1. 引言
塔里木盆地是我国海相白垩系连续发育并出露良好的少数地区之一。自元古代晚期800 Ma的地质演化过程中，沉积地层厚度累计高达1万米，具备形成超大型巨型油气资源的客观条件和物质基础。其中以塔西南地区的油气资源最为丰富，中生界地层发育良好，具有优质的烃源岩、储集岩以及盖层。在白垩纪后期经历特提斯的海侵，淹没了欧亚大陆东南部的塔西南，物源从南天山褶皱带和昆仑山褶皱带到达塔西南，因此晚白垩世开始发育海相沉积 [1] [2]。
由于塔西南盆地整体埋深大，后期构造运动剧烈，导致盆地格局破碎，增加了盆地恢复的难度。同时，研究区地处偏远，自然环境恶劣，地质工作开展的时间较晚，从19世纪20年代开始对塔里木盆地进行初步的科学考察，塔里木盆地在近些年主要开展了高精度的年代学和高分辨率的古环境研究。通过国内外大批学者几十年的不懈努力，为深入开展塔里木盆地环境演化研究提供了扎实的基础，主要包括以下五个方面：塔西南地区侏罗–白垩纪原型盆地的恢复、塔西南山前侏罗–白垩纪的沉积特征与环境演化、塔西南地区白垩系的地层划分对比和层序地层研究、塔西南山前侏罗–白垩系物源分析与古地理重建以及塔里木西缘晚白垩世海侵事件等 [3] - [8]，对于古海洋环境研究相对薄弱。
2. 区域地质背景
2.1. 地层划分
塔西南地区乌恰康苏河的白垩系岩石地层单位自下而上依次为：克孜勒苏群和英吉沙群的库克拜组、乌依塔格组和依格孜牙组 [9]。
克孜勒苏群岩性主要为砖红色砾岩、砂质泥岩，夹少量灰绿色粉砂岩、泥岩，出现砂岩夹泥岩沉积，与下伏侏罗统呈不整合或假整合接触。英吉沙群的库克拜组(K2k)下部以棕褐色泥岩、粉砂岩和砂岩，上部以灰绿、棕红色泥岩、粉砂质泥岩、黑色页岩及生物灰岩，泥岩中存在丰富的有孔虫、介形虫类等，黑色页岩段可能属海侵高潮时的产物，与克孜勒苏群呈整合接触。乌依塔格组(K2w)与下伏库克拜组的界线是红色的颜色突变，岩性多为膏泥岩、泥质粉砂岩，部分层位含石膏，砂岩透镜体，与库克拜组砂岩整合接触。依格孜牙组(K2y)岩性相对稳定，主要为褐红色厚层泥岩、砂质灰岩夹少量灰色泥质砂岩及含膏质泥岩，富含多种钙藻类、有孔虫等化石。研究区位置见图1所示。
Figure 1. Sketch map of the study area showing the locations of sampling sections
图1. 研究区采样剖面位置图
2.2. 地层剖面简述
康苏河剖面(见图2)位于塔里木盆地西南地区乌恰县以东，坐标位置为：39˚41'40N，75˚4'48E，海拔：2120米。地层层序自上而下为：
23. 褐红色砂质膏泥岩与泥质砂岩互层……………………………………………………0.2 m
22. 灰色砂质泥岩夹薄层红褐色泥岩……………………………………………………0.2 m
21. 褐色泥岩夹红褐色泥岩…………..……………………………………………………0.42 m
20. 灰黑色粉砂质泥岩夹细砂岩透镜体……………………………………………………0.1 m
19. 红褐色泥岩夹砂质泥岩…………..……………………………………………………0.23 m
18. 灰黄色粉砂质泥岩…………..…………………………………………………………0.26 m
17. 灰黑色块状泥岩，底部为灰白色粉砂岩..……………………………………………0.52 m
16. 灰黄色粉砂岩夹砂岩透镜..………..……………………………………………………0.4 m
15. 灰黄色粉砂质泥岩……..…………..……………………………………………………0.2 m
14. 灰白色厚层粉砂质泥岩…………..……………………………………………………0.35 m
13. 红棕色粉砂岩…………..…………..……………………………………………………0.3 m
12. 灰黑色页岩夹黄褐色泥岩…………..……………………………………………………0.3 m
11. 灰黑色页岩夹砂岩透镜体…………..……………………………………………………0.5 m
10. 灰色–灰黑色粉砂质泥岩和泥岩.…..……………………………………………………0.25 m
