兩種重礦物分析方法在青藏高原東南緣伊洛瓦底江沉積物物源分析中的應(yīng)用

胡云，何夢(mèng)穎,2，許歡，Tin Aung Myint，張畢輝，邊紫旋，鄭洪波,5

1. 南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，南京 210023

2. 江蘇省地理信息資源開(kāi)發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210000

3. 云南大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)研究中心，昆明 650000

4. 緬甸曼德勒大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，曼德勒 999091

5. 澳大利亞昆士蘭大學(xué)地球與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，布里斯班 4702

新生代青藏高原的隆升造就了亞洲眾多大江大河的發(fā)育[1-2]，河流作為構(gòu)造與氣候共同作用的產(chǎn)物，是陸源碎屑物質(zhì)搬運(yùn)入海的主要方式[3]。位于青藏高原東南緣的伊洛瓦底江發(fā)源于西藏察隅縣境內(nèi)，向南流經(jīng)緬中盆地，攜帶大量物質(zhì)匯入安達(dá)曼海，是研究青藏高原隆升、季風(fēng)氣候以及亞洲大型河流演化相互關(guān)系的關(guān)鍵區(qū)域[2,4]。目前對(duì)于伊洛瓦底江的演化歷史仍存在較大爭(zhēng)議，主要表現(xiàn)在：有學(xué)者發(fā)現(xiàn)緬中盆地始新世—中新世地層沉積物特征與藏南岡底斯弧具有很強(qiáng)的親緣性[5-6]，認(rèn)為新生代早期伊洛瓦底江曾與雅魯藏布江連接[1-2]；而另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為新生代不存在雅魯藏布江-伊洛瓦底江的連接[7-9]。Licht等認(rèn)為新生代早期伊洛瓦底江自東向西流入孟加拉灣，緬中盆地物源可能為盆內(nèi)西緬弧帶的近源輸入，隨著漸新世印緬山脈隆升，伊洛瓦底江流向變?yōu)樽员毕蚰希挼楸辈繕?gòu)造單元沉積物進(jìn)入緬中盆地沉積[10]。Clark等的襲奪模型還將伊洛瓦底江作為古紅河水系的一部分[1]；而Hoang等通過(guò)對(duì)紅河沉積物Hf 同位素的研究，認(rèn)為伊洛瓦底江不屬于古紅河水系[11]。目前對(duì)伊洛瓦底江沉積物的物源研究相對(duì)薄弱，Garzanti 等對(duì)伊洛瓦底江進(jìn)行了物源示蹤及沉積物通量估算研究，提出支流欽敦江流域與伊洛瓦底江上游對(duì)伊洛瓦底江干流具有基本對(duì)等的沉積物貢獻(xiàn)比例[12]，但Licht等的巖相學(xué)、地球化學(xué)數(shù)據(jù)指示伊洛瓦底江上游的緬甸北部構(gòu)造單元對(duì)流域沉積物貢獻(xiàn)更重要[7]。可見(jiàn)，伊洛瓦底江的沉積物特征仍需要進(jìn)一步的研究，這對(duì)認(rèn)識(shí)流域演化歷史具有重要意義。

沉積物物源示蹤作為盆地分析的重要內(nèi)容，是進(jìn)行古地理重建、古環(huán)境與古氣候恢復(fù)、盆地分析、構(gòu)造背景追溯及盆山耦合研究的重要方法和手段[13]。根據(jù)研究區(qū)沉積物的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)等性質(zhì)推測(cè)物源區(qū)的母巖類型，可以幫助了解其潛在物源區(qū)物質(zhì)搬運(yùn)過(guò)程以及地形演化[14]。重礦物含量及其組合分析是物源示蹤方法的重要手段之一。重礦物在沉積物中通常只占約1%，但其種類豐富，與源巖類型密切相關(guān)[14]。根據(jù)沉積物中重礦物的含量及組合特征的變化趨勢(shì)可以分析其母巖類型，追溯沉積物搬運(yùn)路徑，重建古河道，繪制泥砂擴(kuò)散模式圖，闡明成巖作用過(guò)程[15]。重礦物特征指數(shù)RZi（TiO2礦物-鋯石指數(shù)）、ATi（磷灰石-電氣石指數(shù)）、GZi（石榴子石-鋯石指數(shù)）及W（穩(wěn)定系數(shù)）等能反映沉積物風(fēng)化程度、物源變化情況以及沉積物搬運(yùn)距離等[16-18]。

