Automatic identification of heavy mineral compositions in Zhejiang-Fujian rivers and implications for provenance analysis
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摘要:
沉积物重矿物组成分析是开展物源分析的重要手段之一。然而，常规重矿物人工鉴定存在误差大、统计量小、重复性差等问题，在如何通过重矿物组成揭示物源特征和示踪沉积物源汇过程等方面还具有很大挑战。通过矿物自动定量分析技术TIMA（TESCAN Integrated Mineral Analyzer），本文对钱塘江、椒江、闽江等浙闽流域8条主要入海河流的26个沉积物样品进行了重矿物分析，通过对人工鉴定结果对比及流域地质背景的比较，探讨了TIMA重矿物分析在物源示踪方面的潜力。共分析了
209019 个矿物颗粒，区分出36种不同类型的重矿物。与人工鉴定方法比较，二者对河流主要重矿物类型及其相对含量变化的鉴定结果基本一致，但TIMA耗时更少，鉴别出的重矿物数量和类型更多，且鉴定结果重现性好。TIMA重矿物分析结果表明：浙闽流域主要的重矿物组合为帘石族、角闪石族与铁质金属矿物，其中，绿黝帘石占重矿物百分比高，是浙闽流域的典型重矿物；角闪石族矿物主要为普通角闪石，其次为铁阳起石，含量在不同流域样品间有显著差异；铁质金属矿物百分比在大部分样品中大于40%，含有赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、钛铁矿与自生黄铁矿等矿物。整体上，浙西北、浙东南与闽西北、闽西南、闽东地区出露地层岩性的差异决定了浙闽河流重矿物组成的特征差异。主成分分析表明，磷灰石、角闪石族和榍石的较高正载荷（＞0.88）与主成分1相关，指示了主成分1受岩浆岩源岩的控制；而主成分2与黑电气石、石榴石族和绿泥石的较高正载荷相关，代表了受变质岩源岩的影响。本研究表明，在对重矿物精确性要求较高的研究中利用TIMA等自动矿物识别方法对河流至海域的重矿物进行从源到汇的系统研究更为高效。Abstract:Heavy mineral composition in sediments is one of the primary analytical methods for provenance analysis. However, conventional manual identification of heavy minerals has problems such as large errors, small statistics, and poor repeatability, posing substantial challenges in revealing provenance characteristics and tracing sediment source and sink processes. Utilizing the TESCAN Integrated Mineral Analyzer (TIMA), we conducted heavy mineral analysis on 26 sediment samples from eight major coastal rivers in the Zhe-Min basin, including the Qiantang River, Jiaojiang River, Minjiang River, and so on. By comparing the results of manual identification and the geological background of the basin, the potential of TIMA heavy mineral analysis in provenance tracing was explored. A total of
209019 mineral grains were analyzed, and 36 different types of heavy minerals were distinguished. Compared with the manual identification methods, the identification results of the two methods for the main heavy mineral types and their relative content changes in the river are largely the same. However, TIMA takes less time, identifies more heavy minerals in quantity and types, and has good reproducibility of identification results. TIMA heavy mineral analysis results indicate that the main heavy mineral assemblages in the Zhe-Min basin included epidote group, amphibole group, and ferromagnetic metal minerals, of which zoisite is the predominant type and a typical heavy mineral of the basin. The amphibole group minerals are primarily composed of hornblende, followed by ferro-actinolite, with significant variations in content across different basin samples. The percentage of ferromagnetic metal minerals exceeds 40% in most samples, containing hematite, magnetite, limonite, titanium magnetite, and authigenic pyrite. Overall, the differences in exposed stratigraphic lithology in the northwestern Zhejiang, southeastern Zhejiang, northwestern Fujian, southwestern Fujian, and eastern Fujian areas reflect the distinct characteristics of the heavy mineral composition in Zhe-Min rivers. Principal component analysis showed that the higher positive loadings (＞0.88) of apatite, amphibole group, and xenotime are associated with the principal component (PC) 1, suggesting that magmatic source rocks influenced the PC 1. Conversely, the higher positive loadings of schorl, garnet group, and chlorite associated with PC 2 indicate influence from metamorphic source rocks. This study demonstrates that it is more efficient to systematic research on heavy minerals from rivers to the sea using automated mineral identification methods like TIMA in the study of heavy minerals with high accuracy requirements. -
作为全球物质循环的一个重要组成部分，河流沉积“源-汇”过程在全球气候变化、圈层相互作用、岩石圈演化等领域具有重要的研究意义[1-3]。中国东南沿海地区连接着全球最大的陆地与最大的大洋，是研究古气候古环境、海平面变化、沉积物源-汇过程的天然实验室。特别是，开展东海陆架沉积物来源的研究对了解长江、黄河、浙闽河流与台湾西部河流在流域和陆架的物质运移模式和影响范围[4]以及评价人类过程对近海环境的影响等诸多方面都具有重要意义[5]。
以往，长江、黄河与台湾西部流域因其流域规模大、溶解和颗粒态入海通量巨大、人类活动影响显著而备受关注，取得了一系列丰硕的成果和认识。而浙闽河流的相关研究则显得十分薄弱，这在很大程度上影响了对入海沉积物赋存信息的解译和对沉积源-汇过程的全面认识。
