陳亞軍，荊文波，宋小勇，何伯斌，伍宏美，王 睿，解士建，宋凱輝，馬 強(qiáng)

（1.北京中科聯(lián)華石油科學(xué)研究院，北京 100101；2.中國(guó)石油吐哈油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，新疆哈密 839009；3.中國(guó)石油玉門(mén)油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，甘肅酒泉 735019）

0 引言

微量元素地球化學(xué)特征與沉積物沉積時(shí)的古氧化還原條件密切相關(guān)，缺氧還原條件與富氧氧化條件的沉積特征具有明顯區(qū)別［1］。目前，元素地球化學(xué)分析在古氧化還原環(huán)境、物源區(qū)巖石成分分析、海相地層劃分等方面應(yīng)用廣泛［2-4］，如利用微量元素含量法、微量元素比值法、硼（B）法等來(lái)研究古氧化還原環(huán)境已較為成熟［5-6］?；鹕綆r與沉積巖在形成條件、發(fā)育環(huán)境、分布規(guī)律等方面具有很大差異。巖漿作用形成的熔巖和火山碎屑巖在堆積固結(jié)成巖過(guò)程中，很可能發(fā)生后期蝕變，所蘊(yùn)含的地球化學(xué)信息雖然能反映巖漿來(lái)源及構(gòu)造背景，但噴發(fā)沉積古地理環(huán)境的地球化學(xué)信息已不太準(zhǔn)確，所以直接利用火山巖元素地球化學(xué)信息來(lái)反映噴發(fā)沉積期的古地理環(huán)境特征，顯然存在較大不確定性。微量元素地球化學(xué)特征與沉積物沉積時(shí)的古氧化還原條件具有密切關(guān)系，因此，可利用火山噴發(fā)間歇期沉積的薄層沉積巖夾層的地球化學(xué)行為來(lái)研究沉積巖夾層古沉積環(huán)境的氧化還原條件，進(jìn)而得出火山巖地質(zhì)環(huán)境演化的有關(guān)信息。

火山巖儲(chǔ)層的發(fā)育受控于多種因素，其中噴發(fā)沉積環(huán)境是影響儲(chǔ)層質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一［7-9］。根據(jù)火山噴發(fā)物堆積和保存時(shí)所處的古地理環(huán)境［9-11］，可將火山巖分為陸上沉積火山巖和水下沉積火山巖［11］。陸上火山噴發(fā)堆積固結(jié)時(shí)接觸的介質(zhì)是空氣，水下火山噴發(fā)溢流沉積時(shí)接觸的介質(zhì)是水體（海水或湖水）［11-13］，2 種不同介質(zhì)環(huán)境中U，Ni，V，Cr，Sr 等氧化還原敏感性元素的富集程度不同［14］。因此，可利用火山噴發(fā)間歇期正常沉積巖層中氧化還原敏感性微量元素的含量及其相關(guān)比值的演化趨勢(shì)來(lái)重建氧化還原狀態(tài)，以進(jìn)一步探討古沉積環(huán)境意義，進(jìn)而間接得出火山噴發(fā)沉積時(shí)所處的古地理環(huán)境演化信息。對(duì)馬朗凹陷牛圈湖—牛東地區(qū)上石炭統(tǒng)卡拉崗組和哈爾加烏組的研究主要集中于巖性顏色、巖石結(jié)構(gòu)與粒度、儲(chǔ)集空間類型等方面，大多認(rèn)為水下噴發(fā)沉積或保存時(shí)水的作用主要體現(xiàn)在巖性顏色、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、產(chǎn)狀、蝕變、與下伏地層接觸關(guān)系、孔隙發(fā)育及裂縫特點(diǎn)等方面。梁浩等［15］、林潼等［16］、馬雪等［17］利用巖相、古生物標(biāo)志、自身礦物分布以及巖石中Fe2O3與FeO 的分布特征等來(lái)判定火山巖的沉積古地理環(huán)境。目前，尚無(wú)學(xué)者基于火山噴發(fā)間歇期或平靜期沉積的薄層沉積巖層微量元素的地球化學(xué)行為及其相關(guān)比值，來(lái)探討其古沉積環(huán)境的意義。

本次研究試圖通過(guò)火山噴發(fā)間歇期沉積的薄層沉積巖微量元素的含量及其相關(guān)比值，研究其古沉積環(huán)境，以期更全面、更科學(xué)地認(rèn)識(shí)三塘湖盆地石炭系火山巖沉積古地理環(huán)境，為該類火山巖油氣勘探提供參考。

1 地質(zhì)概況

三塘湖盆地位于新疆巴里坤哈薩克自治縣與伊吾縣境內(nèi)，夾持于莫?dú)J烏拉山與蘇海圖山之間，呈北西—南東向條帶狀分布。經(jīng)過(guò)海西、印支、燕山、喜山等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的復(fù)合作用［15，18］，呈南北分帶、東西分塊的構(gòu)造格局。其中馬朗凹陷上石炭統(tǒng)火山巖大面積分布，已發(fā)現(xiàn)了牛東油田和牛圈湖含油氣構(gòu)造，并具有上億噸儲(chǔ)量規(guī)模［圖1（a）］，油層主要位于上石炭統(tǒng)卡拉崗組和哈爾加烏組火山巖體中［10］。

