Question

利用砂岩骨架碎屑组分恢复物源区构造背景

Answer 1

一、恢复原理及方法

利用骨架碎屑组分恢复物源区构造背景的方法源于Dickinson et al.(1979，1980，1983)的研究，他们总结了世界上典型地区的砂岩碎屑组分，将砂岩的碎屑组分做了详细的划分和定量统计，发现不同构造背景砂岩中的骨架碎屑颗粒的含量有一定的差别(表16－1)，并据此编绘出用于物源判断的模式图———迪金森三角图解。迪金森三角图解包括QFL、Q_mFLt、Q_pL_vL_s和Q_mPK四幅图(图16－1);后期通过对碎屑组分含量及构造背景的进一步细化，将QFL和Q_mFL_t图解进行了修正，使迪金森三角图解应用更广、使用更方便(图16－2)。该方法根据岩石薄片显微镜下成分的统计数据，利用模式图研究物源区的大地构造背景，简便易行，至今仍然被广泛利用。迪金森图解中各项参数代表的含义如下:

Q———代表石英颗粒，包括Q_m和Q_p;其中Q_m为单晶石英颗粒，Q_p为多晶石英。

F———代表单晶长石颗粒，包括P和K;其中P为斜长石，K为钾长石。

L———代表不稳定的岩屑，包括L_v和L_s;其中L_v代表火山岩屑及变质火山岩屑，L_s代表沉积岩屑及变质沉积岩屑。

L_t———代表岩屑的总含量，即L与Q_p之和。

表16－1 不同物源区中的砂岩碎屑颗粒成分

图16－1 不同物源区的砂岩碎屑组分三角图解(Dickinson et al.，1979)

图16－2 不同物源区的砂岩碎屑组分三角图解(Dickinson et al.，1979，1980，1983)

二、物源区代表的含义

迪金森图解中表示出的物源区概括为三种类型，即陆块、岩浆弧和再旋回造山带物源区(曾允孚等，1984)。在此对这些名词作一些解释。

1.陆块物源区

陆块物源区可包含两种情况，即克拉通内部及上升隆起的基底物源区。一般地，稳定克拉通上广阔的正性构造区可以供给大量的砂级颗粒，并聚集于克拉通上，沿断陷陆缘在陆棚、陆坡和陆隆等环境分布。含少量长石的典型石英质砂岩出现于靠近克拉通的沉积楔形体内，这一构造单位位于陆缘及海底的深海平原上。高石英含量和高的钾长石/斜长石比率反映发生在低地形克拉通上的强烈风化作用和在低梯度地表的长距离搬运作用。石英砂岩代表成熟的碎屑岩，堆积在远离克拉通、火山活动强烈的海洋环境，以及陆块地台序列或地台内盆地中。在克拉通内部与抬升基底组分之间的过渡组分，或者来源于被动背景，或者来源于复杂前陆盆地的克拉通一侧的源岩。

上升隆起的基底物源区主要受四周的断层所控制，它所产生的碎屑即堆积于邻近盆地而未经过长时间、长距离的搬运。由于地形起伏大、侵蚀迅速，可形成长石砂岩类;含岩屑较多时，反映来自沉积盖层或变质岩区。从大地构造环境考虑，这类基底物源区包括早期的断陷带、陆块的转换断裂带。

2.岩浆弧物源区

Dickinson et al.(1979，1980，1983)所讲的岩浆弧物源区，即构造上的岛弧带。根据岛弧被侵蚀的程度，又可分为两种类型:侵蚀程度较低者称为未切割的，侵蚀程度较高者则称为切割的。

◎未切割的岛弧:具有近连续的火山盖层，其形成的火山碎屑中常有斜长石斑晶，如果有少量石英存在，则石英都是洁净的高温石英，且没有明显的包裹体。这些火山碎屑均由火山成因的高地沿活动岛弧及某些陆源流出，沉积位置包括海沟及位于岛弧之前的前弧盆地和岛弧后边的边缘海。此外，也可沉积于火山带内的局部盆地中。

◎切割的岛弧:因侵蚀较深，碎屑成分就比较复杂，一般长石较多，岩屑较少，但非火山岩质岩屑的含量有一定的变化。石英颗粒来源于深部并含有包裹体，包裹体数量远超过火山岩质的高温石英。由于这种地区向深处侵蚀切割，遂深成岩体被剥露，因而所形成的砂级颗粒有许多是深成岩的组分。

3.再旋回造山带物源区

在Dickinson et al.(1979，1980，1983)所作的模式图解中，再旋回造山带物源区的情况比较复杂，分为三种不同的区域进行分析。

◎俯冲杂岩源区:板块俯冲带的混杂岩物源区在构造上是一上升隆起的区域，由已有构造形变的蛇绿岩质和大洋中的其他物质组成。在海沟－陆地的坡折带形成的构造高地上出现绿岩、燧石、泥质岩、杂砂岩及石灰岩，并有混杂堆积。这种隆起区供给的沉积物可运至前弧盆地或进入海沟，在海沟中沉积物又可以重新加入俯冲带混杂岩体内。这种碎屑的主要标志是含有丰富的燧石颗粒，数量可以比石英和长石的总量大2～3倍。通常由于海沟中充填的砂质组分或深海平原上的砂质组分都曾大量再沉积，所以才出现这种组成特征。此外，俯冲带的冲断岩席或蛇纹岩类可以产生含蛇纹石颗粒的碎屑，也可能出现这样的局部物源区。

