胶莱盆地早白垩世瓦屋夼组、水南组元素地球化学特征与古环境分析

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(1.山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛 266590；2.中国石油天然气股份有限公司 青海油田公司勘探开发研究院，甘肃 敦煌 736202)

张 耀(1992─)，男，山东枣庄人，硕士研究生，主要从事地球化学方面的研究.

胶莱盆地早白垩世瓦屋夼组、水南组元素地球化学特征与古环境分析

冯乔1，张耀1，徐子苏1，田方正1，杨勃2，张懿2

(1.山东科技大学 地球科学与工程学院，山东 青岛 266590；2.中国石油天然气股份有限公司 青海油田公司勘探开发研究院，甘肃 敦煌 736202)

胶莱盆地莱阳群瓦屋夼组和水南组多以页岩和砂岩为主，见部分灰岩。采用波长色散X荧光光谱仪、等离子质谱仪等对研究区岩石样品进行元素地球化学测试，根据样品的主量、微量、稀土元素含量及相关元素比值，探讨瓦屋夼组、水南组的古沉积环境。得到以下结论：瓦屋夼组、水南组SiO2、MgO、CaO含量较高，水南组部分样品Al2O3含量超过10%，且两套地层都表现出较明显的轻稀土元素富集特征；利用Sr/Ba、Rb/K、V/Ni、Th/U、Fe2+/Fe3+、U/Th、Eu/Eu*、Ce/Ce*、Sr/Cu等一系列环境判别指标，结合近期研究成果和野外地质特征认为，瓦屋夼组具明显的海相沉积特征，形成于干热和氧化环境，水南组也具有海相沉积特征，形成于干热和还原环境。

瓦屋夼组；水南组；元素地球化学；沉积环境；分析指标；剖面特征

胶莱盆地下白垩统莱阳群中的瓦屋夼组和水南组为一套细粒碎屑沉积物，前人多认为是河流-湖泊相沉积。如彭楠等[1-2]认为瓦屋夼组主要以河流相沉积为主，水南组以湖泊相沉积为主，早白垩世沉积环境相对温暖湿润。李守军等[3]在灵山岛下白垩统发现鱼类化石LecopterasinensisWoodward和叶枝介化石YanjiestheriaChen，也认为早白垩世胶莱盆地的地层属于陆相沉积。但张松梅等[4]曾在莱阳群发现绒枝藻海相化石。张振凯等[5]对灵山岛莱阳群粉砂岩的研究中，认为莱阳期的沉积环境为海相沉积，气候较干热；许红等[6]在灵山岛的岩石薄片中发现较多海绿石，X射线分析结果表明绿泥石占20%，为海相沉积环境。上述信息表明胶莱盆地中生界并不是单纯的河流-湖泊相沉积环境，可能发育海相沉积。

沉积岩中部分元素的含量特征、配分模式及演化历程，可以较明显地记录沉积环境的变化[7]。由于一些主量、微量、稀土元素对环境的变迁较为敏感，因此可作为判别沉积环境的标志[7-8]。本文主要从元素地球化学分析着手，通过对胶莱盆地莱阳群瓦屋夼组、水南组泥质岩的主量、微量、稀土元素等研究，结合野外地质剖面特征，探讨样品地球化学特征与沉积环境的关系，为正确认识该区沉积环境变迁提供重要证据。

1 地质特征分析

胶莱盆地位于华北克拉通东南缘，东南与苏鲁造山带相邻，北侧为胶北隆起，西以郯庐断裂带分界[9-12](图1)。白垩系自下而上分为莱阳群、青山群和王氏群。莱阳群自下而上分别为：瓦屋夼组、林寺山组、止凤庄组、水南组、龙旺庄组和曲格庄组，其间为整合接触关系，上部被青山群后夼组覆盖[13](图2)。

瓦屋夼组主要以黄绿、灰黄色细砂岩、页岩为主，夹薄层灰岩，底部含有少量砾岩，常见植物、鱼类、昆虫、叶肢介等热河类动植物化石，上部与止凤庄组或林寺山组呈整合接触，下部与荆山群呈不整合接触。莱阳市龙旺庄镇瓦屋夼村一带为标准剖面[9](图2)。

