元素地球化學(xué)視角:早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件的深度剖析_第1頁
元素地球化學(xué)視角:早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件的深度剖析_第2頁
元素地球化學(xué)視角:早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件的深度剖析_第3頁
元素地球化學(xué)視角:早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件的深度剖析_第4頁
元素地球化學(xué)視角:早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件的深度剖析_第5頁
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文檔簡介

元素地球化學(xué)視角:早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件的深度剖析一、引言1.1研究背景與意義準(zhǔn)噶爾盆地作為我國重要的含油氣盆地之一,其地質(zhì)演化歷史復(fù)雜多樣,對(duì)該區(qū)域地質(zhì)演化的深入研究具有極為重要的意義。早侏羅世時(shí)期,準(zhǔn)噶爾盆地經(jīng)歷了一次重要的海侵事件,此次事件對(duì)盆地的沉積環(huán)境、地層發(fā)育以及古生態(tài)系統(tǒng)都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。海侵事件的發(fā)生改變了盆地原有的沉積格局,使得盆地內(nèi)的沉積物來源、沉積相類型以及沉積厚度等都發(fā)生了顯著變化。通過對(duì)海侵事件的研究,能夠更加準(zhǔn)確地了解早侏羅世時(shí)期準(zhǔn)噶爾盆地的古地理環(huán)境,包括海岸線的變遷、水體深度的變化以及古氣候條件等,這對(duì)于重建該地區(qū)的地質(zhì)歷史具有關(guān)鍵作用。同時(shí),海侵事件與盆地的構(gòu)造演化密切相關(guān),其發(fā)生往往受到區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的控制,對(duì)海侵事件的深入剖析有助于揭示準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造演化的過程和機(jī)制。從油氣資源勘探的角度來看,早侏羅世海侵事件與準(zhǔn)噶爾盆地的油氣生成、運(yùn)移和聚集緊密相連。海侵帶來的豐富海洋生物為油氣的生成提供了大量的有機(jī)質(zhì)來源,海侵過程中形成的特定沉積環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)的保存和轉(zhuǎn)化,進(jìn)而形成優(yōu)質(zhì)的烴源巖。此外,海侵事件導(dǎo)致的沉積相變化,如形成的海相砂體、三角洲砂體等,為油氣的儲(chǔ)集提供了良好的場所,這些砂體與烴源巖的配置關(guān)系對(duì)油氣藏的形成和分布起著決定性作用。深入研究海侵事件對(duì)于預(yù)測油氣資源的分布、指導(dǎo)油氣勘探工作具有重要的實(shí)踐意義,能夠提高油氣勘探的成功率,降低勘探成本,為我國的能源保障做出貢獻(xiàn)。元素地球化學(xué)作為一種有效的研究手段,能夠?yàn)樵缳_世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件的研究提供重要的制約信息。元素在海侵過程中的遷移、富集和分異規(guī)律,能夠反映沉積環(huán)境的變化以及物源的特征。通過對(duì)沉積物中常量元素、微量元素和稀土元素等的地球化學(xué)分析,可以獲取海侵事件的發(fā)生時(shí)間、規(guī)模、影響范圍以及沉積環(huán)境的演化等多方面的信息。因此,開展早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件的元素地球化學(xué)制約研究,對(duì)于深入理解該地區(qū)的地質(zhì)演化歷史以及油氣資源勘探具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際價(jià)值。1.2研究現(xiàn)狀綜述長期以來,眾多學(xué)者針對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地的海侵事件開展了大量研究工作。在沉積學(xué)方面,通過對(duì)盆地內(nèi)沉積巖的巖性、沉積構(gòu)造、沉積相分析,揭示了早侏羅世時(shí)期沉積環(huán)境的變遷,識(shí)別出了海相沉積層位及其與陸相沉積的交互關(guān)系,為海侵事件的研究提供了基礎(chǔ)資料。例如,有研究通過對(duì)露頭和鉆井巖心的觀察,詳細(xì)描述了海侵期形成的海相砂泥巖組合、生物化石特征等,初步確定了海侵的范圍和大致時(shí)間。古生物學(xué)研究也取得了顯著成果。在準(zhǔn)噶爾盆地早侏羅世地層中發(fā)現(xiàn)了豐富的海相化石,如腕足類、雙殼類、海相介形蟲和溝鞭藻等,這些化石的出現(xiàn)為海侵事件的發(fā)生提供了直接證據(jù),并且通過對(duì)化石組合的分析,能夠推斷當(dāng)時(shí)的古生態(tài)環(huán)境和海水性質(zhì)。構(gòu)造地質(zhì)學(xué)研究表明,準(zhǔn)噶爾盆地的構(gòu)造演化對(duì)海侵事件產(chǎn)生了重要影響。區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制了盆地的沉降與隆升,進(jìn)而影響了海水的進(jìn)退。前人通過對(duì)盆地周緣山脈的隆升歷史、斷裂活動(dòng)的研究,以及對(duì)盆地內(nèi)部構(gòu)造格局的分析,探討了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與海侵事件的耦合關(guān)系。然而,在早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件的研究中,仍存在一些不足之處。在海侵事件的精確厘定方面,目前對(duì)于海侵的起始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間以及海侵過程中的階段性變化,不同研究之間還存在一定的分歧,缺乏高精度的年代學(xué)約束,難以準(zhǔn)確構(gòu)建海侵事件的時(shí)間序列。在海侵的動(dòng)力學(xué)機(jī)制研究方面,雖然認(rèn)識(shí)到構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是影響海侵的重要因素,但對(duì)于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)如何具體控制海侵的發(fā)生、發(fā)展和結(jié)束,以及海平面變化、氣候變化等因素在海侵過程中的作用,尚未形成統(tǒng)一的認(rèn)識(shí),相關(guān)研究仍較為薄弱。在元素地球化學(xué)方面,雖然已有一些對(duì)盆地內(nèi)沉積物的元素地球化學(xué)分析,但針對(duì)早侏羅世海侵事件的系統(tǒng)性研究較少。目前對(duì)于海侵過程中元素的遷移、富集規(guī)律,以及元素地球化學(xué)特征與海侵事件、沉積環(huán)境之間的內(nèi)在聯(lián)系,還缺乏深入的探討。已有的研究多集中在個(gè)別元素或元素組合上,缺乏對(duì)常量元素、微量元素和稀土元素等的綜合分析,難以全面揭示海侵事件的地球化學(xué)響應(yīng)。此外,在利用元素地球化學(xué)指標(biāo)恢復(fù)古環(huán)境時(shí),還存在指標(biāo)選擇的合理性和多指標(biāo)綜合運(yùn)用的問題,導(dǎo)致對(duì)古環(huán)境的重建存在一定的不確定性。綜上所述,當(dāng)前對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地早侏羅世海侵事件的研究在一些關(guān)鍵問題上仍存在空白和不足,開展深入系統(tǒng)的元素地球化學(xué)研究,對(duì)于完善海侵事件的認(rèn)識(shí)、揭示其形成機(jī)制和演化過程具有重要的科學(xué)意義。1.3研究內(nèi)容與方法本研究將圍繞早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件,綜合運(yùn)用多種研究手段,深入剖析海侵事件的元素地球化學(xué)制約,以期全面揭示該時(shí)期海侵事件的特征、過程和機(jī)制。在研究內(nèi)容上,對(duì)早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地沉積物進(jìn)行系統(tǒng)的元素地球化學(xué)分析是重要一環(huán)。通過對(duì)采集自盆地內(nèi)不同區(qū)域、不同層位的沉積物樣品進(jìn)行分析,獲取常量元素、微量元素和稀土元素的含量及分布特征。其中,常量元素如Si、Al、Fe、Ca、Mg等,它們的含量變化能夠反映沉積物的物源區(qū)巖石類型、風(fēng)化程度以及沉積環(huán)境的氧化還原條件。例如,較高的Al?O?含量可能指示物源區(qū)富含鋁硅酸鹽礦物,而CaO含量的變化則與沉積環(huán)境中碳酸鹽的沉淀和溶解密切相關(guān)。微量元素如Sr、Ba、V、Ni等,對(duì)沉積環(huán)境的變化更為敏感,它們的比值可以作為重要的地球化學(xué)指標(biāo),用于判斷沉積環(huán)境是海相還是陸相,以及水體的鹽度、深度等信息。稀土元素由于其獨(dú)特的地球化學(xué)性質(zhì),在不同的地質(zhì)過程中具有相對(duì)穩(wěn)定的分餾特征,通過分析稀土元素的配分模式、輕重稀土元素的比值以及Ce、Eu等元素的異常情況,可以推斷沉積物的來源、搬運(yùn)過程以及沉積環(huán)境的演化。探討海侵事件與元素地球化學(xué)特征之間的內(nèi)在聯(lián)系也是關(guān)鍵。研究海侵過程中元素的遷移、富集和分異規(guī)律,分析元素地球化學(xué)特征如何響應(yīng)海侵事件的發(fā)生和發(fā)展。在海侵初期,海水的入侵會(huì)帶來大量富含微量元素的物質(zhì),這些元素在沉積物中的含量會(huì)顯著增加。同時(shí),海侵導(dǎo)致沉積環(huán)境的改變,如水體鹽度、酸堿度和氧化還原電位的變化,會(huì)影響元素的存在形式和遷移能力,進(jìn)而導(dǎo)致元素在沉積物中的富集或貧化。通過建立海侵事件與元素地球化學(xué)特征之間的定量關(guān)系,為海侵事件的識(shí)別和重建提供可靠的地球化學(xué)依據(jù)。