9. 红褐色砂质泥岩与灰黄色泥岩互层....……………………………………………………0.2 m
8. 灰黑色页岩夹灰岩透镜体..…………..……………………………………………………0.1 m
7. 灰黄色粉砂岩………………………..……………………………………………………0.15 m
6. 灰黑色页岩夹灰岩透镜体..…………..……………………………………………………0.2 m
5. 薄层黄褐色粉砂质泥岩……………..……………………………………………………0.05 m
4. 灰黑色页岩夹灰岩透镜体..…………..……………………………………………………0.2 m
3. 灰黄色泥岩与灰黑色页岩互层……..……………………………………………………0.35 m
2. 灰黑色页岩夹灰岩透镜体..…………..……………………………………………………0.3 m
1. 灰黄色–褐色粉砂岩…………………..…………………………………………………0.15 m
Figure 2. The measured stratigraphic histogram of Kangsu River
图2. 康苏河实测地层柱状图
3. 元素地球化学分析
3.1. 常量元素地球化学特征
常量元素通常都包括SiO2、Al2O3、K2O、Fe2O3等，不同环境下常量元素表现的特征也不同，可反映沉积环境的变化以及大地构造背景 [10] [11]。Fe2+与Fe3+的含量可以反映沉积环境的氧化还原条件；K与Na为碱金属元素，依据与黏土矿物的吸附量大小来判别，K的吸附量更大，当K/Na值越大，古盐度越高 [12] [13] [14]；由于锰离子的稳定性更好，铁离子更早沉淀，因此Mn在深海区域更易富集，Fe多在浅水区或离岸近的区域富集，即Fe/Mn比值可以指示水深，比值越大，水体越浅 [15] [16]，Fe/Mn比值与古气候也有着良好的耦合关系；MgO与Al2O3的亲海性与亲陆性，可以用m = 100 × (MgO)/(Al2O3)判别沉积环境，m值的大小可指示盐度，进而判别淡水向海水过渡的沉积环境 [17] [18]。
康苏河剖面样品常量元素含量及其特征分见表1与表2。
Table 1. Major element contents of the samples from the upper part of Kangsu River section
表1. 康苏河剖面上部样品常量元素含量表
Table 2. Characteristics of major element content of the samples from the upper part of Kangsu River section
表2. 康苏河剖面上部样品常量元素含量特征
塔西南盆地的康苏河剖面的沉积物中，SiO2的含量比较高，大部分都60%以上，说明剖面富含长石，石英等，且矿物成分成熟度比较高，同时表明陆源供给充足，距离物源区较近；康苏河剖面沉积物中Fe2+的含量小于Fe3+，Fe2+/Fe3+ ≈ 0.399，反映氧化环境；K/Na = 5.67，K/Na出现上下波动(图3)，体现水体的动荡，剖面自下而上盐度相对降低；剖面沉积岩中ΣFe的平均含量远大于ΣMn的平均含量，Fe/Mn ≈ 28.06，剖面自下向上，比值减小(图3)，指示浅海或近海沉积且气候温湿，水体深度增加；样品的m值介于5.7~23.89之间，大部分m值大于10，即为海相沉积环境。
3.2. 微量元素地球化学特征
微量元素是一种良好的地球化学示踪剂，可指示沉积物演化过程中的水体深浅、氧化还原环境、盐度、古生产力、古气候乃至追溯构造背景演化。
微量元素在不同沉积环境的相带组合不同，从滨海沉积环境的Fe族(Fe、Cr、V、Ge)到水解性元素(Al、Ti、Zr、Ga、Nb)组合再到亲硫性元素(Pb、Zn、Cu、As)组合，最终过渡成深海沉积的Mn族元素(Mn、Co、Ni、Mo)。V/(V + Ni)、V/Cr和U/Th [19] [20] [21] 的比值可判断氧化还原环境(表3)。利用Cu、Zn、Ba来表征古生产力，尤其是Ba常以BaSO4形式存在，迁移能力差，保存时间长且损耗少，其含量与上覆水体的生物通量有关，沉积有机质含量越多，相对应的沉淀的BaSO4越多，说明古生产力水平越高 [22] [23] [24] [25]。Rb/Sr、Sr/Cu等比值变化与古气候有着相关耦合关系，来反映气候的干旱和潮湿 [26] [27]。当Sr/Cu大于10时表现为干热的条件，当1 < Sr/Cu < 10时则表现为温暖潮湿的环境。