当前，已有的矿物学研究大多关注东海内陆架沿浙闽海岸延伸近800 km长的泥质沉积区，国内外学者对该泥质沉积的源-汇过程及其古气候与古海洋意义进行了广泛的探讨与研究[4]。浙闽泥质带中黏土矿物主要由伊利石组成，其次是绿泥石、蒙脱石与高岭石[6-7]，与长江较为相似，然而现有的针对浙闽流域的矿物学与地球化学定量物源分析指标大多依赖于特殊粒级组分[8]，如黏土矿物只能估算＜2 μm粒级中各端元贡献，而重矿物组合的报道较少[9]。在最近的报道中，Liu等[4]综合了东海内陆架和周围水系表层沉积物样品的可用重矿物学数据来探究沉积物分布特征，但研究中所使用的浙闽河流数据都较为陈旧，且许多河流的重矿物数据缺失，亟需更新有代表性的现代数据，以得到更准确全面的认识[10-11]。
重矿物是指在沉积物中密度大于某一阈值，如2.89 g/cm3（三溴甲烷的密度）或2.90 g/cm3（多钨酸钠的密度）的矿物[12]。重矿物的稳定组分具有耐磨蚀、抗风化的特点，能较好地保留母岩的特征，因此，重矿物分析在追溯沉积物搬运路径、揭示成岩作用影响等方面具有重要应用价值[13]。通常，可以根据重矿物特征指数，如ZTR（100×（锆石%+电气石%+金红石%））、ATi（100×磷灰石%/（磷灰石%+电气石%））以及RuZi（100×金红石%/（金红石%+锆石%））等，来反映重矿物数据中蕴含的风化程度、搬运距离等信息[14]。
传统的重矿物分析主要利用光学显微镜通过人工对矿物的光学特性以及形态特征的观察和描述来进行鉴定[15]。然而，该分析方法费时、费力，而且数据质量会因人而异，存在较大的误差。近二十年来随着能谱（EDS）-扫描电子显微镜（SEM）与计算机图形和数据处理技术的日益结合，在矿业生产领域中首先出现了替代人工鉴定的扫描电镜矿物自动定量分析系统。该系统多用于自动定量分析矿石与矿渣的矿物种类[16]。因其精度高、稳定性强、数据产生量大的特点逐渐在科研领域也得到重视[17]。例如，捷克TESCAN电镜公司的TIMA就是其中的代表性仪器之一。TIMA能够识别出人工难以辨识微小的矿物相，还能提供更精确的矿物含量估计。与传统分析5%～10%或更高的误差相比，它的分析误差为3%左右[18]。不仅如此，TIMA还能提供全样以及给定粒径范围的不同矿物颗粒的多种矿物学参数。总体而言，相比于人工鉴定，TIMA对矿物鉴定更为稳定、高效和全面。
本文以浙闽地区主要入海河流为研究对象，利用矿物自动定量分析系统TIMA和光学显微镜镜下人工鉴定两种方法对流域样品进行重矿物分析来比较二者的优劣；同时，通过重矿物组合与特征指数结合主成分分析的方法来辨析不同流域样品所蕴含的物源指示意义。
1. 区域概况
浙江省与福建省位于中国东南部，地处太平洋板块与欧亚板块之间的过渡地带。整体上地势西高东低，西部以山地和丘陵为主，海拔多在
1000 m以上，东部地区为地势低平的冲积平原，河网分布密集。浙江省地区自元古代以来受多期构造运动的影响形成了“东西分带、南北分块”的构造格局。以江山-绍兴断裂为界，可分为浙西北、浙东南两个区域（图1a）。浙西北属扬子准地台东北端的东南边缘，地层出露较为完整，岩性主要为第四系的冲、洪积物以及中生代—古生代沉积岩。中生代火山岩主要分布在钱塘江流域的东南部，而变质岩则集中出露于江山-绍兴断裂带一带，包括八都群、陈蔡群、龙泉群，主体为一套经受绿片岩相—角闪岩相变质的片麻岩、变粒岩与石英岩[19]；浙东南属华南褶皱带的东北部，岩性以燕山期的中酸性火山岩为主，第四系冲、洪积物零星分布于其中[20]。
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图 1 浙闽流域入海河流及采样点底图修改自浙江省与福建省1∶20万地质图。1：喜山期中酸性岩，2：燕山期中酸性岩，3：印支期中酸性岩，4：加里东期二长花岗岩，5：元古期中酸性岩，6：喜山期基性岩，7：燕山期基性岩，8：元古期基性岩，9：中生代喷出岩，10：第四纪沉积物，11：中生代—古生代沉积岩，12：古生代—元古代变质岩。Figure 1. Rivers and sampling locations in the river basins in Zhejiang and Fujian provincesThe base map is modified from the 1∶200000 geological map of Zhejiang and Fujian Provinces. 1: Himalayan acidic rocks, 2: Yanshan intermediate-felsic rocks, 3: Indosinian intermediate-felsic rocks, 4: Caledonian monzogranite, 5: Middle Proterozoic acidic rocks, 6: Himalayan mafic rocks, 7: Yanshan mafic rocks, 8: Paleozoic mafic rocks, 9: Mesozoic volcanic rocks, 10: Quaternary sediments, 11: Mesozoic-Paleozoic sedimentary rocks, 12: Paleozoic-Proterozoic metamorphic rocks.钱塘江是浙江省最大的河流，北源新安江、南源马金溪，经杭州湾汇入东海，贯穿整个浙西北地区。曹娥江、椒江以及瓯江位于浙东南地区，是浙江省内仅次于钱塘江的大型入海河流。其中，曹娥江发源于大盘山脉长坞，自南向北注入杭州湾；椒江与瓯江自西向东贯穿浙江东南部山区，汇入东海。
福建省区域内部断裂十分发育。在南平-宁化构造—岩浆带和政和-大埔断裂带的分割下，福建省可分为闽东火山断拗带、闽西南拗陷带、闽西北隆起带三个一级构造单元（图1b）[21]。闽西北地区以元古代变质岩地层为主，变质岩组合为角闪岩相变质岩[22]；闽西南地区出露震旦纪直至晚白垩世的变质岩、沉积岩以及火山岩，其中晚古生代地层发育较为齐全；闽东地区，大面积出露晚侏罗世和早白垩世的火山岩地层，新近系与第四系在沿海一带零星分布[23]。
福建省最大入海河流闽江起源于建宁县（福建、江西交界处），上游贯穿整个闽西北及部分闽西南的古老变质岩地区，中下游横贯闽东大片中生代火山岩地区，最终东流注入东海；九龙江是福建省第二大河流，起源于玳瑁山，上游流经变质岩零星出露的闽西南地区，下游贯穿闽东，最终向东南独流入海。晋江与木兰溪均位于闽东地区，东流入海。
2. 样品与方法
2.1 样品来源
本研究所采样品涵盖浙闽地区8条河流，分别为曹娥江、钱塘江、椒江、瓯江、闽江、木兰溪、晋江以及九龙江。野外共采集26个河砂样品，具体位置见图1。采样点主要考虑浙闽流域内地层出露、岩性分布以及河流支流汇入，在采样条件允许的情况下，每条河流采取2个及以上的边滩和河口砂样，最大程度地涵盖入海河流整体重矿物组成信息。在采样点定位标记后，用铁锹铲取表层2 kg左右的沉积物。在同一点位采集多处样品后充分混合，使样品更具代表性。
2.2 样品处理与分析方法
对河砂样品进行重矿物组成分析，主要实验流程为：首先，用2 mm和16 μm孔径的套筛对采集河砂样品进行反复湿筛，以剔除样品中夹杂的较大生物碎屑以及石块，烘干称重；其次，选用钨酸钠溶液（2.89 g/mL）作为重液，向高约10 cm的软管中加入1/6管高度的重液，将称取好的样品充分分散在重液中，加重液至2/3高度并离心；离心后用封口夹夹在软管中间，先将上层轻矿物倒入放有滤纸的漏斗中，上层重液回收完毕后拿下封口夹，以相同的步骤收集重矿物；不断冲洗滤纸中收集的重矿物以去除附着在其表面的重液；最后在80℃烘箱中烘干，将重矿物颗粒从滤纸上剥离，称重并记录。采用TIMA扫描以及人工镜下鉴定两种方法进行重矿物鉴定。
人工镜下鉴定由江苏师范大学岳伟副教授完成，鉴定程序参照条带计数法[24]，按照不同类型先后进行镜下鉴定与统计。TIMA扫描与人工镜下鉴定使用同样经过前处理得到的重矿物颗粒，使用环氧树脂将其制成样品靶，经过磨抛、喷碳后，在电镜下进行扫描。TIMA分析简要流程包括：①快速获得较低分辨率的全样背散射电子图像；②根据背散射电子图像，在样品中选择分析区域；③将分析区域平分成若干区块，在测试分析时，样品台以区块为单位进行位移，以设定好的参数逐点分析；④最后TIMA软件拼合统计获得的所有EDS数据与BSE图像，区分不同的矿物，统计颗粒数，并通过自定义颜色以显示不同的物相[16]。浙闽入海河流沉积物样品部分区域的矿物相见图2。
3. 浙闽入海河流重矿物组成及特征
3.1 浙江省河流沉积物重矿物特征
TIMA扫描与人工镜下鉴定结果都显示出浙闽流域河流沉积物具有十分丰富的重矿物种类（附表1，附表2）。26个样品之中，共鉴定出36种重矿物类型，包括赤铁矿、磁铁矿、角闪石、绿帘石、石榴子石等较为常见的矿物，也包括十字石、蓝晶石等典型的变质矿物以及刚玉、萤石等稳定矿物。TIMA扫描法鉴定的颗粒数量远多于人工镜下鉴定（表1），鉴定出的矿物种类更为丰富，达33种，人工镜下鉴定法仅鉴定出20种重矿物类别。
