酒西盆地紅柳峽地區(qū)下白堊統(tǒng)烴源巖孢粉相與沉積古環(huán)境特征

馬 博，吉利明，張明震，金培紅，苑伯超，龍禮文

（1.中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，蘭州 730000；2.現(xiàn)代古生物學(xué)和地層學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所），南京 210008；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4.中國石油玉門油田分公司勘探開發(fā)研究院，甘肅酒泉 735019；5.中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院，蘭州 730020）

0 引言

酒西盆地屬于勘探程度相對(duì)較高的典型陸相生油盆地，在下白堊統(tǒng)湖相沉積中發(fā)育主要烴源巖和優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)集層，自下而上可分為赤金堡組（K1c）、下溝組（K1g）和中溝組（K1z）［1-2］，其中赤金堡組和下溝組部分層段發(fā)育優(yōu)質(zhì)烴源巖，而中溝組主要發(fā)育中等烴源巖［3］。由于目前揭示赤金堡組的鉆井較少，前人的研究重心主要集中在下溝組烴源巖與儲(chǔ)集層特征［3-5］、有機(jī)質(zhì)組成［6］和沉積充填演化特征［7］等方面。下溝組是盆地內(nèi)的主力烴源巖，由富藻紋層湖相泥巖、泥質(zhì)白云巖和白云質(zhì)泥巖等組成，有機(jī)質(zhì)以低等浮游生物為主兼有高等植物輸入，盆地內(nèi)主要發(fā)育扇三角洲和湖底扇沉積體系［8］。紅柳峽地區(qū)位于盆地邊緣地帶，下溝組烴源巖有機(jī)顯微組分主要為腐殖無定形體、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅲ型，以陸源高等植物輸入為主［6，9］，發(fā)育三角洲—濱淺湖相沉積［9-10］。而彭楠等［11］則認(rèn)為紅柳峽地區(qū)下溝組主要發(fā)育深湖相沉積。下溝組沉積期潮濕與半干旱氣候交替出現(xiàn)［12］，古鹽度呈現(xiàn)正常湖泊兼有微咸化的特點(diǎn)［12-13］，Jin 等［14］根據(jù)孢粉研究認(rèn)為下溝組沉積期普遍潮濕且晚期更加潮濕，而Chen 等［13］根據(jù)元素比值分析認(rèn)為下溝組沉積期氣候較為干旱。此外，相關(guān)研究表明下溝組發(fā)育有較為罕見的湖相“白煙型”噴流巖［15］。

針對(duì)下溝組有機(jī)質(zhì)組成和沉積古環(huán)境，前人開展了大量的研究工作，但選樣位置分散，且屬于下溝組的不同層段，難以系統(tǒng)反映下溝組整體的古環(huán)境及其演化過程。另外，對(duì)紅柳峽地區(qū)下溝組沉積古環(huán)境的認(rèn)識(shí)大都基于古生物化石和沉積相的研究，導(dǎo)致目前的認(rèn)識(shí)仍不一致。

鑒于以上問題，利用紅柳峽地區(qū)岔溝剖面下白堊統(tǒng)的良好露頭，在下溝組系統(tǒng)采樣，開展詳細(xì)的孢粉相和元素地球化學(xué)分析，研究下溝組烴源巖有機(jī)質(zhì)組成和沉積古環(huán)境特征及其演化規(guī)律，為酒西盆地下溝組烴源巖生烴潛力評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

酒西盆地處于北祁連造山帶、阿爾金斷裂帶和阿拉善地塊的交匯部位［16］，是河西走廊西端“小而肥”的含油盆地。屬于早白堊世斷陷和新生代坳陷構(gòu)成的中、新生代疊合盆地［17-18］。盆地被西側(cè)阿爾金斷裂、北側(cè)寬灘山—黑山斷裂、南側(cè)祁連山北緣斷裂以及東側(cè)嘉峪關(guān)—文殊山斷裂所限，面積約為2 700 km2。阿爾金左旋走滑斷裂帶和祁連山北緣逆沖推覆斷裂帶在盆地演化過程中多次活動(dòng)并形成了一系列不同級(jí)次的派生斷裂，控制了盆地不同時(shí)期的構(gòu)造格局和沉積充填與演化特征（圖1）。

圖1 酒西盆地區(qū)域地質(zhì)圖與紅柳峽岔溝剖面位置Fig.1 Regional geological map of Jiuxi Basin and location of Chagou profile in Hongliuxia area

