稀土元素在沉積學(xué)中的運(yùn)用

1、河南理工大學(xué)稀土元素在堆積學(xué)中的應(yīng)用樊鈺超河南理工大學(xué)資環(huán)學(xué)院，焦作，454000摘要：稀土元素之間化學(xué)性質(zhì)極其相像、溶解度廣泛較低及在風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、再沉積和成巖作用過程中元素分餾作用極為復(fù)雜等性質(zhì)對(duì)堆積方向諸多問題的研究擁有重要意義。本文則主要經(jīng)過歸納和實(shí)例來介紹稀土元素在地質(zhì)方面的應(yīng)用，特別是在堆積學(xué)領(lǐng)域判斷巖石成因、結(jié)構(gòu)背景、物源、環(huán)境的酸堿性、白云巖成因、古天氣剖析及古水深剖析等方面的詳細(xì)應(yīng)用。重點(diǎn)字:稀土元素堆積學(xué)應(yīng)用物源古天氣古水深結(jié)構(gòu)背景巖石成因1.前言因?yàn)樽罱鼛啄陙韲覍?duì)稀土元素的重視，致使了大家對(duì)稀土元素的研究更為深入，研究表示稀土元素在工業(yè)、軍事、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)等領(lǐng)域都能獲

2、取寬泛應(yīng)用。而對(duì)堆積環(huán)境中REE（稀土元素）的最早研究工作是Minami（1935）對(duì)古生代歐洲和日本“頁巖”的剖析。直到六十年月，才進(jìn)行了一些其余方面的研究（Haskin和Gehl，1962;Balashov等，1964；Wildeman和Haskin,1965；Haskin等，1966）,在這以前，這些方面幾乎是空白。而跟著稀土元素在國內(nèi)陸位的提高，學(xué)者們對(duì)它的研究也在不停進(jìn)步，當(dāng)前國內(nèi)學(xué)者把堆積巖的稀土元素地球化學(xué)特色主要應(yīng)用于研究不一樣地域和時(shí)代的地層的稀稀土元素地球化學(xué)的差異及其與地質(zhì)事件、界限剖而、地殼演化的關(guān)系1。本文主要介紹稀土元素在堆積學(xué)中的應(yīng)用，不單利用稀土元素對(duì)堆積環(huán)境的

3、判斷，還對(duì)在判斷巖石成因、結(jié)構(gòu)背景、物源、白云巖成因、古天氣剖析及古水深剖析等方法進(jìn)行了詳盡的介紹。2.鑒識(shí)巖石成因巖石、礦石與礦物中的REE構(gòu)成特色可用于商討其成因。不單對(duì)火成巖，并且對(duì)堆積巖與變質(zhì)巖也合用。就火成巖而言，經(jīng)過REE定量模式的計(jì)算能夠確立其由部分熔融或許分別結(jié)晶作用所形成；依據(jù)REE球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化散布型式的異同可為巖石的成因與分類提供憑證。比方，依據(jù)湖南香花嶺43l巖墻與癩子嶺花崗巖REE散布型式及REE參數(shù)的相似性，論證了黃玉霏細(xì)斑巖為地殼重熔型花崗巖漿的后期分異產(chǎn)物2。又如對(duì)花崗偉晶巖的成因長久來爭辯不休，主要有費(fèi)爾斯曼的剩余巖漿說與查瓦里茨基的交代說。而依據(jù)分離結(jié)晶作用

4、的原理，假如某偉晶巖體由剩余巖漿形成，則其REE地球化學(xué)特色應(yīng)與母花崗河南理工大學(xué)巖間為繼承發(fā)展關(guān)系，REE散布型式應(yīng)當(dāng)類同，且負(fù)銪異樣應(yīng)更加顯然。反之，若某偉晶巖體由深部上來的溶液對(duì)原巖進(jìn)行重結(jié)晶與交代作用而形成，則不該擁有上述特色。所以，REE地球化學(xué)特色能夠用來鑒識(shí)偉晶巖的成因。在堆積巖方面，REE地球化學(xué)可對(duì)碎屑沉積巖源區(qū)的時(shí)代和成分供給信息；對(duì)化學(xué)堆積巖，REE型式可反應(yīng)海水的REE化學(xué)、堆積相的性質(zhì)和堆積作用所處的地點(diǎn)。在變質(zhì)巖方面，REE地球化學(xué)可用于追憶原巖，以認(rèn)識(shí)變質(zhì)前的成巖環(huán)境、物質(zhì)構(gòu)成及成因等特色3。而此刻主要適用稀土元素判斷巖石成因的方法有以下兩種。2.1依據(jù)稀土元素比

