判别陆源碎屑岩古流向与物源方向技巧
第三讲——沉积岩——陆源碎屑岩(2)
本次课程的砾岩分类表
残积的 残积角砾岩、 残积角砾岩、倒石堆 正砾岩（ 正砾岩（杂基 <15%） ） 沉积的 副砾岩（ 副砾岩（杂基 >15%） ） 同生的 成岩期 后的 稳定组分 >90% 稳定组分 <90% 纹层基质 非纹层基 质 石英质砾岩 岩块砾岩 纹层状砾质 泥岩 冰碛砾岩
同生砾岩和角砾岩 滑塌角砾岩 岩溶角砾岩（洞穴角砾岩）、岩溶角砾岩 岩溶角砾岩（洞穴角砾岩）、岩溶角砾岩 ）、
砾岩是长期搬运的正常沉积物， 砾岩是长期搬运的正常沉积物，而角砾岩的成因则 多种:构造作用、火山作用、 多种:构造作用、火山作用、溶解作用
粗碎屑岩—砾岩和角砾岩 第一节 粗碎屑岩 砾岩和角砾岩
2. 按砾石的大小 巨砾>256mm 巨砾 粗砾 256-64mm 中砾 64-4mm 细砾 4-2mm 当砾石分选差时， 当砾石分选差时，可用混积法命名 3. 按成分： 按成分： 单成分砾岩：单一成分大于 单成分砾岩：单一成分大于75% 复成分砾岩：每种成分小于 复成分砾岩：每种成分小于50%
粗碎屑岩—砾岩和角砾岩 第一节 粗碎屑岩 砾岩和角砾岩
野外砾岩剖面
粗碎屑岩—砾岩和角砾岩 第一节 粗碎屑岩 砾岩和角砾岩
四、粗碎屑岩的分类
分类原则：粒度、形状、成因、地理位置等， 分类原则：粒度、形状、成因、地理位置等， 理想的分类是成因分类但很难做到， 理想的分类是成因分类但很难做到，常用多级分类 按圆度： 1. 按圆度： 砾岩：圆状或次圆状>50%（占碎屑含量） 砾岩：圆状或次圆状>50%（占碎屑含量） >50% 角砾岩：次棱角状或棱角状>50% 角砾岩：次棱角状或棱角状>50%
3. 三端元四组分分类 三端元四组分分类方案详解： 三端元四组分分类方案详解：
第三章碎屑岩
第一节 碎屑岩的一般特征
第二节 粗碎屑岩-砾岩、角砾岩
第三节 中-细碎屑岩-砂岩、粉砂岩
第四节 泥质岩
第一节 碎屑岩的一般特征
（一）、碎屑岩的物质成分
碎屑岩的物质成分主要由碎屑物质、化学物质和杂基三部分组成。
1.碎屑物质
碎屑岩中的碎屑物质，可占整个岩石组分的50%以上，是碎屑岩的特征组分。
0.125~0.0625
0.1~0.05
粗粉砂
粗粉砂
0.0625~0.0312
0.05~0.01
细粉砂
中粉砂
0.0312~0.0156
细粉砂
0.0165~0.0078
极细粉砂
0.0078~0.0039
<0.01
粉
砂
粘土（泥）
<0.0039
（2）球度
球度是指碎屑颗粒接近球体的程度。
球度的计算：
由公式可以看出，颗粒的三个轴越接近相等，
中等。
③构造
各种大型交错层理、波痕、生物扰动构造等。
④颜色
与长石的颜色有关——淡黄色、灰白色或红色
⑤成因
母岩富含长石——花岗岩和花岗片麻岩类
物理风化作用为主，强烈的侵蚀、快速堆积
埋藏后的蚀变作用很弱
构造活动较强烈
2.岩屑质长石砂岩
R=10～50%，F=25～75%，F>R
（一）成因（Origin）
2.长石质岩屑砂岩
Q<75%， R:F<3:1 ，R>F
（二）成因（Origin）
1.岩屑砂岩的形成条件与长石砂岩基本类似，需要有
岩——同生砾岩
内碎屑砾岩、泥岩砾岩/泥砾岩
三、主要成因类型
物源分析
1．5 地质年代学方法 单颗粒碎屑矿物的同位素测年在物源分析中的应用方面，目前 应用的方法主要有：碎屑颗粒的 （磷灰石、锆石）裂变径迹测 年法［52］、含铀微相 （锆石、独居石和榍石）U—Pb测年法 ［53～55］、 （碎屑云母和角闪石）40 Ar/39 Ar测年法［56］、 Rb—Sr法［57］、 Sm—Nd
