范萌萌　卜軍　袁珍　張衛(wèi)國(guó)

摘 要：為了明確鄂爾多斯盆地中東部中侏羅統(tǒng)延安組沉積時(shí)期的古環(huán)境特征，利用泥巖樣品進(jìn)行微量元素和稀土元素等分析測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合古植物和孢粉組合等特征，對(duì)盆地中東部延安期的古環(huán)境進(jìn)行恢復(fù)重建。結(jié)果表明：鍶、硼、相當(dāng)硼、鎵、鋰、鎳、Sr/Ba、B/Ga、Rb/K2O和Th/U的數(shù)值說(shuō)明延安期水體主體為淡水-半咸水環(huán)境；Fe2+/Fe3+、Ni/Co、V/Cr、V/（V+Ni）、U/Th、δU和Cu/Zn的數(shù)值反映延安期主要存在弱還原弱氧化-氧化的沉積條件；通過(guò)對(duì)比延安組和直羅組Sr/Cu、Mg/Ca、Rb/Sr、FeO/MnO、Al2O3/MgO和Sr/Ba的數(shù)值，結(jié)合古植物和孢粉組合特征，認(rèn)為從早侏羅世富縣期到中侏羅世延安期，再到中侏羅世直羅期，鄂爾多斯盆地中東部經(jīng)歷了炎熱半干旱半濕潤(rùn)—溫暖濕潤(rùn)—炎熱半干旱半濕潤(rùn)的氣候變化過(guò)程。研究成果對(duì)于恢復(fù)中侏羅世延安期盆地沉積格局、重建古地理及成藏研究具有重要意義。

關(guān)鍵詞：古環(huán)境；元素地球化學(xué)；延安組；鄂爾多斯盆地

中圖分類(lèi)號(hào)：P 595文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1672-9315（2023）05-0912-11

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2023.0508

Paleoenvironment restoration of Yanan Formation in the central and eastern part of Ordos Basin

FAN Mengmeng1，2，BU Jun3，YUAN Zhen4，ZHANG Weiguo1，2

（1.College of Geology and Environment，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China;2.Shaanxi Provincial Key Laboratory of Geological Support for Coal Green Exploitation，Xian 710054，China;3.Oil & Gas Technology Research Institute，Changqing Oilfield Company，PetroChina/National Engineering Laboratory for

xploration and Development of Low permeability Oil and Gas field，Xian 710021，China;4.School of Earth Scicenes and Engineering，Xian Shiyou University，Xian 710065，China）

Abstract：In order to clarify the paleoenvironment? characteristics of the Middle Jurassic Yanan Formation sedimentary period in the central and eastern part of Ordos Basin，mudstone samples were used to test and analyze the ?trace elements and rare earth elements.The test results were statistically analyzed，and the paleoenvironment of the Yanan period in the central and eastern part were restored and reconstructed combined with the characteristics of ancient plants and pollen assemblages in view.The results show that the values of Sr，B，equivalent B，Ga，Li，Ni，Sr/Ba，B/Ga，Rb/K2O and Th/U indicate? the main body of water in Yanan period is a fresh－brackish water environment.Fe2+/Fe3+，Ni/Co，V/Cr，V/（V+Ni），U/Th，δU and Cu/Zn indicate that there were mainly weak reduction－weak oxidation to oxidation sedimentary conditions during the Yanan period.By comparing the values of Sr/Cu，Mg/Ca，Rb/Sr，F(xiàn)eO/MnO，Al2O3/MgO，and Sr/Ba between the Yanan Formation and the Zhiluo Formation，considering the characteristics of ancient plant and pollen assemblages，it is believed that from the Fuxian period of the Early Jurassic to the Yanan period of the Middle Jurassic，and then to the Zhiluo period of the Middle Jurassic，the central and eastern part ofOrdos Basin experienced a climate change process of hot semi－arid and semi－h(huán)umid to warm humid to hot semi－arid and semi－h(huán)umid.The research results are of great significance for restoring the sedimentary pattern，reconstructing paleogeography，and exploring? reservoir formation of the Ordos Basin during the Yanan period of the Middle Jurassic.