鉆井揭示，牛圈湖—牛東構(gòu)造帶上發(fā)育的地層自下而上依次為上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組（C2b）、哈爾加烏組（C2h）、卡拉崗組（C2k）、上二疊統(tǒng)蘆草溝組（P2l）和條湖組（P2t）、中上三疊統(tǒng)克拉瑪依組（T2k2）、下侏羅統(tǒng)八道灣子組（J1b）和三工河組（J1s）、中侏羅統(tǒng)西山窯組（J2x）和頭屯河組（J2t）、上侏羅統(tǒng)齊古組（J3q）、下白堊統(tǒng)（K1）等，各層組間大都為不整合接觸［圖1（b）］。井下揭露上石炭統(tǒng)C2k 和C2h 以熔巖為主，占地層總厚度的70%，火山碎屑巖次之，約占地層總厚度的27%，在各噴發(fā)間歇期沉積有薄層沉積巖，約占地層總厚度的3%。司學(xué)強(qiáng)等［19］、羅權(quán)生等［20］采用旋回—亞旋回—期次—韻律—層5級(jí)地層劃分方案，將C2h 劃分為2 個(gè)亞旋回（C2h1，C2h2）、4 個(gè)噴發(fā)期次（C2h11，C2h12，C2h21，C2h22）；將C2k 劃分為4 個(gè)亞旋回、8 個(gè)噴發(fā)期次，自上而下對(duì)應(yīng)8 個(gè)油層組（K1—K8）。借鑒文獻(xiàn)［18-20］的研究成果，在三塘湖牛東地區(qū)，石炭系滾動(dòng)目標(biāo)優(yōu)選研究中認(rèn)識(shí)到，馬中—牛東—馬33 井區(qū)上石炭統(tǒng)C2h22，C2h12頂部有火山洼地或湖泊發(fā)育，以湖相暗色泥巖夾炭質(zhì)泥巖、凝灰質(zhì)砂巖、粉砂巖、砂礫巖沉積為特征；C2k 中下部火山噴發(fā)間歇期有少量沉積巖層存在，厚度較薄，而頂部的K1組底部為一較短期風(fēng)化面，風(fēng)化面之下分布有穩(wěn)定的沉積巖。

圖1 三塘湖盆地馬朗凹陷構(gòu)造位置（a）及地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Structural location（a）and stratigraphic column（b）of Malang Sag in Santanghu Basin

2 樣品采集及分析測(cè)試方法

選取C2k 和C2h 火山噴發(fā)間歇期正常沉積巖層地球化學(xué)樣品共20 件，其采樣位置、深度、層位、巖性等信息見(jiàn)圖2。測(cè)試采用Finnigan Element Ⅱ型等離子質(zhì)譜儀（ICP-MS）完成，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差優(yōu)于5%。測(cè)定前須做樣品處理：首先準(zhǔn)確稱取50 mg 巖石標(biāo)樣，放于聚四氟乙烯塑料坩鍋中，依次加入1 mL HClO4，3 mL HF，2 mL HNO3，置于電熱板上加熱并觀察坩鍋中HClO4白煙冒盡時(shí)，取下冷卻；然后加入1 mL（1+1）HCl 和8 mL H2O，置于電熱板上微熱至鹽類完全溶解后定容10 mL，最后分取1 mL至10 mL至比色管中，并補(bǔ)加0.2 mL HNO3，標(biāo)準(zhǔn)定容至10 mL，待測(cè)。

圖2 馬朗凹陷牛圈湖—牛東構(gòu)造帶C2k 沉積相展布（a）及采樣井位和采樣點(diǎn)示意圖（b）Fig.2 Distribution of sedimentary facies of Kalagang Formation in Niuquanhu-Niudong structural belt of Malang Sag（a）and schematic diagram of sampling wells and sampling points（b）

調(diào)研國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，綜合建立了DOP（黃鐵礦礦化度）、w（U），w（U）/w（Th），w（V）/w（Cr），w（Ni）/w（Co），w（V）/w（V+Ni），w（V）/w（Sc），w（Sr）/w（Ba），w（Cu）/w（Zn），w（V）/w（Zr），w（B）/w（Ga）等11 種微量元素含量的地球化學(xué)指標(biāo)判識(shí)圖版，以此示蹤20 件地球化學(xué)樣品的古沉積環(huán)境的氧化還原狀態(tài)。