1．1 沉积学方法 沉积学法主要依据沉积学原理，对碎屑岩进 行物源分析，如根据碎屑岩粒度由物源向盆 地方向逐渐变 细、地层厚度变大、砂/地比值向盆地中心方 向总体呈降低趋势；古流向测量及玫瑰花状、 古地貌分析 、结合沉积相分析结果判断物源
1．2 岩石学方法 根据盆地陆源碎屑岩来自母岩的陆源碎屑组合 可以推断物源区母岩类型。 尤其是砂砾岩中的 砾石成分，可反映基底和物源区母岩的成分， 也反映磨蚀的程度、气候条件以及构造背景
1．4 元素地球化学方法 元素地球化学已成为地质构造复杂地区研究的有效手段［33］，元素地球化学 法已被国内外学者广泛运用，包括常量元素、特征元素及其比值法、微量元素 （含稀土元素）法［34～37］。 一些元素在母岩风化、剥蚀、搬运、沉积及成 岩过程中不易迁移，几乎被等量地转移到碎屑沉积物中，故可被作为沉积物物 源的示踪物，如 Th、 Sc、 Al、 Co、 Zr、 Hf、 Ti、 Ga、 Nb及稀土元素（REE） 等，尤其是其中的 REE 因其具有特殊的地球化学性质而在物源示踪中运用很广 ［38］ 。 保存在沉积物 （岩）中的环境和物源信息，可用多种元素地球化学方法释读， 如通过研究元素的组成、组合、相对含量、分布规律、比值关系、多元图解、 配分模式，以及元素与同位素的关系等，进行物源示 踪。
依据大量的砂岩碎屑成分统计数据，建立了砂质碎屑矿物成分 与物源区之间的系统关系，绘制了多个经验判别三角图解 至今仍然被广泛应用物源区的构造背景分析
第三章陆源碎屑岩--一般特征2
-1—0 0—1 1—2 2—3 3—4
0.05—0.01 0.01—0.005
<0.005
0.063—0.031 4—5 0.031—0.0039 5--8
<0.0039
>8
陆源碎屑结构
1、碎屑颗粒的结构 碎屑颗粒的分选（分选性）：碎屑颗粒大小的均匀程度
叫 分选或分选性。
分选性分为三级： 分选好：主要粒级含量大于75% 分选中等：主要粒级含量50-75% 分选差：各种粒级含量都小于50%
颗粒的接触类型示意图
泥状结构
泥状结构是由<0.0039mm的碎屑颗粒和粘土矿物组成的结构 类型，是泥岩特有的。 特点：粒度极细，粘土矿物定向排列，多具水平层理，手 触有滑感，贝壳状断口。
但自然界中，纯粹的泥状结构不多，常有数量不等的 粉砂混入，形成过渡结构类型。
陆源碎屑岩的构造
常见的构造： 各种层理构造、 层面构造、 同生变性构造、 虫孔和虫迹构造等
陆源碎屑岩的定义及基本组成
一、陆源碎屑岩的定义及基本组成
1、定义: 陆源碎屑岩是指由母岩经物理风化作用所形成的碎屑
物质，经过机械的搬运和沉积，并进一步压实和胶结而形成的沉积 岩类。
2、陆源碎屑岩的基本组成：
碎屑颗粒是碎屑岩的主要组成部分，占整个岩石的50%以上，并决 定岩石的基本性质。 杂基由机械沉积作用形成的细粒物质，充填在碎屑颗粒之间。 胶结物是对颗粒起胶结作用的化学沉淀物。 孔隙是指岩石中未被固体物质所占据的部分，孔隙可以是原生的， 也可以是后期形成的。
陆源碎屑岩的成分
3、成分成熟度
碎屑岩的成分成熟度是指碎屑沉积组分在其风化、搬运 沉积作用的改造下接近最稳定的终极产物的程度。
石英抗风化能力强，在搬运和沉积过程中蚀变很小，是 最稳定的组分。
陆源碎屑岩物源分析手段及研究进展
