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［ε_Nd(t)］和锶［ε_Sr(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。