海相硅岩沉积环境的有效指标
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第645页（3085字）
硅岩是一种内源沉积岩。
它可以出现在深海、浅海陆棚甚至潮汐带的各种海洋沉积环境中，也可以形成于陆地湖泊沉积物中。硅岩沉积环境的稀土元素(REE)研究，最早由Shimizu等开始，后来Steinberg等以及Murray等也研究过。近年来中国也有些学者做了硅岩的REE分析。
对REE在海水中的分布特征和规律的研究表明，在海洋的不同环境和不同深度，REE的含量和分布模式都有一定的差别。
Martin等认为海洋中的REE主要来源于河水的补给。按照Piper的研究，大洋海水相对于河水和陆棚海水有3个方面的差异：REE总量降低；Ce的亏损；HREE相对于LREE富集。
在这3个方面的变化中，Ce的亏损或富集最为明显。在河水中，无论是悬浮质还是溶解质，REE都不显示Ce的负异常，而海水Ce则可表现出明显的亏损，然而并非所有地区海水都如此。
Fleet认为只有开阔大洋海水才能出现明显的Ce负异常。另外，在洋中脊附近，海水的Ce负异常最为显着。
关于Ce从海水中迁出的机理已有许多讨论。Coldberg等认为在海水中Ca3+易被氧化成Ce4+，以CeO2的形式从溶液中沉淀出来，从而产生海水中的REE分馏。
Fleet比较了海水中REE的停留时间，发现Ce的停留时间最短，只有80a，而与之相邻的元素La和Pr分别为440a和320a，因此Ce易于优先与其他REE分离，造成海水的Ce亏损。对于洋中脊附近海水的强烈Ce负异常，Kinkhammer等的解释是：热液中Fe、Mn质微粒提取了较多的Ce，从而产生洋中脊附近海水的Ce明显亏损。总之，Ce的含量和分布模式的不同，是由于REE分馏作用的差异，使得不同环境海水的Ce相对浓度产生变化所致。通常，河水和陆棚水不显示Ce的负异常，大洋海水则具有明显的Ce负异常，而洋中脊附近海水的Ce负异常最为显着。
REE从海水中迁移进入沉积物的过程很复杂，但其主要途径是通过海水中REE结合进入生物相和自生矿物相。如果从海水向沉积物的元素迁移过程中，REE没有发生明显的分馏，沉积物的REE则可以继承海水的REE特征。
根据Shimizu、Steinberg和Murray等对海相硅质沉积的REE研究，可以发现硅岩的REE与其相当环境海水的REE有着良好的对应关系。这里硅岩的Ce异常仍然是最为显着的标志。
Shimizu等对深海钻探计划(DSDP)钻孔中的硅质沉积物进行REE分析。在太平洋中部的5个样品中，有3个白垩纪－渐新世燧石样品，δCe分别为0．21、0．29和0．32。两个从放射虫软泥中分离出来的硅质微化石样品(分别是渐新世和始新世)，δCe为0．22和0．24。因此太平洋样品均显明显的Ce负异常。
取自加勒比海的一个DSDP燧石样品(始新世)的δCe值为0．47，显较弱的负异常。Shimizu等将上述燧石和硅质化石的REE值与陆地燧石的REE进行了比较，陆地样品中有两个是日本歧阜三叠－侏罗纪燧石，一个是加拿大安大略二叠－三叠纪燧石。结果这些陆地燧石δCe分别是1．0、1．2和1．4。
无负异常或显正异常，与深海燧石截然不同。
Shimizu等因此提出Ce的负异常是指示燧石是否形成于海洋环境的良好指标。他们认为加勒比深燧石的Ce弱负异常是因为此海区与大洋之间被岛链隔离所致。根据REE的分布模式，Shimizu等推测那些陆地燧石形成于海岸、边缘海或内陆海环境。
