物源区母岩性质的确定可以根据沉积物的特征进行判别。
1.砾岩的成分及分布
冲洪积相砾岩通常远离盆地中心分布，接近物源区，因此，砾石成分可直接反映物源区的母岩成分。但需要注意的是，由于各种母岩抗风化、磨蚀能力各不相同，因此，砾石类型的比例有时不能直接反映物源区各类岩石的相对丰度。
变质岩砾石的矿物组合可以对物源区P-T-t路径进行重建，其同位素年龄可以对物源区隆升—冷却史进行恢复（Cuthbert，1991）。岩浆岩砾石锆石及同位素可以反映物源区的深部构造，区分火山喷发与岩浆侵入是否同时。
2.砂岩的成分
砂岩中最主要的矿物是石英和长石。石英中的包裹体、石英消光类型、形状、多晶现象、同位素等手段常被用来判别各种类型的石英。例如，来自沉积岩中的石英颗粒相对磨圆度较高，具再旋回次生加大的特点；中、酸性岩浆岩的石英多为镶嵌的多晶石英，石英中可有锆石、电气石、磷灰石等矿物包裹体；来自火山岩的石英通常为单晶石英，透明，无波状消光，呈短的双锥体并有裂纹和熔蚀现象；而变质成因的石英为具缝合线的多晶石英，波状消光明显，石英中有矽线石、电气石、蓝晶石等矿物包裹体。
近年来，根据石英的不同阴极发光确定母岩性质的方法被广泛应用，石英有三种类型的发光，每一种发光类型代表一个特定的母岩区。①紫色石英，产于深成岩、火山岩、接触变质岩中；②褐色石英，产于区域变质岩中；③不发光石英，是成岩作用中自生的且又未经过回火作用的石英。
长石碎屑在砂岩中仅次于石英碎屑的组成成分，可以利用其微量元素和长石类型来区分母岩性质。火山岩中斜长石K含量随Ca减少而增加，变质岩中的斜长石含K少，成岩中的斜长石K的含量介于其间。酸性火山岩中的长石主要为透长石，酸性侵入岩则为正长石和微斜长石，中性岩以具环带构造斜长石为主，中性火山岩中长石常具细环带构造。
砂岩多碎屑分析方法是确定物源区母岩性质的常用方法，经典的方法包括：
（1）Crook图解法：Crook（1974）是较早提出利用Q-F-R体系图解来进行物源区分析的学者。他分别以石英组分（Q）含量65%和85%～90%为界将三角图区分为稳定区、次稳定区和非稳定区（图7-1）。其中，稳定区主要是克拉通或地盾陆壳；次稳定区包括裂谷和部分前陆盆地；非稳定区包括被动大陆边缘、安第斯型活动大陆边缘、火山岛弧型活动边缘区。
图7-1 Crook（1974）的Q-F-R三角图解模型
（图注见正文）
（2）Valloni and Maynard图解法：Valloni and Maynard（1981）根据现代深海砂160多个样品的分析资料，运用Q-F-L图解（图7-2），把砂岩物源区母岩性质划分为以下几种沉积模型：被动边缘（TE）；活动边缘转换断层（LF2）；活动边缘消减带（LF1）；弧后盆地（FA）。在上述模型基础上，孟祥化和葛铭（1993）补充了稳定克拉通盆地（CR）和裂谷及断陷盆地（RF）两种类型（图7-2）。
（3）Dickinson图解法：Dickinson图解法（Dickinson and Suczek，1979）是砂岩物源区母岩性质研究中应用最广泛的一种方法，他依据物源区板块构造背景，划分出3个一级、7个次级物源区类型（图7-3）：大陆板块（包括克拉通内部、过渡大陆和基底隆起）、岩浆岛弧（包括切割岛弧、过渡弧和未切割岛弧）和再旋回造山带。Dickinson（1985）还提出了4个辅助模型。Dickinson三角图解强调了物源区构造在控制砂岩骨架颗粒的来源和性质，并且侧重于古板块构造物源区类型的解释。
图7-2 Valloni和Maynard（1981）的Q-F-L三角图解模型
（图注见正文）
图7-3 Q-F-L和Qm-F-Lt三角图解的板块构造物源类型