酒西盆地在早白堊世主要經(jīng)歷了斷陷形成、擴(kuò)張發(fā)展和萎縮消亡3 個(gè)階段，分別發(fā)育了赤金堡組、下溝組和中溝組沉積。早白堊世早期（赤金堡組沉積期），研究區(qū)在伸展構(gòu)造背景下開始了初始斷陷［11］，產(chǎn)生了一系列北東向展布的正斷層并將盆地分割成大小不一的半地塹式箕狀斷陷［19］；早白堊世中期（下溝組沉積期）斷陷持續(xù)擴(kuò)張發(fā)展，同時(shí)伴隨強(qiáng)烈的熱液和火山活動(dòng)，在旱峽和紅柳峽地區(qū)形成了基性火山巖，在斷陷沉積中心發(fā)育了熱水沉積巖；早白堊世末期（中溝組沉積期）的晚燕山運(yùn)動(dòng)使盆地發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，終止了斷陷盆地的演化［7］；在新生代由于印度板塊與歐亞板塊發(fā)生碰撞和阿爾金斷裂帶活動(dòng)的影響，北祁連造山帶向北推覆并在盆地內(nèi)形成一系列推覆體，盆地大幅沉降，逐漸演化為擠壓型的前陸盆地并沉積了巨厚的新近系。

早白堊世盆地內(nèi)的沉積環(huán)境總體上表現(xiàn)為早期以三角洲和湖相為主，中期主要發(fā)育湖相，局部地區(qū)發(fā)育三角洲相，晚期以河流相為主，局部地區(qū)發(fā)育湖相［11］。赤金堡組沉積期，各斷陷內(nèi)發(fā)育沖積扇—河流相粗碎屑沉積和湖相細(xì)碎屑沉積；下溝組沉積期與赤金堡組類似，主要發(fā)育了一套半深湖—深湖相的暗色泥巖和水下扇沉積，構(gòu)成了盆地內(nèi)良好的烴源巖與儲(chǔ)集層；中溝組沉積期，湖盆逐漸萎縮衰亡，整體發(fā)育沖積扇—河流相粗碎屑，僅在部分地區(qū)（旱峽）發(fā)育湖相沉積。酒西盆地下溝組主要出露于新民堡、旱峽、紅柳峽和下溝地區(qū)，與下伏的赤金堡組呈整合接觸，可進(jìn)一步細(xì)分為下段（K1g0）、中段（K1g1）和上段（K1g2+3）［20］，其中紅柳峽地區(qū)下溝組以灰黑色粉砂巖和泥頁巖為主，夾有灰黃色砂巖和礫巖，主要為三角洲—濱淺湖亞相沉積［10］。

酒西盆地紅柳峽地區(qū)岔溝剖面位于甘肅省酒泉市赤金鎮(zhèn)以西約12 km 處（圖1），剖面近南北走向，長度約為1.5 km。其中下溝組出露厚度約為420 m，下段以灰黑色泥巖為主，中段灰黑色泥巖、棕紅色礫巖和灰黃色砂巖交替發(fā)育，上段主要為灰黑色泥巖和灰色粉砂質(zhì)泥巖夾少量砂巖。在岔溝剖面下溝組由底至頂共計(jì)取樣50 塊，巖性以灰黑色泥巖和粉砂質(zhì)泥巖為主。

2 孢粉相特征

2.1 孢粉相分析方法

孢粉相分析在甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［21］，采用經(jīng)典的HCl-HF 酸解法［22］。選取30～50 g 樣品粉碎至直徑2～3 mm的顆粒后置于塑料燒杯中，加入10%的HCl 去除樣品中的碳酸鹽巖，再用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性后加入70%的HF 以去除樣品中的硅質(zhì)巖，再次洗至中性后將剩余的酸解殘留物進(jìn)行離心處理，將最終獲得的孢粉有機(jī)質(zhì)（PM，Palynological Organic Matter）制片后在顯微鏡下進(jìn)行鑒定和統(tǒng)計(jì)。每個(gè)樣品至少統(tǒng)計(jì)200 粒孢粉有機(jī)質(zhì)，并計(jì)算各類有機(jī)組分的相對(duì)含量和有機(jī)質(zhì)類型指數(shù)TI（Type Index）。參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［23］，TI計(jì)算公式如下

式中：a，b1，b2，c1，c2和d分別代表腐泥組（腐泥無定形+藻類體）、樹脂體、殼質(zhì)組（角質(zhì)體+木栓質(zhì)體+孢粉體+菌孢體+腐殖無定形+底棲藻無定形）、富氫鏡質(zhì)體、正常鏡質(zhì)體和惰質(zhì)組的體積分?jǐn)?shù)。TI值大于80，80～40，40～0 和小于0 分別代表Ⅰ型、Ⅱ1型、Ⅱ2型和Ⅲ型有機(jī)質(zhì)。

