沉积地球化学的研究方向及发展趋势

杜婷　范宇航　严张磊

摘要：沉积地球化学是一门沉积学与地球化学结合的新兴边缘学科。利用沉积地球化学有助于恢复确定古环境和判断当时海平面变化旋回，为层序地层学研究提供证据。本文讲述了沉积地球化学在各方面的研究现状及发展方向。

关键词：沉积地球化学；研究进展；发展趋势

1、沉积地球化学的概念及研究内容

沉积地球化学是以沉积物和沉积岩为对象，对其研究沉积一成岩过程中所含元素及同位素的迁移、聚集和分布规律的一门科学。沉积地球化学涉及面很多，包括成岩作用中元素及同位素的转移，其化学机制及重新分配；包括风化产物元素的迁移、形成和沉积分异规律和有机地球化学在沉积成矿中的作用等许多方面，其二：研究控制和影响同位素和元素的运动变化的各种因素。

沉积岩形成的全过程是主要研究的内容：沉积物中元素的沉积方式、机制、元素集中、控制因素和分散规律；成岩作用过程中元素及同位素的转移，分配和组合，元素在沉积岩中的丰度、分配规律、赋存状态；地史时期沉积岩中化学成分和有机地球化学演化历史、规律，及其在沉积成矿的作用。

2、沉积地球化学的研究现状

2.1稀土元素地球化学

2.11REE

20世纪70年代以来，测试精度和方法的不断进步，稀土元素（REE）在沉积岩和现代沉积物研究中作为环境及物源指示标志的作用受到重视。在元素周期表中REE外层电子构型相似，用一般的方法不能定量地分析出单一稀土元素的含量，现在常用分析稀土总量（∑REE）：离子交换—X射线荧光光谱法，中子活化法，化学NN—X射线荧光光谱法，误差都±（4%～15%）之间；火花源质谱法；同位素稀释质谱法其中精度最高的为中子活化法。

2.12硅质岩的研究现状

目前主要进展方向为：①硅质岩沉积地球化学研究；②与蛇绿岩有关的硅质岩沉积地球化学研究；③物质来源研究；④古氧化还原条件研究；⑤硅质岩构造环境判别。

硅质岩所有REE指数中变化最明显的是洋盆中的Ce/Ce*不同，太平洋Ce/Ce*值最低（0.12～0.61）大西洋中等（047～0.12）南半球高纬区约1.0（0.87～1.17）。大西洋是一个中等大小的洋盆，硅质岩中REE行为记录了陆源吸附作用的混合特征，具中等负铈异常，Lan/Ybn比值介于太平洋和陆源输入物之间，约为1.0～1.3。

结果发现，硅质岩中主要成分是Si，除Si以外的其它元素（或化合物）的比值比其绝对含量反映沉积环境信息，沉积物源指示剂A1，Fe，Ti，Mn广泛用于环境研究中。

3、沉积物地球化学分析在物源分析中的应用

碎屑矿物构成与沉积物的化学成分之间存在一定关系，不同的构造环境下具有不同的特征。当构造背景已知的情况下，则可以利用Roser等提出的判别方程来分析源区是成熟大陆石英质物源区还是基性、中性、酸性火山岩物源区。

REE以及Th、Sc对源区特征的分析很有价值，它们最难溶，有非迁移性，这些元素随陆源碎屑沉积物搬运，反映源区的地球化学性质。稀土元素分配模式也可以用来指示物源，若w（LREE）/w（HREE）比值低，无Eu异常，则物源可能为基性岩石；若w（LREE）/w（HREE）比值高，有Eu异常，则物源多为硅质岩。

除了上述全岩化学成分分异与物源的关系外，一些研究者利用电子探针和质谱技术对副矿物、磁性矿物进行研究，以指示物源。Mark等也曾利用碎屑硅酸盐中侵入体与重矿物对比进行沉积物物源研究，取得了良好效果。

4、沉积地球化学的发展趋势

4.1层序地层化学

层序地层化学是地球化学研究的新进展，它主要研层序地层格架的烃源岩分布及其地球化学特征。研究表明，在层序界面的形成过程中，伴随着风化作用，在层序界面上的Fe的高价氧化物形式出现；Th/U比值很大。体系域与REE和微量、常量元素含量密切相关，LST（或SMST）期REE含量最低，TST期REE含量逐渐增高至最大，海泛期达到最高，HST期又下降。LST期，微量元素含量最低，TST期微量元素逐渐增直至最高，HST期微量元素含量又逐渐下降。

研究表明，Fe不同岩类中有不一致的丰度值，暴露过程发生氧化作用，在层序界面上以高价铁氧化物形式出现为特征。在层序界面形成过程中，层序界面上所残余下来的沉积物，K的含量大于Na的。层序界面上的Al含量高，为Al的氧化物。据Th和U元素的其相对比值大小及含量的分析，可为确定层序界面的存在提供佐证。

4.2应用实例

通过对中国南方海相二叠系的研究，将二叠系划分为11个层序，其中Ⅰ型层序界面的标识特征不仅表现在生物演化、岩相记录上，同时在地球化学上也有明显的表示。

二叠系到中国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层序在不同体系域中的微量元素、稀土元素、同位素组成明显不同。如对广西象州泥盆系剖面的分析，在SQ7层序演化过程中，从海侵体系域到高水位体系域演化过程中，Ti，Mg和Sr含量则由低→高→低；但是Al和Fe元素含量刚好相反；Sr/Ba及Al/Ti比值则由低→高→低。总之，在体系域的演化过程中，从低水位体系域（LST）或陆棚边缘体系域（SMST）→海侵体系域（TST）→高水位体系域（HST），稀土、微量元素、元素组合均有规律地变化，这种变化正是识别体系域的重要标志和依据。