表 1 人工和TIMA鉴定重矿物颗粒数量的比较Table 1. Comparison in the number of heavy mineral grains identified by manual and TIMA methods河流 样品 位置 人工鉴定颗粒数/颗 TIMA扫描颗粒数/颗 曹娥江 CEJ23-1 29°57.264'N, 120°52.511'E 301 59688 钱塘江 QTJ23-1 30°13.405'N, 120°45.395'E 341 40209 QTJ23-2 29°43.998'N, 119°38.428'E 305 12239 QTJ23-3 29°44.351'N, 119°39.295'E 293 424 QTJ23-4 29°53.491'N, 119°48.483'E 117 1094 椒江 JiaoJ23-2 28°53.017'N, 120°56.138'E 306 8572 JiaoJ23-3 28°44.272'N, 121°19.346'E 324 324 瓯江 OJ23-2 27°58.969'N, 120°46.135'E 300 7743 OJ23-3 28°8.609'N, 120°22.837'E 302 1417 OJ23-5 28°8.170'N, 120°28.888'E 329 2934 闽江 MJ23-1 26°5.826'N, 119°32.270'E 300 19898 MJ23-2 26°2.872'N, 119°13.293'E 306 3915 MJ23-3 26°9.212'N, 119°6.442'E 269 999 MJ23-4 26°12.868'N, 119°2.915'E 320 956 MJ23-5 26°22.035'N, 118°43.739'E 337 981 MJ23-6 26°12.499'N, 119°2.468'E 356 3468 木兰溪 MLX23-1 25°22.429'N, 118°53.815'E 319 3069 MLX23-2 25°22.429'N, 118°53.815'E 309 6357 MLX23-3 25°24.363'N, 119°7.690'E 359 1726 晋江 JinJ23-1 24°51.075'N, 118°39.134'E 326 2291 JinJ23-2 25°50.700'N, 118°38.743'E 323 6849 JinJ23-3 24°57.220'N, 118°27.184'E 300 6220 九龙江 JLJ23-1 24°34.119'N, 117°43.455'E 323 12733 JLJ23-2 24°29.285'N, 117°42.714'E 332 1839 JLJ23-3 24°28.337'N, 117°48.507'E 165 2512 JLJ23-4 24°26.036'N, 117°54.534'E 118 562 1 人工鉴定浙闽主要入海河流重矿物颗粒百分含量1. Manual identification of the percentage of heavy mineral particles in the main rivers in Zhejiang-Fujian% 矿物名称 CEJ23-
1QTJ23-
1QTJ23-
2QTJ23-
3QTJ23-
4JiaoJ23-
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3OJ23-
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3OJ23-
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4MJ23-
5MJ23-
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1MLX23-
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1JinJ23-
2JinJ23-
3JLJ23-
1JLJ23-
2JLJ23-
3JLJ23-
4绿帘石 59.5 12.0 34.4 20.1 24.0 19.1 19.1 41.8 43.3 69.0 42.0 19.0 32.6 40.7 18.4 14.0 25.9 65.4 49.3 26.4 23.1 36.5 25.5 17.7 18.5 17.2 角闪石 24.3 69.9 11.5 5.9 2.0 2.3 4.9 15.5 8.0 5.2 17.7 14.1 12.5 12.0 1.2 3.1 23.3 12.0 17.8 14.4 11.2 4.0 8.7 15.6 11.1 14.7 赤+褐+磁+钛 8.6 7.9 47.2 70.6 70.9 74.7 70.1 35.0 44.3 23.1 20.3 60.8 47.0 40.4 73.7 74.3 47.9 19.4 18.7 56.4 61.1 53.2 59.8 61.5 67.9 64.7 黄铁矿 − − − − − − 0 2.4 − − 13.0 − 0 − − − − 1.0 9.5 − − − − − − − 白钛石 − − 0.7 − − 0.7 1.9 − − − − − 1.1 − 1.2 − − − − 0.6 0.6 0.3 − − − − 锐钛矿 − − − − − − − − − − − − − − − 0.3 − − − − − − − − − − 黑云母 − 0.9 − − 0.5 1.0 − 0.7 1.3 − 0.3 0.7 1.5 1.9 0.6 0.6 0.9 − − 0.3 − 1.3 0 1.5 0.6 0.9 风化黑云母 6.3 7.6 3.3 1.7 0.5 0.3 0.3 4.0 2.0 0.6 3.7 3.9 2.7 3.2 3.6 3.1 0.9 1.3 1.9 0.6 1.6 2.0 3.7 0.6 1.2 2.6 白云母 − − − − − − − − 0.3 − − − − − − − − − − − − − − − − − 石榴石 − 0.1 − 0.7 0.5 − − − − 0.3 0.7 0.3 − − 0.3 0.3 0.3 − − − 0.3 0.3 0 − − − 电气石 0.7 1.5 0.3 − − − 0.3 − − − 1.7 0.7 − 0.6 0.9 0.9 − − 1.1 − − 0.3 0.3 0.6 − − 磷灰石 − − 0.3 − − − − − − 0.3 − − − − − − − 0.3 0.8 − − 0.3 − − − − 榍石 − − − 0.3 0.5 − − − 0.3 − − − 0.4 0.3 − 0.3 − − − 0.3 0.3 − 0.3 0.3 0.6 − 锆石 0.3 − 1.3 0.3 0.5 2.0 3.4 0.7 0.3 1.5 0.7 0.7 − 0.9 − 2.6 0.6 0.6 0.8 0.9 1.6 1.7 1.2 1.5 − − 金红石 0.3 − 0.7 − − − − − − − − − − − − 0.6 − − − − 0.3 − 0.3 0.6 − − 萤石 − − 0.3 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − 硅灰石 − − − 0.3 0.5 − − − − − − − 2.3 − − − − − − − − − − − − − 注：“赤+褐+磁+钛”为赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿、钛铁矿的颗粒百分含量总和。 2 TIMA鉴定浙闽主要入海河流重矿物颗粒百分含量2. TIMA identification of the percentage of heavy mineral particles in the main rivers in Zhejiang-Fujian% 类别 名称 CEJ23-
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1JLJ23-
2JLJ23-
3JLJ23-
4帘石族 绿黝帘石 22.3 20.5 22.9 37.5 22.9 13.3 12.0 21.1 34.6 63.3 29.5 11.6 22.4 26.6 8.0 8.8 14.8 43.5 36.3 22.1 14.6 11.9 13.3 12.8 6.7 8.5 褐帘石 0.5 0.3 0.1 − 0.1 0.9 − 1.0 0.5 0.1 0.3 0.1 − 0.1 − 0.1 − 0.1 0.3 0.1 0.1 0.1 0 0.2 − − 绿帘石 0.5 0.3 0.8 0.9 1.8 3.3 0.6 1.9 5.5 0 0.5 0.1 0.1 0.2 − 0.4 0.3 0.5 0.5 0.3 0.1 0 0.1 0.2 0.2 0.2 角闪石族 角闪石 20.5 28.8 4.5 3.1 1.7 2.0 2.8 9.0 3.8 0.8 7.8 4.5 6.6 5.8 2.1 1.2 17.1 14.7 13.7 9.3 7.6 1.3 4.1 13.6 4.5 7.3 铁阳起石 8.6 9.4 3.0 1.7 2.7 1.3 1.5 6.4 1.8 1.5 4.0 2.7 3.1 2.9 0.9 0.5 2.1 4.6 6.1 5.1 6.6 0.6 2.0 2.1 2.6 2.0 高铁红闪石 0.5 0.6 1.0 − 0.1 0.4 0.3 0.5 0.1 0 0.3 0.1 0.2 0.2 0.2 