3 測(cè)試結(jié)果分析

3.1 沉積巖層巖石類型及其特征

在梁浩等［15］對(duì)三塘湖盆地馬朗凹陷火山巖分類的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)研究區(qū)C2k 典型取心井的巖心觀察和薄片鑒定，確定該層系發(fā)育的熔巖主要為氣孔玄武巖、致密塊狀玄武巖、杏仁狀玄武巖［圖3（a）］，火山碎屑巖主要為巖屑、玻屑、晶屑凝灰?guī)r和火山角礫巖［圖3（b）—（c）］。在不同噴發(fā)間歇期即噴發(fā)間斷面上，沉積有薄層沉積巖，巖性主要有灰褐色粗中粒巖屑砂巖、棕色細(xì)砂巖、灰黑色凝灰質(zhì)泥巖、泥巖和黑色炭質(zhì)泥巖［圖3（d）—（h）］，其中砂巖、細(xì)砂巖成分以石英、長(zhǎng)石為主，巖屑次之，微含暗色礦物，分選性中等，呈次圓狀，泥質(zhì)膠結(jié)［圖3（d）—（e）］；灰色泥巖、黑色炭質(zhì)泥巖含少許碎屑成分，局部裂縫被方解石充填或半充填［圖3（f）—（h）］。

C2h 主要發(fā)育致密塊狀、淬碎爐渣狀、玻璃質(zhì)含量高的玄武巖［圖3（i）］，氣孔杏仁狀玄武巖發(fā)育程度低，且充填程度高，其次為玻屑、晶屑凝灰?guī)r和玄武質(zhì)火山角礫巖［圖3（j）—（k）］，玻屑凝灰?guī)r和晶屑玻屑凝灰?guī)r均含有生物碎屑、炭屑及少量泥質(zhì)條帶。C2h22，C2h12火山活動(dòng)間歇期，以暗色泥巖夾炭質(zhì)泥巖或粉砂、砂礫巖沉積為特征［19，21］；泥巖與炭質(zhì)泥巖含有凝灰質(zhì)成分，巖心見(jiàn)水平層理發(fā)育，紋層厚度為1～4 cm，具有一定的沉積特征［圖3（l）—（o）］；凝灰質(zhì)粉砂巖［圖3（p）］較為致密，多為細(xì)砂，成分以石英為主，長(zhǎng)石次之，分選性中等，呈次圓狀。

圖3 馬朗凹陷牛圈湖—牛東構(gòu)造帶上石炭統(tǒng)C2k 和C2h 典型火山巖、沉積夾層巖心及鑄體薄片（a）玄武巖，C2k，牛東109 井，2 098.63～2 098.86 m；（b）含白云石玻屑沉凝灰?guī)r，C2k，馬73 井，2 043.96～2 044.18 m；（c）含油玄武質(zhì)火山角礫巖，C2k，馬40 井，1 795.90～1 796.03 m；（d）灰褐色粗中粒巖屑砂巖，C2k，馬24 井，1 483.28～1 483.42 m；（e）棕色細(xì)砂巖，C2k，馬24 井，1533.00～1 533.20 m；（f）灰色泥巖，C2k，馬29 井，2182.60～2 182.76 m；（g）灰色泥巖，C2k，馬29 井，2183.95～2184.05 m；（h）炭質(zhì)泥巖，C2k，馬29 井，2184.68～2 184.76 m；（i）杏仁狀玄武巖，C2h，馬40 井，2 736.23～2 736.34 m；（j）玄武質(zhì)巖屑凝灰?guī)r，C2h，馬361 井，3 162.01～3 162.21 m；（k）中性細(xì)火山角礫巖，C2h，馬67 H 井，3 083.63～3 083.73 m；（l）灰色泥巖，C2h，馬38 井，3040.05～3 040.15 m；（m）泥巖，C2h，馬38 井，3042.10～3042.22 m；（n）泥巖，C2h，馬40 井，2 732.75～2 732.87 m；（o）炭質(zhì)泥巖，C2h，馬40 井，2 732.50～2 732.75 m；（p）凝灰質(zhì)粉砂巖，C2h，馬40 井，2 668.10～2 668.18 mFig.3 Core photos and cast thin sections of typical volcanic rocks and sedimentary interbeds of Upper Carboniferous Kalagang Formation and Haerjiawu Formation in Niuquanhu-Niudong structural belt of Malang Sag

3.2 沉積巖層巖石元素分布的影響因素

以馬朗凹陷牛圈湖—牛東構(gòu)造帶火山噴發(fā)間歇期或平靜期沉積的薄層沉積巖層（砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖等）為研究對(duì)象，在分析其元素地球化學(xué)行為與環(huán)境意義時(shí)，須考慮火山活動(dòng)、沉積環(huán)境介質(zhì)（空氣、水體）、風(fēng)化作用、埋藏作用等因素的影響。

