沉积物，找寻过去的记忆

原文标题：《格局打开！八百万年的记忆如何找回？》

你知道吗？早在八百万年前，黄土高原还曾是一片汪洋的湖泊，而我们现今所看到的面积 63.5 万平方千米，厚度可达 50-80 米的黄土堆积，它从哪里来，又是如何搬运的，至今仍没有统一的论断。沧海桑田，风云变幻，也许某一事件的爆发只需一瞬，但你所看到的景象却是经历了几百万年。

在开始今天的故事之前，我们介绍一下主人公 —— 沉积物：广而言之，通过侵蚀、风化、搬运作用，从载体中沉降下来形成的物质，包括其中的动植物遗骸，都称为沉积物。

今天我们故事的主人公：沉积物，它想记起自己是如何来到这片湖盆的，让我们一起帮它寻找记忆吧！

我们可能会提出这样的猜想：它们是来自内陆山脉还是陆缘岛弧？方向是东北还是西南？只是经历了短途搬运还是长途跋涉？是风力还是水流将它们搬运？原本的岩性又是什么呢？要解决这一系列的问题并非易事，下面我们讲述一些方法。

岩石由矿物组成，矿物中又含有各种元素。不同的岩石，其矿物种类、含量和组合，以及各矿物中所含元素含量各不相同；气候环境（氧化还原、酸碱性、温度湿度等）和构造背景的不同也会影响矿物及元素含量。另外，搬运距离长短会影响岩石的形态结构。因此我们可以通过分析现如今的这些矿物以及元素含量去反推当时的沉积环境、构造背景及母岩类型，我们还可以通过岩石形态初步判断搬运距离。

重矿物法

重矿物是指比重大于 2.9（或 2.86）的陆源碎屑矿物，沉积岩中含量低于 1%，含量低，但耐磨蚀，稳定性强，不容易遭受破坏，记录母岩信息是强项。

1、单矿物分析

用电子探针可以分析各重矿物的含量、化学组分和类型还有光学性质，针对其各自的特性及特定元素含量，通过典型的化学组分判定图或指数可以判定物源岩性和环境。

● 辉石：Ti-(Ca+ Na) 判定原岩是拉斑玄武岩或碱性玄武岩，(Ti+ Cr)-Ca 区分源区为造山带还是非造山带环境

● 钛铁矿：MnO>2.0%：长英质岩浆岩；MgO>1.5%：基性 — 中性岩浆岩；TiO₂：40%—52%：岩浆岩，50%—60%：变质岩

● 磁铁矿：MgO、TiO₂、V₂O₃、Al₂O₃ 含量区分火成岩类型

● 独居石：La / Nd 较低：花岗岩和花岗伟晶岩；La / Nd 较高：碱性岩浆岩和大理岩

2、重矿物比值

将磷灰石和电气石作比较，可以知道沉积过程是否受到酸性地下水循环的影响。

独居石 / 锆石比值 (MZi) 可显示深埋砂岩物源区的情况；

石榴石 / 锆石比值 (GZi) 用来判断层序中石榴石是否稳定；

3、矿物共生组合

矿物之间具有严格的共生关系，来自不同母岩的岩石具有特定的矿物组合，不同时期的沉积物所含的重矿物组合也有所差别。根据平面上的矿物组合变化图可以判定母岩类型和物源方向。

碎屑岩类分析法

1、砂岩

QLF 主图解和三个辅助图解，从 QFL 图中可区分陆块、岩浆弧和再旋回造山带三个基本物源区。在 QmFLt、QpLvLs 和 QmPK 辅助图上，可将物源信息进一步精确确定出来。

2、砾岩

利用砾石中不同成分的含量、粒径大小、所占百分比以及磨圆分选等统计资料，能区分源岩的主要岩性、搬运距离。

裂变径迹法

裂变径迹法分析物源区是利用磷灰石、锆石中所含的微量铀杂质裂变时在晶格中产生的辐射损伤，经一系列化学处理后，形成径迹，通过观测径迹的密度、长度等分布，并对其加以统计分析，从中提供与物源区的年龄及构造演化有关的信息。

沉积法

根据盆地钻井、测井、地震等资料，经过详细的地层对比与划分，作出某时期的地层等厚图、沉积相展布图等相关图件，可推断出物源区的相对位置，结合岩性、成分、沉积体形态、粒度、沉积构造 (波痕、交错层等)、古流向及植物微体化石等资料，使物源区更具可靠性。

地球化学法

1、地球化学法（主微量元素）

来自不同环境的岩石所含化学组分不同

用 K₂O、Na₂O、SiO₂、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO 等的判别图来区别被动大陆边缘、活动大陆边缘和大洋岛弧、大陆岛弧物源区。

Nd 同位素组成 (反映平均物源年龄)，Eu 异常 (反映地壳内部岩浆分异作用)，大离子亲石元素的富集 (即 LILE, 反映物源组分)，碱土元素亏损 (反映重矿物富集),Zr 和 Hf 富集 (反映重矿物富集)，Cr 富集 (反映超镁铁物源)。

Taylor 等曾用 REE、Th、Sc 和高场强元素来确定源岩，其中相容和不相容元素的比值可用来区分长英质和镁铁质组分。稀土模式可用来指示物源，LREE / HREE 比值低，无 Eu 异常，则物源可能为基性岩石；LREE / HREE 比值高，有 Eu 异常，则物源多为硅质岩。另外，La-Th-Sc、Th-Co-Zr / 10、Th-Sc-Zr / 10 和 La / Yi-Sc / Cr 等图解可用来判断物源区所处的构造环境，即大洋岛弧、大陆岛弧、活动大陆边缘和被动大陆边缘环境。

2、同位素示踪测年

放射性同位素衰变规律可以计算年龄

Sm-Nd 同位素资料被用来推断沉积岩物质来源和估计陆壳从地幔中分离出来的时间

常用的方法为 U-Pb、Sm-Nd、Ar、K-Ar、Rb-Sr 法等，它们对物源区的构造背景、性质及其多样性都可以反映出来。

结合这些方法，我们就可以知道沉积物的来源，年龄，搬运距离、方向，母岩类型及沉积环境、构造背景。

本文来自微信公众号：石头科普工作室 （ID：Dr__Stone），撰稿：若鱼，美编：可然