重礦物分析的傳統(tǒng)方法是研究者通過(guò)光學(xué)顯微鏡(optical microscope, OM)對(duì)礦物的光學(xué)特性（顏色、多色性、干涉色及雙折射率等）和形態(tài)特征（突起、晶形及解理等）等進(jìn)行分析[19-20]。自20世紀(jì)70年代開(kāi)始，掃描電鏡（SEM）搭載能譜探測(cè)器（EDX），并結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形和數(shù)據(jù)處理軟件技術(shù)被廣泛應(yīng)用在重礦物定量化分析上[21]。目前，全球市場(chǎng)開(kāi)發(fā)的全自動(dòng)礦物分析系統(tǒng)主要有QEMSCAN、MAPS、AMICS和TIMA等主要廠商和型號(hào)[22]，其中，TIMA（TESCAN Integrated Mineral Analyzer）系統(tǒng)結(jié)合了全自動(dòng)礦物識(shí)別系統(tǒng)高度集成硬件和軟件，基于掃描電鏡（SEM）及能譜探測(cè)器（EDX）能同時(shí)進(jìn)行極高分辨率的背散射與X射線能譜快速成像，通過(guò)專業(yè)的礦物分析軟件系統(tǒng)確定礦物成分。TIMA系統(tǒng)獨(dú)特的低計(jì)數(shù)譜圖擬合算法能進(jìn)行高精度的礦物識(shí)別，對(duì)低含量礦物具有較高的檢測(cè)靈敏度[23]。傳統(tǒng)的光學(xué)顯微鏡鑒定和新興的自動(dòng)礦物識(shí)別系統(tǒng)都被廣泛用于礦物鑒定，然而，István Dunkla等用多個(gè)實(shí)驗(yàn)室的光學(xué)顯微鏡人工鑒定以及SEMEDX自動(dòng)化定量礦物識(shí)別方法對(duì)同一批重礦物進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)兩種方法的鑒定結(jié)果存在差異[24]。崔穎穎等也發(fā)現(xiàn)QEMSCAN分析法與光學(xué)顯微鏡人工鑒定測(cè)得的毛烏素沙地單個(gè)礦物含量和礦物分析指標(biāo)存在一定差異[25]。因此，兩類重礦物鑒定方法之間的結(jié)果對(duì)比對(duì)于建立統(tǒng)一的重礦物分析標(biāo)準(zhǔn)十分重要。

鑒于此，本文將同時(shí)采用自動(dòng)化礦物鑒別系統(tǒng)TIMA與人工光學(xué)顯微鏡鑒定這兩種方法來(lái)對(duì)比分析伊洛瓦底江的沉積物重礦物特征，判別沉積物的物源變化，并比較兩種方法在研究伊洛瓦底江沉積物物源分析上的差異。

1 研究區(qū)概況

伊洛瓦底江流域位于緬甸境內(nèi)（15°30'～28°50'N、93°16'～98°42'E），全 長(zhǎng)2 714 km，流 域 面 積 約為41萬(wàn)km2[26]，年均輸水量達(dá)379±47 km3，年均懸移質(zhì)通量約為（325±57）×106t[27]。

伊洛瓦底江的河源有兩支（圖1），東源恩梅開(kāi)江發(fā)源于中國(guó)西藏察隅縣境內(nèi)的伯舒拉嶺山脈西南麓，西源邁立開(kāi)江發(fā)源于緬甸北部山區(qū)，兩江在密松市匯合后始稱伊洛瓦底江[29]。伊洛瓦底江右側(cè)支流主要有北部大盈江、瑞麗江及南部的密埃河，左側(cè)支流主要有穆河、欽敦江。欽敦江是伊洛瓦底江最大的支流，長(zhǎng)約1 046 km，流域面積約11.5萬(wàn)km2，年均輸水量約165 km3，其水系切入緬甸中部白堊紀(jì)—新生代弧前盆地，沿著印緬山脈東側(cè)向南流動(dòng)，匯入伊洛瓦底江[30-31]。伊洛瓦底江以與欽敦江的匯合點(diǎn)為界，分為上游和下游。

伊洛瓦底江源頭深入青藏高原東南緣，總體呈南-北向貫穿緬中盆地，匯入安達(dá)曼海（圖1A）。緬甸北部構(gòu)造背景復(fù)雜，有察隅、波密地塊、莫古變質(zhì)帶、太公-密支那帶、杰沙-甘高山脈、枯門(mén)嶺以及硬玉礦隆升區(qū)等構(gòu)造單元（圖1B），巖性主要是變質(zhì)巖以及侵入性花崗巖，其中太公-密支那帶分布有蛇綠巖帶[28,32-35]。緬中盆地在變質(zhì)巖基底之上沉積近10 km的晚白堊紀(jì)、新生代沉積巖，盆地中央分布著白堊紀(jì)—第四紀(jì)巖漿巖[36]。盆地東側(cè)的撣邦高原沉積了古生代到中生代的地層，廣泛分布著碳酸鹽巖、頁(yè)巖等沉積巖[37-38]。盆地西側(cè)印緬山脈的東西兩側(cè)巖性不同，山脈東側(cè)主要是蛇綠巖、變質(zhì)巖及復(fù)理巖，山脈西側(cè)主要是復(fù)理巖、泥巖、石灰?guī)r等沉積巖[39-41]。

圖 1 伊洛瓦底江流域地形以及主要構(gòu)造單元分布圖A：伊洛瓦底江流域地形圖，B：伊洛瓦底江流域主要構(gòu)造單元分布圖（據(jù)Mitchell, 2007[28]和緬甸1∶100萬(wàn)地質(zhì)圖）。Fig.1 The topography and the distribution of major tectonic units in Irrawaddy River BasinA: The topography in Irrawaddy River Basin, B: the distribution of major tectonic units in Irrawaddy River Basin.

