勘查地球化學解決地層的期分與對比問題

  在地質學和地層學研究中，利用地層削面的系統專題取樣，做巖石化學全分析和測定特征微量元素的成分，來進行地層的劃分與對比，屬于常規的地層地球化學研究方法（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，而主要說明勘查地球化學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。這類資料覆蓋面廣，采樣點相對均勻，有利于根據元素的區域分布特征和異常展布，來辨析不同巖性地層的分布。其基本途徑是：
 
  對數據進行統計分析，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（地球化學譜）、標型組合，并進行相應的作圖；依據相應巖系的特征元素組合，以及表征形成環境的指標（Ba、Sr等），對地層進行劃分和對比。
 
  利用基本的數據統計、特征元素和標型組合來劃分與對比地層的實例很多。以贛西北地區為例，依據1：20萬水系沉積物掃面資料，編制出了該區21個元素和氧化物的1: 50萬地球化學圖，為地層劃分與對比提供了有效信息。例如，據地球化學資料，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Ba異常分布區，但地表發育的是古近系，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題，他們根據編圖地球化學資料，依CaO/Mg0比值將前震旦系劃分出3個地球化學層，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依據。從地震上說，這也符合由老至新火山質與泥質組分的比值降低，火山物質從基性向中酸性過渡的規律，說明它屬于古地槽沉積（薛運義，1986）。再如，桐柏山北坡的變質巖系，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。根據土壤地球化學測量資料編制了地球化學圖，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（均為深變質巖）的微量元素序列（地球化學譜）。從圖上發現，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，野外觀察又在此發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。進一步的地質研究證實了這一推斷（張洪，1982）。吉林集安群地層固有清河組與新開河組層序倒置的爭論。根據1:5萬水系沉積物測量成果和地球化學圖的解釋，查明了Cu、Cr、Ni的高背景展布方向及其側向和垂向的分帶規律，發現銅分布在相應地質構造的底部和邊部，向中心被鋅、鉛代替。據此推斷，富硼含銅的新開河組，應在富石墨含鉛鋅的清河組之下，為解決地質上的爭議提供了地球化學依據（陳存禮等，1993）。云南區調隊以金坪幅1：20萬區域化探資料為基礎，探討了哀牢山群和瑤山群的地層關系。這兩套地層分布于紅河斷裂兩側，變質類型相同，時代皆為元古宙。但是，依據地球化學特征，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來說，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，既反映海盆沉積環境的不同，也反映著沉積過程的先后，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行了對比，認為兩者在元素分布、組合、分散和濃集特點上有相似性和可比性，可以配合使用（陳揚玉，1993）。
 
  通過適當的數學方法處理數據和制圖，建立綜合性地球化學指標，能更好地反映單元素數據中包含的地球化學信息，揭示其地質本質。例如，根據竹山幅1：20萬區域化探提供的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圖件，使測區的多種地質一地球化學因素得到分解和解釋；將地球化學解釋信息清晰地顯示成圖像，成為一種地質推斷圖。所編圖件被有效地用于變質巖地層劃分、巖漿巖圈定和構造預測等基礎地質問題。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；同時發現，武當群和鄖西群兩群均屬中酸性為主的火山變質巖，在各因子計量地球化學圖上并無明顯差異，說明它們同屬一體，即鄖西群可歸入武當群。這些認識已被地質工作者接受（童霆等，1986）。
 
  這些實例表明，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解決覆蓋層下的地層劃分與對比問題，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說，基巖地球化學測量是一種基本手段。與次生介質的地球化學測量相比，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數據，直接而可靠地查明物質組成特征，揭示形成環境的異同，故備受地質研究者青睞。
 
  在早期的區測工作中，基巖采樣就是研究地層問題的重要手段。如湖北區測隊在20世紀60～70年代的1: 20萬和1:5萬區測中，就開展剖面巖石光譜和巖石化學樣品采樣'借之查明地層中的元素分布特征和沉積環境，作為地層對比和劃分的依據。他們發現’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章，與碎屑巖粒度也無一定關系，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特征來區分地層（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）。隨著分析技術的提高，測試科目擴大，數據處理的改進，研究不斷深入，研究效果日益突出。數據分布檢驗，親石、親銅、親鐵類元素的劃分，元素組合，特征元素比值，數學方法應用等，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特征是：層位富金，金、銀含量皆服從正態分布，Au/Ag比可反映成因和成色，一些元素存在正相關關系（劉英俊等，1986）。在湘西板溪群含金地層研究中，通過金和微量元素地球化學特征的分析，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)。在黑色頁巖的專題研究中，不僅根據常量元素和微量（親石、親鐵、親銅）元素的地球化學特征及時空變化，通過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明了沉積環境及其穩定性（王海峰等，1992）。
 
  從一系列實例可以看出，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，地球化學判據比較簡單。隨著工作的深入，把元素組合特征的研究與地質作用過程的研究更緊密地聯系起來，引入了數學方法和地質學研究方法，更加重視用稀土元素和指示元素來揭示地層的沉積環境，使基巖測量在地層劃分與對比中發揮出更大的作用。