遼南七頂山剖面石英顆粒表面化學成因特征及意義研究

逯宏菲

(遼寧師范大學 遼寧 大連 116029)

一、引言

石英顆粒表面特征分析1962年首次被應用到地質學研究領域[1]，諸多學者使用掃描電鏡對沉積物中的石英顆粒進行了大量研究，探討了石英顆粒表面形態特征的形成機制及其與沉積環境的關系[2-4]。石英顆粒由于沉積區的溫度、濕度條件的差異對化學作用程度的影響，化學成因特征與沉積區的氣候條件關系更為密切[3]。我們就有可能利用掃描電鏡觀察石英顆粒表面的化學成因特征來探討沉積物沉積時期的氣候環境。因此，本文以遼南七頂山剖面為例，利用掃描電鏡對七頂山剖面紅色風化殼中石英顆粒表面的化學成因特征進行系統觀察，并利用化學作用度探討紅色風化殼沉積時期的古環境變化，以期提出利用石英顆粒表面化學成因特征研究沉積物的新方法。

二、研究材料與實驗方法

(一)剖面選擇與樣品采集。七頂山剖面(121°41′2″E，39°15′70″N)位于大連市金州區七頂山街道東側，剖面海拔高度大約50 m，中部有約為4 m的紅色風化殼，從剖面頂部向下挖一個新鮮溝槽按一定間距(40 cm)進行連續采樣，共采集10個風化殼樣品，自上而下依次編號為QDS1～QDS10。

(二)實驗方法。參考前人的方法[2～4]，對樣品進行前處理后，使用SBC-12小型離子濺射儀給石英顆粒噴鍍上導電層，并對每個顆粒作快速定性分析，最后使用掃描電鏡儀器進行觀察分析。

三、實驗結果

化學成因特征是由石英顆粒經化學作用改造形成，可分為溶蝕作用特征、沉淀作用特征和晶體生長[2～4]。化學成因特征可以在各種環境的石英顆粒表面上不同程度的發育[4]。

(一)溶蝕作用特征。石英顆粒不同部位抵抗化學溶蝕的強度不同，化學溶蝕沿著顆粒表面有缺陷部位發育，在晶面解體帶上產生鱗片狀剝落，在過渡帶上產生深邃的不規則溶蝕坑和溶蝕溝，在晶面非解體帶上產生方向性溶蝕坑[4]。具體見圖1。

鱗片狀剝落在七頂山剖面紅色風化殼中的石英顆粒表面上，出現頻率為100%，輪廓呈鋸齒狀、輪廓狀等。剖面紅色風化殼樣品中的石英砂上往往形成蜂窩狀溶蝕坑，坑中可見尚未脫落的蓋狀解理片或未完全溶蝕而殘留的塊狀物體。七頂山剖面的石英顆粒表面方向性溶蝕坑外形豐富多樣，且成排地出現，有的兩排交叉在一起。

圖1 七頂山剖面石英顆粒SEM化學成因特征

(二)沉淀作用特征。沉淀作用一般與溶蝕作用相伴生，石英顆粒因磨蝕和溶解產生過飽和氧化硅在表面發生沉淀[5]。在石英顆粒表面上，由于沉淀程度、形態的不同，沉淀作用的產物大致上可分為硅質球、硅質鱗片和硅質薄膜三類[4]。具體見圖1。

硅質球在七頂山剖面紅色風化殼中的石英顆粒表面普遍發育，多形成于顆粒表面的低洼部分。硅質球、硅質鱗片和硅質薄膜作為氧化硅沉淀作用的三種主要形式，圖1-C1記錄了從硅質球到硅質薄膜的演化。

四、討論

七頂山剖面的紅色風化殼是下伏灰巖在新近紀高溫高濕的氣候環境下經過化學風化在原地殘積而成。在高溫高濕的氣候條件下受化學作用的強烈改造，顆粒表面發育了大面積的化學成因特征。七頂山剖面的紅色風化殼的CIA值在83.52 ～ 86.67之間變化[6]，平均值為85.27，表明紅色風化殼處于高等化學風化階段，發育環境為高溫高濕的氣候條件[7]。該剖面紅色風化殼的CIA從底部到頂部波動幅度較大，表明七頂山剖面紅色風化殼在其發育期內的風化殼風化作用程度具有波動性，也反映出氣候環境的波動性，氣候波動影響化學作用程度的變化，進而影響石英顆粒表面化學成因特征的發育程度。紅色風化殼石英顆粒的化學作用度在垂向的上的變化趨勢與CIA有很好的同步性，說明石英顆粒表面受化學作用改造的程度與氣候環境緊密相關。

因此，利用石英顆粒表面特征反演沉積環境時，可以使用石英顆粒其他參數對沉積環境進行探討，為研究古環境提供更加細致、準確的證據以及新的方法。

五、結論

(1)利用石英顆粒表面化學成因特征，并結合化學作用度可以研究剖面沉積時期的環境變化。

(2)石英顆粒表面化學作用度指示紅色風化殼的發育期內具有波動性，可以表明紅色風化殼發育時期的氣候波動性。