2 樣品和方法

2.1 樣品描述

本文選取伊洛瓦底江及其支流欽敦江的邊灘、河漫灘沉積物作為研究對(duì)象，共采集 4個(gè)樣品（表1）。其中樣品Irr1、Irr2位于伊洛瓦底江干流上游密支那-曼德勒河段，用以分析上游沉積物重礦物信息；樣品Chin1位于欽敦江的下游河段，代表了欽敦江流域的沉積物信息；樣品Irr3位于伊洛瓦底江下游，代表了來(lái)自流域上游和支流欽敦江的物質(zhì)混合，用以判斷支流和干流匯合后干流沉積物重礦物特征變化。所采集樣品均為分選良好的砂質(zhì)沉積物，每個(gè)樣品取1 kg左右。為了使樣品具有代表性，在同一個(gè)采樣點(diǎn)會(huì)采集多處樣品以確保其充分混合，采樣位置盡量避開(kāi)城市和可能的污染源。

表 1 伊洛瓦底江沉積物樣品信息Table 1 Sample information of Irrawaddy sediments

2.2 研究方法

2.2.1 重礦物分離

伊洛瓦底江流域沉積物重礦物的挑選在河北省廊坊市河北區(qū)域地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查研究所實(shí)驗(yàn)室完成，主要實(shí)驗(yàn)流程如下：

（1）稱重：將樣品烘干進(jìn)行稱重，記錄原始質(zhì)量。

（2）淘洗：將稱取的樣品進(jìn)行粗淘。

（3）重礦物分離：用三溴甲烷（密度為2.89 g/cm3）進(jìn)行分離，重液下的為重礦物，待用酒精沖洗干凈后，烘干稱重，記錄重礦物部分質(zhì)量。

2.2.2 光學(xué)顯微鏡重礦物分析

（1）磁選：灰色精砂通過(guò)強(qiáng)磁選、電磁選分離出強(qiáng)磁性（如磁鐵礦等）、電磁性（角閃石、石榴子石、輝石、橄欖石、電氣石、榍石等）及無(wú)磁性（鋯石、磷灰石、獨(dú)居石等）三部分，分別記錄三部分重礦物質(zhì)量。

（2）鏡下鑒定：對(duì)每個(gè)組分的重礦物進(jìn)行鏡下挑純，將特定組分顆粒平攤在玻璃板上，劃分4—5個(gè)視域，每個(gè)視域選取100～150個(gè)顆粒，根據(jù)每種重礦物體積百分含量計(jì)算重礦物質(zhì)量百分含量。對(duì)于含量偏低的重礦物，由于數(shù)量級(jí)太低無(wú)法計(jì)算質(zhì)量百分含量，則只統(tǒng)計(jì)顆粒數(shù)。

2.2.3 TIMA重礦物分析

（1）制靶與噴碳

將環(huán)氧樹(shù)脂灌注于特定尺寸的PVC環(huán)中，倒入與OM鑒定使用的同一批前處理分離的重礦物顆粒，用玻璃棒攪拌使顆粒均勻分布，制成樣品靶；經(jīng)過(guò)磨拋使樣品靶的高度滿足掃描電鏡進(jìn)樣標(biāo)準(zhǔn)，且需使樣品顆粒充分暴露以便于掃描及拍照；最后將樣品靶放入噴碳儀中進(jìn)行噴碳處理。

（2）掃描與分析

將鍍有碳膜的樣品放入TESCAN MIRA3場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡中，使用 TIMA 軟件進(jìn)行校準(zhǔn)、對(duì)焦。工作條件為：電壓為25 kV，電流為9.38 nA，束斑大小為82.87 nm，工作距離15.0 mm，掃描模式為RESOLUTION，Pixel size為2 μm，每個(gè)樣品掃描顆粒數(shù)大于1 500，待掃描完成后利用分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以獲得每種礦物的質(zhì)量百分含量 。

3 結(jié)果與討論

3.1 重礦物種類統(tǒng)計(jì)

TIMA重礦物自動(dòng)鑒定（下文簡(jiǎn)稱TIMA）與光學(xué)顯微鏡人工鑒定（下文簡(jiǎn)稱OM）兩種方法均顯示伊洛瓦底江流域沉積物重礦物種類豐富，且不同樣品之間存在顯著區(qū)別（表2）。兩種方法得到的結(jié)果存在明顯差異：TIMA分析識(shí)別出包括普通角閃石、陽(yáng)起石、韭閃石、鈣鋁榴石、鐵鋁榴石、鎂鋁榴石、錳鋁榴石、鈣鐵榴石、赤/磁鐵礦、鉻鐵礦、鈦鐵礦、綠泥石、黝簾石、褐簾石、橄欖石、鋯石、電氣石等31種重礦物（圖2），而OM方法僅鑒定出包括角閃石、石榴子石、黝簾石、赤鐵礦、磁鐵礦、鈦鐵礦、鋯石、金紅石、銳鈦礦、白鈦石、榍石、磷灰石、藍(lán)晶石等19種重礦物；OM法沒(méi)有區(qū)分出角閃石族的普通角閃石、陽(yáng)起石、韭閃石，石榴子石族的鈣鋁榴石、鎂鋁榴石、鐵鋁榴石、錳鋁榴石及鈣鐵榴石，且OM法無(wú)法檢測(cè)含量極少的重礦物，如白云母、黑云母、鋇錳閃葉石、剛玉、方鐵錳礦、重晶石、霓石等，對(duì)重量太低的重礦物也只能進(jìn)行顆粒數(shù)統(tǒng)計(jì)，無(wú)法統(tǒng)計(jì)其質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，如十字石、獨(dú)居石、尖晶石、輝石等；TIMA沒(méi)有測(cè)出銳鈦礦和白鈦石，也無(wú)法區(qū)分赤鐵礦和磁鐵礦。