陆源碎屑岩物源分析手段及研究进展高健;林良彪;郝强;余瑜【摘要】物源分析作为沉积盆地分析的重要内容,在研究盆山耦合、构造演化等环节中发挥着不可替代的作用.本文结合诸多学者的研究成果简要介绍了陆源碎屑岩物源分析的一些技术手段及研究进展情况,并就其未来发展提出了一些看法.【期刊名称】《四川地质学报》【年(卷),期】2016(036)001【总页数】8页(P14-21)【关键词】陆源碎屑岩;物源分析手段;研究进展【作者】高健;林良彪;郝强;余瑜【作者单位】成都理工大学沉积地质研究院,成都610059;成都理工大学沉积地质研究院,成都610059;成都理工大学沉积地质研究院,成都610059;成都理工大学沉积地质研究院,成都610059【正文语种】中文【中图分类】P588.21+2传统物源分析方法主要以沉积学、岩石矿物学以及统计理论作为理论基础，利用岩石类型、成分和分布情况以及碎屑类型及其组合来推断物源区。
方法简单快捷，成本低。
作为传统方法，在推断大的源区方面比较有效；当物源为混合物源时，对碎屑来源往往指示不清[6]。
1.1 沉积学方法沉积学法是最基本、最广泛的应用于沉积盆地分析的方法，其主要依据沉积学原理结合钻井、地震等资料，对碎屑岩进行物源分析。
而古水流分析又是沉积学方法中最重要的一种，根据存在于沉积岩中的能够推断水流方向的特性进行，利用交错层理（斜层理、逆转变形层理、爬升沙纹层理等）、层面构造（波痕、槽模等）、砾石的定向排列、生物化石的定向排列等标志来推断古水流方向，然后结合古地貌分析、沉积相分析结果，进而判断物源的相对位置[7]。
但古水流分散性较大并且判定标志的识别具有不确定性和局限性，因此必须做大量的野外观察和室内资料统计工作才能获得比较客观的信息。
此外，依据碎屑岩粒度、成熟度在由物源向盆地搬运过程中的变化特征、地层沉积厚度变化特征以及构造特征等都能为物源的定位提供有利的依据[8]。
1.2 岩石矿物学方法1.2.1 碎屑组分分析1）砾岩：通过系统统计砾石中不同成分的含量、粒径及占比等资料，可以解读出基底、母岩岩性、搬运距离等信息，进而判定物源位置。
第五章 沉积环境的主要判别标志(7-8)
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 沉积构造标志 岩石结构和粒度标志 岩矿成份和地球化学标志 生物标志 古水流的判别标志及其环境意义
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第三节 岩矿成份和地球化学标志
一,岩矿成份标志 1.陆源碎屑成分 2.自生矿物和特殊岩石类型 二,地球化学标志 1.元素地球化学在沉积环境分析方面的应用 2.稳定同位素在沉积环境分析中的应用
从深海采到锰结核到船上的情景
针铁矿(0-10m, 大于270C)一般形 成在较浅水区(包 括滨海,湖盆). 鲕绿泥石(1050m,25-270C , 多见于滨海. 鲕状赤铁矿(3540m,25-270C), 多见于滨海. 海绿石和磷块岩 (125-250m,10150C),多见于浅 海.
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方法
碳同位素国际标样采用PDB (美国南卡罗来纳州白垩纪Pee Dee组的箭石. 氧同位素国际标样采用SMOW (标准平均大洋水),在与古温 度有关的碳酸盐样品的氧同位素 分析中习惯采用PDB . 硫同位素国际标样采用CDT (铁陨石中的陨硫铁).
