盆地物源分析

物源分析研究现状~

早期的物源研究主要根据地层的发育状况(包括接触关系和沉积界面等)、岩相的侧向变化和纵向叠置、矿物成分及其组合特征、地球化学特征及其空间变化等。而现代物源分析则将沉积岩的成分、结构、构造与大地构造背景联系起来。早在1979年，Dickinson等利用砂岩碎屑组分进行砂岩物源和大地构造背景分析。并依据大量的统计数据绘制了经验判别图解(Q-F-L，Qm-F-Lt，Qp-Lv-Ls，Qm-P-K，Qt-F-L图)。这些图解在国内外都到了广泛的应用，并成功地用于解释许多物源区的构造背景。之后国内外多位学者研究了不同地区、不同大地构造背景下的陆源碎屑组合特征及化学成分特征并提出了相关判断标准(Schwab，1981，1986;Maynard et al.，1982;Bhatia et al.，1983，1986;Roser et al.，1986)。例如，Schwab(1981，1986)总结了阿巴拉契亚、西怀俄明、西阿尔卑斯等前陆盆地的陆源碎屑组合特征，为造山期盆地的物源研究提供了对比标准。Maynard et al.(1982)系统统计了世界各种构造背景下现代砂沉积构架颗粒及化学成分，并提出了相关判别标准。Bhatia et al.(1983，1986)研究了澳大利亚东部塔斯曼地槽不同构造背景下杂砂岩的化学成分，先后提出判别砂岩构造背景的常量元素和微量元素标准。Roser et al.(1986)在研究新西兰古生代浊积岩时，建立并应用了一个K2O/Na2O-SiO2双变量图，对不同板块构造背景下形成的砂岩进行了判别。
矿物学和地球化学方法是物源分析最为常用的两大类方法。矿物学方法包括石英阴极发光法、轻矿物法、重砂矿物法、岩屑法等，其中阴极发光主要利用沉积岩中的石英、长石和岩屑多随物源变化而具有不同的发光特征，依此可分析有关造岩组分的来源(张绍平等，1989);轻矿物法主要利用母岩风化产物自源区向盆地搬运过程中不断发生沉积分异，使某些轻矿物如石英含量在平面上呈规律性变化的特点，从而推测物源方向(赵俊兴等，2008);重砂矿物法判断物源主要包括单矿物分析和重砂矿物组合两种方法，来自不同母岩区的沉积物往往具有不同的重砂矿物组合特征，这种组合特征可以直接反映母岩性质，同时利用不同时期水平方向上重砂矿物种类和含量变化图也可推测物质来源的方向。而ZTR等值线图则可以显示沉积物搬运路径，二者结合可以有效地确定母岩性质和位置(梁积伟等，2008;赵俊兴等，2008);用电子探针可分析单个重砂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(Bhatia et al.，1983，1986;Roser et al.，1986;方国庆，1993;李曰俊，2000;李双应等，2005;杨江海等，2006)，也可根据沉积岩中微量元素主要受物源影响，物源区与沉积区具有可比性的特点通过对沉积岩中微量元素含量及分布，尤其是一些相关元素比值的研究，可以推断沉积环境，反演当时的地质条件。特别是稀土元素的配分模式判定物源区性质和物源方向(宋凯等，2002;聂永生等，2004;卢海峰等，2006;王伟涛等，2007;梁积伟等，2008;赵俊兴等，2008;王昌勇等，2008，朱志军，2010):若LREE/HREE比值低，无Eu异常，则物源可能是基性岩石;若LREE/HREE比值高，有Eu异常，则物源多为硅质岩。另外，La-Th-Sc，Th-Co-Zr/10，Th-Sc-Zr/10和La/Yi-Sc/Cr等图解可用来判断物源区所在的大地构造环境，即大洋岛弧、大陆岛弧、活动大陆边缘和被动大陆边缘环境。
现今，随着地球化学成分分析技术和同位素测年技术的发展，物源分析的手段日益多样化和定量化。McLennan等分析总结了地球化学和同位素方法在分析沉积物物源方面的应用，认为其优点是既可以应用到富含基质的砂岩和页岩中，又可以确定物源的年龄和地球化学演化历史。其中，最重要的是Nd同位素组成(反映平均物源年龄)、Eu异常(反映地壳内部岩浆分异作用)、大离子亲石元素的富集(即LILE，反映物源组分)、碱土元素亏损(反映重砂矿物富集)、Zr和Hf富集(反映重砂矿物富集)和Cr富集(反映超镁铁质物源)(McLennan et al.，1993)。一些研究者也利用电子探针和质谱技术对副矿物和磁性矿物进行研究，以指示物源，如利用碎屑硅酸盐中侵入体(如磁铁矿)与重砂矿物对比进行沉积物物源研究(Mark et al.，2004)，并取得不错的效果。不仅利用同位素之间的相互关系也可以判别物源区，如利用绿帘石中的钕［εNd(t)］和锶［εSr(t)］同位素比值进行物源判别(幔源或壳源)(She Zhenbing et al.，2006;杨守业等，2007;Carmala et al.，2005;Sam VanLaningham et al.，2008)，通过沉积物年龄的测定也可用于物源判定，现在常用的方法有含铀微相(锆石、独居石)的U-Pb法、碎屑沉积岩的Rb-Sr法。以采用U-Pb法定年主要选取锆石(Dǎrra et al.，1999)和独居石(Monika et al.，2006)为研究对象，最常用的是锆石(Darby et al.，2006)。Rb-Sr法大多用于中酸性岩浆岩的测年，一般通过测定碎屑沉积物年龄并结合区域构造历史来判断物质来源和物源区岩浆活动历史(李忠等，2001)。Sm-Nd法判断沉积物物源主要采用碎屑沉积岩中Sm与Nd同位素资料来推断沉积物源区性质并估计陆壳从地幔中分离的时间(Goldstein，1984)。此外还有K-Ar法、Ar-Ar法等具示踪作用的同位素测年方法，结合区域年龄进行对比或根据构造演化历史来判别物质来源。
物源分析是一个综合性很强的课题，可选择的方法也很多，但几乎每种方法都有缺点或限制条件，在实际应用中应选择适合研究目标的几种不同方法进行综合分析及相互印证，才能得出令人信服的结果。同时，随着先进的分析技术和手段，尤其是地球化学成分分析技术和方法以及同位素测年技术的发展，为物源研究带来了新的机遇。

