酒泉盆地胳塘溝組微量元素地球化學特征及其古環境研究

摘" 要：通過對酒泉盆地胳塘溝組21件剖面樣品的微量元素進行深入分析，定性-半定量地研究該區的古氣候環境。研究表明，樣品中，Sr/Ba比值為0.05～0.27，該研究區主要以淡水環境為主，局部表現出咸水環境特征。δU均值為0.85，該區沉積環境總體為氧化-弱還原環境。經古水深的計算，該區平均深度為18.29 m，表明整體水體深度較淺。Sr/Cu的比值平均值為6.22，說明研究區表現為溫暖濕潤的氣候。

關鍵詞：微量元素;古氣候環境;酒泉盆地;化學特征;環境變化

中圖分類號：P5" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）02-0089-05

Abstract： Through in-depth analysis of trace elements in 21 section samples from the Getanggou Formation in Jiuquan Basin， the paleoclimatic environment in this area was qualitatively and semi-quantitatively studied. The study shows that the Sr/Ba ratio in the samples ranges from 0.05 to 0.27. The study area is mainly freshwater environment， with local characteristics showing saltwater environment. The mean value of δU is 0.85， and the sedimentary environment in this area is generally oxidation-weak reduction environment. According to the calculation of ancient water depth， the average depth in this area is 18.29 m， indicating that the overall water body depth is shallow. The average Sr/Cu ratio is 6.22， indicating that the study area has a warm and humid climate.

Keywords： trace elements; paleoclimate environment; Jiuquan Basin; chemical characteristics; environmental changes

微量元素在沉積環境中的變化非常靈敏，沉積巖中微量元素地球化學特征在一定程度上記錄了沉積物形成時的古環境信息，其含量的變化可以作為恢復古沉積環境的重要指標之一。本研究通過對酒泉盆地老君廟剖面胳塘溝組微量元素地球化學特征分析，結合巖石地球化學特征等，判斷當時沉積的氧化還原環境、古鹽度、古氣候等古環境特征，以恢復研究區古環境。對預測酒泉盆地未來氣候及環境變化趨勢具有一定的意義。

1" 地質背景

地處青藏高原北緣的酒泉盆地，南鄰祁連山，東面為阿爾金山，西部為黑山，北部緊鄰寬灘山。由于酒泉盆地地處祁連山北部逆沖斷裂帶、阿拉善地塊與阿爾金走滑斷裂帶的交匯處[1]，受祁連褶皺帶由南向北的擠壓作用，使得酒泉盆地基底卷入逆沖推覆構造，形成平行于祁連山褶皺帶的逆沖斷層[2]。

之后，酒泉盆地進入初始沉降期。始新世至漸新世沉降緩慢， 地層沉積逐漸擴大， 沉積厚度數百米到近千米。北祁連山帶在區域壓應力場的作用下，由東北向西南方向發生大規模的疊置、縮短和隆升，從而增加了山前巖石圈的負荷，使其發生一定程度的偏轉。而位于祁連山北面的酒泉盆地，沿著祁連山帶前緣整體下沉，形成了洪積—河流—淺湖的沉積環境。后期由于阿爾金斷裂構造的發生，迫使酒泉盆地的西部板塊繼續沉降，在此形成了新近系沉積。新近系的沉積包含下部弓形山段（N1g）、中部胳塘溝段（N1t）和上部疏勒河組（N2n）。其中，胳塘溝段主要為棕黃色泥巖、砂巖及灰色礫巖互層。