圖 2 TIMA自動(dòng)掃描獲得的伊洛瓦底江沉積物重礦物圖像Fig.2 Automatic scanning images of heavy minerals in Irrawaddy River sediments by TIMA

表 2 TIMA及OM法測(cè)得的伊洛瓦底江沉積物重礦物含量Table 2 Heavy mineral content of Irrawaddy River sediments by TIMA and OM methods%

由于TIMA與OM法的分析結(jié)果存在以上統(tǒng)計(jì)差異，為了進(jìn)行沉積物物源判別分析，將兩種分析方法的重礦物種類進(jìn)行統(tǒng)一（表3），赤鐵礦、磁鐵礦統(tǒng)一為赤/磁鐵礦；金紅石、銳鈦礦、白鈦石都是以TiO2為主要成分的礦物，將三者統(tǒng)一為T(mén)iO2類礦物；鈣鋁榴石、鎂鋁榴石、鐵鋁榴石、錳鋁榴石、鈣鐵榴石統(tǒng)一為石榴子石。此外，含量極少且不常見(jiàn)的重礦物賦含的物源示蹤信息有限，不參與物源分析的討論。

碎屑沉積物中重礦物總體分布特征受到母巖性質(zhì)、水動(dòng)力條件和搬運(yùn)距離的影響[17]。根據(jù)重礦物抗風(fēng)化能力不同，可將重礦物劃分為穩(wěn)定和不穩(wěn)定兩類，穩(wěn)定重礦物抗風(fēng)化能力強(qiáng)，搬運(yùn)距離遠(yuǎn)，在遠(yuǎn)離源區(qū)的沉積巖中含量仍然較高；不穩(wěn)定重礦物抗風(fēng)化能力弱，離源區(qū)越遠(yuǎn)其相對(duì)含量越少[18]。伊洛瓦底江流域沉積物樣品中穩(wěn)定重礦物包括鋯石、電氣石、TiO2礦物、鉻鐵礦、尖晶石、石榴子石、赤/磁鐵礦、榍石、藍(lán)晶石、獨(dú)居石、鈦鐵礦、十字石，不穩(wěn)定重礦物包括磷灰石、褐簾石、黝簾石、橄欖石、角閃石、綠泥石（表3）。

表 3 TIMA與OM法鑒定的伊洛瓦底江沉積物重礦物統(tǒng)一分類Table 3 Unified classification of heavy mineral identification of Irrawaddy River sediments by TIMA and OM methods%

3.2 重礦物組合特征

（1）伊洛瓦底江上游重礦物組合特征

TIMA的分析結(jié)果指示伊洛瓦底江上游沉積物主要重礦物組合是角閃石-石榴子石-赤/磁鐵礦、鈦鐵礦，特征重礦物是角閃石（圖3）；樣品Irr2相對(duì)于Irr1來(lái)說(shuō)，磁性礦物（赤/磁鐵礦、鈦鐵礦）、綠泥石含量增加，石榴子石以及角閃石含量減少。OM法鑒定結(jié)果與TIMA類似，區(qū)別在于沉積物中石榴子石的含量少于黝簾石，而且沒(méi)有綠泥石、橄欖石、鉻鐵礦以及褐簾石等4種重礦物。

（2）欽敦江重礦物組合特征

欽敦江沉積物重礦物特征與伊洛瓦底江上游存在顯著差異，兩種鑒定方法都表明欽敦江主要重礦物為黝簾石、角閃石以及石榴子石（圖3）。與伊洛瓦底江上游樣品相比，欽敦江沉積物中的黝簾石、電氣石、藍(lán)晶石含量更高，磁性礦物（赤/磁鐵礦、鈦鐵礦）以及角閃石的含量更低。然而，TIMA中測(cè)得欽敦江沉積物中含量最高的重礦物是石榴子石（28.98%），OM法的結(jié)果則指示黝簾石含量最高（45.60%），OM法在欽敦江沉積物中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)褐簾石、橄欖石以及綠泥石（表3）。

（3）伊洛瓦底江下游重礦物組合特征

伊洛瓦底江下游沉積物以穩(wěn)定重礦物為主，不穩(wěn)定重礦物含量明顯減少（圖3）。TIMA和OM方法均表明伊洛瓦底江下游樣品的重礦物組合為磁性礦物（赤/磁鐵礦、鈦鐵礦）、石榴子石、黝簾石以及角閃石。TIMA分析發(fā)現(xiàn)沉積物中赤/磁鐵礦含量最高（28.74%），而OM法分析發(fā)現(xiàn)沉積物中含量最高的重礦物是鈦鐵礦（40.90%）。此外，TIMA測(cè)得的鉻鐵礦含量高于OM法的結(jié)果，但是黝簾石含量則明顯低于OM法的結(jié)果，且TIMA鑒定出了沉積物中的褐簾石、綠泥石以及橄欖石這三種重礦物（表3）。

圖 3 伊洛瓦底江沉積物重礦物組合特征Fig.3 The characteristics of heavy mineral assemblages of Irrawaddy River sediments

3.3 重礦物特征指數(shù)

