沉积地球化学的发展和应用主要体现在如下几个方面:①根据沉积岩的地球化学元素含量及变化特点，判断沉积岩形成时的介质条件及其地球化学环境;②沉积物源区构造背景分析;③示踪大陆壳成分;④“哑”地层中的地层对比。
沉积物的沉积过程中，沉积物与介质之间存在着复杂的地球化学平衡，在一定条件下，沉积物可以对元素进行吸附、络合或释放。沉积物中元素的丰度主要取决于元素本身的性质，同时也取决于物质的来源(如母岩成分和性质)、搬运介质的性质、载荷体的粒度、搬运距离、气候条件、生物影响等，特别是沉积场所和介质性质对元素丰度有重要的制约作用。
细粒沉积物中的微量元素和稀土元素已广泛应用于沉积源区、构造背景的确定及大陆生长的分析(Taylor et al.，1985;Gibbs et al.，1986)。这些元素在水体中停留的时间非常短而快速进入到细粒沉积物中，对层内溶蚀作用非常不敏感(Milliken et al.，1990)，稀土分配模式从源岩到沉积物没有明显的变化(Ronov et al.，1984;Taylor et al.，1985)，元素比(如La/Sc，Co/Th，Th/Sc等)在沉积和变质作用过程中也具有较强的抗迁移性(Condie et al.，1984;Vance et al.，1987;Cullers et al.，1987)，因而，对塔里木北部地区古近系-白垩系地层元素丰度、组合特征及变化规律的综合分析，结合一些其他环境指标，可以更为合理正确地解释沉积环境、重建古地理背景。
(一)常量元素分析
研究工作中，分别选取吐北1井、克拉3井、依南2井、吐孜2井、野云2井、迪那201井、东秋5井、提2井、台2井、牙哈4井、东河8井、英买1井、玉东2井、却勒101井、沙南1井共15口井白垩系、古近系砂岩、粉砂岩和泥岩进行了常量元素分析。可以看出，塔里木北部地区内北部山前带及西部井区主要为中等Si或低Si岩石，而坳陷前缘隆起带英买力地区、轮台、提尔根地区主体为高Si岩石，如英买1井SiO2含量可达88.45%～92.75%。沙南构造的沙南1井SiO2含量也较高，达77.76%～79.84%。研究区岩石化学风化基本处于中等偏弱的程度，主体以物理风化为主，沙南构造的沙南1井具有最高的风化程度，可能该区化学风化作用较强。坳陷前缘隆起带也具有较高的风化程度，北部山前带及西部地区总体风化指数低，风化程度弱。沙南1井为过铝质的成分，前缘隆起带普遍具有较高的铝质含量，山前带普遍具有低的铝质含量，相对来说，野云2井、克拉3井白垩系具有较高的铝质含量。北部山前带具有较低的K2O/Na2O比值，而前缘隆起带具有较高的K2O/Na2O比值，野云2井白垩系也具有较高的K2O/Na2O比值。
从塔里木北部地区白垩系碎屑岩样品的主要化学成分相关图看，TiO2含量与Al2O3含量呈正相关，与MgO和MnO相关性不明显，Fe2O3与MgO含量有一定相关性，山前带岩石MgO和MnO含量相对高于前缘隆起带的岩石;SiO2含量与K2O/Na2O没有明显的相关性，说明塔里木北部地区岩石整体贫钾，长石类矿物不发育。将塔里木北部地区白垩系砂岩主要化学成分以Bhatia(1983)图解为标准进行投点，发现研究区的样品主要落在被动陆源区内，与砂岩碎屑成分判别结果一致(图3-7)。
根据对塔里木北部地区古近系碎屑岩样品主要化学成分进行的相关分析，TiO2含量与Al2O3含量相关性非常明显，而与MgO和MnO相关性不明显，Fe2O3与MgO含量有一定相关性，山前带岩石MgO和MnO含量相对高于前缘隆起带的岩石;SiO2含量与K2O/Na2O没有明显的相关性，说明塔里木北部地区岩石整体贫钾，长石类矿物不发育。
将塔里木北部地区古近系砂岩主要化学成分以Bhatia(1983)图解为标准进行投点，发现样品明显可以分为为几种类型，山前带的样品主要落在活动陆源区内，前缘隆起带的样品主要落在被动陆源区内，而西部却勒、玉东及坳陷内东秋5井的样品则比较分散，有部分样品落在活动陆源区，与砂岩碎屑成分判别结果完全一致(图3-8)。
图3-7 塔里木北部地区白垩系碎屑岩主要化学成分的构造环境判别图解
(二)微量元素分析
现有研究结果表明，不同的岩石组合微量元素丰度具有不同的分配状态和类型，利用这些元素的分配类型可以区分建造类型，确定陆源区的构造性质。一些微量元素，如Sr，Ba，B，Ga，及Sr/Ba比值和B/Ga比值，亦常用来分析沉积环境的介质条件。如斯特拉霍夫(1960)将潮湿气候条件下微量元素概括为稳定和非稳定两类及六种亚型，Bhatia(1983)建立了澳大利亚东部古生代杂砂岩不同构造背景下微量元素的分布模式。