（1）沉積環(huán)境?？紤]到不同介質(zhì)物化條件的差異，一些對(duì)沉積環(huán)境較為敏感的元素在巖石中的分布規(guī)律和富集程度不盡相同；有些微量元素水下（還原條件）富集，有的則陸上（氧化條件）富集。一般認(rèn)為T(mén)h 和Sc 受氧化還原環(huán)境變化影響較小，而Ni 和Co 易在還原條件下富集，V 易在氧化環(huán)境富集；而海洋（湖水）高鹽度沉積物中B 和Sr 含量高，淡水沉積物中Ga 和Ba 比較富集。

（2）風(fēng)化作用。風(fēng)化作用的影響僅局限于陸上噴發(fā)間歇期或平靜期沉積的沉積物或沉積巖，而對(duì)水下噴發(fā)間歇期沉積的沉積物或沉積巖幾乎無(wú)影響。高強(qiáng)度、長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化作用對(duì)出露地表的沉積巖層主微量元素的分布和分配具有一定影響，其地球化學(xué)信息不再具有反映和記錄原始沉積古環(huán)境的意義。為合理規(guī)避這一干擾因素，采樣時(shí)選擇較為新鮮的樣品，同時(shí)去掉表層風(fēng)化物質(zhì)，剔除蝕變、礦化較強(qiáng)及風(fēng)化破碎的樣品。

（3）埋藏作用。在火山巖的埋藏成巖階段，地層流體的滲入與帶出會(huì)導(dǎo)致原有礦物發(fā)生蝕變或溶蝕，同時(shí)有新礦物或次生礦物形成，產(chǎn)生次生膠結(jié)和充填作用，成巖礦物會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而引起火山噴發(fā)間歇期薄層沉積巖中微量元素（含稀土元素）的含量發(fā)生改變，因此，在采樣分析時(shí)對(duì)埋藏成巖作用影響較深的樣品需謹(jǐn)慎對(duì)待。而燒失量（LOI 值）過(guò)高的樣品可能遭受了嚴(yán)重的埋藏成巖作用，其指示的沉積古環(huán)境意義較小，在數(shù)據(jù)充分的情況下，可根據(jù)燒失量（LOI）合理剔除埋藏成巖蝕變較強(qiáng)的樣品。

3.3 沉積巖層巖石微量元素測(cè)試結(jié)果

選取研究區(qū)C2k 和C2h 火山噴發(fā)間歇期20 件沉積巖層樣品的微量元素含量及其相關(guān)比值見(jiàn)表1，本次主要分析了Sr，Ba，Ni，V，Cr，Sc，Zr，B，Ga 等微量元素。

C2k 和C2h 這2 個(gè)層組火山噴發(fā)間歇期，沉積巖層氧化還原敏感微量元素富集程度相似。C2k 中B含量除馬24 井灰色粗中粒巖屑砂巖和棕色細(xì)砂巖2 個(gè)高值之外，其余8 件樣品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（2.41～14.00）×10-6，平均為5.38×10-6，相對(duì)上地殼平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)［22］虧損，指示當(dāng)時(shí)可能為陸相淡水或微咸水沉積環(huán)境；Ni 質(zhì)量分?jǐn)?shù)除灰色粗中粒巖屑砂巖1 個(gè)高值之外，其余9 件樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（20.85～56.34）×10-6，平均為33.52×10-6，較上地殼平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)低；V 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（84.00～550.00）×10-6，平均為271.10×10-6，相對(duì)上地殼平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)重度富集；Cr 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（47.88～433.00）×10-6，平均為107.43×10-6，與上地殼平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近；Sr 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（107.00～906.00）×10-6，平均為559.00×10-6，高于上地殼平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)；Ba 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（289.00～715.00）×10-6，平均為405.00×10-6，略高于上地殼平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。C2h 中B 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（0～91.70）×10-6，平均為25.87×10-6，相對(duì)上地殼平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)富集，說(shuō)明當(dāng)時(shí)可能沉積于海（湖）相半咸水環(huán)境；Ni 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（22.50～35.22）×10-6，平均為30.58×10-6，較上地殼平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)低；V 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（131.00～340.00）×10-6，平均為206.30×10-6，相對(duì)上地殼平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)富集；Cr 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（14.15～126.00）×10-6，平均為59.60×10-6，低于上地殼平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)；S 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（97.36～1 353.00）×10-6，平均為435.74×10-6，較上地殼平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)低；Ba 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（79.27～1 196.00）×10-6，平均為359.93×10-6，低于上地殼平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

由圖4 可看出，在C2k 淺層Sr，V，Cr 含量明顯減少，Ba 與Ni 含量明顯增多；而C2h 這些敏感元素的含量分布相對(duì)穩(wěn)定，受埋深變化影響小。2 個(gè)層組火山噴發(fā)間歇期沉積巖層中Cr 與V，Sc 與V，Zr與V，B 與Ga 存在負(fù)相關(guān)性，Cu 與Zn 相關(guān)性不明顯，而B(niǎo)a 與Sr 在演化趨勢(shì)上具有不太明顯的負(fù)相關(guān)性，所不同的是，C2k 中Ni 和V 的含量分布隨埋深的變化很不穩(wěn)定，存在負(fù)相關(guān)性。

