關(guān)鍵詞湖相紋層;文石;白云石;藻類勃發(fā);古水文

第一作者簡(jiǎn)介 ，男，1997年出生，碩士研究生，沉積學(xué)，E-mail：

通信作者郭佩，女，博士，副教授，E-mail：guopei18@cdut.edu.cn

中圖分類號(hào) P512.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

DOI： 10.14027/j.issn.1000-0550.2023.065

CSTR： 32268.14/j.cjxb.62-1038.2023.065

0 引言

紋層是細(xì)粒沉積物在湖水分層條件下緩慢沉積的表現(xiàn)[1-4。分層的水體最有利于紋層的形成4，湖水分層可以造成底部水體嚴(yán)重缺氧，使得底棲動(dòng)物難以生存，避免了生物擾動(dòng)破壞紋理，從而形成與沉積環(huán)境變化有關(guān)的沉積紋層。紋層的形成過程與水平面變化有關(guān)，而湖泊的水位變化和沉積過程又對(duì)氣候變化（蒸發(fā)、降水和河流流入量）極為敏感，因此，可從紋層的礦物成分和厚度中可提取古氣候、古環(huán)境重要信息。如紋層可用于研究季節(jié)到年度尺標(biāo)的氣候變化，進(jìn)而為古氣候周期、地質(zhì)事件重現(xiàn)、古湖泊物理、古湖水化學(xué)及古生產(chǎn)力的演化研究提供絕佳材料[5。近十年來，隨著我國頁巖油氣的勘探開發(fā)，紋層對(duì)頁巖有機(jī)質(zhì)富集、儲(chǔ)集性能的影響逐漸被學(xué)者關(guān)注并重視[8-]

單個(gè)紋層常見礦物成分包括：來自流域的外來碎屑物質(zhì)、沉淀的碳酸鹽礦物、蒸發(fā)巖礦物、富鐵富錳的絮凝體、內(nèi)源的有機(jī)碎屑以及從底部重懸的內(nèi)源和外源碎屑礦物5。在湖水分層的條件下，各種藻類、碳酸鹽礦物、有機(jī)質(zhì)、黏土礦物等可以在不同的季節(jié)形成不同類型的紋層。其中碳酸鹽紋層是咸化湖盆沉積中的一種重要紋層類型，包括文石紋層、方解石紋層和白云石紋層，廣泛發(fā)育于我國渤海灣盆地[2，12-13]、柴達(dá)木盆地[415]，及土耳其Van湖[、美國Briger湖和阿爾卑斯Pianico古湖等國外湖泊。碳酸鹽礦物是湖盆古氣候變化良好記錄的載體[8，自生碳酸鹽礦物的類型和碳氧同位素組成通常被用作重要的古氣候指標(biāo)[19-21]。因此，研究碳酸鹽紋層可以更好地恢復(fù)湖盆古氣候變化。

柴達(dá)木盆地是青藏高原北部最大的沉積盆地，自始新世以來盆地內(nèi)長期發(fā)育內(nèi)流型湖泊，沉積了一套厚達(dá) 8000m 以上的河湖相沉積。長期以來，前人研究更多地聚焦于盆地內(nèi)湖相碳酸鹽巖（主要是微生物巖和顆?；?guī)r）的古氣候、古環(huán)境和油氣儲(chǔ)層[22-25]以及始新統(tǒng)下干柴溝組混積巖生烴潛力和頁巖儲(chǔ)層的研究2，對(duì)漸新上干柴溝組碳酸鹽巖成因及其古氣候的研究相對(duì)缺乏。漸新世時(shí)期全球氣候從始新世的“溫室\"氣候快速轉(zhuǎn)變?yōu)椤氨襖"氣候，氣候變得異常寒冷[27]。前人認(rèn)為漸新世氣候在逐步變冷且氣候持續(xù)干旱，然而大多數(shù)學(xué)者對(duì)于青藏高原西北緣的柴達(dá)木盆地漸新世 20.0～35.5Ma ）氣候的演化過程未能進(jìn)行細(xì)致說明。柴達(dá)木盆地西南緣西岔溝（或稱花土溝）野外剖面的上干柴溝組出露完整，保存良好，是該剖面沉積最細(xì)粒層段，且紋層較為發(fā)育28。本文以西岔溝剖面上干柴溝組為研究對(duì)象，通過常規(guī)薄片、熒光薄片和掃描電鏡的觀察以及X射線粉晶衍射和碳氧同位素分析測(cè)試，對(duì)其中的碳酸鹽巖礦物發(fā)育程度、礦物學(xué)特征和碳氧同位素特征進(jìn)行研究，探討碳酸鹽巖礦物尤其是文石、白云石的成因以及碳酸鹽紋層的形成機(jī)制，由此揭示青藏高原北部漸新世氣候一環(huán)境變化。

1 地質(zhì)概況

柴達(dá)木盆地是青藏高原北部最大的新生代沉積盆地，面積為 12.1×10⁴km² ，平均海拔約 3km ，地處青藏高原東北部的核心部位，主體位于青海省西北部，介于 35^°00^′～39^°20^′N，90^°16^′～99^°20^′E ，是一個(gè)典型的山間盆地。柴達(dá)木盆地北西側(cè)毗鄰阿爾金斷裂，東北側(cè)和南側(cè)邊界分別與祁連山和東昆侖山相接。受青藏高原階段性隆升和周緣山體不同步擠壓的影響，柴達(dá)木盆地的沉積中心在新生代不斷發(fā)生遷移，古近紀(jì)期間主湖泊沿著阿爾金斷裂不斷向東北方向遷移，新近紀(jì)期間受阿爾金山隆升的影響主湖泊向東南方向快速遷移2。柴達(dá)木盆地古近一新近紀(jì)湖盆整體以半咸水一咸水沉積環(huán)境為主，湖水礦化度較高。由于喜馬拉雅山脈自漸新世以來一直隆升，阻止了水汽的運(yùn)移，盆地環(huán)境變得持續(xù)干旱，且在漸新世早期，發(fā)育咸化湖泊一鹽湖沉積，漸新世中、晚期發(fā)育半咸水湖泊與扇三角洲沉積[23（圖1a）。