2.稳定同位素 (1)古温度测定 (2)古气候分析 (3)古盐度测定
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(1)利用矿物的标型特征分析母岩类型 矿物标型特征:指不同成因的同种矿物,由 于形成时物理,化学条件的不同,因而在化学组 成,晶形和物性上存在的差异性. 如沉积岩中的石英,可以据其包裹体,消光 类型,晶体形态和多晶现象等标志区分母岩类 型. 阴极发光显微镜的发明和应用,使对原来认 为是无标型特征的单晶石英颗粒等,也可确定其 成因类型.
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大洋锰结核矿成因之谜
1873年,"挑战者"号从海底捞 上来几块像黑煤球的硬块.后 来,经过化验分析,才知道它 不是化石,而是含有大量锰, 铁,铜,镍,钴等元素的矿 石.叫"大洋锰结核".20世纪 70年代后,世界上有条件的海 洋国家,投以巨资,对大洋锰 结核矿进行调查,研究其开发 的可能性.
(完整版)岩相古地理复习资料讲解
第一章1.沉积学：研究沉积物的来源、沉积条件、沉积环境、沉积作用及沉积物转变为沉积岩的一系列复杂的成岩作用变化。
2.沉积古地理学：对一定地质历史时期形成的地层进行沉积相分析，研究当时不同地区的沉积环境条件及其相互关系，再造当时的海陆分布、自然地理和气候特征的学科。
3.沉积相：沉积环境的物质表现。
4.沉积环境：一个发生沉积作用的、具有独特的物理、化学和生物特征的地貌单元，并以此和相邻的地区相区别。
5.沉积（相）模式：对沉积环境的沉积特征、发展演化及其空间组合形式的全面概括。
6.相标志：存在于沉积岩（物）中对沉积环境具有指示意义的成因标志。
如水平层理、平行层理。
7.瓦尔特相律：没有沉积间断的条件下，只有在横向上相邻的相，才能在纵向上互相叠覆8.现实主义原则：现在正在进行着的地质作用，也曾以基本相同的强度在整个地质时期发生过，古代的地质事件可以用今天所观察到的现象和作用加以解释9.沉积体系：沉积体系是成因上被沉积环境和沉积过程联系在一起的沉积相的三维组合。
10.垂向层序：垂向层序通常是指某一沉积相内部随时间演化，沉积特征（粒度、沉积构造等）在垂向上的规律变化。
11.垂向序列：垂向序列通常是指几种成因上有联系的沉积相在垂向上的组合关系。
12.进积型垂向序列：是指沉积物在不断向沉积盆地中心方向推进过程中，所形成的粗粒的或浅水沉积物覆于细粒的或相对深水沉积物之上的垂向序列。
13.退积型垂向序列：是伴随沉积盆地水体的不断扩张，形成的细粒的或较深水沉积物覆于粗粒的或相对浅水沉积物之上的垂向序列。
14.相分析的基本思路：通过观察沉积相，寻找相标志，得出沉积参数或者沉积条件，今儿推出沉积环境。
第二章风化作用：指地壳最表层的岩石在温度变化、大气、水、生物等因素作用下，发生机械破碎和化学变化的一种作用。
母岩：风化前的岩石物源区：供给沉积物的地区陆源碎屑：母岩经过风化作用后的残余碎屑物质。
1、沉积物的四种来源1) 陆源物质—母岩的风化产物;2) 生物源物质—生物残骸和有机质;3) 深源物质—火山碎屑物质和深部热卤水；4) 宇宙源物质—陨石、宇宙尘。
陆源碎屑岩
沉积岩各论部分——陆源碎屑岩类
为什么研究陆源碎屑岩
1、蕴藏丰富的矿产
2、用途广泛
硅砖和玻璃原料：纯净的石英砂岩 农业肥料：海绿石砂岩 建筑材料和研磨材料：砂岩 石油及地下水的良好运移通道 旅游胜地
沉积岩各论部分——陆源碎屑岩类
主要内容
一、什么是陆源碎屑岩？ 二、陆源碎屑岩的一般特征 三、陆源碎屑岩类型
自生矿物：从溶液中沉淀的化学物质， 不起胶结作用
沉积岩各论部分——陆源碎屑岩类
1. 陆源碎屑岩的物质组成——填隙物质
形成阶段——成岩阶段，由颗粒之间的溶液经化学 作用沉淀出来
含量：<50 %
