运用元素地球化学进行地层划分与对比

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一、放射性同位素

本世纪初，科学家们发现放射性元素都具有以自动的、恒定的速率逐渐衰变为非放射性的子同位素，并释放出能量的性质。30年代，地质学家开始利用放射性元素的蜕变现象来测定矿物和岩石的年龄，进而推断岩石或地层形成的年龄。目前，这种方法已经成为地质界普遍采用的方法，并发展成为一个独立学科，称为地质测年学或纪年学。常用的手段有铀铅法、铷锶法和钾氩法等。该方法自提出以来，已广泛应用于绝对地质年龄的确定和地层对比等领域。迄今为止，这一方法仍然是测定岩层绝对年龄、建立年代地层框架的唯一方法。

二、稳定同位素

利用稳定同位素组成在地层中的变化特征进行地层的划分对比，可以确定地层的相对年代，并探讨地质历史中发生的重大事件的化学地层学方法。其研究对象是地层中的稳定同位素，目前主要研究的是氧、硫、碳和锶的稳定同位素。

(一)氧同位素

将氧同位素用于地层划分是Emiliani(1955)首先提出的，他在世界上率先对加勒比海和北大西洋第四纪深海沉积物(其地质年龄为0～600ka)中有孔虫壳的氧同位素进行分析研究，并发现这些氧同位素组成的变化具有一定的规律性，根据这些规律性，Emiliani(1955)将深海沉积地层划分为若干阶段。此后，Be& Duplessy(1976)、Shackleton &Opdyke(1976)以及Cita(1977)又分别发现印度洋、地中海和太平洋的同时代或相近时代深海沉积物中有孔虫壳的氧同位素组成亦具有一定规律性变化，其变化情况与Emiliani(1955)在加勒比海和北大西洋所发现的情况几乎完全一致。这表明，深海沉积物中有孔虫壳的氧同位素组成的变化完全可以作为划分对比地层的一种标志(陈锦石，1989)。

(二)碳同位素

对于海相碳酸盐中的碳同位素早在30年代就有人进行过研究，但都是对零散样品进行分析，其目的只是确定海水盐度和碳酸盐岩的早期成岩作用。直到70年代人们才懂得，对海相碳酸盐的碳同位素研究必须系统进行，就像地层学研究那样，在一个剖面或一套钻孔岩心上系统地采集样品，进行同位素分析。

(三)硫同位素

硫同位素用于地层划分研究是以Ault & Kulp(1959)的工作揭开序幕的。他们首先以较高的精度分析了大西洋、太平洋和墨西哥湾等地区不同深度的海洋硫酸盐中的硫同位素组成，随后，国内外许多学者先后研究了世界各地不同地质时期海相石膏层中的硫同位素，获得了数以千计的数据，并汇编成一条显生宙海相硫酸盐岩中硫同位素组成的变化曲线(陈锦石，1989)。这条曲线的建立，使得利用地层中所有含的硫同位素组成来确定地层时代和进行地层对比成为可能。

三、分子化学

沉积岩中有大量的有机化合物以化学化石的形式存在，这些复杂的化合物具有特定的来源、广泛的分布而且在地史时期中相当稳定。有些有机化合物，如甾族、类脂和酮等能够提供有关地层记录以及盆地中有机组分的成因和成岩史的有关信息。例如，类脂的化学习性可能与沉积过程中有氧或缺氧条件有关。分子化学地层学就是根据地层记录中的有机分子(化学化石)的分布与变化来进行地层学研究的，根据其采用的有机分子可以分为许多种类型，烯酮的不饱和指数就是其中之一。长链烯酮是海洋浮游植物，尤其是颗石藻的特定组分，其不饱和程度

与温度有关(Brassell等，1986)。Brassell等(1986)对采自北大西洋的深海岩心进行了烯酮不饱和指数(U37)和D13O分析，结果表明，这两个指标的垂向变化可以进行对比；而且谱分析表明二者的垂向变化均具有米兰柯维奇轨道变化周期。这说明有机分子的分布与变化有可能提供地层对比的信息。

四、结论

地层记录中化学信号能为地层划分和对比提供必要的信息。现有研究表明化学地层学所提供的地层和年代分辨率经常高于某些生物地层和地震地层框架所能提供的分辨率；绝对年代框架中的化学地层信号也能为盆地中沉积过程和沉积后过程(成岩过程)的数值模拟提供必要的信息。