圖4 馬朗凹陷牛圈湖—牛東構(gòu)造帶上石炭統(tǒng)火山巖中沉積巖夾層微量元素含量的縱向演化特征Fig.4 Vertical evolution of trace element content in sedimentary interbeds of Upper Carboniferous volcanic rocks in Niuquanhu-Niudong structural belt of Malang Sag

4 古環(huán)境討論

4.1 沉積環(huán)境氧化還原狀態(tài)的地球化學(xué)示蹤

海水（湖水）和陸上空氣的氧化還原條件雖然控制著沉積物或沉積巖中V，Ni，Cr，Co 等氧化還原敏感微量元素以及Sr，Ba，Mn，Cu 等古氣候濕度敏感元素的富集，但單一的微量元素?cái)?shù)據(jù)或者其比值有時(shí)并未能很好地反映其古沉積環(huán)境，而利用多組比值組合指標(biāo)或者二者的關(guān)聯(lián)性可以達(dá)到更好的分析效果。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者［2，23-27］利用微量元素地球化學(xué)指標(biāo)來(lái)示蹤古沉積環(huán)境，并綜合建立了DOP、自生U，U/Th，V/Cr，Ni/Co，V/Sc，V/（V+Ni），Cu/Zn，Sr/Ba，V/Zr，B/Ga 等11 種地球化學(xué)指標(biāo)綜合判識(shí)圖版（圖5）。

圖5 氧化還原條件及沉積環(huán)境介質(zhì)微量元素含量比值指標(biāo)判識(shí)圖版［2，23，27］Fig.5 Oxidation-reduction conditions and determination chart of microelement ratio index in sedimentary environment medium in Niuquanhu-Niudong structural belt of Malang Sag

Jones 等［23］利用DOP，V/Cr，U/Th，自生U，C/S，Ni/Co，Ni/V與（Cu+Mo）/Zn 這8 種地球化學(xué)指標(biāo)，對(duì)挪威北海及英國(guó)海岸的上侏羅統(tǒng)灰色泥巖地層進(jìn)行取樣并計(jì)算，然后通過(guò)因素分析法來(lái)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)V/Cr，DOP，U/Th，自生U，Ni/Co 這5 種地球化學(xué)指標(biāo)特性一致，具較強(qiáng)的內(nèi)在統(tǒng)一性，是作為氧化還原條件判斷的較佳組合指標(biāo)，并提出V/Cr 可很好地反映沉積環(huán)境氧化還原條件，w（V）/w（Cr）＜2 為氧化環(huán)境，2.00～4.25 為貧氧環(huán)境，＞4.25 為次氧至缺氧環(huán)境。Ernst［24］在地球化學(xué)分析研究中，將w（V）/w（Cr）＞2視為還原環(huán)境，＜2 更偏向于氧化環(huán)境。Ni 和Co 這2 種敏感元素都會(huì)在還原環(huán)境的沉積物中富集，卻又因各自地球化學(xué)行為的差異性而呈現(xiàn)出一定的含量相關(guān)關(guān)系［23］；富氧氧化環(huán)境下w（Ni）/w（Co）＜5.0，亞氧化—弱還原環(huán)境下5.0 ＜w（Ni）/w（Co）＜7.0，貧氧或缺氧（還原）環(huán)境下w（Ni）/w（Co）＞7.0。曾春林等［25］在柴達(dá)木盆地北緣微量元素含量及油氣地質(zhì)意義研究中認(rèn)為，氧化環(huán)境常導(dǎo)致w（Ni）/w（Co）值較低，而還原環(huán)境使w（Ni）/w（Co）值較高，并提出w（Ni）/w（Co）＜2.5 為強(qiáng)氧化環(huán)境，2.5 ＜w（Ni）/w（Co）＜5.0 為氧化還原過(guò)渡環(huán)境，w（Ni）/w（Co）＞5.0 為缺氧（還原）環(huán)境。Kimura 等［26］利用w（V）/w（Sc）值研究了伊朗北部前寒武紀(jì)—寒武紀(jì)海洋缺氧邊界，指出V 和Sc都為不可溶元素，在缺氧環(huán)境下w（V）/w（Sc）值較高，而在氧化環(huán)境下w（V）/w（Sc）值較低；一般認(rèn)為w（V）/w（Sc）＜14 為富氧氧化環(huán)境，w（V）/w（Sc）＞30 為缺氧還原環(huán)境。V 在氧化環(huán)境下容易與沉積物結(jié)合發(fā)生沉淀，而Ni 在還原條件下易被吸附而發(fā)生沉淀，在沉積巖中w（V）/w（V+Ni）＞0.70 指示缺氧沉積環(huán)境；當(dāng)w（V）/w（V+Ni）＞0.84 時(shí)，反映還原環(huán)境；當(dāng)0.60 ＜w（V）/w（V+Ni）＜0.84 時(shí)，反映貧氧環(huán)境；當(dāng)0.46 ＜w（V）/w（V+Ni）＜0.60 時(shí)，反映弱富氧環(huán)境［5，23，27］。

