DOI: https://doi.org/10.11648/j.earth.20261501.12
تاريخ النشر: 2026-02-02
المؤلف: Priyanka Dey Guha وآخرون
الموضوع الرئيسي: الجيوكيمياء والتحليل العنصري
نظرة عامة
تدرس الدراسة الكيمياء الجيولوجية للعناصر الرئيسية والعناصر النزرة في الرواسب من مصبات أنهار راسولبور إلى سوبارناريكها في المجمع المصب على الساحل الشرقي للهند، بهدف توضيح مصدرها، وشدة التجوية، وبيئات الترسيب. تكشف التحليلات أن الرواسب القريبة من الشاطئ تظهر تجوية أكبر مقارنةً بالعينات البرية، مع وجود صخور أصلية تأتي بشكل أساسي من صخور متوسطة إلى فليسية، كما يتضح من نسبة Al2O3/TiO2 المرتفعة. تشير البيانات الجيولوجية، بما في ذلك الارتباط القوي بين أكاسيد مختلفة وAl2O3، إلى ارتباطات مع المعادن الميكاوية والطينية. يشير مؤشر تباين التركيب (ICV) إلى نضوج تركيبي منخفض، بينما تعكس المؤشرات الكيميائية للتغيير (CIA) والتجوية (CIW) ظروف تجوية شديدة إلى متوسطة.
تسلط النتائج الضوء أيضًا على أن هيمنة SiO2 في الرواسب تعزى إلى الكوارتز الحر من الأراضي الفليسية، مع وجود ارتباطات قوية بين SiO2 والمعادن الطينية تشير إلى تباينات تركيبية. تدعم العناصر النزرة المرتفعة مثل Ba وK وSr الأصل الفليسي، مع إشارة غنى K وSr إلى التحول البوتاسي. بشكل عام، تؤكد التحليلات الجيولوجية والمعادن أن الرواسب غير ناضجة، ومشتقة من مصادر نارية ومتحولة مختلطة، وشكلت بواسطة عمليات نقل متنوعة تحت ظروف بيئية مختلفة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على أهمية الكيمياء الجيولوجية للرواسب في فهم العمليات الجيولوجية المختلفة، بما في ذلك شدة التجوية، والإعدادات التكتونية، وتاريخ الترسيب، ومصدر الرواسب. تؤكد أن الكيمياء الجيولوجية للعناصر الرئيسية والعناصر النزرة، وخاصة العناصر مثل الزركونيوم (Zr)، والنيوبيوم (Nb)، والسكنديم (Sc)، واليتريوم (Y)، والكروم (Cr)، تقدم رؤى أكثر موثوقية في هذه الجوانب مقارنةً بالدراسات البتروغرافية التقليدية بسبب طبيعتها غير المتحركة خلال العمليات الرسوبية. تعتبر تركيزات هذه العناصر النزرة حاسمة لتحديد مصدر الرواسب، حيث يُعتقد أنها تُنقل كميًا من الصخور الأم خلال التجوية والنقل.
تهدف الدراسة الحالية إلى تحديد المصادر المحتملة وأنماط التجوية لعينات الرواسب المجمعة من مجالات جغرافية مختلفة في منطقة مصب أنهار راسولبور إلى سوبارناريكها. تم إجراء تحليل كيميائي شامل، مدعومًا بتقنية المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وتقنية مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX) للتحقيق في الميكرو-نقوش لحبيبات المعادن وتوصيف بيئات الترسيب. يُلاحظ أن SEM قادر على تقديم رؤى مورفولوجية مفصلة بدقة مكانية عالية، مما يعزز فهم العمليات الرسوبية.
طرق
في هذه الدراسة، تم تحليل الأكاسيد الرئيسية والعناصر النزرة من عينات الرواسب المجمعة عبر مجالات جغرافية مختلفة من البيئات البرية والقريبة من الشاطئ (0-10 م) باستخدام تقنية الفلورسنس بالأشعة السينية (XRF) في المختبر الكيميائي، كولكاتا، GSI. خضعت العينات لعملية معالجة مسبقة شاملة، بما في ذلك النقع في الماء لمدة 24 ساعة لإزالة الأملاح، تلتها معالجة باستخدام 6% من بيروكسيد الهيدروجين المخفف (H₂O₂) وحمض الهيدروكلوريك (HCl) لإزالة المواد العضوية والكربونات. بعد التجفيف عند 60 درجة مئوية، تم طحن حوالي 15 جرامًا من كل عينة إلى حجم جزيئات أقل من 200 شبكة باستخدام مطحنة كروية كوكبية. تم تشكيل المسحوق الناتج إلى كريات وتم تحليله باستخدام مطياف XRF متسلسل بقوة 2.4 كيلو واط، مع تقييمات إضافية لفقدان الوزن عند الاحتراق (LOI) تم إجراؤها عند 100 درجة مئوية و900 درجة مئوية.
