地球化學(xué)法在物源分析中的應(yīng)用綜述

劉倩

摘要：物質(zhì)來源研究可基于研究沉積物（礦物）的母質(zhì)來源及其變化特征，詮釋沉積物從母質(zhì)風(fēng)化、遭受侵蝕、搬運(yùn)到沉積的區(qū)域環(huán)境演化過程。本文就常用的沉積學(xué)法和地球化學(xué)法在物源示蹤中的應(yīng)用進(jìn)行簡單總結(jié)闡述。

關(guān)鍵詞：物源分析；地球化學(xué)法

1引言

物源分析是通過各種方法確定沉積物物源位置和性質(zhì)及沉積物搬運(yùn)路徑，甚至可以確定整個(gè)研究區(qū)沉積環(huán)境構(gòu)造演化的過程。物質(zhì)來源研究可基于研究沉積物（礦物）的母質(zhì)來源及其變化特征，詮釋沉積物從母質(zhì)風(fēng)化、遭受侵蝕、搬運(yùn)到沉積的區(qū)域環(huán)境演化過程。

近年來物源分析已經(jīng)發(fā)展一門多技術(shù)、多方法、多學(xué)科的研究領(lǐng)域。其分析方法也不斷被擴(kuò)充。分析探討物質(zhì)來源的方法諸多，傳統(tǒng)的方法如，沉積構(gòu)造法（包括母巖巖性成分，粒度組分，形態(tài)等）、地球化學(xué)分析法（包括常量元素、稀土元素、同位素等）、重礦物分法（包括單礦物、重礦物）、地質(zhì)年代法等，新興的技術(shù)與方法如磁性礦物學(xué)方法、礦物顆粒微形貌分析法等。本文就當(dāng)前常用的沉積法（主要為粒度分析法）和地球化學(xué)法在物源分析、物源示蹤中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)闡述。

2粒度分析

粒度在物源分析中，分不同粒級(jí)組分或根據(jù)需要選擇特定粒級(jí)組分進(jìn)行物源分析已經(jīng)逐漸代替全樣分析法。熊尚發(fā)（1999）等分析了紅土樣品中>62.5μ m的粗顆粒所占的百分比，用以揭示紅土中粗顆粒含量少甚至可忽略不計(jì)，說明當(dāng)?shù)匚镌吹某煞挚梢院雎?，風(fēng)成沉積的贛北紅土的粒度特征與距離物源較近的黃土不同，可能是一種遠(yuǎn)距離的粉塵堆積即離物源地較遠(yuǎn)[1]。

3地球化學(xué)法

3.1常量元素

在地球化學(xué)元素中，化學(xué)元素的遷移與聚集不僅受其自身的物理化學(xué)性質(zhì)影響，還與其處的氣候環(huán)境有著密切關(guān)系。有些常量元素常常被用來確定沉積物母巖即物源區(qū)碎屑沉積物的成分。一些元素在沉積物風(fēng)化過程中化學(xué)性質(zhì)不活潑，性質(zhì)較為穩(wěn)定，在風(fēng)化過程中不易淋溶遷移，在呈酸性且潮濕的環(huán)境中易富集，例如Si、Al、Fe、Ti、Zr等元素。與之相反的是，有一些元素性質(zhì)及其活潑，常存在于各種長石礦物中，容易被淋溶，遷移能力強(qiáng)；P元素常存在于磷酸鹽礦物，由于磷酸鹽較易被風(fēng)化，遷移能力較強(qiáng)。 Mg 和 K 元素常存在于鎂硅酸鹽礦物、鉀長石或吸附態(tài)的酸根離子中，在強(qiáng)化學(xué)風(fēng)化和濕潤條件下容易被淋失，但K 元素易被粘土吸附，紅土粘粒較多時(shí) K 元素相對(duì)活動(dòng)元素含量略高。因?yàn)榛瘜W(xué)元素的不同特性，一些研究常用它們的含量比值來對(duì)沉積物的來源進(jìn)行一定推斷。有研究證明，Cox R等（1995）指出當(dāng)泥質(zhì)巖石中 K2O/ Al2O3>0.5時(shí)，說明母巖中具有相當(dāng)數(shù)量的堿性長石， K2O/ Al2O3<0.4時(shí)，說明母巖中只含少量的堿性長石。地球化學(xué)元素中微量元素主要通過單個(gè)穩(wěn)定元素或是元素比值來示蹤物源[2]。例如， Th、 Sc、 Zr、 Hf和 Nb在表生地球化學(xué)過程中比較穩(wěn)定，因?yàn)檫@些元素滯留的時(shí)間短而且在沉積、成巖以及變質(zhì)作用過程中不會(huì)發(fā)生明顯的變化，常常作為示蹤元素應(yīng)用于物質(zhì)來源、沉積過程等關(guān)鍵問題的研究[3]。