由于重礦物在運(yùn)輸過(guò)程中會(huì)受到水動(dòng)力分選、風(fēng)化以及成巖作用的影響，Morton和Hallsworth等選擇了水力學(xué)性質(zhì)接近的穩(wěn)定重礦物含量比值來(lái)揭示沉積物的物源信息及其受風(fēng)化影響程度[17]，這些比值被稱為重礦物特征指數(shù)，包括ATi指數(shù)、GZi指數(shù)、穩(wěn)定系數(shù)W等。ATi指數(shù)能夠揭示沉積物中酸性巖漿巖的物源變化及沉積物受風(fēng)化程度[16]。GZi指數(shù)可反映沉積物的成熟度及其以石榴子石為母巖的物源變化情況。此外，穩(wěn)定系數(shù)W指的是穩(wěn)定重礦物與不穩(wěn)定重礦物百分含量的比值，用以反映沉積物的搬運(yùn)距離[16,18]。重礦物典型特征指數(shù)計(jì)算方法如下：

圖4顯示伊洛瓦底江干流穩(wěn)定系數(shù)W從上游到下游呈現(xiàn)逐漸增大的變化趨勢(shì)，指示上游沉積物多為近源輸入，下游沉積物多來(lái)自遠(yuǎn)源。沉積物隨著搬運(yùn)距離的增加，不穩(wěn)定重礦物含量減少，穩(wěn)定重礦物相對(duì)富集。GZi指數(shù)在整個(gè)流域范圍內(nèi)均普遍偏高，空間變率較小，表明流域沉積物中以石榴子石為主的母巖貢獻(xiàn)量較大；ATi指數(shù)總體偏低，支流欽敦江ATi指數(shù)最低，說(shuō)明流域沉積物中酸性巖漿巖的物源輸入較少，或沉積物受風(fēng)化程度較高。

TIMA和OM兩種方法計(jì)算的重礦物特征指數(shù)亦存在顯著差異：TIMA測(cè)得的欽敦江沉積物穩(wěn)定系數(shù)W大于1，而OM法得到的欽敦江穩(wěn)定系數(shù)W偏低；OM法測(cè)得的欽敦江沉積物ATi指數(shù)為0，而其測(cè)得伊洛瓦底江下游沉積物ATi指數(shù)遠(yuǎn)高于TIMA。Garzanti等利用化學(xué)蝕變指數(shù)（CIA）評(píng)估伊洛瓦底江流域沉積物風(fēng)化程度時(shí)發(fā)現(xiàn)，伊洛瓦底江上游沉積物風(fēng)化程度最低，欽敦江沉積物風(fēng)化程度最高[12]，該結(jié)論與TIMA分析中計(jì)算的ATi指數(shù)變化一致。OM法分析結(jié)果顯示伊洛瓦底江下游ATi指數(shù)最高（圖4），可能受到了該方法鑒定的過(guò)低電氣石含量的影響。

3.4 沉積物物源分析

不同的母巖類型會(huì)產(chǎn)生不同的礦物種類，這是運(yùn)用重礦物進(jìn)行溯源研究的原理[14]：大量晶形完好的鋯石、電氣石、磷灰石等礦物組合指示源區(qū)中酸性巖漿巖的存在；石榴子石、綠簾石、綠泥石主要是變質(zhì)成因；大量的赤/磁鐵礦、鈦鐵礦、角閃石以及橄欖石、輝石的出現(xiàn)說(shuō)明基性火成巖的存在；沉積巖母巖被風(fēng)化搬運(yùn)后會(huì)形成大量粒狀的白鈦石、滾圓的鋯石以及少量的金紅石[42]。

伊洛瓦底江上游的主要重礦物是角閃石-石榴子石-赤/磁鐵礦、鈦鐵礦，表明其主要的物源供給是變質(zhì)巖及中/基性巖，偏高的GZi指數(shù)表明以石榴子石為母巖的變質(zhì)巖貢獻(xiàn)較大，ATi指數(shù)偏低則說(shuō)明中/酸性巖漿巖的貢獻(xiàn)量較小。伊洛瓦底江上游沉積物主要來(lái)自緬甸北部構(gòu)造單元，其中莫古變質(zhì)帶和波密、察隅地塊大面積分布中高級(jí)變質(zhì)巖石榴子石片巖/片麻巖、角閃石片巖[43]（圖1），為流域上游沉積物提供較高含量的石榴子石、黝簾石和角閃石；杰沙-甘高山脈東側(cè)小范圍分布綠泥石片巖以及絹云母片巖等低級(jí)變質(zhì)巖[33]（圖1），為上游沉積物貢獻(xiàn)了較高含量的綠泥石；大面積綠泥石-綠簾石片巖及蛇綠巖覆蓋太公密支那帶[32]（圖1），片巖向伊洛瓦底江貢獻(xiàn)綠泥石、黝簾石等礦物，蛇綠巖帶以橄欖巖、輝長(zhǎng)巖、輝綠巖以及枕狀玄武巖等基性、超基性巖為主，剝蝕了大量的角閃石、磁性礦物（赤/磁鐵礦、鈦鐵礦）等礦物進(jìn)入伊洛瓦底江，使得其橄欖石、鉻鐵礦含量略高。

圖 4 伊洛瓦底江沉積物重礦物特征指數(shù)柱狀圖Fig.4 Histogram of characteristic index of heavy minerals in Irrawaddy River sediments