0.1 − 0.1 0.2 − 0 0 0.3 0.3 0.2 0.5 透闪石 0.2 0.3 0.1 − − − − 0.2 0.1 − 0.1 0.1 − 0 0.7 0 − − − − − 0 0.1 − − − 铁质 赤/磁铁矿 5.9 3.0 27.3 29.5 44.8 34.3 47.2 14.5 21.5 12.6 21.6 39.0 23.5 27.1 64.4 66.1 52.3 21.4 10 33.3 45.4 51.3 39.2 37.7 49.6 19.2 钛铁矿 4.8 2.7 10.1 5.9 6.3 16.3 10.8 7.5 6.8 6.2 5.7 15.3 7.3 8.3 2.2 7.4 6.3 3.0 2.8 14.4 12.0 17.0 9.3 15.2 12.3 30.8 黄铁矿 0.1 − 0.1 − − − 3.1 0.1 0.1 0.4 1.0 0 0.1 0.3 − − 0.1 0.1 3.1 − 0 − − − − − 辉石族 透辉石 5.0 3.3 1.4 − 1.8 0.9 0.3 1.7 1.8 0.4 1.5 5.9 1.5 1.0 3.0 0.3 0.2 0.5 1.3 0 0.2 0.4 0.8 0.4 1.0 0.4 斜方铁辉石 0.3 0.4 0.1 − 0.2 0.5 − 0.4 0.1 0 0.2 1.3 0.3 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.4 0 0.1 0.1 0.3 0.1 0.4 0.5 易变辉石 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 0.2 − 0.1 − − 0.1 0.4 0.1 0 − 0.1 0.1 0.2 0.4 0 0 0 0.2 0.2 0.2 − 顽火辉石 0.1 0.1 0 − − − 0.3 0 − − 0 − − 0.1 − − − − − − − − 0 − − 0.2 云母族 黑云母 1.5 1.1 4.1 4.0 3.2 5.7 3.1 7.8 3.9 0.8 2.1 0.9 1.2 1.4 1.1 0.7 0.7 0.7 1.3 0.3 0.2 0.9 2.1 0.2 1.8 0.9 白云母 0.5 0.3 2.9 3.8 2.1 3.8 0.9 5.5 4.0 2.3 2.5 1.6 3.6 2.9 1.4 2.0 0.3 0.3 0.4 0.4 0.7 0.7 2.5 1.1 1.6 2.0 石榴石族 钙铝榴石 0.3 0.3 0.6 2.1 3.7 0.1 0.3 0.4 0.6 0.3 0.4 0.6 1.6 0.6 0.7 0.4 − 0.2 0.1 0.1 0.2 0.5 2.2 0.2 2.3 0.2 钙铁榴石 0.1 0.2 0.2 0.5 1.0 0.2 − 0.2 0.8 0.3 0.6 1.4 2.1 0.8 1.1 0.6 0.1 0.2 0.4 0.2 0.4 4.1 1.2 0.5 2.1 0.7 铁铝榴石 0.2 0.1 0.5 0.5 0.2 1.0 − 0.7 0.1 0.3 0.3 0.5 0.3 0.2 0.2 0.2 0 0.1 0.2 0 0 0.1 0.3 − 0.2 − 锰铝榴石 0 0 0.1 − 0.2 0 − 0 0.3 − 0.3 0.2 0.3 0.2 − 0.4 0.3 0.2 − 0.1 0.3 0.2 0.1 0.3 0.3 0.2 其他类别 绿泥石 7.3 9.2 3.3 2.1 1.3 3.8 1.2 4.8 3.5 1.0 2.4 1.6 3.0 1.2 1.4 1.4 0.2 0.4 3.5 0.4 0.3 0.8 3.3 0.5 2.8 2.5 黑电气石 2.5 2.7 1.4 0.5 0.4 1.6 − 2.0 0.9 0.1 1.9 0.9 2.2 2.2 0.8 0.7 0.1 0.2 1.4 0.3 0 0 1.3 0.2 0.1 0.7 磷灰石 5.9 6.0 1.2 0.5 0.2 0.3 1.9 1.0 − 0.2 1.2 0.3 0.1 0.5 − 0.2 0.4 2.3 5.0 0 0.2 0.2 − 0.4 − − 其他类别 榍石 4.7 4.7 0.8 2.4 0.4 1.0 0.6 1.6 1.1 0 1.1 0.9 0.9 0.7 − 0.3 1.0 1.6 1.3 1.2 1.1 0.3 0.4 1.5 0.8 1.1 锆石 0.7 0.7 1.7 0.5 0.2 1.4 5.2 0.7 1.0 1.7 1.7 2.4 0.2 4.0 0.3 1.1 1.0 1.5 1.1 1.0 2.6 3.2 2.4 1.8 0.2 1.6 金红石 5.6 4.3 9.7 3.3 2.8 6.2 6.8 8.8 4.4 7.0 10.8 6.3 13.7 10.5 4.5 4.8 2.1 2.9 8.1 9.4 6.0 4.4 10.7 8.8 5.9 14.1 独居石 0.1 0.1 0.1 − − 0.2 − 0.3 0.4 0.6 0.4 0.3 0.1 0.4 − 0.6 0.1 0.2 0.2 0 0.2 0.9 0.3 0.2 0.1 − 蓝晶石族 0.3 0.4 0.1 0.5 1.4 0.1 0 0.5 1.2 0.1 0.6 1.1 5.0 1.1 0.6 1.2 0.5 0.5 1.6 1.5 1.1 0.8 3.4 1.4 2.5 6.4 十字石 0.1 0.1 0 − − − − − − − − 0 − 0 0.1 0.1 − − − − − − 0 − − − 橄榄石 0.5 0 0.1 0.2 0.5 0.8 0.3 1.1 0.5 0 0.1 0 0.3 0.1 5.8 0.1 0 0 − − − − 0 − 1.4 − 刚玉 0 0 0.2 − − 0.3 0.6 0.3 0.5 0.1 0.2 0 − 0.2 0.2 0.1 − 0 0.1 0 0 0.1 − 0.1 0.1 0.2 萤石 0 − 1.5 0.5 − 0.1 − 0 0.4 − 0.5 0.1 − 0.2 − − 0 0 − − − − − − − − 浙江省主要入海河流的10个沉积物样品中，除曹娥江下游近河口的2个样品CEJ23-1、QTJ23-1之外，其余样品均含有较高的铁质金属矿物，其中样品QTJ23-4、JiaoJ23-2以及JiaoJ23-3的铁质金属矿物含量均高达50%以上。样品CEJ23-1、QTJ23-1以帘石族和角闪石族矿物为主，具有相对较高含量的磷灰石（5.9%～6.0%）、榍石（4.7%）以及绿泥石（7.3%～9.2%）。重矿物颗粒大小明显小于其他样品。TIMA分析结果表明，样品中的绿泥石主要为富铁的鲕绿泥石，且矿物相中常见夹杂黑云母、铁铝榴石相。钱塘江样品QTJ23-2、QTJ23-3、QTJ23-4重矿物以帘石族和铁质金属矿物为主，角闪石族含量则相对较低。除此之外，浙江省沉积物样品中石榴石族矿物含量一般为0.3%～0.7%，而在样品QTJ23-3和QTJ23-4中钙铝榴石与钙铁榴石含量较高，可达2.6%～4.7%。
椒江、瓯江河流样品重矿物以帘石族和铁质金属矿物为主。相较于椒江的样品，瓯江的3个样品铁质金属矿物含量低，而帘石族矿物含量高。样品OJ23-5绿黝帘石含量达63.3%，占绝对优势地位。样品OJ23-2角闪石族矿物含量较椒江、瓯江其余样品含量更高，达16%。浙江省样品中锆石含量大都在1%左右，而在样品JiaoJ23-3中锆石含量较高，达5.2%。
3.2 福建省河流沉积物重矿物特征
福建省主要入海河流的16个沉积物样品中，绝大多数样品铁质金属矿物含量大于40%，部分样品如MJ23-5、MJ23-6等可达65%。闽江与九龙江样品重矿物组成较为相似，都以帘石族和铁质金属矿物占绝对优势，角闪石族的含量较少。相较于木兰溪和晋江样品中一般在0.5%左右的石榴石族矿物含量，闽江与九龙江样品普遍具有较多的石榴石族矿物，在样品MJ23-3、JLJ23-1、JLJ23-3中更是达3.8%～5.0%。在闽江与九龙江样品中鉴定出了木兰溪和晋江缺乏的典型变质矿物十字石。闽江所采样品相对较多，从上游的MJ23-6到下游MJ23-1，角闪石族矿物百分含量呈逐渐增高的趋势。
木兰溪与晋江样品重矿物以帘石族、角闪石族以及铁质金属矿物为主。木兰溪河口样品MLX23-3较木兰溪中游样品，具有相对含量较高的黄铁矿（3.1%）、蓝晶石（1.6%）以及黑电气石（1.4%）。人工镜下观察发现，样品中黄铁矿部分见生物介壳，部分呈圆状，且氧化较为明显，为自生黄铁矿。晋江中下游样品JinJ23-3角闪石族矿物含量较低（2.0%），而具有较高含量的钙铁榴石（4.1%）。
总的来说，浙闽流域8条主要入海河流的重矿物均以帘石族、角闪石族以及铁质金属矿物为主。其中帘石族矿物主要为绿黝帘石，次棱角—次圆状为主，在26个沉积物样品中均具有较高的含量，通常在20%左右，最高可达63.3%，且区别于长江等河流，属于浙闽流域河流的特征性矿物[25-26]。角闪石族矿物主要为普通角闪石，其次为铁阳起石，棱角状—次圆状为主，不同区域样品之间含量差异较大。铁质金属矿物包括赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、钛铁矿以及自生黄铁矿，在绝大多数样品中含量均大于40%，且相互之间差别较小。
4. 讨论
