重矿物分析（heavy mineral analysis）是沉积学中通过分离、鉴定和统计沉积物中密度大于约2.89 g/cm³的矿物，来重建物源、搬运历史、沉积环境与地层对比关系的一套方法。重矿物在搬运和风化过程中的稳定性差异很大，化学风化、搬运和成岩作用的综合效应往往会降低它们在全岩中的百分比。因此砂岩中的平均重矿物含量约为1%，但在古老或再循环砂岩中可能低得多。
由于重矿物各矿物性质差异很大，且其相对丰度直接指示源区地体的性质以及搬运或再循环机制，自19世纪以来，重矿物分析一直被用作物源分析的工具。现代重矿物分析已从单纯的颗粒计数发展为结合矿物化学、同位素定年和自动矿物学的综合物源研究。
首次发表的物源分析通常被认为是 J.W. Retgers 对荷兰海岸沙丘的研究。他结合岩相学和不透明矿物的化学分析，评估盆地的物源模式。[1]
一年后，J.L.C. Schroeder Van Der Kolk 进行了补充研究，利用重矿物研究第四纪砂岩的物源。[2] 此后，重矿物分析逐渐成为砂岩物源研究的常规手段，并在20世纪随着重液技术、偏光显微镜和统计方法的发展而成熟。
重矿物通常从大型样品（2至4千克）中提取，因为它们在古老和风化的砂岩中占比非常有限，常常少于1%。采样时必须考虑粒度、岩性和风化程度，避免只采集富含重矿物的局部层位，否则统计结果不能代表整个地层。
常见流程如下：
分离完成后，重矿物颗粒通常制成颗粒薄片，在偏光显微镜下逐粒鉴定矿物种类、形态、圆度、表面特征和包裹体，并统计各类矿物的颗粒数或重量百分比。
为了降低绝对丰度变化带来的噪声，研究者常使用重矿物比值或指数。最常用的包括：[5]
这些指数通常与矿物组合、粒度参数和地层位置结合解释，单一指数很少能独立确定物源。
重矿物分析的首要应用是物源分析。通过对比不同地层、不同地区或不同沉积相的重矿物组合，可以判断沉积物来自哪类源区、经历了怎样的搬运路径，以及源区在时间上是否发生变化。锆石、独居石和磷灰石的 U-Pb 或裂变径迹定年还可以进一步约束源区的冷却与剥露历史。
第二个应用是地层对比与古地理重建。特征重矿物组合或指数曲线可以像指纹一样用于区域地层对比，尤其在缺乏生物化石的砂岩序列中。重矿物组合的变化还可以指示不整合、沉积物供给变化、盆地倒转或河流改道等事件。
第三个应用是沉积物成熟度与再循环研究。稳定重矿物比例升高、不稳定矿物减少，通常说明沉积物经历了更强的风化或更长的再循环历史。结合石英含量、粒度、圆度和成分成熟度指标，可以更全面地评估沉积物的演化。
第四个应用是砂矿勘探。钛铁矿、金红石、锆石、独居石、锡石、金和金刚石等重矿物可在海滨或河流砂矿中富集，重矿物分析可以圈定有利层位和源区，为砂矿勘查提供依据。
重矿物分析的结果受多种因素影响，解释时必须谨慎。水动力分选会按密度和粒度分选颗粒，使重矿物组合不能简单等同于源区矿物组合。化学风化和成岩作用会选择性溶解不稳定矿物，导致稳定矿物相对富集。再循环会使古老重矿物进入新沉积物，造成物源信号混合。采样位置、样品量、筛分粒级、重液密度、酸处理强度和鉴定者的经验都会影响统计结果。
此外，重矿物颗粒可能被铁质包膜、黏土或碳酸盐包裹，影响鉴定和分离；细粒重矿物在重液分离中可能损失；不同实验室的计数方法和报告口径也可能不同。为减少偏差，应统一采样、分离和统计流程，报告原始颗粒计数、粒级范围和重液密度，并尽量采用多个指标相互验证。
现代重矿物分析已与微区分析和高精度定年结合。电子探针可以测定石榴石、辉石、角闪石、铬尖晶石等矿物的主量和微量元素，从而区分不同源区；激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）可以快速获得微量元素和 U-Pb 年龄；自动矿物分析系统（如 QEMSCAN、MLA）可以对大量颗粒进行矿物定量。这些方法把重矿物分析从"计数"推进到"矿物化学指纹"和"源区年代学"层面。
同时，重矿物分析与其他物源指标（碎屑锆石 U-Pb 年龄谱、全岩地球化学、Nd-Sr 同位素、黏土矿物组合）的联合使用越来越普遍。单一方法往往存在多解性，多指标交叉约束可以显著提高物源解释的可靠性。
一份可靠的重矿物分析报告通常包括：采样位置与地层背景、样品重量与粒级、分离流程与重液密度、酸处理条件、鉴定矿物清单、颗粒计数或百分比、重矿物指数、显微照片以及解释性讨论。对于关键层位，应保留原始颗粒薄片和样品，以便复查。
质量保证包括空白样与重复样、不同鉴定者之间的交叉核对、仪器标样校准和统计不确定性评估。由于重矿物数据常用于区域对比和资源勘探，透明的方法记录和可重复的流程比单一结论更重要。
References