遼南七頂山剖面石英顆粒表面化學(xué)成因特征及意義研究

逯宏菲

(遼寧師范大學(xué) 遼寧 大連 116029)

一、引言

石英顆粒表面特征分析1962年首次被應(yīng)用到地質(zhì)學(xué)研究領(lǐng)域[1]，諸多學(xué)者使用掃描電鏡對沉積物中的石英顆粒進(jìn)行了大量研究，探討了石英顆粒表面形態(tài)特征的形成機(jī)制及其與沉積環(huán)境的關(guān)系[2-4]。石英顆粒由于沉積區(qū)的溫度、濕度條件的差異對化學(xué)作用程度的影響，化學(xué)成因特征與沉積區(qū)的氣候條件關(guān)系更為密切[3]。我們就有可能利用掃描電鏡觀察石英顆粒表面的化學(xué)成因特征來探討沉積物沉積時期的氣候環(huán)境。因此，本文以遼南七頂山剖面為例，利用掃描電鏡對七頂山剖面紅色風(fēng)化殼中石英顆粒表面的化學(xué)成因特征進(jìn)行系統(tǒng)觀察，并利用化學(xué)作用度探討紅色風(fēng)化殼沉積時期的古環(huán)境變化，以期提出利用石英顆粒表面化學(xué)成因特征研究沉積物的新方法。

二、研究材料與實驗方法

(一)剖面選擇與樣品采集。七頂山剖面(121°41′2″E，39°15′70″N)位于大連市金州區(qū)七頂山街道東側(cè)，剖面海拔高度大約50 m，中部有約為4 m的紅色風(fēng)化殼，從剖面頂部向下挖一個新鮮溝槽按一定間距(40 cm)進(jìn)行連續(xù)采樣，共采集10個風(fēng)化殼樣品，自上而下依次編號為QDS1～QDS10。

(二)實驗方法。參考前人的方法[2～4]，對樣品進(jìn)行前處理后，使用SBC-12小型離子濺射儀給石英顆粒噴鍍上導(dǎo)電層，并對每個顆粒作快速定性分析，最后使用掃描電鏡儀器進(jìn)行觀察分析。

三、實驗結(jié)果

化學(xué)成因特征是由石英顆粒經(jīng)化學(xué)作用改造形成，可分為溶蝕作用特征、沉淀作用特征和晶體生長[2～4]?；瘜W(xué)成因特征可以在各種環(huán)境的石英顆粒表面上不同程度的發(fā)育[4]。

(一)溶蝕作用特征。石英顆粒不同部位抵抗化學(xué)溶蝕的強(qiáng)度不同，化學(xué)溶蝕沿著顆粒表面有缺陷部位發(fā)育，在晶面解體帶上產(chǎn)生鱗片狀剝落，在過渡帶上產(chǎn)生深邃的不規(guī)則溶蝕坑和溶蝕溝，在晶面非解體帶上產(chǎn)生方向性溶蝕坑[4]。具體見圖1。

鱗片狀剝落在七頂山剖面紅色風(fēng)化殼中的石英顆粒表面上，出現(xiàn)頻率為100%，輪廓呈鋸齒狀、輪廓狀等。剖面紅色風(fēng)化殼樣品中的石英砂上往往形成蜂窩狀溶蝕坑，坑中可見尚未脫落的蓋狀解理片或未完全溶蝕而殘留的塊狀物體。七頂山剖面的石英顆粒表面方向性溶蝕坑外形豐富多樣，且成排地出現(xiàn)，有的兩排交叉在一起。

圖1 七頂山剖面石英顆粒SEM化學(xué)成因特征

(二)沉淀作用特征。沉淀作用一般與溶蝕作用相伴生，石英顆粒因磨蝕和溶解產(chǎn)生過飽和氧化硅在表面發(fā)生沉淀[5]。在石英顆粒表面上，由于沉淀程度、形態(tài)的不同，沉淀作用的產(chǎn)物大致上可分為硅質(zhì)球、硅質(zhì)鱗片和硅質(zhì)薄膜三類[4]。具體見圖1。

硅質(zhì)球在七頂山剖面紅色風(fēng)化殼中的石英顆粒表面普遍發(fā)育，多形成于顆粒表面的低洼部分。硅質(zhì)球、硅質(zhì)鱗片和硅質(zhì)薄膜作為氧化硅沉淀作用的三種主要形式，圖1-C1記錄了從硅質(zhì)球到硅質(zhì)薄膜的演化。

四、討論

七頂山剖面的紅色風(fēng)化殼是下伏灰?guī)r在新近紀(jì)高溫高濕的氣候環(huán)境下經(jīng)過化學(xué)風(fēng)化在原地殘積而成。在高溫高濕的氣候條件下受化學(xué)作用的強(qiáng)烈改造，顆粒表面發(fā)育了大面積的化學(xué)成因特征。七頂山剖面的紅色風(fēng)化殼的CIA值在83.52 ～ 86.67之間變化[6]，平均值為85.27，表明紅色風(fēng)化殼處于高等化學(xué)風(fēng)化階段，發(fā)育環(huán)境為高溫高濕的氣候條件[7]。該剖面紅色風(fēng)化殼的CIA從底部到頂部波動幅度較大，表明七頂山剖面紅色風(fēng)化殼在其發(fā)育期內(nèi)的風(fēng)化殼風(fēng)化作用程度具有波動性，也反映出氣候環(huán)境的波動性，氣候波動影響化學(xué)作用程度的變化，進(jìn)而影響石英顆粒表面化學(xué)成因特征的發(fā)育程度。紅色風(fēng)化殼石英顆粒的化學(xué)作用度在垂向的上的變化趨勢與CIA有很好的同步性，說明石英顆粒表面受化學(xué)作用改造的程度與氣候環(huán)境緊密相關(guān)。

因此，利用石英顆粒表面特征反演沉積環(huán)境時，可以使用石英顆粒其他參數(shù)對沉積環(huán)境進(jìn)行探討，為研究古環(huán)境提供更加細(xì)致、準(zhǔn)確的證據(jù)以及新的方法。

五、結(jié)論

(1)利用石英顆粒表面化學(xué)成因特征，并結(jié)合化學(xué)作用度可以研究剖面沉積時期的環(huán)境變化。

(2)石英顆粒表面化學(xué)作用度指示紅色風(fēng)化殼的發(fā)育期內(nèi)具有波動性，可以表明紅色風(fēng)化殼發(fā)育時期的氣候波動性。