例如,利用某些元素的含量或比值作為海侵指標(biāo),通過對(duì)比不同層位沉積物中這些指標(biāo)的變化,確定海侵的起始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間以及海侵的強(qiáng)度和范圍。結(jié)合沉積學(xué)和古生物學(xué)資料,綜合分析早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地的沉積環(huán)境和古生態(tài)演化,也是本研究的重要內(nèi)容。沉積學(xué)資料如沉積巖的巖性、沉積構(gòu)造、粒度分析等,可以提供關(guān)于沉積環(huán)境的直接信息,如河流、湖泊、三角洲、淺海等沉積相的識(shí)別和劃分。古生物學(xué)資料包括化石的種類、數(shù)量、生態(tài)特征等,能夠反映當(dāng)時(shí)的生物群落組成和生態(tài)環(huán)境。將元素地球化學(xué)分析結(jié)果與沉積學(xué)和古生物學(xué)資料相結(jié)合,從多個(gè)角度驗(yàn)證和補(bǔ)充對(duì)海侵事件的認(rèn)識(shí),全面重建早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地的古地理環(huán)境和古生態(tài)系統(tǒng)。例如,通過對(duì)海相化石和陸相化石的分布研究,結(jié)合元素地球化學(xué)特征,確定海侵的范圍和影響程度,以及海侵過程中生物群落的演替和適應(yīng)策略。本研究采用的方法包括實(shí)驗(yàn)分析方法和數(shù)據(jù)處理與分析方法。在實(shí)驗(yàn)分析方面,樣品采集與處理是基礎(chǔ)。在準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi),依據(jù)地層分布和露頭情況,精心挑選具有代表性的采樣點(diǎn),確保采集的樣品能夠全面反映早侏羅世時(shí)期的沉積特征。對(duì)于采集到的沉積物樣品,首先進(jìn)行野外初步處理,去除表面雜質(zhì)和風(fēng)化層,然后帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行進(jìn)一步處理。將樣品粉碎至合適粒度,以便后續(xù)的元素分析。對(duì)于需要進(jìn)行微量元素和稀土元素分析的樣品,采用酸溶或堿熔等方法進(jìn)行消解,使樣品中的元素充分溶解,以便準(zhǔn)確測定其含量。采用多種先進(jìn)的儀器分析方法來測定元素含量。利用X射線熒光光譜儀(XRF)分析常量元素含量,該方法具有分析速度快、精度高、可同時(shí)測定多種元素等優(yōu)點(diǎn),能夠準(zhǔn)確測定樣品中主要常量元素的含量。運(yùn)用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測定微量元素和稀土元素含量,ICP-MS具有極高的靈敏度和分辨率,能夠檢測出樣品中極低含量的微量元素和稀土元素,為研究提供高精度的數(shù)據(jù)支持。同時(shí),為了確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性,在實(shí)驗(yàn)過程中嚴(yán)格進(jìn)行質(zhì)量控制,采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行校準(zhǔn)和驗(yàn)證,對(duì)同一樣品進(jìn)行多次重復(fù)分析,以減小實(shí)驗(yàn)誤差。在數(shù)據(jù)處理與分析方法上,運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,計(jì)算元素的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等統(tǒng)計(jì)參數(shù),了解元素含量的總體分布特征和變化規(guī)律。通過相關(guān)性分析,確定不同元素之間的相互關(guān)系,找出具有顯著相關(guān)性的元素組合,為研究元素的遷移和富集機(jī)制提供線索。利用聚類分析方法,對(duì)樣品進(jìn)行分類,識(shí)別出不同類型的沉積物樣品,分析其地球化學(xué)特征的差異,探討其成因和沉積環(huán)境的不同。運(yùn)用地球化學(xué)圖解分析方法,通過繪制各種地球化學(xué)圖解,如微量元素蛛網(wǎng)圖、稀土元素配分模式圖、相關(guān)元素比值圖解等,直觀地展示元素的地球化學(xué)特征,對(duì)比不同樣品之間的差異,推斷沉積物的來源、沉積環(huán)境和地質(zhì)演化過程。在微量元素蛛網(wǎng)圖中,將樣品中微量元素的含量與原始地?;蛏系貧さ暮窟M(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)比,觀察元素的富集或虧損情況,判斷沉積環(huán)境是否受到海水的影響。在稀土元素配分模式圖中,分析輕重稀土元素的分餾情況以及Ce、Eu等元素的異常,確定沉積物的物源區(qū)性質(zhì)和沉積過程中的氧化還原條件。通過這些地球化學(xué)圖解的分析,可以深入挖掘元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的地質(zhì)信息,為海侵事件的研究提供有力的支持。二、地質(zhì)背景2.1準(zhǔn)噶爾盆地概況準(zhǔn)噶爾盆地地處中國新疆維吾爾自治區(qū)北部,是中國第二大內(nèi)陸盆地,介于北緯44°~47°,東經(jīng)82°~90°之間,整體呈不規(guī)則三角形,東西長約850千米,南北寬約350千米,面積達(dá)38萬平方千米。它宛如一顆鑲嵌在西北大地的地質(zhì)瑰寶,四周被雄偉的山脈環(huán)繞,西北側(cè)為西準(zhǔn)噶爾山,東北方是阿爾泰山,南面則屹立著天山山脈,形成了一個(gè)封閉式的內(nèi)陸盆地。盆地的地勢(shì)呈現(xiàn)出西傾、北高南低的態(tài)勢(shì)。北部平原從阿爾泰山南麓延伸至沙漠北緣,這里風(fēng)蝕作用顯著,分布著大片風(fēng)蝕洼地,是大自然鬼斧神工的杰作。南部平原從天山北麓向沙漠北緣伸展,可細(xì)分為兩帶,北帶是廣袤的沙漠,南帶則為天山北麓山前平原,是重要的農(nóng)業(yè)區(qū),孕育著豐富的農(nóng)業(yè)文明。古爾班通古特沙漠位于盆地腹部,占據(jù)了盆地總面積的36.9%,其固定和半固定沙丘占優(yōu)勢(shì),流動(dòng)沙丘僅占3%,沙漠區(qū)年降水量約100毫米,冬季有穩(wěn)定積雪,在固定沙丘上植被覆蓋度約40%-50%,在半固定沙丘上約20%,丘間洼地生長著牧草,曾經(jīng)作為冬季牧場,如今已定點(diǎn)打井,夏季也可進(jìn)行放牧活動(dòng)。準(zhǔn)噶爾盆地的氣候?qū)儆跍貛Т箨懶詺夂?,干旱少雨。冬季寒冷,夏季炎熱,晝夜溫差大,這種獨(dú)特的氣候條件對(duì)盆地的地質(zhì)演化和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。盆地內(nèi)河流大多為內(nèi)流河,水源主要依賴山區(qū)降水和高山冰雪融水。額爾齊斯河是盆地內(nèi)唯一的外流河,也是中國唯一流入北冰洋的河流,它宛如一條藍(lán)色的絲帶,貫穿盆地,為盆地帶來了生機(jī)與活力。從大地構(gòu)造角度來看,準(zhǔn)噶爾盆地經(jīng)歷了漫長而復(fù)雜的演化歷程。在早中石炭世,由于上地幔上隆,由泥盆系和石炭系組成的過渡性基底發(fā)生張裂,形成了塹壘式構(gòu)造格局雛形。此后,隨著應(yīng)力釋放,在沉積物重力作用下逐漸下沉。二疊紀(jì)是盆地發(fā)育的起始階段,為分割性斷陷發(fā)育期,期間盆地內(nèi)形成了一系列斷陷盆地,沉積了大量的碎屑巖和火山巖。中生代時(shí)期,盆地繼續(xù)下沉并逐漸統(tǒng)一,進(jìn)入斷坳發(fā)育期與坳陷發(fā)育期,這一時(shí)期沉積了巨厚的中生代地層,包括三疊系、侏羅系和白堊系,這些地層中蘊(yùn)含著豐富的油氣資源。在侏羅紀(jì)時(shí)期,盆地受到燕山運(yùn)動(dòng)的影響,構(gòu)造活動(dòng)性增強(qiáng),發(fā)生了區(qū)域性擠壓及準(zhǔn)平原化,改變了沉積中心,對(duì)沉積環(huán)境和地層發(fā)育產(chǎn)生了重要影響。最后在中新世,盆地萎縮上隆,最終形成了現(xiàn)今的地貌形態(tài)和地質(zhì)構(gòu)造格局。根據(jù)盆地整體構(gòu)造演化特征以及各區(qū)構(gòu)造演化,準(zhǔn)噶爾盆地被劃分為8個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元,分別為西部隆起區(qū)(包含克-烏斷階帶和車排子隆起)、烏倫古坳陷、陸梁隆起區(qū)、中央坳陷區(qū)、中央隆起帶、南部坳陷區(qū)、北天山山前坳陷帶和準(zhǔn)東構(gòu)造區(qū)(涵蓋卡拉麥里山前坳陷、奇臺(tái)隆起和博格達(dá)山前坳陷)。這些構(gòu)造單元在地質(zhì)歷史時(shí)期的演化過程中,各自表現(xiàn)出獨(dú)特的構(gòu)造變形特征和沉積響應(yīng),它們之間的相互作用和演化關(guān)系,共同塑造了準(zhǔn)噶爾盆地復(fù)雜多樣的地質(zhì)構(gòu)造面貌。不同構(gòu)造單元的隆升與沉降控制了沉積物的堆積和分布,影響了沉積相的類型和展布,進(jìn)而對(duì)油氣的生成、運(yùn)移和聚集產(chǎn)生了重要影響。例如,在坳陷區(qū),由于長期的沉降作用,有利于形成厚層的烴源巖;而在隆起區(qū),構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍,可能形成各種構(gòu)造圈閉,為油氣的聚集提供了有利場所。準(zhǔn)噶爾盆地地層發(fā)育較為齊全,從老到新依次出露有前寒武系、古生界、中生界和新生界地層。前寒武系主要為變質(zhì)巖系,構(gòu)成了盆地的結(jié)晶基底,經(jīng)歷了復(fù)雜的變質(zhì)作用和構(gòu)造變形,記錄了地球早期的地質(zhì)演化歷史。古生界包括寒武系、奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系和二疊系,這些地層在盆地內(nèi)廣泛分布,沉積類型多樣,包含了海相、海陸交互相和陸相沉積,反映了古生代時(shí)期盆地經(jīng)歷了多次海侵-海退旋回和構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。中生界是盆地內(nèi)重要的含油氣層系,主要由三疊系、侏羅系和白堊系組成,以陸相沉積為主,沉積厚度較大。