4.1 传统鉴定方法与TIMA的比较
人工镜下鉴定法与TIMA扫描法都是十分有意义的重矿物鉴定方法，但由于工作原理与工作流程的差异，两种方法各有优劣。首先，人工鉴定费时费力，对实验人员有较高的要求，且鉴定所得数据可能会有较大的人为误差，即使对具有相同成分的人工重矿物样品进行鉴定，不同实验室镜下鉴定所得结果也往往重复性较差、匹配程度较低[27]。而对于TIMA来说，其具有高速、自动化、高分辨率等特点，极大程度地节省了时间，降低了人为因素导致的误差。其次，鉴于TIMA扫描原理是基于能谱分析，所以TIMA能够根据元素含量的差异精准地分辨出诸如角闪石类、石榴石类、帘石类等类质同像的矿物，但与此同时，TIMA无法识别区分出同质多像矿物。以本次鉴定数据为例，对于同样的样品，TIMA鉴定出的金红石的颗粒百分含量往往高于人工镜下鉴定所得结果，结合TIMA未能识别出白钛石与锐钛矿，这两种矿物与金红石都以TiO2为主要成分，说明TIMA将这三种矿物均识别为金红石。因此，对于一些需要用单独的金红石含量进行计算的重矿物特征指数，如RuZi以及ZTR等，用TIMA数据计算所得的结果会导致误差较大。此外，TIMA同样无法鉴别磁铁矿与赤铁矿，所以在附表2中将其统一标记为赤/磁铁矿[12]。人工镜下鉴定方法则与TIMA恰恰相反，它无法区分大部分的类质同像矿物，但可以分辨同质多像矿物。
在每条河流中挑选鉴定出重矿物种类最多的样品，比较两种鉴定方法所得到的数据（图3）可以发现，两种方法在同一河流中鉴定出的主要重矿物种类及其各组分相对含量的分布基本相同。由于TIMA鉴定的颗粒数量远多于人工鉴定，且能够更精确地识别到含量较低的多种矿物，所以图3中TIMA鉴定的其他矿物总含量普遍高于人工鉴定。除此之外，收集前人在浙闽流域已发表的相关重矿物数据，发现研究多选用了不同粒级区间的样品，其中钱塘江、椒江、瓯江的研究时间较早，分析粒级未知。但与本次研究中TIMA扫描法所得到的数据相比，发现在相同河流的相近位置，所得主要重矿物种类以及相对含量较为接近（表2）。这证明TIMA扫描法所得的结果是可靠的。
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图 3 人工与TIMA鉴定方法所得重矿物含量比较Figure 3. Comparison of heavy mineral content obtained by manual and TIMA identification methods表 2 浙闽河流主要重矿物组合对比Table 2. Comparison of major heavy mineral assemblages in Zhejiang-Fujian rivers河流 河段 已发表数据 TIMA 钱塘江 河口 绿帘石-角闪石-黑云母-磁铁矿-绿泥石[30] 绿帘石-角闪石-绿泥石-磷灰石-榍石 椒江 河口 绿帘石-角闪石-磁铁矿-绿泥石[30] 赤/磁铁矿-绿帘石-角闪石-钛铁矿 瓯江 近河口 绿帘石-赤/磁铁矿-钛铁矿-角闪石-黑云母[30] 绿帘石-角闪石-赤/磁铁矿-黑云母-钛铁矿 闽江 河口 赤/磁铁矿-绿帘石-锆石-角闪石[29] 绿帘石-赤/磁铁矿-角闪石-金红石 上游 赤/磁铁矿-绿帘石-锆石-电气石[29] 赤/磁铁矿-绿帘石-角闪石-橄榄石 木兰溪 中游 绿帘石-角闪石-赤/磁铁矿-橄榄石-黑云母[31] 绿帘石-赤/磁铁矿-角闪石-钛铁矿 九龙江 河口 钛铁矿-赤/磁铁矿-角闪石-绿帘石[29] 钛铁矿-赤/磁铁矿-角闪石-绿帘石 总的来说，人工镜下鉴定法与TIMA扫描法各有优劣。然而，TIMA扫描法鉴定的颗粒数远大于人工镜下鉴定，其结果更具有统计意义。故在后文中，对浙闽流域入海河流重矿物组成的物源指示意义讨论主要使用TIMA扫描法所得到的数据。除此之外，在绝大多数样品中，铁质金属矿物含量基本都在40%以上，部分样品甚至可达70%。一方面，这与浙闽流域内凝灰岩与熔岩的广泛分布有关[28]。另一方面，由于浙闽流域属亚热带季风气候，化学风化作用强烈，这些铁质金属矿物中除原生铁质矿物外还包含了大量暗色矿物风化后的次生产物，二者混在一起无法确认来源，且其占比很高，相对压制了能够真正反映物源信息的透明重矿物，对物源分析产生影响[29]。因此，本文采用物源分析的常用方法，即剔除铁质金属矿物，另外剔除TIMA无法准确鉴定的白钛石、锐钛矿以及金红石矿物数据，在物源分析时仅使用部分透明重矿物数据。
4.2 重矿物特征指数对物源的指示
本文选用GZi指数（100×石榴子石%/（锆石%+石榴子石%））、MZi指数（100×独居石%/（锆石%+独居石%））以及ATi指数（100×磷灰石%/（电气石%+磷灰石%））来分别指示变质岩、深成岩以及中酸性火成岩分布区域[14]。
样品GZi指数与MZi指数如图4a所示。石榴子石是一种常见的重矿物组分，其母岩可为多种不同类型的岩石，但由于形成条件的不同，所产生的石榴子石所含元素也会有较大差异。在浙闽流域的河流沉积物中，石榴子石大多来自于角闪岩与麻粒岩。数据显示，除椒江近河口样品JiaoJ23-3外，大部分样品的GZi指数在40%左右，说明浙闽流域角闪岩与麻粒岩分布较为广泛。GZi指数的高值大都出现在闽江、九龙江以及钱塘江的样品中，反映这些河流的流域中有较大范围的变质岩出露，对河流沉积物重矿物的贡献较大。绝大多数样品MZi指数大于5%，其中瓯江全部样品的MZi指数均大于25%，反映酸性深成岩对河流沉积物的贡献，可能与瓯江中上游青田及其周边地区的燕山期花岗岩出露有关。
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图 4 浙闽入海河流重矿物特征指数Figure 4. Characteristic index of heavy minerals in Zhejiang-Fujian rivers浙闽流域各河流所有样本的平均ATi指数见图4b。其中曹娥江、晋江、木兰溪三条河流ATi指数大于60%，反映中酸性岩浆岩对其河流沉积物的贡献较大。闽江与九龙江河流ATi指数均小于20%，但这并不说明中酸性岩浆岩对其贡献低，相反结合地质图来看，闽江与九龙江流域内都有较大范围的中酸性岩浆岩出露。导致这一现象的原因在于，这两条河流的源头地区都有大面积的元古代变质岩出露，尤其是闽江上游即闽西北地区。因此，大量变质母岩的贡献抑制了中酸性岩浆岩贡献在ATi指数上的反映。
4.3 基于主成分的沉积物物源分析
在TIMA扫描法所鉴定出的三十多种重矿物中，选取合适的重矿物种类进行物源分析，以探究不同流域不同样品之间的差异。采用主成分分析的方法对数据进行处理，并将上文计算得到的ATi和GZi指数当作其中两种变量，以增加计算结果的多元性以及分析的可靠性，最终得到载荷系数（表3）与载荷图（图5）。在该组主成分分析之前，对数据进行KMO与Bartlett球度检验[32]，结果KMO值为0.6，Bartlett球形度检验相伴概率小于0.05，说明该组数据适合进行主成分分析。
表 3 主成分分析载荷系数Table 3. The load factor of principal component analysis名称 载荷系数 共同度(公因子方差) 主成分1 主成分2 主成分3 主成分4 帘石族 0.204 −0.263 0.68 0.256 0.639 角闪石族 0.895 −0.014 −0.253 0.048 0.868 辉石族 0.447 0.541 −0.143 −0.302 0.604 云母族 −0.148 0.464 0.735 0.136 0.796 石榴石族 −0.546 0.531 −0.101 0.114 0.604 绿泥石 0.733 0.59 0.089 0.092 0.901 黑电气石 0.592 0.615 0.154 0.174 0.783 磷灰石 0.931 0.021 −0.057 −0.061 0.875 榍石 0.888 0.187 −0.075 0.062 0.833 蓝晶石族 −0.315 0.346 −0.547 0.578 0.851 橄榄石 −0.225 0.399 0.003 −0.772 0.806 ATi 0.464 −0.714 0.04 −0.133 0.745 Gzi −0.343 0.784 0.063 −0.065 0.74 主成分1的方差解释率为33.8%，主成分2为23.3%，主成分3为11.1%，主成分4为9.1%，累计方差解释率达77.3%，可以认为其涵盖了原始数据中的大部分信息。主成分1中磷灰石、榍石、角闪石等矿物载荷较高。角闪石在中性以及基性岩浆岩中较为常见，也会产出在区域变质作用中，在花岗岩中作为次要矿物出现；辉石主要出现在基性乃至超基性岩浆岩中，而绿泥石根据TIMA矿物相分析结果显示，可指示岩浆岩以及变质岩来源；榍石与磷灰石一般都属于岩浆岩中较为常见的副产物。再结合其余变量的载荷系数，判断主成分1代表岩浆岩源岩，主要为基性岩浆岩。主成分2中GZi指数及黑电气石、石榴石族、蓝晶石族等矿物载荷较高，判断主成分2代表变质岩源岩。辨明主成分代表含义后，计算出各样品主成分1、主成分2得分（图6）。根据浙江省与福建省流域主要入海河流重矿物组成特征（图7、图8），辅以河流各样本的主成分得分情况，分析各样本之间的差异，探讨其物源指示意义。