支流欽敦江源自枯門(mén)嶺西側(cè)，流經(jīng)硬玉礦抬升區(qū)后與印緬山脈平行向南流動(dòng)，下游流向在葛禮瓦城轉(zhuǎn)向東南，穿過(guò)緬甸中央巖漿弧后匯入伊洛瓦底江（圖1）?？蓍T(mén)嶺西南部新生代礫巖之下暴露大面積石英-綠泥石-綠簾石片巖[44]，山脈西側(cè)分布有高壓變質(zhì)巖榴輝巖[45]。印緬山脈東翼的變質(zhì)巖類型主要是滑石片巖、云母片巖、綠泥石-綠簾石片巖[39]。變質(zhì)巖的剝蝕風(fēng)化為欽敦江沉積物提供了石榴子石、黝簾石以及綠泥石等變質(zhì)礦物，偏高的GZi指數(shù)也指示了變質(zhì)巖的大量貢獻(xiàn)。除變質(zhì)巖外，蛇綠巖帶的分布范圍涵蓋了整個(gè)印緬山脈，蒙育瓦城市附近的欽敦江河谷兩側(cè)出露大面積的玄武巖，部分區(qū)域的花崗巖侵入玄武巖中[46]（圖1）。欽敦江沉積物中的橄欖石以及鉻鐵礦即為蛇綠巖帶的巖體風(fēng)化后搬運(yùn)到欽敦江沉積，角閃石、赤/磁鐵礦、鈦鐵礦等則可能來(lái)自于中央巖漿弧的玄武巖熔巖或蛇綠巖帶的中/基性巖。TIMA分析計(jì)算的穩(wěn)定系數(shù)W較大，指示欽敦江樣品沉積物主要來(lái)自于遠(yuǎn)源，故而TIMA的重礦物組合指示物源以上游變質(zhì)巖為主，近源的巖漿巖來(lái)源有限，ATi指數(shù)偏低。而OM法計(jì)算的穩(wěn)定系數(shù)W較小，指示欽敦江樣品沉積物主要以近源巖漿巖供給為主，這與重礦物組合中變質(zhì)巖含量過(guò)半以及ATi指數(shù)為零的現(xiàn)象相矛盾。

伊洛瓦底江下游在欽敦江匯入后，繼續(xù)向南流經(jīng)緬甸中央沉積盆地，匯入安達(dá)曼海（圖1）。下游重礦物主要為穩(wěn)定重礦物，重礦物穩(wěn)定系數(shù)W較高，指示下游沉積物搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)。赤/磁鐵礦、鈦鐵礦都是鐵礦床中常見(jiàn)的礦物，緬甸鐵礦資源主要產(chǎn)于晚古生代和中生代灰?guī)r和白云質(zhì)灰?guī)r上部或古近紀(jì)基性和超基性巖表層，礦石成分以赤/磁鐵礦、針鐵礦為主，該類型礦床主要分布在密支那西北部[47]（圖1）。伊洛瓦底江上游以及欽敦江流域鈦鐵礦范圍有限，且伊洛瓦底江下游和其他支流沒(méi)有流經(jīng)大型鐵礦床。因此，TIMA鑒定結(jié)果更符合磁性重礦物含量分布，下游的鈦鐵礦含量中等，磁性重礦物含量集中在赤/磁鐵礦。此外，流域下游流經(jīng)新生代沉積地層，可認(rèn)為沉積物中石榴子石、黝簾石以及綠泥石等礦物主要來(lái)自于上游或者欽敦江的變質(zhì)巖分布區(qū)域；鉻鐵礦、橄欖石及角閃石主要來(lái)自于上游或者欽敦江的蛇綠巖帶。伊洛瓦底江下游的鋯石以及TiO2礦物含量在TIMA的鑒定結(jié)果中明顯增高，指示TiO2礦物主要來(lái)自欽敦江。伊洛瓦底江上游以及欽敦江的鋯石含量都較低，推測(cè)下游較高含量的鋯石可能來(lái)自于伊洛瓦底江其他支流。其中穆河發(fā)源于大面積的花崗巖分布區(qū)域（圖1），推測(cè)下游較高的鋯石含量可能來(lái)自于該河源頭侵蝕。

Amidon等在評(píng)估不同源區(qū)對(duì)喜馬拉雅河流系統(tǒng)的鋯石貢獻(xiàn)量時(shí)指出，不同源區(qū)的兩個(gè)具有良好特征的年齡群體在下游混合成第三個(gè)群體時(shí)，下游年齡信號(hào)具有上游不同源區(qū)混合年齡特征[48]。在利用重礦物進(jìn)行物源分析時(shí)，同樣可以設(shè)想當(dāng)支流的重礦物組分與干流有明顯差異時(shí)，河流的重礦物組成將在匯合處下游發(fā)生顯著變化。圖5展示了兩種方法分析的重礦物含量在伊洛瓦底江干流以及欽敦江變化情況，折線表示干流主要重礦物含量變化，散點(diǎn)表示欽敦江主要重礦物含量變化。