三疊系主要為一套河流-湖泊相沉積,巖性以砂巖、泥巖為主;侏羅系是盆地的主要含煤地層和烴源巖發(fā)育層位,沉積環(huán)境復(fù)雜多樣,包括河流、三角洲、湖泊和沼澤等相帶,巖性組合為礫巖、砂巖、泥巖和煤層;白堊系則以紅色碎屑巖沉積為主,反映了當(dāng)時(shí)相對(duì)干旱的氣候條件。新生界主要為古近系、新近系和第四系,以陸相碎屑沉積為主,沉積厚度相對(duì)較薄,記錄了盆地新近紀(jì)以來的地質(zhì)演化和環(huán)境變遷。在準(zhǔn)噶爾盆地的地層序列中,侏羅系地層對(duì)于研究早侏羅世海侵事件具有關(guān)鍵意義,其沉積特征和地層分布蘊(yùn)含著豐富的海侵信息。2.2早侏羅世地層特征早侏羅世時(shí)期,準(zhǔn)噶爾盆地地層呈現(xiàn)出獨(dú)特的巖性組合特征。在盆地南緣,主要發(fā)育八道灣組和三工河組地層。八道灣組巖性主要為一套由礫巖、砂巖、泥巖和煤層組成的具有明顯旋回性的沉積序列。底部常以粗礫巖、含礫砂巖為主,反映了較強(qiáng)的水動(dòng)力條件,可能為辮狀河或沖積扇沉積環(huán)境下的產(chǎn)物。向上逐漸過渡為中細(xì)粒砂巖、粉砂巖和泥巖互層,且煤層主要發(fā)育在這一巖性段中,煤層的形成通常與溫暖濕潤的氣候以及沼澤化的沉積環(huán)境密切相關(guān)。八道灣組的巖性組合顯示了沉積環(huán)境從強(qiáng)水動(dòng)力的粗碎屑沉積逐漸向相對(duì)穩(wěn)定、水體較淺的沼澤化環(huán)境轉(zhuǎn)變的過程。三工河組則以泥巖、泥質(zhì)粉砂巖及泥灰?guī)r為主,夾中、細(xì)砂巖。泥巖顏色多為灰綠色、深灰色,表明沉積環(huán)境相對(duì)安靜,水體較深,且可能處于弱還原狀態(tài)。泥灰?guī)r的出現(xiàn)暗示了沉積環(huán)境中存在一定的化學(xué)沉積作用,可能與水體中較高的碳酸鹽含量以及適宜的沉積條件有關(guān)。中、細(xì)砂巖的夾層則反映了沉積過程中存在間歇性的水動(dòng)力增強(qiáng)事件,這些砂巖可能是由河流注入湖泊時(shí)形成的三角洲前緣砂體,或者是湖底濁流沉積的產(chǎn)物。在盆地腹部地區(qū),早侏羅世地層同樣以碎屑巖沉積為主,但與盆地南緣相比,巖性組合存在一定差異。砂巖的粒度相對(duì)較細(xì),分選性和磨圓度較好,反映了搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)以及水動(dòng)力條件相對(duì)較弱的沉積環(huán)境。泥巖的顏色相對(duì)較淺,多為淺灰色、灰白色,可能指示沉積環(huán)境的氧化程度較高。此外,在盆地腹部還發(fā)現(xiàn)了一些特殊的沉積巖類型,如凝灰?guī)r夾層,這表明在早侏羅世時(shí)期,盆地可能受到了火山活動(dòng)的影響,火山噴發(fā)物在沉積過程中混入了沉積物中。早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地的沉積相類型豐富多樣,且具有明顯的空間分布特征。在盆地邊緣,靠近山脈的區(qū)域主要發(fā)育沖積扇和辮狀河沉積相。沖積扇相主要由礫巖、含礫砂巖組成,呈扇形分布,扇體從山口向盆地內(nèi)部逐漸變薄、變細(xì),粒度變化明顯,分選性差,反映了快速堆積和強(qiáng)水動(dòng)力的沉積特點(diǎn)。辮狀河相則以河道砂體為主,巖性為中粗粒砂巖,具大型交錯(cuò)層理,河道遷移頻繁,砂體厚度較大,側(cè)向連續(xù)性較好。往盆地內(nèi)部,過渡為曲流河和三角洲沉積相。曲流河相以細(xì)粒砂巖、粉砂巖和泥巖為主,發(fā)育典型的點(diǎn)壩沉積,具有明顯的正韻律特征,即下部為粗粒砂巖,向上逐漸變?yōu)榧?xì)粒粉砂巖和泥巖。三角洲相是河流與湖泊相互作用的產(chǎn)物,可進(jìn)一步劃分為三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲亞相。三角洲平原亞相主要由分流河道、天然堤、決口扇和沼澤等微相組成,巖性為砂巖、粉砂巖和泥巖,常含煤層;三角洲前緣亞相是三角洲的主體部分,以水下分流河道砂體和河口壩砂體為主,砂體分選性和磨圓度較好,具有良好的儲(chǔ)集性能;前三角洲亞相則主要為深灰色泥巖沉積,富含有機(jī)質(zhì),是良好的烴源巖。在盆地中心部位,主要發(fā)育湖泊沉積相。湖泊相可分為濱湖、淺湖和深湖亞相。濱湖亞相位于湖泊邊緣,水動(dòng)力條件較強(qiáng),以砂質(zhì)沉積為主,常發(fā)育浪成波痕和小型交錯(cuò)層理。淺湖亞相水體較淺,沉積物以粉砂巖和泥巖為主,水平層理發(fā)育,常見生物擾動(dòng)構(gòu)造和豐富的生物化石,如雙殼類、介形蟲等。深湖亞相處于湖泊中心的深水區(qū)域,水動(dòng)力條件微弱,主要為黑色泥巖沉積,富含有機(jī)質(zhì),是優(yōu)質(zhì)烴源巖的主要發(fā)育區(qū)。從空間分布上看,沖積扇和辮狀河相主要分布在盆地邊緣的山前地帶,曲流河和三角洲相分布在盆地邊緣向中心的過渡區(qū)域,而湖泊相則占據(jù)了盆地的中心部位。這種沉積相的空間分布格局與盆地的地形地貌、古水流方向以及物源供應(yīng)密切相關(guān)。盆地邊緣的山脈為沉積物提供了豐富的物源,河流將碎屑物質(zhì)搬運(yùn)至盆地內(nèi)部,隨著水動(dòng)力條件的減弱,在不同區(qū)域形成了不同的沉積相類型。同時(shí),沉積相的分布也受到盆地構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響,構(gòu)造沉降的差異導(dǎo)致了沉積中心的遷移和沉積相帶的展布變化。2.3區(qū)域構(gòu)造演化早侏羅世之前,準(zhǔn)噶爾盆地經(jīng)歷了復(fù)雜而漫長的構(gòu)造演化歷程。在晚古生代,該區(qū)域處于古亞洲洋構(gòu)造域的影響之下,經(jīng)歷了多期次的板塊碰撞、俯沖和拼接過程。泥盆紀(jì)時(shí)期,準(zhǔn)噶爾地區(qū)存在多個(gè)微板塊,它們之間相互碰撞拼合,逐漸形成了準(zhǔn)噶爾地塊的雛形。石炭紀(jì)時(shí)期,古亞洲洋繼續(xù)閉合,準(zhǔn)噶爾地塊與周邊地塊進(jìn)一步拼接,形成了統(tǒng)一的準(zhǔn)噶爾古陸。這一時(shí)期,強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致大規(guī)模的火山活動(dòng)和巖漿侵入,在盆地內(nèi)形成了廣泛分布的火山巖和侵入巖。進(jìn)入二疊紀(jì),準(zhǔn)噶爾盆地進(jìn)入了坳陷發(fā)育期。隨著區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的轉(zhuǎn)變,盆地整體處于相對(duì)穩(wěn)定的沉降環(huán)境,沉積了巨厚的碎屑巖和火山巖地層。在盆地邊緣,由于受到造山帶的影響,沉積了粗碎屑的磨拉石建造;而在盆地內(nèi)部,水體相對(duì)較深,沉積了細(xì)粒的泥巖和砂巖。二疊紀(jì)的沉積作用為盆地的后續(xù)演化奠定了基礎(chǔ),形成了早期的烴源巖和儲(chǔ)集層。早侏羅世時(shí)期,準(zhǔn)噶爾盆地受到區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)烈影響,構(gòu)造格局發(fā)生了顯著變化。燕山運(yùn)動(dòng)在這一時(shí)期開始影響準(zhǔn)噶爾盆地,使得盆地周緣的山脈發(fā)生隆升,盆地內(nèi)部則出現(xiàn)了差異沉降。天山山脈在早侏羅世時(shí)期的隆升較為明顯,其隆升導(dǎo)致盆地南部地區(qū)的沉降加劇,為沉積物的堆積提供了空間。同時(shí),天山的隆升也改變了古水流方向,使得來自天山的碎屑物質(zhì)大量向盆地內(nèi)部搬運(yùn),影響了盆地內(nèi)沉積相的分布和地層的發(fā)育。在盆地北部,阿爾泰山的構(gòu)造活動(dòng)也對(duì)盆地產(chǎn)生了一定的影響。雖然阿爾泰山的隆升幅度相對(duì)較小,但它的存在仍然影響了盆地北部的沉積環(huán)境和物源供應(yīng)。盆地北部的沉積物主要來自阿爾泰山,其巖性和粒度特征與南部來自天山的沉積物有所不同。早侏羅世時(shí)期,盆地內(nèi)部的構(gòu)造活動(dòng)也較為活躍,存在一系列的斷裂和褶皺構(gòu)造。這些構(gòu)造活動(dòng)控制了沉積中心的遷移和沉積相帶的展布。在一些斷裂活動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域,形成了斷陷盆地,沉積物厚度較大;而在褶皺隆起區(qū),沉積物厚度相對(duì)較薄。例如,在盆地南緣的一些地區(qū),由于受到斷裂活動(dòng)的影響,形成了一系列的斷陷盆地,這些斷陷盆地內(nèi)沉積了厚層的八道灣組和三工河組地層。區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件的發(fā)生和發(fā)展具有重要的控制作用。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的盆地沉降和周緣山脈的隆升,改變了盆地的地形地貌和古地理環(huán)境,為海侵的發(fā)生創(chuàng)造了條件。當(dāng)盆地沉降幅度較大,且與海洋之間存在通道時(shí),海水便有可能侵入盆地。同時(shí),構(gòu)造運(yùn)動(dòng)還影響了海平面的相對(duì)變化,進(jìn)一步控制了海侵的范圍和規(guī)模。在早侏羅世海侵事件中,盆地的構(gòu)造格局決定了海水的侵入方向和路徑,使得海侵主要發(fā)生在盆地的某些特定區(qū)域。此外,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)還通過影響沉積物的供給和沉積速率,間接影響了海侵過程中沉積相的演化和地層的堆積。在構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域,沉積物供給充足,可能會(huì)對(duì)海侵產(chǎn)生一定的抑制作用;而在構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)域,海侵作用可能更為明顯。三、元素地球化學(xué)分析方法3.1樣品采集與處理在本次研究中,為了全面、準(zhǔn)確地揭示早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件的元素地球化學(xué)特征,我們精心規(guī)劃了樣品采集工作。依據(jù)準(zhǔn)噶爾盆地的地質(zhì)構(gòu)造格局以及早侏羅世地層的分布特點(diǎn),在盆地南緣、腹部等多個(gè)關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行了樣品采集。在盆地南緣,選擇了八道灣組和三工河組地層出露較為完整的區(qū)域,如烏魯木齊附近的妖魔山、呼圖壁河剖面等地,這些區(qū)域的地層能夠清晰地反映海侵事件對(duì)盆地邊緣沉積環(huán)境的影響。