（据Dickinson，1983）
Q—石英颗粒总数；Qm—单晶石英；F—单晶长石总数；L—不稳定岩屑；Lt—多晶质岩屑三角图外侧的数字代表相邻两端元的相对百分比型
砂岩物源区分析的地球化学方法也是沉积地球化学工作者努力的方向，常用的方法包括常量元素、微量元素、稀土元素和同位素4种。
经典的常量元素分析方法为图解法。Bhatia（1983）运用Fe2O3+MgO分布与TiO2、Al2O3/SiO2、K2O/Na2O、Al2O3/（CaO+Na2O）的关系建立了板块构造的地球化学模型和判别图解，将之分为大洋岛弧、大陆岛弧、安第斯型大陆边缘、被动大陆边缘4种构造边缘类型（图7-4）。Bhatia（1983）还进一步按板块构造背景提出了判别图（图7-5），将砂岩化学成分置于被动大陆边缘（PM）、活动大陆边缘（AM）、大陆岛弧（CIA）和大洋岛弧（OIA）4个构造背景区域之中。
不同构造背景下形成的岩石组合其微量元素分布丰度具有不同的分配模式，这些元素分配模式可以用来划分建造类型，确定陆源区构造性质。新近的微量元素分析方法应用到物源区，一般都采用单矿物微量元素分析，特别是重矿物用于物源区分析要较复成分岩石有效得多（王成善等，2003）。
图7-4 砂岩主要化学成分的构造环境判别图
（据Bhatia，1983）
A—大洋岛弧（方块）；B—大陆岛弧（三角）；C—安第斯大陆边缘（星）；D—被动大陆边缘（圆圈）
图7-5 砂岩构造背景化学成分判别函数值关系图解
（据Bhatia，1983）
PM—被动陆源；AM—活动陆源；CIA—大陆性岛弧；OIA—大洋性岛弧
在成岩作用过程中，稀土元素具有改造作用很小的特征，因此，稀土元素的分布特征可以用来恢复母岩性质，稀土元素的配分模式也就成为目前物源区分析中应用最广泛、最有效的地球化学方法、手段之一。Bhatia（1985）归纳总结的不同构造背景下杂砂岩稀土特征值和模式曲线特征（图7-6），从稳定的被动大陆边缘到非稳定的大洋岛弧区，∑REE、LREE/HREE、La/Yb值明显降低。利用这一模式判别物源区大地构造属性已经成为稀土物源区分析的典范。
图7-6 各种构造位置杂砂岩的球粒陨石标准化曲线（a）和新太古代澳大利亚页岩（PAAS）的球粒陨石标准化曲线（b）
（据Bhatia，1985）
同位素分析方法主要为物源区分析提供母岩的地层时代、隆升历史及热史、地壳组成及演化、母岩的次生变化等信息。同位素方法在物源区分析方面有着广阔的应用前景。在样品选择方面，常选择不成熟砂岩和细粒岩屑（泥岩）。此外，由于同位素分析成本高、时间长，往往需要做一些前期工作，即首先要看研究区是否具有物源区分析的潜在价值，所要分析的矿物是否易识别；其次，确定分析对象是否符合同位素处理方法。
3.碎屑重矿物组合
利用碎屑重矿物组合及其含量变化，追索物源和恢复母岩早已被广泛应用。一定的重矿物组合能反映一定的母岩性质（表7-1）。
表7-1 常见矿物组合及母岩类型
（引自刘宝珺和曾允孚，1985）
除了重矿物组合外，单一重矿物地球化学组分在确定物源区性质及构造背景上也取得了一些进展。如辉石，通常采用以下方法进行物源区性质和构造背景的判别，①Ti与Ca+Na判别拉斑或碱性玄武岩；②Ti+Cr与Ca区分造山带或非造山带源区；③Ti、Na及Mn丰度区分造山带中钙碱性和拉斑玄武岩；④TiO2、MnO与Na2O三角图解判别火山弧玄武岩。另外一些重矿物，如角闪石、十字石、绿帘石、锆石等，其地球化学组分在识别物源区性质和构造背景时也取得了一定的进展。但需要注意的是，在确定母岩性质时，应综合利用重矿物的含量、组成、特征及其与轻矿物配合分析。