5、值Fig.1REEanglepatternmapandadhibition2.2依據(jù)某些稀土元素的特色值巖石的稀土元素特色是劃分熱水堆積和非熱水堆積硅質(zhì)巖的重要標(biāo)記之一，A.Fleet系統(tǒng)地研究了世界上屬于熱水成因的金屬堆積物與屬于非熱水堆積的水成金屬堆積物中的REE，發(fā)現(xiàn)前者的REE總量低，Ce為負(fù)異樣,HREE有富集的趨向；爾后者REE含量高，Ce為正異樣，HREE不富集，但上述特色在這兩類堆積之間有連續(xù)性變化4。熱水成因硅質(zhì)巖的Ce為負(fù)異樣,而非熱水成因的硅質(zhì)巖的Ce常為正異樣。對(duì)照上述熱水堆積硅質(zhì)巖的稀土元素地球化學(xué)特色,表示新昌硅質(zhì)巖(如圖2)擁有熱水成因堆積的特色。可是從圖中還能夠

6、看出此地的硅質(zhì)巖也無重稀土元素（HREE）富集的趨向，說明當(dāng)?shù)赜蚬栀|(zhì)巖成分以熱水成因堆積為主，但有部分非熱水成因的物質(zhì)混入。河南理工大學(xué)圖2新昌硅質(zhì)巖的稀土元素配分型式Fig.2REEpatternsofsiliconlitesinXinchangbasin3.鑒識(shí)結(jié)構(gòu)背景3.1依據(jù)稀土元素的含量及比值Bhatia經(jīng)過對(duì)各樣結(jié)構(gòu)背景下形成的砂巖、泥巖的稀土元素特色的研究，把結(jié)構(gòu)背景主要分為大洋島弧、大陸島弧、活動(dòng)大陸邊沿、被動(dòng)大陸邊沿四種種類，并總結(jié)出了在不同結(jié)構(gòu)環(huán)境中形成的砂巖、泥巖的稀土元素特色鑒識(shí)標(biāo)記7，主要鑒識(shí)參數(shù)見表1。表1白水江群碎屑巖與不一樣結(jié)構(gòu)環(huán)境下砂巖的化學(xué)構(gòu)成對(duì)照Table

7、.1Baishuijianggroupclasticrockcontrastvarioustectonicenvironmentsandstonechemicalconstituents（王濤，王宗起等，西秦嶺南緣康縣留壩一帶白水江群碎屑巖的地球化學(xué)特色及結(jié)構(gòu)背景,地質(zhì)通告，2006）河南理工大學(xué)3.2依據(jù)Ce異樣一般狀況下，Ce異樣往常有于海水，堆積巖中存在Ce異樣確實(shí)切原由還不完整清楚，它在很多堆積巖中可能是堆積作用后獲取的，而不是繼承下來的特色。Schimizu和Masuda（1977）認(rèn)為，明顯的Ce異樣是太平洋廣海環(huán)境的放射蟲的特色，而在陸架和邊緣盆地的放射蟲中則不存在。在太平洋東南

8、部的現(xiàn)代洋底堆積物中，也發(fā)此刻向海岸線的方向，因?yàn)閬碜园陵懙乃樾嘉镔|(zhì)漸漸增添，負(fù)Ce異樣的量值漸漸減少。Murray等對(duì)加利福尼亞海岸圣弗蘭西斯科灣侏羅紀(jì)白堊紀(jì)的燧石和頁巖的研究表示:Ce異樣與其堆積的結(jié)構(gòu)環(huán)境有關(guān),距洋脊頂部400km以內(nèi)的擴(kuò)充脊近源區(qū)，Ce顯然為負(fù)異常，Ce為0.29；大洋盆地為中等Ce負(fù)異樣，Ce為0.55；在大陸邊沿區(qū)(距大陸1000km以內(nèi))Ce負(fù)異樣消逝或?yàn)檎悩覥e為。圖3太平洋東海岸Fig.3pacificeastcoastal4.鑒識(shí)物源4.1依據(jù)REE的分派曲線圖能夠判斷只管REE含量有變化，但其分派曲線的型式一致，表現(xiàn)為一組互相平行的曲線。其主要特色是：輕

9、稀土富集，貧重稀土，Eu有稍微的負(fù)異樣，幾乎沒有Ce異樣，說明其物源區(qū)擁有親陸源性質(zhì)（Bhatia，1985）。河南理工大學(xué)圖4英吉蘇凹陷侏羅紀(jì)砂巖的REE配分型式及與晉寧期花崗閃長巖的對(duì)照Fig.4YingjisusagjurassicsandstoneREEallocationmodelcontrastJinningperiodgrandioritte4.2Eu異樣人們先后對(duì)北美頁巖中的稀土元素(NASC)以及澳大利亞后遠(yuǎn)古代均勻頁巖成分中的稀土元素(PAAS)進(jìn)行了深入的研究，并認(rèn)為它們代表了上地殼中稀土元素的散布特色。源自上地殼的稀土元素表現(xiàn)出富含輕稀土，重稀土含量穩(wěn)固及負(fù)的Eu元素異