西岔溝剖面位于盆地西北端阿爾金山和昆侖山兩大山系的交匯部位，阿爾金山南麓，著名的干柴溝斷鼻構(gòu)造西南翼（圖 ^1a，b） ，是柴達(dá)木盆地新生代巖石地層單元組剖面所在地，新生代地層厚度為4500m 。實(shí)測(cè)西岔溝剖面起點(diǎn)坐標(biāo) 38^°26^′15.0^′′N 90^°52^′20.5^′′ E，終點(diǎn)坐標(biāo) 38^°22^′49.4^′′N，90^°53^′01.0^′′ E^[28] 。柴達(dá)木盆地西部西岔溝剖面沉積地層由始新統(tǒng)下干柴溝組至中新統(tǒng)上油砂山組組成，巖性以泥灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖、粉砂巖和粗砂巖為主（圖1c、圖2），偶見含礫砂巖或泥質(zhì)砂巖，常見泥灰?guī)r與粗砂巖互層。西岔溝剖面記錄了一個(gè)完整的湖進(jìn)至湖退的沉積旋回[28]，其中上干柴溝組沉積時(shí)期為該剖面最大湖侵期5，此次采樣以西岔溝剖面上干柴溝組碳酸鹽巖為主，由底至頂共計(jì)40塊樣品。

2 樣品與實(shí)驗(yàn)

研究過程中，首先通過普通薄片鑒定，對(duì)西岔溝漸新統(tǒng)上干柴溝組巖石進(jìn)行礦物成分鑒定和成巖作用分析。本次共磨制40個(gè)常規(guī)薄片樣品，薄片三分之一部分進(jìn)行了茜素紅染色，用以區(qū)分白云石和方解石。在薄片觀察的基礎(chǔ)上，挑選16塊樣品進(jìn)行X射線粉晶衍射分析，判斷各類碳酸鹽礦物的含量及關(guān)系。通過高精度場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，對(duì)白云石、方解石和文石等礦物形態(tài)進(jìn)行了系統(tǒng)觀察，同時(shí)結(jié)合熒光顯微鏡對(duì)含紋層樣品進(jìn)行有機(jī)質(zhì)觀察，以此判斷有機(jī)質(zhì)與碳酸鹽礦物賦存的關(guān)系。最后，對(duì)挑選出的16塊樣品進(jìn)行碳氧同位素檢測(cè)，以此通過碳氧同位素及其與碳酸鹽巖礦物的關(guān)系分析古環(huán)境及其古氣候。

薄片鑒定、掃描電鏡觀察、熒光分析和X射線粉晶衍射（XRD）分析主要在進(jìn)行。穩(wěn)定同位素在中科院地質(zhì)與地球物理研究所穩(wěn)定同位素地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。使用質(zhì)譜型號(hào)為MAT253，所測(cè)數(shù)據(jù)均為相對(duì)國際標(biāo)準(zhǔn)VPDB之值，內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)顯示 δ¹³C 和δ¹⁸0 的標(biāo)準(zhǔn)偏差分別優(yōu)于 0.15‰ 和 0.20‰ 。

3結(jié)果

3.1上干柴溝組紋層礦物組合特征

西岔溝剖面新生代地層的紋層主要發(fā)育于上干柴溝組的中上部。紋層狀巖石以淺黃色、淺綠色為主，是剖面長期風(fēng)化后的結(jié)果（圖2）。上干柴溝組常見紋層主要為三類，即粉砂（長英質(zhì)礦物）紋層、碳酸鹽紋層和黏土紋層（圖3），大多數(shù)紋層以這三端元礦物混積組成，如粉砂紋層中長石和石英碎屑常被方解石或者白云石膠結(jié)，白云石紋層中混積有大量長英質(zhì)顆粒。其中碳酸鹽紋層分為方解石紋層（圖3b，c）、文石紋層（圖3d，j）和白云石紋層（圖3e＼～i），三類紋層均與長英質(zhì)紋層互層，表現(xiàn)出鮮明的周期性。上干柴溝組紋層通常以平直狀或波狀產(chǎn)出，厚度變化不均，從 50μm 到 2000μm 不等。

（a）XCG051野外樣品圖片；（b）XCG053野外樣品圖片；（c）XCG063野外樣品圖片;（d）XCG065野外樣品圖片；（e）XCG067野外樣品圖片;（f）XCG070野外樣品圖片； （g）XCG072 野外樣品圖片；（h）XCG078野外樣品圖片；其中紅色箭頭指向石膏層

