Question

岩矿成分和地球化学标志

Answer 1

沉积岩中各种组分(岩矿成分、地球化学成分等)常与其形成环境有密切的关系，详细研究沉积岩的各种成分，可获得有关沉积环境的可贵资料。

1.4.1岩矿成分标志

岩矿标志的研究主要是用显微镜和其他方法对岩石或矿物进行显微研究，主要包括以下两个方面。

1.4.1.1陆源碎屑成分

根据碎屑成分和矿物标型特征可以研究沉积物来源方向及物源区岩石类型。陆源碎屑成分主要包括岩屑及各种轻重矿物。它们是岩层物理风化和化学分解作用的残余物，同时也是分析物源区岩石类型的直接依据。陆源碎屑成分研究的任务就是通过鉴定分析沉积物中的岩屑及各种轻、重矿物标型组合特征，研究它们的含量变化，以确定物源方向、源区的大致位置、搬运距离及母岩类型等。

利用矿物的标型特征分析母岩类型矿物标型特征是指不同成因的同种矿物，由于形成时物理、化学条件的不同，在化学组成、晶形和物性上存在差异。其中，具明显特征并可作为成因标志者即为矿物标型特征。如沉积岩中最丰富的矿物石英，可以据其包裹体、消光类型、晶体形态和多晶现象等标志区分母岩类型。阴极发光显微镜的发明和应用，使原来被认为是无标型特征的单晶石英颗粒等，也可确定其成因类型。

利用碎屑矿物组合分析母岩类型，每一类岩石都有其特定的矿物组合，经风化剥蚀、搬运、沉积成岩，故在形成的碎屑中仍然保留其组合特征。

1.4.1.2自生矿物和特殊岩石类型

(1)自生矿物

指沉积期或同生期形成的原生矿物，可以用来说明沉积时期水体介质的物理、化学条件(如E_h值、pH值、盐度等)及特殊环境类型。

海绿石:是一种绿色沉积矿物，可具有鲜绿—黄绿色—暗绿色调，其成分为富铁、富钾的含水层状铝硅酸盐矿物，外形常呈圆锥状、肾状、充填物状、胶结物状及交代物状。海绿石主要是改造生成和胶体溶液沉淀而成的。现代海绿石主要形成于远离大河口的陆棚区弱碱性(pH=7～8)和弱氧化－弱还原(E_h=0)的正常海水环境，水温为10～15℃，深度大于125m(在寒冷地区，水深30m就可形成)。它是在海水与沉积物的界面上，经缓慢的水化作用与离子交换作用(即海解作用)形成的。海绿石的形成要求有一定的原始物质供给，如黏土矿物、云母、角闪石、辉石、长石、绿泥石等。上述矿物在改造作用下易于转化为海绿石。另外这些矿物在分解破坏后，也能提供生成海绿石的胶体溶液。这些条件只有在海洋环境中才能提供，因此，大量原生海绿石的形成主要与海水有密切关系。

鲕绿泥石:呈绿色的鲕状或球粒状，或是贝壳中的充填物产出，易于和海绿石混淆，但其主要成分为铁质硅酸盐矿物，基本不含钾。据现代沉积学研究，它也属海洋自生矿物，但和海绿石的形成温度和深度不同，鲕绿泥石形成于较温暖的浅海，水温大于20℃，其分布深度小于60m。

黏土矿物:黏土矿物是一种细小的结晶矿物，其粒径小于21μm，属于含水的铝硅酸盐类，主要包括水云母和蒙脱石等。对于黏土矿物的环境意义存有较大争议，但一般认为絮凝作用形成的黏土矿物可以反映介质的pH值。高岭石形成于酸性介质中，一般为大陆环境;水云母、蒙脱石形成于中性或碱性介质中，多为海洋环境。

(2)特殊岩石类型

有些特殊岩石可指示沉积时的能量条件，有些可作为古气候标志。

碳酸盐岩:碳酸盐岩尽管在海洋和湖盆中均可产出，但两者的特征不同，前者常大量产出，而后者常呈夹层或透镜体产出。一些生物成因的碳酸盐岩可以依据生物化石区别海相与陆相沉积。碳酸盐岩沉积反映介质为弱碱性，某些特殊的碳酸盐岩可指示环境或介质条件。如藻叠层石碳酸盐岩一般形成于潮坪环境，鲕粒灰岩形成于滨海或碳酸盐台地的高能带，具水平纹层的泥晶灰岩形成于低能环境。碳酸盐岩多产出于南北纬度30°以内，反映温暖和浅水环境。

红层:红层一般是大陆沉积物。含Fe矿物在潮湿－干燥的温暖气候条件下风化后成赤铁矿而呈红色，可由化石等区别于海相红色页岩。

蒸发盐:是含盐度较高的溶液或卤水，通过蒸发作用产生的化学沉积物，它们的出现一般反映气候干燥和闭塞环境。内陆盐湖或半封闭的滨海潟湖环境是形成蒸发盐的有利环境。但在开阔海盆中也可形成蒸发盐，关键是要有干旱气候和一个比较迅速下沉的局部凹陷。

磷块岩:磷块岩并非是区别海洋与大陆沉积的特征矿物，在大陆地层中，自生磷酸盐矿物也较常见，但大量的磷质分布于海洋，大量形成磷酸盐的环境是在浅海。据现代海洋资料，P₂O₅在海水中的含量是随着深度的增加而增加的，在平静－搅动交替的水动力条件下，分散的磷质可逐渐集中，形成鲕状、团粒状、结核状、生物骨骼形态或各种交代假象。因此，大量磷块盐出现可指示海洋环境，特别是在水深50～200m的海区更有利于其形成。

锰结核:在现代大洋底部发现了大量的锰结核。故锰结核过去一般与深海环境联系在一起，实际上在浅海、湖泊和沼泽沉积中也可见到，所以，锰结核并不是良好的指相标志，但是锰结核中微量元素的浓度随着环境的改变而发生有规律的变化，因而其比值具有指示环境的意义。如在湖泊和浅海中形成的铁锰结核中Co、Ni、Zn、Pb等元素要比大洋中少得多。

礁灰岩:是由固着的造礁生物形成的一种突起的抗浪构造，造礁生物主要有珊瑚、层孔虫、苔藓虫、海绵等，礁灰岩是温暖浅海环境的良好标志。

1.4.2地球化学标志

随着现代地质学，特别是沉积地质学、地球化学等各种现代测试技术的发展及相关学科理论水平的提高，不同环境下不同成因类型的沉积化学组成、元素分布及其在沉积成岩、成矿过程中所起作用的研究，使沉积地质学与地球化学结合成为一个具有重要理论意义和实用价值的研究新领域。地球化学与沉积学相结合产生的沉积地球化学被运用到古环境分析中，则能够为沉积环境分析提供物理标志和生物标志所不能反映的环境地球化学信息。沉积地球化学在古环境分析中的应用主要包括元素地球化学和稳定同位素地球化学两个方面。

地球化学可以判断水深与水介质特征等，具体方法参见第2章。