1樓：中地數媒
沉積岩成分的研究在沉積學領域一直占有重要的位置。20世紀60年代板塊理論的興起，為各地質學科注入了新的生機。20世紀70年代以來，沉積岩成分特徵與板塊構造關係的研究便應運而生。
它將沉積岩成分的物源意義與板塊構造背景下的沉積盆地型別緊密地聯絡在一起，並將沉積岩成因的大地構造屬性分析拓展到與全球構造相對應的更為廣闊的應用領域。
1.砂岩礦物成分與構造背景
2023年，迪金森根據雜砂岩（硬砂岩）和長石砂岩的研究，首次提出了砂岩構造背景分析的「碎屑模型」和「顆粒指數」概念。2023年澳大利亞的克拉克以各種雜砂岩為研究物件，採用q-f-l**，討論了用砂岩碎屑組分進行構造背景分析的基本原理，並根據構架顆粒中石英和sio2含量及k2o/na2o比值，將雜砂岩分為三類，並對應於不同的板塊構造環境（表9-3）。
表9-3 復理石組合中雜砂岩成分與大陸邊緣型別的關係
（據李繼亮，1982，轉引自馬文璞，1992）
迪金森等（1979）根據已知構造背景的現代和古代砂岩的4000 多個樣品統計分析，確定出碎屑—物源區—板塊構造三位一體的分類方案。2023年，他又利用7500個古代砂岩資料，對2023年的模型作了進一步完善。他分析了晚前寒武紀至第三紀北美主要構造發生時期及性質，編制出8張碎屑模型-古構造圖。
目前，迪金森（1979，1983，1985）的碎屑模型和板塊構造物源區的研究，已成為流行最廣的方案（表9-4，圖9-7，圖9-8）。
圖9-7 不同型別物源區的砂岩平均碎屑礦物成分分布三角圖
（據w.r.dickinson，1985，轉引自孟祥化、葛銘等，1993）
顆粒型別符號：qt—石英顆粒總數（qm＋qp）；qm—單晶石英；qp—多晶石英質岩屑；f—單晶長石總數（p＋k）；p— 斜長石；k—鉀長石；lt—多晶質岩屑（l＋qp）；l—不穩定岩屑（lv＋ls）；lv—火山岩屑；ls— 沉積岩和變質沉積岩岩屑
表9-4 迪金森主要蝕源區劃分
（據w.r.dickinson，1979）
2.碎屑岩化學成分和構造背景
近年來，國內外一些學者應用比較沉積學和比較大地構造學觀點，對沉積物質的成熟度、微量元素的分配型別、稀土元素分布模式、砂岩的常量元素等方面進行了研究，其成果為物源區及其板塊構造背景的分析提供了重要的資訊。
（1）砂岩的化學成分分析
巴蒂亞（m.r.bhatia，1983）根據現代和古代不同構造部位的大量砂岩的岩石化學資料歸納總結出大洋島弧、大陸島弧、活動大陸邊緣和被動大陸邊緣4類典型的平均化學成分（表9-5），其**模型如圖9-9所示。
這些砂岩化學引數主要有5種：w（fe2o3＋mgo）、w（tio2）、w（al2o3）/w（sio2）、w（k2o）/w（na2o）和 w（al2o3）/w（cao ＋na2o），其中以w（fe2o3＋mgo）分別對w（tio2）、w（al2o3）/w（sio2）兩組引數對所顯示的**分割槽重疊最小，效果較好。在表9-5和圖9-9中，d型主要反映次穩定型建造的砂岩化學成分特徵；a、b、c型主要代表非穩定型建造的砂岩化學成分特徵。
圖9-8 根據w（q）－w（f）－w（l）和w（qm）-w（f）-w（lt）**劃分的板塊構造物源區型別
（據w.r.dickinson，1983，轉引自孟祥化、葛銘等，1993）
qm—單晶碳；q—石英；f—長石；l—岩屑；lt—為l＋qm
表9-5 各種構造環境砂岩的平均化學成分及引數值
（據m.r.bhatia，1983，轉引自孟祥化、葛銘等，1993）
圖9-9 砂和砂岩構造環境判別的主要化學成分分布圖
（據m.r.bhatia，1983，轉引自孟祥化、葛銘等，1993）
a—大洋島弧（方塊）；b—大陸島弧（三角）；c—安第斯型大陸邊緣（星）；d—被動大陸邊緣（黑圓點）
