微量元素含量和比值变化判断环境的原理

在沉积过程中，沉积物与水介质之间存在复杂的地球化学平衡，如沉积物与水介质之间的元素交换和沉积物对某些元素的吸附。这种交换和吸附不仅与元素本身的性质有关，还受沉积介质物理化学条件的影响，不同沉积环境的水介质具有不同的物理化学条件，这为利用沉积物中微量元素及其含量分析古环境提供了理论依据。

封闭盐湖中原生碳酸盐岩和粘土矿物的形成与湖水的化学性质密切相关。从较低的体系域到较高的体系域，湖相泥岩中的粘土矿物、泥岩和泥膏盐中的微量元素组成对沉积环境的水文变化非常敏感，因此可以有效地揭示湖平面的变化。选取了对沉积环境变化最敏感的地球化学指标和环境参数，如B、Sr、Ba、Ti、Fe、P、Mn的含量，Mg/Ca(陈军等，1997，1998，1999)和Sr/Cu比值在垂向和横向的分布特征和变化规律。

2.硼含量及其比值的变化与环境的关系

根据以往的研究，水中B的含量与水的盐度呈线性关系，即水的盐度越高，B的含量越大，沉积物吸附的B离子也越多(杨锐，1993)。对于陆相盐湖不同层位或不同区域位置的泥页岩地层，如果B含量高(平均大于135μg·g-1)，则沉积环境为干旱-半干旱。如果B含量偏低或正常(平均值小于等于135μg·g-1)，则表明泥页岩沉积于潮湿的盐湖沉积环境，但当沉积区远离盐湖中心时，也可代表干旱-半干旱的盐湖沉积环境，这主要是由于其盐度较低。因此，可以通过B含量来分析沉积环境。

3.3之间的关系。铷和锶含量与环境

在自然界中，Rb和Sr多以类质同象的形式分散在含钾和含钙矿物中。其中Rb主要存在于硅酸盐组分中，化学性质相对稳定。而Sr主要存在于碳酸盐组分中，化学性质更为活泼。Rb离子具有大的半径和高的表面势能。风化过程中，Rb容易被带负电的粘土吸附，富集在粘土等细粒沉积物中。Sr离子半径在K和Ca之间，所以Sr存在于含钙和含钾矿物中，但主要存在于含钙矿物中。由于富铷矿物比富锶矿物更稳定，随着风化程度的加强，地层中的锶铷比容易从矿物中解离并淋溶出来，所以地层中铷锶比的变化主要取决于锶的流失程度，结果表明，铷锶比与风化程度呈正相关，风化淋溶程度受气候环境变化的控制， 特别是温度和降水，即暖湿环境下降水较多，风化作用强，Sr淋溶程度大，Rb/Sr比值高； 相反，在干燥凉爽的气候条件下，铷/锶比值较低。因此，Rb/Sr比值作为风化程度的指标，可以作为展示古气候、古环境变化的指标之一。

沉积物中铷/锶比值的变化曲线可以反映物源和沉积环境的变化。Dasch(1969)详细研究了风化条件下各种母岩中Rb和Sr的迁移规律，指出Rb/Sr比值可以指示母岩的风化强度；Gallet等人(1996)研究了洛川黄土剖面中Rb/Sr比值的分布，发现该比值可以清晰地识别古土壤地层单位。陈军等人(1997，1998，1999)的研究表明，Rb/Sr值可以指示黄土沉积的风化成土作用和物质的淋溶量，Rb/Sr曲线反映了2.5Ma以来的气候波动信息及其与区域乃至全球气候变化的耦合关系。现有的矿物学研究表明，粒度的变化不会引起含钙和含钾矿物的显著分异。因此，原岩的物质组成成为制约沉积地层中Rb、Sr元素变化的主要因素，物源与沉积环境密切相关。不同的沉积环境可能带来不同的物源，物源的变化必然导致Rb/Sr比值的变化。与主元素Ca具有相似地球化学性质的Sr，在气候温暖、海平面较高时，会随着Ca含量的增加而在海洋沉积物中富集，生物的生物作用也会不同程度地富集Sr，此时的Rb/Sr比值表现为低值的特征。当气候湿冷、海平面较低时，陆相化学风化作用加强，Sr作为微量成分主要存在于碎屑矿物(长石、粘土矿物和白云石)中，因此河湖沉积物中Rb/Sr比值相对较高。

4.4之间的关系。钛、磷、锰、铜、钙与环境

以往的研究认为，Ti等元素含量的变化反映了陆源物质的添加程度。该值越高，陆源物质含量越丰富，指示温暖湿润的气候背景。与Sr相似，沉积岩中P的高含量指示干旱、炎热和高盐度环境的气候背景，而低含量指示潮湿的气候背景。锰通常以Mn2+的形式稳定存在于湖水中。只有当湖水被强烈蒸发，Mn2+饱和时，才会大量沉淀，从而在沉积岩中表现出较高的数值。Sr/Cu和Mg/Ca比值对古气候变化也很敏感。一般来说，Sr/Cu比值在1和10之间表示温暖湿润的气候，而大于10的比值则表示干热的气候。同样，Mg/Ca比值高值表示干热气候，低值表示暖湿气候。

5.5之间的关系。文学学士、文学硕士和环境

Ba和Sr的化学特性非常相似，都不能形成独立的矿物。在一定条件下，这两者经常有规律地结合在一起。已知Sr主要与Ca产生类质同象取代，Ba大多与k产生类质同象取代，Ba也能与Sr形成可溶性钡盐进入水中，水中的Ba易被水解沉淀物吸附。同时，钡盐尤其是硫酸钡的溶解度很低，所以在蒸发、中和或硫酸根阴离子增加的作用下，硫酸钡会先沉淀。可以看出，Ba在性质上比Sr更稳定，Sr容易迁移，Ba难以浸出。

一般来说，锶含量低表明气候背景潮湿，反之亦然。由于Sr/Ba值随着距湖(海)岸距离的增加而逐渐增大，因此Sr/Ba值可以定性地反映介质的古盐度。Sr/Ba比值大于1时为咸(海)水介质，Sr/Ba比值小于1时为淡水介质。当淡水与咸化湖水(海水)混合时，淡水中的Ba2+与咸化湖水(海水)结合生成BaSO4沉淀，而Sr-SO4具有很大的溶解性，可以继续迁移到盐湖中心(近海)并被生物作用沉淀。

6.Mg/Ca比率与环境的关系

大量研究证实，Mg/Ca比值的变化受气候或环境因素的影响。Roberts等人(1998)研究了苏格兰北部全新世洞穴次生化学沉积物的高精度Mg/Ca比值，发现一年内Mg/Ca比值的变化是由温度变化引起的。Kathleen R.Johnson等人(2006)研究了中国和尚洞的高分辨率石笋，推测其主要反映了季节性降水的变化。王新忠(2005)也通过研究现代滴水中Mg/Ca比值的变化，认为洞穴沉积物中的Mg/Ca比值可以反映外界干湿状况的变化。林兵等(2000)对桂林的石笋进行了研究，认为在大气环流系统没有明显变化，岩溶水文地质条件相似的情况下，Mg/Ca比值主要取决于环境温度的变化，而当大气环流系统发生明显变化(如冰期和间冰期的显著变化)时，主要取决于降水条件的变化。