勘查地球化学解决地层的期分与对比问题

  在地质学和地层学研究中，利用地层削面的系统专题取样，做岩石化学全分析和测定特征微量元素的成分，来进行地层的划分与对比，属于常规的地层地球化学研究方法（尹华仁等，1980；王海峰等，1992；李靠社等，1994）。本文不拟对这种方法多作评述，而主要说明勘查地球化学资料在地层划分与对比中的应用。
 
  1．区域化探资料的应用。
 
  主要指水系沉积物和土壤测量资料的应用。这类资料覆盖面广，采样点相对均匀，有利于根据元素的区域分布特征和异常展布，来辨析不同岩性地层的分布。其基本途径是：
 
  对数据进行统计分析，求元素背景值，异常内或相应区段内的平均值，以及方差、正负浓集系数等参数；采用适当的数学方法（如因子分析、对应分析等）查明元素的分布序列（地球化学谱）、标型组合，并进行相应的作图；依据相应岩系的特征元素组合，以及表征形成环境的指标（Ba、Sr等），对地层进行划分和对比。
 
  利用基本的数据统计、特征元素和标型组合来划分与对比地层的实例很多。以赣西北地区为例，依据1：20万水系沉积物扫面资料，编制出了该区21个元素和氧化物的1: 50万地球化学图，为地层划分与对比提供了有效信息。例如，据地球化学资料，该区下寒武统的王音铺组以富Ba、V、P2 05、Ni、Cu、Pb、Zn为特征，它的分布与Ba、V为主的组合异常一致；而在武宁城南也有一个Ba异常分布区，但地表发育的是古近系，据古近一新近纪红盆的研究资料，其特征是Ba呈低背景，A12 03、P2 05、Ni、Zn、Y、Mn呈负异常，这与Ba异常的存在是相悖的；于是推断，在古近系下应有下寒武统存在，而且根据Ba异常呈S状转折，判断该地层的分布亦有转折，野外工作证实了这些推断(薛运义，1986)。
 
  前震旦系地层的划分与对比，往往在地质上争议颇多，化探资料可以提供有力的依据。赣西北地区同样存在这种问题，他们根据编图地球化学资料，依CaO/Mg0比值将前震旦系划分出3个地球化学层，从AnZl一An22一An2，该比值依次增大，Al。0/Sr、Fe2O3、Ni、Zr等依次减小，从而为这套地层的划分提供了地球化学依据。从地震上说，这也符合由老至新火山质与泥质组分的比值降低，火山物质从基性向中酸性过渡的规律，说明它属于古地槽沉积（薛运义，1986）。再如，桐柏山北坡的变质岩系，以往的区调工作划分出了新元古界的二郎坪群和古元古界的毛集群。根据土壤地球化学测量资料编制了地球化学图，统计出二郎坪群（变细碧角斑岩系）以及毛集群中刘庄组、堡子组（均为深变质岩）的微量元素序列（地球化学谱）。从图上发现，在二郎坪群中有规律出现的Cu、Ni、V、Cr等元素的弱分异富集带，在与二郎坪群邻近的毛集群堡子组、刘庄组分布区也出现，野外观察又在此发现了火山岩结构构造。据此推断，毛集群北侧的这两组深变质岩（混合片麻岩和混合岩），其原岩可能是中基性火山岩，当将其归人二郎坪群。进一步的地质研究证实了这一推断（张洪，1982）。吉林集安群地层固有清河组与新开河组层序倒置的争论。根据1:5万水系沉积物测量成果和地球化学图的解释，查明了Cu、Cr、Ni的高背景展布方向及其侧向和垂向的分带规律，发现铜分布在相应地质构造的底部和边部，向中心被锌、铅代替。据此推断，富硼含铜的新开河组，应在富石墨含铅锌的清河组之下，为解决地质上的争议提供了地球化学依据（陈存礼等，1993）。云南区调队以金坪幅1：20万区域化探资料为基础，探讨了哀牢山群和瑶山群的地层关系。这两套地层分布于红河断裂两侧，变质类型相同，时代皆为元古宙。但是，依据地球化学特征，两者有明显差别：哀牢山群的元素组合独特，与其他岩系不相似；而瑶山群的元素组合和含量水平，与新元古界和古生界有一定相似性；就亲铜、稀有和放射性元素而言，哀牢山群低于瑶山群，而就Sr、Ba、铁族元素、Mg、 Ca、Na、K来说，哀牢山群明显高于瑶山群；两套地层特征元素(B、Li、Ba、Sr、Mg、 Ca、Na、K)含量的明显差异，既反映海盆沉积环境的不同，也反映着沉积过程的先后，哀牢山群沉积于低盐度的初始海盆，瑶山群沉积于后期海盆。据此作者认为，哀牢山群属古元古界，瑶山群则应属于古元古界以后的沉积层。在此次研究中，还将水系沉积物资料与岩石资料进行了对比，认为两者在元素分布、组合、分散和浓集特点上有相似性和可比性，可以配合使用（陈扬玉，1993）。
 