Key words：paleoenvironment;element geochemistry;Yanan Formation;Ordos Basin

0 引 言

鄂爾多斯盆地是中國(guó)重要的油氣、煤、鈾等多種沉積礦產(chǎn)共存共產(chǎn)的大型盆地之一，盆地位于多個(gè)構(gòu)造域的復(fù)合疊加部位，其演化過(guò)程與地球動(dòng)力學(xué)環(huán)境極為復(fù)雜[1]。在沉積過(guò)程中，對(duì)環(huán)境敏感的微量元素在水體及沉積物中的分布、循環(huán)及分異，除與它們本身的化學(xué)性質(zhì)有關(guān)外，還受到沉積介質(zhì)物理化學(xué)條件及古氣候條件的支配，因此，研究微量元素的賦存規(guī)律可以揭示沉積時(shí)期的古環(huán)境特征，包括古鹽度、氧化還原條件、古氣候等[2-5]。劉鑫、王嵐、付金華等通過(guò)元素地球化學(xué)，對(duì)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組不同層段的古鹽度、古氧化還原條件和古氣候進(jìn)行了研究，恢復(fù)了古溫度和古水深，并與相關(guān)層段進(jìn)行了對(duì)比，認(rèn)為長(zhǎng)7段碎屑巖形成于強(qiáng)還原條件下的淡水-微咸水環(huán)境，其時(shí)為溫暖潮濕的溫帶-亞熱帶氣候，長(zhǎng)4+5段碎屑巖形成于弱還原-氧化條件下，水體古鹽度和古溫度都較長(zhǎng)7段高，表現(xiàn)為半潮濕-半干旱的氣候特征[6-8]。張雷等對(duì)鄂爾多斯盆地山西組山32段含有機(jī)質(zhì)泥頁(yè)巖進(jìn)行了研究，認(rèn)為山32段泥頁(yè)巖TOC較高，形成于還原條件下的淡水半咸水-咸水環(huán)境，整體表現(xiàn)為濕熱氣候[9]。雷開(kāi)宇、張?zhí)旄５葘?duì)鄂爾多斯盆地北緣的直羅組和延安組進(jìn)行了地球化學(xué)研究和對(duì)比，認(rèn)為當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境是弱還原-氧化條件下的淡水-半咸水環(huán)境，氣候?qū)崿F(xiàn)了從溫暖潮濕到干旱-半干旱的轉(zhuǎn)變[10-11]。本次研究在鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)延安組鉆井巖芯中

選取泥質(zhì)巖并取樣，對(duì)泥質(zhì)巖樣品進(jìn)行主量元素和微量元素等測(cè)試，嘗試恢復(fù)延安期鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)的古環(huán)境特征，這對(duì)恢復(fù)該時(shí)期盆地沉積格局、重建古地理及研究沉積礦產(chǎn)富集規(guī)律具有重要意義。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是中國(guó)第二大沉積盆地，位于華北克拉通中西部，屬華北克拉通的次一級(jí)構(gòu)造單元，面積為25×104 km2，根據(jù)演化歷史和現(xiàn)今構(gòu)造可劃分為伊盟隆起、渭北隆起、西緣逆沖帶、天環(huán)坳陷、伊陜斜坡和晉西撓褶帶六個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，是一個(gè)古生代地臺(tái)及臺(tái)緣坳陷與中新生代臺(tái)內(nèi)坳陷疊合的大型多旋回克拉通盆地（圖1）[1，12-13]。

延長(zhǎng)組沉積末期，受印支運(yùn)動(dòng)的影響，鄂爾多斯盆地不均勻抬升，延長(zhǎng)組頂部遭受強(qiáng)烈剝蝕而形成了溝壑縱橫的侵蝕古地貌，盆內(nèi)缺失早侏羅世早期沉積[14-15]，而后沉積的富縣組和延10段對(duì)古地貌進(jìn)行填平補(bǔ)齊，最終形成以河流-三角洲-淺湖為主的沉積體系，發(fā)育一套以煤系、中-細(xì)碎屑巖為主的延安組沉積地層[16-17]。根據(jù)沉積序列和巖性標(biāo)志層等，延安組可以劃分為4段10個(gè)油層組。延10段仍以填平補(bǔ)齊作用為主，發(fā)育河流沉積體系，底部以寶塔砂巖為標(biāo)志層，延9-延6段發(fā)育河湖三角洲沉積體系，延4+5之后盆地逐漸抬升，盆地發(fā)育進(jìn)入萎縮階段（圖1）。