長英質(zhì)紋層（圖3a＼～i）在單偏光鏡下呈淺色，紋層厚度介于 100～2000μm ，可見大量黏土礦物、石英、長石及少量有機(jī)質(zhì)、白云石、方解石礦物。根據(jù)XRD分析結(jié)果（表1），石英 + 長石含量介于 22.6%. ）57.8% ，平均為 36.1% ；黏土礦物含量介于 14.4%. ）37.5% ，平均為 23.5% 。方解石紋層（圖3b，c）單層厚度介于 50～200μm ，厚度變化較大，大多以薄層狀產(chǎn)出，該類紋層可含少量白云石礦物和其他碎屑礦物，以及少量有機(jī)質(zhì)和黏土礦物。文石紋層（圖3d，f）厚度介于 100～500μm ，該類紋層呈周期性相對(duì)較厚層狀出現(xiàn)，文石紋層礦物發(fā)育單一，陸源碎屑顆粒較少。白云石紋層（圖3e， g～i） 厚度介于300＼～1000μm ，該類碳酸鹽紋層含大量有機(jī)質(zhì)、黏土礦物和少量方解石。根據(jù)XRD分析結(jié)果（表1），文石含量介于 3.1%～44% ，平均為 9.0% ，方解石含量介于 10.1%～ 41.3% ，平均為 18.6% ，白云石含量介于 0～41% ，平均為 12.3% 。整體而言，方解石含量最高，長英質(zhì)紋層中仍可見方解石礦物（圖3b，i）。

3.2紋層中碳酸鹽礦物學(xué)特征

高精度掃描電鏡觀察顯示，上干柴溝組較純的碳酸鹽紋層（圖4a以文石組成為主，礦物主要呈長柱狀，存在破碎晶體，晶體平均長約 3μm ，長寬比約為5：1，晶體表面存在大量似有機(jī)質(zhì)顆粒（圖 ^{4a，b）} 。白云石紋層中白云石晶體普遍小于 5μm （圖4c＼～f），部分小于 1μm 。在顯微鏡下白云石常常發(fā)育于藻團(tuán)塊富集的部位（圖 ，在高精度掃描電鏡下白云石晶體主要分散于黏土礦物基質(zhì)中（圖4d），存在自形白云石晶體被黏土礦物搭橋，白云石晶體的生長擠壓薄片狀黏土現(xiàn)象（圖4e），甚至于白云石晶體內(nèi)鑲嵌黏土礦物（圖4f）。在不純的文石紋層中，長柱狀文石晶體被黏土礦物包圍（圖 ^{4g，h）} ，且存在文石與石鹽晶體共存現(xiàn)象（圖4i）。

3.3碳酸鹽礦物與有機(jī)質(zhì)賦存的關(guān)系

西岔溝剖面上干柴溝組有機(jī)質(zhì)較為豐富，類型以菌藻類生物為主，常與碳酸鹽礦物共生（圖5）。根據(jù)有機(jī)質(zhì)賦存類型劃分31，分別有絮團(tuán)型（圖5a＼～d），植物碎屑型（圖5e）和基質(zhì)型（圖5f。其中條紋型，絮團(tuán)型和基質(zhì)型均屬于無定形類，植物碎屑型則屬于碎屑類3。在方解石紋層與文石紋層中，有機(jī)質(zhì)賦

（a）泥質(zhì)粉砂巖，紋層主要由泥質(zhì)層和粉砂層組成，XCG048樣品，單偏光； Π（b，c） 泥質(zhì)粉砂巖，紋層主要由方解石層和粉砂層組成，b為XCG050樣品，正交偏光，c為XCG052樣品，正交偏光；（d）泥質(zhì)粉砂巖，紋層主要由文石層和粉砂層組成，XCG054樣品，正交偏光；（e）泥質(zhì)粉砂巖，紋層主要由白云石層和粉砂層組成，XCG064樣品，單偏光;（f）泥質(zhì)粉砂巖，紋層主要由文石層和粉砂層組成，XCG068樣品，正交偏光； 泥質(zhì)粉砂巖，紋層主要由白云石層和粉砂層組成，g為XCG072樣品，正交偏光，（h）為XCG074樣品，單偏光，（i）為XCG078樣品，正交偏光

存類型為無定形類，而白云石紋層中有機(jī)質(zhì)賦存類型為碎屑類。有機(jī)質(zhì)內(nèi)部和邊緣常有泥晶方解石（圖5d），白云石礦物發(fā)育于有機(jī)質(zhì)周圍（圖5e），文石礦物在有機(jī)質(zhì)中發(fā)育（圖5f）。

3.4地球化學(xué)特征

西岔溝地區(qū)上干柴溝組碳氧同位素總體偏負(fù)（表1），全巖 δ¹³C 值介于 -4.07%o-2.89%o ，平均值為 -1.29%o ，全巖 δ¹⁸0 值均偏負(fù)，介于 -7.69%o～ -2.59%o ，均值為 -4.88%o δ¹⁸0 值和 δ¹³C 值相關(guān)性較弱。值得注意的是， δ¹³C 值偏正的樣品均為富文石樣品，如樣品XCG054、XCG063、XCG068、XCG078（圖6）。相較而言，富白云石的樣品 δ¹⁸0 值負(fù)偏程度較其他樣品小。由圖6可知，西岔溝地區(qū)漸新統(tǒng)上干柴溝組湖相碳酸鹽巖碳氧同位素投點(diǎn)落在開放性湖泊和封閉性湖泊之間。相較于前人研究，本次研究上干柴溝組碳酸鹽巖氧同位素明顯偏正，碳同位素?zé)o明顯變化，說明此次研究所用樣品可信，其氧同位素偏正是因?yàn)榇舜尾蓸游恢每拷练e中心。