2.2 孢粉有機(jī)質(zhì)分類方案

原始的孢粉有機(jī)質(zhì)在經(jīng)過各種地質(zhì)作用后會(huì)遭受不同程度的破壞或降解，導(dǎo)致其來源不易判斷，所以有關(guān)孢粉有機(jī)質(zhì)的統(tǒng)一分類和命名問題至今尚未達(dá)成共識(shí)［24］。雖然孢粉相分析結(jié)果受孢粉有機(jī)質(zhì)分類方案的影響相對(duì)較小，但是對(duì)不同研究對(duì)象采用合適的分類方案仍是必要的［25］。參考Ercegovac和Kosti?［24］以及Zhang 等［26］的孢粉有機(jī)質(zhì)分類方案，共識(shí)別出以下組分：（1）無定形有機(jī)質(zhì)（AOM，Amorphous Organic Matter），包括顆粒狀和凝膠化無定形。（2）孢型（Palynomorphs），包括藻類體和孢粉體。（3）植物碎屑（Phytoclasts），包括木質(zhì)組織、角質(zhì)體、木栓質(zhì)體、凝膠化木質(zhì)及絲炭。按照有機(jī)質(zhì)類型指數(shù)（TI）大于80，80～40，40～0 和小于0 分別代表Ⅰ型、Ⅱ1型、Ⅱ2型和Ⅲ型有機(jī)質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)下溝組進(jìn)行了有機(jī)質(zhì)類型劃分（圖2）。

圖2 紅柳峽岔溝剖面下溝組孢粉有機(jī)質(zhì)含量與孢粉相劃分Fig.2 Palynological organic matter contents and palynofacies classification of Xiagou Formation of Chagou profile in Hongliuxia area

2.3 孢粉相劃分

嚴(yán)格來講，一個(gè)孢粉有機(jī)質(zhì)集合就可認(rèn)為是一個(gè)孢粉相，但這種觀點(diǎn)不利于所解釋孢粉相的實(shí)際應(yīng)用，因此宏觀上將具有相似孢粉有機(jī)質(zhì)組成的樣品劃歸為一個(gè)孢粉相［25］。根據(jù)紅柳峽地區(qū)下溝組50 個(gè)樣品的孢粉有機(jī)質(zhì)相對(duì)含量，將其劃分為3 個(gè)孢粉相（圖2）。

（1）孢粉相A（植物碎屑—無定形組合）。主要發(fā)育在下溝組下段（0～105.2 m）和上段（333.7～420.0 m），以含大量木質(zhì)組織（體積分?jǐn)?shù)為37.8%～75.5%，平均值為66.9%）和無定形（體積分?jǐn)?shù)為11.4%～52.1%，平均值為20.2%）為主要特征。

（2）孢粉相B（無定形組合）。零星發(fā)育在下溝組下段和上段，含大量無定形（體積分?jǐn)?shù)為51.3%～85.2%，平均值為66.6%）和少量木質(zhì)組織（體積分?jǐn)?shù)為11.5%～40.3%，平均值為26.8%）。

（3）孢粉相C（植物碎屑組合）。下溝組各層段均有發(fā)育但在中段（105.2～333.7 m）集中出現(xiàn)，以含大量木質(zhì)組織（體積分?jǐn)?shù)為67.0%～93.8%，平均值為82.0%）、部分絲炭（體積分?jǐn)?shù)為4.8%～15.2%，平均值為9.5%）和少量孢型（體積分?jǐn)?shù)為0.0%～21.2%，平均值為4.6%）為特征。

2.4 孢粉有機(jī)質(zhì)分布特征

前人研究表明盆地內(nèi)下溝組烴源巖有機(jī)顯微組分主要為無定形體（包括腐泥和腐殖無定形體）、藻類體、孢粉體和殼屑體［6］。本次研究系統(tǒng)分析了紅柳峽地區(qū)下溝組烴源巖孢粉有機(jī)質(zhì)的組成及其在縱向上的變化特征。結(jié)果表明：①下溝組下段孢粉相A，B 和C 交替出現(xiàn)，出現(xiàn)頻率分別為22.2%，25.9%和51.9%，以孢粉相C 為主。孢粉有機(jī)質(zhì)主要為木質(zhì)組織（體積分?jǐn)?shù)平均為65.2%），其次為無定形組分（體積分?jǐn)?shù)平均為21.8%），孢粉含量較少（體積分?jǐn)?shù)平均為5.3%），總體上顯示以陸源高等植物輸入為主的特征，部分層段無定形含量較高，顯示以低等水生生物輸入為主。孢粉體是植物的生殖細(xì)胞，其顏色隨成熟度的增大而加深，成熟度較低時(shí)在透射光下通常呈淡黃色—黃色［圖3（a）］，藍(lán)光激發(fā)下顯示橙色熒光［圖3（b）］；角質(zhì)體來源于植物的角質(zhì)層，在透射光下通常呈淡黃色［圖3（c）］，藍(lán)光激發(fā)下顯示橙色熒光［圖3（d）］；無定形可分為凝膠化無定形和顆粒狀無定形，前者含量較高，在透射光下主要呈現(xiàn)深褐色［圖3（e），（g）］，藍(lán)光激發(fā)下顯示微弱的暗黃色熒光［圖3（f），（h）］，一般由陸源高等植物經(jīng)細(xì)菌強(qiáng)烈改造而成，后者含量較低，為藻類或細(xì)菌來源［26］，在透射光下呈現(xiàn)棕色—褐色［圖3（i）—（l）］，藍(lán)光激發(fā)下基本無熒光顯示，推測(cè)是由于經(jīng)歷了強(qiáng)烈降解或樣品風(fēng)化導(dǎo)致。②下溝組中段孢粉相C 占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，孢粉有機(jī)質(zhì)主要為木質(zhì)組織（體積分?jǐn)?shù)平均為84.1%）和絲炭（體積分?jǐn)?shù)平均為10.3%），無定形含量較低（體積分?jǐn)?shù)平均為2.6%）。木質(zhì)組織由棕色木質(zhì)［圖3（m）—（n）］和黑色木質(zhì)［圖3（o）］組成，其中棕色木質(zhì)可呈現(xiàn)部分凝膠化結(jié)構(gòu)［圖3（m）］，藍(lán)光激發(fā)下均無熒光顯示。絲炭在透射光下主要呈現(xiàn)尖銳邊緣的黑色條形結(jié)構(gòu)［圖3（p）］，通常形成于野火或木質(zhì)組織被強(qiáng)烈氧化［25］。③下溝組上段孢粉相特征與下段類似，孢粉相A，B 和C 出現(xiàn)頻率分別為50.0%，12.5% 和37.5%，以孢粉相A 為主，孢粉有機(jī)質(zhì)主要為木質(zhì)組織（體積分?jǐn)?shù)平均為60.8%），其次為無定形（體積分?jǐn)?shù)平均為29.3%），顯示以陸源高等植物輸入為主的特征。

