应用地球化学元素特征判别沉积环境

赵玉林

摘  要：在沉积学当中，沉积环境是其中的一项重要的研究内容。在先前中，人们对于沉积岩当中所留存的原生沉积结构来作为依据来开展研究工作。现在沉积地球化学这个学科得到了一定的发展和进步，沉积环境研究方法也得到了一定程度上的补充，所以可以已经可以借助于沉积岩对于沉积和成岩过程当中的同位素的迁移和聚集过程当中所体现出的一系列特点来进行判定，现在已经在沉积学当中占据重要地位。本文针对这些内容进行了分析。

关键词：沉积环境;元素特征;地球化学

在沉积学的相关研究领域当中，沉积环境在其中起到的作用是非常重要的，其一方面表示着沉积地质作用现场所形成的环境，同时也可以在一定程度上代表着物化表现。在过去，我们的研究当中，大多是通过沉积物当中的原生结构和所沉积的古生物来对于环境进行分析，现在该学科已经得到了一定的发展，可以实现对于沉积物成岩时期的分布特点来对于其沉积环境进行判断。

1 对于氧化-还原环境的判断

古海洋大概在10-5亿年前开始形成氧化环境，在长期的发展过程当中，全球经历了多次的全球性的缺才演化成了现在的氧化环境。这样看来，海水当中的沉积物当中，很多元素的分异和富集都会在一定响度上受到氧化还原反应的影响，其中的很多种多价态的元素也会受到氧化还原反应的影响而出现改变，所以沉积物当中的元素含量也会出现变化。其中的Ni和Co元素在还原状态下，就会由于富集而沉淀。但是其中的Fe可以借由其多价态的变化，也就是黄铁的矿化程度来对于古海洋环境当中的氧化还原反应环境来进行判断，可以取得一定的成效。不同的元素的分异和富集当中的情况可以用于对于氧化还原环境来进行展示，用于判断其反应条件。

（1）U及其U/Th指标参数。U在海水中常以UO2（CO3）34-形式存在，并且具有较高的溶解度，而在还原条件下则以扩散的形式从海水进入沉积物，并还原成UO2、U3O7或U3O8等氧化物沉淀在沉积物中，形成U的富集。Th在海水温度下是一种不易发生变化的元素，通常富集在粘土碎屑中。所以依据U、Th两种元素的活跃性差异，U/Th值可以作为判别氧化还原环境的一个指标。当U/Th1.25时，判断为缺氧环境。

（2）Co、Ni及其Ni/Co指标参数。Co、Ni一般以+2价离子形式溶于海水中，不会和还原性高的H2S发生价态变化而形成硫化物沉淀。Co在氧化环境中以离子形式或以络合物形式賦存。在缺氧环境中以硫化物形式存在。Ni在氧化环境中以Ni2+、NiCl+以及溶于海水的NiCO3形式存在;在中等程度还原条件下，由于缺乏锰氧化物和硫化氢，络合物中的Ni会被分离出;在强还原条件下，Ni易形成硫化物。这两种元素会在还原环境中富集并且含量有所相关，又因为元素差异性导致含量有所不同，故可用Ni/Co值作为鉴定海洋氧化还原环境的一个参照。当Ni/Co7.00时，判断为贫氧或缺氧环境。

2 对于古盐度环境的判断

对于古气候的分析来说，古盐度也是其中的一项重要内容，应用古盐度就可以很好地分析和还原古气候。举例来说，可以对古盐度来进行计算，确定沉积相的中心位置，并且将元素地球化学特征来对于古地理和环境之前的关系来进行厘清，其一方面可以将古海洋的环境恢复出来，同时也可以从其盐度的变化情况体现其中的气候变化，可以以此为基础，对于地球的气候演化情况有一个更明确的判断。