水南组主要是以灰黑色页岩、粉砂岩为主，少量灰黄色细砂岩、灰褐色粉砂岩及薄-中层状灰色灰岩等，地层中常见动植物化石[3]。莱阳地区水南组整合覆于止凤庄组之上、伏于龙旺庄组之下，总体上表现为地层颜色较深、粒度较细(图2)。

野外观察莱阳群底部瓦屋夼组和中部水南组发育暗色细粒沉积。主要表现为：①碎屑颗粒总体较细，细砂-泥质级，灰黑色页岩极其发育(图3(a)、(b)、(c))，说明是形成于远离物源区的安静水体环境；②水平层理发育，横向延伸稳定，表明沉积水动力条件较弱(图3(a)、(b)、(c))；③瓦屋夼组纹层状页岩中夹多层薄层灰岩(图3(d))，灰泥顶面发育干裂构造(图3(e))，属潮坪沉积；④瓦屋夼组纹层状页岩中夹含石膏的泥质层(图3(f))，为潟湖沉积；⑤水南组以黑色页岩为主，水平层理发育，为深水沉积(图3(a)、(b)、(c))；⑥水南组中夹中层状灰色灰岩(图3(g)、(h))，层厚稳定，为深水沉积；⑦水南组中见低幅度宽缓波痕(图3(i))，可能为风暴浪对海底沉积物的扰动形成。总体上，上述沉积构造反映了从滨浅海逐渐过渡到大陆斜坡沉积环境。

2 地球化学特征及沉积环境分析

共采集样品13件，其中瓦屋夼村的瓦屋夼组5件，发城镇东(即水南村)水南组5件，灵山岛水南组3件，样品岩性均为灰绿色、灰黑色的细粒岩石。样品的主量元素、微量元素、稀土元素分析在河北省廊坊市中铁物探勘察有限公司进行。主量元素采用波长色散X荧光光谱仪(分析精度≤0.5%)和容量法测量，微量和稀土元素采用等离子体质谱仪分析得到，分析精度≤1%。分析结果见表1、2。

2.1 主量元素

样品中SiO2含量最高：水南组为12.20%～56.00%，平均37.58%；瓦屋夼组为15.00%～28.00%，平均26.47%(表1)。

Al2O3含量较高：水南组4.00%～15.00%，平均9.44%；瓦屋夼组4.50%～10.00%，平均6.80%，表明两组地层陆源物质含量丰富(表1)。

CaO含量也较高：水南组w-12、w-10和w-07含量都超过20%，钙质丰富，其余样品都小于10%；瓦屋夼组除w-02样品为14.86%外，其余都大于20%，接近30%，钙质含量同样较高(表1)。

MgO含量较高：水南组2.00%～18.00%，平均9.86%，样品w-13、w-12、w-10、w-07超过10%；瓦屋夼组只有w-04和w-02超过10%，其余都很低，平均5.43%(表1)。

两组样品都含有少量Na2O、K2O、MnO、TiO2、P2O5，且大部分含量都少于1%。Fe元素含量较低，水南组Fe3+仅为0.15%～4.70%，平均1.96 %；Fe2+含量为0.8%～3%，大部分样品都超过2%，平均2.20%。瓦屋夼组Fe3+为1.40%～4.66%，平均2.77%；Fe2+为0.26%～2.70%，平均1.04%(表1)。

图1 胶莱盆地及研究区构造简图

图2 研究区地层岩性柱状图(据山东省地质调查院)

注：因风化作用影响，地表露头岩石的颜色、沉积构造没有灵山岛在潮汐冲刷后清晰.图3(a)、(b)、(c) 黑色页岩，水平层理，深水沉积，K1s，水南村；图3(d) 灰色页岩夹薄层灰岩，水平层理，潮坪沉积，K1w，瓦屋夼村；图3(e) 灰泥中的干裂构造，潮坪沉积，K1w，瓦屋夼村；图3(f) 灰色页岩中夹含石膏层，潟湖沉积，K1w，瓦屋夼村；图3(g)、(h) 黑色页岩中夹中层灰岩，层厚稳定，K1s，水南村；图3(i) 低幅度波痕，K1s，水南村

