勘查地球化學(xué)解決地層的期分與對比問(wèn)題

  在地質(zhì)學(xué)和地層學(xué)研究中，利用地層削面的系統專(zhuān)題取樣，做巖石化學(xué)全分析和測定特征微量元素的成分，來(lái)進(jìn)行地層的劃分與對比，屬于常規的地層地球化學(xué)研究方法（尹華仁等，1980；王海峰等，1992；李靠社等，1994）。本文不擬對這種方法多作評述，而主要說(shuō)明勘查地球化學(xué)資料在地層劃分與對比中的應用。
 
  1．區域化探資料的應用。
 
  主要指水系沉積物和土壤測量資料的應用。這類(lèi)資料覆蓋面廣，采樣點(diǎn)相對均勻，有利于根據元素的區域分布特征和異常展布，來(lái)辨析不同巖性地層的分布。其基本途徑是：
 
  對數據進(jìn)行統計分析，求元素背景值，異常內或相應區段內的平均值，以及方差、正負濃集系數等參數；采用適當的數學(xué)方法（如因子分析、對應分析等）查明元素的分布序列（地球化學(xué)譜）、標型組合，并進(jìn)行相應的作圖；依據相應巖系的特征元素組合，以及表征形成環(huán)境的指標（Ba、Sr等），對地層進(jìn)行劃分和對比。
 
  利用基本的數據統計、特征元素和標型組合來(lái)劃分與對比地層的實(shí)例很多。以贛西北地區為例，依據1：20萬(wàn)水系沉積物掃面資料，編制出了該區21個(gè)元素和氧化物的1: 50萬(wàn)地球化學(xué)圖，為地層劃分與對比提供了有效信息。例如，據地球化學(xué)資料，該區下寒武統的王音鋪組以富Ba、V、P2 05、Ni、Cu、Pb、Zn為特征，它的分布與Ba、V為主的組合異常一致；而在武寧城南也有一個(gè)Ba異常分布區，但地表發(fā)育的是古近系，據古近一新近紀紅盆的研究資料，其特征是Ba呈低背景，A12 03、P2 05、Ni、Zn、Y、Mn呈負異常，這與Ba異常的存在是相悖的；于是推斷，在古近系下應有下寒武統存在，而且根據Ba異常呈S狀轉折，判斷該地層的分布亦有轉折，野外工作證實(shí)了這些推斷(薛運義，1986)。
 
