化学地层学概述

化学地层学(Chemostratigraphy或Chemical Stratigraphy)是地层学领域近30年来兴起的一门将传统地层学与地球化学融为一体的交叉学科，是通过研究化学元素和稳定同位素等化学信号在地层中的时间与空间分布特征，从而对区域乃至全球地层对比和划分以及地层形成环境进行研究的一门学科。其基本方法是分析测量保存于地层中的各种化学信号，绘制化学信号与地层深度(时间演化)的关系曲线，判别化学信号的地层学特征，进而对地层沉积序列、沉积环境及其时空分布进行对比研究。由于对地层化学信号的提取在一定程度上可以实现较高的分辨率(可达毫米级)，在生物地层学和其他地层学方法分辨率都受到限制的情况下，特别是前寒武纪缺乏宏体化石的“哑”地层，化学地层学的研究可以极大地提高地层划分对比和古环境重建的精度。这里，需要特别指出的是本章中的化学地层学概念主要涉及地层中的元素含量及其稳定同位素组成的探讨，而地层中的有机分子(有机化合物)含量及其稳定同位素组成的探讨被列为本书第17章“分子地层学”的范畴。

化学地层学的概念在我国最先由侯德封在20世纪50年代末提出(侯德封，1959a，1959b)。随后，叶连俊等(1964)、陈晋镳等(1980)都发表过与化学地层学有关的论著。McLennan SM(1982)、秦正永(1991)和吴瑞棠，王治平(1994)后来分别对化学地层学的概念、理论、方法及实际应用研究作了较系统的阐述。近20年来，随着地球化学分析技术，特别是多接收杯等离子体质谱(MC－ICP－MS)和同位素比值质谱(IRMS)技术的突飞猛进，许多以前较难测定的元素和同位素可以被快速而准确测定;此外，随着人们对越来越多的元素和同位素地球化学过程与原理认识的不断深入，由这些元素含量或同位素所构建的一些新颖高效指标也得以不断地被运用于化学地层学的研究中。这些新技术和新指标的运用使得化学地层学在区域/全球地层的划分对比(例如:吴瑞棠，王治平，1994;王自强等，2006;Zhu et al．，2007，2013;Zhao et al．，2009;Luo et al．，2010;Tahata et al．，2013)和地层沉积环境的重建(例如:Hoffman et al．，1998;Shen et al．，2003;Hurtgen et al．，2006;Wang et al．，2008;Li et al．，2010;Sun et al．，2012;Li et al．，2015)等关键应用领域均取得了一系列重要成果。近年来，随着新技术和新指标的不断发展和运用，化学地层学在地层沉积环境重建领域上，不仅应用于传统的狭义地层水体沉积环境的重建，还扩展到地球大气－海洋演化的重建(例如:Scott et al．，2008;Frei et al．，2009;Arnold et al．，2004;Partin et al．，2013;Planavsky et al．，2014;Guibaud et al．，2015)、海洋大型有机碳库演化(例如:Fike et al．，2006;McFadden et al．，2008;Swanson－Hysell et al．，2010; Wang et al．，2015)、古气候重建(例如:Lear et al．，2000;Yan et al．，2010;Sun et al．，2012)以及古代甲烷活动(例如:Sarkar et al．，2003;Musashi et al．，2001;Padden et al．，2001;Kennett et al．，2000;Wang et al．，2008)等广义沉积环境的重建。

本章将重点介绍科研与生产中最为常见，也最为重要的元素化学地层学和稳定同位素化学地层学的基本原理和方法，并对其在地层划分对比和沉积环境重建等关键应用领域近年来所取得的重要进展给予概括和总结。