圖3 紅柳峽地區(qū)下溝組孢粉有機(jī)質(zhì)鏡下特征（a）孢粉體，透射光下呈淡黃色，X-12；（b）與（a）為同一視域，孢粉體在藍(lán)光激發(fā)下呈橙色熒光；（c）角質(zhì)體，透射光下呈淡黃色，X-6；（d）為（c）的同一視域，角質(zhì)體在藍(lán)光激發(fā)下呈橙色熒光；（e）凝膠化無定形，透射光下呈深褐色—棕黑色，X-4；（f）為（e）的同一視域，凝膠化無定形在藍(lán)光激發(fā)下呈暗黃色熒光；（g）凝膠化無定形，透射光下呈棕黑色，X-27；（h）為（g）的同一視域，凝膠化無定形在藍(lán)光激發(fā)下呈暗黃色熒光；（i）—（l）顆粒狀無定形，透射光下呈棕色—褐色，藍(lán)光激發(fā)下無熒光顯示，X-23，X-23，X-23，X-47；（m）棕色木質(zhì)，透射光下呈棕色，顯示半凝膠化結(jié)構(gòu)，藍(lán)光激發(fā)下無熒光顯示，X-16；（n）棕色木質(zhì)，透射光下呈棕褐色，藍(lán)光激發(fā)下無熒光顯示，X-12；（o）黑色木質(zhì)，透射光下呈黑色，藍(lán)光激發(fā)下無熒光顯示，X-37；（p）絲炭，透射光下呈黑色，藍(lán)光激發(fā)下無熒光顯示，X-49Fig.3 Microscopic features of palynological organic matter of Xiagou Formation in Hongliuxia area

陳建軍［9］認(rèn)為紅柳峽地區(qū)下溝組烴源巖有機(jī)顯微組分以陸源高等植物來源的腐殖無定形、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組為主。本次孢粉相分析表明，紅柳峽地區(qū)下溝組沉積期靠近陸源區(qū)，有機(jī)質(zhì)整體的優(yōu)勢(shì)成分為陸源高等植物來源的植物碎屑，與其研究結(jié)果相對(duì)應(yīng)。下段和上段沉積期水體變化頻繁，有少量低等水生生物存在，而中段沉積期水體較穩(wěn)定，有機(jī)質(zhì)以大量陸源高等植物碎屑輸入為主。