3.2稀土元素

稀土元素（REE）是一組很獨(dú)特的微量元素，它們的化學(xué)特性非常相似，地球化學(xué)行為也大體相同，變化規(guī)律表現(xiàn)出較好的同步性，表生環(huán)境下難以發(fā)生顯著的分餾作用和遷移，因而它們的配分模式及其參數(shù)比值常用于物源示蹤；目前 REE 已經(jīng)成熟廣泛運(yùn)用于基巖、黃土、大江大河和深海沉積物等物源示蹤研究中。Taylor等（1985）的研究指出REEs ，Th，Sc和 HFSE 很適合于確定物源區(qū)的性質(zhì)。此外， REE 元素因?yàn)槌练e環(huán)境的變化而輕微分餾和析出遷移現(xiàn)象，也可用于研究區(qū)的環(huán)境演變研究。有研究認(rèn)為華南紅土地球化學(xué)元素變化對(duì)環(huán)境具有很好的響應(yīng)機(jī)制。

另有學(xué)者利用正構(gòu)烷烴分子化石進(jìn)一步研究了宣城紅土所揭示中更新世的植被演化歷史，認(rèn)為流域的植被類型以木本為主（以 C27、 C29為主），草本植物次之（以 C31、 C33為主）；（C27 C29 ） / （C31 C33 ） 比值表現(xiàn)出多階段變化的特點(diǎn)，并且這種變化與巖性、粒度變化密切相關(guān)，反映出與沉積-成土有關(guān)的某些跡象。

3.3同位素

在對(duì)風(fēng)塵源區(qū)的示蹤研究中 ，Sr、 Nd同位素作為最有效的地球化學(xué)手段之一廣泛應(yīng)用于示蹤物質(zhì)來源與遷移。巖石、礦床和礦物的成因與類型判別、沉積物和風(fēng)化殼的物源示蹤、環(huán)境演變、大氣灰塵的物源與沉降等。原理是不同物質(zhì)在形成時(shí)，87 Sr/86 Sr和143 Nd/144 Nd數(shù)值會(huì)有明顯的差異，但在后期地表的風(fēng)化遷移過程中， Sr、Nd同位素組成又很少被改變，因此基本可以代表母質(zhì)的特征。

結(jié)語：目前，地球化學(xué)法是物源分析研究中最主要、應(yīng)用最為廣泛的方法手段之一，在物源示蹤及沉積環(huán)境的分析中具有非常重要的意義。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，技術(shù)設(shè)備的更新提高，物源分析理論的完善，我們相信，該法的實(shí)踐應(yīng)用匯繼續(xù)加深，在未來的地質(zhì)學(xué)研究中擁有更大的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

[1] 熊尚發(fā)， 丁仲禮. 贛北紅土與北京鄰區(qū)黃土及沙漠砂的粒度特征對(duì)比[J]. 科學(xué)通報(bào)， 1999， 44（11）：1216-1219.

[2] Cox R， Lowe D R. A conceptual review of regional-scale controls on the composition of clastic sediment and the co-evolution of continental blocks and their sedimentary cover[J]. Journal of Sedimentary Research， 1995， 65（1）：1-12.

[3] 郝立波， 戚長謀. 地球化學(xué)原理 ： 第三版[M]. 地質(zhì)出版社， 2004