浅析重矿物在沉积盆地分析中的应用

2013-08-15高军锋周新锋

地下水 2013年5期

关键词：古气候物源矿物

高军锋，周新锋

(1.西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069;2.陕西省地矿总公司综合勘查分公司，陕西渭南 714000)

浅析重矿物在沉积盆地分析中的应用

高军锋1，周新锋2

(1.西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069;2.陕西省地矿总公司综合勘查分公司，陕西渭南 714000)

重矿物耐磨蚀、稳定性强，能够保留较多的地质信息，在盆地分析的盆缘构造演化、物源分析、地层划分与对比、岩相古地理重建、古气候恢复等方面可广泛应用。但其应用也存在一定局限性，需充分考虑重矿物的来源、年代等因素，多方法协同，才能在盆地分析的上述方面得到准确的结论。

重矿物分析;盆地分析;应用

20世纪60年代，重矿物［1］主要应用于地层对比，到了80年代，国内外沉积岩重矿物研究发展迅速，在沉积矿产、石油地质、海洋地质等方面进行了大量工作，取得了初步成效，但还不够普及。近十几年来，随着大批先进测试技术和分析方法在重矿物分析中的应用，重矿物分析在盆缘构造演化、盆地物源分析、地层对比与划分、岩相古地理重建、古气候研究等方面的应用越来越广泛。

1 重矿物在沉积盆地分析中的应用

1.1 盆山构造演化

盆山转换是现代地质学研究的热点之一，划分对比沉积盆地的重矿物地层是反演盆缘造山带构造演化的基础。此方法也得到了国内外学者的广泛应用。冉波，王成善，朱利东，曹珂，严宝年，汪满福等，对酒西盆地火烧沟剖面和红柳峡剖面早新生代沉积物进行研究时，根据重矿物几何形态、含量变化和组合等矿物学特征，将剖面划分出4个明显不同的重矿物变化阶段，分析了造山带的隆升演化。Kazuo等将喜马拉雅南缘的孟加拉扇17 Ma以来的沉积地层划分为5个重矿物带，以此来讨论造山带的隆升史，Hanson根据柴达木北缘新生代盆地重矿物的分层性探讨了柴达木盆地周缘造山带第三纪以来的脱顶历史(和钟铧等，2001)。

1.2 物源分析

目前重矿物分析在进行物源分析时主要有单矿物分析法和组合分析法:对可进行单矿物分析的重矿物进行含量、化学组分及其类型、光学性质等的分析，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;重矿物组合是物源变化的极为敏感的指示剂，利用不同时期水平方向上重矿物种类和含量变化图，可推测物质来源的方向(赵红格，刘池洋，2003)。

在实际科研和生产中此方法得到了极为广泛的应用［2－3］。另外，金秉福、宫立新、宋键等人在研究大沽河泥沙来源时，运用重矿物分析与古气候和环境演变相结合的方法，对大沽河的物源进行了成功的分析。

1.3 地层划分与对比

在缺乏化石，岩性单一，难以找到进行有效地层划分和对比的标志层或标准层并且常常还具有穿时现象的复理石盆地、磨拉石盆地等类型的盆地内，地层分析和对比十分困难，此时根据研究区各层段内重矿物的含量及重矿物组合特点建立重矿物地层则可以有效解决这一问题。重矿物分析很早就在地层划分与对比中得到了应用。峰峰煤田煤系地层为石炭二叠系，煤系上覆盖了810－860 m二叠系上下石盒子组和石千峰组陆相建造，这套地层岩性、厚度变化比较大，层位对比较困难，影响钻孔施工中层位确定及对构造存在与否的解释(李英超等，1994)。李英超等在煤田探区薄片鉴定、岩心观察的基础上对重矿物的种类、含量、组合等进行了系统的汇总、分析、对比，为探取地层的划分和对比提供了可靠的依据，成功的解决了这一难题。

