孟加拉国塔杰普尔盆地冈瓦纳沉积物沉积环境动态的地球化学研究

《Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C》：Geochemical Insights into the Depositional Environment Dynamics of Gondwana Sediments in the Tajpur Basin, Bangladesh

本研究通过薄片岩相学、X射线荧光及中子活化分析，系统评估了Bangladesh Tajpur盆地Gondwana砂岩的矿物组成与微量元素特征，揭示了风化程度中等、构造环境为被动边缘、气候为半湿润-半干旱以及氧化环境沉积的地质过程，为南亚Gondwana盆地构造演化与气候变迁提供了新依据。

　　
Tajpur Basin Gondwana Sandstone (TBGS) 的地质特征与演化机制研究

一、研究背景与科学问题
Gondwana盆地作为南亚古地理格局的重要载体，其沉积序列记录了白垩纪以来全球构造-气候系统演变的关键信息。本研究聚焦 Bangladesh境内Tajpur盆地早古生代沉积岩系，旨在解决以下科学问题：1）源岩性质与构造环境的关系；2）化学风化程度与古气候的耦合机制；3）沉积环境与构造运动的时空耦合关系。

二、研究方法与技术路线
研究团队采用多维度分析方法构建三维地质模型：1）薄片岩相学分析（Petrographic thin section）定量统计矿物组合
2）X射线荧光光谱（XRF）建立全岩元素数据库
3）中子活化分析（INAA）实现痕量元素精确测定
4）综合应用Herron分类体系、CIA指数、F1-F2判别函数等地质地球化学指标
5）结合区域构造演化史进行多因素耦合分析

三、关键研究发现
（一）岩石地球化学特征
1. 基质成分分析显示：石英平均含量71.95%，Al?O? 11.78%，Fe?O? 8.29%，K?O 4.19%，形成典型硅质碎屑岩系
2. 痕量元素显示Zr/Th=3.2-5.7，Cr/Ti=0.45-0.78，具有陆源碎屑岩特征
3. 稀土元素总量66.9-241.94 mg/kg，轻稀土富集（La/Sm=3.1-4.5），显示中等程度表生改造
4. Fe?O?/MgO比值0.12-0.21，符合氧化环境沉积特征

（二）构造地质演化
1. 判别函数（F1-F2）显示：83%样品位于 acidic-intermediate 原岩场域，暗示花岗岩-闪长岩源区
2. Ti/Th=0.38-0.57与被动大陆边缘沉积模式吻合
3. 磨圆度系数0.65-0.82显示长距离搬运沉积特征
4. 研究区构造演化呈现阶段性特征：
- 355-320 Ma：裂谷活动主导，沉积速率加快
- 320-285 Ma：热沉降阶段，形成稳定沉积层系
- 285-250 Ma：区域挤压，产生NE-SW向褶皱构造

（三）古气候重建
1. CIA指数69.36（平均）显示中等化学风化强度
2. SiO?/Al?O?=6.2-8.5，Fe?O?/K?O=0.02-0.03，符合半湿润气候特征
3. 棕土指数（BI）0.18-0.74表明年均降水量约800-1500mm
4. V/Cr=0.45-0.68与氧化环境沉积序列吻合

（四）沉积环境解析
1. Fe2?氧化率（FeO/Fe?O?）达0.78-0.92，指示氧化环境沉积
2. 沉积物粒度分布显示：中值粒径φ=3.2-3.8，分选系数0.45-0.62，符合辫状河三角洲沉积特征
3. 砂体类型空间展布规律：
- 西北部：石英砂岩（Q>90%）
- 东南部：岩屑砂岩（F>30%）
- 中部过渡带：混合砂岩（Q/F=0.5-1.2）
4. 煤岩显微组分显示：镜质体含量38-52%，反映次生煤化作用

四、理论创新与实际意义
（一）新理论模型建立
1. 提出"构造热事件-化学风化-沉积充填"耦合演化模型
2. 发现被动边缘盆地中存在"二次变质"现象：先期经历区域变质作用，后期在沉积过程中发生矿物重结晶
3. 建立Gondwana盆地沉积物成熟度指数（DSI=0.67±0.15），为划分沉积岩成熟度提供新标尺

（二）资源勘探应用
1. 砂岩孔隙度预测模型显示：埋深1500-2000m处孔隙度可达18-22%
2. 煤岩镜质体反射率（Ro）0.65-0.78，对应侏罗纪-白垩纪成煤期
3. 发现隐伏气水层：XRF显示Cl?含量0.85-1.23 wt%，推测存在卤水层

（三）区域地质对比
1. 与Bengal盆地中侏罗世沉积物对比，发现相似的风化指数（CIA=68±7）
2. 稀土元素配分模式与Dharwar盆地晚泥盆世沉积岩具有遗传关系
3. 构造演化序列与印度板块东移速率（2.3±0.5 mm/yr）吻合度达0.82

五、研究局限与展望
（一）现存技术瓶颈
1. XRF分析对粘土矿物检测灵敏度不足（<5 wt%）
2. 中子活化分析无法区分同位素分馏效应
3. 沉积物 provenance 判别受气候因素干扰系数达0.15

（二）未来研究方向
1. 建立Gondwana盆地沉积物全要素数据库（包含87种元素）
2. 开展同位素地球化学示踪（δ1?O和δ1??Pb）
3. 部署三维地震反演模型（网格间距10m×10m×50m）

（三）理论突破方向
1. 构建被动边缘盆地沉积-构造耦合动力学模型
2. 开发基于机器学习的沉积物分类算法（准确率目标≥92%）
3. 建立古气候-构造应力场联合反演方法

六、结论
本研究通过多学科交叉方法，首次系统揭示Tajpur盆地Gondwana沉积岩系的地质演化序列：
1. 源区分析显示花岗岩-石英岩混合来源（比例1:3）
2. 构造背景判定为E-W向裂谷-坳陷转换带
3. 气候演化轨迹：湿润→半湿润→干旱（δ1?O记录显示）
4. 矿物成因：石英为岩浆成因（Ar/Ar年龄252±18 Ma），长石为表生改造产物
5. 砂体形成机制：经历300-500km搬运距离，在被动大陆边缘形成三角洲-陆架复合体系

研究成果为南亚古地理重建提供了关键证据链，对指导区域油气勘探（已发现2个新含油气构造）和煤系开发（预测可采煤层厚度1.2-2.5m）具有重要应用价值。建议后续研究重点关注沉积物元素分异规律与构造应力场的定量关系，以及古气候指标与构造活动的耦合响应机制。