个重矿物的特性及其特定元素含量 用其典型的化学组分判定图或指数来判定其物源 单颗粒重矿物含量的平面变化可用来判定物源方向 如磁铁矿等 石榴石在物源分析中有极广泛的应用 重矿物法 b 单颗粒重矿物含量比值的源区意义 Morton等认为水动力条件和埋藏成岩作用是影
