暖水乡砒砂岩地球化学分类类型与物源区特征

白杭改　明晓冉　刘立　刘娜

摘要：探究砒砂岩的地球化学分类类型与物源区特征是揭示砒砂岩成因的重要途径。基于暖水乡附近中三叠统二马营组砒砂岩的全岩地球化学分析数据，确定了该砒砂岩的地球化学分类类型、物源区母岩类型和风化强度，初步揭示了白色砒砂岩的成因。研究表明：研究区砒砂岩的地球化学分类类型主要为杂砂岩和长石砂岩，其次为石质砂屑砂岩；物源区母岩类型包括中基性和酸性火成岩以及沉积岩，物源区风化弱，并遭受了渐进风化作用；白色砒砂岩遭受了一定程度的还原性流体的影响，还原性流体可能为煤层气。

关键词：砒砂岩；地球化学分类类型；物源区特征；鄂尔多斯盆地

砒砂岩是指分布于晋陕蒙接壤地区、出露于地表或被黄土、沙覆盖的红色、白色及过渡颜色的晚古生代和中生代的陆源碎屑岩，其分布面积达1.67万km2。砒砂岩易遭受冻融、重力、风力和水力侵蚀，其分布区岩层风化严重，人们视其造成的水土流失危害“毒如砒霜”，因而称其为“砒砂岩”。近年来，对砒砂岩地区水土流失规律和治理措施的研究已取得了长足进展。关于砒砂岩易遭受风化和侵蚀的原因，得出了“上覆盖层厚度小，压力小，成岩程度低，砂粒间胶结程度差，结构强度低”的基本认识。宋土顺等报道了以高岭石为主要黏土矿物的漂白砒砂岩的岩石学特征，并提出漂白砒砂岩的形成与天然气还原作用有关。显然，岩石学和岩石地球化学研究是进一步揭示砒砂岩成因的重要途径。笔者试图根据地球化学分析数据，确定砒砂岩的地球化学分类类型，探讨其物源区风化强度、母岩岩石类型及白色砒砂岩的成因。

1样品采集与研究方法

14个砒砂岩样品采自内蒙古自治区鄂尔多斯市准格尔旗暖水乡附近的中三叠统二马营组露头（见图1）。采样地点位于覆土砒砂岩区，地理坐标为北纬39°43.982′、东经110°35.607′。研究区处于鄂尔多斯盆地东北缘。

在样品采集过程中，为保证样品的代表性和完整性，在大量出露砒砂岩的沟坡上选择了层系完整、分布均匀、界限清晰的自然露头作为采样剖面，采样时使用取土环刀在剖面纵向采集保持原有形状的砒砂岩样品并加盖密封。所采集的样品大部分为白色砒砂岩，少量为粉红色砒砂岩与红色砒砂岩（见图1）。

样品加工处理在吉林大学地球科学学院进行。加工处理流程：①将砒砂岩样品烘干；②将烘干的样品用玛瑙乳钵研磨至200目以上：③将粉末样品送至实验室进行地球化学分析。粉末样品的地球化学分析是在吉林大学测试中心进行的。其中：主量元素是利用PWl404/10型x射线荧光光谱（XRF）测定的，微量和稀土元素分析是利用Agilent公司生产的7500a型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）進行的。

样品的粒度分布结果由筛析法获得。分析流程：①将砒砂岩样品倒人玛瑙乳钵，在不破坏颗粒大小和形状的前提下完全解散：②将解散的样品放入三角量杯中，用流水冲洗法冲出小于0，01 mm的颗粒，每隔30 min轻轻搅拌一次，至量杯上部清洁透明为止；③将冲洗管取出，静置15 min后倒出量杯中的水，将样品倒入瓷碗中烘干；④将样品放入由孔径依次为2 000、500、250、125、62，5um的标准筛组成的套筛中，振筛10 min；⑤将筛分后的样品分级依次倒入标记好的蒸发皿中，使用电子天平逐级称重并记录数据；⑥绘制砒砂岩粒度分布直方图与砒砂岩粒度级配曲线图。

2试验结果分析

2.1粒度分布

筛析结果表明，白色砒砂岩以中粗粒砂岩为主，而粉红色砒砂岩与红色砒砂岩则主要为中细粒砂岩（见图2）。

级配曲线可用来判断颗粒的均匀程度。白色和粉红色砒砂岩级配曲线相对于红色砒砂岩较陡（图3），不均匀系数Cv<5（见表1），级配不良，为非均粒土；红色砒砂岩级配曲线较缓，不均匀系数Cv>5，级配良好，为均粒土。中值粒径表示颗粒的平均粒度，白色、粉红色和红色砒砂岩的中值粒径分别为0.43、0.31和0.24mm（见表1）。说明白色砒砂岩粒度最大，粉红色砒砂岩的次之，红色砒砂岩的最小，这与图2的分析结果一致。