應(yīng)用地球化學(xué)元素特征判別沉積環(huán)境

趙玉林

摘? 要：在沉積學(xué)當(dāng)中，沉積環(huán)境是其中的一項(xiàng)重要的研究內(nèi)容。在先前中，人們對于沉積巖當(dāng)中所留存的原生沉積結(jié)構(gòu)來作為依據(jù)來開展研究工作。現(xiàn)在沉積地球化學(xué)這個(gè)學(xué)科得到了一定的發(fā)展和進(jìn)步，沉積環(huán)境研究方法也得到了一定程度上的補(bǔ)充，所以可以已經(jīng)可以借助于沉積巖對于沉積和成巖過程當(dāng)中的同位素的遷移和聚集過程當(dāng)中所體現(xiàn)出的一系列特點(diǎn)來進(jìn)行判定，現(xiàn)在已經(jīng)在沉積學(xué)當(dāng)中占據(jù)重要地位。本文針對這些內(nèi)容進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：沉積環(huán)境;元素特征;地球化學(xué)

在沉積學(xué)的相關(guān)研究領(lǐng)域當(dāng)中，沉積環(huán)境在其中起到的作用是非常重要的，其一方面表示著沉積地質(zhì)作用現(xiàn)場所形成的環(huán)境，同時(shí)也可以在一定程度上代表著物化表現(xiàn)。在過去，我們的研究當(dāng)中，大多是通過沉積物當(dāng)中的原生結(jié)構(gòu)和所沉積的古生物來對于環(huán)境進(jìn)行分析，現(xiàn)在該學(xué)科已經(jīng)得到了一定的發(fā)展，可以實(shí)現(xiàn)對于沉積物成巖時(shí)期的分布特點(diǎn)來對于其沉積環(huán)境進(jìn)行判斷。

1 對于氧化-還原環(huán)境的判斷

古海洋大概在10-5億年前開始形成氧化環(huán)境，在長期的發(fā)展過程當(dāng)中，全球經(jīng)歷了多次的全球性的缺才演化成了現(xiàn)在的氧化環(huán)境。這樣看來，海水當(dāng)中的沉積物當(dāng)中，很多元素的分異和富集都會在一定響度上受到氧化還原反應(yīng)的影響，其中的很多種多價(jià)態(tài)的元素也會受到氧化還原反應(yīng)的影響而出現(xiàn)改變，所以沉積物當(dāng)中的元素含量也會出現(xiàn)變化。其中的Ni和Co元素在還原狀態(tài)下，就會由于富集而沉淀。但是其中的Fe可以借由其多價(jià)態(tài)的變化，也就是黃鐵的礦化程度來對于古海洋環(huán)境當(dāng)中的氧化還原反應(yīng)環(huán)境來進(jìn)行判斷，可以取得一定的成效。不同的元素的分異和富集當(dāng)中的情況可以用于對于氧化還原環(huán)境來進(jìn)行展示，用于判斷其反應(yīng)條件。

（1）U及其U/Th指標(biāo)參數(shù)。U在海水中常以UO2（CO3）34-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。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/Th1.25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，不會和還原性高的H2S發(fā)生價(jià)態(tài)變化而形成硫化物沉淀。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(qiáng)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?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/Co7.00時(shí)，判斷為貧氧或缺氧環(huán)境。

2 對于古鹽度環(huán)境的判斷

對于古氣候的分析來說，古鹽度也是其中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，應(yīng)用古鹽度就可以很好地分析和還原古氣候。舉例來說，可以對古鹽度來進(jìn)行計(jì)算，確定沉積相的中心位置，并且將元素地球化學(xué)特征來對于古地理和環(huán)境之前的關(guān)系來進(jìn)行厘清，其一方面可以將古海洋的環(huán)境恢復(fù)出來，同時(shí)也可以從其鹽度的變化情況體現(xiàn)其中的氣候變化，可以以此為基礎(chǔ)，對于地球的氣候演化情況有一個(gè)更明確的判斷。

（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(biāo)。當(dāng)Sr/Ba1.0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會因凝絮效應(yīng)沉淀，很容易被粘土礦物和有機(jī)質(zhì)吸附。所以當(dāng)盆地中水體的含鹽度升高時(shí)，其吸附的Rb的含量也會增加，故可用Rb/K來作為一個(gè)反應(yīng)水體鹽度變化的判別標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)Rb/K0.006時(shí)，判斷為正常海相沉積物。