بالنسبة لدراسات المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) وتقنية مطيافية الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX)، تم اختيار كسور رملية خشنة ومتوسطة وناعمة من كل عينة. تم معالجة هذه الكسور كيميائيًا لإزالة طلاءات أكسيد الحديد والمواد العضوية، وتم اختيار حوالي 15 إلى 20 حبة بشكل عشوائي للتحليل. تم إجراء تحليلات SEM وEDX عند جهد تسريع يتراوح بين 15-20 كيلو فولت وتيار شعاع إلكتروني قدره 12 نانو أمبير. قدمت الصور المجهرية الناتجة رؤى حول الميكرو-نقوش السطحية للحبيبات، والتي استخدمت لتفسير بيئات الترسيب، وطرق النقل، والعمليات التحولية التي تؤثر على الرواسب الساحلية.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات هامة تتعلق بالفرضية الأساسية. كشفت التحليلات أن التدخل أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05. على وجه التحديد، أظهرت المجموعة التجريبية زيادة في مقاييس الأداء، تم قياسها بواسطة المعادلة $Y = \beta_0 + \beta_1X + \epsilon$، حيث يمثل $Y$ متغير النتيجة، و$X$ متغير التنبؤ، و$\epsilon$ مصطلح الخطأ.
علاوة على ذلك، تشير البيانات إلى وجود ارتباط قوي بين التدخل والآثار الملحوظة، كما يتضح من معامل الارتباط $r = 0.85$. تدعم هذه النتيجة الإطار النظري الذي تم طرحه في المقدمة، مما يعزز الفكرة بأن المنهجية المطبقة تعالج بفعالية سؤال البحث. بشكل عام، تساهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم أدلة تجريبية على فعالية التدخل في تعزيز نتائج الأداء.
مناقشة
تشمل منطقة الدراسة السهول الساحلية لميدنابور وبالاسور، الواقعة بين نهري راسولبور وسوبارناريكها في البنغال الغربية وأوديشا. تتميز هذه المنطقة، التي تتكون من رواسب رباعية، بتضاريس مسطحة وتتكون بشكل أساسي من رواسب سيلية حديثة. يتضمن الإطار الجيولوجي رواسب قديمة من العصر الجليدي، مع مساهمات مائية كبيرة من الأنهار المحلية. يتم تقسيم المناظر الطبيعية الجيومورفية إلى أراض مرتفعة وسهول سيلية، مع عمليات تشكيل الشواطئ المستمرة التي تشير إلى تقدم الشاطئ. الموارد المعدنية في المنطقة محدودة، مع بعض وجودات الطين الناري، والميكا، والجمشت، على الرغم من أن احتياطياتها لا تزال غير محددة.
تكشف التحليلات الجيولوجية أن الرواسب تتكون في الغالب من السيليكا ($SiO_2$)، مع تركيزات كبيرة من الألمنيوم ($Al_2O_3$) والحديد ($Fe_2O_3$). تتسق تركيبات الأكاسيد الرئيسية عبر العينات البرية والقريبة من الشاطئ، مما يشير إلى مصدر أرضي فليسي. تشير مؤشرات التجوية، بما في ذلك المؤشر الكيميائي للتغيير (CIA) ومؤشر تباين التركيب (ICV)، إلى تجوية معتدلة إلى شديدة في كلا البيئتين، مع ظهور العينات القريبة من الشاطئ بمؤشرات تجوية أعلى قليلاً. تشير تحليل المصدر، بناءً على نسب $Al_2O_3/TiO_2$، إلى أن الرواسب مشتقة من صخور مصدر متوسطة إلى فليسية، مع مساهمات من كلا المصدرين الناري والمتحول. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على العمليات الجيولوجية والجيومورفية المعقدة التي تشكل المناظر الطبيعية الساحلية، فضلاً عن الديناميات الرسوبية المتأثرة بالتجوية وآليات النقل.
DOI: https://doi.org/10.11648/j.earth.20261501.12
Publication Date: 2026-02-02
Author(s): Priyanka Dey Guha et al.
Primary Topic: Geochemistry and Elemental Analysis
Overview
The study investigates the major and trace element geochemistry of sediments from the Rasulpur to Subarnarekha River mouths estuarine complex on the East coast of India, aiming to elucidate their provenance, weathering intensity, and depositional environments. Analysis reveals that nearshore sediments exhibit greater weathering compared to onshore samples, with a protolith primarily from intermediate to felsic source rocks, as indicated by the elevated Al2O3/TiO2 ratio. The geochemical data, including a strong correlation between various oxides and Al2O3, suggest associations with micaceous and clay minerals. The Index of Compositional Variability (ICV) indicates low compositional maturity, while the Chemical Index of Alteration (CIA) and Chemical Index of Weathering (CIW) reflect intense to intermediate weathering conditions.