2.5 有機(jī)質(zhì)類型

孢粉相分析不僅可以用來判識(shí)母質(zhì)來源和沉積環(huán)境，亦可通過孢粉有機(jī)質(zhì)中油傾組分和氣傾組分的相對(duì)含量來劃分有機(jī)質(zhì)類型［18］，油傾的孢粉有機(jī)質(zhì)相當(dāng)于Ⅰ，Ⅱ型干酪根（藻類、藻類來源的無定形和角質(zhì)層等），氣傾的孢粉有機(jī)質(zhì)相當(dāng)于Ⅲ型干酪根（高等植物來源的無定形、木質(zhì)及其他維管植物組織等）［22］。因此，在以煤巖顯微組分命名為基礎(chǔ)而制定的干酪根顯微組分分類標(biāo)準(zhǔn)［23］中將有機(jī)顯微組分劃分為腐泥組、殼質(zhì)組、鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組四大類，通過對(duì)每組顯微組分的定量統(tǒng)計(jì)并加權(quán)后求得類型指數(shù)TI，進(jìn)而劃分有機(jī)質(zhì)類型。本次研究根據(jù)類型指數(shù)TI對(duì)下溝組進(jìn)行了有機(jī)質(zhì)類型的劃分，結(jié)果表明，下溝組烴源巖以Ⅲ型有機(jī)質(zhì)為主（占比為82.0%），Ⅱ2和Ⅱ1型有機(jī)質(zhì)較少（占比分別為16.0%和2.0%），無Ⅰ型有機(jī)質(zhì)。其中，下溝組下段樣品中Ⅲ型、Ⅱ2和Ⅱ1型有機(jī)質(zhì)占比分別為74.1%，22.2%和3.7%，無Ⅰ型有機(jī)質(zhì)；中段樣品有機(jī)質(zhì)類型均為Ⅲ型；上段樣品中Ⅲ型和Ⅱ2型占比分別為75.0%和25.0%。孢粉相分析表明，紅柳峽地區(qū)岔溝剖面下溝組烴源巖以Ⅲ型有機(jī)質(zhì)為主，其生油潛力整體較差，僅在下段和上段部分層位為較好的Ⅱ2和Ⅱ1型有機(jī)質(zhì)，具有一定的生油潛力。這是因?yàn)榧t柳峽地區(qū)在下溝組沉積期靠近湖盆物源區(qū)，沉積水體較淺，導(dǎo)致烴源巖發(fā)育較差。這與前人對(duì)紅柳峽剖面的認(rèn)識(shí)基本一致。

酒西盆地主力生烴凹陷—青南次凹在下溝組沉積期靠近湖盆沉積中心，沉積水體較深，近沉積中心，烴源巖以Ⅱ1和Ⅱ2型有機(jī)質(zhì)為主，為優(yōu)質(zhì)烴源巖［3，9］。紅柳峽地區(qū)與青南次凹分別位于盆地內(nèi)青西富油氣凹陷的北部和南部，由兩者的相對(duì)位置和烴源巖發(fā)育的程度可以推測(cè)，青西凹陷內(nèi)發(fā)育的下溝組烴源巖質(zhì)量由南向北有變差的趨勢(shì)，油氣勘探潛力也隨之減小。

3 沉積古環(huán)境特征

3.1 元素分析方法

元素分析在蘭州大學(xué)西部環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，采用MagiX PW2403 型號(hào)的X射線熒光光譜儀，測(cè)試精度為0.1%～0.3%，標(biāo)樣為國家一級(jí)地球化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（編號(hào)GBW07103-GBW07108，GBW07120-GBW07122）。稱取約5 g 樣品粉碎至小于0.075 0 mm，將粉末樣品倒入自動(dòng)壓樣機(jī)制成圓柱形壓餅，放入X 射線熒光光譜儀進(jìn)行測(cè)試。為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，每次用研缽碎樣以及壓樣后將研缽和壓樣機(jī)分別清理干凈后再裝入新的樣品。共測(cè)量了下溝組50 個(gè)樣品的主量元素、部分微量元素和總硫（TS）值。

3.2 古環(huán)境意義

一系列微量元素的富集反映了沉積期和早期成巖的特定環(huán)境條件，因此沉積物（巖）中微量元素的豐度及其比值能夠反映沉積古環(huán)境信息［27-31］，然而單一的元素參數(shù)在古環(huán)境解釋中具有多解性，多種參數(shù)的聯(lián)合分析可以提高判斷的準(zhǔn)確性。

3.2.1 古氣候

Fe，Mn，V，Ni，Cr 和Co 等元素在潮濕氣候條件下相對(duì)富集。干燥氣候條件下，由于水分蒸發(fā)和水介質(zhì)堿性的增大使得Ca，Mg，Na，K，Sr 和Ba 等元素大量析出沉淀，在沉積物中的含量較高［32］。因此可根據(jù)這2 類元素的相對(duì)含量和比值來判斷古氣候條件，前人據(jù)此建立的C值在古氣候研究中得到了廣泛的應(yīng)用。

通常C值越高代表氣候越潮濕，反之則越干燥。研究表明：C<0.2 反映干燥氣候；C=0.2～0.4反映半干燥氣候；C=0.4～0.6 反映半干燥—半潮濕氣候；C=0.6～0.8 反映半潮濕氣候；C>0.8 反映潮濕氣候［33］。下溝組C值為0.57～2.68（平均值為0.80），除下段3 個(gè)樣品C值小于0.6 外，其余樣品C值均大于0.6，總體顯示半潮濕—潮濕的氣候特征［圖4，5（a）］，下段、中段和上段平均C值分別為0.79，0.80 和0.82，顯示逐漸增大的過程，指示下溝組晚期逐漸變?yōu)槌睗駳夂颉?/p>