沉积物源分析是认识盆山演化的重要途径，是确定盆地演化的首要条件。物源区指盆地中碎屑物质的来源区 ( source area) 或母源区 ( parent area) 。母源区的岩石类型、气候、古地形可以为古地理、古气候的重建提供最基本的材料，对大到板块构造属性、小到区域断裂性质的判断等均有重要的指示作用。碎屑成分可以记录物源从一个块体搬运到一个块体的时间历程，还可以记录造山带深部的构造特性。物源分析的基本任务包括如下 4个方面: ①判断古陆或侵蚀区的存在; ②表明古陆地形的起伏特征; ③恢复古河流体系;④确定物源区母岩性质及其构造背景等。
不同物源区的母岩和构造背景在沉积盆地中有不同的沉积、地球化学响应，物源区母岩性质与其板块构造背景具明显的亲缘关系。
目前物源区判识方法主要包括沉积属性砂岩判识 ( 矿物、岩石、生物、成熟度、岩性) 和砂岩 ( 泥岩) 地球化学属性 ( 常量元素、微量元素、稀土元素、同位素) 判识两大方面。
碎屑岩中重矿物的物性特征 ( 如颜色、形态、粒度、硬度和稳定性等) 组合在物源分析、构造演化、地层分析对比、岩相古地理重建及古气候恢复等方面具有良好的应用前景 ( 和钟铧等，2001; S. F. Liu et al. ，2001) 。
对于塔里木沉积盆地类型的划分及构造背景的研究前人已做过许多工作。曹守连( 1994) 曾对塔里木盆地东北部地区充填序列进行了初步的物源分析，陈发景 ( 1994) 和张希明等 ( 1995) 根据 Dickinson 等的三角图解，对塔里木盆地北部地区的板块构造背景进行了判别分析。近年来，李忠 ( 2004，2005) 等通过库车坳陷的不同剖面，根据砾岩砾石成分、砂岩骨架颗粒、碎屑重矿物组分及其成熟度及演变等对北部物源区- 古天山构造活动与造山作用的关系进行了较为详细的讨论，指出天山物源总体以再旋回造山带类型为特征，演变包括 5 期: ①早三叠世古天山继承石炭纪以来的构造挤压和隆升，物源岩石类型主要为沉积岩、中高级变质岩，以碰撞造山和褶皱冲断带及混合造山带类型为特征;②中三叠世-中侏罗世构造活动较弱，代表高成熟度的锆石- 金红石- 电气石重矿物组合发育，主要物源岩石类型包括变质岩和酸性火山岩，与弧造山带和混合造山带类型关系密切; ③晚侏罗世-白垩纪，天山开始新一轮的构造挤压隆升，物源岩石类型复杂，可能以变质岩、沉积岩和酸性岩为主; ④中新世构造挤压和隆升活动加强，稳定性极差的碎屑角闪石- 辉石组合增多，物源组合东西分异明显，西部沉积岩相对较多，物源构造属性趋向碰撞造山和褶皱冲断带，东部结晶岩相对较多，物源构造属性复杂或以混合造山带类型为特征; ⑤上新世南天山强烈隆升并向南推进，与前一阶段相比沉积岩物源增多，但物源构造属性基本与之相同。后两阶段砾岩层和不稳定碎屑组分的发育除受控于天山强烈隆升外，可能还与气候环境频繁变化密切相关 ( 表3-1) 。
表3-1 库车坳陷碎屑重矿物组合及其对主要母岩类型的反映


