地球化學法在物源分析中的應用綜述

劉倩

摘要：物質來源研究可基于研究沉積物（礦物）的母質來源及其變化特征，詮釋沉積物從母質風化、遭受侵蝕、搬運到沉積的區域環境演化過程。本文就常用的沉積學法和地球化學法在物源示蹤中的應用進行簡單總結闡述。

關鍵詞：物源分析；地球化學法

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及沉積物搬運路徑，甚至可以確定整個研究區沉積環境構造演化的過程。物質來源研究可基于研究沉積物（礦物）的母質來源及其變化特征，詮釋沉積物從母質風化、遭受侵蝕、搬運到沉積的區域環境演化過程。

近年來物源分析已經發展一門多技術、多方法、多學科的研究領域。其分析方法也不斷被擴充。分析探討物質來源的方法諸多，傳統的方法如，沉積構造法（包括母巖巖性成分，粒度組分，形態等）、地球化學分析法（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）、地質年代法等，新興的技術與方法如磁性礦物學方法、礦物顆粒微形貌分析法等。本文就當前常用的沉積法（主要為粒度分析法）和地球化學法在物源分析、物源示蹤中的應用進行總結闡述。

2粒度分析

粒度在物源分析中，分不同粒級組分或根據需要選擇特定粒級組分進行物源分析已經逐漸代替全樣分析法。熊尚發（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，說明當地物源的成分可以忽略，風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，可能是一種遠距離的粉塵堆積即離物源地較遠[1]。

3地球化學法

3.1常量元素

在地球化學元素中，化學元素的遷移與聚集不僅受其自身的物理化學性質影響，還與其處的氣候環境有著密切關系。有些常量元素常常被用來確定沉積物母巖即物源區碎屑沉積物的成分。一些元素在沉積物風化過程中化學性質不活潑，性質較為穩定，在風化過程中不易淋溶遷移，在呈酸性且潮濕的環境中易富集，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；P元素常存在于磷酸鹽礦物，由于磷酸鹽較易被風化，遷移能力較強。 Mg 和 K 元素常存在于鎂硅酸鹽礦物、鉀長石或吸附態的酸根離子中，在強化學風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 K 元素相對活動元素含量略高。因為化學元素的不同特性，一些研究常用它們的含量比值來對沉積物的來源進行一定推斷。有研究證明，Cox R等（1995）指出當泥質巖石中 K2O/ Al2O3>0.5時，說明母巖中具有相當數量的堿性長石， K2O/ Al2O3<0.4時，說明母巖中只含少量的堿性長石。地球化學元素中微量元素主要通過單個穩定元素或是元素比值來示蹤物源[2]。例如， Th、 Sc、 Zr、 Hf和 Nb在表生地球化學過程中比較穩定，因為這些元素滯留的時間短而且在沉積、成巖以及變質作用過程中不會發生明顯的變化，常常作為示蹤元素應用于物質來源、沉積過程等關鍵問題的研究[3]。

3.2稀土元素

稀土元素（REE）是一組很獨特的微量元素，它們的化學特性非常相似，地球化學行為也大體相同，變化規律表現出較好的同步性，表生環境下難以發生顯著的分餾作用和遷移，因而它們的配分模式及其參數比值常用于物源示蹤；目前 REE 已經成熟廣泛運用于基巖、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的性質。此外， REE 元素因為沉積環境的變化而輕微分餾和析出遷移現象，也可用于研究區的環境演變研究。有研究認為華南紅土地球化學元素變化對環境具有很好的響應機制。

另有學者利用正構烷烴分子化石進一步研究了宣城紅土所揭示中更新世的植被演化歷史，認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 ） 比值表現出多階段變化的特點，并且這種變化與巖性、粒度變化密切相關，反映出與沉積-成土有關的某些跡象。

3.3同位素

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

結語：目前，地球化學法是物源分析研究中最主要、應用最為廣泛的方法手段之一，在物源示蹤及沉積環境的分析中具有非常重要的意義。隨著科學技術的進步，技術設備的更新提高，物源分析理論的完善，我們相信，該法的實踐應用匯繼續加深，在未來的地質學研究中擁有更大的發展空間。

參考文獻

[1] 熊尚發， 丁仲禮. 贛北紅土與北京鄰區黃土及沙漠砂的粒度特征對比[J]. 科學通報， 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. 地球化學原理 ： 第三版[M]. 地質出版社， 2004