研究中分析了不同层位、不同地区砂岩、泥岩的微量元素特征。从分析结果看，V，Cr，Co，Ni等典型铁族元素含量明显低于地壳平均值。古近系泥岩中具有相对高的铁族微量元素含量，如迪那201井、牙哈4井、提2井泥岩;对于砂岩来说，北部山前带如吐孜、迪那及西部玉东、却勒地区样品具有较高的铁族微量元素含量，而前缘隆起带的样品如英买1井、台2井等铁族微量元素含量较低(图3-9)。以Ni含量与TiO2含量进行图解判别，发现大部分样品处于酸性岩区(图3-10)。白垩系的样品，仍然是北部山前带的样品铁族微量元素含量相对稍高(图3-11)，以Ni含量与TiO2含量进行图解判别，发现部分样品处于酸性岩区，大部分样品比较分散(图3-10)。研究区硼含量低，绝大部分均小于80×10-6，反映一种陆相沉积特征，只在吐北1井、东秋5井、牙哈4井的一些泥岩样品出现有较高的硼含量，这可能与其中含石膏有关。据Sr/Ba和B/Ga比值判断，基本上反映其为陆相淡水环境产物。
(三)稀土元素地球化学特征
由于稀土元素在成岩过程中不易被改造，可据之恢复原始母岩，根据其配分模式恢复母岩也就成为目前物源区分析中应用最广、也是最有效的地球化学方法和手段之一，无论是砾岩还是砂岩、泥岩均可采用标准化后的REE分析数据进行对比，解释母岩性质。Bhatia(1983)总结出的不同构造背景下杂砂岩的REE特征模式及有关图解是目前主要的应用依据(表3-3)。
图3-8 塔里木北部地区古近系碎屑岩主要化学成分的构造环境判别图解
图3-9 塔里木北部地区古近系典型铁族微量元素分布相同井号表示不同井号样品，以下图同
图3-10 塔里木北部地区古近系、白垩系碎屑岩样品的Ni-TiO2图解
塔里木盆地北部地区中、新生界层序地层、沉积体系与储层特征
图3-11 塔里木北部地区白垩系典型铁族微量元素分布图
表3-3 各种构造背景下杂砂岩的REE参数(wB)
注:下标N表示经标准校正换算，Eu*为球粒陨石标准值。(据Bhatia，1985)
塔里木北部地区碎屑岩样品的稀土总量变化较大，分布区间为(18.822～205.034)×10-6，总体上，泥岩稀土总量高于砂岩与粉砂岩。
1.白垩系碎屑岩稀土组成特征
对于白垩系砂岩，北部山前带砂岩稀土总量大于前缘隆起带砂岩，如克拉3井、野云2井(图3-12)。从LREE/HREE比值看，明显富集轻稀土。
图3-12 塔里木北部地区白垩系碎屑岩稀土总量分布直方图
(La/Yb)N是稀土元素球粒陨石标准化图解中曲线的斜率，反映稀土元素的富集程度，斜率大于1，曲线右倾斜，富集轻稀土;斜率约等于1，稀土配分为球粒陨石型;斜率小于1，则为轻稀土亏损型。塔里木北部地区内白垩系碎屑岩样品稀土配分曲线明显大于1，以轻稀土富集为主。
(La/Sm)N反映了轻稀土之间的分馏程度，此值越大，轻稀土越富集。从分析结果看，(La/Sm)N值在野云2井相对较高，表明其轻稀土富集;(La/Sm)N在东河8井最低。
(Gd/Yb)N反映了重稀土之间的分馏程度，其值越小，重稀土富集程度越高。(Gd/Yb)N值在吐北1井和野云2井较低。
从δEu数值看，东河8井、玉东2井高于北部山前带的野云2井、克拉3井和吐北1井，说明北部山前带岩石具有更为显著的Eu异常。
2.古近系碎屑岩稀土组成特征
古近系碎屑岩稀土元素总量具有比白垩系碎屑岩更大的变化区间，为(18.822～205.034)×10-6(图3-13)。泥岩均具有较高的稀土总量，相对于砂岩而言，西部的却勒101井、沙南1井具有较高的稀土总量，北部山前带东部地区依南2井区、吐孜井区、迪那井区也具有较高的稀土总量，北部山前带的西部吐北、克拉井区及南部前缘带的轮台、牙哈、提尔根地区稀土总量均较低，英买1井区具有最低的稀土总量，可能与其石英含量高有关。一般认为砂岩中石英对稀土起稀释作用，石英含量愈高，其稀土总量愈低。古近系碎屑岩全部富轻稀土，从δEu数值看，塔里木北部地区内古近系绝大部分样品为Eu负异常，但在英买1井出现了Eu正异常，可能与该地区砂岩中较高的石榴子石含量有关。
3.稀土配分模式
以球粒陨石标准值对塔里木北部地区样品进行标准化，其稀土分布模式基本类似，均为轻稀土富集、重稀土亏损型，重稀土端较平坦(图3-14至图3-17)。从各样品稀土配分模式图可以看出，在英买1井古近系样品出现明显的异常。
图3-13 塔里木北部地区古近系碎屑岩稀土总量分布直方图
图3-14 迪那201井不同井段碎屑岩稀土配分模式
图3-15 玉东2井不同井段碎屑岩稀土配分模式
图3-16 克拉3井不同井段碎屑岩稀土配分模式
图3-17 台2井不同井段碎屑岩稀土配分模式