圖4 紅柳峽地區(qū)下溝組古環(huán)境判識(shí)參數(shù)曲線Fig.4 Curves of paleoenvironmental parameters of Xiagou Formation in Hongliuxia area

Rb 離子半徑相對(duì)較大，通常在風(fēng)化過程中較穩(wěn)定，易被黏土礦物吸附，而Sr 離子半徑較小，在水中溶解度較大，易遷移流失，濕潤氣候條件下降水較多，風(fēng)化程度較高，因此在母巖中殘留較多Rb，使Rb/Sr值升高，即高Rb/Sr 值代表濕潤氣候，低Rb/Sr值代表干旱氣候［34］。下溝組w（Rb）/w（Sr）為1.57～14.89（平均值為4.21），下段、中段和上段的平均值分別為4.41，3.37 和5.10，指示下溝組沉積期整體潮濕，晚期具有更加潮濕的趨勢(shì)（圖4）。

Fe 在湖相環(huán)境中容易以Fe（OH）3的形式沉淀，而Mn 僅在強(qiáng)烈蒸發(fā)條件下沉淀，因此低的Fe/Mn值通常反映干熱的古氣候［35］。下溝組w（Fe）/w（Mn）為15.62～232.51（平均值為83.21），其中下段、中段和上段平均值分別為77.78，74.00 和118.76，亦指示下溝組沉積期普遍潮濕，晚期趨于更加潮濕（圖4）。

前人根據(jù)孢粉研究認(rèn)為下溝組沉積期整體為潮濕或半濕潤的溫帶—亞熱帶氣候［36］，并且自下而上表現(xiàn)出早期溫暖干旱，晚期逐漸寒冷潮濕的氣候變化［14］。本次研究根據(jù)C值、Rb/Sr 和Fe/Mn 古氣候參數(shù)，認(rèn)為研究區(qū)下溝組沉積期總體為半潮濕—潮濕的氣候，晚期有更加潮濕的趨勢(shì)，與前人的研究結(jié)果基本一致。

3.2.2 古鹽度

Sr 和Ba 元素在不同的沉積環(huán)境中通常表現(xiàn)為相反的地球化學(xué)行為，一般來說Sr/Ba 值通常隨著鹽度的升高而增加。由Sr-Ba 含量關(guān)系圖版［圖5（b）］可見，下溝組50 個(gè)樣品均位于陸相沉積區(qū)，指示下溝組沉積于陸相湖泊環(huán)境中。

圖5 紅柳峽地區(qū)下溝組古環(huán)境判識(shí)圖Fig.5 Plot of paleoenvironment identification of Xiagou Formation in Hongliuxia area

在現(xiàn)代沉積物中，MgO/Al2O3值與沉積水體的平均鹽度呈指數(shù)關(guān)系，即MgO/Al2O3值隨著鹽度的升高而增大，因此MgO/Al2O3值的變化可指示古水體鹽度的變化。在計(jì)算MgO/Al2O3值時(shí)通常將w（MgO）擴(kuò)大100 倍，一般認(rèn)為100w（MgO）/w（Al2O3）<1 時(shí)指示淡水環(huán)境，100w（MgO）/w（Al2O3）=1～10 指示海陸過渡環(huán)境，100w（MgO）/w（Al2O3）>10 指示海水環(huán)境［37］。下溝組100w（MgO）/w（Al2O3）為4.44～16.54（平均值為10.57），下部、中部和上部的平均值分別為10.48，11.39 和9.34，呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)（參見圖4），反映下溝組沉積期整體為微咸水—咸水環(huán)境。通常隨著鹽度的增大，黏土礦物對(duì)K 離子的吸附性增強(qiáng)，而黏土礦物和有機(jī)質(zhì)對(duì)Rb 的吸附性更強(qiáng)，因此Rb/K 值或Rb/K2O值亦能反映古鹽度。在計(jì)算Rb/K2O 時(shí)通常將Rb 含量擴(kuò)大1 000 倍，一般來說1 000w（Rb）/w（K2O）<4代表淡水環(huán)境，1 000w（Rb）/w（K2O）為4～6 代表微咸水環(huán)境，1 000w（Rb）/w（K2O）>6 代表咸水環(huán)境［34］。下溝組1 000w（Rb）/w（K2O）為3.46～5.11（平均值為4.24），下部、中部和上部的平均值分別為4.26，4.15 和4.32，呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，反映下溝組沉積期整體為淡水—微咸水環(huán)境。

前人根據(jù)紅柳峽剖面下溝組產(chǎn)出的介形類化石認(rèn)為下溝組沉積期為淡水—微咸水環(huán)境［38］，本次研究根據(jù)MgO/Al2O3和Rb/K2O 參數(shù)，認(rèn)為研究區(qū)下溝組沉積期整體為微咸水—咸水環(huán)境，部分層段沉積期表現(xiàn)為鹽度較低的淡水環(huán)境。