沉積巖中微量元素的分布、分配和遷移與沉積巖形成環(huán)境密切相關(guān)，由于部分元素性質(zhì)穩(wěn)定，賦存狀態(tài)受后續(xù)成巖作用影響較小[9]。在鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)鉆井巖芯中采集樣品27件，鉆井分布覆蓋研究區(qū)全區(qū)（圖1），樣品均為新鮮泥質(zhì)巖，巖性包括泥巖、頁(yè)巖和粉砂質(zhì)泥巖，來(lái)自于延10-延8油層組（表1），對(duì)泥質(zhì)巖樣品進(jìn)行主量元素和微量元素等分析測(cè)試。

2 古鹽度

2.1 相當(dāng)硼元素法

硼在海水中以硼酸及其離解產(chǎn)物的形式存在，且硼含量與海水鹽度呈正相關(guān)的線(xiàn)性關(guān)系。當(dāng)黏土礦物處于含硼溶液之中時(shí)，元素硼會(huì)附著在黏土礦物的片狀晶體邊緣，后續(xù)新的黏土物質(zhì)在外圍繼續(xù)生長(zhǎng)，加之元素硼本身的擴(kuò)散作用，使得元素硼可以進(jìn)入黏土礦物晶格并穩(wěn)定存在。黏土礦物對(duì)硼的吸收量取決于溶液的含硼量，黏土礦物的含硼量可以反映沉積水體的古鹽度特征。

沃克（Walker）利用校正硼和相當(dāng)硼含量來(lái)判斷古鹽度的方法[6]，校正硼是指純伊利石的含硼量，由于伊利石中K2O的平均含量是8.5%

校正硼含量=（實(shí)測(cè)硼含量×8.5）/K2O含量（1）

式中 相當(dāng)硼是指相當(dāng)于伊利石中K2O含量5%時(shí)的含硼量，根據(jù)K2O和校正硼的含量值在相當(dāng)硼散射曲線(xiàn)圖中讀出相當(dāng)硼的含量值，也可根據(jù)以下公式計(jì)算[18]

相當(dāng)硼含量=（11.8×校正硼含量）/1.70×（11.8-K2O含量） （2）

研究認(rèn)為相當(dāng)硼含量小于200×10-6時(shí)，指示淡水環(huán)境，相當(dāng)硼含量為200×10-6～300×10-6時(shí)，指示半咸水環(huán)境，相當(dāng)硼含量為300×10-6～400×10-6時(shí)，指示正常海水環(huán)境，相當(dāng)硼含量大于400×10-6時(shí)，指示過(guò)咸或超咸水環(huán)境[11]。盆地中東部地區(qū)泥質(zhì)巖樣品的相當(dāng)硼含量為59.74×10-6～134.17×10-6，平均88.63×10-6，指示延安組沉積時(shí)期整體為淡水沉積環(huán)境。

樣品中除了伊利石之外，還含有高嶺石和伊蒙混層等黏土礦物，考慮到不同黏土礦物對(duì)硼的吸收能力不同，可以換算出單一黏土礦物的相當(dāng)硼含量，據(jù)此，科奇（Couch）提出了古鹽度的計(jì)算公式[6]，根據(jù)科奇公式

logBk=1.28logSp+0.11（3）

Bk=B/（4Xi+2Xm+Xk）（4）

從古鹽度的角度換算可得

Sp=10（logBk-0.11）/1.28 （5）

式中 Sp為古鹽度；Bk為高嶺石的含硼量；B為樣品的含硼量；Xi為樣品中伊利石的含量；Xm為樣品中蒙脫石的含量；Xk為樣品中高嶺石的含量。根據(jù)科奇公式計(jì)算出泥質(zhì)巖樣品的古鹽度為4.79‰～9.75‰，平均7.61‰。

通過(guò)相關(guān)微量元素和相當(dāng)硼的分析以及科奇公式的計(jì)算（表1），盆地中東部地區(qū)延安組沉積時(shí)期，水體介質(zhì)為淡水-半咸水，平均古鹽度7.61‰。

2.2 元素含量與比值分析

泥巖中的微量元素含量及相關(guān)元素比值可以反映沉積環(huán)境，區(qū)分海相沉積和陸相沉積，從而判斷沉積環(huán)境的古鹽度。

鍶和鋇的化學(xué)性質(zhì)類(lèi)似，但鋇的化合物溶解度要相對(duì)低一些，大量鋇元素在近岸地區(qū)沉積而無(wú)法進(jìn)入深海，而鍶的遷移能力要強(qiáng)得多，更容易進(jìn)入深海沉積，因而淡水中鍶含量為100×10-6～500×10-6，半咸水中鍶含量為500×10-6～800×10-6，咸水中鍶含量為800×10-6～1 000×10-6。Sr/Ba值也常用來(lái)區(qū)分淡水和咸水，Sr/Ba＜0.5指示淡水環(huán)境，Sr/Ba為0.5～1指示半咸水環(huán)境，Sr/Ba＞1指示咸水環(huán)境[8]。