表1西岔溝剖面上干柴溝組XRD與碳氧同位素分析結(jié)果

4討論

4.1紋層中不同碳酸鹽礦物成因探討

4.1.1 文石和方解石成因

湖泊沉積紋層中各類碳酸鹽礦物成因解釋多樣，因湖而異237，2-14，1-17，2140-45]（表2），古水文、古氣候、古生物意義尚不明確。對(duì)國內(nèi)外各大湖盆調(diào)研發(fā)現(xiàn)，湖相紋層主要發(fā)育于古近紀(jì)與第四紀(jì)中，澳大利亞McArthur盆地中元古代地層發(fā)現(xiàn)了最早的白云石紋層[44]。古近紀(jì)發(fā)育紋層湖盆分別為中國渤海灣盆地[2，12-13]，中國柴達(dá)木盆地[14.40]，中國倫坡拉盆地[42]，美國SentinelButte湖[43]和美國Briger盆地[17]。除中國渤海灣盆地和柴達(dá)木盆地外，其他湖泊性質(zhì)均為鹽湖，以白云石紋層最為發(fā)育，而在古近紀(jì)咸水湖中，主要以方解石紋層為主，可見文石紋層，白云石紋層幾乎不發(fā)育，可見白云石紋層的出現(xiàn)與湖泊高鹽度有關(guān)。第四紀(jì)發(fā)育紋層的湖盆主要為中國蘇干湖4，土耳其Van湖[，土耳其Iznik湖2]，埃塞俄比亞火山口湖[3]。阿爾卑斯山脈Pianico古湖和死海Lisan湖45，文石紋層主要發(fā)育于第四紀(jì)湖盆中，這可能與其不穩(wěn)定性質(zhì)有關(guān)，其中第四紀(jì)堿湖以方解石紋層最為發(fā)育，且均為碳酸鹽沉淀白化事件產(chǎn)生；第四紀(jì)鹽湖主要為死海Lisan湖45，以文石紋層發(fā)育為主，表明文石的形成也需要極高的鹽度；咸水湖主要有中國蘇干湖[41]與埃塞俄比亞火山口湖，此兩類湖盆中均發(fā)育與生物有關(guān)的無機(jī)成因文石礦物。總之，各類紋層中碳酸鹽礦物的成因均與水體強(qiáng)烈蒸發(fā)有關(guān)[237，12-14，1617，21404]，且部分湖泊中文石的發(fā)育與生有關(guān)[3，14，41]

柴達(dá)木盆地上干柴溝組紋層中碳酸鹽礦物主要為方解石、白云石和文石。湖泊產(chǎn)生碳酸鹽沉淀的必要條件是水體中碳酸鹽含量達(dá)到飽和至過飽和[46]且不受動(dòng)力學(xué)因素的抑制。湖泊沉積物中碳酸鹽礦物的含量受 CaCO₃ 含量的季節(jié)性變化、湖水鹽度及Mg/Ca 比值的變化控制，隨著水中 Mg 含量的增加，方解石、高 Mg 方解石和文石依次析出[48]。當(dāng)湖水中Mg 濃度變高時(shí)，更趨向于形成文石礦物，文石沉淀速率增加[47-48]。湖泊環(huán)境下，高 Mg/Ca 比主要由蒸發(fā)過程中的高鹽度引起4。前人研究表明，柴達(dá)木盆地從路樂河組沉積時(shí)期到獅子溝組沉積時(shí)期一直處于鹽堿化狀態(tài)， Mg/Ca 比值極高[49-50]，石鹽與文石共存現(xiàn)象（圖4i）也說明了文石沉積時(shí)處于高鹽湖水環(huán)境。

大部分含文石樣品碳同位素比值顯示明顯正漂移（圖6，且樣品中文石含量與 δ¹³C 值相關(guān)系數(shù) R 值達(dá)0.835，指示良好的正相關(guān)性（圖7）。在相同的水化學(xué)條件下，文石一般比同時(shí)期形成的低鎂方解石和高鎂方解石的碳同位素高 1‰ 。上干柴溝組富集文石樣品的 δ¹³C 值較其他非富集文石樣品碳

（a）碳酸鹽紋層以柱狀文石為主，XCG078樣品，掃描電鏡；（b）碳酸鹽礦物周圍發(fā)育大量有機(jī)質(zhì)，XCG078樣品，掃描電鏡； Π（c） 與碳酸鹽紋層互層的碎屑紋層中 發(fā)育自形白云石晶體，XCG078樣品，掃描電鏡；（d）云質(zhì)混積紋層中白云石主要分散于黏土礦物基質(zhì)中，XCG072樣品，掃描電鏡；（e）自形白云石晶體被黏土 礦物搭橋，白云石晶體的生長擠壓薄片狀黏土，XCG072樣品，掃描電鏡；（f）白云石晶體在黏土礦物上生長，XCG072樣品，掃描電鏡； Π（ρ_g） 柱狀文石被黏土礦物 包圍，XCG063樣品，掃描電鏡；（h）方解石呈塊狀發(fā)育，XCG078樣品，掃描電鏡；（i）文石與石鹽晶體共存，XCG063樣品，掃描電鏡；（j）白云石礦物特征及其 EDS數(shù)據(jù)，XCG078樣品，掃描電鏡；（k）文石礦物特征及其EDS數(shù)據(jù)，XCGO78樣品，掃描電鏡；（I）方解石礦物特征及其EDS數(shù)據(jù)，XCG078樣品，掃描電鏡;EDS 即為X射線能譜分析

（a）文石紋層中含有大量有機(jī)質(zhì)，XCGO78樣品，單偏光；（b＼～c）熒光顯微鏡下同一視域指示文石紋層發(fā)黃色熒光，XCG078樣品，b為單偏光，c生屑發(fā)強(qiáng)熒光；（d）以方解石占碳酸鹽礦物主導(dǎo)的富藻類體樣品，XCG078樣品，正交偏光；（e）以白云石占碳酸鹽物主導(dǎo)的富藻類樣品，XCG072樣品，單偏光；（f）以文石占碳酸鹽礦物主導(dǎo)的富藻類體樣品，XCG078樣品，單偏光； （g～h） 同一視域熒光顯微鏡下藻類體發(fā)黃色熒光，XCG068樣品，g為單偏光，h生屑發(fā)強(qiáng)熒光）;（i）熒光照片指示碳酸鹽紋層均發(fā)光，但不同碳酸鹽紋層發(fā)光強(qiáng)弱不同，XCG078樣品，生屑發(fā)強(qiáng)熒光

