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微量元素在华南武陵统沉积环境和物源分析中的应用裴羽;何幼斌;曾艳涛;文沾;王宁【摘要】华南寒武系武陵统的沉积分布，由西北往东南，依次为碳酸盐台地、碳酸盐台地边缘、上斜坡、下斜坡、盆地，水体逐渐变深，沉积相带近于北东—南西向展布。
研究样品来自华南的鄂西、湘中和湘南—赣南三个区域。
岩样中微量元素和稀土元素的地球化学特征分析表明，华南武陵世整体为海相贫氧—厌氧环境，鄂西地区局部为氧化环境。
湘南—赣南地区水体深度可能局部变浅，反映了华南地区东南侧可能存在古陆。
研究区武陵统的物源相对稳定，主要来自西北方，为上地壳物质，物源区构造背景可能为大陆岛弧或活动大陆边缘。
%Cambrian Wulingian Series is distributed widely in South China, which shows southeastward deepening marine sedimentary environments that are carbonate platform, carbonate platform edge, upper slope, lower slope and basin in sequence in NE-SW zonal distribution. Rock samples are selected from western Hubei, central Hunan, and southern Hunan-southern Jiangxi areas. The geochemical characteristics of trace elements and REE in samples indicates that the whole South China was in an oxygen-poor to anaerobic marine environ ment but an oxidic environment locally in western Hubei during Wulingian Epoch. Water was perhaps shallower in depth in southern Hunan-southern Jiangxi area than that in the central Hunan area, which means possible existence of an ancient land in the southeast of South China. It is implied that the sediment provenance was derived sta bly from the upper crust in the northwest and theprovenance area probably is under the tectonic setting of continental island arc or the active continental margin.【期刊名称】《海相油气地质》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】8页(P29-36)【关键词】寒武纪;武陵世;微量元素;沉积环境;物源;华南【作者】裴羽;何幼斌;曾艳涛;文沾;王宁【作者单位】长江大学地球科学学院;长江大学地球科学学院;长江大学地球科学学院;长江大学地球科学学院;长江大学地球科学学院【正文语种】中文【中图分类】TE135+.1元素地球化学已发展成为地球化学研究中不可缺少的一部分［1］。