2" 樣品采集與分析方法

本文所有樣品均來自酒泉盆地老君廟剖面，共采集樣品21件（表1）。該剖面厚86 m，巖性主要為砂巖、泥巖。取樣過程中盡量選擇風化蝕變較弱的新鮮樣品。由于在同一湖泊沉積過程中，酸溶組分和不溶組分的地球化學過程所指示的環境意義不同，酸溶組分表示湖泊演化過程中混入的碎屑成分，酸不溶組分中沉積物元素地球化學參數較好地記錄了原區氣候環境的演變，反映當時的沉積環境。故本文對樣品進行了酸溶和酸不溶處理。其中，酸溶組分和酸不溶組分的分離過程為：樣品在105 ℃條件下烘干后，稱取一定量，放入不小于100 mL的大燒杯中，加入40 mL的1 mol/L醋酸（HAc）溶液，在室溫下反應2 h，然后再加入40 mL的1 mol/L醋酸（HAc）溶液，繼續反應4 h，其間不斷攪動，反應結束后，將酸相溶物和酸不相溶物分開，分別測定酸溶物及酸不溶物中微量元素的含量;其中酸不溶物用去離子水洗滌、離心分離2次，最后在105 ℃條件下烘干、稱重、計算淋溶率。

微量元素分析在核工業北京地質研究院完成，所用的儀器型號為Finnigan MAT制造，HR-ICP-MS （ElementⅠ），測試方法和依據DZ/T0223—2001《電感耦合等離子體質譜分析方法通則》。微量元素分析包括Cu、Pb、Ba、Sr、V、Zn、Co、Ni、Cr和Zr，同時還給出Sc、Ga、As、Rb、Y、Nb、Hf、Ce、U、Th及稀土等元素的含量值（表1）。

3" 微量元素地球化學特征

3.1" 古鹽度分析

研究表明，微量元素Li、Sr、Ni、Ga的含量可以很好地指示沉積水體的鹽度（表2）[3-4]。

根據樣品分析可知，樣品中Li的質量分數為9.06～64.0 μg/g，平均23.82 μg/g，小于90 μg/g，指示其為淡水環境。樣品中Sr的質量分數為73.3～169 μg/g，平均為96.89 μg/g，指示研究區為淡水環境。樣品中Ni的質量分數為6.44～51.7 μg/g，平均18.9 μg/g。21個樣品中，有2個樣品介于25～40 μg/g，有2個樣品大于40 μg/g，說明這幾個樣品可能來自咸水-半咸水環境，其他均來自淡水環境。樣品中Ga的質量分數為5.75～22.4 μg/g，平均為10.43 μg/g。劉博華等[5]指出，古鹽度是劃分陸相沉積環境和海相沉積環境的重要指標。在元素周期表中，Sr與Ba為同一主族元素，但Sr的元素地球化學活潑型大于Ba，因此，常用Sr/Ba比值作為評判古鹽度的重要指標之一[5-7]。樣品中，Sr/Ba為0.05～0.27，均值為0.17，Sr/Ba比值均小于0.6，表示當時環境為淡水環境。

綜上所述，酒泉盆地胳塘溝組的沉積環境主要以淡水為主，局部出現咸水特征（圖1）。

3.2" 氧化-還原條件分析

U、Th等放射性元素常常在泥質巖中發現。鈾地球化學性質活潑，易氧化、浸出，運移能力較強。而釷是一種惰性元素，其地球化學性質不活潑，遷移能力相對較弱，常常被吸附在細小沉積物中。因此，U/Th比值及δU常被用于古環境的氧化-還原狀態判別。其中，δU=2U/（Th/3+U）。研究表明，當U/Th比值小于0.75時，認為當時古環境為氧化環境;當U/Th比值大于1.25時，認為當時古環境為還原環境。當δU大于1時，認為當時所處的古環境為還原環境[8-11]。本論文中，U/Th比值在0.19～1.11，均值為0.27，小于0.75。而δU值為0.72～1.54，均值為0.85，僅有1個樣品δU值大于1。根據判別指標，該區沉積環境總體為氧化-弱還原環境。

除U、Th、δU外，還有些微量元素也常常用來作為氧化-還原環境的判別指標，如V、Ni、Cr、V/（V+Ni）、V/Cr和Ni/Co等。前人研究資料表明：當V/（V+Ni）gt;0.84，V/Cr大于4.25，Ni/Co值大于7時，當時古環境為還原環境。當V/（V+Ni）lt;0.60，V/Cr小于2.0，Ni/Co值小于5時，當時古環境為氧化環境[12-15]。