硼和鎵的化學(xué)性質(zhì)有較大差異，硼不穩(wěn)定，活動(dòng)性強(qiáng)，可以在水中長(zhǎng)距離遷移，容易進(jìn)入深海，而鎵較穩(wěn)定，活動(dòng)性差，在水中的遷移能力也差，鎵在淡水泥巖中的含量比在海相泥巖中要高很多。淡水中硼含量小于100×10-6，咸水中硼含量大于100×10-6；淡水中鎵含量大于17×10-6，半咸水中鎵含量為8×10-6～17×10-6，咸水中鎵含量小于8×10-6。B/Ga值也可以用來(lái)判斷水體古鹽度，B/Ga＜3指示淡水環(huán)境，B/Ga為3～4.5指示半咸水環(huán)境，B/Ga＞4.5指示咸水環(huán)境。

K2O主要與泥巖中的黏土礦物含量有關(guān)，而Rb容易被黏土礦物吸附，且水體鹽度越高，吸附能力越強(qiáng)，因此Rb/K2O值與沉積水體鹽度成正比，當(dāng)Rb/K2O＜4時(shí)，指示淡水環(huán)境，當(dāng)Rb/K2O為4～6時(shí)，指示半咸水環(huán)境，當(dāng)Rb/K2O＞6時(shí)，指示咸水環(huán)境，需要注意的是，計(jì)算時(shí)要注意Rb與K2O含量值的數(shù)量級(jí)不同。

Th/U值也可以用來(lái)判斷沉積水體古鹽度，當(dāng)Th/U＞7時(shí)，指示淡水環(huán)境，當(dāng)Th/U為2～7時(shí)，指示半咸水環(huán)境，當(dāng)Th/U＜2時(shí)，指示咸水環(huán)境。此外，鋰、鎳等元素在泥巖中的豐度也可以判斷古鹽度。淡水中鋰含量小于90×10-6，半咸水中鋰含量90×10-6～150×10-6，咸水中鋰含量大于150×10-6；淡水中鎳含量20×10-6～25×10-6，半咸水中鎳含量25×10-6～40×10-6，咸水中鎳含量大于40×10-6。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，泥質(zhì)巖樣品中鍶含量71.70×10-6～195.00×10-6，平均134.91×10-6；硼含量24.40×10-6～55.70×10-6，平均39.14×10-6；鎵含量13.79×10-6～32.21×10-6，平均26.18×10-6；鋰含量25.00×10-6～ 108.37×10-6，平均60.79×10-6；鎳含量9.63×10-6～56.50×10-6，平均38.83×10-6；Sr/Ba值0.17～0.46，平均0.28；B/Ga值0.95～2.03，平均1.52；Rb/K2O值3.38～7.03，平均5.09；Th/U值3.20～7.00，平均4.52。根據(jù)古鹽度的微量元素判別指標(biāo)（表2，圖2），絕大多數(shù)泥質(zhì)巖樣品數(shù)據(jù)指示淡水環(huán)境，個(gè)別樣品數(shù)據(jù)進(jìn)入半咸水范疇，整體指示陸相淡水-半咸水沉積環(huán)境。沒(méi)有外來(lái)注入咸水的強(qiáng)烈干擾時(shí)，通過(guò)降水、蒸發(fā)等氣候條件，水體鹽度可以被調(diào)節(jié)，因此，古鹽度在一定程度上也能反映古氣候條件[19]，盆地中東部地區(qū)延安組的淡水-半咸水沉積環(huán)境反映了濕潤(rùn)-半濕潤(rùn)的氣候條件。

3 氧化還原條件

3.1 微量元素含量及比值法

鈾、釩、鉻、鈷等元素對(duì)氧化還原條件反應(yīng)敏感，它們均在富氧氧化條件下溶解，在缺氧還原條件下富集，在缺氧硫化環(huán)境中極度富集，而且?guī)缀醪皇芎笃诔蓭r作用的影響，而釷等元素則對(duì)氧化還原條件不敏感[11，20]。

