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稀土元素在沉积学中的应用 摘要：稀土元素之间化学性质极其相似、溶解度普遍较低及在风化、剥蚀、搬运、再沉积和成岩作用过程中元素分馏作用极为复杂等性质对沉积方向诸多问题的研究具有重要意义。本文则主要通过概括和实例来介绍稀土元素在地质方面的应用，特别是在沉积学领域判断岩石成因、构造背景、物源、环境的酸碱性、白云岩成因、古气候分析及古水深分析等方面的具体应用。 关键字:稀土元素 沉积学 应用 物源 古气候 古水深 构造背景 岩石成因 1.引言： 由于近年来国家对稀土元素的重视，导致了大家对稀土元素的研究更加深入，研究表明稀土元素在工业、军事、农业、地质等领域都能得到广泛应用。而对沉积环境中REE（稀土元素）的最早研究工作是Minami（1935）对古生代欧洲和日本“页岩”的分析。直到六十年代，才进行了一些其他方面的研究（Haskin和Gehl，1962;Balashov等，1964；Wildeman和Haskin,1965；Haskin等，1966）,在这之前，这些方面几乎是空白。而随着稀土元素在国内地位的提升，学者们对它的研究也在不断进步，目前国内学者把沉积岩的稀土元素地球化学特征主要应用于研究不同地区和时代的地层的稀稀土元素地球化学的差异及其与地质事件、界线剖而、地壳演化的关系[1]。本文主要介绍稀土元素在沉积学中的应用，不仅利用稀土元素对沉积环境的判断，还对在判断岩石成因、构造背景、物源、白云岩成因、古气候分析及古水深分析等方法进行了详细的介绍。 2.判别岩石成因 岩石、矿石与矿物中的REE组成特征可用于探讨其成因。不仅对火成岩，而且对沉积岩与变质岩也适用。就火成岩而言，通过REE定量模式的计算可以确定其由部分熔融或者分离结晶作用所形成；根据REE球粒陨石标准化分布型式的异同可为岩石的成因与分类提供证据。比如，根据湖南香花岭43l岩墙与癞子岭花岗岩REE分布型式及REE参数的相似性，论证了黄玉霏细斑岩为地壳重熔型花岗岩浆的晚期分异产物[2]。又如对花岗伟晶岩的成因长期来争论不休，主要有费尔斯曼的残余岩浆说与查瓦里茨基的交代说。而按照分离结晶作用的原理，如果某伟晶岩体由残余岩浆形成，则其REE地球化学特征应与母花岗岩间为继承发展关系，REE分布型式应该类同，且负铕异常应愈加明显。反之，若某伟晶岩体由深部上来的溶液对原岩进行重结晶与交代作用而形成，则不应具有上述特征。因此，REE地球化学特征可以用来鉴别伟晶岩的成因。在沉积岩方面，REE地球化学可对碎屑沉积岩源区的时代和成分提供信息；对化学沉积岩，REE型式可反映海水的REE化学、沉积相的性质和沉积作用所处的位置。在变质岩方面，REE地球化学可用于追溯原岩，以了解变质前的成岩环境、物质组成及成因等特征[3] 。 而现在主要实用稀土元素判断岩石成因的方法有如下两种。 2.1 根据稀土元素比值 2.2 根据某些稀土元素的特征值 岩石的稀土元素特征是区分热水沉积和非热水沉积硅质岩的重要标志之一，A.Fleet系统地研究了世界上属于热水成因的金属沉积物与属于非热水沉积的水成金属沉积物中的REE，发现前者的REE总量低，Ce为负异常,HREE有富集的趋势；而后者REE含量高，Ce为正异常，HREE不富集，但上述特点在这两类沉积之间有连续性变化[4]。热水成因硅质岩的δCe为负异常,而非热水成因的硅质岩的δCe常为正异常[5，6]。对比上述热水沉积硅质岩的稀土元素地球化学特征,表明新昌硅质岩(如图1)具有热水成因沉积的特点。但是从图中还可以看出此地的硅质岩也无重稀土元素（HREE）富集的趋势，说明本地区硅质岩成分以热水成因沉积为主，但有部分非热水成因的物质混入。 图2 新昌硅质岩的稀土元素配分型式 (Fig. 2 REE patterns of siliconlites in Xinchang basin) 3.判别构造背景 3.1 根据稀土元素的含量及比值 Bhatia通过对各种构造背景下形成的砂岩、泥岩的稀土元素特征的研究，把构造背景主要分为大洋岛弧、大陆岛弧、活动大陆边缘、被动大陆边缘四种类型，并总结出了在不同构造环境中形成的砂岩、泥岩的稀土元素特征判别标志[7]，主要判别参数见表1。 表1 白水江群碎屑岩与不同构造环境下砂岩的化学组成对比 （王涛，王宗起等，西秦岭南缘康县留坝一带白水江群碎屑岩的地球化学特征及构造背景,地质通报，2006，6（25）） 3.2 根据Ce异常 大的Ce异常通常见于海水，沉积岩中存在Ce异常的确切原因还不完全清楚，它在许多沉积岩中可能是沉积作用后获得的，而不是继承下来的特征。Schimizu和Masuda（1977）认为，显著的Ce异常是太平洋广海环境的放射虫的特征，而在陆架和边缘盆地的放射虫中则不存在。在太平洋东南部的现代洋底沉积物