本文中，V/（V+Ni）值為0.68～0.95，均值為0.77，介于0.60～0.84。V/Cr值為0.66～6.21，其中有一個樣品為6.21，其余均小于2;V/Cr均值為1.32，小于2.0。Ni/Co值為1.91～2.81，均值為2.51，小于5。根據以上指標，認為該研究區古環境為氧化-弱還原過渡環境。與上述指標相符。

3.3" 古水深分析

古環境分析的另一個方面是古水深度。以往常常是借助于巖性、沉積構造等來定性分析古水深度。近年來，有學者[4，16-17]提出了利用鈷元素含量分析法定量的計算古水深度，其計算公式為Vs=V0×NCo/（SCo-t×TCo），t=SLa/NLa，h=C/VS3/2。其中，Vs代表樣品在當時沉積環境的沉積速率;V0為當時正常琥珀沉積速率（0.2～0.3 mm/a）[18];NCo為正常湖泊沉積物中鈷的豐度（20 μg/g）;SCo為樣品中鈷的豐度（μg/g）;t為物源鈷（Co）對樣品的貢獻值;SLa為樣品中鑭的豐度（μg/g）;NLa為陸源碎屑巖中鑭的豐度（38.99 μg/g）;TCo為陸源碎屑巖中鈷的豐度（4.68 μg/g）;h為古水深（m）。

經過該研究區的數據分析計算，該區水深為3.23～81.24 m，平均深度為18.29 m，僅有2個樣品相對較高。表明整體水體深度較淺，一般小于20 m。

3.4" 古氣候分析

沉積物中的微量元素含量與當時的氣候環境密切相關，因此，可以用微量元素地球化學指標來指示當時的氣候環境變化[4，19]，如在潮濕的氣候條件下，沉積物中相對富集Cr、Ni、Mn、Cu、Fe、Ba、Br、Co、Cs、Hf、Rb、Sc和Th等元素;而在干燥的氣候條件下，則相對富集Sr、Pb、Au、As、Ca、Na、TA、U、Zn、Mg、Mo和B等元素[3]。某些元素的比值也通常用來作為指示氣候的指標，如Sr/Cu小于10，Sr的化學性質比較活潑，隨著風化程度的加強，容易從礦物中淋濕，因此Sr/Cu的比值越小，則指示當時的氣候環境越溫暖濕潤;若大于10，則表示當時氣候比較干燥炎熱[20-21]。該研究區數據表明：樣品中Sr/Cu的比值最小值為1.70，最大值為11.63，平均值為6.22。說明研究區整體上氣候表現為溫暖濕潤。

4" 結論

通過分析酒泉盆地胳塘溝組微量元素地球化學特征，討論了研究區的古鹽度、氧化還原情況、古水深及古氣候特征，得出以下結論。

1）根據對樣品的古鹽度分析，數據結果顯示出研究區Sr/Ba比值為0.17，環境為淡水環境。

2）根據對樣品的氧化還原環境分析，數據結果指示研究區U/Th均值為0.27，δU均值為0.85，V/（V+Ni）均值為0.77，這些指標均指示當時的沉積環境為氧化環境。

3）根據對樣品古水深的分析，顯示該區整體水體深度較淺，一般小于20 m。

4）根據對樣品的古氣候的分析，顯示該區表現出溫暖濕潤的氣候環境。

該研究區巖性特征主要為泥巖、砂質泥巖、砂巖，顏色主要表現為紫紅色、棕黃色、土黃色和灰白色，表現出溫暖濕潤的氣候。

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基金項目：國家自然科學基金（41862008）;云南國土資源職業學院教師科研項目（2024YJ18）

第一作者簡介：于秋蓮（1985-），女，理學碩士，講師。研究方向為地球化學。

*通信作者：張展適（1966-），女，博士，教授。研究方向為地球化學。