從TIMA分析結(jié)果（圖5A）來(lái)看，干流的主要重礦物赤/磁鐵礦、石榴子石在欽敦江匯入后（Irr2-Irr3）含量上升，欽敦江的石榴子石含量遠(yuǎn)高于干流，赤/磁鐵礦含量較少，說(shuō)明欽敦江對(duì)伊洛瓦底江沉積物中的石榴子石礦物貢獻(xiàn)量較大，但是赤/磁鐵礦貢獻(xiàn)有限。相反，鈦鐵礦、綠泥石、黝簾石以及橄欖石含量在欽敦江匯入后（Irr2-Irr3）變化不大，盡管欽敦江的黝簾石、橄欖石含量較高，但其對(duì)伊洛瓦底江的黝簾石供給量仍然有限，欽敦江的鈦鐵礦以及綠泥石含量較低，指示欽敦江對(duì)伊洛瓦底江沉積物的鈦鐵礦、綠泥石供給較少。伊洛瓦底江下游（Irr2-Irr3）的角閃石含量大幅降低，而且欽敦江角閃石含量較少，說(shuō)明欽敦江對(duì)伊洛瓦底江的角閃石貢獻(xiàn)量較少，欽敦江匯入后稀釋了角閃石的含量。同理，OM法鑒定結(jié)果（圖5B）指示欽敦江對(duì)伊洛瓦底江下游的石榴子石以及黝簾石具有有限的貢獻(xiàn)量，而角閃石、赤/磁鐵礦、鈦鐵礦貢獻(xiàn)量較少。綜上，欽敦江除了對(duì)伊洛瓦底江下游沉積物中的石榴子石貢獻(xiàn)量較大外，對(duì)其他主要礦物貢獻(xiàn)量有限。

圖 5 伊洛瓦底江沉積物主要重礦物含量變化折線圖A：TIMA測(cè)得伊洛瓦底江主要重礦物變化，B：OM法測(cè)得伊洛瓦底江主要重礦物變化。Fig.5 The line chart of changes in heavy mineral content of Irrawaddy River sedimentsA: The major heavy mineral changes of Irrawaddy River sediments by TIMA, B: The major heavy minerals changes of Irrawaddy River sediments by OM.

綜合兩種方法對(duì)伊洛瓦底江重礦物鑒定的合理性，欽敦江的沉積物主要來(lái)自印緬山脈右翼的變質(zhì)巖及蛇綠巖，其對(duì)伊洛瓦底江沉積物貢獻(xiàn)量相對(duì)較小。上游流域的緬甸北部構(gòu)造單元—太公-密支那帶、莫古變質(zhì)帶、硬玉礦隆升區(qū)以及杰沙-甘高山脈是伊洛瓦底江干流沉積物更重要的物源貢獻(xiàn)區(qū)，其中貢獻(xiàn)量較大的構(gòu)造單元是分布有大面積變質(zhì)片巖和蛇綠巖帶的太公-密支那帶。該結(jié)論與Licht等的觀點(diǎn)一致[7]，但與Garzanti等的研究結(jié)果存在差異[12]。這可能與Garzanti 等的研究結(jié)果中含有較高含量的輝石及缺失磁性礦物有關(guān)，導(dǎo)致其認(rèn)為伊洛瓦底江源頭及欽敦江均具有較高的沉積物貢獻(xiàn)量[12]，此差異很可能是樣品重礦物前處理過(guò)程不同引起的。

3.5 TIMA與光學(xué)顯微鏡鑒定重礦物結(jié)果對(duì)比

光學(xué)顯微鏡與TIMA都是很有意義的重礦物分析方法，從伊洛瓦底江流域沉積物重礦物分析結(jié)果可以看出，這兩種方法在重礦物分析上有著顯著差異。雖然二者都分析出伊洛瓦底江流域沉積物的重礦物源巖主要是變質(zhì)巖以及中/基性巖漿巖，但是重礦物種類以及單個(gè)重礦物含量有著明顯差異。

TIMA在伊洛瓦底江沉積物中鑒別出更豐富的重礦物種類，能區(qū)分角閃石族以及石榴子石族的變種礦物，而且能夠捕捉到含量較少的重礦物的信息。因此，TIMA能夠提供較為豐富細(xì)致的礦物學(xué)參數(shù)，更適合應(yīng)用到特定礦物的搜索研究中。如Xu等利用TIMA分析超硅石榴子石包體，提供了碳酸巖巖漿起源于地幔過(guò)渡帶的直接證據(jù)[49]。然而，TIMA是基于化學(xué)成分識(shí)別礦物種類并統(tǒng)計(jì)含量的方法，對(duì)鑒定成分相同或相近的礦物存在困難，如對(duì)于化學(xué)成分都是TiO2的礦物，TIMA無(wú)法區(qū)分出金紅石、銳鈦礦和白鈦石，但是重礦物特征指數(shù)ZTR（鋯石-電氣石-金紅石指數(shù)）以及RuZi（金紅石-鋯石指數(shù)）都要求獲得單獨(dú)金紅石礦物的含量，用所有TiO2礦物代替金紅石分析會(huì)使指數(shù)誤差增大。此外，TIMA也無(wú)法區(qū)分赤鐵礦與磁鐵礦，而是將兩種礦物統(tǒng)一記為赤/磁鐵礦（表2）。István Dunkl等也發(fā)現(xiàn)，SEM-EDX自動(dòng)化礦物定量分析系統(tǒng)對(duì)識(shí)別化學(xué)成分類似的硅酸類礦物，如輝石類和黏土類礦物，會(huì)出現(xiàn)較大誤差[24]。因此，對(duì)于鑒定化學(xué)成分相同的礦物，建議配合光學(xué)顯微鏡等傳統(tǒng)礦物鑒定方法聯(lián)合使用。