鎳、銅、鋅等元素在缺氧還原條件下常以硫化物的形式沉淀，而在氧化條件下常呈溶解狀態(tài)[11]。因此，Ni/Co、V/Cr、V/（V+Ni）、U/Th、δU等可以反映沉積環(huán)境的氧化還原條件。經(jīng)前人研究認(rèn)為，Ni/Co＞7時(shí)，指示缺氧環(huán)境，Ni/Co在5～7時(shí)，指示貧氧環(huán)境[9，21]，Ni/Co＜5時(shí)，指示富氧環(huán)境。V/Cr＞4.25時(shí)，指示缺氧環(huán)境，V/Cr在2～4.25時(shí)，指示貧氧環(huán)境，V/Cr＜2時(shí)，指示富氧環(huán)境[7]。V/（V+Ni）＞0.84

時(shí)，指示水體分層強(qiáng)且底部出現(xiàn)H2S的厭氧強(qiáng)還原環(huán)境，V/（V+Ni）在0.60～0.84時(shí)，指示水體分層不強(qiáng)的貧氧環(huán)境，V/（V+Ni）＜0.60時(shí)，指示水體分層弱的環(huán)境

[7，22]。U/Th＞1.25時(shí)，指示缺氧環(huán)境，U/Th在0.75～1.25時(shí)，指示貧氧環(huán)境，U/Th＜0.75時(shí)，指示富氧環(huán)境。δU=2U/（Th/3+U），δU大于1時(shí)，指示缺氧還原環(huán)境，δU小于1時(shí)，指示弱還原-氧化環(huán)境[23]。Cu/Zn＜0.21時(shí)，指示還原環(huán)境，Cu/Zn在0.21～0.35時(shí)，指示弱還原環(huán)境，Cu/Zn在0.35～0.5時(shí)，指示弱還原-氧化環(huán)境。

鐵元素在不同的氧化還原條件下可以形成不同價(jià)態(tài)的含鐵礦物，在氧化條件下，鐵元素以Fe3+的狀態(tài)存在，形成赤鐵礦、褐鐵礦等礦物，在還原條件下則以Fe2+的狀態(tài)存在，形成黃鐵礦等礦物，在過(guò)渡條件下則同時(shí)存在Fe3+和Fe2+，形成綠泥石、菱鐵礦等礦物。因此，可以根據(jù)Fe2+/Fe3+值可以判斷古環(huán)境的氧化還原條件，當(dāng)Fe2+/Fe3+1時(shí)，指示還原環(huán)境，當(dāng)Fe2+/Fe3+＞1時(shí)，指示弱還原環(huán)境，當(dāng)Fe2+/Fe3+=1時(shí)，指示中性環(huán)境，當(dāng)Fe2+/Fe3+＜1時(shí)，指示弱氧化環(huán)境，當(dāng)Fe2+/Fe3+1時(shí)，指示氧化環(huán)境。需要注意的是，在后期成巖和成煤的過(guò)程中，生成的還原性物質(zhì)會(huì)使Fe3+還原成Fe2+，從而改變Fe2+/Fe3+比值[11]，因此，根據(jù)Fe2+/Fe3+判斷氧化還原條件會(huì)有一定誤差。

根據(jù)測(cè)試及計(jì)算結(jié)果，泥質(zhì)巖樣品中Fe2+/Fe3+為0.26～3.66，平均1.70；Ni/Co為0.07～3.00，平均1.70；V/Cr為0.94～2.94，平均1.40；V/（V+Ni）為0.68～0.88，平均0.76；U/Th為0.14～0.35，平均0.22；δU為0.60～0.97，平均0.81；Cu/Zn為0.15～1.89，平均0.47。根據(jù)氧化還原環(huán)境的微量元素判別指標(biāo)（表3，圖3），多數(shù)泥質(zhì)巖樣品數(shù)據(jù)指示弱還原-氧化環(huán)境，個(gè)別樣品數(shù)據(jù)指示還原環(huán)境，說(shuō)明延安組沉積環(huán)境以弱還原-氧化條件為主，局部水體較深可出現(xiàn)缺氧還原情況。

3.2 稀土元素判別法

稀土元素一般都以三價(jià)狀態(tài)存在，在氧化條件下，Ce3+會(huì)變價(jià)成難以溶解的Ce4+，從而脫離REE3+，形成所謂的負(fù)鈰異常，反之，Ce3+就會(huì)相對(duì)富集。因此，沉積巖中的鈰異常情況可以反映沉積水體的氧化還原條件。鑭與相鄰的釹和鈰的相關(guān)變化稱(chēng)為鈰異常，用Ceanom表示[9-11]如下。