在样品主量元素NASC标准化蛛网图中(图4)，水南组样品曲线趋势基本相同，且大部分样品表现出明显的Mg、Ca元素富集，Mg具有亲海性，因此水南组具有明显的海相特征，w-09、w-10、w-12、w-13样品K元素明显亏损；瓦屋夼组样品走势基本相同，Ca元素呈富集状态，部分样品表现出Mg富集，即具有海相特征，且w-05样品P元素比其他4组明显增多，且在瓦屋夼组发现叶肢介及植物化石，P是生物必须元素，因此该样品可能受生物因素影响较大。

图4 样品主量元素NASC标准化蛛网图

2.2 微量元素特征

瓦屋夼组、水南组样品的微量元素见表2。微量元素蛛网图见图5(NASC标准化数据引自文献[14])，大部分样品微量元素的变化趋势基本相似。

水南组(图5(a))：Sr、Ba、La的平均值分别为857.25×10-6、837.42×10-6、31.47×10-6，均大于北美页岩的含量，其余元素都小于北美页岩。除w-08和w-06样品部分元素变化有差异外，其他6组的变化趋势基本相似，仅变化幅度略有不同，其中w-07、w-12、w-13样品波动较大。w-08、w-06样品中，U、Sr表现为明显亏损，其他6组相对富集，尤其Sr元素富集明显；Ce、Sm、La元素富集，其他6组为亏损。因此，水南组微量元素特征为U、Sr、Eu、Sc较明显富集，Rb、Sm、Ce、Y、Yb、Cr、Co、Cu亏损。

表2 瓦屋夼组、水南组样品微量、稀土元素含量

瓦屋夼组(图5(b))：U、Sr、Sc平均含量分别为15.63、392.29、17.51 μg/g，均大于NASC的数据。w-01、w-05样品变化和其他3组有较大差异，w-02、w-03、w-04变化基本相同，但5组样品微量元素的变化趋势基本相似。其中，w-05样品U元素明显富集，因部分植物对U具有一定吸收作用，而w-05样品采集处植物化石丰富，因此造成该样品U的富集明显。瓦屋夼组微量元素Ba～Ho的含量总体均少于北美页岩的含量。所有样品中，U、Sr、Eu、Sc、Rb较为富集，其中w-05样品中的U极为富集，Th、Ce、Sm、Yb、Cr亏损。

图5 样品微量元素NASC标准化蛛网图

2.3 稀土元素特征

岩石中稀土元素的分布特征常用LREE/HREE即轻稀土元素含量/重稀土含量比值衡量，比值越大，说明轻稀土元素越富集，元素的分异程度越大。同样，也可利用LaN/SmN、GdN/YbN的比值特征反应样品中轻重稀土的富集程度，前者比值越大，则说明轻稀土元素越富集；后者比值越小，说明重稀土元素越富集[15]。本文球粒陨石标准化数据引自文献[16]。

瓦屋夼组(图6(b)、6(d))：稀土元素含量较高，为55～146 μg/g(表2)，但都没超过北美页岩的稀土元素总量。从微量、稀土元素含量及比值(表3)可以明显看出，∑LREE/∑HREE较大(3.90～9.60)(表3)，LaN/SmN也较大(3.10～5.30)，平均值4.10，且大部分样品比值都大于北美页岩的3.5；GdN/YbN为0.70～2.10，平均值1.61，大部分样品都大于北美页岩的0.8，可知轻稀土元素较富集，重稀土元素变化较平稳，轻、重稀土元素分异大，与白垩纪云南思茅盆地、Kopet-Dagh盆地[17-18]等变化较为相似。在瓦屋夼组样品球粒陨石标准化配分图中，La～Eu等轻稀土元素右倾，轻稀土元素富集(图6)。瓦屋夼组样品具有微弱的La(1.10～1.25)和Ce负异常(0.89～1.00)(表4)，这是现代海水的重要特征[19]。在其稀土元素NASC标准化配分曲线中(图6)，w-05样品与其他4组样品出现明显差异，这条曲线呈左倾趋势，显示出重稀土元素富集，其他4组基本轻微右倾，轻稀土元素富集，并且变化不大，这可能是由于w-05样品所在地区地层沉积时，沉积环境发生了较大改变。