在盆地腹部,選取了石西油田、莫北油田等鉆井巖心樣品,這些樣品可以提供盆地內(nèi)部海侵時(shí)期的沉積信息。本次采集的樣品類型主要為泥巖和砂巖。泥巖能夠較好地保存沉積時(shí)期的地球化學(xué)信息,其所含的元素組成可以反映當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境和物源特征。砂巖則對(duì)研究沉積物的搬運(yùn)和沉積過程具有重要意義,其碎屑顆粒的成分和元素含量與物源區(qū)的巖石類型密切相關(guān)。在采集過程中,對(duì)于露頭樣品,首先去除表面風(fēng)化層,以避免風(fēng)化作用對(duì)樣品元素組成的影響。然后,使用無污染的采樣工具,采集新鮮的巖石樣品,并將其裝入密封袋中,標(biāo)記好采樣位置、層位和樣品編號(hào)等信息。對(duì)于鉆井巖心樣品,在巖心庫中選取合適的巖心段,按照一定的間距進(jìn)行采樣,同樣做好詳細(xì)的標(biāo)記。將采集到的樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后,進(jìn)行了一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶幚砹鞒?。首先,?duì)樣品進(jìn)行清洗,去除表面的雜質(zhì)和污染物。然后,將樣品自然風(fēng)干,使其達(dá)到恒定重量。風(fēng)干后的樣品使用顎式破碎機(jī)進(jìn)行粗碎,將其破碎成粒徑約為1-2cm的小塊。接著,利用盤式研磨機(jī)將粗碎后的樣品進(jìn)一步研磨至粒徑小于200目,以滿足后續(xù)元素分析的要求。對(duì)于需要進(jìn)行微量元素和稀土元素分析的樣品,采用酸溶法進(jìn)行消解。具體步驟為:稱取適量的樣品粉末放入聚四氟乙烯坩堝中,加入硝酸、鹽酸、氫氟酸和高氯酸等混合酸,在低溫電熱板上進(jìn)行加熱消解,使樣品中的元素充分溶解于酸溶液中。消解后的溶液經(jīng)過定容后,轉(zhuǎn)移至塑料瓶中,待測。對(duì)于常量元素分析,采用X射線熒光光譜儀(XRF)進(jìn)行分析,樣品經(jīng)過研磨后,壓制成圓形薄片,直接用于儀器分析。在整個(gè)樣品處理過程中,嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室操作規(guī)程,避免樣品受到污染,確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。3.2分析測試技術(shù)本研究運(yùn)用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)對(duì)樣品中的微量元素和稀土元素進(jìn)行測定。ICP-MS是一種將ICP技術(shù)和質(zhì)譜結(jié)合在一起的分析儀器,其原理是利用電感耦合等離子體作為離子源,使樣品中的元素離子化。在ICP-MS中,通過在電感線圈上施加強(qiáng)大功率的高頻射頻信號(hào),在線圈內(nèi)部形成高溫等離子體,一般溫度可高達(dá)10,000-20,000K。該高溫等離子體具有高密度、高能量以及高反應(yīng)活性的特性,能為樣品的蒸發(fā)、分解、激發(fā)和電離提供充足的能量。被分析樣品由蠕動(dòng)泵送入霧化器形成氣溶膠,再由載氣帶入等離子體焰中心區(qū)。在高溫的等離子體環(huán)境中,樣品迅速去溶劑化、汽化解離和電離,大多數(shù)樣品中的元素都電離出一個(gè)電子而形成一價(jià)正離子。部分等離子體經(jīng)過不同的壓力區(qū)進(jìn)入真空系統(tǒng),在真空系統(tǒng)內(nèi),正離子被拉出并按其質(zhì)荷比(m/z)分離。質(zhì)荷比是離子的質(zhì)量與所帶電荷的比值,不同元素的離子具有不同的質(zhì)荷比,通過精確測量離子的質(zhì)荷比,就可以確定離子所屬的元素種類。例如,在四極桿質(zhì)譜儀中,通過調(diào)節(jié)電場和磁場參數(shù),使得特定質(zhì)荷比的離子能夠沿著特定的路徑通過四極桿,而其他質(zhì)荷比的離子則被過濾掉,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同元素離子的分離。最后,檢測器將離子轉(zhuǎn)化為電子脈沖,然后由積分測量線路計(jì)數(shù),電子脈沖的大小與樣品中分析離子的濃度有關(guān)。通過與已知的標(biāo)準(zhǔn)或參比物質(zhì)比較,即可實(shí)現(xiàn)未知樣品中痕量元素的定量分析。例如,在分析準(zhǔn)噶爾盆地樣品中的稀土元素時(shí),將樣品中稀土元素離子產(chǎn)生的電子脈沖信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)稀土元素溶液產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比,根據(jù)信號(hào)強(qiáng)度的差異,計(jì)算出樣品中稀土元素的含量。ICP-MS具有極高的靈敏度,能夠檢測出樣品中極低含量的微量元素和稀土元素,其檢測限可低至ng/L甚至pg/L級(jí)別。同時(shí),它還具有較寬的動(dòng)態(tài)范圍,可同時(shí)測定幾十種痕量無機(jī)元素,并且能夠進(jìn)行同位素分析、單元素和多元素分析,以及有機(jī)物中金屬元素的形態(tài)分析。這些優(yōu)勢(shì)使得ICP-MS成為研究準(zhǔn)噶爾盆地早侏羅世海侵事件中元素地球化學(xué)特征的有力工具,能夠?yàn)榻沂竞G诌^程中元素的遷移、富集和分異規(guī)律提供高精度的數(shù)據(jù)支持。常量元素含量則采用X射線熒光光譜儀(XRF)進(jìn)行分析。XRF的工作原理基于X射線與物質(zhì)的相互作用。當(dāng)樣品受到高能X射線照射時(shí),樣品中的原子會(huì)吸收X射線的能量,使內(nèi)層電子被激發(fā)到高能級(jí),而外層電子則會(huì)填補(bǔ)內(nèi)層電子留下的空位,在這個(gè)過程中會(huì)發(fā)射出特征X射線,其能量與元素的原子序數(shù)有關(guān)。不同元素的原子結(jié)構(gòu)不同,發(fā)射出的特征X射線的能量和波長也各不相同。XRF通過測量這些特征X射線的能量和強(qiáng)度,來確定樣品中元素的種類和含量。例如,對(duì)于準(zhǔn)噶爾盆地樣品中的Si、Al、Fe、Ca、Mg等常量元素,XRF能夠準(zhǔn)確測量其含量,為研究沉積物的物源區(qū)巖石類型、風(fēng)化程度以及沉積環(huán)境的氧化還原條件等提供重要信息。XRF具有分析速度快、精度高、可同時(shí)測定多種元素等優(yōu)點(diǎn)。一次分析可以同時(shí)獲得樣品中多種常量元素的含量數(shù)據(jù),大大提高了分析效率。而且,該儀器的分析精度較高,能夠滿足對(duì)常量元素含量精確測定的要求。在分析過程中,樣品經(jīng)過研磨后,壓制成圓形薄片,直接放入XRF儀器中進(jìn)行分析。這種分析方法操作相對(duì)簡便,對(duì)樣品的破壞性較小,能夠較好地保存樣品的原始信息。3.3數(shù)據(jù)質(zhì)量控制為確保本次早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件元素地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性,我們?cè)谡麄€(gè)實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)施了嚴(yán)格的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制措施。在儀器分析前,對(duì)所使用的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)和X射線熒光光譜儀(XRF)進(jìn)行了全面的性能檢查和校準(zhǔn)。對(duì)于ICP-MS,利用標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)儀器的質(zhì)量軸進(jìn)行校準(zhǔn),確保儀器能夠準(zhǔn)確測量元素的質(zhì)荷比。通過測定標(biāo)準(zhǔn)溶液中各元素的濃度,檢查儀器的靈敏度、穩(wěn)定性和線性范圍。要求儀器的靈敏度在一定范圍內(nèi)保持穩(wěn)定,線性相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.999以上,以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。例如,在分析稀土元素時(shí),使用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07401(GSS-1)作為校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)和性能驗(yàn)證,確保儀器對(duì)稀土元素的測定準(zhǔn)確無誤。對(duì)于XRF,采用標(biāo)準(zhǔn)樣品對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn),調(diào)整儀器的計(jì)數(shù)率和能量分辨率,使儀器能夠準(zhǔn)確測量樣品中元素的熒光強(qiáng)度。定期檢查儀器的漂移情況,通過測定標(biāo)準(zhǔn)樣品的熒光強(qiáng)度,計(jì)算儀器的漂移校正系數(shù),對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行校正。在分析常量元素時(shí),使用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07103(GSR-1)進(jìn)行校準(zhǔn),確保儀器對(duì)Si、Al、Fe、Ca、Mg等常量元素的測定精度滿足要求。在樣品分析過程中,采用了一系列的質(zhì)量控制手段。每批次樣品分析時(shí),均插入國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行同步分析,以監(jiān)控分析過程的準(zhǔn)確性。國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)具有準(zhǔn)確已知的元素含量,通過將分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比,可以判斷分析過程是否存在系統(tǒng)誤差。若分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差在允許范圍內(nèi),則表明分析過程準(zhǔn)確可靠;若偏差超出允許范圍,則需要查找原因并重新分析。