第44卷 第4期Vol.44, No.4, 323~3362015年7月GEOCHIMICAJuly, 2015收稿日期(Received): 2014-08-18;; 改回日期(Revised): 2014-11-10; 接受日期(Accepted): 2014-12-19基金项目: 国家自然科学基金(41473122, 41073096); 国家重点基础研究发展计划项目(2013CB956702); 中国科学院“百人计划”项目作者简介: 张莉(1989–), 女, 硕士研究生, 主要研究方向为环境地球化学。
E-mail: gzsdzl@ * 通讯作者(Corresponding author): JI Hong-bing, E-mail: jih_0000@, Tel: +86-10-68909710ZHANG Li et al .: Geochemistry of elements in typical carbonate weathered profiles of Guizhou Plateau贵州碳酸盐岩风化壳主元素、微量元素及稀土元素的地球化学特征张 莉1, 季宏兵1,2*, 高 杰1, 李 锐1, 李今今1(1. 首都师范大学 资源环境与旅游学院 首都圈生态环境过程重点实验室, 北京 100048; 2. 中国科学院 地球化学研究所 环境地球化学国家重点实验室, 贵州 贵阳 550002)摘 要: 选取贵州高原喀斯特地区的典型碳酸盐岩原生风化剖面为研究对象, 研究主元素、微量元素及稀土元素在风化壳的迁移转化及其分布规律特征, 为解释碳酸盐岩风化壳元素的地球化学变化提供依据。
结果显示, 从上陆壳标准化蛛网图可知, Pb 、Co 在剖面富集, 而Na 、K 、Cr 、Rb 、Sr 和Ba 则亏损。
风化壳∑REE 的变化范围为167.4~1814.2 μg/g, 稀土元素从剖面下部往上逐渐减少, 剖面中上部LREE 比HREE 淋滤程度大。
古土壤地球化学识别标志
1. 铁氧化物，古土壤中的铁氧化物通常是氧化铁和氧化铝的形式，它们可以在古土壤剖面中形成红色、黄色或棕色的颜色，反映了古土壤形成时的氧化还原条件。
2. 碳酸盐，古土壤中的碳酸盐可以表现为方解石、白云石等矿物的存在，这些矿物可以反映古土壤形成时的碳酸盐沉积环境。
3. 硅酸盐，硅酸盐矿物如石英、长石等在古土壤中的存在可以指示古土壤形成时的风化和淋溶作用。
4. 磷酸盐，古土壤中的磷酸盐可以反映古土壤形成时的磷素富集情况，对古土壤的磷循环过程提供重要信息。
5. 土壤有机质，古土壤中的有机质可以表现为腐殖质的存在，反映了古土壤形成时的有机质富集和分解情况。
古土壤地球化学识别标志的研究对于理解古环境、古气候和古地理等方面具有重要意义，可以帮助科学家重建古地球环境的演化历史，并为资源勘探和环境保护提供重要依据。
通过分析古土壤地
球化学识别标志，可以揭示古土壤形成时的地球化学特征，为古地理学和古气候学研究提供重要线索。
矿场地球物理学习报告——自然伽马能谱测井与沉积环境探讨自然伽马能谱测井与沉积环境探讨——《矿场地球物理》学习报告班级：学号：姓名：In April 2014自然伽马能谱测井与沉积环境探讨摘要：自然伽马能谱测井是一种特殊测井方法，它能测量出地层中铀(U)、钍(Th)、钾(K)的含量,而地层中含有的放射性元素铀、钍和钾以及Th/U、U/K和Th/K与地质学和岩石结构有明确的关系，所以可以通过自然伽马能谱测井所测量的铀、钍和钾含量来研究地层的特性，为正确评价地层和沉积环境分析提供可靠的信息。
关键词：自然伽马能谱；粘土矿物；沉积环境一、自然伽马能谱测井原理不同的岩石含有的化学成分不同，其放射性物质的成分也不一样，泥岩地层的主要成分为粘土矿物，其含有的放射性元素主要为铀(U)、钍(Th)、钾(K)；纯砂岩和碳酸岩的放射性元素含量都比较低。
但对于某些渗透性砂岩和碳酸岩地层,由于水中含有易溶的铀元素,并随水运移,在某些适宜的条件下沉淀,形成高放射性渗透层,此时可以通过自然伽马能谱测井划分出地层。