  前震旦系地層的劃分與對比，往往在地質(zhì)上爭議頗多，化探資料可以提供有力的依據。贛西北地區同樣存在這種問(wèn)題，他們根據編圖地球化學(xué)資料，依CaO/Mg0比值將前震旦系劃分出3個(gè)地球化學(xué)層，從AnZl一An22一An2，該比值依次增大，Al。0/Sr、Fe2O3、Ni、Zr等依次減小，從而為這套地層的劃分提供了地球化學(xué)依據。從地震上說(shuō)，這也符合由老至新火山質(zhì)與泥質(zhì)組分的比值降低，火山物質(zhì)從基性向中酸性過(guò)渡的規律，說(shuō)明它屬于古地槽沉積（薛運義，1986）。再如，桐柏山北坡的變質(zhì)巖系，以往的區調工作劃分出了新元古界的二郎坪群和古元古界的毛集群。根據土壤地球化學(xué)測量資料編制了地球化學(xué)圖，統計出二郎坪群（變細碧角斑巖系）以及毛集群中劉莊組、堡子組（均為深變質(zhì)巖）的微量元素序列（地球化學(xué)譜）。從圖上發(fā)現，在二郎坪群中有規律出現的Cu、Ni、V、Cr等元素的弱分異富集帶，在與二郎坪群鄰近的毛集群堡子組、劉莊組分布區也出現，野外觀(guān)察又在此發(fā)現了火山巖結構構造。據此推斷，毛集群北側的這兩組深變質(zhì)巖（混合片麻巖和混合巖），其原巖可能是中基性火山巖，當將其歸人二郎坪群。進(jìn)一步的地質(zhì)研究證實(shí)了這一推斷（張洪，1982）。吉林集安群地層固有清河組與新開(kāi)河組層序倒置的爭論。根據1:5萬(wàn)水系沉積物測量成果和地球化學(xué)圖的解釋?zhuān)槊髁薈u、Cr、Ni的高背景展布方向及其側向和垂向的分帶規律，發(fā)現銅分布在相應地質(zhì)構造的底部和邊部，向中心被鋅、鉛代替。據此推斷，富硼含銅的新開(kāi)河組，應在富石墨含鉛鋅的清河組之下，為解決地質(zhì)上的爭議提供了地球化學(xué)依據（陳存禮等，1993）。云南區調隊以金坪幅1：20萬(wàn)區域化探資料為基礎，探討了哀牢山群和瑤山群的地層關(guān)系。這兩套地層分布于紅河斷裂兩側，變質(zhì)類(lèi)型相同，時(shí)代皆為元古宙。但是，依據地球化學(xué)特征，兩者有明顯差別：哀牢山群的元素組合獨特，與其他巖系不相似；而瑤山群的元素組合和含量水平，與新元古界和古生界有一定相似性；就親銅、稀有和放射性元素而言，哀牢山群低于瑤山群，而就Sr、Ba、鐵族元素、Mg、 Ca、Na、K來(lái)說(shuō)，哀牢山群明顯高于瑤山群；兩套地層特征元素(B、Li、Ba、Sr、Mg、 Ca、Na、K)含量的明顯差異，既反映海盆沉積環(huán)境的不同，也反映著(zhù)沉積過(guò)程的先后，哀牢山群沉積于低鹽度的初始海盆，瑤山群沉積于后期海盆。據此作者認為，哀牢山群屬古元古界，瑤山群則應屬于古元古界以后的沉積層。在此次研究中，還將水系沉積物資料與巖石資料進(jìn)行了對比，認為兩者在元素分布、組合、分散和濃集特點(diǎn)上有相似性和可比性，可以配合使用（陳揚玉，1993）。
 
  通過(guò)適當的數學(xué)方法處理數據和制圖，建立綜合性地球化學(xué)指標，能更好地反映單元素數據中包含的地球化學(xué)信息，揭示其地質(zhì)本質(zhì)。例如，根據竹山幅1：20萬(wàn)區域化探提供的28種元素的資料，用因子分析方法編制出斜參因子計量、因子剩余及綜合異常圖，  構成綜合性的地球化學(xué)圖件，使測區的多種地質(zhì)一地球化學(xué)因素得到分解和解釋?zhuān)粚⒌厍蚧瘜W(xué)解釋信息清晰地顯示成圖像，成為一種地質(zhì)推斷圖。所編圖件被有效地用于變質(zhì)巖地層劃分、巖漿巖圈定和構造預測等基礎地質(zhì)問(wèn)題。例如，對該區原先劃分的武當群、鄖西群、躍嶺河群提出了不同見(jiàn)解。在因子圖上，這3套地層的分布區均被表征富Na而貧K、B的II號因子所劃定，與富K、B而貧Na的古生界地層分布區截然不同，故推測應同屬元古宇；同時(shí)發(fā)現，武當群和鄖西群兩群均屬中酸性為主的火山變質(zhì)巖，在各因子計量地球化學(xué)圖上并無(wú)明顯差異，說(shuō)明它們同屬一體，即鄖西群可歸入武當群。這些認識已被地質(zhì)工作者接受（童霆等，1986）。
 