(据李忠，2005)
李双建(2005)根据库车河剖面中新生界沉积物观察和重矿物分析，将库车坳陷中生代沉积与南天山隆升的分异作用分为4个阶段，即早中三叠世、晚三叠世至早白垩世、古新世至中新世、上新世(5Ma)以来，并认为最后一个阶段南天山隆升作用最强烈;将库车坳陷中新生代古气候演化分为3个阶段，即早三叠世(干旱-半干旱)、中晚三叠世-中晚侏罗世(湿润-半湿润)、晚侏罗世以来(半干旱-干旱);并认为晚侏罗世是该区气候演化的重要转折期，晚白垩世是该区构造活动的重要转折期，这两个阶段对库车坳陷内古地理演化和构造变形具有控制作用。
上述研究工作，基本上是对沉积物源纵向上的演变及其与构造属性关系进行的分析，而对于库车坳陷内区域性的物源变化研究较少。作者主要根据重矿物组合及变化、砂岩碎屑组分、砂岩(泥岩)地球化学属性，结合古水流流向分析、沉积地层的区域展布(厚度、砂地比、砂泥比)等资料，对库车坳陷中新生界物源区特征进行综合分析。

二叠纪—白垩纪时，吐哈盆地既有来自南部的物源也有来自北部奇台古隆起等的物源，甚至还有地块内部局部的物源，但主要的物源以南部为主。从新近纪起，统一盆地形成，四周均有物源供应。因此，从二叠纪—白垩纪，盆地南部是主要汇水区，同时也是主要的物源供给区。加之觉罗塔格山较博格达山老，经长期剥蚀夷平，觉罗塔格山已不陡峻，使塔里木北缘隆起和中天山、觉罗塔格山等地的古老变质岩、泥盆纪—石炭纪火山岩、海西期花岗岩都成为物源成分。中侏罗世之后，博格达山尽管也在隆起，但由于南部逆冲断层发育，山势陡峻，汇水范围小，主要在山前局部地段形成洪冲积扇沉积。就整个盆地而言，它不可能是主要物源区。即使到了燕山运动期，虽然博格达山不断向南推挤，北缘逆冲断裂向地块内发育，盆缘中生界受挤压而褶皱，沉降中心不断南移，但盆地古地理总格局未变，物源主供应渠道也无大的改变。直至喜马拉雅运动期，由于强烈的构造变动，博格达山急剧隆升，地块北半部逆冲断裂强烈活动，整个北半部叠覆上升，中央断背斜带形成，地块以南的物源已难以到达盆地北部，因此，北半部的物源开始主要来自博格达山和哈尔里克山。而中央断背斜带以南的吐鲁番坳陷南半部，由于受四面隆起的影响，逐渐发展为盆地新的沉积中心。其南部的觉罗塔格山由于长期遭受上升剥蚀，相对固结程度已较高，多为低山丘陵，加之不是南高北低的斜坡，因此不利于风化产物向盆地方向搬运。同时，由于中央隆起的影响，中央断背斜带以北的物源无法到达沉降中心，遂使艾丁湖一带成为亚洲大陆上的最低点，因此吐哈盆地实际上是一个非补偿性盆地（据李文厚，1996）。