沉積物或沉積巖中w（U）/w（Th）值可作為環(huán)境的氧化還原狀態(tài)指示。Jones 等［23］指出w（U）/w（Th）＞4.25 和＜0.75 分別對(duì)應(yīng)缺氧（還原）環(huán)境和氧化環(huán)境，貧氧環(huán)境介于二者之間。Wignall 等［26］指出w（Th）/w（U）值在缺氧環(huán)境下分布在0～2，在強(qiáng)氧化環(huán)境下可達(dá)8 左右。Wignall 等［28-29］、張國(guó)濤等［30］提出用自生U 來(lái)作為沉積序列中氧化還原環(huán)境的指標(biāo)，δ（自生U）＜5 和＞12 對(duì)應(yīng)氧化環(huán)境和缺氧（還原）環(huán)境。

沉積物中w（Sr）/w（Ba）值與古鹽度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，一般認(rèn)為淡水沉積物中0.6 ＜w（Sr）/w（Ba）＜1.0 為半咸水相，w（Sr）/w（Ba）＜0.6 為微咸水、淡水相，而海/湖相沉積物中w（Sr）/w（Ba）＞1［31-33］。熊小輝等［2］認(rèn)為銅族元素（Cu，Zn）在沉積作用過(guò)程中可因沉積介質(zhì)氧逸度的不同而產(chǎn)生分離，w（Cu）/w（Zn）值隨沉積介質(zhì)氧逸度的升降而變化。因此，可用來(lái)判斷巖石沉積時(shí)的氧化還原環(huán)境。梅水泉［34］將w（Cu）/w（Zn）＜0.21，0.21 ＜w（Cu）/w（Zn）＜0.35，0.38 ＜w（Cu）/w（Zn）＜0.50，0.50 ＜w（Cu）/w（Zn）＜0.63，w（Cu）/w（Zn）＞0.63，依次劃為還原、弱還原、還原—氧化過(guò)渡、弱氧化、氧化等“相”；在統(tǒng)計(jì)處理時(shí)等于界限值時(shí)歸前“相”，高于界限值時(shí)歸后“相”。胡見(jiàn)義等［35］、陳代演等［36］指出陸相巖石所有類型w（V）/w（Zr）為0.12～0.40，海（湖）相巖石所有類型w（V）/w（Zr）為0.25～4.0。熊輝小等［2］、陳代演等［36］、Chen 等［37］指出微量元素Sr，Ga，V，B 含量及其比值可指示淺海和陸相沉積，并將w（B）/w（Ga）＞4.2，3.3 ＜w（B）/w（Ga）＜4.2，w（B）/w（Ga）＜3.3 對(duì)應(yīng)為淺海沉積、海陸過(guò)渡沉積和陸相沉積。

4.2 沉積巖層古沉積環(huán)境的示蹤

（1）w（V）/w（Sc）-w（V）/w（Cr）值。在C2k 和C2h火山噴發(fā)間歇期沉積的薄層沉積巖中，V 和Cr 這2種變價(jià)元素具有一定的富集，所不同的是Sc 在C2k明顯較C2h 富集程度低（參見(jiàn)圖5）。在利用w（V）/w（Sc）與w（V）/w（Cr）分析本區(qū)沉積巖層沉積古氧化還原狀態(tài)時(shí)，發(fā)現(xiàn)2 個(gè)比值之間存在相關(guān)關(guān)系（圖6）；于炳松等［38］在對(duì)部分已知沉積物的Sc，V和Cr 含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析表明，w（V）/w（Sc）和w（V）/w（Cr）也存在與本次研究相似的分布特征。

在火山噴發(fā)伴隨高溫作用影響下，湖盆水體應(yīng)傾向于還原環(huán)境，因此分析樣品與高w（V)/w（Sc)值代表的還原環(huán)境及與低w（V）/w（Cr）值代表的氧化環(huán)境相符合。根據(jù)圖6 將氧化還原環(huán)境界線劃分為3 類：①w（V）/w（Cr）＜2.00，同時(shí)w（V）/w（Sc）＜14.00 時(shí)，沉積巖層沉積于陸上氧化環(huán)境；②2.00 ＜w（V）/w（Cr）＜4.25，同時(shí)14.00 ＜w（V）/w（Sc）＜30.00 時(shí)，沉積巖層沉積于水陸過(guò)渡環(huán)境（弱氧化—弱還原）；③w（V）/w（Cr）＞4.25，同時(shí)w（V）/w（Sc）＞30.00 時(shí)，沉積巖層沉積于水下缺氧（弱還原）環(huán)境。