  這些實(shí)例表明，只要思路和方法得當，使用區域化探的水系沉積物和土壤測量資料來(lái)解決覆蓋層下的地層劃分與對比問(wèn)題，是有效和可行的。
 
  2．基巖測量資料的應用。
 
  對地層的劃分與對比來(lái)說(shuō)，基巖地球化學(xué)測量是一種基本手段。與次生介質(zhì)的地球化學(xué)測量相比，它能更準確地獲取巖系的微量元素、特征指示元素（Ba. Sr. Li.B等）和稀土元素資料及常規的巖石化學(xué)數據，直接而可靠地查明物質(zhì)組成特征，揭示形成環(huán)境的異同，故備受地質(zhì)研究者青睞。
 
  在早期的區測工作中，基巖采樣就是研究地層問(wèn)題的重要手段。如湖北區測隊在20世紀60～70年代的1: 20萬(wàn)和1:5萬(wàn)區測中，就開(kāi)展剖面巖石光譜和巖石化學(xué)樣品采樣'借之查明地層中的元素分布特征和沉積環(huán)境，作為地層對比和劃分的依據。他們發(fā)現’微量元素含量在元古宇神農架群中的變化是有規律的，而被劃于其中的馬槽園組，微量元素的分布卻雜亂無(wú)章，與碎屑巖粒度也無(wú)一定關(guān)系，表現出短距搬運、迅速堆積、缺乏分選的山間盆地沉積特征。根據這些化探資料，結合地質(zhì)特征，提出應將馬槽園組劃人震旦系底部。在大別山區，查明太古宇大別群普遍含Zr較高(0.01%～0.09%)，元古宇紅安群含Zr較低。而在紅安群內，天臺山組Ba. Sr較高，七角山組則富Cu、Pb和Cr、Ni、Co。據此，他們提出可借助地球化學(xué)特征來(lái)區分地層（湖北區測隊綜合組，1975）。
 
  20世紀80年代初，用地球化學(xué)方法研究地層的工作雖然取得良好效果，但使用的還是，光譜率定量數據和硅酸鹽全分折數據，用于解釋的主要還是P2 O5、Fe2 O5、MnO等宏量指標，很少使用微量元素（尹華仁等，1980）。隨著(zhù)分析技術(shù)的提高，測試科目擴大，數據處理的改進(jìn)，研究不斷深入，研究效果日益突出。數據分布檢驗，親石、親銅、親鐵類(lèi)元素的劃分，元素組合，特征元素比值，數學(xué)方法應用等，都被提上日程(張洪，1982；尹思文，1982；童霆，1986；谷曉明，1990)。在浙江某隆起含金地層的研究中，為識別含礦層位和非礦層位，進(jìn)行標準剖面和典型剖面基巖采樣，采用對應因子分析模型A分兩種巖系，查明含金層位地球化學(xué)特征是：層位富金，金、銀含量皆服從正態(tài)分布，Au/Ag比可反映成因和成色，一些元素存在正相關(guān)關(guān)系（劉英俊等，1986）。在湘西板溪群含金地層研究中，通過(guò)金和微量元素地球化學(xué)特征的分析，查明含金地層的特征是：具明顯的金虧損，富As. Sb，貧Hg. Sr, Co/Ni大于1，Au/Ag和Sr/Ba低(孫承轅等，1992)。在黑色頁(yè)巖的專(zhuān)題研究中，不僅根據常量元素和微量（親石、親鐵、親銅）元素的地球化學(xué)特征及時(shí)空變化，通過(guò)23種元素的R型因子分析查明了元素組合的地區差異，而旦根據稀土元素的分布型式說(shuō)明了沉積環(huán)境及其穩定性（王海峰等，1992）。
 
  從一系列實(shí)例可以看出，在早期工作中，用于地層劃分與對比的主要依據是微量元素的分布特征，地球化學(xué)判據比較簡(jiǎn)單。隨著(zhù)工作的深入，把元素組合特征的研究與地質(zhì)作用過(guò)程的研究更緊密地聯(lián)系起來(lái)，引入了數學(xué)方法和地質(zhì)學(xué)研究方法，更加重視用稀土元素和指示元素來(lái)揭示地層的沉積環(huán)境，使基巖測量在地層劃分與對比中發(fā)揮出更大的作用。