从岩石学角度或地球化学角度分析，吐哈盆地的砂岩沉积主要属杂砂岩类，少量分属贫长石杂砂岩和长石杂砂岩，总的结构成熟度和成分成熟度均较低，表明本区砂岩主要形成于强烈剥蚀及快速搬运的沉积环境中。觉罗塔格山和博格达-哈尔里克山的中、酸性火成岩是其主要物源。根据砂岩稀土元素分布特点及惰性痕量元素比值可以得出，沉积物的物源来自上地壳即大陆壳内，吐哈盆地为坐落于陆壳之上的沉积盆地。由于构造运动的影响，砂岩成分随时间发生改变，可以划分出二叠纪、三叠纪—侏罗纪以及白垩纪—新近纪三个重要演化阶段。在晚二叠世，觉罗塔格山隆起强烈，吐哈盆地开始形成，接受了大量的火山碎屑沉积，形成成分成熟度较低的砂岩；三叠纪—侏罗纪，盆地发育稳定而广阔，化学风化作用加强，砂岩的成分成熟度明显提高；而在侏罗纪末，博格达山强烈隆起，构成吐哈盆地新的主要物源区，强烈的剥蚀及快速的搬运作用使吐哈盆地接受了大量不成熟的砂质沉积。

图1—3 吐哈盆地不同时期沉积-物源关系示意图

（据邵磊等，1999修改）

总之，盆地的物源区也随时间发生改变（图1—3）。从二叠纪到侏罗纪，盆地南部的觉罗塔格山是盆地的主要物源区，博格达山的局部隆起（如在桃树园地区）仅是次要的物源区，古流向由南向北。奇台古陆在侏罗纪时对盆地北部是一重要物源区，其导致盆地北部地区沉积物由北向南搬运。自晚侏罗世，博格达山发生强烈隆起，构成本区的另一物源区。在白垩纪，新隆起的博格达山是盆地物源的主要提供者，并且在古近纪和新近纪博格达山继续强烈隆升，成为盆地的主要物源区。在盆地东部的哈密坳陷，尽管盆地南部的觉罗塔格山是盆地的物源区，哈尔里克山一直是持续剥蚀区和本区另一重要物源区，古流向在坳陷北侧总是由北向南（邵磊等，1999）。含矿砂体中碎屑锆石U-Pb同位素组成测定结果表明所得到的等时线相关关系良好（R=0.98），等时线年龄为（283±67）Ma，与蚀源区斑状花岗形成年龄（268±13Ma）相比，在误差范围内是一致的，表明吐哈盆地含矿砂物源主要来自南部蚀源区觉罗塔格山的海西晚期花岗岩体。

以上觉罗塔格构造带与博格达山构造带是吐哈盆地形成的两个最主要构造带，它们对吐哈盆地的沉积格局及沉积物来源起着主要的控制作用。

---

成都市19356038821： 内陆盆地沉积物的物源来自哪里? - ？
苍阎复方： 内陆盆地沉积物来自古海洋.在漫长的地质变迁进程中,地球板块挤压,陆地隆起,盆地与古海洋逐步隔绝,盆地干涸,在生物地质年代里所有沉积物几近都被深埋于底层保存起来.所以,在内陆盆地沉积层里面可以发现大量古海洋生物的遗址,包括石油、天然气都属于系类.