（2）微量元素和稀土元素分析
稀土元素（ree）以具穩定的地球化學性質為特徵，除在特殊的風化殼或大陸上強烈的風化殘餘物（如殘積鋁土礦）中發生富集或貧化外，一般在沉積岩中受成岩及成岩後的各種改造作用的影響很小，甚至到高階變質作用的麻粒巖相，ree 才有微弱的活動性。因此，ree的分布特徵反映建造的「原始」性質和物源特點。在表生條件下，它們在母岩中的豐度和物源區的風化條件是沉積物中ree的主要控制因素，這兩者同時又受構造背景的制約，構造環境的穩定與否，既控制了沉積建造的物質**，又決定了稀土元素在表生條件下的相對「停留」時間，從而影響ree的豐度和分餾程度。
判別各種構造背景的沉積組合時，可以採用巴蒂亞（1985）歸納的不同構造背景下的雜砂岩的ree特徵值（表9-6）和模式曲線（圖9-10）進行鑑別。
表9-6 各種構造背景的雜砂岩的ree參數列 （wb/10－6）
（據m.r.bhatia，1985，轉引自孟祥化、葛銘等，1993）
圖9-10 各種構造位置雜砂岩的球粒隕石標準化曲線（上）和後太古宙澳大利亞頁岩（paas）的球粒隕石標準化曲線（下）
（據m.r.bhatia，1985，轉引自孟祥化、葛銘等，1993）
從次穩定型的被動大陸邊緣至活動型的大洋島弧區，w（ree）、w（lree）/w（hree）、w（la）/w（yb）等特徵值明顯降低，而w（eu）/w（eu）則顯著公升高；在ree模式曲線圖上，eu從明顯的負異常變到無虧損，曲線的斜率逐漸減小。
在稀土元素分析中，泥質巖的稀土元素分布同砂岩一樣，用於鑑別沉積型別具有較好的效果。泥質巖作為機械分異的最終產物，在風化—沉積旋迴中經歷過「充分」的均勻化作用。在各類沉積岩中，泥質巖的ree 含量為最高，其ree平均值約佔上陸殼的20%，可以反映沉積組合中ree的平均分布。
在利用ree模式曲線和特徵值判別建造的構造環境時，應注意其應用範圍，目前主要限於太古宙之後的沉積建造。這是由於在研究ree與地殼演化的關係時發現，ree在太古宙之後的沉積建造中變化不明顯，且均無eu的異常。
巴蒂亞（m.r.bhatia，1986）通過對澳大利亞東部塔斯曼褶皺帶的研究，總結了沉積岩的微量元素及其與源區型別和構造背景的關係，作出了利用微量元素進行構造環境判別的**。
3.矽質巖稀土元素與構造背景的關係
海洋中不同環境和不同深度的ree含量和分布模式都有一定的差別。h.martin等認為海洋中的ree主要**於河水的補給。
大洋海水相對於河水和陸棚海水有3方面的差異：①ree總量降低；②鈰（ce）的虧損；③hree相對於lree富集。其中，ce的虧損或富集最為明顯。
在河水中，無論是懸浮質還是溶解質，ree都不顯示ce的負異常，而海水ce則可表現出明顯的虧損。然而並非所有地區海水都如此，fleet 認為只有開闊大洋海水才能出現明顯的 ce 負異常。（e⁃.
d.goldberg）戈爾德貝格等曾注意到北大西洋2個站位的8個海水樣品具明顯的ce負異常（ce平均值為0.32×10-6），而臨近大陸的海洋如波多黎各海槽、巴倫支海（歐洲）等的海水中ce濃度正常。
另外，在洋中脊附近，海水的ce負異常最為顯著。
ree從海水中遷移進入沉積物的主要途徑是通過海水中ree結合進入生物相和自生礦物相。如果從海水向沉積物的元素遷移過程中，ree 沒有發生明顯的分餾，沉積物的ree則可以繼承海水的ree特徵。下面分別簡要介紹一下shimizu等和murray等的研究結果。
shimizu等對深海鑽探計畫（dsdp）鑽孔中的矽質沉積物進行ree分析。在太平洋中部的5個樣品中，有3個白堊紀—漸新世燧石樣品，ce的含量分別為0.21×10-6、0.