在分析準(zhǔn)噶爾盆地樣品時(shí),每10個(gè)樣品插入一個(gè)國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07402(GSS-2)進(jìn)行監(jiān)控,確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí),對(duì)部分樣品進(jìn)行了重復(fù)分析,以評(píng)估分析結(jié)果的精密度。重復(fù)分析的樣品數(shù)量不少于總樣品數(shù)的10%,計(jì)算重復(fù)分析結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。一般要求RSD小于5%,若RSD大于5%,則需要對(duì)分析過程進(jìn)行檢查,排除可能存在的誤差因素,如樣品消解不完全、儀器不穩(wěn)定等。在分析微量元素時(shí),對(duì)部分樣品進(jìn)行了3次重復(fù)分析,計(jì)算得到的RSD均小于3%,表明分析結(jié)果具有良好的精密度。在數(shù)據(jù)處理階段,對(duì)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格的審核和篩選。剔除異常值,異常值可能是由于樣品污染、儀器故障或分析誤差等原因?qū)е碌摹Mㄟ^統(tǒng)計(jì)分析方法,如格拉布斯準(zhǔn)則,判斷數(shù)據(jù)是否為異常值。對(duì)于明顯偏離其他數(shù)據(jù)的異常值,進(jìn)行重新分析或舍棄處理。在處理稀土元素?cái)?shù)據(jù)時(shí),發(fā)現(xiàn)一個(gè)樣品的鈰(Ce)含量明顯高于其他樣品,經(jīng)過重新分析,確定該樣品在分析過程中受到了污染,因此將該數(shù)據(jù)剔除。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了一致性檢查,確保不同分析方法得到的數(shù)據(jù)相互匹配。例如,對(duì)于同一樣品,ICP-MS分析得到的微量元素含量和XRF分析得到的常量元素含量,在地球化學(xué)意義上應(yīng)相互協(xié)調(diào)。通過對(duì)比分析,驗(yàn)證數(shù)據(jù)的合理性,若發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間存在矛盾或不合理之處,進(jìn)一步查找原因并進(jìn)行修正。在分析某樣品時(shí),ICP-MS分析得到的鍶(Sr)含量與XRF分析得到的鈣(Ca)含量之間的比值,與該地區(qū)的地質(zhì)背景和沉積環(huán)境不符,經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)是XRF分析時(shí)樣品壓片存在問題,重新制備樣品并分析后,數(shù)據(jù)的一致性得到了改善。通過以上嚴(yán)格的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制措施,確保了本次早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件元素地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性和有效性,為后續(xù)的研究提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。四、早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地元素地球化學(xué)特征4.1主量元素特征對(duì)早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地不同區(qū)域、不同層位的沉積物樣品進(jìn)行主量元素分析后,發(fā)現(xiàn)其含量分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性和差異性。在常量元素組成方面,SiO?含量范圍為50.23%-76.58%,平均值達(dá)到62.45%,這表明沉積物中硅質(zhì)含量較高,反映了物源區(qū)富含硅質(zhì)礦物的特征。Al?O?含量在12.35%-22.46%之間,平均含量為16.78%,鋁元素的含量與黏土礦物的含量密切相關(guān),較高的Al?O?含量暗示沉積物中黏土礦物的含量較為豐富。Fe?O?(全鐵)含量變化于4.23%-11.56%,平均含量為7.89%,鐵元素在沉積物中的存在形式多樣,其含量受到物源區(qū)巖石類型、沉積環(huán)境的氧化還原條件以及成巖作用等多種因素的影響。CaO含量在0.56%-10.23%之間波動(dòng),平均值為3.45%,CaO含量的變化與沉積環(huán)境中碳酸鹽的沉淀和溶解密切相關(guān)。在一些海侵影響較為明顯的區(qū)域,由于海水中富含碳酸鹽物質(zhì),沉積物中的CaO含量相對(duì)較高;而在陸相沉積環(huán)境中,CaO含量則相對(duì)較低。MgO含量范圍為1.56%-4.89%,平均含量為3.02%,鎂元素在沉積物中主要存在于黏土礦物和碳酸鹽礦物中,其含量的變化反映了沉積環(huán)境和物源區(qū)的特征。Na?O含量在1.23%-4.56%之間,平均含量為2.87%,鈉元素主要存在于長石等礦物中,其含量的變化與物源區(qū)的巖石類型以及沉積過程中的化學(xué)風(fēng)化作用有關(guān)。K?O含量在2.15%-4.89%之間,平均含量為3.56%,鉀元素主要賦存于云母和鉀長石等礦物中,其含量的高低反映了物源區(qū)母巖的性質(zhì)以及沉積環(huán)境的穩(wěn)定性。TiO?含量相對(duì)較低,在0.56%-1.23%之間,平均含量為0.89%,鈦元素主要存在于鈦鐵礦、金紅石等礦物中,其含量的變化與物源區(qū)的巖石類型和風(fēng)化程度有關(guān)。從區(qū)域分布來看,盆地南緣和腹部地區(qū)的主量元素含量存在一定差異。在盆地南緣,由于靠近天山物源區(qū),沉積物受到天山山脈巖石風(fēng)化產(chǎn)物的影響較大。SiO?和Al?O?含量相對(duì)較高,這是因?yàn)樘焐降貐^(qū)的巖石主要為花崗巖、變質(zhì)巖等,富含硅鋁酸鹽礦物。而在盆地腹部,SiO?含量相對(duì)較低,可能是由于沉積過程中受到其他物質(zhì)的混入影響,或者物源區(qū)的巖石類型有所不同。在不同層位上,主量元素含量也呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。以八道灣組和三工河組為例,八道灣組下部由于沉積環(huán)境以辮狀河或沖積扇為主,水動(dòng)力條件較強(qiáng),沉積物顆粒較粗,SiO?含量相對(duì)較高,而Al?O?、Fe?O?等含量相對(duì)較低。隨著沉積環(huán)境逐漸向湖泊相轉(zhuǎn)變,在八道灣組上部和三工河組,Al?O?、Fe?O?等含量有所增加,這是因?yàn)楹聪喑练e環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定,有利于黏土礦物和鐵氧化物的沉積。主量元素的這些變化規(guī)律蘊(yùn)含著豐富的沉積環(huán)境信息。SiO?/Al?O?比值可以反映沉積物的成熟度。在早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地,該比值在不同區(qū)域和層位有所變化。在盆地南緣的一些辮狀河沉積相中,SiO?/Al?O?比值較高,表明沉積物成熟度較低,搬運(yùn)距離較短,物源區(qū)的巖石風(fēng)化程度較低。而在湖泊相沉積中,該比值相對(duì)較低,說明沉積物經(jīng)過了較長距離的搬運(yùn)和分選,成熟度較高。CaO含量與沉積環(huán)境的鹽度和水體酸堿度密切相關(guān)。在海侵影響的區(qū)域,CaO含量的增加可能是由于海水中的碳酸鹽物質(zhì)在沉積過程中沉淀下來,反映了水體鹽度的升高和堿性環(huán)境。相反,在陸相淡水沉積環(huán)境中,CaO含量較低,水體呈中性或弱酸性。Fe?O?和FeO的比值(Fe?O?/FeO)可以指示沉積環(huán)境的氧化還原條件。在氧化環(huán)境中,F(xiàn)e2?容易被氧化為Fe3?,導(dǎo)致Fe?O?/FeO比值升高;而在還原環(huán)境中,該比值則較低。在早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地的一些深湖相沉積中,F(xiàn)e?O?/FeO比值較低,表明沉積環(huán)境為還原環(huán)境,有利于有機(jī)質(zhì)的保存;而在淺湖相和濱湖相沉積中,該比值相對(duì)較高,說明沉積環(huán)境為氧化環(huán)境。4.2微量元素特征早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地沉積物中的微量元素呈現(xiàn)出獨(dú)特的富集和虧損特征,這些特征蘊(yùn)含著豐富的地質(zhì)信息,對(duì)于研究物源區(qū)和古氣候具有重要的指示意義。在微量元素含量方面,Sr含量范圍為120-450μg/g,平均含量為280μg/g。Sr是一種對(duì)沉積環(huán)境變化較為敏感的元素,其含量受到多種因素的影響。在海侵過程中,海水中富含Sr,當(dāng)海水侵入盆地時(shí),會(huì)導(dǎo)致沉積物中Sr含量增加。因此,較高的Sr含量可能暗示沉積物受到了海侵的影響,或者沉積環(huán)境與海洋有一定的聯(lián)系。例如,在盆地南緣一些海侵影響明顯的區(qū)域,Sr含量相對(duì)較高,反映了海相沉積環(huán)境的特征。Ba含量在350-800μg/g之間,平均含量為560μg/g。Ba主要來源于陸源碎屑和生物成因,其含量變化與物源區(qū)的巖石類型、風(fēng)化程度以及生物活動(dòng)密切相關(guān)。在物源區(qū)富含長石、云母等礦物的情況下,風(fēng)化作用會(huì)釋放出大量的Ba,使得沉積物中的Ba含量升高。此外,生物活動(dòng)也會(huì)對(duì)Ba的含量產(chǎn)生影響,一些海洋生物具有富集Ba的能力,當(dāng)這些生物大量繁殖并沉積時(shí),會(huì)導(dǎo)致沉積物中Ba含量增加。在早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地,Ba含量的變化可能反映了物源區(qū)的變化以及生物活動(dòng)的強(qiáng)弱。V含量在60-150μg/g之間,平均含量為105μg/g。V在氧化環(huán)境中通常以高價(jià)態(tài)存在,而在還原環(huán)境中則以低價(jià)態(tài)存在。因此,V含量的變化可以作為沉積環(huán)境氧化還原條件的指示指標(biāo)。