微量元素在沉积岩研究中的应用

微量元素在沉积岩研究中的应用Application Of Trace Elements In The Research Of Sedimentary Rocks

——《沉积地球化学》课程读书报告

学生姓名：刘宇

学院：沉积地质研究院

学号： 2013030246

专业：地质工程

2016年5月18日

目录

一、沉积学中常用的微量元素及常用目的 (1)

二、沉积环境分析 (2)

1．元素含量及比值法 (2)

2．微量元素散点图 (3)

三、古气候分析 (3)

1．元素含量变化与古气候变化关系 (3)

2．元素比值法 (4)

四、构造环境分析 (5)

1．根据微量元素的丰度及比值 (5)

2．根据微量元素散点图 (5)

五、成岩作用分析 (5)

1．成岩水性质分析 (5)

2．成岩体系开放程度分析 (6)

六、硅质岩的物质来源及成因分析 (6)

1．微量元素——Al2O3关系分析 (6)

2．Al/(Al+Fe+Mn) (6)

七、微量元素识别物源 (6)

八、微量元素研究古水深 (7)

九、分析氧化还原环境 (7)

1．元素比值法 (7)

2．元素含量法 (7)

十、计算古水温 (7)

十一、研究白云岩的成因 (8)

1．泥微晶白云岩 (8)

2．晶粒白云岩 (8)

3．溶蚀白云岩 (8)

谈及微量元素，首先需要说明微量元素的含义：

在常见的地球化学文献中，人们常将O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti等9种元素(它们的地壳丰度共占99％左右)以外的其它元素统称为微量元素或痕量元素、杂质元素、副元素、稀有元素、次要元素等(Trace，Minor，Micro，Rare，Olio elements)。它们在岩石中的含量一般在1％以下，含量单位常以10-6表示。简言之，一般把化学元素按其丰度大小而分为主量元素（含量大于1％）、微量元素（0.01％－1％）和痕量元素（小于0.01％）。通常包括L i、Be、B、K、F、Sc、Ni、Co、Cu、惰性气体元素、以及所有原子序数比Cu大的元素。

考虑到目前多数地球化学论文的习惯用法，一般将痕量元素和微量元素统称为微量元素。

在地球化学中对微量元素概念的严格定义应是：只要元素在所研究的客体(地质体、岩石、矿物等)中的含量低到可以近似地用稀溶液定律描述其行为，该元素可称为微量元素。

由此可见：微量元素的概念是相对的。如：K元素，在花岗岩中为常量元素，而在超基性岩中为微量元素；Ni元素在地壳岩石中为微量元素，而在陨石中为常量元素。因此，Cast(1968a、b)认为：微量元素是指不作为体系中任何相的主要组分(化学计算)存在的元素。

一、沉积学中常用的微量元素及常用目的

在沉积学中，主要利用微量元素分析沉积岩形成演化过程中的沉积环境、成岩环境相关条件时，常用的微量元素包括：Li、Be、B、Ti、V、Cr、Ni、Cu、Zn、Rb、Sr、Zr、Mo、Ba和稀土元素（57-71号元素，简称为REE元素）。

沉积岩的微量元素组分含量和某些元素的比值已经在判别沉积环境等方面得到广泛的应用。借助于岩相来判断古沉积环境和古气候势必有很大的局限性，但它仍不失为古气候环境记录的忠实载体，而其中微量元素分配及比值的变化、组合和古盐度的分布，都在一定程度上指示着古气候环境的演化历程。这是因为，岩层中元素的分配一方面取决于元素本身的物理化学性质，另一方面又受到古气候、古环境的极大影响。

在沉积岩研究中，微量元素除了有上述的应用外，还有其它方面的应用，下面对其常用的用途逐一简述。

二、沉积环境分析

微量元素在沉积环境分析中的应用主要用于区分淡水和海水沉积物，即利用沉积岩中相关微量元素的含量及相关微量元素的比值大小，区分海相与陆相、深海与浅海等沉积环境。目前，主要是根据元素的含量及比值或微量元素散点图来进行判别。

1．元素含量及比值法

常用的有B元素含量法；B、Ga比值法及元素含量法；Th／U和Rb/K比值法。

（1）B元素含量法

原理：海水及河水中碎屑物质及自生粘土物质是吸附硼的主要物质。吸附作用的强弱与溶液硼的浓度、盐度、温度、时间、粘土物质的表面积有关。因硼与伊利石有较强的亲和力，而海洋中的泥质物质又是以伊利石、蒙脱石、绿泥石为主。所以，海相沉积的岩石中硼的含量要大于陆相的。河水中硼的含量较低，只有海水的1/400。海相一般大于100×10-6，陆相一般低于70×10-6。

（2）B、Ga比值法及元素含量法

与硼相反，镓的含量一般富集在淡水泥质物中，因此它们含量的比值可以指示古盐度。陆相环境B/Ga值一般小于3.0～3.3，而正常海相大于4.5～5.0，介于它们之间的为海陆过渡相。

王益友等人利用现代已知沉积环境样品作判别分析处理，得到海相判别值R1=11.5172，陆相为R2=－10.5019，两组判别分界值R0=－1.1861。

判别函数式为：R=4407.55B－16700Ga，将待判别样品的两个变量的相应值代入判别函数求出R，如果样品的差别值R位于R0的R1一边，则指定样品为海相；如果位于R2一边，则指定样品为陆相。

（3）Th／U和Rb/K比值法

原理：在风化过程中，铀和钍在表生氧化条件下产生分离，铀易氧化和淋失，钍则易吸附到粘土矿物中，逐渐富集在土壤和风化岩石的残留物中。所以在陆相沉积环境中的泥岩或页岩中Th／U比值可高达7以上，而在海水中沉积的泥岩、页岩或灰岩中Th／U小于2。因此，可以利用Th／U比值判别水介质的性质。

另外：据F.A肯姆贝尔和G.D威廉姆斯的研究表明，Rb/K比值随盐度而变