水南组(图6(a)、6(c))：稀土元素含量较高，为60～265μg/g，平均144.12 μg/g，w-09、w-08、w-06均超过北美页岩的稀土元素总含量(表2)，Eu负异常(表3)，且具备现代海水稀土元素的La正异常(1.10～1.25)和Ce负异常(0.89～1.00)的重要特征[19]。∑LREE/∑HREE较大，为8.80～10.30(表3)；LaN/SmN也较大为3.90～4.70，多数高于北美页岩的3.5；GdN/YbN为1.80～2.30，大于北美页岩的0.8，并且在其球粒陨石标准化配分图中，轻稀土元素明显右倾(图6)，重稀土元素变化趋于平稳，说明轻稀土元素较富集，轻、重稀土元素分异较明显。在稀土元素NASC标准化配分图中(图6)，8组折线都有微弱的右倾趋势，同样显示出稀土元素富集，w-09样品的Eu波动出现“V”型，Eu亏损，其余7组样品标准化Eu都显示为富集现象，所有样品的波动形式基本相似，但存在数值上的细微差异，说明其沉积环境基本类似，可能由于淋滤作用或是其他一些环境因素发生轻微改变等因素造成部分样品元素含量较高。

注：上表Rb/K’为1000*Rb/K，lgm中的m为100*(MgO/Al2O3)，L/H为∑LREE/∑HREE

图6 样品稀土元素配分图

2.4 沉积环境分析

在进行瓦屋夼组、水南组沉积特征分析时，不仅要研究样品中各元素之间的关系和差异性，还要对各元素的分布特征和比值进行分析，以此来推断沉积区沉积环境特征，即古盐度特征、古氧化还原特征和古气候特征等。

2.4.1 古盐度

1) Sr/Ba

自然水中Sr比Ba溶解度高，Sr迁移得更远，Sr/Ba比值可间接地反映陆相沉积与海相沉积的区别[7-8,20-22]，因此Sr/Ba是判别古盐度的灵敏标志。淡水沉积物中Sr/Ba小于1，而海相沉积物中其值大于1，当比值介于0.5～1.0时，为半咸水相沉积，小于0.5为微咸水相沉积[23]。研究区瓦屋夼组样品Sr/Ba值为0.72～2.00，平均值1.62，显示海相沉积特征。水南组(灵山岛)样品Sr/Ba值为2.02～7.63，平均值4.54，同样显示海相沉积特征；发城镇东(即水南村)样品Sr/Ba为0.10～1.50，平均值0.64，为咸水沉积(图7)。

2) Rb/K

Rb/K也是判断沉积区古盐度特征常用的指标。考虑到Rb与K元素的值不在一个数量级上，因此利用1 000×Rb/K进行判别：1 000×Rb/K>6，为海相沉积环境；4<1 000×Rb/K<6为微咸水相；<4为淡水相[22,24]。瓦屋夼组1 000×Rb/K值为5～11.5，平均值6.5，显示了水体古盐度从微咸水相到正常海相的变化；水南组(发城镇东)的1 000×Rb/K值为3.30～6.80，平均值4.43，指示了水南组为微咸水相沉积；而灵山岛样品1 000×Rb/K为3.90～6.90，平均值4.45，同样指示为微咸水相沉积(图7)。

3)m=100×(MgO/Al2O3)

因Mg是典型的亲海元素，而Al是典型的陆源元素，故m=100×(MgO/Al2O3)常用来分析水体古盐度。m<1指示淡水沉积环境，即陆相沉积；1500为陆表海环境[8,20,25]。由于数值差别较大，故对m取对数，即lgm。相应地，lgm<0指示淡水沉积环境；02.70为陆表海环境。瓦屋夼组lgm为1.18～2.40，平均值2.20，为海相沉积特征；水南组(发城镇东)lgm为1.15～2.65，平均值1.76，同样为海相沉积环境；水南组(灵山岛)lgm为1.60～2.66，平均值2.23，为海相沉积环境(图7)。

图7 瓦屋夼组、水南组古盐度分析判别图

4) V/Ni和Th/U

前人[26-27]也曾用V/Ni和Th/U的值来研究沉积环境的古盐度特征，认为当V/Ni大于1时，为海相沉积环境，小于1为陆相沉积环境[26]；Th/U大于7为陆相沉积环境，小于7为海相沉积环境[27]。研究区瓦屋夼组样品中，V/Ni值为1.02～1.60，平均值明显大于1，显示海相沉积特征；Th/U值为0.40～2.20，平均值2.12，为海相沉积环境(图7)。水南组(发城镇东)V/Ni值为2.08～3.85，平均2.51，为海相沉积特征；灵山岛样品V/Ni值2.42～4.20，平均值为3.56，显示为海相沉积环境；发城镇样品Th/U比值除了w-08样品为7.40，大于7外，其余均小于7，平均值为4.23，为海相沉积；灵山岛的样品Th/U比值均小于7，显示海相沉积特征。