同位素值高 4‰ ，說明富文石樣品的高 δ¹³C 值與文石沉淀造成的碳同位素分餾關(guān)系較小，可能與季節(jié)性藻類勃發(fā)有關(guān)。由于浮游藻類勃發(fā)會(huì)吸收水體中大量的 ¹²C ，造成湖水暫時(shí)性富集 ¹³C 文石層在熒光顯微鏡下發(fā)強(qiáng)烈的熒光（圖 5a-c ），在高精度顯微鏡下可見大量有機(jī)質(zhì)（圖4b），鑒于文石礦物含量與碳同位素良好的相關(guān)性（7a），認(rèn)為文石的沉淀與富有生物勃發(fā)有關(guān)。文石與方解石呈柱狀（圖4a，b），表明 M_g 離子含量高[52。藻類植物的光合作用可誘導(dǎo)方解石和文石的沉淀4。在溫暖年份，湖水熱力分層出現(xiàn)較早且持續(xù)時(shí)間較長，光合作用細(xì)胞對(duì)無機(jī)碳的吸收會(huì)導(dǎo)致周圍環(huán)境中 CO₂ 和 CO₃^2- 的濃度梯度較強(qiáng)。細(xì)胞周圍的微環(huán)境也有較高的pH值，這種微環(huán)境促進(jìn)了文石或方解石的沉淀，同時(shí)還可作為文石或方解石沉淀的結(jié)晶核促使碳酸鈣快速沉淀[16.46.53]。樣品XCG059、XCG079和XCG081的碳同位素值均偏負(fù)。其中，樣品XCG059和XCG081的文石含量均低于 5% ，對(duì)全巖碳同位素影響較小，故其偏負(fù)；而樣品XCG079白云石含量最高 （26.0%） ，因白云石對(duì)碳同位素組成影響顯著，其碳同位素值也偏負(fù)。

文石在常溫常壓條件下處于亞穩(wěn)態(tài)，很容易通過新生變形作用或溶解作用轉(zhuǎn)變?yōu)榉浇馐痆21.54]，因此在第四紀(jì)以前的地層中很少出現(xiàn)，但在我國柴達(dá)木盆地和美國綠河盆地始新統(tǒng)中均有保存[4，17]，主要為湖泊原始沉降產(chǎn)物。文石在較老地層中的溶解、保存和富集受多種因素的影響，如孔隙水酸堿度變化、有機(jī)質(zhì)微生物降解、沉積速率、巖性以及地溫梯度等[55-58]。一般認(rèn)為，還原環(huán)境、有機(jī)質(zhì)的存在或者孔隙水中較高的 Mg/Ca 比值均有利于文石的保存[7，14.45]。通過掃描電鏡觀察到文石礦物與石鹽類礦物共生（圖4i），推測(cè)文石周圍孔隙水的鹽度較高，且通過常規(guī)薄片觀察，原文石紋層的上下紋層均為含大量黏土礦物的長英質(zhì)紋層（圖3d，f，掃描電鏡下黏土礦物呈片狀（圖 ^4g，h） ，片狀黏土礦物組成致密層，可以有效阻止文石周圍的孔隙水物質(zhì)交換，這些均有利于文石的保存。同時(shí)，文石保存的紋層或局部區(qū)域有機(jī)質(zhì)異常豐富（圖 5a～c ，有機(jī)的微生物降解迅速消耗氧氣，形成缺氧環(huán)境，同樣有利于文石的保存。

4.1.2 白云石成因

柴達(dá)木盆地新生代不同地層均含有一定量的白云石，其中下干柴溝組的白云石研究程度最高，普遍被認(rèn)為是準(zhǔn)同生期交代成因22.32或生物誘導(dǎo)原生成因[22，主要為半開放一半封閉的咸化環(huán)境下于水/沉積物界面附近由方解石交代而成的低溫白云石。西岔溝剖面上干柴溝組白云石晶體以自形為主，大小約 3μm ，與方解石密切共生，上述礦物學(xué)特征與柴達(dá)木盆地下干柴溝組的白云石較為相似，指示二者成因可能相同。在西岔溝剖面，上干柴溝組富白云石樣品 δ¹⁸0 值的偏負(fù)程度較貧白云石樣品的樣品 δ¹⁸0 值?。ū?、圖6， δ¹³C 值較貧白云石樣品偏負(fù)。氧同位素的變化在湖相沉積體系中反映了湖泊的水文平衡狀態(tài)，即蒸發(fā)量與注人量的變化，一般蒸發(fā)作用使湖水 δ¹⁸0 值增加，湖泊外來補(bǔ)水會(huì)造成其氧同位素組成變輕[32，60]。上干柴溝組富白云石與富 ¹⁸O 的機(jī)制相同，說明白云石的形成與蒸發(fā)作用有關(guān)。前人研究表明湖相碳酸鹽巖白云化流體主要有4類，即原始湖泊流體、外來淡水、熱水熱液和海源流體]。柴達(dá)木盆地漸新世流體應(yīng)為原始湖泊流體或外來淡水兩類，柴達(dá)木盆地古近系沉積環(huán)境為湖相沉積，且未見有關(guān)火山活動(dòng)報(bào)導(dǎo)，故排除熱水熱液和海源流體。原始湖泊流體是指原始存在的淡水湖泊經(jīng)過不斷蒸發(fā)濃縮，進(jìn)而咸化形成的白云石化流體；外來淡水即來源于湖泊之外的未被咸化的水體]。柴達(dá)木盆地夏季受外流水體補(bǔ)給而變?yōu)榘敕忾]性湖泊，夏季蒸發(fā)作用使得表層水體鹽度上升形成重鹽水， CaCO₃ 達(dá)到飽和，隨著方解石的不斷沉淀消耗大量 Ca²⁺ Mg/Ca 比上升， Mg²⁺ 析出，促進(jìn) CaCO₃ 被交代[61-62]。本研究中富白云石樣品碳同位素偏負(fù)、氧同位素偏正，也表明此類白云石為準(zhǔn)同生交代成因。因此，研究區(qū)白云石主要為原始湖泊或周期性外來淡水帶來鎂離子使得湖泊內(nèi)形成富鎂流體交代方解石形成。

