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)。我們以往通過對沉積物中的原生結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及所含的古生物特征來分析沉積環(huán)境，隨著沉積地球化學(xué)的發(fā)展，利用沉積物成巖時期元素的遷移、聚集和分布特征規(guī)律來判別沉積環(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[3]。

（1）U及其U/Th指標參數(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散的形式從海水進入沉積物，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)境的一個指標。

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

（2）Co、Ni及其Ni/Co指標參數(shù)。Co、Ni一般以+2價離子形式溶于海水中，不會和還原性高的H2S發(fā)生價態(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會被分離出；在強還原條件下，Ni易形成硫化物。這兩種元素會在還原環(huán)境中富集并且含量有所相關(guān)，又因為元素差異性導(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)境的一個參照。

當Ni/Co＜5.00時，判斷為氧化環(huán)境；當5.00＜Ni/Co＜7.00時，判斷為富氧環(huán)境；當Ni/Co＞7.00時，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重要指標，在恢復(fù)沉積時期古地理環(huán)境和古氣候中具有十分重要的意義。可以通過計算古鹽度來確定一些沉積相的中心，同時結(jié)合元素地球化學(xué)特征參數(shù)來分析與古地理、古環(huán)境的耦合關(guān)系。通過對于海水古鹽度的重建，不僅能恢復(fù)古海洋環(huán)境，同時也能從區(qū)域鹽度變化的歷史中識別出區(qū)域氣候變化，為古氣候的重建提供一個有用的指標[5]。

（1）Sr、Ba及其Sr/Ba指標參數(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)境中會有較大差別。由于Sr在水體中的遷移能力要大于Ba，所以當水體的鹽度增加時，兩者會有較明顯的差異。在低鹽度水體中，Sr和Ba均以重碳酸鹽的形式存在。當水體鹽度增加，礦化度上升時，Ba會率先以BaSO4的形式沉淀出來，而后Sr會逐漸富集，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)系來作為判別古鹽度變化的指標。

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

（2）Rb、K及其Rb/K指標參數(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，在還原環(huán)境中膠體狀的Rb會因凝絮效應(yīng)沉淀，很容易被粘土礦物和有機質(zhì)吸附[7]。所以當盆地中水體的含鹽度升高時，其吸附的Rb的含量也會增加，故可用Rb/K來作為一個反應(yīng)水體鹽度變化的判別標準。

當Rb/K＜0.004時，判斷為淡水相沉積物；當0.004＜Rb/K＜0.006時，判斷為微咸水相沉積物；當Rb/K＞0.006時，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，通過地球化學(xué)的方法，來實現(xiàn)對不同沉積環(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，從而進一步判斷海相陸相沉積。

通過分析元素的地球化學(xué)特征可以很便捷地來判別沉積環(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。

[1]Canfield D E.A new model for Proterozoic ocean chemistry[J].Nature,1998,396(6710):450-453.

[2]林治家,陳多福,劉芊.海相沉積氧化還原環(huán)境的地球化學(xué)識別指標[J].礦物巖石地球化學(xué)通報,2008,27(1):72-80.

[3]Tribovillard N,Algeo T J,Lyons T,et al.Trace metals as paleoredox and paleoprodu-ctivity proxies:An update[J].Chemical Geology,2006,232(1–2):12-32.

[4]Pattan J N,Pearce N J G,Mislankar P G.Constraints in using Cerium-anomaly of bu-lk sediments as an indicator of paleo bottom water redox environment:A case study from the Central Indian Ocean Basin[J].Chemical Geology,2005,221(3):260-278.

[5]向榮,閻軍.表層海水古鹽度重建[J].海洋科學(xué),2002,26(4):17-20.

[6]李進龍,陳東敬.古鹽度定量研究方法綜述[J].油氣地質(zhì)與采收率,2003,10(5):1-3.

[7]文華國,鄭榮才,唐飛,等.鄂爾多斯盆地耿灣地區(qū)長6段古鹽度恢復(fù)與古環(huán)境分析[J].礦物巖石,2008,28(1):114-120.