  通过适当的数学方法处理数据和制图，建立综合性地球化学指标，能更好地反映单元素数据中包含的地球化学信息，揭示其地质本质。例如，根据竹山幅1：20万区域化探提供的28种元素的资料，用因子分析方法编制出斜参因子计量、因子剩余及综合异常图，  构成综合性的地球化学图件，使测区的多种地质一地球化学因素得到分解和解释；将地球化学解释信息清晰地显示成图像，成为一种地质推断图。所编图件被有效地用于变质岩地层划分、岩浆岩圈定和构造预测等基础地质问题。例如，对该区原先划分的武当群、郧西群、跃岭河群提出了不同见解。在因子图上，这3套地层的分布区均被表征富Na而贫K、B的II号因子所划定，与富K、B而贫Na的古生界地层分布区截然不同，故推测应同属元古宇；同时发现，武当群和郧西群两群均属中酸性为主的火山变质岩，在各因子计量地球化学图上并无明显差异，说明它们同属一体，即郧西群可归入武当群。这些认识已被地质工作者接受（童霆等，1986）。
 
  这些实例表明，只要思路和方法得当，使用区域化探的水系沉积物和土壤测量资料来解决覆盖层下的地层划分与对比问题，是有效和可行的。
 
  2．基岩测量资料的应用。
 
  对地层的划分与对比来说，基岩地球化学测量是一种基本手段。与次生介质的地球化学测量相比，它能更准确地获取岩系的微量元素、特征指示元素（Ba. Sr. Li.B等）和稀土元素资料及常规的岩石化学数据，直接而可靠地查明物质组成特征，揭示形成环境的异同，故备受地质研究者青睐。
 
  在早期的区测工作中，基岩采样就是研究地层问题的重要手段。如湖北区测队在20世纪60～70年代的1: 20万和1:5万区测中，就开展剖面岩石光谱和岩石化学样品采样'借之查明地层中的元素分布特征和沉积环境，作为地层对比和划分的依据。他们发现’微量元素含量在元古宇神农架群中的变化是有规律的，而被划于其中的马槽园组，微量元素的分布却杂乱无章，与碎屑岩粒度也无一定关系，表现出短距搬运、迅速堆积、缺乏分选的山间盆地沉积特征。根据这些化探资料，结合地质特征，提出应将马槽园组划人震旦系底部。在大别山区，查明太古宇大别群普遍含Zr较高(0.01%～0.09%)，元古宇红安群含Zr较低。而在红安群内，天台山组Ba. Sr较高，七角山组则富Cu、Pb和Cr、Ni、Co。据此，他们提出可借助地球化学特征来区分地层（湖北区测队综合组，1975）。
 
  20世纪80年代初，用地球化学方法研究地层的工作虽然取得良好效果，但使用的还是，光谱率定量数据和硅酸盐全分折数据，用于解释的主要还是P2 O5、Fe2 O5、MnO等宏量指标，很少使用微量元素（尹华仁等，1980）。随着分析技术的提高，测试科目扩大，数据处理的改进，研究不断深入，研究效果日益突出。数据分布检验，亲石、亲铜、亲铁类元素的划分，元素组合，特征元素比值，数学方法应用等，都被提上日程(张洪，1982；尹思文，1982；童霆，1986；谷晓明，1990)。在浙江某隆起含金地层的研究中，为识别含矿层位和非矿层位，进行标准剖面和典型剖面基岩采样，采用对应因子分析模型A分两种岩系，查明含金层位地球化学特征是：层位富金，金、银含量皆服从正态分布，Au/Ag比可反映成因和成色，一些元素存在正相关关系（刘英俊等，1986）。在湘西板溪群含金地层研究中，通过金和微量元素地球化学特征的分析，查明含金地层的特征是：具明显的金亏损，富As. Sb，贫Hg. Sr, Co/Ni大于1，Au/Ag和Sr/Ba低(孙承辕等，1992)。在黑色页岩的专题研究中，不仅根据常量元素和微量（亲石、亲铁、亲铜）元素的地球化学特征及时空变化，通过23种元素的R型因子分析查明了元素组合的地区差异，而旦根据稀土元素的分布型式说明了沉积环境及其稳定性（王海峰等，1992）。
 
  从一系列实例可以看出，在早期工作中，用于地层划分与对比的主要依据是微量元素的分布特征，地球化学判据比较简单。随着工作的深入，把元素组合特征的研究与地质作用过程的研究更紧密地联系起来，引入了数学方法和地质学研究方法，更加重视用稀土元素和指示元素来揭示地层的沉积环境，使基岩测量在地层划分与对比中发挥出更大的作用。