海相碳酸盐陆源砂泥岩沉积体系中水的初始化学重建
1.论地质历史过程中古代海水含盐量的稳定性
一种是所谓的“稳定论”，普遍认为现代大气圈和水圈的形成是上地幔脱气的结果。从地球水圈形成之初，海水的含盐量在时间和空间分布上就比较稳定，没有大的变化。根据许多已发表的关于岩石成分和有机质资料的著作推断，前寒武纪时海水已经盐化，寒武纪以来海水的化学成分没有受到严重破坏(ввруби 1957，A.ляи)持这种观点的一些人，如a.п。виноградов(1959+0959，1967)，认为地球表面存在还原条件。太古代和元古代以二氧化碳和氮为主。海洋和大气成分的最后一次剧烈变化和消失发生在30亿年至20亿年之间，当时出现了光合氧气。在此之前，古植物及其有机质的痕迹是碳酸盐、岩石中的有机质、矿物中的氧化铁以及其他直接指示大气氧化的沉积物。бпеиченко (1959)认为一系列的铁化合物(氯化亚铁、碳酸铁等。)当时是稳定的，这是由于大气、河流和海洋中的游离氧。л.a.зенкевич等人(1971)认为，现有的海洋盐度变化对海洋生物(化石)影响的数据证实，就动物而言，世界海洋动物。
据此，笔者支持“稳定论”的观点，即古代海水的含盐量在各个地质时期不可能相同，即使在同一地质时期，海水的含盐量在空间分布上也不可能相同。但可以认为，地质历史时期不同地质阶段的海水化学基本相似或相近，所以现代海水TDS的离子比，特别是宏量阳离子和生源组分对阴离子Cl-的含量是稳定的，可以视为古代海相碳酸盐砂泥(页岩)沉积体系中同生沉积水的初始化学特征。
另一种是所谓的“变量论”。人们认为，在地质历史过程中，海水的含盐量发生了巨大的变化。比如η。м.страхов (1960，1962)认为太古代的古海洋与现代的差别很大，可能是淡水，也可能是苦咸水，然后逐渐变成一个类似大湖的盆地。这些盆地水域中铁化合物的活动非常强烈，大量薄铁矿层的沉积证明这些水域的含盐量较低，地球水圈的历史分为四个主要时期:第一个时期称为俯冲期，水是氯化物、酸性的，二氧化碳饱和；第二阶段是太古代(显生宙)，特点是水中碳酸盐充足，水变成碳酸氢盐-氯化物；第三阶段是元古代。由于火山喷发，硫被强烈氧化，水具有硫酸盐-碳酸氢盐-氯化物成分。在最后一个阶段，由于大气中二氧化碳的减少，海水变成了硫酸盐-氯化物。许多研究人员证明，由于二叠纪和三叠纪之间化石的急剧变化，海水的含盐量已降至30g/kg。исграмберг (1959)粘土岩吸附复合体的研究证明了海水含盐量的变化。计算还确定太古界和古生代海水含盐量为10‰~ 14‰，早三叠世海退时为26.65，438+0 ‰，而现代海水含盐量为35‰。还有一种相反的观点认为，水圈在形成初期就已经盐化，随着地质历史的进程逐渐淡化。
现有的关于地球起源和地球发展早期水圈和大气圈组成的信息，很大程度上是假设的。研究人员仍在探索和发现新的数据和证据，并在争论中取得新的进展。
现在我们将视野从古代转向现代，以海洋沉积物中深水现代化学、海水水化学和海底软泥的实际数据为例，讨论古代对古代海洋水化学的反证的稳定性。
2.现代海水含盐量时空分布的稳定性。
作者跟随本所前辈，于2000年完成了原地质矿产部组织的65438 ~ 0986 ~ 2000年太平洋中东部多金属结核调查研究和国家自然科学基金资助的南海北部软泥水研究项目三项任务，获得了大量的海水和海底软泥水化学测试资料。
现将太平洋中部和南海北部汇总的海洋水化学参数平均值与长期以来常用的同名参数平均值进行对比(表5-3)，结果表明:
表5-3海水和泥水化学参数特征值
注:表中SO4/Cl和Cl/Br为离子含量比，其余为摩尔浓度比。
(1)从太平洋表层水(采集于水面以下2 ~ 3m深度的样品)到界面水(海底沉积物与海水接触点的水)，除Na+和Mg2+外，其他阴、阳离子的平均含量和平均TDS均呈小幅上升趋势，离子的平均摩尔浓度比呈小幅下降趋势。
(2)南海从表层水到底层水(采集于海底沉积物100 ~ 200 m深度的样品)，平均阳离子含量变化不大，平均阴离子含量和TDS值变化不大，平均离子摩尔浓度比变化不大。
(3)海水中阳离子含量和TDS的平均值略高于太平洋和南海，阴离子含量和离子摩尔浓度比的平均值介于太平洋和南海之间。