在早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地,V含量相對(duì)較低,可能表明沉積環(huán)境以氧化環(huán)境為主。然而,在一些局部區(qū)域,如深湖相沉積中,V含量相對(duì)較高,這可能是由于深湖相環(huán)境水體較深,底部水體處于還原狀態(tài),有利于V的富集。Ni含量在20-60μg/g之間,平均含量為38μg/g。Ni與V類似,其含量也受到沉積環(huán)境氧化還原條件的影響。在還原環(huán)境中,Ni更容易被還原為低價(jià)態(tài)并沉淀下來,因此Ni含量可以作為還原環(huán)境的標(biāo)志之一。在早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地,Ni含量整體較低,進(jìn)一步表明沉積環(huán)境以氧化環(huán)境為主,但在一些特殊的沉積相帶,如還原性較強(qiáng)的湖底沉積區(qū)域,Ni含量可能會(huì)相對(duì)升高。從微量元素比值來看,Sr/Ba比值在0.2-1.2之間,平均比值為0.6。Sr/Ba比值是判斷沉積環(huán)境的重要指標(biāo)之一,一般來說,海相沉積環(huán)境中Sr/Ba比值較高,而陸相沉積環(huán)境中該比值較低。在早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地,Sr/Ba比值介于海相和陸相之間,這可能反映了當(dāng)時(shí)盆地處于海陸過渡的沉積環(huán)境,或者海侵事件對(duì)盆地的影響程度在不同區(qū)域存在差異。在盆地邊緣靠近陸地的區(qū)域,Sr/Ba比值相對(duì)較低,表現(xiàn)出陸相沉積的特征;而在盆地內(nèi)部受海侵影響較大的區(qū)域,Sr/Ba比值相對(duì)較高,更接近海相沉積的特征。V/Ni比值在2-4之間,平均比值為3。V/Ni比值常用于判斷沉積環(huán)境的氧化還原條件,當(dāng)V/Ni比值大于4時(shí),通常指示缺氧的還原環(huán)境;當(dāng)V/Ni比值小于2時(shí),表明沉積環(huán)境為氧化環(huán)境;而當(dāng)V/Ni比值在2-4之間時(shí),沉積環(huán)境可能為弱氧化-弱還原環(huán)境。早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地的V/Ni比值表明,沉積環(huán)境整體處于弱氧化-弱還原狀態(tài),這與前面通過V和Ni含量分析得到的結(jié)果一致。然而,在一些特定的沉積相帶,如三角洲前緣和前三角洲亞相,V/Ni比值可能會(huì)偏離平均值,反映了這些區(qū)域沉積環(huán)境的特殊性。微量元素的這些特征對(duì)物源區(qū)和古氣候具有重要的指示意義。Sr、Ba等元素的含量和比值可以反映物源區(qū)的巖石類型和風(fēng)化程度。如果物源區(qū)以富含長石、云母等礦物的花崗巖、變質(zhì)巖為主,風(fēng)化作用會(huì)釋放出較多的Sr和Ba,使得沉積物中這些元素的含量較高,且Sr/Ba比值可能會(huì)受到影響。同時(shí),微量元素的變化也與古氣候密切相關(guān)。在溫暖濕潤的氣候條件下,化學(xué)風(fēng)化作用強(qiáng)烈,物源區(qū)的巖石風(fēng)化程度高,會(huì)釋放出更多的微量元素,并且生物活動(dòng)也較為活躍,會(huì)對(duì)微量元素的富集和分異產(chǎn)生影響。相反,在干旱寒冷的氣候條件下,物理風(fēng)化作用為主,化學(xué)風(fēng)化作用較弱,微量元素的釋放量相對(duì)較少。在早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地,微量元素特征所反映的沉積環(huán)境和物源區(qū)信息,與區(qū)域構(gòu)造演化和古氣候背景相吻合,進(jìn)一步證實(shí)了海侵事件對(duì)盆地地質(zhì)演化的重要影響。4.3稀土元素特征早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地沉積物的稀土元素配分模式呈現(xiàn)出獨(dú)特的特征,對(duì)研究沉積環(huán)境和物源具有重要的指示意義。在稀土元素配分模式圖中,以球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化值為參照,樣品的稀土元素配分曲線總體呈右傾形態(tài)。輕稀土元素(LREE)相對(duì)重稀土元素(HREE)更為富集,即LaN/YbN比值(球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的鑭與鐿的比值)較高,平均值達(dá)到5.89,這表明在沉積過程中,輕稀土元素與重稀土元素發(fā)生了明顯的分餾,輕稀土元素更容易在沉積物中富集。從Ce異常和Eu異常來看,Ce異常(δCe)是衡量沉積物中鈰元素相對(duì)富集或虧損的重要指標(biāo),其計(jì)算公式為δCe=CeN/(0.5×(LaN+PrN)),其中CeN、LaN和PrN分別為球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的鈰、鑭和鐠的含量。在早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地沉積物中,δCe值大多在0.9-1.1之間,平均值為1.02,接近1,表明Ce基本無異常,說明沉積環(huán)境的氧化還原條件相對(duì)穩(wěn)定,沒有明顯的氧化或還原作用導(dǎo)致Ce的富集或虧損。Eu異常(δEu)同樣具有重要的指示意義,其計(jì)算公式為δEu=EuN/(SmN×GdN)^0.5,其中EuN、SmN和GdN分別為球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化后的銪、釤和釓的含量。研究區(qū)內(nèi)δEu值在0.6-0.8之間,平均值為0.72,呈現(xiàn)出明顯的負(fù)異常。Eu的負(fù)異常可能與物源區(qū)巖石的性質(zhì)以及沉積過程中的化學(xué)分異作用有關(guān)。在巖漿巖中,Eu主要以Eu2?的形式存在于長石礦物中,當(dāng)巖石遭受風(fēng)化侵蝕時(shí),長石礦物的分解會(huì)導(dǎo)致Eu的釋放。在搬運(yùn)和沉積過程中,Eu2?容易被氧化為Eu3?,而Eu3?與其他稀土元素的化學(xué)性質(zhì)相似,在沉積物中的分配行為也較為一致,從而導(dǎo)致沉積物中Eu相對(duì)虧損,出現(xiàn)負(fù)異常。稀土元素總量(ΣREE)在不同區(qū)域和層位存在一定變化。在盆地南緣,ΣREE含量相對(duì)較高,平均值達(dá)到180×10??,這可能與南緣靠近天山物源區(qū),物源區(qū)巖石中稀土元素含量豐富有關(guān)。而在盆地腹部,ΣREE含量相對(duì)較低,平均值為140×10??,可能是由于沉積過程中受到其他物質(zhì)的稀釋,或者物源區(qū)的變化導(dǎo)致稀土元素輸入減少。從層位上看,八道灣組和三工河組的稀土元素特征也存在差異。八道灣組下部由于沉積環(huán)境以辮狀河或沖積扇為主,水動(dòng)力條件較強(qiáng),沉積物來源較為復(fù)雜,ΣREE含量相對(duì)較低,且輕稀土元素的富集程度相對(duì)較弱。隨著沉積環(huán)境向湖泊相轉(zhuǎn)變,在八道灣組上部和三工河組,ΣREE含量逐漸增加,輕稀土元素的富集程度也有所增強(qiáng)。這可能是因?yàn)楹聪喑练e環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定,有利于稀土元素的沉淀和富集,且物源區(qū)的風(fēng)化產(chǎn)物在搬運(yùn)過程中經(jīng)過了一定的分選,使得輕稀土元素在沉積物中的含量相對(duì)增加。稀土元素的這些特征對(duì)沉積環(huán)境和物源具有重要的指示意義。輕稀土元素的富集表明沉積環(huán)境可能受到陸源物質(zhì)的強(qiáng)烈影響,因?yàn)殛懺磶r石中輕稀土元素含量相對(duì)較高。而重稀土元素的相對(duì)虧損可能與沉積過程中的化學(xué)分異作用有關(guān),在水體中,重稀土元素更容易與某些化合物結(jié)合,形成沉淀或膠體,從而在沉積物中的含量相對(duì)較低。Ce無異常和Eu的負(fù)異常也反映了沉積環(huán)境的特點(diǎn)。Ce無異常說明沉積環(huán)境的氧化還原條件相對(duì)穩(wěn)定,沒有強(qiáng)烈的氧化或還原事件發(fā)生。而Eu的負(fù)異常則暗示了物源區(qū)巖石的風(fēng)化和搬運(yùn)過程,以及沉積環(huán)境中的化學(xué)分異作用。通過對(duì)稀土元素特征的分析,可以推斷早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地的物源區(qū)主要為富含輕稀土元素的陸源巖石,且在沉積過程中經(jīng)歷了一定程度的化學(xué)分異作用,沉積環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定,氧化還原條件變化不大。五、海侵事件的元素地球化學(xué)響應(yīng)5.1海侵事件的識(shí)別標(biāo)志在早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件的研究中,沉積學(xué)和古生物學(xué)提供了重要的識(shí)別依據(jù)。從沉積學(xué)角度來看,沉積相的轉(zhuǎn)變是海侵事件的顯著標(biāo)志之一。在海侵發(fā)生前,準(zhǔn)噶爾盆地主要為陸相沉積環(huán)境,發(fā)育有沖積扇、辮狀河、曲流河和湖泊等沉積相。當(dāng)海侵發(fā)生時(shí),海水逐漸侵入盆地,導(dǎo)致沉積相發(fā)生明顯變化,出現(xiàn)海相沉積相或海陸過渡相。例如,在盆地南緣的一些地區(qū),原本以陸相河流沉積為主的八道灣組,在海侵影響下,上部出現(xiàn)了海相泥巖和砂質(zhì)泥巖沉積,夾有海相生物化石,如腕足類、雙殼類等,表明沉積環(huán)境逐漸向海相轉(zhuǎn)變。沉積構(gòu)造也能為海侵事件提供線索。在海侵過程中,由于海水的作用,會(huì)形成一些獨(dú)特的沉積構(gòu)造。浪成波痕是常見的海相沉積構(gòu)造之一,它是在波浪作用下,沉積物表面形成的一種波狀起伏的痕跡。在準(zhǔn)噶爾盆地早侏羅世地層中,發(fā)現(xiàn)了一些具有良好對(duì)稱性和規(guī)則波峰的浪成波痕,這表明沉積時(shí)受到了海浪的作用,暗示了海侵的發(fā)生。此外,潮汐層理也是海相沉積的重要標(biāo)志。潮汐層理是由于潮汐作用,沉積物在漲潮和落潮過程中交替沉積形成的,具有雙向交錯(cuò)層理的特征。在一些海侵影響的區(qū)域,地層中出現(xiàn)了典型的潮汐層理,進(jìn)一步證實(shí)了海侵事件的存在。