成岩作用可以改变Ce异常值，引起Ce异常值与Eu异常值、∑REE较好的相关性[1]，即影响沉积环境。经分析其相关关系不明显，并且(La/Sm)N>0.35，(La/Sm)N与Ce异常相关性也很小，说明样品所受物源物质和成岩作用影响较为有限[28]。而且瓦屋夼组与水南组样本具备现代海水中的La正异常和Ce负异常特征。

通过上述参数分析表明，瓦屋夼组、水南组均为海相沉积。并且在这两套地层中都曾发现过环节动物或帚虫动物的居住潜穴遗迹，而此遗迹常出现在海相环境和陆相淡水环境[29]。野外考察中，发现瓦屋夼组夹多层薄碳酸盐岩层，发育斜层理、水平层理；水南组发育水平纹层、鲍马序列。

因此，通过上述指标综合分析认为，瓦屋夼组、水南组均为海相沉积地层，其中瓦屋夼组为潮坪沉积，水南组为深水沉积。

2.4.2 古气候

1) Mg/Ca

利用元素地球化学特征也可分析沉积区的古气候特征，通常用Mg/Ca的值[20,30]。一般认为，当K+、Na+等易溶性盐类不参与沉淀时，Mg/Ca值越高说明气候越干燥炎热；而当K+、Na+等易溶性盐类参与沉淀时，其Mg/Ca低值与K+、Na+的相对高值(沉积物中Na2O、K2O值相对低)共同指示干热气候[30]。

2) MgO/CaO

瓦屋夼组样品中，MgO/CaO值为0.03～0.80，平均值较小，为0.27，Na2O和K2O含量平均值为0.71%和1.40%，有少量可溶性盐类沉积，水中仍有大量的K+、Na+等可溶性离子说明瓦屋夼组是在较为干热气候下形成。水南组(发城镇东)样品中，MgO/CaO的值为0.24～1.13，平均值较低，为0.63；而Na2O和K2O含量平均值分别为2.07%和2.37%，可溶性盐类也参与了沉淀，而水中的K+、Na+等可溶性离子仍然很多，说明水南组(发城镇东)地层形成时气候较干旱炎热。灵山岛样品中，MgO/CaO为0.40～0.90，平均值较低为0.71，Na2O和K2O平均含量分别为1.88%和0.99%，水中K+、Na+等可溶性离子仍较多，所以灵山岛的水南组地层沉积时环境也比较干热(图8)。

图8 瓦屋夼组、水南组气候判别图Fig.8 The climate discriminant diagrams of Wawukuang and Shuinan formations

3) Sr/Cu

Sr/Cu值也常用来分析沉积地区的古气候特征[20,31]。当Sr/Cu值介于1～10之间，表明沉积区为温湿气候，大于10为干热气候[31]。瓦屋夼组样品Sr/Cu值为13～32，水南组形成于较干热的气候平均值为21，显示为干热气候；水南组(发城镇东)Sr/Cu值为2～120，平均值为75；灵山岛样品Sr/Cu值为45～274，平均值为154，显示为干热气候。

综上分析，瓦屋夼组、水南组地层在沉积时，气候比较炎热干燥。

2.4.3 古氧化还原环境

选取对氧化还原敏感的元素来进行分析，是进行沉积环境氧化还原性判断的首要步骤。一般认为V，Cd，Cr，Co，Cu，U和Zn、Fe、Cu等主量、微量元素对环境氧化-还原的改变较为敏感[32]。因此采用V/Cr、Ni/Co、V/(V+Ni)、Fe2+/Fe3+、U/Th、Ce/Ce*、Eu/Eu*等进行分析(表3)。