Ceanom=lg[3CeN/（2LaN+NdN）]

式中 N為該元素含量值是經(jīng)過(guò)北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值。若Ceanom大于0，表示鈰富集，指示缺氧還原環(huán)境，若Ceanom小于0，表示鈰虧損，指示富氧氧化環(huán)境。

Ce/La值也可以反映氧化還原條件，Ce/La＞2時(shí)，指示缺氧環(huán)境，Ce/La在1.5～2時(shí)，指示貧氧環(huán)境，Ce/La＜1.5時(shí)，指示富氧環(huán)境[9-11]。

根據(jù)測(cè)試及計(jì)算結(jié)果（表3），泥質(zhì)巖樣品中Ceanom為-0.15～0，平均-0.04；Ce/La值為1.49～2.04，平均1.95，指示弱還原-氧化環(huán)境，局部有還原情況出現(xiàn)，與前文微量元素比值判別結(jié)果一致。盆地中東部地區(qū)延安組沉積于河流-三角洲-淺湖沉積體系，水體不深，與弱還原-氧化條件相匹配。

4 古水深

不同水體深度下，形成的沉積巖類(lèi)型、沉積構(gòu)造和礦物組合等會(huì)有明顯的不同，根據(jù)這些特征可以反推水體深度。一般來(lái)說(shuō)，若水體較淺，則形成的碎屑巖粒度較粗，顏色較淺，可見(jiàn)多種層理構(gòu)造，植物和動(dòng)物化石較豐富；若水體較深，則形成的碎屑巖粒度較細(xì)，或形成濁積巖，顏色較深，泥頁(yè)巖中可見(jiàn)水平層理，濁積巖中可見(jiàn)鮑馬序列、槽模等構(gòu)造，生物化石較少，含有黃鐵礦等代表還原條件的礦物[23]（表4）。盆地中東部地區(qū)延安組的巖石組合常見(jiàn)淺灰色含礫砂巖-細(xì)砂巖夾灰色泥頁(yè)巖，或灰色砂泥薄互層，發(fā)育交錯(cuò)層理、平行層理等多種層理構(gòu)造，泥巖中生物化石較豐富，植物碎片常見(jiàn)。根據(jù)沉積特征，可以推斷出盆地中東部地區(qū)延安組沉積時(shí)，古水深一般約為0.5～15 m，最大值約20 m。與該地區(qū)延安組的河流-三角洲-淺湖沉積體系相符合。

5 古水溫

利用鍶含量、氧同位素、有孔蟲(chóng)Mg/Ca等方法可以計(jì)算古水溫。在干旱炎熱氣候條件下，Sr元素在水體中濃縮沉淀，會(huì)使沉積物中鍶含量升高，前人學(xué)者經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)，歸納出計(jì)算沉積時(shí)古水溫的經(jīng)驗(yàn)公式，該方法數(shù)據(jù)處理和計(jì)算都較簡(jiǎn)便，結(jié)果也較可靠[24]

T=（2 578-Sr）/80.8

式中 Sr為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；T為古水溫，℃。經(jīng)計(jì)算，泥質(zhì)巖樣品反映的古水溫為29.5～31.0 ℃，平均30.2 ℃，屬于非常溫暖的氣候情況，有利于植物的繁榮生長(zhǎng)。

6 古氣候

6.1 元素含量與比值

喜干型元素鍶和喜濕型元素銅的比值對(duì)古氣候的變化有靈敏的指示作用，Sr/Cu小于10指示溫暖濕潤(rùn)氣候，大于10表示干燥炎熱氣候[6，24]。根據(jù)測(cè)試及計(jì)算結(jié)果，泥質(zhì)巖樣品中Sr/Cu為1.09～14.36，平均4.61；說(shuō)明延安組沉積時(shí)期，盆地中東部地區(qū)整體呈現(xiàn)溫暖濕潤(rùn)的氣候特征。由前文敘述已知，水體中鍶的含量值隨鹽度的增大而增大，因此古鹽度和古氣候干旱程度的變化趨勢(shì)是一致的。

