稀土元素在沉积学中的运用.doc

河南理工大学 稀土元素在沉积学中的应用 樊钰超 河南理工大学资环学院，焦作， 454000 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 河南理工大学 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 Fig.1 REE angle pattern map and adhibition 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。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 2)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。 河南理工大学 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 Table.1