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图 6 浙闽河流重矿物样品主成分得分Figure 6. Principal component scores of heavy mineral samples from Zhejiang-Fujian rivers![]()
图 7 浙江省主要入海河流重矿物组成特征Figure 7. Composition characteristics of heavy minerals in the main rivers in Zhejiang Province![]()
图 8 福建省主要入海河流重矿物组成特征Figure 8. Composition characteristics of heavy minerals in the main rivers in Fujian Province从基岩岩性角度看，浙西北、浙东南与闽西北、闽西南、闽东地区岩性不同，对河流沉积物贡献不同，导致所采样品呈现不同的重矿物组成特征。曹娥江样品CEJ23-1与QTJ23-1均位于下游河口附近，二者具有十分相似的重矿物组成，角闪石、辉石、磷灰石以及榍石的含量均较高，两个样品的主成分1得分也远远高于其他样品，说明其接受曹娥江上游流域内的岩浆岩源岩的贡献很大，尤其是在浙江省流域范围内集中分布在曹娥江中上游嵊州、新昌附近的喜山期玄武岩，这也解释了其独特于浙江省流域内其他样品的重矿物特征。除此之外，其较高的角闪石含量，也有可能是受一部分长江输出的影响[33]。钱塘江样品QTJ23-2、QTJ23-3以及QTJ23-4相较于浙江省其他河流，石榴石族矿物含量较高，且主成分2平均得分较高，反映钱塘江位于浙西北地区及流域内麻粒岩相变质岩的贡献。其中，QTJ23-4的石榴子石含量更高，主成分2得分也比其余两个样品更高，这是因为QTJ23-4采样点与QTJ23-2与QTJ23-3采样点之间有一条较大支流——分水江，自北向南注入，其几乎纵贯整个浙西北地区，为下游流域带来了变质重矿物。
椒江流域范围内岩层出露较为单一，主要为中生代喷出岩，零星有第四纪沉积物出露于椒江中上游流域。相较于椒江上游样品JiaoJ23-2，河口样品JiaoJ23-3有更高的锆石含量，达5.3%，这也与前人研究相符，即认为椒江河口区的特点是锆石含量较其他河口显著增高[30]，这反映了流域内广布的中酸性岩浆岩对椒江下游河口河流沉积物的累计贡献，也解释了该样品GZi指数以及主成分2得分较低的现象。
在瓯江上游发源地附近，即龙泉、松阳等地，成片出露大面积的元古代变质岩地层。对该区域的变质岩地层研究时间较晚，在1990年以前的文献以及地质图中，多将其划分为陈蔡群，其总体变质程度以高绿片岩相—低角闪岩相为主。1990年后，一些学者根据进一步的研究成果，将其中变质程度较深（角闪岩相）且花岗质岩石发育的那部分重新划分出来，称八都群，将主要为高绿片岩相变质岩为主的地层称龙泉群[34]。绿帘石则常见于绿片岩中，瓯江中下游样品OJ23-3以及OJ23-5中较高的绿帘石含量主要源于源头龙泉地区变质岩的贡献。除此之外，瓯江流域范围内广布的火山岩的围岩蚀变也可能对绿帘石的高含量有一定的贡献。瓯江下游近河口样品OJ23-2相比于上游样品，具有更多的角闪石、磷灰石与榍石成分，且主成分1得分也相对较高，说明有岩浆岩的成分输入。在OJ23-2与OJ23-3、OJ23-5采样点之间，有源起于雁荡山、括苍山脉之间，自北向南注入瓯江的第二大支流——楠溪江，且楠溪江流域范围内均为大面积出露的中生代火山岩，表明楠溪江支流物质对瓯江下游近河口处河流沉积物的贡献。
相较于福建省流域内其他河流，闽江与九龙江的各样品普遍具有较高的石榴子石以及蓝晶石含量，且主成分2得分较高。闽江上游地区，即福建省西北部，源岩为元古代变质岩，经受加里东期、印支期、燕山期等多期构造运动，现主要为变粒岩、片岩间或有部分中酸性岩浆岩。闽江样品的重矿物组成特征主要是对闽西北上游流域地区变质岩的继承，同时伴有中下游流域范围内中酸性岩浆岩的贡献。自闽江上游MJ23-6至下游MJ23-1，角闪石含量呈逐步增加的趋势，反映闽东地区出露的中酸性岩浆岩贡献的不断累积。这与陈心怡等在闽江的研究相符[29]，但本文中样品的锆石含量远不及其报道的高。与闽江上游地区出露的变质岩相比，九龙江上游流域，即闽西南地区，变质岩出露略有不同。源岩主要为碳酸盐岩、碎屑岩，经受加里东期与印支期较为微弱的变质作用。其余岩性仍以中酸性岩浆岩为主。据前人研究表明，在九龙江源头龙岩地区附近，矽卡岩型多金属矿广泛产出[35]。矽卡岩主要在中酸性侵入岩与碳酸盐岩的接触带经交代作用形成，而钙铝榴石及钙铁榴石主要由矽卡岩产出。这表明，九龙江样品中较高含量的钙铝榴石与钙铁榴石大多来自于龙岩及其附近地区。蓝晶石作为区域变质作用的产物，主要出现在片岩与片麻岩之中，由于属于较稳定矿物，所以九龙江样品中相对较高的蓝晶石含量可能源自加里东期片麻状花岗岩的较远距离搬运。
晋江流域近河口样品JinJ23-1与JinJ23-2均具有较高的角闪石含量，且相较于晋江中下游样品JinJ23-3，主成分1得分更高，反映晋江近河口区河流沉积物受泉州及其附近沿岸地区大面积出露的岩浆岩的影响较大。JinJ23-3具有较高的石榴石族矿物含量，且主成分2得分相较晋江其余两个样品更高，反映晋江上游流域剑斗及其附近地区零星出露的震旦纪片岩对河流沉积物的贡献。木兰溪流域面积较小，整体出露地层岩性也较为单一，几乎均为中生代岩浆岩，河口地区地层则为第四系冲洪积物，无变质岩的出露。但木兰溪河口样本MLX23-3较木兰溪中游样品MLX23-2以及MLX23-1有较高的主成分2得分，且具有较高的蓝晶石、黑电气石含量，表明有变质岩的输入。这一现象说明，木兰溪河口的河流沉积物受潮汐带来物质的影响。这也与前人对福建兴化湾沉积物的研究中发现其北部有变质岩出露的结果相符[36]。
5. 结论与展望
（1）TIMA扫描法与人工镜下鉴定法所得数据都显示出浙闽流域入海河流主要重矿物为铁质金属矿物、绿帘石以及角闪石，且含量相近。相较于传统人工镜下鉴定的方法，TIMA鉴定出的重矿物种类更为丰富，且更为精准高效。TIMA能够精确地鉴别类质同像的矿物，在浙闽流域河流沉积物中区分开钙铁榴石、钙铝榴石等，以反映不同的源岩类别，但无法区分同质多像系列矿物。可以预见TIMA扫描法在重矿物相关研究中有着较好的应用前景，但其仍有自身的缺陷。为进一步提升鉴定结果准确性，可以将TIMA扫描法与传统人工镜下鉴定方法结合起来，相互补充。
（2）浙西北、浙东南与闽西北、闽西南、闽东地区出露岩层岩性不同，对河流沉积物贡献不同，导致所采样品呈现不同的重矿物组成特征。利用主成分分析对TIMA数据处理，结果显示，样品角闪石、磷灰石、榍石等矿物相对含量越高，主成分1得分越高，反映岩浆岩源岩对其贡献越大；石榴石族、蓝晶石等矿物相对含量越高，主成分2得分越高，反映变质岩源岩对其贡献越大。曹娥江下游样品较高的角闪石含量及较高的主成分1得分，反映岩浆岩源岩的贡献，包括上游玄武岩以及长江口的物质来源；瓯江样品较高的绿帘石含量，既有高绿片岩相变质岩的贡献又有火山岩围岩蚀变的贡献；闽江与九龙江较高的石榴石族矿物含量以及部分样品中较高的蓝晶石含量，反映闽西北与闽西南部分地区变质岩的贡献。
（3）本研究中所采河流样本数量较少，无法排除偶然因素的干扰。后续的相关研究可以在河流不同支流以及不同位置采更多的样本，使研究数据更具借鉴意义。在不断明确浙闽流域河流端元重矿物组成特征的基础上，开展河流至海域的从源到汇研究将值得期待。
注：附表1、附表 2见 http://jhydz.com.cn/article/doi/10.16562/j.cnki.0256-1492.2024091801
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图 1 浙闽流域入海河流及采样点
底图修改自浙江省与福建省1∶20万地质图。1：喜山期中酸性岩，2：燕山期中酸性岩，3：印支期中酸性岩，4：加里东期二长花岗岩，5：元古期中酸性岩，6：喜山期基性岩，7：燕山期基性岩，8：元古期基性岩，9：中生代喷出岩，10：第四纪沉积物，11：中生代—古生代沉积岩，12：古生代—元古代变质岩。
Figure 1. Rivers and sampling locations in the river basins in Zhejiang and Fujian provinces
The base map is modified from the 1∶200000 geological map of Zhejiang and Fujian Provinces. 1: Himalayan acidic rocks, 2: Yanshan intermediate-felsic rocks, 3: Indosinian intermediate-felsic rocks, 4: Caledonian monzogranite, 5: Middle Proterozoic acidic rocks, 6: Himalayan mafic rocks, 7: Yanshan mafic rocks, 8: Paleozoic mafic rocks, 9: Mesozoic volcanic rocks, 10: Quaternary sediments, 11: Mesozoic-Paleozoic sedimentary rocks, 12: Paleozoic-Proterozoic metamorphic rocks.