1.4 古地理重建

地理环境是重矿物的分布的制约因素之一，这是利用重矿物分析进行古地理重建的一个重要的理论基础。叶玮的关于顺直河道中沉积物的粒度及重矿物分布规律大型室内水槽实验结果表明［4］，顺直河道中平面上，浅滩的头部为贫矿区，重矿物集中分布在尾、身部，深槽对重矿物也具富集能力;在纵段面上，重矿物富集区域是不连续的，浅滩的迎水坡和浅滩与浅滩之间的凹槽部分为重矿物富集的有利部位。另外，重矿物沿流向从上游向下游逐渐富集，并于下游呈高度集中之势。总之，不同的地理环境，重矿物有着不同的分布规律。随着先进测试技术和分析方法在重矿物分析中的应用，重矿物分析在岩相古地理研究中的应用也越来越广泛。如赵军，洪庆玉，董伟良等在北部湾涠西南凹陷物源方向及古地理景观分析的研究中将磁铁矿、白钛矿、锆石、电气石、石榴石和赤褐铁矿按件数加权和井数加权，运用它们在各组段量的变化进行了古地理景观的分析。另外，王明磊、张廷山等也在其研究项目准噶尔盆地南缘中段古近系紫泥泉子组紫三段的研究中将重矿物分析运用到了古地理重建中。

1.5 古气候恢复

从重矿物角度进行古气候研究，一开始并未得到国内外学者的应用。为了恢复古气候条件，不少学者对轻组分长石进行过仔细研究，例如McKee曾把长石分为新鲜的与风化的两种，详细地研究了英国各时代砂岩中长石的性质，阐明了英国许多地质时代的气候情况。

后来人们认识到气候是影响母岩风化的主要因素之一，从而影响重矿物的组成及稳定性，因此，依据重矿物可进行古气候恢复。沈丽琪等对“北京人”洞穴遗址内沉积物的重矿物进行了分析总结出了重矿物在地层中的韵律性，认为在气候因素起主要作用时，矿物稳定指数高，代表潮湿气候，反之，稳定指数低则反映气候干凉。杨宁宁等在其研究中运用重矿物分析和粒度分析对察尔汗盐湖的古气候做了一定的讨论。

2 结语

(1)地质环境一般是非常复杂的，仅靠重矿物分析一种方法难免出现误差，如在物源分析方面，Humphreys于1991年曾对挪威北海中央地堑晚侏罗世粉砂岩的源区进行了6个方面的分析结果发现使用不同的技术和不同的示踪标志得到不同的物源结论(和钟铧，2001)。因此在利用重矿物进行盆地分析时应具体情况具体分析合不同的方法进行综合评价和分析。

(2)在进行矿物成熟度和稳定系数研究时要注意相同粒级才能进行比较，这是因为碎屑矿物成分明显依赖于颗粒的大小，分析全部碎屑物质是否都是原始来源，否则稳定系数将没有那么确定的意义。

(3)利用重矿物研究构造演化时还应注意重矿物的来源问题，即它是来自于盆缘造山带脱顶作用，还是同构造火山活动。

(4)重矿物的母岩为火山岩和变质岩时，其中的重矿物经历的搬运、沉积次数较少，受后期的影响小，地质信息保留较好，能够很好的反映源区性质。但对于沉积岩母岩来说，其中的重矿物很可能经历了多次的搬运、沉积，改造强烈，地质信息受后期作用的影响较大，用它进行分析时应慎重。

(5)时代较老如中生代、古生代的沉积物，重矿物保存至今，因温度、埋深等条件在不同时期不同而使其种类增多，含量分布较分散，保留原岩的信息减小，对判断物源不利。

［1］朱筱敏.沉积岩石学［M］.北京:石油工业出版社，2008.

［2］汪正江.物源分析的研究与展望［J］.沉积与特提斯地质，2000，25(4):78－83.

［3］赵红格，刘池洋.物源分析方法及研究进展［J］.沉枳学报，2003，21(03):409－415.

［4］叶玮.顺直河道中沉积物的粒度及重矿物分布规律—室内大型水槽实验［J］.沉积学报，1998，16(01).

［5］冉波，王成善，朱利东，曹珂，严宝年，汪满福.距今40～30Ma时期青藏高原北缘酒西盆地沉积物重矿物分析和构造意义［J］.地学前沿，2008，15(05).

［6］和钟铧.重矿物在盆地分析中的应用研究进展［J］.地质科技情报，2001，20(4):29 －32.

［7］金秉福，宫立新.大沽河泥沙来源的重矿物分析及其环境意义［J］.海洋科学，2010，34(10)

［8］李英超.岩矿、重矿物分析在非煤系地层对比中的应用［J］.河北地质，1994，3