方法与注意事项

化学地层学的研究一般可分为区域地质背景调研、野外采样、室内选样碎样、化学前处理、仪器测试和数据处理与解释6个步骤。由于化学地层学的研究涉及的环节众多，且学科涵盖面广泛，这些都要求研究人员具有较高的科研素养和较为丰富的知识结构。此外，化学地层学所研究的对象是经历了漫长地质作用改造的复杂地质体。因此，以上任何一个环节的疏漏都将影响最终结果的正确性。下面将结合化学地层研究的6个主要步骤逐一介绍基本的工作方法和有关注意事项。

10.4.1　区域地质背景调研

开展区域地质背景的调研是确定化学地层学研究是否能够达到预期目标的关键一步。区域地质背景的调研通常包括文献资料调研和实地踏勘调研两部分。在对研究区域化学地层研究目标或科学问题确定后，通常第一步是要进行相关文献调研，包括确定研究区域是否有目标地层出露、地层岩性及保存状态如何、古地理与古构造特征如何、前人在此研究区域相关地层和相关科学问题上研究程度如何等基础信息。第二步，选择、确定目标剖面并对研究区和目标剖面开展野外踏勘，以掌握必要的实地野外相关情况。通常，如果研究人员对目标区或目标剖面较为熟悉，则实地踏勘调研这一步可以省略。总之，相关文献调研和实地踏勘的结果应该对以下两个问题能给予肯定回答方可开展下一步:①在理论上所设计的化学地层学研究是否有可能实现研究目标或解决所研究的科学问题?②所采用的化学地层学指标是否可行?例如，Li et al．(2010)采用铁组分化学和硫同位素方法对晚新元古代埃迪卡拉纪古海洋化学空间结构的重建研究，这一科学目标要求研究区出露地层在空间上具有明确的水深梯度分布且目标地层保存良好和有足够的碎屑含量。文献调研与实地调查显示我国的新元古代华南盆地陡山沱组完全能够满足以上要求，预期可以实现相关研究目标。特别需要注意的是对区域地质背景调研一定要充分。由于化学地层学的研究成本很高，且很多分析耗时费力，充分的前期调研将避免由于重复研究、无意义研究所带来的重大成本浪费。

10.4.2　野外采样

在野外采样之前需在前期文献和野外调研的基础上根据本研究的科学目标或科学问题制订相应的采样方案。这包括采样剖面、采样密度、样品大小等细节。这些细节在野外采样工作中可以根据实际情况给予相应修正。在野外，如果是新剖面，首先需要对采样剖面进行必要的岩石地层学测量和画出准确的岩性地层柱状图。在此基础上可以进一步修正采样方案。由于地层中化学元素和同位素的原生信息常常受成岩－后生作用改造(如温度、压力和流体等因素)以及表生氧化、风化的影响而发生变化。因此，在野外采样时应尽可能避免风化露头，尽量采集未经变质的新鲜样品。如果条件允许，应获取岩芯样品。由于不同的化学地层学指标对样品质量的要求不同，因此，具体采样标准应该视研究指标而定。例如:铁组分化学要求样品要足够新鲜且最好具有足够的碎屑含量，Mo微量元素分析则对样品的新鲜程度要求相对较低，碳酸盐晶格中微量硫酸盐(CAS)分析则要求样品中含有足够的碳酸盐含量且样品量也相对较大。野外采样中，一个基本原则是要尽可能选取新鲜样品，且如有可能，应一次性采够所有化学地层学分析项目所需的样品量。野外采样需要有详细的野外记录，这除了包括样品编号、采样层位、样品岩性和研究用途等信息外，还需要特别注意的是，对样品采集地层的相关地质现象的记录，如沉积构造、岩性变化、地层接触界面特征、古生物化石等。这些基本地质现象将有助于后期的数据解释和相关科学问题的探讨。

10.4.3　室内选样碎样

通常实际分析的样品数量要比野外采集样品的数量少。在开展全面室内化学分析前需要对采集来的样品根据研究目的和分析基本要求进行筛选。每个要分析的样品都应该有明确的研究使命。在室内选样时，可以将样品按采集层位进行剖面复原，然后根据研究目标对样品进行筛选。例如，对关键变化层位通常要加大样品密度以求得数据能够反映关键层位的精细变化。进一步，根据分析指标对样品的要求对样品进行肉眼、镜下薄片观察和其他仪器观察或化学筛选，从而选择那些尽可能接近原生状态的样品作为直接的分析对象。对于苛求原生状态的碳、氧稳定同位素分析研究，最好能够伴随一对一的阴极发光和镜下观察等筛选工作。总之，只有确定了各目标样品的原生性状之后方可开展碎样工作。