3 地球化學(xué)元素分帶的地質(zhì)環(huán)境意義

在不同的地質(zhì)歷史階段，可以說不同的自然因素都會由于其不同的原因而互相影響，所以沉積環(huán)境也在不斷變得復(fù)雜。基底的升降情況對于水環(huán)境和沉積相以及地球化學(xué)環(huán)境都會帶來一定的影響，如果其基底在較大幅度的變化階段，那么當(dāng)時(shí)氣候也以溫暖濕潤為主，當(dāng)?shù)氐牡乇硭w也在較大，所以也形成了深水環(huán)境，所以此時(shí)，沉積相也呈湖相。但是如果其基底升降較緩，那么其當(dāng)時(shí)氣候較為干燥，水量減少，所以沉積環(huán)境也會出現(xiàn)變化。在不同的時(shí)期，其各種因素也會出現(xiàn)不同的變化，所以在這個(gè)深化過程當(dāng)中， 地層的巖性和化學(xué)元素含量并不能完全反應(yīng)出對應(yīng)關(guān)系，在不同的因素作用之下，其沉積環(huán)境往往會變得更加復(fù)雜。

在同一個(gè)分帶內(nèi)，地球化學(xué)環(huán)境和沉積相可以反應(yīng)出一定的古氣候，但是并不是按某一固定的模式來深化。氣候冷暖變化在不斷進(jìn)行，同時(shí)水體的總量也在變化，沉積環(huán)境也會受到一定的影響。

各帶形成以小周期循環(huán)為特點(diǎn)的振蕩環(huán)境，每個(gè)帶還可分成若干亞帶“文中各帶沉積環(huán)境演化趨勢和規(guī)律的結(jié)論，只是以某種作用為主的概括，這種規(guī)律和趨勢與各深度段乃至各測點(diǎn)的實(shí)際情況并不完全吻合。

古氣候經(jīng)歷了由早更新世晚期的暖濕和溫干的循環(huán)周期演化到中更新世的溫濕和溫干的又一個(gè)循環(huán)周期，到晚更新世，又經(jīng)歷了由溫濕到冷濕，再到溫干的循環(huán)周期，全新世以來，古氣候繼承了晚更新世的溫干特征，繼續(xù)向更加溫干方向演化，地球化學(xué)環(huán)境總的演化趨勢由以還原作用為主漸變?yōu)橐匝趸饔脼橹鳎貙映练e的水環(huán)境由深水漸變?yōu)闇\水，沉積相由湖相漸變?yōu)楹恿飨啵艢夂蛴蓽貪駶u變?yōu)闇馗伞?/p>

4 總結(jié)

本文針對一些元素在不同沉積環(huán)境當(dāng)中的變化特征進(jìn)行了總結(jié)，結(jié)合地球化學(xué)學(xué)科當(dāng)中的相關(guān)理念來對于不同的沉積環(huán)境進(jìn)行判斷，給相關(guān)研究的開展提供了一些參考。舉例來說，U、Th、Ni和Co等等元素有一定的分異和富集反應(yīng)，其可以用于指示古海洋氧化和還原變化的條件;而Ba、Rb、Sr、k這元素類型也可以很好地將水體鹽度變化情況表現(xiàn)出來。這樣看來，應(yīng)用地球化學(xué)和元素分析可以很好地判斷出沉積環(huán)境當(dāng)中的很多變化內(nèi)容，對于海陸相沉積和古氣候研究來說作用非常重要。

參考文獻(xiàn)

[1]謝淑云，鮑征宇.多重分形與地球化學(xué)元素的分布規(guī)律[J].地球與環(huán)境，2003，31（3）：97-102.

[2]張立.基于核主成分分析和多重分形的地球化學(xué)綜合異常信息提取[D].成都理工大學(xué)，2014.

[3]李堃，胡光道，劉才澤.個(gè)舊地區(qū)地球化學(xué)元素的多重分形特征及找礦預(yù)測[J].礦產(chǎn)與地質(zhì)，2006，20（4）：498-502.

[4]謝淑云，成秋明，鮑征宇，et al.不同級次水系沉積物中地球化學(xué)元素的多重分形分散模式研究[C]//全國數(shù)學(xué)地球科學(xué)與地學(xué)信息學(xué)術(shù)會議. 2009.