3.2.3 古氧相

沉積巖中對(duì)氧化還原性敏感的元素如V，Ni，Cr，Co，Cu，Th，U，Mo 和Fe 等能夠保存沉積時(shí)的氧化還原（氧相）信息，因此這些元素的富集程度通常被用來解釋古水體的氧化還原條件。前人研究認(rèn)為：w（V）/w（Cr）小于2 指示氧化環(huán)境，2～4.25 指示貧氧環(huán)境，大于4.25 指示缺氧環(huán)境；w（Ni）/w（Co）小于5 指示氧化環(huán)境，5～7 指示貧氧環(huán)境，大于7指示缺氧環(huán)境［39］。下溝組w（V）/w（Cr）和w（Ni）/w（Co）分別為0.24～1.17（平均值為1.00）和0.84～4.52（平均值為2.49），反映下溝組沉積期為氧化環(huán)境［參見圖4，5（c）］。

氧化環(huán)境有利于P 元素而不利于有機(jī)碳的保存，缺氧環(huán)境利于有機(jī)碳而不利于P 元素的保存，因而Corg/P 值可指示氧化還原條件。Algeo 等［40］研究表明，w（Corg）/w（P）小于50 指示氧化環(huán)境，0～100指示低氧環(huán)境，大于100 指示缺氧環(huán)境。下溝組w（Corg）/w（P）為1.06～235.48（平均值為27.44），反映下溝組沉積期整體為氧化環(huán)境，貧氧和缺氧環(huán)境偶爾出現(xiàn)在下段和上段沉積期（參見圖4）。此外，相關(guān)研究表明w（FeT）/w（Al）>0.5～0.6 指示硫化缺氧環(huán)境，w（FeT）/w（Al）＜0.5～0.6 指示非硫化缺氧環(huán)境及含氧環(huán)境［41］。下溝組w（FeT）/w（Al）為0.23～1.42（平均值為0.44），亦反映下溝組沉積期整體為氧化環(huán)境，缺氧環(huán)境偶爾出現(xiàn)在下段和上段沉積期。

根據(jù)V/Cr，Ni/Co，Corg/P 和FeT/Al 古氧相指標(biāo)，認(rèn)為紅柳峽地區(qū)下溝組沉積期主要為氧化環(huán)境，其中，下段和上段部分層位沉積期表現(xiàn)為貧氧和缺氧環(huán)境。

3.2.4 古生產(chǎn)力

P 元素被視為古生產(chǎn)力的最終控制因素，而自生礦物和有機(jī)質(zhì)可能對(duì)自生P 元素含量具有稀釋效應(yīng)，因此，通常聯(lián)合使用來源于陸源碎屑的Ti 和Al 元素含量以減少這種稀釋效應(yīng)的影響，即用P/Ti或P/Al 值表征古生產(chǎn)力［42］。下溝組w（P）/w（Ti）為0.042 4～0.110 7（平均值為0.076 6），下部、中部和上部的平均值分別為0.076 5，0.076 8 和0.076 3，均低于具有中等生產(chǎn)力的Ubara 剖面燧石的w（P）/w（Ti）（平均值為0.34）［42］，表明紅柳峽地區(qū)下溝組沉積期古生產(chǎn)力較低。

Ni 和Cu 在成巖過程中移動(dòng)距離有限（小于5 cm），即使Ni 和Cu 在沉積后部分或全部流失，仍可代表原始有機(jī)質(zhì)的存在，因此，高豐度的Ni 和Cu 通常指示較高的生產(chǎn)力［27］。本次研究根據(jù)元素富集系數(shù)EF（Enrichment Factors）來判斷Ni 和Cu的富集程度

式中：X 為任一元素，平均頁巖參考Wedepohl 平均頁巖［43］。EFx>1 表示該元素X 相對(duì)平均頁巖富集，EFx<1 表示該元素X 相對(duì)平均頁巖虧損。下溝組EFNi和EFCu分別為0.63～1.61（平均值為0.99）和0.46～2.39（平均值為1.39），其中Ni 相對(duì)平均頁巖整體顯示虧損，部分樣品表現(xiàn)出相對(duì)富集的特征，而Cu 則相對(duì)平均頁巖略顯富集但不明顯，可能是大量陸源碎屑輸入帶來一定的有機(jī)質(zhì)，使Cu 顯示相對(duì)較富集的特征。因此，EFNi和EFCu亦反映紅柳峽地區(qū)下溝組沉積期具有較低的古生產(chǎn)力。

