沉積地球化學(xué)的研究方向及發(fā)展趨勢

杜婷　范宇航　嚴(yán)張磊

摘要：沉積地球化學(xué)是一門沉積學(xué)與地球化學(xué)結(jié)合的新興邊緣學(xué)科。利用沉積地球化學(xué)有助于恢復(fù)確定古環(huán)境和判斷當(dāng)時海平面變化旋回，為層序地層學(xué)研究提供證據(jù)。本文講述了沉積地球化學(xué)在各方面的研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：沉積地球化學(xué)；研究進(jìn)展；發(fā)展趨勢

1、沉積地球化學(xué)的概念及研究內(nèi)容

沉積地球化學(xué)是以沉積物和沉積巖為對象，對其研究沉積一成巖過程中所含元素及同位素的遷移、聚集和分布規(guī)律的一門科學(xué)。沉積地球化學(xué)涉及面很多，包括成巖作用中元素及同位素的轉(zhuǎn)移，其化學(xué)機(jī)制及重新分配；包括風(fēng)化產(chǎn)物元素的遷移、形成和沉積分異規(guī)律和有機(jī)地球化學(xué)在沉積成礦中的作用等許多方面，其二：研究控制和影響同位素和元素的運(yùn)動變化的各種因素。

沉積巖形成的全過程是主要研究的內(nèi)容：沉積物中元素的沉積方式、機(jī)制、元素集中、控制因素和分散規(guī)律；成巖作用過程中元素及同位素的轉(zhuǎn)移，分配和組合，元素在沉積巖中的豐度、分配規(guī)律、賦存狀態(tài)；地史時期沉積巖中化學(xué)成分和有機(jī)地球化學(xué)演化歷史、規(guī)律，及其在沉積成礦的作用。

2、沉積地球化學(xué)的研究現(xiàn)狀

2.1稀土元素地球化學(xué)

2.11REE

20世紀(jì)70年代以來，測試精度和方法的不斷進(jìn)步，稀土元素（REE）在沉積巖和現(xiàn)代沉積物研究中作為環(huán)境及物源指示標(biāo)志的作用受到重視。在元素周期表中REE外層電子構(gòu)型相似，用一般的方法不能定量地分析出單一稀土元素的含量，現(xiàn)在常用分析稀土總量（∑REE）：離子交換—X射線熒光光譜法，中子活化法，化學(xué)NN—X射線熒光光譜法，誤差都±（4%～15%）之間；火花源質(zhì)譜法；同位素稀釋質(zhì)譜法其中精度最高的為中子活化法。

2.12硅質(zhì)巖的研究現(xiàn)狀

目前主要進(jìn)展方向?yàn)椋孩俟栀|(zhì)巖沉積地球化學(xué)研究；②與蛇綠巖有關(guān)的硅質(zhì)巖沉積地球化學(xué)研究；③物質(zhì)來源研究；④古氧化還原條件研究；⑤硅質(zhì)巖構(gòu)造環(huán)境判別。

硅質(zhì)巖所有REE指數(shù)中變化最明顯的是洋盆中的Ce/Ce*不同，太平洋Ce/Ce*值最低（0.12～0.61）大西洋中等（047～0.12）南半球高緯區(qū)約1.0（0.87～1.17）。大西洋是一個中等大小的洋盆，硅質(zhì)巖中REE行為記錄了陸源吸附作用的混合特征，具中等負(fù)鈰異常，Lan/Ybn比值介于太平洋和陸源輸入物之間，約為1.0～1.3。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硅質(zhì)巖中主要成分是Si，除Si以外的其它元素（或化合物）的比值比其絕對含量反映沉積環(huán)境信息，沉積物源指示劑A1，F(xiàn)e，Ti，Mn廣泛用于環(huán)境研究中。

3、沉積物地球化學(xué)分析在物源分析中的應(yīng)用

碎屑礦物構(gòu)成與沉積物的化學(xué)成分之間存在一定關(guān)系，不同的構(gòu)造環(huán)境下具有不同的特征。當(dāng)構(gòu)造背景已知的情況下，則可以利用Roser等提出的判別方程來分析源區(qū)是成熟大陸石英質(zhì)物源區(qū)還是基性、中性、酸性火山巖物源區(qū)。

REE以及Th、Sc對源區(qū)特征的分析很有價值，它們最難溶，有非遷移性，這些元素隨陸源碎屑沉積物搬運(yùn)，反映源區(qū)的地球化學(xué)性質(zhì)。稀土元素分配模式也可以用來指示物源，若w（LREE）/w（HREE）比值低，無Eu異常，則物源可能為基性巖石；若w（LREE）/w（HREE）比值高，有Eu異常，則物源多為硅質(zhì)巖。

除了上述全巖化學(xué)成分分異與物源的關(guān)系外，一些研究者利用電子探針和質(zhì)譜技術(shù)對副礦物、磁性礦物進(jìn)行研究，以指示物源。Mark等也曾利用碎屑硅酸鹽中侵入體與重礦物對比進(jìn)行沉積物物源研究，取得了良好效果。

4、沉積地球化學(xué)的發(fā)展趨勢

4.1層序地層化學(xué)

層序地層化學(xué)是地球化學(xué)研究的新進(jìn)展，它主要研層序地層格架的烴源巖分布及其地球化學(xué)特征。研究表明，在層序界面的形成過程中，伴隨著風(fēng)化作用，在層序界面上的Fe的高價氧化物形式出現(xiàn)；Th/U比值很大。體系域與REE和微量、常量元素含量密切相關(guān)，LST（或SMST）期REE含量最低，TST期REE含量逐漸增高至最大，海泛期達(dá)到最高，HST期又下降。LST期，微量元素含量最低，TST期微量元素逐漸增直至最高，HST期微量元素含量又逐漸下降。

研究表明，F(xiàn)e不同巖類中有不一致的豐度值，暴露過程發(fā)生氧化作用，在層序界面上以高價鐵氧化物形式出現(xiàn)為特征。在層序界面形成過程中，層序界面上所殘余下來的沉積物，K的含量大于Na的。層序界面上的Al含量高，為Al的氧化物。據(jù)Th和U元素的其相對比值大小及含量的分析，可為確定層序界面的存在提供佐證。

4.2應(yīng)用實(shí)例

通過對中國南方海相二疊系的研究，將二疊系劃分為11個層序，其中Ⅰ型層序界面的標(biāo)識特征不僅表現(xiàn)在生物演化、巖相記錄上，同時在地球化學(xué)上也有明顯的表示。

二疊系到中國南方海相泥盆系的研究也表明，同一海平面升降旋回中所形成的一套層序在不同體系域中的微量元素、稀土元素、同位素組成明顯不同。如對廣西象州泥盆系剖面的分析，在SQ7層序演化過程中，從海侵體系域到高水位體系域演化過程中，Ti，Mg和Sr含量則由低→高→低；但是Al和Fe元素含量剛好相反；Sr/Ba及Al/Ti比值則由低→高→低。總之，在體系域的演化過程中，從低水位體系域（LST）或陸棚邊緣體系域（SMST）→海侵體系域（TST）→高水位體系域（HST），稀土、微量元素、元素組合均有規(guī)律地變化，這種變化正是識別體系域的重要標(biāo)志和依據(jù)。