与太平洋界面水和南海底层水中的同名参数值相比，常用海水化学参数的平均值除TDS高、Cl/Br低外，均为小数点后第二位或第三位。可以得出结论，虽然与地质时期相比时间较短，但海水的各种参数在时间和空间上的分布基本稳定。作者认为现代海水和古代海水的化学成分和含盐量不可能完全相同。从现代海洋水含盐量的变化可以证明，比如不同海洋和大陆海，或者同一海洋或大陆海的不同海域，或者不同深度，含盐量都不一样。海水的含盐量取决于气候、水的交替强度和地理分区的规律性。
根据1988 ~ 1995期间美国EGSG公司生产的MKIII型温盐深水水文探测仪(CTD)系统监测的5000米以上水深的温度、盐度和浓度(TDS)，我所采集的水样由地质矿产部“海洋四号”船采集。通过对试验数据的分析，提出海洋水物质模型具有两个显著的特点:一是在海洋水系统的垂直方向上，大部分组分的浓度随水深的增加而增加，形成正的浓度梯度剖面，部分组分由于组分间的可逆反应而交替变化，或由于局部某些因素的干扰和影响，化学剖面出现正或负的异常，但形成正的浓度梯度剖面的总趋势不变；第二，与洋底沉积物交界的界面水是大洋水成分在水体中迁移的最后一个“站”，形成了绝大部分化学成分聚集的地球化学屏障。这两个相互联系的特征是海洋水体物质分布形成的基本属性。海洋水物质模型的形成取决于多种因素，包括物质源供给的性质和数量，海水对流和平流引起的水的混合，海洋生物生存和死亡过程中对水中物质成分的选择性吸收和释放，以及溶液中的化学、物理化学、胶体化学和生物化学作用。各种作用都能不同程度地影响和改变海洋水体中化学成分浓度在空间坐标上的分布，既能引起浓度效应，又能引起稀释效应，但用任何一种作用都难以解释海洋水体中化学成分分布的本质属性。它在原理上是成立的，试图用各种作用的叠加和综合作用的结果来解释，但它未能抓住海水组分分布的本质作用。他们认为，存在于海洋水中的简单离子、复杂阴离子、分子、胶体等物质都处于不断运动的状态，不断地改变它们的空间位置，但这种位置的改变并不是混乱的，它总是沿着某一方向有序地运动，即沿着自己的方向改变位置。液态海洋水体系中物质组分的运动受到的阻碍比固态体系小得多，更容易移动和改变其空间位置。基于以上，提出了重力和溶质颗粒热运动的自扩散力的合力在海洋水系的垂直方向上产生同方向的颗粒流，两者都向下运动，而溶剂颗粒的颗粒流向上运动。在重力、溶质颗粒向下运动的自扩散力和溶剂颗粒向上运动的力的共同作用下，其他作用引起的化学组分在空间坐标中的分布位置受到抵抗、削弱和改变，导致溶质颗粒沿合力方向浓度梯度递增的正剖面的形成和形成。
综上所述，界面水化学组分和TDS的含量与海底沉积物中同生沉积物的水化学特征最为接近。
3.软泥的水化学特征和变质作用。
(1)软泥水及其化学成分特征:软泥水属于海洋底部的水。是与海底沉积物同时存在于沉积物颗粒孔隙中的水。可视为沉积物中最早的同生沉积水，其化学特征应与界面水化学相同。但软泥浆水毕竟从浩瀚的海洋水体中分离出来，成为软泥浆的一部分，其环境发生了变化，引起了各种水化学参数的增减。研究同名参数值与界面水(底层水)的差异是海洋沉积水形成演化的重要组成部分。为了反映水化学参数的增减，可以用增减系数值来表示。系数值> 1，软泥的水化学参数增加；当系数值
表5-4太平洋和南海软泥水和界面水化学参数的增(减)系数值
与界面水相比，除Na+略有下降，Ca2+明显下降外，海洋软泥水中8种化学成分的含量均有不同程度的增加。两者含量之比的增大系数值为:br-> HCO 3-& gt；k+& gt；Mg2+>；Cl-、SO42->na+& gt；钙离子.
与底层水相比，除Ca2+略有下降外，南海软泥水中8种化学成分的含量均有不同程度的增加。两者含量之比的递增系数值为:br-> SO42-& gt；HCO 3-& gt；k+& gt；Cl-、Na+>Mg2+>；钙离子.
海洋软泥水中6对组分的摩尔浓度比与界面水相比，其中cMg/cCl、cNa/cCl略有下降，cCa/cCl和Cl/Br明显下降，其他3个比较值有所上升或略有上升。两者比值的递增系数值为:cK/cCl & gt；SO4/Cl & gt；cMg/cCl & gt；cNa/cCl & gt；cl/Br & gt；cCa/cCl .
与底层水相比，南海软泥水中六对组分的摩尔浓度比cNa/cCl和cCa/cCl略有下降，Cl/Br明显下降，其他三个比较值略有上升或上升。两者之比的递增系数值为:SO4/Cl & gt；cK/cCl & gt；cMg/cCl & gt；cCa/cCl & gt；cNa/cCl & gt；Cl/Br .
