古 榕，王智闻，周 华

(1. 长江大学 地球科学学院，湖北 武汉 430100； 2. 湖北楚禹水务科技有限公司，湖北 荆门 448000；3. 武汉海阔科技有限公司，湖北 武汉 430100)

0 前 言

准噶尔盆地是我国重要的含油气盆地，准噶尔南缘是目前勘探的重点区域，准噶尔南缘分为东、中、西三段，中段新生代的上侏罗统—下白垩统具有良好的油气开发潜力，对该时期的古环境认识有多种观点。对上侏罗统沉积时期的古环境认识有2种，有研究者认为气候干旱[1]，但也有研究者认为气候湿润[2]。对下白垩统沉积时的环境认识主要有2种，有学者认为气候干旱[2-3]，而又有学者认为气候湿润[1，4]。由此可见，对准噶尔南缘上侏罗统—下白垩统的古环境认识很丰富，但研究结果存在矛盾。沉积环境能影响岩层中元素的聚集和分散，导致元素的分异作用，所以元素的差异性分布能判别古环境特征，利用元素的含量和比值关系能恢复古环境。X射线荧光分析(XRF)能快速准确地对元素进行定量分析。本文以准噶尔南缘中段为研究区域，以上侏罗统喀拉扎组(J3k)和下白垩统清水河组(K1q)作为目的层，利用X射线荧光分析(XRF)测量该地区三口井(T1井、T2井、T3井)目的层的岩屑元素含量，对元素含量进行分析，利用元素比值恢复准噶尔南缘中段上侏罗统—下白垩统古环境，深化对该地区的地质认识。

1 区域地质概况

准噶尔盆地是我国西北部重要的含油气盆地，主要包括4个探区，分别为南缘、西北缘、腹部、东部[5]。南缘油气资源丰富，是目前勘探开发的重点和热点。南缘中新生代经历挤压挠曲构造作用[6]，发育叠瓦状冲断断裂和逆冲推覆构造，自西向东发育四棵树凹陷、霍玛吐背斜带等5个构造单元，本文主要对南缘中段进行分析，在中段选取三口井，从东向西依次为T1井、T2井、T3井(见图1a)。准噶尔南缘可以划分3个油气成藏组合，分别为上组合、中组合和下组合[7]。下组合指的是侏罗系至上白垩统，该地层是目前的勘探热点。准噶尔南缘下组合地层自下而上可以划分为八道湾组、三工河组、西山窑组、头屯河组、齐古组、喀拉扎组、清水河组、呼图壁组、胜金口组和连木沁组(见图1b)，本文重点研究上侏罗统喀拉扎和下白垩统清水河组。喀拉扎组与上覆清水河组呈不整合接触。喀拉扎组主要为粗粒沉积，发育多种交错层理，沉积相为冲积扇[8]，清水河组主要为细粒沉积，底部发育砾岩，沉积相类型主要为湖泊。

图1 准噶尔南缘地理位置(a)、新生代地层柱状(b)

2 样品采集与测试

对准噶尔南缘中段三口井的上侏罗统喀拉扎组和下白垩统清水河组岩屑进行取样，取样间隔为5～10 m，在2个组的交界处，将取样间隔缩小为1 m，总取样627个。取样后对样品进行编号、清洁和晾干。X射线荧光光谱仪对元素进行测试，准确性高、操作简单、适应性强、对样品不具破坏性，而且测试时间快，广泛应用于地质研究中。本次实验选用高性能Niton XL 3t-950手持式X射线荧光元素分析仪，该仪器采用大面积硅飘移探测器，能对SiO2、Fe、Al2O3、MgO、Ca、Mn、Sr、V等多种主量和微量元素进行测量。对样品按照不同的井和样品深度顺序逐个进行元素测量，单次测量时间为60 s，为了减小误差，每个样品测试3次，取平均值作为最后结果。将测试完的各样品元素数据导出至电脑中进行分析，整理元素种类及其含量(见表1)。

表1 准噶尔南缘中段部分元素含量 %

3 古环境分析

不同的地质环境，元素的富集程度和丰度有差异，所以通过地层的元素含量的特征与变化，可以推测该地区古环境的特征和变化。本文对古环境的分析主要集中在古盐度和古气候两方面。