此外，高的有機(jī)質(zhì)豐度和有機(jī)碳含量指示高的生產(chǎn)力［44］。下溝組TOC 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.06～6.56%（平均值為1.01%），下段、中段和上段的平均值分別為1.18%，0.29%和1.77%，整體指示較低的古生產(chǎn)力（參見圖2），其中，上段和下段部分層位沉積期古生產(chǎn)力較高，中段沉積期古生產(chǎn)力最低。因此，根據(jù)w（P）/w（Ti），EFNi，EFCu和w（TOC）指標(biāo)，認(rèn)為紅柳峽地區(qū)下溝組沉積期湖泊古生產(chǎn)力較低。

3.3 孢粉相古環(huán)境解釋

將研究區(qū)下溝組孢粉有機(jī)質(zhì)組成投影至Tyson［22］提出的孢粉相A-P-E 三元圖中可見（圖6），下溝組樣品整體落在近源氧化的近P 端，僅有下段和上段部分樣品落在相對(duì)遠(yuǎn)源貧氧或缺氧的Ⅵ和Ⅸ區(qū)。表明紅柳峽地區(qū)下溝組沉積期水體較淺且主要為近源氧化的沖積扇—三角洲和濱淺湖環(huán)境，其中，下段和上段部分層位沉積期偶爾出現(xiàn)偏靜水的淺湖—半深湖環(huán)境。此外，主量元素亦反映研究區(qū)下溝組主要沉積在近源的大陸邊緣環(huán)境中，只有下段和上段部分樣品落在深湖區(qū)域［參見圖5（d）］，表明下溝組上段和下段部分層位沉積期水體較深，而中段沉積期水體相對(duì)較淺。

圖6 紅柳峽地區(qū)下溝組孢粉有機(jī)質(zhì)組成A-P-E 三元圖Ⅰ.高能近源環(huán)境；Ⅱ.邊緣貧氧—厭氧環(huán)境；Ⅲ.多粗碎屑沉積的充氧近源環(huán)境；Ⅳ.陸架與陸棚的過渡區(qū)（Ⅳa 為低氧，Ⅳb 為低氧—缺氧）；Ⅴ.多細(xì)碎屑沉積的充氧遠(yuǎn)源環(huán)境；Ⅵ.近源低氧—貧氧環(huán)境；Ⅶ.遠(yuǎn)源低氧陸架；Ⅷ.遠(yuǎn)源貧氧—缺氧環(huán)境；Ⅸ.遠(yuǎn)源缺氧環(huán)境Fig.6 A-P-E ternary diagram of organic matter composition of Xiagou Formation in Hongliuxia area

陳建軍［9］、薛沛霖等［10］認(rèn)為，紅柳峽地區(qū)下溝組沉積期位于靠近陸源區(qū)的湖盆北部邊緣，整體上水體較淺且主要發(fā)育三角洲—濱淺湖相沉積；而彭楠等［11］則認(rèn)為紅柳峽地區(qū)下溝沉積期水體較深，主要為深湖相沉積。本次研究表明，紅柳峽地區(qū)在下溝組沉積期并非處于湖盆的沉積沉降中心，而是位于湖盆北部邊緣地帶，以三角洲和濱淺湖相沉積環(huán)境為主，并且整體上發(fā)育了較差的烴源巖。其中，下溝組早期和晚期湖侵頻繁，較深水環(huán)境偶有出現(xiàn)，而中期以穩(wěn)定發(fā)育的三角洲—濱淺湖亞相沉積環(huán)境為主。

4 結(jié)論

（1）酒西盆地紅柳峽地區(qū)下溝組烴源巖發(fā)育孢粉相A（植物碎屑—無定形組合）、孢粉相B（無定形組合）和孢粉相C（植物碎屑組合）3 類孢粉相并且以孢粉相C 為主。孢粉相A 以豐富的植物碎屑和較多的無定形為特征，孢粉相B 以較多無定形為主要特征，孢粉相C 以大量的木質(zhì)組織和部分絲炭為主要組分。

（2）酒西盆地下溝組烴源巖有機(jī)質(zhì)母質(zhì)來源以陸源高等植物輸入的Ⅲ型有機(jī)質(zhì)為主，其生油潛力較差。其中下段和上段部分層段發(fā)育Ⅱ型有機(jī)質(zhì)，顯示以水生低等生物輸入為主的特征，具有一定的生油能力。

（3）酒西盆地下溝組沉積期整體為半潮濕—潮濕氣候，并且晚期趨于更加潮濕，古湖泊具有微咸化—咸化的特征，整體處于氧化環(huán)境且生產(chǎn)力較低。其中，下段和上段部分層段沉積期表現(xiàn)為貧氧和缺氧環(huán)境。

（4）紅柳峽地區(qū)在下溝組沉積期位于湖盆北部邊緣地帶，以近源沖積扇—三角洲和濱淺湖亞相沉積為主，整體上發(fā)育了較差的烴源巖。其中下段和上段沉積期湖水變化頻繁，偶爾發(fā)育淺湖—半深湖亞相泥巖，發(fā)育較好的烴源巖。