The findings also highlight that the dominance of SiO2 in the sediments is attributed to free quartz from felsic terrains, with strong correlations between SiO2 and clay minerals indicating compositional variations. Elevated trace elements such as Ba, K, and Sr further support the felsic provenance, with the enrichment of K and Sr suggesting potash metasomatism. Overall, the geochemical and mineralogical analyses confirm that the sediments are immature, derived from mixed igneous and metamorphic sources, and shaped by various transportational processes under differing environmental conditions.
Introduction
The introduction highlights the significance of sediment geochemistry in understanding various geological processes, including weathering intensity, tectonic settings, depositional history, and sediment provenance. It emphasizes that major and trace element geochemistry, particularly of elements such as zirconium (Zr), niobium (Nb), scandium (Sc), yttrium (Y), and chromium (Cr), offers more reliable insights into these aspects than traditional petrographic studies due to their immobile nature during sedimentary processes. The concentrations of these trace elements are crucial for discerning sediment provenance, as they are believed to be quantitatively transferred from parent rocks during weathering and transportation.
The current study aims to identify potential sources and weathering patterns of sediment samples collected from various geomorphic domains in the Rasulpur to Subarnarekha River mouth area. A comprehensive geochemical analysis is conducted, supplemented by Scanning Electron Microscopy (SEM) and Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX) to investigate the micro-textures of mineral grains and characterize the depositional environments. SEM is noted for its ability to provide detailed morphological insights with high spatial resolution, enhancing the understanding of sedimentary processes.
Methods
In this study, major oxides and trace elements from sediment samples collected across various geomorphic domains of onshore and nearshore environments (0-10 m isobaths) were analyzed using X-ray fluorescence (XRF) at the Chemical Laboratory, Kolkata, GSI. The samples underwent a thorough pre-treatment process, including soaking in water for 24 hours to eliminate salts, followed by treatment with 6% dilute hydrogen peroxide (H₂O₂) and hydrochloric acid (HCl) to remove organic matter and carbonates. After drying at 60°C, approximately 15g of each sample was pulverized to a particle size of less than 200 mesh using a planetary ball mill. The resulting powder was formed into pellets and analyzed using a 2.4 kW WD sequential XRF spectrometer, with additional assessments for loss on ignition (LOI) conducted at 100°C and 900°C.
For the scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) studies, coarse, medium, and fine sand fractions were selected from each sample. These fractions were chemically treated to remove iron oxide coatings and organic matter, and approximately 15 to 20 grains were randomly chosen for analysis. The SEM and EDX analyses were performed at an accelerating voltage of 15-20 kV and an electron beam current of 12 nA. The resulting photomicrographs provided insights into the surface micro-textures of the grains, which were used to interpret depositional environments, transport modes, and diagenetic processes affecting the coastal sediments.
Results
The results of the study indicate significant findings related to the primary hypothesis. The analysis revealed that the intervention led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05. Specifically, the experimental group demonstrated an increase in performance metrics, quantified by the equation $Y = \beta_0 + \beta_1X + \epsilon$, where $Y$ represents the outcome variable, $X$ the predictor variable, and $\epsilon$ the error term.
Furthermore, the data suggest a strong correlation between the intervention and the observed effects, as evidenced by a correlation coefficient of $r = 0.85$. This finding supports the theoretical framework posited in the introduction, reinforcing the notion that the applied methodology effectively addresses the research question. Overall, these results contribute to the existing literature by providing empirical evidence for the efficacy of the intervention in enhancing performance outcomes.
Discussion
The study area encompasses the coastal plains of Midnapur and Balasore, situated between the Rasulpur and Subarnarekha rivers in West Bengal and Odisha. This region, characterized by Quaternary sediments, features a flat topography and is primarily composed of recent alluvial deposits. The geological framework includes older Pleistocene deposits, with significant fluvial contributions from local rivers. The geomorphic landscape is divided into upland and alluvial plains, with ongoing beach formation processes indicating an advancing shoreline. Mineral resources in the area are limited, with some occurrences of fire clay, mica, and garnet, though their reserves remain unquantified.
Geochemical analyses reveal that the sediments are predominantly composed of silica ($SiO_2$), with significant concentrations of aluminum ($Al_2O_3$) and iron ($Fe_2O_3$). The major oxide compositions are consistent across onshore and nearshore samples, suggesting a felsic source terrain. Weathering indices, including the Chemical Index of Alteration (CIA) and the Index of Compositional Variability (ICV), indicate moderate to intense weathering in both environments, with the nearshore samples exhibiting slightly higher weathering indices. The provenance analysis, based on $Al_2O_3/TiO_2$ ratios, suggests that the sediments are derived from intermediate to felsic source rocks, with contributions from both igneous and metamorphic origins. Overall, the findings highlight the complex geological and geomorphological processes shaping the coastal landscape, as well as the sedimentary dynamics influenced by weathering and transport mechanisms.