10、樣等性質(zhì)。輕稀土富集說明上地殼中大離子親石元素的含量有關(guān)于原始幔源要顯然偏高；重稀土含量均勻則是上地殼內(nèi)缺乏使重稀土分餾的要素；負(fù)的Eu元素異樣是因?yàn)樵胤之愖饔檬沟貧?nèi)上地殼中Eu元素缺失，而下地殼中Eu元素富集。吐魯番-哈密盆地經(jīng)隕石校訂的堆積稀土元素散布8富含輕稀上和重稀上含量均一，Eu元素顯然負(fù)異樣的特色（圖5（圖中來自石炭紀(jì)提早二疊世的樣品主要為酸性火山巖及火山凝灰?guī)r），與PAAS和NASC的散布趨向基本近似，表示其原始物質(zhì)應(yīng)來自上地殼。河南理工大學(xué)圖5吐魯番_哈密盆地稀土元素配分模式Fig.5Turfan-hamibasinREEdistributionpattern(邵磊，K.S

11、tattegger，李文厚等.砂巖地球化學(xué)商討盆地結(jié)構(gòu)背景.學(xué)通告，1998,9)由圖6可見，來自下伏石炭系及下二疊統(tǒng)的酸性火山巖及火山凝灰?guī)r和其上覆的堆積巖擁有同樣的惰性痕量元素習(xí)慣，表示它們之間有親密的親緣關(guān)系，應(yīng)來自同一物源。并且，這些堆積巖樣品GdN/YbN之比基本介于1.0和2.0之間，Eu/Eu*比值很低，說明其母巖應(yīng)源自后遠(yuǎn)古代上地殼，即大陸殼內(nèi)。圖6吐魯番_哈密盆地碎屑巖及火山巖Zr對(duì)Hf(a)，Th對(duì)U(b)，Ta對(duì)Nb(c)和Sm對(duì)La（d）點(diǎn)圖1哈密拗陷堆積巖樣品，2吐魯番拗陷堆積巖樣品，3下伏石炭系、下二疊統(tǒng)火山巖樣品(邵磊，K.Stattegger，李文厚等.砂巖地球

12、化學(xué)商討盆地結(jié)構(gòu)背景.學(xué)通告，1998,9)4.3利用稀土元素參數(shù)與?2/2、20/2O比值因?yàn)槲镌磶r從安山巖、英安巖、花崗片麻巖直到老的堆積巖惹起的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)固的顆粒（斜長巖和火山巖巖屑）的含量減少、石英含量增添（Bhatia，1983）會(huì)造成雜砂巖SiO2含量遞加，TiO2、Al2O3、FeO、MnO、CaO和Na2O遞減，REE和LREE/HREE遞加，而Eu/Eu*值遞減。河南理工大學(xué)圖7澳大利亞東部古生代堆積巖?2/220/2OREE關(guān)系圖Fig.7EasternAustriliaPaleozoicsedimentaryrocksSiO2/AlO2-K2O/Na2Orelation

13、graph5.堆積環(huán)境的判斷5.1依據(jù)Ce標(biāo)記在稀土元素中，鈰擁有最不穩(wěn)固的3+4f電子二成為4f亞層結(jié)構(gòu)，?給出一個(gè)4+3+?，并轉(zhuǎn)為惰性氣體氙的結(jié)構(gòu)。所以，在適合的條件下，?常被氧化成2，與其余三價(jià)稀土元素分別。與鈰賦存有關(guān)的是易被黏土礦物吸附及來自陸源碎屑與火山碎屑的一些元素，如Th，Nb，Hf，Rb，Cs等。陸源碎屑供給的鈰，在其總量中所占比率30%45%）遠(yuǎn)高于其余稀土元素。而在化學(xué)相中，鈰主要賦存與氧化相，所以堆積物中鈰主要賦存與陸源碎屑、氧化相及吸附相中。即環(huán)境的氧化程度越強(qiáng)，鈰為正異樣；而鈰損失程度越大，堆積復(fù)原程度越強(qiáng)。Ce異樣程度往常用異樣系數(shù)Ce來表示：Ce=CeN/（2