1) Fe2+/Fe3+

主量元素中通常使用Fe2+/Fe3+的比值来研究沉积环境的氧化还原性。Fe2+/Fe3+<1指示氧化环境，等于1为中性环境，大于1为还原环境[20]。研究区瓦屋夼组样品Fe2+/Fe3+值介于0.07～1.73，平均值为0.56，属于弱氧化环境；水南组(发城镇东)样品Fe2+/Fe3+值为0.27～6.36，平均值1.67，为还原环境；灵山岛Fe2+/Fe3+值为6.83～15.43，平均值为9.82，同样为还原环境(图9)。

2) V/Cr

通常认为高含量的V显示还原环境[32]。因V在有机质中首先被结合，Cr通常出现在沉积物碎屑中，所以V/Cr可用作沉积环境含氧量的分析。V/Cr<2为含氧环境即氧化环境，V/Cr值介于2～4.25之间为贫氧环境，V/Cr>4.25为缺氧环境[31]。研究区瓦屋夼组样品中，V/Cr值介于1.40～1.90，均小于2，平均值为1.63，显示为含氧环境；水南组(发城镇东)V/Cr值为1.16～2.26，w-10样品大于2，平均值1.50，小于2，为贫氧—氧化环境；灵山岛V/Cr为1.43～2.90，平均值为2.15，为贫氧环境(图9)。

3) Ni/Co

Ni在还原环境下通常形成硫化物沉淀(水体中存在H2S)，而在氧化环境中则以Ni+形式存在[33]。在氧化环境下Co可以Co2+离子的形式溶于水中，也可在还原环境下以固溶体的形式进入自生黄铁矿[33]。因此Ni/Co的值可用于氧化还原特征的判断。Ni/Co<5为氧化环境，Ni/Co值介于5～7为贫氧环境，Ni/Co>7为次氧至缺氧环境[32]。瓦屋夼组样品中，Ni/Co值介于1.90～4.00，平均值为2.81，显示为氧化环境；水南组(发城镇东)样品Ni/Co介于2.60～4.70，平均值为3.35，均小于5，因此Ni/Co的指标指示水南组(发城镇东)地层是在氧化环境下形成；灵山岛样品Ni/Co同样小于5，为氧化环境(图9)。

4) V/(V+Ni)

V/(V+Ni)值也是常用来判断沉积环境氧化还原性的指标[34]。样品在还原条件下，水体中的V比Ni以更有效的有机络合物形式沉淀下来。V/(V+Ni)>0.84为静海相还原环境，比值介于0.54～0.84为缺氧环境，0.46～0.60为贫氧环境[35]。研究区瓦屋夼组样品V/(V+Ni)为0.50～0.78，平均值为0.64，显示为缺氧环境；水南组(发城镇东)V/(V+Ni)介于0.65～0.80，平均值为0.71，同样显示为缺氧环境；水南组(灵山岛)V/(V+Ni)为0.71～0.81，平均值为0.77，为缺氧环境(图9)。

5) U/Th

6) Ce/Ce*和Eu/Eu*

稀土元素具有稳定性[37]。在沉积环境分析判别中常用到Ce异常和Eu异常，即Ce/Ce*和Eu/Eu*[15]。当处于氧化环境时，Ce/Ce*<1，沉积物中的Ce显示负异常；Ce/Ce*>1为正异常，指示次氧或缺氧环境。同理Eu/Eu*<1，Eu负异常，显示为氧化环境；Eu/Eu*>1，Eu正异常，为还原环境[16,27,38]。

研究区样品中，瓦屋夼组样品Ce/Ce*比值为0.83～1.1，平均值为0.94，Ce为负异常，显示氧化环境；水南组(发城镇东) 样品的Ce/Ce*值为0.89～1.00，平均值为0.94，Ce负异常，显示水南组为氧化环境；灵山岛Ce/Ce*值为0.94～1.00，平均值为0.96，为氧化环境。瓦屋夼组样品的Eu/Eu*为0.81～0.99，平均值为0.87，显示为氧化环境；水南组(发城镇东)Eu/Eu*为1.12，指示还原环境；灵山岛的Eu/Eu*值在0.79～1.73，平均值1.23，为还原环境(图9)。

