運用元素地球化學進行地層劃分與對比

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一、放射性同位素

本世紀初，科學家們發現放射性元素都具有以自動的、恒定的速率逐漸衰變為非放射性的子同位素，并釋放出能量的性質。30年代，地質學家開始利用放射性元素的蛻變現象來測定礦物和巖石的年齡，進而推斷巖石或地層形成的年齡。目前，這種方法已經成為地質界普遍采用的方法，并發展成為一個獨立學科，稱為地質測年學或紀年學。常用的手段有鈾鉛法、銣鍶法和鉀氬法等。該方法自提出以來，已廣泛應用于絕對地質年齡的確定和地層對比等領域。迄今為止，這一方法仍然是測定巖層絕對年齡、建立年代地層框架的唯一方法。

二、穩定同位素

利用穩定同位素組成在地層中的變化特征進行地層的劃分對比，可以確定地層的相對年代，并探討地質歷史中發生的重大事件的化學地層學方法。其研究對象是地層中的穩定同位素，目前主要研究的是氧、硫、碳和鍶的穩定同位素。

(一)氧同位素

將氧同位素用于地層劃分是Emiliani(1955)首先提出的，他在世界上率先對加勒比海和北大西洋第四紀深海沉積物(其地質年齡為0～600ka)中有孔蟲殼的氧同位素進行分析研究，并發現這些氧同位素組成的變化具有一定的規律性，根據這些規律性，Emiliani(1955)將深海沉積地層劃分為若干階段。此后，Be& Duplessy(1976)、Shackleton &Opdyke(1976)以及Cita(1977)又分別發現印度洋、地中海和太平洋的同時代或相近時代深海沉積物中有孔蟲殼的氧同位素組成亦具有一定規律性變化，其變化情況與Emiliani(1955)在加勒比海和北大西洋所發現的情況幾乎完全一致。這表明，深海沉積物中有孔蟲殼的氧同位素組成的變化完全可以作為劃分對比地層的一種標志(陳錦石，1989)。

(二)碳同位素

對于海相碳酸鹽中的碳同位素早在30年代就有人進行過研究，但都是對零散樣品進行分析，其目的只是確定海水鹽度和碳酸鹽巖的早期成巖作用。直到70年代人們才懂得，對海相碳酸鹽的碳同位素研究必須系統進行，就像地層學研究那樣，在一個剖面或一套鉆孔巖心上系統地采集樣品，進行同位素分析。

(三)硫同位素

硫同位素用于地層劃分研究是以Ault & Kulp(1959)的工作揭開序幕的。他們首先以較高的精度分析了大西洋、太平洋和墨西哥灣等地區不同深度的海洋硫酸鹽中的硫同位素組成，隨后，國內外許多學者先后研究了世界各地不同地質時期海相石膏層中的硫同位素，獲得了數以千計的數據，并匯編成一條顯生宙海相硫酸鹽巖中硫同位素組成的變化曲線(陳錦石，1989)。這條曲線的建立，使得利用地層中所有含的硫同位素組成來確定地層時代和進行地層對比成為可能。

三、分子化學

沉積巖中有大量的有機化合物以化學化石的形式存在，這些復雜的化合物具有特定的來源、廣泛的分布而且在地史時期中相當穩定。有些有機化合物，如甾族、類脂和酮等能夠提供有關地層記錄以及盆地中有機組分的成因和成巖史的有關信息。例如，類脂的化學習性可能與沉積過程中有氧或缺氧條件有關。分子化學地層學就是根據地層記錄中的有機分子(化學化石)的分布與變化來進行地層學研究的，根據其采用的有機分子可以分為許多種類型，烯酮的不飽和指數就是其中之一。長鏈烯酮是海洋浮游植物，尤其是顆石藻的特定組分，其不飽和程度

與溫度有關(Brassell等，1986)。Brassell等(1986)對采自北大西洋的深海巖心進行了烯酮不飽和指數(U37)和D13O分析，結果表明，這兩個指標的垂向變化可以進行對比；而且譜分析表明二者的垂向變化均具有米蘭柯維奇軌道變化周期。這說明有機分子的分布與變化有可能提供地層對比的信息。

四、結論

地層記錄中化學信號能為地層劃分和對比提供必要的信息。現有研究表明化學地層學所提供的地層和年代分辨率經常高于某些生物地層和地震地層框架所能提供的分辨率；絕對年代框架中的化學地層信號也能為盆地中沉積過程和沉積后過程(成巖過程)的數值模擬提供必要的信息。