常见胶结物： 硅质矿物———Q，蛋白石，玉髓 碳酸盐——方解石，白云石，菱铁矿 硫酸盐——石膏、重晶石(Ba), 天青石(Sr) 磷酸盐——胶磷矿(非晶态磷灰石） 铁氧化物、氢氧化物——
沉积岩各论部分——陆源碎屑岩类
1. 陆源碎屑岩的物质组成——碎屑物质
重矿物碎屑：相对密度大于2.86的矿物
含量很少，一般不超过1％ 粒度大小多介于0.25—0.05mm 之间 反映母岩特征
沉积岩各论部分——陆源碎屑岩类
1. 陆源碎屑岩的物质组成——碎屑物质
（２） 岩石碎屑: （又称岩屑） 母岩破坏后的岩石碎块，反映母岩性质
（3）胶结类型
胶结类型：也称之为支撑类型。 填隙物与碎屑颗粒的关系 。
碎屑颗粒与填隙物的相对数量 碎屑颗粒之间的接触关系
沉积岩各论部分——陆源碎屑岩类
沉积岩各论部分——陆源碎屑岩类
基底胶结 填隙物含量较多，碎屑颗粒在其中互不接触呈 漂浮状，填隙物主要为杂基。一般代表着高密度 流快速堆积的特征。它形成于沉积同生期。
二、内源沉积岩（自生沉积岩 ）
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不对称波痕陡坡的 倾斜方向
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4
交错层理
板状或楔状交错层理：平行于水流方向前积纹层的倾向
槽状交错层理：槽轴的延伸和倾斜方位。
爬升沙纹层理：爬升层系界面倾斜方向
逆转变形层理：变形面倾向
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5
砂粒与砾石的定向排列
呈叠瓦状排列的砾石 扁平状排列的砾石,砾石的最大扁平面倾
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石英的阴极发光特征
阴极射线下石 英发光颜色
形成于
蓝色，蓝紫色， 深成岩，火成岩，或接触变质岩
紫色
（高温条件下迅速冷却）
红棕色，棕色 光，褐色
高温（573°）快速冷却的深成变质岩
不发光的石英
成岩作用过程中自成的石英（一般温度小 于300°）
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同位素分析
造山带特征分析
1.反剖面分析 是指造山带的地层层序与盆地内
的地层层序恰好相反的现象，即造山带 新地层的岩石对应盆地较老地层的岩石。 分析现在有地层是否经过后期改造，是 物源分析的基础。 对造山带进行地层恢复
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造山带分析
2.母岩分析
母岩类型分析 重矿物分析 稀土元素分析 同位素分析等 在碎屑盆地分析中做具体介绍
向上游 成长条状的砾石，其长轴垂直水流方向 砂粒与砾石的粒度随水流的方向而减小
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6
间接标志
粒度:如砾石趋向于顺水流方向颗粒减小时, 按最大砾径的递减方向来判断古水流或古斜坡
方向;用砂粒的粒度递减趋势判断古水流或古斜 坡方向。
圆度: 随着搬运距离而增加。圆度可以推测 搬运距离和方向。
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沉积学分析方法
1.砂岩碎屑组分分析 ①单碎屑分析：通过手标本和镜下观察 ②多碎屑分析：三角图分析，可分析母
岩性质和其构造背景（Dickinson三角 图解。GeoKit软件）
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沉积学分析方法
2.重矿物分析（heavy mineral）
推测母岩类型和构造背景，推测沉积物的搬运距离，确 定物源方向。
按粒径可分为： 砾岩：粒径>2mm.
砂岩：粒径2-0.05mm 粉砂岩：粒径0.05-0.005mm. 泥质岩：粒径<0.005mm.