古生物學(xué)證據(jù)是識(shí)別海侵事件的直接依據(jù)。海相化石的出現(xiàn)是海侵的重要標(biāo)志。在準(zhǔn)噶爾盆地早侏羅世地層中,發(fā)現(xiàn)了豐富的海相化石,如腕足類、雙殼類、海相介形蟲和溝鞭藻等。腕足類是典型的海相生物,它們生活在海洋中,對(duì)海水的鹽度、溫度和底質(zhì)等環(huán)境條件有一定的要求。在盆地南緣的三工河組地層中,發(fā)現(xiàn)了大量的腕足類化石,這表明當(dāng)時(shí)該地區(qū)受到了海侵的影響,沉積環(huán)境為海相。雙殼類也是常見的海相生物,它們的出現(xiàn)同樣指示了海侵的發(fā)生。海相介形蟲是一類微小的海相節(jié)肢動(dòng)物,對(duì)海洋環(huán)境的變化非常敏感。在準(zhǔn)噶爾盆地的一些地層中,發(fā)現(xiàn)了具有海相特征的介形蟲化石組合,這為海侵事件的研究提供了重要的生物地層學(xué)依據(jù)。溝鞭藻是一種浮游的海相藻類,它們的化石在海相地層中廣泛分布。在早侏羅世地層中發(fā)現(xiàn)的溝鞭藻化石,進(jìn)一步證實(shí)了海侵的存在。海相化石組合的特征也能反映海侵的程度和范圍。不同的海相生物對(duì)海洋環(huán)境的適應(yīng)能力不同,它們?cè)诤G诌^程中的分布也會(huì)有所差異。通過對(duì)海相化石組合的分析,可以推斷當(dāng)時(shí)海水的深度、鹽度和溫度等環(huán)境參數(shù),從而確定海侵的程度和范圍。在盆地南緣靠近海岸的地區(qū),海相化石組合中可能包含一些適應(yīng)淺水環(huán)境的生物,如某些種類的腕足類和雙殼類;而在盆地內(nèi)部受海侵影響較弱的地區(qū),海相化石組合中可能只出現(xiàn)一些適應(yīng)較深水環(huán)境的生物,如海相介形蟲和溝鞭藻。通過對(duì)比不同地區(qū)的海相化石組合,可以初步確定海侵的范圍和影響程度。5.2元素地球化學(xué)指標(biāo)與海侵的關(guān)聯(lián)在早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件的研究中,特定元素或元素比值作為海侵事件示蹤指標(biāo)具有重要的可行性和可靠性。Sr元素在海侵過程中扮演著關(guān)鍵角色。海水中的Sr含量相對(duì)穩(wěn)定且較高,主要來源于海底火山活動(dòng)、熱液作用以及河流輸入。當(dāng)海水侵入準(zhǔn)噶爾盆地時(shí),會(huì)將海水中的Sr帶入沉積物中,導(dǎo)致沉積物中Sr含量升高。在海侵影響明顯的區(qū)域,沉積物中Sr含量顯著高于陸相沉積區(qū)。通過對(duì)盆地南緣海侵層位的沉積物分析發(fā)現(xiàn),其Sr含量可達(dá)到350-450μg/g,而在陸相沉積層位,Sr含量僅為120-200μg/g。這表明Sr含量的變化能夠有效反映海侵事件的發(fā)生,是判斷海侵的重要地球化學(xué)指標(biāo)之一。Ba元素同樣具有指示意義。Ba主要來源于陸源碎屑和生物成因。在陸相沉積環(huán)境中,Ba主要通過河流搬運(yùn),以碎屑形式沉積。而在海侵過程中,海水中的Ba也會(huì)參與沉積。海相生物對(duì)Ba具有一定的富集能力,當(dāng)這些生物大量繁殖并沉積時(shí),會(huì)導(dǎo)致沉積物中Ba含量增加。此外,海侵還可能改變沉積環(huán)境的物理化學(xué)條件,影響B(tài)a的遷移和沉淀。在早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地,海侵層位的沉積物中Ba含量相對(duì)較高,可達(dá)600-800μg/g,而陸相沉積層位的Ba含量為350-500μg/g。通過對(duì)比不同層位沉積物中Ba含量的變化,可以推斷海侵事件的發(fā)生和影響范圍。Sr/Ba比值是判斷沉積環(huán)境的重要地球化學(xué)指標(biāo),在準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件研究中具有關(guān)鍵作用。在海相沉積環(huán)境中,Sr/Ba比值通常較高,一般大于1。這是因?yàn)楹K蠸r含量相對(duì)較高,而Ba含量相對(duì)較低。在海侵過程中,隨著海水的侵入,沉積物中的Sr含量增加,Ba含量相對(duì)穩(wěn)定或略有變化,導(dǎo)致Sr/Ba比值升高。而在陸相沉積環(huán)境中,由于陸源碎屑中Ba含量相對(duì)較高,Sr含量相對(duì)較低,Sr/Ba比值通常小于1。在早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地,海侵層位的沉積物中Sr/Ba比值可達(dá)到0.8-1.2,接近海相沉積的特征;而陸相沉積層位的Sr/Ba比值一般在0.2-0.6之間,明顯低于海侵層位。通過分析Sr/Ba比值的變化,可以準(zhǔn)確判斷沉積環(huán)境是否受到海侵的影響,以及海侵的程度和范圍。V/Ni比值在指示沉積環(huán)境的氧化還原條件方面具有重要意義,對(duì)于研究海侵事件也提供了關(guān)鍵線索。在海洋環(huán)境中,V和Ni的地球化學(xué)行為受到氧化還原條件的顯著影響。在氧化環(huán)境中,V通常以高價(jià)態(tài)(V5+)存在,其溶解度較高,容易被搬運(yùn)和分散;而Ni則以低價(jià)態(tài)(Ni2+)存在,相對(duì)較穩(wěn)定。在還原環(huán)境中,V會(huì)被還原為低價(jià)態(tài)(V3+或V4+),其溶解度降低,容易與其他物質(zhì)結(jié)合沉淀;而Ni則會(huì)被氧化為高價(jià)態(tài)(Ni3+),其活動(dòng)性增強(qiáng)。因此,V/Ni比值可以反映沉積環(huán)境的氧化還原條件。在早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵層位,V/Ni比值相對(duì)較低,一般在2-3之間,表明沉積環(huán)境為弱氧化-弱還原狀態(tài)。這與海侵過程中海水的侵入導(dǎo)致水體的氧化還原條件發(fā)生改變有關(guān)。海水的侵入可能帶來了富含溶解氧的水體,使沉積環(huán)境呈現(xiàn)出弱氧化的特征;同時(shí),海侵帶來的有機(jī)質(zhì)在分解過程中消耗氧氣,又使得沉積環(huán)境具有一定的還原性。通過分析V/Ni比值的變化,可以了解海侵過程中沉積環(huán)境氧化還原條件的演變,為研究海侵事件提供重要的地球化學(xué)依據(jù)。綜上所述,Sr、Ba等元素的含量以及Sr/Ba、V/Ni等元素比值,在早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件的研究中,作為海侵事件示蹤指標(biāo)具有較高的可行性和可靠性。它們能夠有效反映海侵事件的發(fā)生、發(fā)展以及沉積環(huán)境的變化,為深入研究海侵事件提供了重要的地球化學(xué)制約。5.3海侵過程中元素的遷移與富集機(jī)制在早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵過程中,元素在水體與沉積物之間發(fā)生了復(fù)雜的遷移與富集過程,這一過程受到多種因素的綜合控制。海侵初期,海水?dāng)y帶大量溶解態(tài)元素侵入準(zhǔn)噶爾盆地,改變了原有的沉積環(huán)境。海水中富含Na、Cl、Sr等元素,這些元素隨著海水的侵入進(jìn)入盆地水體。由于海水中元素的濃度與盆地原有水體存在差異,導(dǎo)致元素在水體中發(fā)生擴(kuò)散和混合作用。例如,Sr元素在海水中的濃度相對(duì)較高,當(dāng)海水侵入后,水體中Sr的含量迅速增加,使得沉積物中Sr的含量也隨之升高。這種元素含量的變化可以通過對(duì)沉積物中Sr含量的分析得到證實(shí),在海侵層位的沉積物中,Sr含量明顯高于海侵前的陸相沉積層位。隨著海侵的持續(xù),元素在水體中的遷移受到水動(dòng)力條件和化學(xué)平衡的影響。水動(dòng)力條件決定了元素的搬運(yùn)和擴(kuò)散速度。在海侵過程中,海水的流動(dòng)會(huì)帶動(dòng)元素在水體中遷移。當(dāng)水流速度較快時(shí),元素能夠被快速搬運(yùn)到較遠(yuǎn)的區(qū)域;而當(dāng)水流速度減慢時(shí),元素則會(huì)逐漸沉淀下來。例如,在三角洲前緣等水動(dòng)力較強(qiáng)的區(qū)域,元素能夠被充分混合和搬運(yùn),使得沉積物中元素的分布相對(duì)均勻。而在湖泊中心等水動(dòng)力較弱的區(qū)域,元素的遷移速度較慢,容易發(fā)生沉淀和富集?;瘜W(xué)平衡則控制了元素在水體中的存在形式和遷移能力。海侵導(dǎo)致水體的鹽度、酸堿度和氧化還原電位發(fā)生改變,這些變化會(huì)影響元素的化學(xué)平衡。在海水中,許多元素以離子形式存在,當(dāng)海水與盆地水體混合后,離子之間會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成新的化合物。例如,海水中的Ca2?與盆地水體中的CO?2?結(jié)合,形成碳酸鈣沉淀,導(dǎo)致沉積物中CaO含量增加。同時(shí),氧化還原條件的改變也會(huì)影響元素的價(jià)態(tài)和遷移能力。在氧化環(huán)境中,一些元素如Fe、Mn等以高價(jià)態(tài)存在,其溶解度較低,容易沉淀;而在還原環(huán)境中,這些元素則以低價(jià)態(tài)存在,溶解度較高,容易遷移。在海侵過程中,由于海水的侵入和有機(jī)質(zhì)的分解,沉積環(huán)境的氧化還原條件發(fā)生變化,從而影響了Fe、Mn等元素的遷移和富集。在沉積過程中,元素的富集主要通過吸附、共沉淀和生物作用等方式實(shí)現(xiàn)。黏土礦物和有機(jī)質(zhì)具有較大的比表面積和表面電荷,能夠吸附水體中的離子。在海侵過程中,黏土礦物和有機(jī)質(zhì)吸附了海水中的微量元素,如Cu、Zn、Pb等,使得這些元素在沉積物中富集。例如,蒙脫石等黏土礦物對(duì)Cu2?具有較強(qiáng)的吸附能力,能夠?qū)⑺w中的Cu2?吸附到其表面,從而導(dǎo)致沉積物中Cu含量升高。共沉淀是指在沉淀過程中,某些元素與主要沉淀物質(zhì)一起沉淀下來。在海侵過程中,當(dāng)碳酸鈣等物質(zhì)沉淀時(shí),一些微量元素如Sr、Ba等會(huì)與碳酸鈣發(fā)生共沉淀,從而在沉積物中富集。例如,Sr2?與Ca2?具有相似的化學(xué)性質(zhì),在碳酸鈣沉淀過程中,Sr2?能夠取代部分Ca2?進(jìn)入碳酸鈣晶格,使得沉積物中Sr含量增加。生物作用在元素富集過程中也起著重要作用。海洋生物通過吸收水體中的元素來構(gòu)建自身的身體結(jié)構(gòu)。在海侵過程中,大量海洋生物在盆地內(nèi)繁殖和生長,它們吸收了海水中的元素,如P、Si、Fe等。當(dāng)這些生物死亡后,其遺體沉積到海底,分解后釋放出所吸收的元素,導(dǎo)致沉積物中這些元素的含量升高。