碎屑巖中自生碳酸鈣的含量受氣候影響明顯，三角洲-湖泊沉積物中的碳酸鈣礦物主要是方解石和白云石，CaO和MgO的比值基本上可以反映方解石和白云石的含量比，其中，白云石主要是碎屑來(lái)源，方解石則同時(shí)有碎屑沉積和自生沉淀兩種成因，用Al2O3含量可以有效地校正碎屑方解石的含量[25]，因此，可以用CaO/（MgO×Al2O3）反映自生碳酸鈣的含量，從而反映氣候情況。CaO/（MgO×Al2O3）值越大，說(shuō)明氣候相對(duì)越溫暖，值越小說(shuō)明氣候相對(duì)越寒冷[8]。

Mg/Ca、Rb/Sr、FeO/MnO、Al2O3/MgO對(duì)古氣候的反映也很靈敏，這些比值高時(shí)反映濕潤(rùn)氣候，比值低時(shí)表示干旱氣候[26-27]。Sr/Ba則相反，該比值高時(shí)反映干旱氣候，比值低時(shí)反映濕潤(rùn)氣候。

根據(jù)分析測(cè)試結(jié)果，泥質(zhì)巖樣品中CaO/（MgO×Al2O3）值為0.006～0.025，平均0.015，Mg/Ca值為0.39～7.00，平均3.43，Rb/Sr值為0.56～2.37，平均1.19，F(xiàn)eO/MnO值為28.03～101.08，平均58.07，Al2O3/MgO值為8.56～77.18，平均29.23，Sr/Ba值為0.1～0.73，平均0.27。鄂爾多斯盆地北部直羅組泥巖樣品測(cè)試數(shù)據(jù)顯示[10

-11]，Mg/Ca平均值為2.22，Rb/Sr平均值為0.37，F(xiàn)eO/MnO平均值為34.34，Al2O3/MgO平均值為8.22，均低于延安組數(shù)據(jù)，而Sr/Ba平均值為0.53，高于延安組數(shù)據(jù)，說(shuō)明延安期氣候相對(duì)濕潤(rùn)，而之后的直羅期氣候逐漸干旱，直羅組上段Sr/Cu值平均12.79，CaO/（MgO×Al2O3）平均值為0.025，均高于延安組，說(shuō)明氣候已從延安期的溫暖濕潤(rùn)演變成了直羅晚期的干燥炎熱。

6.2 化學(xué)蝕變指數(shù)

在化學(xué)風(fēng)化作用中，不同元素的遷移能力不同，鈉、鉀、鈣等較易遷移，鋁則相對(duì)穩(wěn)定。地表巖石在遭遇化學(xué)風(fēng)化時(shí)，鈉、鉀、鈣等元素會(huì)優(yōu)先從礦物中析出，并形成新的含鋁風(fēng)化產(chǎn)物，導(dǎo)致Al2O3與Na2O、K2O、CaO比值的變化，因此可以用化學(xué)蝕變指數(shù)CIA來(lái)標(biāo)定化學(xué)風(fēng)化作用的程度，進(jìn)而指示氣候的溫濕度[9，10，28-30]。

CIA=Al2O3/（Al2O3+CaO*+Na2O+K2O）×100%

式中 各分子含量均采用摩爾分?jǐn)?shù)，CaO*為CaO的校正值，指硅酸鹽礦物中CaO的含量，計(jì)算公式為[9，10，28-30]

CaO*=CaO-（10/3）×P2O5

若校正后的CaO*摩爾分?jǐn)?shù)小于Na2O，則CaO*采用計(jì)算后的CaO*摩爾分?jǐn)?shù)，若CaO*摩爾分?jǐn)?shù)大于Na2O，則CaO*采用Na2O摩爾分?jǐn)?shù)。

通常情況下，CIA值在50～100，當(dāng)CIA在50～70之間時(shí)，代表輕度化學(xué)風(fēng)化，指示干燥氣候下的沉積產(chǎn)物，當(dāng)CIA在70～80時(shí)，代表中等強(qiáng)度的化學(xué)風(fēng)化，指示溫暖濕潤(rùn)氣候下的沉積產(chǎn)物；當(dāng)CIA在80～100時(shí)，代表強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化，指示炎熱潮濕氣候下的沉積產(chǎn)物[29]。

泥質(zhì)巖樣品CIA值在77.7～95.4，平均85.1，說(shuō)明延安期物源區(qū)母巖經(jīng)歷了中等-強(qiáng)烈的化學(xué)風(fēng)化，指示溫暖濕潤(rùn)-炎熱潮濕的氣候。