圖6 馬朗凹陷牛圈湖—牛東構(gòu)造帶上石炭統(tǒng)火山巖沉積巖夾層樣品w（V）/w（Sc）-w（V）/w（Cr）交匯及氧化還原環(huán)境指示Fig.6 w（V）/w（Sc）-w（V）/w（Cr）intersection and redox environment indicator of sedimentary interbed samples in UpperCarboniferous volcanic rocks in Niuquanhu-Niudong structural belt of Malang Sag

由表1 可知，C2k 沉積巖層中，w（V）/w（Sc）為11.31～396.40，跨度較大，數(shù)值＞30.00 的樣品占50%；w（V）/w（Cr）為1.27～8.48，數(shù)值＞4.25 的樣品為50%。由圖7 可看出：w（V）/w（Sc）與w（V）/w（Cr）的值整體演化趨勢(shì)相似，到淺部減小，反映當(dāng)時(shí)沉積環(huán)境復(fù)雜多變，多為頻繁的水、陸過(guò)渡動(dòng)蕩沉積環(huán)境；C2h 沉積巖層中，w（V）/w（Sc）為11.02～232.88，跨度亦很大，數(shù)值＜30.00 樣品占60%；w（V）/w（Cr）為1.94～17.75，大部分?jǐn)?shù)值＞2.00；w（V）/w（Sc）的值相對(duì)穩(wěn)定，而w（V）/w（Cr）的值不穩(wěn)定，整體演化趨勢(shì)與C2k 相似，但略高于C2k。反映當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境存在一定還原性，局部具有一定水體深度，同時(shí)水、陸過(guò)渡沉積環(huán)境也存在。

（2）w（V）/w（Ni+V）值。由表1、圖7 可看出，C2k 沉積巖層中，w（V）/w（Ni+V）為0.08～0.96，跨度較大，但大部分?jǐn)?shù)值＞0.60，其值在淺層明顯減小，反映由還原環(huán)境逐漸向氧化環(huán)境過(guò)渡。C2h 沉積巖層中，w（V）/w（Ni+V）為0.79～0.92，數(shù)值跨度小且分布集中，大部分?jǐn)?shù)值＞0.84，其值分布比較穩(wěn)定，表明受水動(dòng)力條件影響小，多為相對(duì)穩(wěn)定的水體還原環(huán)境。

圖7 馬朗凹陷牛圈湖—牛東構(gòu)造帶沉積巖夾層微量元素比值縱向演化曲線Fig.7 Vertical indicator evolution curve of trace element ratio of sedimentary interbeds in Niuquanhu-Niudong structural belt of Malang Sag

（3）w（Cu）/w（Zn）值。C2k 沉積巖層中，w（Cu）/w（Zn）為0.67～1.37，數(shù)值均＞0.63，其值增減不穩(wěn)定，根據(jù)前述指標(biāo)可判斷為陸上氧化環(huán)境。C2h 沉積巖層中，w（Cu）/w（Zn）為0.52～3.71，大部分?jǐn)?shù)值＞0.63，其值向淺層具有增大趨勢(shì)，且較C2k 要高，可判斷為以氧化環(huán)境為主。

（4）w（Sr）/w（Ba）值。C2k 沉積巖層中，w（Sr）/w（Ba）為0.15～2.48，數(shù)值＞1.00 樣品的占70%，其值到淺層明顯減小，可判斷為頻繁水、陸過(guò)渡沉積環(huán)境或淡水微咸水介質(zhì)。C2h 沉積巖層中w（Sr）/w（Ba）為0.52～2.08，數(shù)值＞1.00 樣品的占50%，其值受深度影響較小，可以判斷為海（湖）相半咸水介質(zhì)或水、陸過(guò)渡沉積環(huán)境。

（5）w（V）/w（Zr）值。C2k 沉積巖層中w（V）/w（Zr）為1.07～5.05，數(shù)值均＞0.40，其值有向淺層減小的趨勢(shì)，可判斷為海相沉積環(huán)境或高鹽度咸水介質(zhì)。C2h 沉積巖層中w（V）/w（Zr）為0.13～0.91，數(shù)值＞0.4 的占50%，w（V）/w（Zr）為0.2～0.4 的占40%，其值呈一定韻律性變化，可判斷為海相咸水介質(zhì)和海陸過(guò)渡相半咸水介質(zhì)。

（6）w（B）/w（Ga）值。C2k 沉積巖層中w（B）/w（Ga）為0.41～5.32，多數(shù)值＜3.30，其值受埋深影響明顯，向淺層顯著增大，反映以陸相沉積環(huán)境為主，海（湖）、陸過(guò)渡沉積環(huán)境也存在。C2h 沉積巖層中，w（B）/w（Ga）為0.20～24.72，多數(shù)值＞4.20，可判斷為以海（湖）相沉積為主，海（湖）、陸過(guò)渡相沉積次之。