14、LaN+NdN）式中CeN及LaN和NdN為實(shí)測值與北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值。Ce1時(shí)，為正鈰異樣，即鈰的富集代表氧化環(huán)境；Ce1時(shí)，為負(fù)鈰異樣，即鈰的損失代表復(fù)原環(huán)境。以下例中由新昌硅質(zhì)巖的Ce負(fù)異樣，即Ce50）的樣品往?？傆袡C(jī)碳（TOC）含量較高、粒度較細(xì)，表示降水量較大，湖區(qū)植被茂盛，徑流微風(fēng)華作用較強(qiáng)，便使REE與黏土碎屑及大批陸源有機(jī)質(zhì)結(jié)合在一同搬運(yùn)到湖底，使得湖底堆積物中REE總量較高，暖濕的天氣環(huán)境；相反在REE低值段（REE50）的樣品則反應(yīng)多為冷干的天氣環(huán)境。河南理工大學(xué)圖10青海湖堆積物中的REE、TOC及粒度的縱向散布Fig.10QinghailakesedimentsR

15、EE、TOCandparticlesizelongitudinaldistribution（史基安，郭雪蓮，青海湖QH1孔晚嶄新世堆積物稀土元素地球化學(xué)與天氣環(huán)境關(guān)系商討，湖泊科學(xué)）9.古水深剖析研究表示：稀土元素11主要存在于：a)固體陸源的懸浮物中；b)吸附于懸浮物表面；C)在溶液中呈離子或絡(luò)離子的形式。此中，深海黏土中擁有異樣高的豐度；而從頁巖到雜砂巖到其余類砂巖、灰?guī)r，其稀土總量挨次減少。經(jīng)過對(duì)新疆焉耆盆地巖芯察看12，選用了YC1井深為3938.00和3940.28m泥灰?guī)r進(jìn)10?6行了稀土元素剖析(表4)。從表中可見：REE分別為41.4和8.194上述差異可能是因?yàn)楹笳邠碛休^細(xì)的

16、碎屑含量所致；而LREEHREE分別為8.03、8.45，相差不大，均呈輕稀土富集、重稀土損失特色，整體上說明該時(shí)期輕稀土輕度富集；從兩樣品的特色分派模式和負(fù)鈾異樣來看，它們主要形成于分異一般的湖相堆積環(huán)境。河南理工大學(xué)表4碳酸鹽巖中稀土元素剖析（10*-6）Table.4CarbonateREEanalysis（10*-6）（趙追孫鐵峰,元素地球化學(xué)在古水環(huán)境鑒識(shí)中的應(yīng)用，九江學(xué)院報(bào)告，2005,2）參照文件于炳松，裘愉卓.揚(yáng)子地塊西南部堆積地球化學(xué)演化與成礦作用【M】北京地震第一版社，19982.陳德潛，巖石礦物及測試，3（1984），No1。3.陳德潛，適用稀土元素地球化學(xué)，1990.0

17、44.夏邦棟,鐘立榮,方中,等.下?lián)P子區(qū)早二疊世孤峰組層狀硅質(zhì)巖成因J.地質(zhì)學(xué)報(bào),1995,69(2).2.魯洪波姜在興稀土元素地球化學(xué)剖析在巖相古地理研究中的應(yīng)用(自然科學(xué)版)，1999J石油大學(xué)學(xué)報(bào)7.王濤，王宗起等，西秦嶺南緣康縣留壩一帶白水江群碎屑巖的地球化學(xué)特色及結(jié)構(gòu)背景地質(zhì)通告，2006，6,8.邵磊，K.Stattegger，李文厚等.砂巖地球化學(xué)商討盆地結(jié)構(gòu)背景.學(xué)通告，9.世勤.多金屬結(jié)核和堆積物的地球化學(xué)研究.北京:地質(zhì)第一版社.19941998,910.史基安，郭雪蓮，青海湖QH1孔晚嶄新世堆積物稀土元素地球化學(xué)與天氣環(huán)境關(guān)系商討，湖泊科學(xué)，200311.洪波姜在興稀土元

18、素地球化學(xué)剖析在巖相古地理研究中的應(yīng)用J石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，199912.趙追孫鐵峰,元素地球化學(xué)在古水環(huán)境鑒識(shí)中的應(yīng)用,九江學(xué)院報(bào)告，200513.M.R.Bhatia,澳大利亞古生代雜砂巖和泥巖的稀土元素地球化學(xué)：源區(qū)和結(jié)構(gòu)控制，地球和地球化學(xué)14.肖榮閣，費(fèi)紅彩，安國英等，內(nèi)蒙古白云鄂博礦區(qū)白云巖巖石學(xué)及其成因研究，現(xiàn)代地河南理工大學(xué)質(zhì)，2003M.R.Bhatia,澳大利亞古生代雜砂巖和泥巖的稀土元素地球化學(xué)源區(qū)和大地結(jié)構(gòu)的控制作用，地質(zhì)科學(xué)譯叢，1987RareearthelementsintheapplicationofsedimentologyFanYuchaoHenanPolytechnicUniversityNaturalResourcesandEnvironmentAcademy,Jiaozuo,454000AbstractBetweenrareearthelementsgenerallylowsimilaritybetweenchemicalproperti