根据实验室对铀(U)、钍(Th)、钾(K)放射性伽马射线能量的测定，发现钾放射单色伽马射线，其能量为 1.46 MeV；铀及其衰变产物放射的是多能谱伽马射线，在高能区内，1.76 MeV的峰值明显，易于鉴别；钍及其衰变产物放射的是多能谱伽马射线，其中2.62MeV的峰值也易于鉴别。
自然伽马能谱测井仪的探测器部分与自然伽马测井仪的基本相同，使用NaI(TI)闪烁计数器，其输出脉冲的幅度与入射伽马射线能量成正比例关系；所不同的是自然伽马能谱测井仪增加了多道脉冲幅度分析器，能分别测量不同幅度的脉冲数，从而得出不同能量的伽马射线能谱，用以测定不同的放射性元素。
自然伽马能谱测井仪根据测出的伽马射线特征峰值，经刻度,输出的是铀(U)、钍(Th)、钾(K)三条曲线与一条总的自然伽马曲线。
二、钍铀比的地质意义据统计,钍铀比值作为沉积环境的指示有如下规律:利用钍/钾比划分沉积相的一般规律：（1）TH/K<3，陆相沉积；（2）3相沉积；（3）TH/K>5，海相沉积。
微量元素地球化学在识别沉积环境中的应用沉积环境(Sedimentary environment)通常在沉积学上是指沉积作用进行的地理环境，它是地貌、气候、动植物、水深、水温、水动力和水化学的因素的总体结果。
由于地球表面所发生的自然作用是不同的，所以又可具体分为河流环境、湖泊环境、三角洲环境，滨海环境等地理单元。
在沉积环境进行的过程中，以各种沉积物为载体的微量元素也相应地随沉积过程的物理化学变化，而发生相应的迁移、转化、组合和分散等现象。
考虑到不同沉积环境如具有不同的水动力条件、介质性质、温度、压力和生物作用及古地貌特征等多种因素的影响, 因此在不同的沉积环境中, 元素的分散和聚集规律也就不同。
从而利用微量元素的地球化学特征来识别和恢复古沉积环境成为有力的武器。
1.微量元素地球化学简介微量元素（trace element），又称痕量元素，目前未有统一认可的严格定义。
Gast（1966）认为，微量元素是指“不作为体系中任何相的主要化学组份存在的元素”。
习惯上把研究体系（矿物、岩石等）中元素含量大于1％的称为主要元素或常量元素（major element），把含量在1％～0.1％称为次要元素（minor element），而把含量小于0.1％称之为微量元素，还有学者把含量小于1%的元素统称为微量元素，这主要取决于研究者对研究对象的兴趣和帮助。
微量元素可作为地质地球化学过程的示踪剂，在研究沉积岩，沉积环境和沉积相，矿床等基本地质问题中，提出的新的观点和方法。
至今，微量元素地球化学的研究几乎涉及地学的所有领域，包括对地幔的不均一性、古构造环境的恢复、成岩成矿物源的示踪、全球及局域环境的监测等问题的研究，成为解决许多重大地质问题的强大武器。
作为识别沉积环境的有力工具，元素地球化学也越来越起到重要的作用。
B含量、Sr/Ba、B/Ga等来分析陆相、海相、海陆过渡相等环境；利用REE含量识别古水深；P，Sr分析古气候条件；以及利用对氧化还原敏感的元素(如Mo、U、V、Ni、Ce、Eu等）能较好的恢复沉积水体的氧化还原状态。
此外，对古盐度、古温度等定性、定量的分析，都可以得到很好的解决。
2. 微量元素在沉积岩中的分布规律在沉积岩中，微量元素多以类质同象，被黏土矿物所吸附等形式存在。
不同岩性由于物源和成岩过程的不同，微量元素的富集程度也不相同。
下面介绍几种主要的微量元素的具体情况。
钡:在粉砂岩和泥岩中含量较高, 砂岩中含量变化较大, 碳酸岩盐中含量较低。
锶:为沉积岩中含量较高的元素, 特别在泥岩和碳酸岩盐中含量更高, 因为锶的分布与钙关系密切,这是由于两者的离子半径相近, 常以类质同相形式存在，另外其易被粘土吸附。
锰: 其在泥岩和碳酸岩盐中有富集的趋势。
由于其为变价元素, 因而其受环境的Ph—Eh控制。