4.2 西岔溝上干柴溝組不同紋層形成機(jī)制

古近紀(jì)期間柴達(dá)木盆地內(nèi)的主湖泊在東昆侖山向北擠壓和阿爾金山斷裂韌性左行走滑的共同作用下向西北方向遷移，至上十柴溝組沉積時(shí)期已到達(dá)西岔溝剖面所在的地區(qū)[29]。該時(shí)期的湖泊為一個(gè)碎屑物質(zhì)供應(yīng)充足的咸化湖泊，一方面受阿爾金山東西向山體隆升的影響，不斷接受碎屑物質(zhì)的供應(yīng)，另一方面湖水鹽度已達(dá)到碳酸鹽礦物飽和濃度，可形成大量自生碳酸鹽礦物，因此上干柴溝組的紋層以混積為主。上干柴溝組長英質(zhì)礦物和黏土礦物含量協(xié)同變化，表明其均為季節(jié)性徑流攜帶碎屑物質(zhì)進(jìn)入湖泊分層水體時(shí)形成。較粗的顆粒（沙礫、粗粉砂）在河口附近沉積，形成三角洲沉積體，而細(xì)粉砂和黏土礦物則可保持較長時(shí)間的懸浮，分布在整個(gè)湖泊。

由上述討論可知，方解石礦物形成時(shí)期的水體鹽度相對(duì)較淡，可能是由于淡水河流流入，覆蓋在密度較大的咸水湖水體上，流入水體攜帶碎屑礦物并提供溶解的 Ca²⁺ 離子，隨后導(dǎo)致碳酸鹽沉淀。春夏季節(jié)伴隨著硅藻繁盛和強(qiáng)烈蒸發(fā)作用引起碳酸鹽過飽和度增加導(dǎo)致方解石或文石在水體表層大量沉淀。在特別干旱年份，強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用使得表層水體鹽度上升形成重鹽水并交代早先形成的方解石或文石，最終形成白云石礦物。隨后在秋冬季節(jié)因冰面凍結(jié)，湖水出現(xiàn)鹽度分層，水體幾乎處于靜態(tài)；同時(shí)，冬季外流水體的減少和水體的去營養(yǎng)化使得水體密度降低，從而碳酸鹽礦物開始隨著有機(jī)質(zhì)碎屑等緩慢沉降，形成碳酸鹽礦物與黏土礦物等組成的碳酸鹽紋層。

碳酸鹽紋層到長英質(zhì)紋層的逐漸轉(zhuǎn)變可能表明，在外來補(bǔ)給水體增加條件下，有更多的碎屑被帶入湖中；同時(shí)，不同紋層中的不同礦物成分（表1）和穩(wěn)定同位素漂移（圖6記錄了湖泊水體中可能的季節(jié)性環(huán)境變化。碳酸鹽紋層（圖3a＼～i）中碳酸鹽礦物、黏土礦物及有機(jī)質(zhì)代表了寒冷季節(jié)較少外來水體補(bǔ)給狀態(tài)。長英質(zhì)紋層（圖3a＼～i）中保存的長英質(zhì)礦物、黏土礦物和零星的有機(jī)質(zhì)表明溫暖季節(jié)較多外來水體補(bǔ)給狀態(tài)。

4.3紋層的環(huán)境氣候指示意義

4.3.1 古水文意義

碳氧同位素的相關(guān)性反映了封閉水體長停留時(shí)間對(duì)同位素演化的影響，故可以根據(jù)湖相碳酸鹽巖的碳氧同位素研究湖泊水文開放與封閉和大氣降水/蒸發(fā)比（P/E）[20]。由圖6可知，西岔溝地區(qū)漸新統(tǒng)上干柴溝組湖相碳酸鹽巖碳氧同位素投點(diǎn)落在開放性湖泊和封閉性湖泊之間，其相關(guān)性差，表明西岔溝地區(qū)漸新世沉積時(shí)期湖盆水體為半封閉性半開放環(huán)境，根據(jù)紋層判斷湖泊水體開放性具有季節(jié)性變化。