例如,硅藻等浮游生物對(duì)Si具有很強(qiáng)的吸收能力,在海侵區(qū)域,硅藻大量繁殖,它們吸收水體中的Si,形成硅質(zhì)外殼。當(dāng)硅藻死亡后,硅質(zhì)外殼沉積到海底,使得沉積物中SiO?含量增加。早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵過程中元素的遷移與富集機(jī)制是一個(gè)復(fù)雜的過程,受到海水入侵、水動(dòng)力條件、化學(xué)平衡、吸附、共沉淀和生物作用等多種因素的綜合控制。通過對(duì)這些機(jī)制的研究,能夠更好地理解海侵事件對(duì)盆地元素地球化學(xué)特征的影響,為重建古環(huán)境和古生態(tài)提供重要的依據(jù)。六、案例分析:典型剖面的海侵事件與元素地球化學(xué)6.1剖面選取與描述本次研究選取了準(zhǔn)噶爾盆地南緣的呼圖壁河剖面作為典型研究對(duì)象。呼圖壁河剖面位于準(zhǔn)噶爾盆地南緣,處于天山北麓山前地帶,地理坐標(biāo)為東經(jīng)86°45′-86°55′,北緯44°10′-44°20′。該剖面出露地層較為完整,涵蓋了早侏羅世八道灣組和三工河組地層,且地層連續(xù)性良好,未遭受強(qiáng)烈的構(gòu)造破壞和后期改造,能夠較好地反映早侏羅世時(shí)期該區(qū)域的沉積特征和地質(zhì)演化過程,對(duì)于研究早侏羅世準(zhǔn)噶爾盆地海侵事件具有重要的代表性。呼圖壁河剖面的地層序列清晰,八道灣組直接覆蓋在三疊系之上,呈不整合接觸。八道灣組底部為一套厚層的礫巖,礫石成分主要為石英巖、花崗巖和變質(zhì)巖等,礫石粒徑較大,一般在5-10cm之間,最大可達(dá)30cm,磨圓度較差,分選性也較差,具有明顯的底礫巖特征,反映了沉積初期較強(qiáng)的水動(dòng)力條件,可能為辮狀河或沖積扇沉積環(huán)境。向上逐漸過渡為中粗粒砂巖,砂巖中發(fā)育大型交錯(cuò)層理,表明沉積環(huán)境為河流相,且水流方向較為穩(wěn)定。再往上,出現(xiàn)粉砂巖和泥巖互層,夾有多層薄煤層,煤層厚度一般在0.5-2m之間,這些煤層的形成與溫暖濕潤的氣候以及沼澤化的沉積環(huán)境密切相關(guān),反映了沉積環(huán)境逐漸向相對(duì)穩(wěn)定、水體較淺的沼澤化環(huán)境轉(zhuǎn)變。八道灣組地層總厚度約為250-300m。三工河組整合覆蓋在八道灣組之上,其底部為一層厚約5-10m的細(xì)砂巖,砂巖分選性較好,磨圓度中等,具有小型交錯(cuò)層理和波狀層理,反映了水動(dòng)力條件相對(duì)較弱的沉積環(huán)境,可能為三角洲前緣或淺湖相沉積。往上主要為泥巖和泥質(zhì)粉砂巖,泥巖顏色多為深灰色、灰綠色,表明沉積環(huán)境相對(duì)安靜,水體較深,且處于弱還原狀態(tài)。在泥巖中夾有多層泥灰?guī)r,泥灰?guī)r厚度一般在1-3m之間,泥灰?guī)r的出現(xiàn)暗示了沉積環(huán)境中存在一定的化學(xué)沉積作用,可能與水體中較高的碳酸鹽含量以及適宜的沉積條件有關(guān)。三工河組地層總厚度約為150-200m。呼圖壁河剖面的沉積特征與區(qū)域地質(zhì)背景密切相關(guān)。該剖面位于天山北麓山前地帶,受到天山山脈的隆升和剝蝕作用影響,沉積物主要來源于天山山脈。在早侏羅世時(shí)期,天山山脈的隆升導(dǎo)致盆地南緣地區(qū)的沉降加劇,為沉積物的堆積提供了空間。同時(shí),天山的隆升也改變了古水流方向,使得來自天山的碎屑物質(zhì)大量向盆地內(nèi)部搬運(yùn),在呼圖壁河剖面形成了不同的沉積相類型。此外,區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)還控制了沉積中心的遷移和沉積相帶的展布,呼圖壁河剖面在早侏羅世時(shí)期處于沉積中心的邊緣地帶,沉積相類型相對(duì)較為復(fù)雜,反映了沉積環(huán)境的多變性。6.2元素地球化學(xué)特征分析對(duì)呼圖壁河剖面早侏羅世沉積物樣品進(jìn)行元素地球化學(xué)分析后,得到了豐富的數(shù)據(jù)結(jié)果。在主量元素方面,SiO?含量在52.35%-75.68%之間,平均值為63.45%。其中,八道灣組下部由于沉積環(huán)境以辮狀河或沖積扇為主,水動(dòng)力較強(qiáng),沉積物顆粒較粗,SiO?含量相對(duì)較高,可達(dá)70%以上。隨著沉積環(huán)境向湖泊相轉(zhuǎn)變,在八道灣組上部和三工河組,SiO?含量逐漸降低,在三工河組中,SiO?含量平均值約為58%。Al?O?含量范圍為13.25%-21.46%,平均含量為17.28%。在八道灣組煤層發(fā)育段,由于沉積環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定,黏土礦物含量較高,Al?O?含量相對(duì)較高,可達(dá)到20%左右。而在三工河組的泥灰?guī)r夾層中,Al?O?含量相對(duì)較低,約為14%。Fe?O?含量在4.53%-10.56%之間,平均含量為8.29%。在八道灣組中,F(xiàn)e?O?含量隨著沉積環(huán)境的變化而有所波動(dòng),在河流相沉積中,由于氧化作用較強(qiáng),F(xiàn)e?O?含量相對(duì)較高;而在湖泊相沉積中,F(xiàn)e?O?含量相對(duì)較低。在三工河組的深湖相泥巖中,F(xiàn)e?O?含量明顯低于八道灣組的河流相沉積,這與深湖相沉積環(huán)境為還原環(huán)境有關(guān),在還原環(huán)境中,F(xiàn)e2?不易被氧化為Fe3?,導(dǎo)致Fe?O?含量降低。CaO含量在0.66%-9.23%之間,平均值為3.85%。在三工河組的泥灰?guī)r夾層中,CaO含量顯著升高,可達(dá)8%-9%,這是因?yàn)槟嗷規(guī)r中含有大量的碳酸鈣,反映了沉積環(huán)境中碳酸鹽的沉淀作用。而在八道灣組中,CaO含量相對(duì)較低,一般在1%-2%之間,表明該時(shí)期沉積環(huán)境中碳酸鹽的含量較少。微量元素方面,Sr含量在130-420μg/g之間,平均含量為290μg/g。在三工河組海侵影響明顯的層位,Sr含量明顯升高,可達(dá)350-420μg/g,這與海水中富含Sr,海侵導(dǎo)致沉積物中Sr含量增加的規(guī)律相符。而在八道灣組陸相沉積層位,Sr含量相對(duì)較低,一般在130-200μg/g之間。Ba含量在380-750μg/g之間,平均含量為580μg/g。在八道灣組中,Ba含量主要受到物源區(qū)巖石風(fēng)化的影響,由于物源區(qū)富含長石、云母等礦物,風(fēng)化作用釋放出較多的Ba,使得八道灣組沉積物中Ba含量相對(duì)較高。在三工河組海侵層位,Ba含量也有所增加,這可能與海相生物對(duì)Ba的富集作用以及海侵導(dǎo)致的沉積環(huán)境變化有關(guān)。Sr/Ba比值在0.25-1.1之間,平均比值為0.65。在八道灣組陸相沉積層位,Sr/Ba比值一般在0.25-0.5之間,表現(xiàn)出典型的陸相沉積特征。而在三工河組海侵層位,Sr/Ba比值升高至0.8-1.1之間,接近海相沉積的特征,進(jìn)一步證實(shí)了海侵事件的發(fā)生。V/Ni比值在2.2-3.8之間,平均比值為3.2。在八道灣組中,V/Ni比值相對(duì)較高,表明沉積環(huán)境以氧化環(huán)境為主。而在三工河組海侵層位,V/Ni比值有所降低,說明海侵導(dǎo)致沉積環(huán)境的氧化還原條件發(fā)生改變,呈現(xiàn)出弱氧化-弱還原狀態(tài)。稀土元素方面,ΣREE含量在130×10??-190×10??之間,平均含量為160×10??。在八道灣組下部,由于沉積環(huán)境水動(dòng)力較強(qiáng),沉積物來源復(fù)雜,ΣREE含量相對(duì)較低,約為130×10??-150×10??。隨著沉積環(huán)境向湖泊相轉(zhuǎn)變,在八道灣組上部和三工河組,ΣREE含量逐漸增加,在三工河組中,ΣREE含量可達(dá)170×10??-190×10??。LaN/YbN比值平均值為5.69,表明輕稀土元素相對(duì)重稀土元素更為富集。在八道灣組和三工河組中,LaN/YbN比值變化不大,說明輕稀土元素與重稀土元素的分餾程度相對(duì)穩(wěn)定。δCe值在0.92-1.08之間,平均值為1.01,基本無Ce異常,反映了沉積環(huán)境的氧化還原條件相對(duì)穩(wěn)定。在八道灣組和三工河組的各個(gè)層位,δCe值均接近1,表明在早侏羅世時(shí)期,該地區(qū)的沉積環(huán)境沒有發(fā)生明顯的氧化或還原事件。δEu值在0.62-0.78之間,平均值為0.70,呈現(xiàn)明顯的負(fù)異常。這可能與物源區(qū)巖石的風(fēng)化和搬運(yùn)過程以及沉積環(huán)境中的化學(xué)分異作用有關(guān)。在八道灣組和三工河組中,δEu值的變化趨勢(shì)一致,進(jìn)一步說明物源區(qū)和沉積環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定性。6.3海侵事件的元素地球化學(xué)制約結(jié)合呼圖壁河剖面的元素地球化學(xué)特征和沉積學(xué)、古生物學(xué)證據(jù),能夠較為清晰地重建早侏羅世該區(qū)域海侵事件的過程和特征。在早侏羅世早期,呼圖壁河剖面以陸相沉積環(huán)境為主,八道灣組下部的沉積特征和元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)可以為證。從沉積特征來看,八道灣組下部為辮狀河或沖積扇沉積,發(fā)育厚層礫巖,礫石成分復(fù)雜,磨圓度和分選性差,反映了較強(qiáng)的水動(dòng)力條件,這與陸相沉積環(huán)境中河流攜帶大量粗碎屑物質(zhì)快速堆積的特點(diǎn)相符。在元素地球化學(xué)方面,此時(shí)沉積物的主量元素特征顯示,SiO?含量較高,反映了物源區(qū)巖石風(fēng)化產(chǎn)物中硅質(zhì)礦物的大量輸入;Al?O?含量相對(duì)較低,表明黏土礦物含量較少,這與辮狀河或沖積扇沉積環(huán)境中沉積物粒度粗、黏土礦物不易保存的特點(diǎn)一致。微量元素中,Sr含量較低,Sr/Ba比值也較低,表現(xiàn)出典型的陸相沉積特征。稀土元素方面,ΣREE含量相對(duì)較低,輕稀土元素的富集程度較弱,說明物源區(qū)相對(duì)單一,沉積過程中元素分異作用不明顯。隨著時(shí)間的推移,沉積環(huán)境逐漸發(fā)生變化。在八道灣組上部,沉積環(huán)境開始向湖泊相轉(zhuǎn)變。沉積特征上,出現(xiàn)粉砂巖和泥巖互層,夾有薄煤層,反映了沉積環(huán)境逐漸穩(wěn)定,水體變淺,沼澤化程度增加。元素

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