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图 3 人工与TIMA鉴定方法所得重矿物含量比较
Figure 3. Comparison of heavy mineral content obtained by manual and TIMA identification methods
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图 4 浙闽入海河流重矿物特征指数
Figure 4. Characteristic index of heavy minerals in Zhejiang-Fujian rivers
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图 6 浙闽河流重矿物样品主成分得分
Figure 6. Principal component scores of heavy mineral samples from Zhejiang-Fujian rivers
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图 7 浙江省主要入海河流重矿物组成特征
Figure 7. Composition characteristics of heavy minerals in the main rivers in Zhejiang Province
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图 8 福建省主要入海河流重矿物组成特征
Figure 8. Composition characteristics of heavy minerals in the main rivers in Fujian Province
表 1 人工和TIMA鉴定重矿物颗粒数量的比较
Table 1 Comparison in the number of heavy mineral grains identified by manual and TIMA methods
河流 样品 位置 人工鉴定颗粒数/颗 TIMA扫描颗粒数/颗 曹娥江 CEJ23-1 29°57.264'N, 120°52.511'E 301 59688 钱塘江 QTJ23-1 30°13.405'N, 120°45.395'E 341 40209 QTJ23-2 29°43.998'N, 119°38.428'E 305 12239 QTJ23-3 29°44.351'N, 119°39.295'E 293 424 QTJ23-4 29°53.491'N, 119°48.483'E 117 1094 椒江 JiaoJ23-2 28°53.017'N, 120°56.138'E 306 8572 JiaoJ23-3 28°44.272'N, 121°19.346'E 324 324 瓯江 OJ23-2 27°58.969'N, 120°46.135'E 300 7743 OJ23-3 28°8.609'N, 120°22.837'E 302 1417 OJ23-5 28°8.170'N, 120°28.888'E 329 2934 闽江 MJ23-1 26°5.826'N, 119°32.270'E 300 19898 MJ23-2 26°2.872'N, 119°13.293'E 306 3915 MJ23-3 26°9.212'N, 119°6.442'E 269 999 MJ23-4 26°12.868'N, 119°2.915'E 320 956 MJ23-5 26°22.035'N, 118°43.739'E 337 981 MJ23-6 26°12.499'N, 119°2.468'E 356 3468 木兰溪 MLX23-1 25°22.429'N, 118°53.815'E 319 3069 MLX23-2 25°22.429'N, 118°53.815'E 309 6357 MLX23-3 25°24.363'N, 119°7.690'E 359 1726 晋江 JinJ23-1 24°51.075'N, 118°39.134'E 326 2291 JinJ23-2 25°50.700'N, 118°38.743'E 323 6849 JinJ23-3 24°57.220'N, 118°27.184'E 300 6220 九龙江 JLJ23-1 24°34.119'N, 117°43.455'E 323 12733 JLJ23-2 24°29.285'N, 117°42.714'E 332 1839 JLJ23-3 24°28.337'N, 117°48.507'E 165 2512 JLJ23-4 24°26.036'N, 117°54.534'E 118 562 
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1 人工鉴定浙闽主要入海河流重矿物颗粒百分含量
1 Manual identification of the percentage of heavy mineral particles in the main rivers in Zhejiang-Fujian
% 矿物名称 CEJ23-
1QTJ23-
1QTJ23-
2QTJ23-
3QTJ23-
4JiaoJ23-
2JiaoJ23-
3OJ23-
2OJ23-
3OJ23-
5MJ23-
1MJ23-
2MJ23-
3MJ23-
4MJ23-
5MJ23-
6MLX23-
1MLX23-
2MLX23-
3JinJ23-
1JinJ23-
2JinJ23-
3JLJ23-
1JLJ23-
2JLJ23-
3JLJ23-
4绿帘石 59.5 12.0 34.4 20.1 24.0 19.1 19.1 41.8 43.3 69.0 42.0 19.0 32.6 40.7 18.4 14.0 25.9 65.4 49.3 26.4 23.1 36.5 25.5 17.7 18.5 17.2 角闪石 24.3 69.9 11.5 5.9 2.0 2.3 4.9 15.5 8.0 5.2 17.7 14.1 12.5 12.0 1.2 3.1 23.3 12.0 17.8 14.4 11.2 4.0 8.7 15.6 11.1 14.7 赤+褐+磁+钛 8.6 7.9 47.2 70.6 70.9 74.7 70.1 35.0 44.3 23.1 20.3 60.8 47.0 40.4 73.7 74.3 47.9 19.4 18.7 56.4 61.1 53.2 59.8 61.5 67.9 64.7 黄铁矿 − − − − − − 0 2.4 − − 13.0 − 0 − − − − 1.0 9.5 − − − − − − − 白钛石 − − 0.7 − − 0.7 1.9 − − − − − 1.1 − 1.2 − − − − 0.6 0.6 0.3 − − − − 锐钛矿 − − − − − − − − − − − − − − − 0.3 − − − − − − − − − − 黑云母 − 0.9 − − 0.5 1.0 − 0.7 1.3 − 0.3 0.7 1.5 1.9 0.6 0.6 0.9 − − 0.3 − 1.3 0 1.5 0.6 0.9 风化黑云母 6.3 7.6 3.3 1.7 0.5 0.3 0.3 4.0 2.0 0.6 3.7 3.9 2.7 3.2 3.6 3.1 0.9 1.3 1.9 0.6 1.6 2.0 3.7 0.6 1.2 2.6 白云母 − − − − − − − − 0.3 − − − − − − − − − − − − − − − − − 石榴石 − 0.1 − 0.7 0.5 − − − − 0.3 0.7 0.3 − − 0.3 0.3 0.3 − − − 0.3 0.3 0 − − − 电气石 0.7 1.5 0.3 − − − 0.3 − − − 1.7 0.7 − 0.6 0.9 0.9 − − 1.1 − − 0.3 0.3 0.6 − − 磷灰石 − − 0.3 − − − − − − 0.3 − − − − − − − 0.3 0.8 − − 0.3 − − − − 榍石 − − − 0.3 0.5 − − − 0.3 − − − 0.4 0.3 − 0.3 − − − 0.3 0.3 − 0.3 0.3 0.6 − 锆石 0.3 − 1.3 0.3 0.5 2.0 3.4 0.7 0.3 1.5 0.7 0.7 − 0.9 − 2.6 0.6 0.6 0.8 0.9 1.6 1.7 1.2 1.5 − − 金红石 0.3 − 0.7 − − − − − − − − − − − − 0.6 − − − − 0.3 − 0.3 0.6 − − 萤石 − − 0.3 − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − 硅灰石 − − − 0.3 0.5 − − − − − − − 2.3 − − − − − − − − − − − − − 注：“赤+褐+磁+钛”为赤铁矿、褐铁矿、磁铁矿、钛铁矿的颗粒百分含量总和。
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2 TIMA鉴定浙闽主要入海河流重矿物颗粒百分含量
2 TIMA identification of the percentage of heavy mineral particles in the main rivers in Zhejiang-Fujian
% 类别 名称 CEJ23-
1QTJ23-
1QTJ23-
2QTJ23-
3QTJ23-
4JiaoJ23-
2JiaoJ23-
3OJ23-
2OJ23-
3OJ23-
5MJ23-
1MJ23-
2MJ23-
3MJ23-
4MJ23-
5MJ23-
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1MLX23-
2MLX23-
3JinJ23-
1JinJ23-
2JinJ23-
3JLJ23-
1JLJ23-
2JLJ23-