29×10-6和0.32×10-6。兩個從放射蟲軟泥中分離出來的矽質微化石樣品（分別是漸新世和始新世）ce為0.
22×10-6和0.24×10-6。因此太平洋樣品均顯明顯的ce負異常。
取自加勒比海的乙個dsdp燧石樣品（始新世）ce的含量為0.47×10-6，顯較弱的負異常。shimizu等將上述燧石和矽質化石的ree值與陸地燧石的ree進行了比較，陸地樣品中有兩個是日本岐阜三疊紀—侏羅紀燧石，乙個是加拿大安大略二疊紀—三疊紀燧石。
結果這些陸地燧石ce的含量分別是1.0×10-6、1.2×10-6和1.
4×10-6，無負異常或顯正異常，與深海燧石截然不同。
shimixu等因此提出ce的負異常是指示燧石是否形成於海洋環境的良好指標。他們認為加勒比海燧石的ce弱負異常是因為加勒比海區與大洋之間被島鏈隔離所致。根據ree的分布模式，shimizu等推測那些陸地燧石形成於海岸、邊緣海或內陸海環境。
murray等對美國西海岸加利福尼亞侏羅紀—白堊紀燧石進行了ree研究。他們根據已有的生物地層學、沉積學、礦物學和地球化學的研究資料，將此區燧石分為三個沉積環境組合，分別是：①覆蓋在枕狀玄武岩之上，洋中脊環境的紅色富錳燧石；②形成於大洋底環境，與頁岩互層的薄層燧石；③形成於大洋邊緣環境，被雜砂岩所覆蓋的綠色燧石。
ree分析結果表明，9個洋中脊環境燧石樣品中ce的平均含量為0.30×10-6，為明顯的ce負異常；3個代表大洋底環境的燧石為ce中等負異常，ce的平均含量為0.55×10-6；形成於大陸邊緣環境的15 個燧石負異常不明顯或甚至為正異常，ce的平均含量為0.
79×10-6～1.54×10-6。此外murray等還注意到與燧石共生的頁岩也具有與燧石類似的ce異常特徵，另外燧石或頁岩的ree含量與其沉積環境也有一定的關係。
murray等對上述現象的解釋是，由於鐵錳質對ce的優先提取，擴張洋中脊附近的海水ce強烈虧損，而非鐵錳質沉積物吸附了這種ce虧損的ree，因而使矽質沉積顯示出強烈的ce負異常。ce中等異常的燧石形成於大洋盆底，即遠離洋中脊又不受大陸物源的影響，並且長期與大洋海水接觸，因而吸附了海水中具ce負異常的ree。ce微弱異常或正異常的燧石反映了大陸邊緣沉積物的ree特徵。
圖9-11 昌寧-孟連帶矽質巖的鈰（ce）異常變化
（據鍾大賚等，1998）
鐘大賚等（1998）在研究滇、川西部古特提斯造山帶構造演化中，通過研究昌寧-孟連構造帶泥盆紀—三疊紀矽質巖ce異常的變化（圖9-11），恢復了昌寧-孟連帶泥盆紀—三疊紀洋盆的開裂、擴張到收縮的演化歷史。
綜合shimizu、murray和鐘大賚等的研究可以看出，海相矽巖的ree特徵，尤其是ce特徵，能夠反映矽巖的沉積環境。在進行沉積相、沉積盆地和板塊構造重建的研究中，可以將不同環境矽質巖的ree值，特別是murray等的不同型別矽巖的ce含量值作為矽巖沉積環境的判別標準。當然，由於目前這方面的分析資料還不多，ce含量值隨環境變化的判別值還不夠完善、具體，所以還有待於更多的分析材料來補充、修訂和總結以往的標準，以建立更為全面的矽巖沉積環境ree判別標誌。
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