通過(guò)上述綜合因素分析法驗(yàn)證篩選，發(fā)現(xiàn)w（V）/w（Cr），w（V）/w（Sc），w（V）/w（V+Ni），w（Sr）/w（Ba）和w（B）/w（Ga）這5 類比值數(shù)據(jù)演化趨勢(shì)較為一致，且結(jié)論較為可信，是沉積巖層古氧化還原環(huán)境或古沉積環(huán)境介質(zhì)示蹤判別的較佳組合指標(biāo)；而w（Cu）/w（Zn）和w（V）/w（Zr）這2 類數(shù)據(jù)與其他比值的演化趨勢(shì)有差異，這2 類比值的地球化學(xué)特征及沉積環(huán)境意義有待商榷，不適合作為古氧化還原條件或古沉積環(huán)境介質(zhì)的判別依據(jù)（表2）。

表2 氧化還原環(huán)境微量元素判別指標(biāo)及馬朗凹陷牛圈湖—牛東構(gòu)造帶上石炭統(tǒng)沉積巖層測(cè)試樣品數(shù)據(jù)分布統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of trace element discrimination index and Upper Carboniferous test sample data in redox environment in Niuquanhu-Niudong structural belt of Malang Sag

w（V）/w（Cr），w（V）/w（Sc），w（V）/w（V+Ni），w（Sr）/w（Ba）和w（B）/w（Ga）這5 類比值指標(biāo)的一致性表明，C2k 沉積巖層的古沉積環(huán)境極為復(fù)雜，為頻繁水、陸過(guò)渡相及陸上沉積特征，水、陸過(guò)渡時(shí)期湖盆水體可能處于不斷波動(dòng)的過(guò)程，該組火山巖沉積保存于水、陸交替和陸上古地理環(huán)境。C2h 沉積巖層的古沉積環(huán)境相對(duì)單一，以水下沉積環(huán)境為主（局部水體具有一定深度或具有一定鹽度），水、陸過(guò)渡相也發(fā)育，該組火山巖主要沉積保存于水下古地理環(huán)境，水、陸過(guò)渡古地理環(huán)境也存在。這與王盛鵬等［11］和朱卡等［19］的研究結(jié)果較為吻合。由此，經(jīng)綜合因素分析法驗(yàn)證篩選得出的w（V）/w（C），w（V）/w（Sc），w（V）/w（V+Ni），w（Sr）/w（Ba）和w（B）/w（Ga）這5 類比值組合指標(biāo)，對(duì)本區(qū)上石炭統(tǒng)古沉積環(huán)境的示蹤判別結(jié)果是科學(xué)可信的，且該地球化學(xué)方法不受地質(zhì)時(shí)代及區(qū)域地質(zhì)條件的限制，具有普遍適用性。

5 結(jié)論

（1）馬朗凹陷牛圈湖—牛東構(gòu)造帶上石炭統(tǒng)火山噴發(fā)間歇期正常沉積巖夾層的巖性主要有灰色粗中粒巖屑砂巖、棕色細(xì)砂巖、灰色泥巖和灰黑色炭質(zhì)泥巖，其灰色粗中粒巖屑砂巖、棕色細(xì)砂巖成分以巖屑為主，石英、長(zhǎng)石次之，微含暗色礦物，泥質(zhì)膠結(jié)次致密；而灰色泥巖、灰黑色炭質(zhì)泥巖不純，在C2h 巖心中見(jiàn)水平層理發(fā)育，紋層的厚度為1～4 cm，具有一定的沉積特征。

（2）基于DOP、自生U，U/Th，V/Cr，Ni/Co，V/（V+Ni），V/Sc，V/Zr，Sr/Ba，Cu/Zn，B/Ga 等11 種地球化學(xué)指標(biāo)判識(shí)圖版可以判別馬朗凹陷牛圈湖—牛東構(gòu)造帶火山熔巖與火山碎屑巖中沉積巖夾層的古沉積環(huán)境。

（3）w（V）/w（Cr），w（V）/w（Sc），w（V）/w（V+Ni），w（Sr）/w（Ba）和w（B）/w（Ga）這5 類比值演化趨勢(shì)較為一致，可作為較佳的沉積巖層古氧化還原環(huán)境判別組合指標(biāo)；5 類組合指標(biāo)綜合判別上石炭統(tǒng)C2k 沉積巖層沉積介質(zhì)環(huán)境極為復(fù)雜，存在頻繁水、陸過(guò)渡相及陸相沉積特征；上石炭統(tǒng)C2h 沉積巖層沉積介質(zhì)環(huán)境相對(duì)單一，以海（湖）水下還原環(huán)境為主，海（湖）、陸過(guò)渡復(fù)雜環(huán)境介質(zhì)也存在。

（4）基于火山噴發(fā)間歇期正常沉積巖夾層微量元素地球化學(xué)特征指示的古沉積環(huán)境意義，間接得出的火山巖地質(zhì)環(huán)境演化結(jié)果具有普適性，可應(yīng)用于不同地質(zhì)時(shí)代、不同區(qū)域地質(zhì)條件下火山巖噴發(fā)間歇期沉積巖夾層古沉積介質(zhì)環(huán)境的判別中。