图9 瓦屋夼组、水南组氧化还原判别图

通过上述指标分析所得到的结果与地质现象不完全相符。因此，判断沉积区的氧化还原性，不能仅依靠地球化学指标，还要结合样本所在地层特征以及地质背景分析。虽然大部分微量、稀土指标均指示两组地层形成于氧化环境中，但瓦屋夼组样品所在地层颜色呈浅色调，多以灰黄、灰绿为主，Fe2+/Fe3+的值介于0.07～1.75，并且只有w-02样品大于1，平均值为0.56<1，通常情况下为弱氧化环境；而水南组样品所在地层多呈深色调，暗色泥岩发育，有机质含量丰富，TOC 含量在1.51%～1.67%[39]，Fe2+/Fe3+的值介于0.27～15.43，变化范围较大，平均值为4.73，因此水南组地层是在还原环境下形成的。

3 结论

1) 瓦屋夼组、水南组样品中SiO2、MgO、CaO含量均很高，受陆源物质入侵明显，岩石钙化明显。两组地层中，轻稀土元素较富集，且具有明显的La正异常和Ce负异常，符合现代海水的特征，且(La/Sm)N、Eu异常、∑REE与Ce异常无明显相关性。

2) 根据Sr/Ba、Rb/K、m=100×(MgO/Al2O3)、V/Ni、Th/U值分析，结合地层特征，得出瓦屋夼组、水南组地层均属于海相沉积地层，并且瓦屋夼组为潮坪沉积，水南组为深水沉积。

3) 在进行研究区氧化还原环境分析时，Ni/Co、U/Th、Ce/Ce*等环境判别指标解释虽然相吻合，但在分析时应结合样品所在层位特征进行研究，Fe2+/Fe3+、V/Cr、V/(V+Ni)、Eu/Eu*指标得到的结果相似，瓦屋夼组地层颜色总体上呈现浅色调，水南组地层则呈现为暗色调，且有机质含量丰富。综合分析认为，瓦屋夼组地层应是在弱氧化环境下沉积形成的，水南组则是在还原条件下沉积的。

4) 利用Mg/Ca值和沉积物中Na、K等可溶性盐类含量特征，以及Sr/Cu的比值关系，认为瓦屋夼组和水南组地层在沉积时，气候都较干燥炎热。

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GeochemicalCharacteristicsandPaleoenvironmentalAnalysisofDarkFineGrainedRocksofWawukuangandShuinanFormationsinJiaolaiBasin

FENG Qiao1, ZHANG Yao1, XU Zisu1, TIAN Fangzheng1, YANG Bo2, ZHANG Yi2

(1. College of Earth Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao, Shandong 266590, China; 2. Exploration and Development Research Institute of Qinghai Oil Field Company, PetroChina, Dunhuang, Gansu 736202, China)

The strata of Wawukuang and Shuinan Formations in Laiyang Group, Jiaolai Basin are mainly composed of shale and sandstone with some limestone. This paper conducted the element geochemistry test of the rock samples in the study area by using WD-XRF, ICP-MS and other instrument and discussed the palaeoenvironment of Wawukuang and Shuinan Formations based on the content of major, trace and rare earth element and the ratio of related elements in the samples. After research, it came to the following conclusions: The contents of SiO2, MgO and CaO are relatively higher in Wawukuang and Shuinan Formations, and the content of Al2O3in some samples of Shuinan Formation amounts to more than 10%. Both the sets of strata show the obvious enrichment of light rare earth elements. By using a series of environmental criteria such as Sr/Ba, Rb/K, V/Ni, Th/U, U/Th, Eu/Eu*, Ce/Ce*, and Sr/Cu, and by combining with previous studies and field section characteristics, it is found that the strata of both Wawukuang and Shuinan Formations show obvious marine sedimentary characteristics formed in dry, hot and oxidized environments.

Wawukuang formation; Shuinan formation; element geochemistry; depositional environment; analysis of indicators; the section characteristics

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FENG Qiao, ZHANG Yao, XU Zisu,et al.Geochemical characteristics and paleoenvironmental analysis of dark fine grained rocks of Wawukuang and Shuinan formations in Jiaolai basin[J].Journal of Shandong University of Science and Technology(Natural Science),2018,37(1):20-34.

2017-07-17

国家自然科学基金项目(41428201)

冯 乔(1963─)，男，四川达州人，教授，博士，主要从事石油地质和油气地球化学方面的研究. sE-mail：342853438@qq.com

P595

A

1672-3767(2018)01-0020-15

10.16452/j.cnki.sdkjzk.2018.01.003

傅 游)