6.3 沉積與古植物標(biāo)志

鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)延安組為淺灰色含礫砂巖、細(xì)砂巖，夾灰色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥頁(yè)巖，或者砂泥巖薄互層，發(fā)育煤層或煤線(xiàn)。延10油層組巖石粒度較粗，呈淺灰色-灰色，可見(jiàn)塊狀層理、板狀和槽狀交錯(cuò)層理、水平層理等，砂礫巖底部常見(jiàn)沖刷面構(gòu)造，代表弱還原弱氧化條件下的河流沉積環(huán)境。延9-延8油層組沉積旋回較明顯，粒度較延10變細(xì)，鉆井巖芯整體呈淺灰色-灰色，可見(jiàn)平行層理、水平層理、槽狀交錯(cuò)層理等，泥巖中含植物碎片，并發(fā)育煤線(xiàn)或煤層，代表弱還原弱氧化條件下的溫暖濕潤(rùn)的淺湖-三角洲沉積環(huán)境。

鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)侏羅系延安組的地層中，普遍發(fā)育煤層，說(shuō)明當(dāng)時(shí)是適合植物生長(zhǎng)的溫暖潮濕氣候。構(gòu)成當(dāng)時(shí)森林主體的植物首先是季節(jié)性落葉植物銀杏和茨康類(lèi)，其次是適宜溫濕氣候的真蕨類(lèi)和適宜溫涼氣候的松科屬種，在孢粉化石中發(fā)現(xiàn)大量的指示溫濕氣候的蕨類(lèi)桫欏科孢子、銀杏蘇鐵類(lèi)和松類(lèi)花粉等，產(chǎn)自盆地西部靈武地區(qū)的木化石中可見(jiàn)到明顯的年輪[11，31-33]，說(shuō)明延安期鄂爾多斯盆地整體處于溫暖潮濕的氣候中，有較明顯的季節(jié)性氣候變化。富縣期盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)適宜熱帶氣候的馬通蕨科和雙扇蕨科等屬種，并發(fā)現(xiàn)指示干旱氣候的Classopollis含量在孢粉組合中占比較高，說(shuō)明富縣期盆地內(nèi)氣候炎熱且較干旱[33]。在延安期之后的直羅期，植物以蘇鐵綱為主，比例較延安組大大增加，其次有雙扇蕨科和桫欏科植物，孢粉化石中Classopollis含量明顯高于延安組[33]，說(shuō)明直羅期盆地內(nèi)氣候炎熱干旱。從早侏羅世晚期（富縣組）到中侏羅世早期（延安組），再到中侏羅世晚期（直羅組），鄂爾多斯盆地內(nèi)的氣候經(jīng)歷了炎熱半干旱半濕潤(rùn)—溫暖濕潤(rùn)—炎熱半干旱半濕潤(rùn)的變化過(guò)程。

鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)侏羅系延安組沉積時(shí)期，氣候已由干旱炎熱轉(zhuǎn)為溫暖濕潤(rùn)，雨量充沛，生物繁茂，特別是造煤植物繁盛，水體較淺，形成大量淺湖-三角洲背景下的沼澤沉積，使延安組碳質(zhì)泥巖和煤層大量發(fā)育且分布廣泛，形成了鄂爾多斯盆地侏羅系重要的含煤巖系，另外，在盆地中東部地區(qū)以及隴東等鄰區(qū)，碳質(zhì)泥巖與其它泥頁(yè)巖等，一起構(gòu)成了侏羅系油藏的有利蓋層。

7 結(jié) 論

1）泥質(zhì)巖測(cè)試結(jié)果及通過(guò)科奇公式計(jì)算出古鹽度，說(shuō)明延安期水體為淡水-半咸水環(huán)境。

2）泥質(zhì)巖測(cè)試結(jié)果指示延安期的沉積環(huán)境多為貧氧-富氧環(huán)境，反映弱還原弱氧化-氧化的沉積條件，局部水體較深處可出現(xiàn)還原條件。

3）鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)延安期的古水溫指示溫暖氣候。從早侏羅世富縣期到中侏羅世延安期，再到中侏羅世直羅期，鄂爾多斯盆地內(nèi)的氣候經(jīng)歷了炎熱半干旱半濕潤(rùn)

-溫暖濕潤(rùn)-炎熱半干旱半濕潤(rùn)的變化過(guò)程。

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（責(zé)任編輯：李克永）

收稿日期：2023-05-20

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41802187）

通信作者：范萌萌，女，山東泰安人，博士，工程師，E－mail：282765582@qq.com