Murray等对美国西海岸加利福尼亚侏罗－白垩纪燧石进行了REE研究。
他们根据已有的生物地层学、沉积学、矿物学和地球化学的研究资料，将此区燧石分为3个沉积环境组合，分别是：覆盖在枕玄武岩之上，洋中脊环境的红色富锰燧石；形成于大洋底环境，与页岩互层的薄层燧石；形成于大洋边缘环境，被杂矿岩所覆盖的绿色燧石。
REE分析结果表明，9个洋中脊环境燧石样品的δCe平均值为0．30，为明显的Ce负异常；3个代表大洋底环境的燧石为Ce中等负异常，δCe平均0．55；形成于大陆边缘环境的15个燧石Ce负异常不明显或甚至为正异常，δCe值为0．79～1．54。此外Murray等还注意到与燧石共生的页岩也具有与燧石类似的Ce异常特征，另外燧石或页岩EREE含量与其沉积环境也有一定的关系。
Murray等对上述现象的解释是：由于铁锰质对Ce的优先提取，扩张洋中脊附近的海水Ce强烈亏损，而非铁锰质沉积物吸附了这种Ce亏损的REE，因而使硅质沉积显示出强烈的Ce负异常。
Ce中等异常的燧石形成于大洋盆底，既远离洋中脊又不受大陆物源的影响，并且长期与大洋海水接触，因而吸附了海水中具Ce负异常的REE。Ce微弱异常或正异常的燧石反映了大陆边缘沉积物的REE特征。
综合Shimizu和Murray等的研究可以看出，海相硅岩REE特征，尤其是Ce特征，能够反映硅岩的沉积环境。在进行沉积相、沉积盆地和板块构造重建的研究中，可以将不同环境硅岩的REE值，特别是Murray等的不同类型硅岩的δCe值作为硅岩沉积环境的判别标准。当然，由于目前这方面的分析资料还不多，δCe值随环境变化的判别值还不够完善、具体，所以还有待于更多的分析材料来补充、修订和总结以往的标准，以建立更为全面的硅岩沉积环境REE判别指标。
吉磊在对江西南部寒武－奥陶系沉积相进行研究的过程中，在对盆地的沉积学、地球化学和大地构造学研究基础之上，对寒武纪－奥陶纪层状硅岩进行了REE分析。
研究区位于江西南部的水新、秦和、井冈山以及崇义、大余一带，其大地构造位置至今尚有不同认识，但基本上位于扬子陆块基底出露区和华夏陆块基底出露区之间。此区寒武系和奥陶系主要是砂泥质复理石，夹有厚层或薄层的硅岩层。
硅岩层中含有丰富的海绵骨针、放射虫和笔石等门类化石。硅岩的主要矿物成分是石英(微晶状)、伊利石和绿泥石，常含少量黄铁矿和陆源粉砂质碎屑，有些硅岩具有较高的有机碳含量(约1%)。
吉磊对赣南寒武－奥陶系的4个硅岩和1个硅质板岩进行了REE分析，分析采用等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法。经计算5个样品的δCe值分别是0．76、0．81、0．86、0．88和0．94，平均值为0．85。
如将上述硅岩的δCe值与Murray等的硅岩δCe值相比，可见江西硅岩的δCe值介于大陆边缘环境－大洋盆地环境之间。据此推测此盆地处于大陆边缘－大洋盆地的过渡地区，即可能在大陆坡－深海盆地边缘的范围内，属半深海沉积。这个推论与吉磊所进行的江西南部早古生代沉积相和盆地性质的研究结论基本一致。
综上所述，海洋各种不同环境海水中的REE特征可以反映在硅质沉积中。
根据硅岩的Ce异常状况可以判别海相硅岩的沉积环境类型，但不能将REE作为判别沉积环境的唯一标志。在沉积相研究中，还必须结合沉积学、古生物学、地球化学与大地构造学的研究进行综合判断，这样才能得到可靠的结论。
(中国科学院南京地理与湖泊研究所吉磊撰)