铷:其主要分布于层状硅酸盐中, 由于粘土的吸附作用, 在泥岩中含量较高。
碳酸岩盐中含量较低。
铬:在泥岩中含量高于砂岩和碳酸岩盐。
在碎屑岩中其含量与粒度有关, 随粒度的减小而增加。
在富含有机质的页岩中富含铬。
在碳酸岩盐中其含量与其中的粘土含量有关。
镍:碳质页岩和黑色页岩中其含量高, 这与有机质的吸附有关。
镓:其在泥岩中含量明显高于砂岩和碳酸岩盐,在碳酸岩盐中含量很低。
总的来说，Fe、P、V、Cr、Co、Cu等元素在砂岩中含量最低，粉砂岩中较高，在泥岩中达到最大值，在泥灰岩中降低，在灰岩中达到最小值。
稀有元素Zr、Y、Li、Cs、Be、Ta、In 也有同样的变化规律。
3. 微量元素地球化学特征识别沉积环境对沉积环境的分析，主要涉及到了古温度，古气候，古温度以及海相、湖湘、河流相的古盐度等方面，在地质历史时期，微量元素都会保留下各种沉积作用的痕迹，从而给利用微量元素地球化学识别沉积环境提供了依据。
用微量元素分析沉积环境，主要涉及到元素含量法、元素比值法、元素组合法以及图解法。
3.1 元素含量法硼法：多用于对古盐度的测定，国外学者据资料和自己的研究成果证明了黏土矿物中硼主要富集于伊利石中，并成功地把硼、伊利石含量和古盐度联系起来，为使用B含量测定盐度的定量计算奠定了基础，现代水中B的含量多有以下分布规律：小于100ppm为淡水；在200－300ppm之间多为半咸水；300－400ppm 为正常海水；大于400ppm则为超咸水。
一般而言，海相环境中硼含量在80ppm-125ppm之间，而淡水环境中，硼含量多小于60ppm。
除了利用硼含量进行古盐度定性恢复，国外学者还提出了利用硼含量对古盐度定量计算：1)Adamas公式：Sp=0.0977x-7.043；2）Couch公式：Sp=LgX’-0.11/1.28：Sp为古盐度（‰）,X为“相当硼”含量；x’为校正硼含量。
磷法（P）：P是对古气候变化较为灵敏的元素，在炎热气候下，水体蒸发引起盐度急剧增高，某些低等生物因不适应这种高盐度而死亡并参与成岩，从而使其层位的Ｐ元素相对富集，显然，Ｐ元素含量相对高的层位表明干旱炎热条件下的高盐度环境。
锶法(Sr)：元素的高含量指示：干旱炎热气候条件下的湖水浓缩沉积或温湿气候条件下海侵所致。
3.2 元素比值法硼/镓(B/Ga): B主要吸附于黏土矿物中，活动性较强,Ga 在黏土矿物中富集，在淡水的岩石中比海洋岩石中要高。
故用B/Ga比值来反映盐度和区分海陆相地层,一般有以下认识：小于1.5为淡水相沉积环境；5-6为近岸相沉积环境；大于7为海相沉积环境。
而王益友（1979）总结了国内外的资料中提出陆相环境B/Ga 比值一般小于3.0—3.3，而正常海相B/Ga比值一般大于4.5—5.0，介于它们之间为海陆过渡相。
锶/钡(Sr/Ba)：与Sr比较，Ba的化合物溶解度要低，当陆相淡水流入海洋中，淡水中携带的Sr和Ba就会分别与海水中的SO42- 离子反映生成SrSO4和BaSO4。
由于BaSO4的溶解度相对于SrSO4要小，所以通常SrSO4要迁移的远，从而，在近岸沉积物中富Ba，而在大洋深处则富集Sr。
通过对比Sr/Ba的比值可以间接地对待陆相沉积和海相沉积。
一般有以下规律：Sr/Ba在淡水沉积物中常小于1，而在海水沉积物中大于1；比值在1.0-0.6则为半咸水。
需要指出的是，部分地区由于海底喷流作用的影响，从而导致Sr/Ba之比不能有效服从这个规律。
王益友等指出，随着淡水向海水过度，B，Ga，Rb等三元素的含量也随着沉积环境的不同，而发生变化，在淡水区，Ga 含量相对较高，而向海区过度，B,Rb含量逐渐增大。
根据这种规律，国外学者作了B-Ga-Rb三元素关系图，用以来区分海相和陆相沉积环境。
矾/镍 (V/ Ni): 钒和镍的地球化学行为较相近, V 和Ni 趋向于富集在含硫化物的沉积岩中, 但他们的聚集系数却不相同。