（1）Sr、Ba及其Sr/Ba指标参数。Sr和Ba的化学性质在某些方面十分相似，但在不同的沉积环境中会有较大差别。由于Sr在水体中的迁移能力要大于Ba，所以当水体的盐度增加时，两者会有较明显的差异。在低盐度水体中，Sr和Ba均以重碳酸盐的形式存在。当水体盐度增加，矿化度上升时，Ba会率先以BaSO4的形式沉淀出来，而后Sr会逐渐富集，随水体盐度的增加而沉淀析出，形成SrSO4[6]。因此可以利用Sr与Ba的比值关系来作为判别古盐度变化的指标。当Sr/Ba1.0时，判断为海相沉积物。

（2）Rb、K及其Rb/K指标参数。K是一种应用性很广的元素，它不仅和泥岩中碎屑矿物的含量有关，还影响着黏土矿物中伊利石的含量。而Rb大多呈悬浮胶体状态搬运，在还原环境中胶体状的Rb会因凝絮效应沉淀，很容易被粘土矿物和有机质吸附。所以当盆地中水体的含盐度升高时，其吸附的Rb的含量也会增加，故可用Rb/K来作为一个反应水体盐度变化的判别标准。当Rb/K0.006时，判断为正常海相沉积物。

3 地球化学元素分带的地质环境意义

在不同的地质历史阶段，可以说不同的自然因素都会由于其不同的原因而互相影响，所以沉积环境也在不断变得复杂。基底的升降情况对于水环境和沉积相以及地球化学环境都会带来一定的影响，如果其基底在较大幅度的变化阶段，那么当时气候也以温暖湿润为主，当地的地表水体也在较大，所以也形成了深水环境，所以此时，沉积相也呈湖相。但是如果其基底升降较缓，那么其当时气候较为干燥，水量减少，所以沉积环境也会出现变化。在不同的时期，其各种因素也会出现不同的变化，所以在这个深化过程当中， 地层的岩性和化学元素含量并不能完全反应出对应关系，在不同的因素作用之下，其沉积环境往往会变得更加复杂。

在同一个分带内，地球化学环境和沉积相可以反应出一定的古气候，但是并不是按某一固定的模式来深化。气候冷暖变化在不断进行，同时水体的总量也在变化，沉积环境也会受到一定的影响。

各带形成以小周期循环为特点的振荡环境，每个带还可分成若干亚带“文中各带沉积环境演化趋势和规律的结论，只是以某种作用为主的概括，这种规律和趋势与各深度段乃至各测点的实际情况并不完全吻合。

古气候经历了由早更新世晚期的暖湿和温干的循环周期演化到中更新世的温湿和温干的又一个循环周期，到晚更新世，又经历了由温湿到冷湿，再到温干的循环周期，全新世以来，古气候继承了晚更新世的温干特征，继续向更加温干方向演化，地球化学环境总的演化趋势由以还原作用为主渐变为以氧化作用为主，地层沉积的水环境由深水渐变为浅水，沉积相由湖相渐变为河流相，古气候由温湿渐变为温干。

4 总结

本文针对一些元素在不同沉积环境当中的变化特征进行了总结，结合地球化学学科当中的相关理念来对于不同的沉积环境进行判断，给相关研究的开展提供了一些参考。举例来说，U、Th、Ni和Co等等元素有一定的分异和富集反应，其可以用于指示古海洋氧化和还原变化的条件;而Ba、Rb、Sr、k这元素类型也可以很好地将水体盐度变化情况表现出来。这样看来，应用地球化学和元素分析可以很好地判断出沉积环境当中的很多变化内容，对于海陆相沉积和古气候研究来说作用非常重要。

参考文献

[1]谢淑云，鲍征宇.多重分形与地球化学元素的分布规律[J].地球与环境，2003，31（3）：97-102.

[2]张立.基于核主成分分析和多重分形的地球化学综合异常信息提取[D].成都理工大学，2014.

[3]李堃，胡光道，刘才泽.个旧地区地球化学元素的多重分形特征及找矿预测[J].矿产与地质，2006，20（4）：498-502.

[4]谢淑云，成秋明，鲍征宇，et al.不同级次水系沉积物中地球化学元素的多重分形分散模式研究[C]//全国数学地球科学与地学信息学术会议. 2009.