成都市19356038821： 鄂尔多斯盆地的资源 - ？
苍阎复方： 鄂尔多斯盆地位于中国中西部地区,为中国第二大沉积盆地,其天然气、煤层气、煤炭三种资源探明储量均居全国首位,石油资源居全国第四位.此外,还含有水资源、地热、岩盐、水泥灰岩、天然碱、铝土矿、油页岩、褐铁矿等其他矿产资源...

成都市19356038821： 盆地的特点是什么? - ？
苍阎复方： 1.地形特点: 盆地多分布在多山的地表上,在丘陵、山地、高原都有相应的不同构造的盆地.盆地基本呈中间低,四周高的盆状形态.盆地内部相对盆地外部地形平缓,多平原和丘陵,适合人类居住和农业生产.盆地外部多为高山,适合山地农...

成都市19356038821： 沉积相图与岩相古地理图有什么区别 - ？
苍阎复方： 沉积相图范围相对较小,反映盆地局部沉积单元沉积相类型、沉积体系展布、物源/水流方向等信息,常用于辅助制定局部地区勘探开发方案.岩相古地理图范围较大,通常是整个盆地或者相邻的若干盆地,反映盆地的形态、平原区、剥蚀区、水域分布以及大型地貌单元分布等信息,主要用于勘探早期的盆地分析.

成都市19356038821： 地球化学找矿的流程有什么呀 - ？
苍阎复方： 在实际工作中,地球化学找矿是我们经常用到的方法.地球化学找矿是通过发现异常、解释评价异常的过程来进行的.异常可以存在于各种于不同的介质中,根据进行地球化学调查介质的不同,地球化学找矿可以分为以下几个方面:1. 岩石地...

成都市19356038821： 为什么我国四大盆地石油天然气资源丰富? - ？
苍阎复方： 我国四大盆地都属于古沉积盆地,而油气资源往往形成在稳定的古沉积盆地中.石油天然气的形成 研究表明,石油的生成至少需要200万年的时间,在现今已发现的油藏中,时间最老的达5亿年之久.但一些石油是在侏罗纪生成.在地球不断演...

成都市19356038821： 分析澳大利亚自流盆地地下水类型及主要来源 - ？
苍阎复方：[答案] 大自流盆地的东侧是大分水岭,由于受来自太平洋的东南风的影响,降水较多,丰富的雨水沿着隙水的岩层向低洼处渗透在盆底底部凿井,到蓄水层,中部盆地的地面低于地下贮水层水面,再加上水本身的压力,水就可以自动喷出地面了

成都市19356038821： 读我国西北某区域地表物质组成分布图,回答下列问题.(1)分析塔里木盆地与准噶尔盆地地表组成物质分布差异的形成原因.(2)依托准噶尔盆地丰富的... - ？
苍阎复方：[答案] (1)准噶尔盆地受来自大西洋和北冰洋的水汽影响,降水较多,所以草原面积较大;塔里木盆地受周围高山的阻挡,水汽难以进入,降水少,所以沙漠面积较大,盆地边缘有高山冰雪融水,水源较多,所以草原主要分布在盆地周围边缘地区. (2)在石...

成都市19356038821： 中国的五大盆地是什么? - ？
苍阎复方： 1.中国的五大盆地是:四川盆地、塔里木盆地、吐鲁番盆地、柴达木盆地、 准噶尔盆地. 2. 四川盆地:地处中国大陆西南部,位于东经103°~108°、北纬28°~32°附近之间,面积大约45万平方公里.自东北至西南方向呈不规则椭圆状.传统理论...

成都市19356038821： 求高手解答什么是补偿盆地 - ？
苍阎复方： 由于构造活动缓和造成同沉积断裂背景下的可容纳空间增长缓慢或物源充分,沉积物供给相对较足的盆地称为补偿盆地.