通常情况下, V / Ni 值大于1 为还原环境, 而小于l 为图1：B、Rb、Ga含量沉积环境指示图氧化环境。
如果盐岩沉积时, 盐湖为还原环境, 其V / Ni 值应大于1, 反之应小于1。
矾/(矾+镍) V/（V+Ni）: V、Ni同属铁族元素，其离子价态易随氧化度变化，V、Ni主要被胶体质点或粘土等吸附沉淀，但V 易于在氧化环境下被吸附富集，Ni则在还原环境下更易于富集，因此元素V/（V+Ni）比值可反映沉积水体的氧化还原环境。
高比值（一般>0.84）反映水体分层及底层水体中出现HS 的厌氧环境；中等比值（0.6～0.82）为水体分层不2强的厌氧环境；低比值时（0.46 ～ 0.60）为水体分层弱的贫氧环境。
铁/锰 (Fe/ Mn): 元素铁和锰在沉积过程中分异现象明显, 在海洋环境随离岸距离的增加铁含量逐渐减少, 锰含量逐渐增加。
在大型湖泊中同样如此, 如松辽盆地白垩纪湖盆, 从滨湖—浅湖—深湖, MnO由0.00094( 滨湖)—0. 0015(浅湖)2—0. 051( 深湖)。
锶/铜(Sr/Cu)：Sr/Cu比值介于1~10之间指示温湿气候，而大于10指示干热气候，也有的学者将温湿气候的比值范围定在1.3~5.0，干旱气候值则大于5.0。
矾/铬 (V / Cr):与沉积环境的缺氧程度有一定关系, 当V/ Cr> 4. 25时为厌氧环境, 其值介于4. 25 和2. 00之间时为贫氧环境, 当V / Cr < 2. 00 时为富氧环境;高金属( V、Zn、Cu 等) 含量及V/ ( V+ Ni) > 0. 50 指示厌氧环境, 低金属含量及V/ ( V+ Ni)为0. 46～0。
3.3 元素组合对沉积环境的指示意义根据斯特拉霍夫对太平洋研究表明由滨岸向海洋不同相带元素组合不同,有以下规律:滨海沉积环境: 铁族元素( Fe、Cr、V、Ge)组合；浅海沉积环境: 水解性元素( Al、Ti、Zr 、Ga、Nb、T a)组合；半深海沉积环境: 亲硫性元素( Pb、Zn、Cu、A s)组合；深海沉积环境: 锰族元素( Mn、Co、Ni、Mo)组合。
镁/钙 (Mg/Ca): Mg/Ca比值对古气候的变化也非常敏感，Mg/Ca比的高值指示干旱气候；低值反映潮湿气候。
但在碱层出现层位该比值不但不是高值，反而呈现低值。
这是因为，碱层的成分是碳钠盐岩，当这种钠盐开始沉淀时，水介质中Mg,Ca 由于充分沉淀其浓度已经很小，况且Mg的活动性比Ca差得多，二者相比，前者几乎消耗殆尽，故岩层中Mg/Ca比会表现出低值或极低值。
由此看来，应该对Mg/Ca比的气候指标作一些必要补充，即当钠盐、钾盐等易溶性盐类不参与沉淀时，Mg/Ca 比的高值指示干热气候。
而当它们参与沉淀时，其低值和K、Na的相对高值共同指示干热气候。
镁/锶 (Mg/Sr):Mg在水和方解石中的含量分配依赖于温度，温度上升Mg元素含量升高，反之含量较低，而Sr元素进入方解石时与温度无关，所以可利用Sr含量来校正Mg在初始溶液中的变化。
这样Mg/Sr的比值即反映了碳酸钙沉淀时的变化，Mg/Sr比值升高，指示温度升高，反之指示温度降低。
此外，Mn/ Ti、Co / Ti、Ni/ T i 比值将水生元素和陆源元素的比值, 即Mn/ Ti, Co /T i, Ni/ T i可作为离岸距离的标志, 如太平洋沉积物近岸大陆架Mn/Ti< 0.1；离岸100米，Mn/Ti= 0.1；超过300米，Mn/ Ti= 0.1-0.3。
3.4 同位素法硼同位素：对古盐度的测定还可以采用硼的同位素，一般采用下面的指标进行古盐度的推测:现代海相沉积物的δ11B 值为- 6. 6‰～+ 4. 8‰,而古代海相沉积物的δ11B 值稍低,为-17. 0 ‰～- 5. 6 ‰,而陆相沉积物硼同位素组成变化较大,δ11B 值为- 31 ‰～+ 10 ‰, 平均值为-4 ‰。