湖相恢酸鹽石的恢氧回位系已成為研究占沉枳環(huán)境變化的重要指標(biāo)，廣泛應(yīng)用于古湖泊的溫度、鹽度和氣候的恢復(fù)。Keithetal.提出利用碳酸鹽巖的 δ¹⁸0 和 δ¹³C 區(qū)分咸水碳酸鹽巖和淡水碳酸鹽巖的公式 Z=2.048×（δ¹³C+50）+0.498×（δ¹⁸O+50） 。 Z 值大于120時(shí)，為咸水碳酸鹽巖； Z 值小于120時(shí)，為淡水碳酸鹽巖。據(jù)前人研究數(shù)據(jù)[6.1832.34-3]和本研究所用數(shù)據(jù)計(jì)算出研究區(qū)下干柴溝組 Z 值均值為（204號(hào) 118.622^{[6，18，32，37-39]} ，上干柴溝組 Z 值均值為 117.547^{[6，18，37-39]} 下油砂山組 Z 值均值為 119.105^{[6，37-39]} ，上油砂山組Z 值均值為 122.681^[6，36-39] ，獅子溝組 Z 值均值為（20 126.132^[34-36] 。利用鹽度公式 S=δ¹⁸O_pDB+21.2/0.61^[62] 可以計(jì)算出研究區(qū)下干柴溝組平均鹽度為28.64%^{[6，18，32，37-39]} ，上干柴溝組平均鹽度為 26.99%^{[6，18，37-39]} 下油砂山組平均鹽度為 27.82%^[6，37-39] ，上油砂山組平均鹽度為 29.47%^{[6，36-39]} ，獅子溝組平均鹽度為32.19%^[34-36] 。由此判斷上干柴溝組整體處于微咸水環(huán)境，在之后的沉積中，鹽度不斷升高，到獅子溝組沉積時(shí)鹽度高達(dá) 32.19% 。值得注意的是，本研究所得Z值整體較前人大，上干柴溝組Z值為122.389，而紀(jì)有亮等3分析西岔溝剖面 Z 值為120.850，趙加凡等]分析西岔溝剖面Z值均值為126.142，Risesr et al.分析紅三旱剖面和干柴溝剖面Z值均值為118.142，毛玲玲等[8分析大紅溝剖面Z值為114.860，肖路安[39]分析紅溝剖面Z值均值為115.467。此次所采集樣品更加靠近原始湖泊中心5，氧同位素偏正，因此本研究所得Z值較前人計(jì)算Z值大。如表1所示，根據(jù)石英和長石碎屑礦物和文石、方解石和白云石含量以及全巖碳氧同位素比值的縱向變化，可將柴達(dá)木盆地西岔溝剖面上干柴溝組的沉積演化分為四個(gè)階段，每個(gè)階段對(duì)應(yīng)不同的水體鹽度，第一階段平均鹽度約為28.5% ，第二階段約為 30.4% ，第三階段約為 30.2% ，第四階段約為 31.2% ，即漸新統(tǒng)水體鹽度總體也處于上升階段。

4.3.2古氣候指示意義

受水體蒸發(fā)和生物勃發(fā)的影響，文石的形成和保存包含了大量的古氣候和古環(huán)境信息[17.65]，Zhouetal [通過對(duì)柴達(dá)木盆地蘇干湖碳酸鹽紋層的研究認(rèn)為，文石紋層主要發(fā)育于湖水高鹽度階段，且氣候?yàn)檠谉岬南募?；而方解石紋層主要發(fā)育于淡水環(huán)境，發(fā)育于春夏初秋季節(jié)。Murphyetal.通過對(duì)美國懷俄明州Briger盆地始新世綠河組WilkinsPeak段向Laney段過渡巖層中碳酸鹽紋層類型研究發(fā)現(xiàn)，方解石主要沉積于湖水蒸發(fā)早期，隨著 Mg/Ca 比值的增加，文石和白云石開始形成，說明碳酸鹽礦物的轉(zhuǎn)變與氣候的變化密切相關(guān)。

根據(jù)石英和長石碎屑礦物，文石、方解石和白云石含量以及全巖碳氧同位素比值的縱向變化，可將柴達(dá)木盆地西岔溝剖面上干柴溝組的沉積演化分為四個(gè)階段（圖8）：第一階段（樣品XCG044＼～XCG061），以長英質(zhì)礦物含量超過 40% 和全巖氧同位素較低為特征，說明此階段碎屑礦物輸入量較高，水體鹽度較低（表1），推斷該時(shí)期以相對(duì)濕潤氣候?yàn)橹?。第二階段（樣品XCG062＼～XCG070），以低碎屑礦物、低白云石、高文石和高碳同位素為特征，文石含量的變化受控于氣候的變化，前文（4.1.1節(jié)）已論及紋層中文石礦物在黏土礦物與有機(jī)質(zhì)的影響下得以保存下來，因此文石含量變高，暗示了一個(gè)溫暖濕潤、湖泊水位較高的水文氣候環(huán)境，推斷該時(shí)期對(duì)應(yīng)最高的湖泊水位且仍以相對(duì)濕潤氣候?yàn)橹?。第三階段（樣品XCG071＼～XCG079），以低長英質(zhì)礦物、高白云石含量和高氧同位素比值為特征，對(duì)應(yīng)湖泊低水位和相對(duì)高鹽度時(shí)期，推斷該時(shí)期以相對(duì)干旱氣候?yàn)橹?。第四階段（樣品XCG080＼～XCG083），與第一階段相似，以長英質(zhì)礦物含量超過 40% 為特征，說明陸源碎屑含量輸入再次增加。由于西岔溝剖面下油砂山組以淺水碳酸鹽巖和三角洲砂巖為主，表明其在上干柴溝組末期發(fā)生湖退現(xiàn)象，第四階段陸源碎屑的增加指示氣候不再潮濕。

宋華穎等2研究表明，湖水面自下干柴溝組沉積期開始上升，至上干柴溝組早中期上升到最高點(diǎn)，之后相對(duì)湖水面逐漸下降，湖水面的變化說明柴達(dá)木盆地在漸新統(tǒng)上十柴溝組早期氣候濕潤，中期開始干旱。這與Songetal.54對(duì)柴達(dá)木盆地漸新世早期氣候濕潤的研究結(jié)果相吻合，Wuetal.根據(jù)δ²H 的研究也證實(shí)漸新世氣候整體變化為濕潤到干旱再到濕潤。據(jù)前人研究數(shù)據(jù)[18.37-39]和本研究所用數(shù)據(jù)計(jì)算Z值和 s 值也可說明上干柴溝組沉積早期氣候較為濕潤，中后期氣候變得持續(xù)干旱。西岔溝剖面上干柴溝組記錄了柴達(dá)木盆地在漸新世期間氣候由早期濕潤轉(zhuǎn)變?yōu)榘敫珊?，與全球漸新世氣候變化相吻合，說明漸新世期間青藏高原北緣并未隆升至現(xiàn)今高度。

