辽南七顶山剖面石英颗粒表面化学成因特征及意义研究

2020-09-17逯宏菲

福建质量管理 2020年17期

逯宏菲

(辽宁师范大学辽宁大连 116029)

一、引言

石英颗粒表面特征分析1962年首次被应用到地质学研究领域[1]，诸多学者使用扫描电镜对沉积物中的石英颗粒进行了大量研究，探讨了石英颗粒表面形态特征的形成机制及其与沉积环境的关系[2-4]。石英颗粒由于沉积区的温度、湿度条件的差异对化学作用程度的影响，化学成因特征与沉积区的气候条件关系更为密切[3]。我们就有可能利用扫描电镜观察石英颗粒表面的化学成因特征来探讨沉积物沉积时期的气候环境。因此，本文以辽南七顶山剖面为例，利用扫描电镜对七顶山剖面红色风化壳中石英颗粒表面的化学成因特征进行系统观察，并利用化学作用度探讨红色风化壳沉积时期的古环境变化，以期提出利用石英颗粒表面化学成因特征研究沉积物的新方法。

二、研究材料与实验方法

(一)剖面选择与样品采集。七顶山剖面(121°41′2″E，39°15′70″N)位于大连市金州区七顶山街道东侧，剖面海拔高度大约50 m，中部有约为4 m的红色风化壳，从剖面顶部向下挖一个新鲜沟槽按一定间距(40 cm)进行连续采样，共采集10个风化壳样品，自上而下依次编号为QDS1～QDS10。

(二)实验方法。参考前人的方法[2～4]，对样品进行前处理后，使用SBC-12小型离子溅射仪给石英颗粒喷镀上导电层，并对每个颗粒作快速定性分析，最后使用扫描电镜仪器进行观察分析。

三、实验结果

化学成因特征是由石英颗粒经化学作用改造形成，可分为溶蚀作用特征、沉淀作用特征和晶体生长[2～4]。化学成因特征可以在各种环境的石英颗粒表面上不同程度的发育[4]。

(一)溶蚀作用特征。石英颗粒不同部位抵抗化学溶蚀的强度不同，化学溶蚀沿着颗粒表面有缺陷部位发育，在晶面解体带上产生鳞片状剥落，在过渡带上产生深邃的不规则溶蚀坑和溶蚀沟，在晶面非解体带上产生方向性溶蚀坑[4]。具体见图1。

鳞片状剥落在七顶山剖面红色风化壳中的石英颗粒表面上，出现频率为100%，轮廓呈锯齿状、轮廓状等。剖面红色风化壳样品中的石英砂上往往形成蜂窝状溶蚀坑，坑中可见尚未脱落的盖状解理片或未完全溶蚀而残留的块状物体。七顶山剖面的石英颗粒表面方向性溶蚀坑外形丰富多样，且成排地出现，有的两排交叉在一起。

图1 七顶山剖面石英颗粒SEM化学成因特征

(二)沉淀作用特征。沉淀作用一般与溶蚀作用相伴生，石英颗粒因磨蚀和溶解产生过饱和氧化硅在表面发生沉淀[5]。在石英颗粒表面上，由于沉淀程度、形态的不同，沉淀作用的产物大致上可分为硅质球、硅质鳞片和硅质薄膜三类[4]。具体见图1。

硅质球在七顶山剖面红色风化壳中的石英颗粒表面普遍发育，多形成于颗粒表面的低洼部分。硅质球、硅质鳞片和硅质薄膜作为氧化硅沉淀作用的三种主要形式，图1-C1记录了从硅质球到硅质薄膜的演化。

四、讨论

七顶山剖面的红色风化壳是下伏灰岩在新近纪高温高湿的气候环境下经过化学风化在原地残积而成。在高温高湿的气候条件下受化学作用的强烈改造，颗粒表面发育了大面积的化学成因特征。七顶山剖面的红色风化壳的CIA值在83.52 ～ 86.67之间变化[6]，平均值为85.27，表明红色风化壳处于高等化学风化阶段，发育环境为高温高湿的气候条件[7]。该剖面红色风化壳的CIA从底部到顶部波动幅度较大，表明七顶山剖面红色风化壳在其发育期内的风化壳风化作用程度具有波动性，也反映出气候环境的波动性，气候波动影响化学作用程度的变化，进而影响石英颗粒表面化学成因特征的发育程度。红色风化壳石英颗粒的化学作用度在垂向的上的变化趋势与CIA有很好的同步性，说明石英颗粒表面受化学作用改造的程度与气候环境紧密相关。

因此，利用石英颗粒表面特征反演沉积环境时，可以使用石英颗粒其他参数对沉积环境进行探讨，为研究古环境提供更加细致、准确的证据以及新的方法。