主微量元素地球化学特征在沉积环境中的应用

主微量元素地球化学特征在沉积环境中的应用

彭治超1， 李亚男1， 张孙玄琦2， 付星辉3

【摘 要】沉积岩的主量和微量元素对沉积环境变化有着较高的灵敏度，是研究古沉积环境以及沉积物源区性质的一种有效手段.在大量阅读相关文献的基础上，系统总结了沉积岩不同主微量元素特征在沉积环境和物源分析中的地质应用.特别是对于露头不太发育的地区，地球化学方法是更直观、更实用的分析方法之一，但沉积岩在沉积的过程中很容易受其它地质因素影响.所以，在实际研究中，还需结合研究区的地质背景，科学选样以及综合运用多种方法进行综合分析. 【期刊名称】西安文理学院学报（自然科学版） 【年(卷),期】2018(021)003 【总页数】4

【关键词】主微量；地球化学；沉积环境；物源分析

对于任一研究区来讲，沉积和构造一直以来都是地质工作者所要研究的最基本和最核心的问题，只有首先搞清楚研究区的沉积环境,才能为进一步深入研究提供理论帮助.碎屑沉积岩的形成经历了源岩的风化剥蚀、碎屑颗粒的搬运、沉积物卸载和后期成岩等作用的综合改造，其间元素的转化、形成等信息记录了这一系列地质事件大量地质信息，因此赋存在矿物中的某些元素含量、比值等地球化学参数能够很好地反映沉积期的“源-汇”环境特征.前人主要是通过野外地质露头和划分沉积相类型来判断其形成期的环境，而利用主微量元素地球化学特征探讨沉积环境的不是很多.然而随着沉积地球化学的不断发展，普遍认为细粒碎屑沉积物在沉积的过程中，某些对外部环境较为敏感的元素在水体及沉积物中的分布和分配不仅与他们本身的化学性质有关，而且也受沉积介质物理

化学条件以及古气候的影响[1-2].因此，沉积岩中的某些特征元素含量及其比值在一定程度上能够指示其沉积期的沉积环境及其物源特征[3-7].对于露头不是特别发育的地区，合理的运用地球化学数据，从极少的露头、钻井信息探讨盆地尺度古地理问题已经是低勘探区古地理分析的主要手段.

1 主微量与古沉积环境

碎屑沉积岩的主微量元素含量主要受其源岩矿物成分、风化与搬运过程、沉积环境以及后期成岩作用的综合影响[8]，前人研究表明，自生硅质岩、碳酸盐岩、泥岩以及粉砂质泥岩等细粒沉积物能够更好地反映沉积时的沉积环境[3-7,9].利用砂岩或砂岩结合泥岩一起判别其沉积期的沉积环境国内外也有少量成功的应用[10-11].然而，我们在应用砂岩的地球化学指标判断沉积环境时，一定要考虑到砂岩内胶结物多为后期成岩作用的产物，很容易受后期成岩过程中流体作用的影响，其胶结物的化学组成也就不能完全代表沉积岩形成时的沉积环境.故在选择样品时首先要选取泥岩、泥质粉砂岩等较细粒沉积岩进行分析，还可以适当选取一些砂岩样品辅助分析. 1.1 古盐度判别

古盐度是分析古沉积环境的一个重要研究内容，它通常作为地质历史时期海陆变迁的一个重要参数.通常用Sr、Ni、B含量、Sr/Ba、B/Ga以及Rb/K的比值来作为反映当时沉积介质古盐度的判别指标.Sr和Ba在自然界水体中都是以重碳酸盐的形式存在，当沉积介质中含盐度增大时，由于Sr和Ba的溶度积不同，Ba率先与SO42-离子结合形成不溶于水的BaSO4沉淀，而此时Sr还是以离子的形式保留在沉积水体中，随着盐度的持续增高，Ba2+逐渐减少，Sr开始和水体中的SO42-离子结合形成SrSO4沉淀，因此，记录在沉积物中的Sr/Ba

值可以反映沉积介质中盐度的变化，并且其值和古盐度成很好的正相关关系[12].据前人研究发现，当沉积物中Sr/Ba值大于1时指示海相，Sr/Ba值小于1时指示陆相；若要再进一步细分，一般认为，Sr/Ba的值在0.6～1.0时为半咸水相，小于0.6时为微咸水相[13-15]，且Sr元素在淡水中的含量多为100×10-6～300×10-6，在咸水中的含量一般为800×10-6～1 000×10-6 [15].Ni元素在淡水中含量一般不超过30×10-6，在海水中的含量一般不低于40×10-6 [16].B元素含量也常用来指示古盐度，在海相环境中，B含量多在80×10-6～125×10-6之间，在陆相环境中，B含量通常不高于60×10-6.与B元素相比，Ga元素的迁移能力远小于B，Ga易在河流相中富集，B易在湖相泥岩中富集.故B/Ga比值可以作为盐度以及区分河、湖相泥岩的标志.一般河流相泥岩中，B/Ga比值较低，湖相泥岩中B/Ga值相对较高，并随盐度的增大而变大.前人总结出泥岩B/Ga比值的沉积相判别标准：0.50.006时指示正常的海相沉积，Rb/K<0.004时指示陆相沉积，0.004

1.2 古气候判别

元素地球化学作为古气候判别的方法之一，如Sr、Cu含量以及Sr/Cu、Mg/Ca、FeO/MnO、Al2O3/MgO、SiO2/Al2O3的比值均是判别古气候环境的常用指标[17-18].Sr含量和Sr/Cu比值对气候具有敏感的变化，Sr是典型的喜干型元素，低含量指示潮湿气候，高含量代表干旱气候[18].Sr/Cu比值处