陆源碎屑岩的古流向
陆
源
直 接
碎标
屑志
岩
的
古间
流
接 标
向志
交错层理 波痕
砾石的定向排列 砂粒的定向排列
印模 生物的定向排列
粒度 圆度
组分
厚度
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3
波痕
2.表明古陆地形起伏特征
3.恢复古河流体系
4.确定物源区母源性质及构造背景等
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陆源碎屑岩物源分析分类方案
造山带特征 分析
反剖面分析 母岩分析
砂岩碎屑组分分析
重矿物分析
陆
源
碎
沉积学
屑
方法
岩
物
源 碎屑岩分析 分
析
方
法
地球化
学方法
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岩屑分析 古流向分析 剖面层序分析 砾岩组分分析 砂体分散体系分析 碎屑颗粒结构分析 阴极发光成分分析 常量元素分析 微量元素分析 稀土元素分析
重矿物特征指数 ZTR ATI GZI MZI
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常见重矿物组合及母岩类型
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重矿物分析
②重矿物特征指数分析 ZTR指数：矿物的成熟度 ATI指数：火山岩的样品数量和风化程度 GZI指数：是否存在角闪岩和麻粒岩物
源 MZI指数：具有深成岩的比例
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其他：沟模 锯齿排列
长形的生物化石在水流作用下可发生定 向排列
例如：箭石类的鞘，原始头足类，竹节 石，植物枝干等。
与砾石的定向排列相似，但需结合具体 情况
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9
非沉积学的研究方法
地层倾角测井及成像测井 磁化率各向异性 重矿物分析 岩石成分分析 参见《古流向的研究方法探讨》陈妍。
组分: 不稳定组分的变化，可以指示古水流 方向。厚度和相带的变化与粒度变化一致，也
具有指示古水流的意义。
厚度：砂岩和砾岩的等厚图上，其等值线的
延伸方向基本上与古水流方向一致。
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7
印模
槽模：由突起稍高的一 端流向宽屏的一端
锥模：陡而宽的的一端 流向低而尖的一端
跳模：两端尖平的脊状 体，多个跳模在一定程 度上反映古水流方向
24
碎屑颗粒结构分析
对碎屑的粒度分析及分选性，是搬运能 力的度量尺度，可以对物源区的远近及 搬运环境，和水动力判断
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阴极发光成因分析
碎屑岩中常见的石英，岩屑和长石多因 不同来源而具有不同的阴极发光特征。
依次可分析物源区母岩性质，方向，分 区等信息，一般选择较稳定的石英作为 特征来分析物源。
陈世悦。张鹏飞。赵伟
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10
物源分析 （provenance analysis）
1.定义
物源分析（provenance analysis）是根 据沉积作用的最终产物，来推断碎屑物源区及 母岩的岩石学特征以及沉积作用发生时的构造
背景和气候条件。
2.物源分析的主要任务
1.判断古陆或侵蚀区的存在;
18
重矿物指数
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岩屑分析
岩屑基本保持了母岩结构的矿物集合体， 能很好地反应物源区的岩石类型。
通过分析，可得到有关物源方向和母岩 性质等的直接信息
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古流向分析
参见上文确定古流相方法
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剖面层序结构分析
向上变细的层序旋回 非对称向上变粗的层序旋回 对称的层序旋回 参见Cross的高分辨率层序地层学理论
判别陆源碎屑岩的 古流向和物源方向技巧
陆源碎屑岩 （terrigenous clastic rock）
陆源碎屑岩是母岩机械破碎的产物经搬运、沉 积和成岩作用所形成的由碎屑颗粒和填隙物所 组成的岩石。碎屑岩的物质组成有两部分，一 类是陆源碎屑和填隙物中的杂基。另一类是胶 结物，它们是在沉积、成岩阶段以溶液沉淀的 方式而形成的。
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砾岩组分分析
粒度，成分，百分含量，因砾岩分布地 区接近物源区，直接反应母岩的成分特 征
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砂体分散体系分析
在砂体搬运过程的物质记录体现的就是 沿河道和河道周围沉积的砾岩，砂岩， 泥岩，对物源区位置及搬运通道，方式， 距离都有非常直观的体现
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