海洋软泥水和界面水的TDS增加系数为1，两者相等。而南海TDS和底层水的增加系数为1.04，南海略有增加。
软泥与其上覆界面水(底层水)的水化学比较，有三个显著特征:一是海洋软泥水中阳离子Ca2+含量明显减少，阴离子Br-和HCO 3-明显增加；南海软泥中水组分的含量有所减少或略有增加。其次，海洋软泥水中cCa/cCl和Cl/Br比值明显下降。除Cl/Br比值外，南海软泥水的其他比值略有上升或下降。第三，海洋软泥水的TDS非常稳定；南海的软泥水略有增加。
(2)软泥的水化学变质
软泥水化学的三个显著特征是如何形成的，可以从以下三个方面来解释:
首先，软泥的颜色是棕色和棕黄色。根据生物碎屑的含量，命名为富含钙质超微化石和有孔虫钙质软泥(石灰质泥)，富含放射虫和硅藻的硅质软泥。矿物成分主要是蒙脱石和伊利石，占70%，其次是高岭石和绿泥石。化学成分主要为SiO2 _ 2和Al _ 2O _ 3，氧化铁占第三位，氧化钠占5.7%，氧化钙和碳酸盐占4%，氧化镉< 1%，有机质含量约占1%，其中有机碳含量为0.40% ~ 0.80%。环境指标为pH 7.14 ~ 7.42，EH 394 ~ 599 MV，温度T 0.8 ~ 0.87℃。根据软泥浆的天然含水量、边界含水量、粒度监测数据，定义为液化或半液化层，与软泥浆水形成固液体系。
第二，中太平洋海盆为海洋平原，海底地形较为平缓，大部分地区水深5000m，最大6000m m，已发现南极底流由南向北流经汤加海沟，流经澳大利亚南部至新西兰，折向萨摩亚海盆，再向北流向北部海山形成分支。西流向吉尔伯特和马绍尔群岛，东流向彭林盆地。中支向北流向太平洋中部，然后转向东，穿过莱恩鸥群，沿克拉里昂水道流经东太平洋，再向北流动，在北纬50°左右消失。南极底层流具有低温(0 ~ 3℃)、高密度(27.88g/cm3)、富氧(3.75 ~ 4.75 ml/L)的冷水团。据原地质矿产部大洋四号船1994，东太平洋海盆8个站测得流速为12.2 ~ 24.7厘米/秒，平均流速为18.7厘米/秒..太平洋中部的雨水、不同深度的海水和软泥水的氢氧稳定同位素表明，δ18O沿海水垂直方向富集，但在底层海水中突然下降，其值介于雨水和表层海水之间。根据界面水的Eh场图，Eh值由SW向NE逐渐减小，氧化强度衰减方向与克拉里昂水道底流方向一致。
第三，当界面水与软泥一起沉积储存时，从海洋水中分离出来后会转化为固液体系中的软泥水。由于南极海底有冷水团流动，固液系统是一个开放系统，具有低温、弱碱性和强氧化环境。在该体系中，不能进行硫酸盐的脱除和还原，可溶性盐在含盐量约34g/kg的软泥水中的溶解能力很弱。水与污泥之间的主要作用有:一是吸附，污泥粘土(
软泥的水化学在软泥阶段开始变差，主要表现在调整软泥水中组分含量的增减，没有破坏软泥水TDS与界面水的相似性，呈现出非常稳定的状态。
4.现代深水化学与岩石成分的相关性。
表5-1和表5-2所列的海相碳酸盐陆源砂泥岩沉积体系中的深水现代TDS通常为33～35g/kg，海相白云岩为75～86g/kg，石膏和硬石膏为150～200g/kg，270～3500g/kg。
不言而喻，现代深水浓度与其岩石成分和盐度之间存在明显的依赖关系，不能作为讨论古今的证明。当然，也可以观察到现代深水含盐量随储层岩石组成和盐度显著降低或升高，这与地质历史上淡水入侵造成的稀释淡化逆向恶化有关，或者是温度和压力升高导致液相蒸发造成的浓盐化正向恶化有关，固液相间物质成分的双向转移和高盐度水的可能掺杂，要通过古水文地质研究来解释。
综上所述，我们可以得出以下重要结论:基于地质历史过程中海洋水化学稳定性的概念，海相碳酸盐陆源砂质页岩(页岩)沉积体系中存在的水源是海水，对其地质历史过程中水文地球化学作用的分析应以现代海水(最好是界面水)化学为基础，其含盐量、离子含量，特别是， 宏观阳离子与阴离子Cl-的离子摩尔浓度比和生物组分阴离子与Cl-的含量比在地球上可视为常数，可作为地质历史时期海水化学特征的标准，可作为该矿床同生沉积水初始化学和地质历史时期变质程度评价的标准。