應(yīng)用地球化學(xué)元素特征判別沉積環(huán)境

牛亞斐，盧錦臨，黃志輝

（成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610000）

沉積環(huán)境的研究在分析沉積學(xué)方面具有十分重要的意義，它既是沉積地質(zhì)作用場(chǎng)所的環(huán)境，又是沉積地質(zhì)作用產(chǎn)物的“物化”表現(xiàn)。我們以往通過(guò)對(duì)沉積物中的原生結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及所含的古生物特征來(lái)分析沉積環(huán)境，隨著沉積地球化學(xué)的發(fā)展，利用沉積物成巖時(shí)期元素的遷移、聚集和分布特征規(guī)律來(lái)判別沉積環(huán)境也漸漸成為一種主要的研究手段。

1 判別氧化-還原環(huán)境

古海洋約在10-5.4億年間逐漸演變成氧化環(huán)境，之后經(jīng)歷了多期次的全球性缺氧才漸漸形成了現(xiàn)在的氧化環(huán)境[1，2]。所以海水以及其沉積物中許多元素的分異、富集和循環(huán)受到氧化還原的影響。多種多價(jià)態(tài)元素如Mo、Cr、V和U等溶解度隨氧化還原條件的變化而改變，導(dǎo)致沉積物中的元素含量分異；也有Ni、Co等元素在還原條件下發(fā)生富集，形成沉淀。而Fe由于其多價(jià)態(tài)的變化，更是用DOP(Degree of Pyritization)即黃鐵礦化程度作為判別古海洋氧化還原環(huán)境的有效指標(biāo)之一。這些元素的分異、富集和循環(huán)行為是古海洋氧化還原環(huán)境變化的指示劑，可以作為判別古海洋氧化還原條件變化的指標(biāo)[3]。

（1）U及其U/Th指標(biāo)參數(shù)。U在海水中常以UO2(CO3)3

4-形式存在，并且具有較高的溶解度，而在還原條件下則以擴(kuò)散的形式從海水進(jìn)入沉積物，并還原成UO2、U3O7或U3O8等氧化物沉淀在沉積物中，形成U的富集[3]。Th在海水溫度下是一種不易發(fā)生變化的元素,通常富集在粘土碎屑中。所以依據(jù)U、Th兩種元素的活躍性差異，U/Th值可以作為判別氧化還原環(huán)境的一個(gè)指標(biāo)。

當(dāng)U/Th＜0.75時(shí)，判斷為氧化環(huán)境；當(dāng)0.75＜U/Th＜1.25時(shí)，判斷為貧氧環(huán)境；當(dāng)U/Th＞1.25時(shí)，判斷為缺氧環(huán)境。

（2）Co、Ni及其Ni/Co指標(biāo)參數(shù)。Co、Ni一般以+2價(jià)離子形式溶于海水中，不會(huì)和還原性高的H2S發(fā)生價(jià)態(tài)變化而形成硫化物沉淀[4]。Co在氧化環(huán)境中以離子形式或以絡(luò)合物形式賦存。在缺氧環(huán)境中以硫化物形式存在。Ni在氧化環(huán)境中以Ni2+、NiCl+以及溶于海水的NiCO3形式存在；在中等程度還原條件下，由于缺乏錳氧化物和硫化氫，絡(luò)合物中的Ni會(huì)被分離出；在強(qiáng)還原條件下，Ni易形成硫化物。這兩種元素會(huì)在還原環(huán)境中富集并且含量有所相關(guān)，又因?yàn)樵夭町愋詫?dǎo)致含量有所不同，故可用Ni/Co值作為鑒定海洋氧化還原環(huán)境的一個(gè)參照。

當(dāng)Ni/Co＜5.00時(shí)，判斷為氧化環(huán)境；當(dāng)5.00＜Ni/Co＜7.00時(shí)，判斷為富氧環(huán)境；當(dāng)Ni/Co＞7.00時(shí)，判斷為貧氧或缺氧環(huán)境。

2 分析古鹽度環(huán)境

古鹽度作為古環(huán)境和古氣候分析中的一個(gè)重要指標(biāo)，在恢復(fù)沉積時(shí)期古地理環(huán)境和古氣候中具有十分重要的意義。可以通過(guò)計(jì)算古鹽度來(lái)確定一些沉積相的中心，同時(shí)結(jié)合元素地球化學(xué)特征參數(shù)來(lái)分析與古地理、古環(huán)境的耦合關(guān)系。通過(guò)對(duì)于海水古鹽度的重建，不僅能恢復(fù)古海洋環(huán)境，同時(shí)也能從區(qū)域鹽度變化的歷史中識(shí)別出區(qū)域氣候變化，為古氣候的重建提供一個(gè)有用的指標(biāo)[5]。

（1）Sr、Ba及其Sr/Ba指標(biāo)參數(shù)。Sr和Ba的化學(xué)性質(zhì)在某些方面十分相似，但在不同的沉積環(huán)境中會(huì)有較大差別。由于Sr在水體中的遷移能力要大于Ba，所以當(dāng)水體的鹽度增加時(shí)，兩者會(huì)有較明顯的差異。在低鹽度水體中，Sr和Ba均以重碳酸鹽的形式存在。當(dāng)水體鹽度增加，礦化度上升時(shí)，Ba會(huì)率先以BaSO4的形式沉淀出來(lái)，而后Sr會(huì)逐漸富集，隨水體鹽度的增加而沉淀析出，形成SrSO4[6]。因此可以利用Sr與Ba的比值關(guān)系來(lái)作為判別古鹽度變化的指標(biāo)。

當(dāng)Sr/Ba＜0.6時(shí)，判斷為陸相沉積物；當(dāng)0.6＜Sr/Ba＜1.0時(shí)，判斷為海陸過(guò)渡相沉積物；當(dāng)Sr/Ba＞1.0時(shí)，判斷為海相沉積物。

（2）Rb、K及其Rb/K指標(biāo)參數(shù)。K是一種應(yīng)用性很廣的元素，它不僅和泥巖中碎屑礦物的含量有關(guān)，還影響著黏土礦物中伊利石的含量。

而Rb大多呈懸浮膠體狀態(tài)搬運(yùn)，在還原環(huán)境中膠體狀的Rb會(huì)因凝絮效應(yīng)沉淀，很容易被粘土礦物和有機(jī)質(zhì)吸附[7]。所以當(dāng)盆地中水體的含鹽度升高時(shí)，其吸附的Rb的含量也會(huì)增加，故可用Rb/K來(lái)作為一個(gè)反應(yīng)水體鹽度變化的判別標(biāo)準(zhǔn)。

當(dāng)Rb/K＜0.004時(shí)，判斷為淡水相沉積物；當(dāng)0.004＜Rb/K＜0.006時(shí)，判斷為微咸水相沉積物；當(dāng)Rb/K＞0.006時(shí)，判斷為正常海相沉積物。

3 結(jié)論

我們利用一些元素在不同沉積環(huán)境中較為靈敏地變化這一特征，通過(guò)地球化學(xué)的方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同沉積環(huán)境的判別。

U、Th、Co、Ni等元素的分異、富集和循環(huán)行為是古海洋氧化還原環(huán)境變化的指示劑，可以作為判別古海洋氧化還原條件變化的重要參數(shù)；Sr、Ba、Rb、K等元素比值可以指示水體鹽度的變化，從而進(jìn)一步判斷海相陸相沉積。

通過(guò)分析元素的地球化學(xué)特征可以很便捷地來(lái)判別沉積環(huán)境的氧化還原特征、古鹽度變化、海陸相沉積和古氣候的研究。

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