◎碰撞造山带物源区:碰撞造山带物源区即两个板块相结合的地区，大部分由沉积和沉积变质的推覆体和冲断岩席组成，代表原来的陆缘带。此区所供给的碎屑可流入闭合的残留洋盆而形成浊积岩，也可进入造山带翼部的前陆盆地以及较为复杂的沿拼合带发育的继承盆地。典型的砂岩大部分由再旋回的沉积物质组成，石英颗粒含量中等，石英/长石比值高，有丰富的沉积岩屑和沉积变质岩屑。一些石英质砂岩明显代表再旋回的克拉通碎屑，而长石含量高的砂岩可能与火成岩有关，这种上升隆起的火成岩体靠近板块拼合带。砂岩中若含燧石较多，则燧石质岩屑可能来自碳酸盐岩层系内的燧石结核。来自富含砂的俯冲带混杂岩体的碎屑与来自碰撞造山带的富含燧石的碎屑很难区分，但由于岛弧所形成的碎屑可以被搬运至海沟内或超出海沟，因而如果Lv/Ls比值高即表示碎屑来源于俯冲带，而比值低者则来源于碰撞造山带。

◎前陆隆起物源区:前陆隆起物源区为前陆褶皱－冲断带所形成的高地，此区被侵蚀后产生的碎屑可直接流入相邻的前陆盆地。前陆盆地的翼部可以是岛弧带或碰撞造山带，但岛弧带与碰撞造山带所产生的碎屑通常被褶皱－冲断带所阻隔，因而在前陆盆地中典型的砂为褶皱－冲断带内的沉积层系经过再旋回形成的。

在前陆环境中，有些石英质砂岩与来源于陆地的砂岩类似;富含燧石颗粒的砂岩与来源于俯冲带的砂岩也很相似。当前陆区有上升的基底断块时，可产生较多的长石碎屑。岛弧带中丰富的火山碎屑也可停积在前陆褶皱－冲断带以外的相邻区内。上述这些情况都比较难以判别，但通常前陆区的砂岩中石英含量较高，长石含量较低。此外，还有一些砂岩含有较多的由石灰岩和白云岩经侵蚀后再旋回形成的碳酸盐岩碎屑颗粒，但这些碎屑并不是前陆隆起物源区所特有的。

综上所述，迪金森三角图解中QFL图解是最重要的判别图解，而QpLvLs图则对于区分岛弧带物源区和碰撞造山带物源区特别有用。由于沉积盆地类型是有限的，所以用骨架碎屑颗粒类型可以对任何已知沉积盆地的大地构造环境作出合理的推论。

三、应用时的注意事项

在应用迪金森三角图解时，要精确统计碎屑颗粒的各项参数，所选岩石样品的杂基或胶结物的含量要低于25%，计算误差不超过5%，岩石样品多次统计平均值的标准偏差也不能超过10%。即使做到这些，还有不少情况依据判别图解对物源进行的解释与实际情况不符(汪正江等，2000)，其原因主要有以下三个方面:

1.混合物源的影响

迪金森等建立的判别图解，仅依据沉积物通过直接和短途搬运进入邻近盆地而形成的砂岩的物源区性质，判别这种较为特殊的情况。而一般情况则是，在许多沉积盆地中，砂岩岩相都是具有多物源的。沿碰撞缝合带和活动大陆边缘形成的砂岩相必然具有混合物源的性质;此外，流经不同性质构造单元的大水系也会形成混合物源岩相。

2.次生作用的影响

风化、搬运和成岩作用都不可避免地对碎屑颗粒有破坏作用，从而影响判别图解的可靠性。风化作用是通过控制成土作用来影响砂岩成分的。Young et al.(1975)和Basu(1976)的研究表明，如果同样的显晶质母岩，在可比的地形条件与潮湿和干旱两种不同气候条件风化，其风化作用产物的主碎屑成分截然不同，其中多晶石英/(长石+岩屑)或石英总量/(长石+岩屑)是灵敏的气候标志。但这种气候信息得以保存的前提是砂粒未经过长距离搬运和未遭受滨岸环境机械分异作用的改造。在成岩过程中碎屑颗粒的溶解和交代作用会提高石英质颗粒的丰度。一般遭受强烈溶解和交代作用的砂岩不宜作物源分析。

3.统计方法的影响

迪金森判别图解要求以特定的方法统计碎屑成分的相对含量，这样才能用判别图解进行物源解释，即把岩屑基质和矿物晶体或颗粒(＞0.0625mm)分别记入相应的岩屑和矿物成分中。因此，砂岩碎屑矿物成分的物源区判别图解有助于源区的构造背景分析，但必须与其他地质证据相结合才能得出符合实际的结论。