光學(xué)顯微鏡法對(duì)于光性復(fù)雜或者光性重疊的重礦物種類鑒別存在困難[20]，角閃石族以及石榴子石族內(nèi)各種變種礦物之間類質(zhì)同象現(xiàn)象十分普遍[50]，故其無(wú)法區(qū)分角閃石族中的陽(yáng)起石、韭閃石、普通角閃石以及同屬于石榴子石族的鈣鋁榴石、鐵鋁榴石、鈣鐵榴石、錳鋁榴石、鈣鐵榴石、鎂鋁榴石。有研究表明變種礦物成分的差異也可分析物源變化，如Morton等根據(jù)北海砂巖中石榴子石成分差異，提出了石榴子石AS-P-G端元圖（鐵鋁榴石+錳鋁榴石-鎂鋁榴石-鈣鋁榴石）來(lái)分析其沉積物物源[51]。此外，光學(xué)顯微鏡人工鑒定要求實(shí)驗(yàn)人員具備豐富的礦物鑒定經(jīng)驗(yàn)，不同實(shí)驗(yàn)室光學(xué)顯微鏡法對(duì)成分相同的人工重礦物樣品的鑒定結(jié)果往往匹配程度較低，重復(fù)性較差[24]。

通過(guò)結(jié)合伊洛瓦底江流域的地質(zhì)單元巖性分布情況，TIMA的重礦物分析結(jié)果更符合實(shí)際情況。整體上，兩種方法都說(shuō)明了伊洛瓦底江沉積物中較大比例變質(zhì)巖以及中/基性巖漿巖的物源，但TIMA對(duì)于磁性礦物（赤/磁鐵礦、鈦鐵礦）以及緬甸蛇綠巖帶的標(biāo)志性礦物橄欖石以及鉻鐵礦的含量分析更加準(zhǔn)確。簾石類以及綠泥石礦物易風(fēng)化產(chǎn)生蝕變，礦物顆粒表面的顏色、光澤等信息更加復(fù)雜，增加了OM鑒定的難度，也對(duì)OM法鑒定人員的專業(yè)技能要求更高。同時(shí)，TIMA基于能譜分析是無(wú)法判斷礦物蝕變情況的，這可能是這兩類礦物含量在兩種方法鑒定結(jié)果中存在顯著差異甚至偏離真實(shí)值的原因。但鑒于本文所鑒定的樣品為同一批分離過(guò)程挑選出來(lái)的重礦物，且討論部分證實(shí)了TIMA的結(jié)果更加客觀可靠，因此，認(rèn)為T(mén)IMA的鑒定結(jié)果更為客觀，后續(xù)研究也將針對(duì)此類礦物進(jìn)行進(jìn)一步的鑒定分析。

4 結(jié)論

（1）從伊洛瓦底江流域地質(zhì)巖性分布以及重礦物分析結(jié)果的耦合來(lái)看，TIMA以及OM法都鑒定出伊洛瓦底江主要重礦物為石榴子石、黝簾石、磁性礦物（赤/磁鐵礦、鈦鐵礦）及角閃石，指示伊洛瓦底江沉積物主要來(lái)自緬甸北部構(gòu)造單元的變質(zhì)巖以及中基性巖，但TIMA對(duì)于磁性礦物（赤/磁鐵礦、鈦鐵礦）以及緬甸蛇綠巖帶的標(biāo)志性礦物橄欖石以及鉻鐵礦的含量分析更加準(zhǔn)確。

（2）伊洛瓦底江沉積物潛在物源區(qū)主要有北部莫古變質(zhì)帶、太公-密支那帶、杰沙-甘高山脈、枯門(mén)嶺以及硬玉礦隆升區(qū)，緬甸西部的印緬山脈以及中部的巖漿巖帶。根據(jù)欽敦江匯入后干流重礦物含量變化，本文推測(cè)欽敦江對(duì)伊洛瓦底江下游沉積物貢獻(xiàn)量有限；分布有變質(zhì)巖以及蛇綠巖帶的太公-密支那帶對(duì)伊洛瓦底江沉積物貢獻(xiàn)量最大。

（3）TIMA法與OM法對(duì)伊洛瓦底江重礦物特征的分析結(jié)果具有明顯差異，首先表現(xiàn)在礦物種類上，TIMA檢測(cè)出更豐富的重礦物種類。OM法對(duì)光學(xué)性質(zhì)相近的礦物鑒定結(jié)果準(zhǔn)確度不高，但變種礦物之間類質(zhì)同象現(xiàn)象十分普遍。TIMA能對(duì)變種礦物進(jìn)行更為詳細(xì)的分類分析，但是不能區(qū)分化學(xué)性質(zhì)相同的TiO2礦物、赤鐵礦與磁鐵礦。結(jié)合TIMA以及OM法對(duì)伊洛瓦底江沉積物分析結(jié)果的差異，建議如果要對(duì)化學(xué)性質(zhì)有差異但是光學(xué)性質(zhì)相近的礦物進(jìn)行詳細(xì)鑒定分析，TIMA的分析結(jié)果更加可靠，并且可采用TIMA方法進(jìn)行特定礦物的詳細(xì)研究以及全巖礦物和化學(xué)組成分析；而對(duì)于化學(xué)性質(zhì)相同的礦物則應(yīng)選擇OM法進(jìn)行區(qū)分鑒定。