元素与同位素化学地层学分析通常要求样品测试粒度在200目以下。我们推荐使用能够一次完成50g样品粉碎的盘磨仪来碎样。它的好处是一次性能够将所有足量待测样品准备完毕，且样品经过盘磨混合达到高度均一，从而避免了由于样品不均一可能导致的各类化学地层分析数据不匹配。在碎样过程中有两点需要特别注意:①大块样品在破碎至小块样品时应注意大块样品内部是否与表面一致。例如，在沉积黄铁矿硫同位素分析时，一定要确认每一小块样品不能含有肉眼可见的黄铁矿条带或颗粒(后期成岩过程来源)，否则所得数据就不能如实反映样品沉积时水体形成黄铁矿的硫同位素组成。②避免碎样过程对样品的污染。这包括碎样器具对样品的污染和样品之间交叉污染两部分。对于一些元素化学地层学分析要特别注意盘磨仪磨盘材质的选择，应避免磨盘材质含有大量目标元素。例如，对于微量元素的分析，最好选择刚玉材质磨盘。不同样品之间应彻底清洗研磨器具以确保将样品之间交叉污染的可能性降至最低。

10.4.4　化学前处理

化学前处理是样品上机测试的前提。不到位的化学前处理常常是导致化学地层学研究得出错误结论的原因之一。每一种发展成熟的化学地层学指标应该都有其一套标准的化学前处理方法。尽管如此，化学前处理要求研究人员具有较扎实的化学功底和实验操作技能，而这往往是地质工作者的弱项。在实际工作中，化学前处理连同后续的仪器测试通常都交由或前往相关专业实验室完成。然而，需要特别注意的是无论是送样人员还是研究人员自行分析，研究人员都应该对目标指标的化学分析过程和原理有较为清楚的了解，这对于判断所获得数据的可靠性具有重要的意义。通常化学前处理分析应该有空白样、标准样、重复样等质量控制手段以确保化学前处理的可靠性。

10.4.5　仪器测试

仪器测试是获得原始数据的重要环节。与样品化学前处理一样，不准确的仪器测试也常常是导致化学地层学研究得出错误结论的原因之一。因此，仪器测试部分应该在专业实验室完成。由于不同仪器具有不同的测试范围、准确度和精确度，不同指标测试应选择合适的分析仪器。通常情况下，质量数较小的元素的同位素分析采用同位素比值质谱(IRMS)分析，而质量数较大的重金属元素的同位素则采用多接收杯等离子体质谱(MC－ICP－MS)分析;固体样品中主量元素分析常采用X射线荧光光谱(XRF)。一般情况下，手持式XRF(能量色散型)则能满足主量元素的半定量分析，而准确的主量元素分析需要经过熔片后通过台式XRF(波长色散型)测定。液体样品中主量元素可以采用原子吸收光谱(AAS)、原子发射光谱(AES)等仪器测定，由于AAS每次只可以测定一种元素，因此，通常只适用于待分析元素数量较少的样品;ICP－AES则可以实现多元素的同时分析。痕微量元素含量(例如稀土元素等)与同位素分析等则需要等离子质谱(ICP－MS)，甚至多接收杯等离子体质谱来分析。无论何种仪器分析，同化学前处理一样，整个分析过程需要有空白样、标准样、重复样等质量控制手段以确保仪器分析结果的可靠性。当然，元素及同位素分析仪器的选择还是要具体情况具体分析，需要根据样品中待测元素的浓度范围、基质情况等选择合适的分析仪器。

10.4.6　数据处理与解释

当获取化学地层学原始数据后，应对原始数据进行如下步骤的处理:①对数据的分析质量给予判断。这主要依靠化学前处理和仪器分析时的质量控制结果。例如:空白样是否有重要本底，标准样的精确度与准确度如何，重复样重现性如何等。②当数据分析质量过关后，对获得的数据进行内部与外部合理性检查。这一判断将有助于了解所获得的原始数据是否反映了样品的原始信息。不同的化学地层学指标判断的方式各不相同。例如，判断碳酸盐碳同位素地层学数据是否含有成岩作用改造的信号，通常要检查所获得的碳、氧同位素数据之间是否有明确的正相关性等。③当原始数据被证明确实反映地层沉积时的原始信号后，便可以结合具体的研究目标和科学问题对其进行相应处理和解释。一般情况下，会首先将获得的数据对地层深度绘制关系曲线，以判断化学信号的地层学特征，进而对地层沉积序列、沉积环境及其区域空间对比进行更深入的研究，最后对其所研究的科学问题给予回答。在数据解释方面需要特别注意两点:①由于地层元素与同位素化学属性具有强烈的空间差异性，因此，对以往通过单一剖面研究便得出区域甚至全球性结论的做法应该持谨慎态度;②由于化学地层学数据本身具有多解性，且还可能受多种因素影响而不能正确反映地层沉积时的原始信息，因此，化学地层学的数据应该结合其他地层学的数据，如岩石地层学、年代地层学、生物地层学的数据等来共同讨论，只有这样得出的结论才更客观、更可靠。