3.1 古盐度

古盐度是沉积环境的重要指标，可以判别海陆环境。对古盐度的元素判别方法多种多样，主要有B元素、Sr/Ba值、B/Ga法、Sr/Ca值等[10-12]，本文选用Sr/Ba值、Sr/Ca值2个敏感指标分析古盐度。在水体中，Sr与Ba相比元素迁移能力强，当盐度增大时，Ba以硫酸钡形式沉淀，此时Sr的含量相对Ba增加，随着水体盐度继续增大到临界范围时，Sr才进行沉淀，所以Sr/Ba>1.0，则为海相(咸化湖泊)的咸水沉积；Sr/Ba<0.6时代表淡水陆相沉积；Sr/Ba的值在0.6～1.0之间，则代表半咸水的海陆过渡相[13]。在湖水中，含有锶的盐类溶解度较大，而含有钙的盐类溶解度小，容易沉淀，当盐度减小时，Sr/Ca值减小[11]，Sr/Ca<0.2为淡水环境[12]。

研究区的喀拉扎组(J3k)Sr/Ba平均值为0.005 2，最大值为0.026 5，Sr/Ca均值为0.009 8(见表2)，2组盐度判别比值数据同时表明下侏罗统喀拉扎组沉积时期为淡水陆相环境。清水河组(K1q)Sr/Ba平均值为0.010 1，最大值为0.045，Sr/Ca均值为0.010(见表2)，表示下白垩统清水河组时期为淡水陆相环境。清水河组的Sr/Ba、Sr/Ca平均值大于喀拉扎组，说明清水河组的古盐度相较喀拉扎组上升。喀拉扎组时期T1井的Sr/Ba值、Sr/Ca值均最低，反映T1井古盐度最低，T2井和T3井的Sr/Ba值差距小，但T2井的Sr/Ca值明显小于T3井，表明T2井的古盐度小于T3井(见表3，图2)，所以在喀拉扎组时期古盐度大小顺序为T1井

表2 不同层段元素含量比值数据

表3 喀拉扎组不同井元素含量比值数据

表4 清水河组不同井元素含量比值数据

3.2 古气候

气候通过影响一个地区的气温和降水而对环境产生影响，在不同的气候条件下，岩层的沉积类型有差异，了解研究区的气候条件至关重要。前人用Sr/Cu值、Fe/Mn值、CIA值、Al2O3/MgO值等指示古气候[10-14]。本次选用Fe/Mn值和Al2O3/MgO值恢复古气候。Fe在潮湿环境容易形成Fe(OH)3胶体，而Mn在干旱气候下含量高，在温暖湿润气候条件下Fe/Mn值高，在干旱条件下Fe/Mn值低[10]。Al2O3/MgO比值变化也可反映沉积过程中古气候环境，MgO在干旱环境易保存；Al2O3在湿润气候下以铝硅酸盐类黏土矿物保存[15]，Al2O3/MgO值越大，表示温湿气候，其值越小，则反映干旱气候[11]。

准噶尔南缘中段统喀拉扎组Fe/Mn均值为129.79，最大值为469.30(见表2)，Fe/Mn数值较大，说明上侏罗喀拉扎组时期为温暖湿润的气候。清水河组Fe/Mn均值较大为100.96，最大值为227.03(见表2)，反映下白垩统清水河组时期为温暖湿润的气候。清水河组相较喀拉扎组Fe/Mn均值下降，而Al2O3/MgO值也相应变小，说明从喀拉扎组到清水河组气候湿润程度降低。在喀拉扎组阶段，T3井的Fe/Mn值为158.22、Al2O3/MgO值为3.05，2组数据在三口井中最高，说明其古气候最温暖湿润；T1井的Fe/Mn值和Al2O3/MgO值稍大于T2井的元素比值，表示T1井相较T2井湿润(见表3，图2)。在清水河组时期，T3井的Fe/Mn值、Al2O3/MgO值依然最高，表明T3井最湿润；T1井的Fe/Mn值显著大于T2井，说明T1井湿润程度大于T2井(见表4，图2)。

图2 三口井元素比值对比

4 结 论

1)准噶尔盆地南缘中段上侏罗统的喀拉扎组和下白垩统的清水河组Sr/Ba<0.6、Sr/Ca<0.2，说明该地区在上侏罗统—下白垩统沉积时期都为淡水环境，对2个组的元素比值进行对比，发现从喀拉扎组到清水河组古盐度整体略有上升。从平面上对元素比值分析，喀拉扎组时期，古盐度由东向西逐渐递增；清水河组时期，古盐度由中间往两侧逐渐增大。

2)准噶尔盆地南缘中段上侏罗统的喀拉扎组和下白垩统的清水河组Fe/Mn值和Al2O3/MgO值均较大，表明该地区在上侏罗统—下白垩统时期为温暖湿润的气候，对不同层位的元素比值进行比较，发现喀拉扎组的气候湿润程度大于清水河组。对不同井的气候进行分析，发现在喀拉扎组和清水河组时期T3井都均最湿润，其次为T1井。