3JLJ23-
4帘石族 绿黝帘石 22.3 20.5 22.9 37.5 22.9 13.3 12.0 21.1 34.6 63.3 29.5 11.6 22.4 26.6 8.0 8.8 14.8 43.5 36.3 22.1 14.6 11.9 13.3 12.8 6.7 8.5 褐帘石 0.5 0.3 0.1 − 0.1 0.9 − 1.0 0.5 0.1 0.3 0.1 − 0.1 − 0.1 − 0.1 0.3 0.1 0.1 0.1 0 0.2 − − 绿帘石 0.5 0.3 0.8 0.9 1.8 3.3 0.6 1.9 5.5 0 0.5 0.1 0.1 0.2 − 0.4 0.3 0.5 0.5 0.3 0.1 0 0.1 0.2 0.2 0.2 角闪石族 角闪石 20.5 28.8 4.5 3.1 1.7 2.0 2.8 9.0 3.8 0.8 7.8 4.5 6.6 5.8 2.1 1.2 17.1 14.7 13.7 9.3 7.6 1.3 4.1 13.6 4.5 7.3 铁阳起石 8.6 9.4 3.0 1.7 2.7 1.3 1.5 6.4 1.8 1.5 4.0 2.7 3.1 2.9 0.9 0.5 2.1 4.6 6.1 5.1 6.6 0.6 2.0 2.1 2.6 2.0 高铁红闪石 0.5 0.6 1.0 − 0.1 0.4 0.3 0.5 0.1 0 0.3 0.1 0.2 0.2 0.2 0.1 − 0.1 0.2 − 0 0 0.3 0.3 0.2 0.5 透闪石 0.2 0.3 0.1 − − − − 0.2 0.1 − 0.1 0.1 − 0 0.7 0 − − − − − 0 0.1 − − − 铁质 赤/磁铁矿 5.9 3.0 27.3 29.5 44.8 34.3 47.2 14.5 21.5 12.6 21.6 39.0 23.5 27.1 64.4 66.1 52.3 21.4 10 33.3 45.4 51.3 39.2 37.7 49.6 19.2 钛铁矿 4.8 2.7 10.1 5.9 6.3 16.3 10.8 7.5 6.8 6.2 5.7 15.3 7.3 8.3 2.2 7.4 6.3 3.0 2.8 14.4 12.0 17.0 9.3 15.2 12.3 30.8 黄铁矿 0.1 − 0.1 − − − 3.1 0.1 0.1 0.4 1.0 0 0.1 0.3 − − 0.1 0.1 3.1 − 0 − − − − − 辉石族 透辉石 5.0 3.3 1.4 − 1.8 0.9 0.3 1.7 1.8 0.4 1.5 5.9 1.5 1.0 3.0 0.3 0.2 0.5 1.3 0 0.2 0.4 0.8 0.4 1.0 0.4 斜方铁辉石 0.3 0.4 0.1 − 0.2 0.5 − 0.4 0.1 0 0.2 1.3 0.3 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.4 0 0.1 0.1 0.3 0.1 0.4 0.5 易变辉石 0.1 0.1 0.1 0.2 0.2 0.2 − 0.1 − − 0.1 0.4 0.1 0 − 0.1 0.1 0.2 0.4 0 0 0 0.2 0.2 0.2 − 顽火辉石 0.1 0.1 0 − − − 0.3 0 − − 0 − − 0.1 − − − − − − − − 0 − − 0.2 云母族 黑云母 1.5 1.1 4.1 4.0 3.2 5.7 3.1 7.8 3.9 0.8 2.1 0.9 1.2 1.4 1.1 0.7 0.7 0.7 1.3 0.3 0.2 0.9 2.1 0.2 1.8 0.9 白云母 0.5 0.3 2.9 3.8 2.1 3.8 0.9 5.5 4.0 2.3 2.5 1.6 3.6 2.9 1.4 2.0 0.3 0.3 0.4 0.4 0.7 0.7 2.5 1.1 1.6 2.0 石榴石族 钙铝榴石 0.3 0.3 0.6 2.1 3.7 0.1 0.3 0.4 0.6 0.3 0.4 0.6 1.6 0.6 0.7 0.4 − 0.2 0.1 0.1 0.2 0.5 2.2 0.2 2.3 0.2 钙铁榴石 0.1 0.2 0.2 0.5 1.0 0.2 − 0.2 0.8 0.3 0.6 1.4 2.1 0.8 1.1 0.6 0.1 0.2 0.4 0.2 0.4 4.1 1.2 0.5 2.1 0.7 铁铝榴石 0.2 0.1 0.5 0.5 0.2 1.0 − 0.7 0.1 0.3 0.3 0.5 0.3 0.2 0.2 0.2 0 0.1 0.2 0 0 0.1 0.3 − 0.2 − 锰铝榴石 0 0 0.1 − 0.2 0 − 0 0.3 − 0.3 0.2 0.3 0.2 − 0.4 0.3 0.2 − 0.1 0.3 0.2 0.1 0.3 0.3 0.2 其他类别 绿泥石 7.3 9.2 3.3 2.1 1.3 3.8 1.2 4.8 3.5 1.0 2.4 1.6 3.0 1.2 1.4 1.4 0.2 0.4 3.5 0.4 0.3 0.8 3.3 0.5 2.8 2.5 黑电气石 2.5 2.7 1.4 0.5 0.4 1.6 − 2.0 0.9 0.1 1.9 0.9 2.2 2.2 0.8 0.7 0.1 0.2 1.4 0.3 0 0 1.3 0.2 0.1 0.7 磷灰石 5.9 6.0 1.2 0.5 0.2 0.3 1.9 1.0 − 0.2 1.2 0.3 0.1 0.5 − 0.2 0.4 2.3 5.0 0 0.2 0.2 − 0.4 − − 其他类别 榍石 4.7 4.7 0.8 2.4 0.4 1.0 0.6 1.6 1.1 0 1.1 0.9 0.9 0.7 − 0.3 1.0 1.6 1.3 1.2 1.1 0.3 0.4 1.5 0.8 1.1 锆石 0.7 0.7 1.7 0.5 0.2 1.4 5.2 0.7 1.0 1.7 1.7 2.4 0.2 4.0 0.3 1.1 1.0 1.5 1.1 1.0 2.6 3.2 2.4 1.8 0.2 1.6 金红石 5.6 4.3 9.7 3.3 2.8 6.2 6.8 8.8 4.4 7.0 10.8 6.3 13.7 10.5 4.5 4.8 2.1 2.9 8.1 9.4 6.0 4.4 10.7 8.8 5.9 14.1 独居石 0.1 0.1 0.1 − − 0.2 − 0.3 0.4 0.6 0.4 0.3 0.1 0.4 − 0.6 0.1 0.2 0.2 0 0.2 0.9 0.3 0.2 0.1 − 蓝晶石族 0.3 0.4 0.1 0.5 1.4 0.1 0 0.5 1.2 0.1 0.6 1.1 5.0 1.1 0.6 1.2 0.5 0.5 1.6 1.5 1.1 0.8 3.4 1.4 2.5 6.4 十字石 0.1 0.1 0 − − − − − − − − 0 − 0 0.1 0.1 − − − − − − 0 − − − 橄榄石 0.5 0 0.1 0.2 0.5 0.8 0.3 1.1 0.5 0 0.1 0 0.3 0.1 5.8 0.1 0 0 − − − − 0 − 1.4 − 刚玉 0 0 0.2 − − 0.3 0.6 0.3 0.5 0.1 0.2 0 − 0.2 0.2 0.1 − 0 0.1 0 0 0.1 − 0.1 0.1 0.2 萤石 0 − 1.5 0.5 − 0.1 − 0 0.4 − 0.5 0.1 − 0.2 − − 0 0 − − − − − − − −
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表 2 浙闽河流主要重矿物组合对比
Table 2 Comparison of major heavy mineral assemblages in Zhejiang-Fujian rivers
河流 河段 已发表数据 TIMA 钱塘江 河口 绿帘石-角闪石-黑云母-磁铁矿-绿泥石[30] 绿帘石-角闪石-绿泥石-磷灰石-榍石 椒江 河口 绿帘石-角闪石-磁铁矿-绿泥石[30] 赤/磁铁矿-绿帘石-角闪石-钛铁矿 瓯江 近河口 绿帘石-赤/磁铁矿-钛铁矿-角闪石-黑云母[30] 绿帘石-角闪石-赤/磁铁矿-黑云母-钛铁矿 闽江 河口 赤/磁铁矿-绿帘石-锆石-角闪石[29] 绿帘石-赤/磁铁矿-角闪石-金红石 上游 赤/磁铁矿-绿帘石-锆石-电气石[29] 赤/磁铁矿-绿帘石-角闪石-橄榄石 木兰溪 中游 绿帘石-角闪石-赤/磁铁矿-橄榄石-黑云母[31] 绿帘石-赤/磁铁矿-角闪石-钛铁矿 九龙江 河口 钛铁矿-赤/磁铁矿-角闪石-绿帘石[29] 钛铁矿-赤/磁铁矿-角闪石-绿帘石
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表 3 主成分分析载荷系数
Table 3 The load factor of principal component analysis
名称 载荷系数 共同度(公因子方差) 主成分1 主成分2 主成分3 主成分4 帘石族 0.204 −0.263 0.68 0.256 0.639 角闪石族 0.895 −0.014 −0.253 0.048 0.868 辉石族 0.447 0.541 −0.143 −0.302 0.604 云母族 −0.148 0.464 0.735 0.136 0.796 石榴石族 −0.546 0.531 −0.101 0.114 0.604 绿泥石 0.733 0.59 0.089 0.092 0.901 黑电气石 0.592 0.615 0.154 0.174 0.783 磷灰石 0.931 0.021 −0.057 −0.061 0.875 榍石 0.888 0.187 −0.075 0.062 0.833 蓝晶石族 −0.315 0.346 −0.547 0.578 0.851 橄榄石 −0.225 0.399 0.003 −0.772 0.806 ATi 0.464 −0.714 0.04 −0.133 0.745 Gzi −0.343 0.784 0.063 −0.065 0.74
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