5結(jié)論

（1）柴達(dá)木盆地上干柴溝組發(fā)育多種類型的湖相紋層，以碳酸鹽紋層和長英質(zhì)紋層互層為主，大部分紋層礦物成分不純，以陸源碎屑和自生碳酸鹽礦物混積為主。

（2）上干柴溝組紋層中文石、方解石和白云石，其形成和保存與水體化學(xué)組成（如 Mg/Ca 比值）和藻類生物活動(dòng)有關(guān)。在整體咸水環(huán)境下，當(dāng)外界補(bǔ)給水量多于蒸發(fā)量時(shí)，水體 Mg/Ca 降低，鹽度下降，營養(yǎng)輸入增加，方解石和文石礦物開始沉淀并發(fā)生轉(zhuǎn)化，其中文石礦物在漸新世地層中得以保存主要與藻類勃發(fā)和大量有機(jī)質(zhì)存在有關(guān)。當(dāng)蒸發(fā)量大于補(bǔ)給量時(shí)，水體中 Mg/Ca 比值升高，鹽度上升，白云石通過交代方解石、文石或自生而形成。

（3）漸新世期間，柴達(dá)木盆地氣候與全球氣候變化一致，早期以濕潤氣候?yàn)橹?，晚期以半干旱氣候?yàn)橹?。西岔溝地區(qū)湖泊經(jīng)歷了由低水位至高水位再至低水位的演化過程，早期低水位階段代表陸源輸入較多的淺湖微咸水沉積，中期高水位階段代表方解石和文石較發(fā)育的微咸水沉積，晚期低水位階段代表陸源輸入較少的淺湖咸水沉積。

致謝感謝三位評(píng)審專家、編輯部老師耐心細(xì)致地審閱，并提出寶貴的修改意見，使得文章內(nèi)容更加完善。

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Abstract：[Objective] Laminations are sedimentary structures that result from theslow deposition of fine-grained materials under stratified conditions in lakes.Among the various types of laminations，carbonate laminations are particularlysensitive indicatorsof changes in watersalinity，alkalinity，and biological activity.Theysupply important evidenceforreconstructing pastcontinentalclimatesand hydrology，and the studyoflacustrinecarbonate laminations can provide valuable informationonthe evolution oflake systems and associated environmentalchanges.However，research on lacustrine carbonate laminations has been relatively limited.Bystudying the lacustrine carbonate laminations inthe Qaidam Basin，particularlythegenesis ofaragoniteandcalcite inthecarbonatelaminations and the mechanisms of their formation，weaim toreveal theclimateand environmental changes in the northern Tibetan Plateau during the Eocene.[Methods] Taking the Upper Oligocene Gangchaigou Formation in the Xichagou section of the Qaidam Basin as an example，we conducted observations using conventional thin sections，fluorescence thin sections，and scanning electron microscopy，as well as X-ray powder diffractionand carbon-oxygen isotope analysis. Based on the analysis of petrological and carbon-oxygen isotopic characteristics，we investigated the vertical variations of carbonate mineral contentand carbon-oxygen isotopes in theGangchaigou Formation of the Xichagou section.[Results] The Gangchaigou Formation in the Xichagou section consists of three types of laminations：silt， carbonate，andclay.Among them，aragonite，calcite，and dolomite are alternatelyenriched inthecarbonate laminations.Samples with high aragonite content have relatively positive carbon isotope ratios，whereas samples enriched in dolomitehaverelatively higheroxygen isotoperatios.Moreover，there arecertainregularities inthe vertical variations of carbonatemineral content and carbon-oxygen isotopes in the Gangchaigou Formation in the Xichagou section. [Conclusion]（1） The Upper Gangchaigou Formation in the Qaidam Basin contains various types of lacustrine laminations，primarily interbedded carbonate and feldspar laminations.The mineral compositions of most laminations are impure，withamixtureof terrestrial debrisandauthigeniccarbonate minerals.（2）Theformationand preservationof aragonite，calcite，and dolomite inthe laminations ofthe Upper Gangchaigou Formation arerelated to thechemical compositionof the water（suchas the Mg/Caratio）andalgalbiological activity.Undertheoverall brackish water environment，when the external water supply exceeds the evaporation rate，the Mg/Ca value in the water decreases，the salinitydecreases，and the nutrient input increases.Asaresult，calciteandaragonite minerals begin to precipitate and transform.The preservation of aragonite in the Eocene strata is related tothe blooming of algaeand the abundance of organic mater. When the evaporationrate exceds the water supply，the Mg/Ca value in the water increases， the salinity increases，and dolomite forms through thereplacementofcalciteoraragoniteorby precipitation.（3）During the Eocene，the climate in the Qaidam Basin was consistent with global climate change，witha humid climate prevailingin theearly period and asemi-arid climate prevailing inthelate period.The lakes inthe Xichagou area experiencedanevolution from low to high waterlevelsand then back tolow waterlevels.Theearlylow waterlevel stage represents shallow，brackish watersedimentation with a high input of terrestrial debris.The middle high water level stagerepresents brackish water sedimentation with well-developed calciteandaragonite.The late low water level stage represents shallow，saline water sedimentation with a low input of terrestrial debris.

Key words： lacustrine lamination；aragonite;dolomite；algal bloom；paleohydrology