研究区具有指标性意义的微量元素含量如表4所示，测试数据显示，剖面沉积物中Cr、V的含量相对较多，指示为滨浅海沉积环境；V/Cr、U/Th的值分别为1.34、0.41，指示为氧化的海底环境。但V/(V + Ni)值在0.62~0.81之间，平均值为0.75，指示贫氧环境，与出现黑色页岩相对应，可能与大洋缺氧事件OAE-2有关；除个别样品外，Ba元素含量基本保持稳定，平均值为578.33 × 10−6，其剖面下部低于上部，即古生产力增大；30个样品中Sr/Cu的值均大于1小于10，则表明沉积时期为温暖潮湿的环境且保持稳定。
Table 3. Judging indexes of trace elements in paleoredox
表3. 古氧相微量元素判别指标
Table 4. Trace element contents of the samples from the upper part of Kangsu River section
表4. 康苏河剖面上部样品微量元素含量表
3.3. 稀土元素地球化学特征
稀土元素(REE)中Al、Si、Sc、Zr、Ti以及Th等高场强元素很不活泼，化学性质稳定，使岩石即使经历了后期强烈的蚀变，也会保留其本身特征，在沉积过程中沉积的速率比较快，同时当受外界环境刺激的影响发生分散和聚集。
根据沉积物的稀土元素总量，轻稀土、重稀土的最大值，最小值，平均值以及ΣLREE/ΣHREE的平均值，来表征轻、重稀土元素富集程度/分异程度。REE的分异程度指示碎屑颗粒在海水中沉降时间长短，用Lan/Ybn表示，比值越小，沉积速率越高 [28]。另外，Ce在氧化条件下呈现为Ce4+而沉淀，沉积物中Ce富集，在还原环境中，Ce以Ce3+存在，在水中溶解，沉积物中Ce亏损 [29] [30] [31]；
康苏河剖面样品稀土元素含量如表5所示。剖面的ΣREE的值变化明显(图3)，介于42.16 × 10−6~259.47 × 10−6，平均含量为181.64 × 10−6，符合其岩性变化特征；样品的ΣLREE/ΣHREE值介于3.34 × 10−6~10.76 × 10−6之间，均值为7.74 × 10−6，相对北美页岩平均值略大，说明相对富集LREE和亏损HREE。剖面的Lan/Ybn值在0.56~1.78之间，下部为1.23，上部为1.15，沉积速率升高；稀土元素北美页岩标准化配分模式显示(图4)，在Ce处呈“V”型，为Ce负异常，Eu异常不明显，表明为缺氧的还原环境，与V/(V + Ni)的分析切合，与出现黑色页岩相符。
Table 5. REE contents of the samples from the upper part of Kangsu River section
表5. 康苏河剖面上部样品稀土元素含量表
Figure 3. Longitudinal characteristics elements contents of the samples from the upper part of Kangsu River section
图3. 康苏河剖面上部样品元素纵向特征图
Figure 4. REE partition pattern of the upper sample of Kangsu River section
图4. 康苏河剖面上部样品稀土元素配分曲线
4. 讨论
在前人的基础上，运用地球化学分析方法，对康苏河剖面地层主量、微量和稀土元素的多元统计和数理分析，并结合沉积岩岩石学以及古海洋学对塔西南盆地乌恰康苏河剖面进行分析，从岩性变化可以看出，经过了复杂的古海洋演化，而地球化学特征也能更好验证这一变化。
4.1. 构造背景分析
沉积盆地中的陆源碎屑可以反映出物源的特征，利用砂岩地球化学特征来对应于特定的源区和构造环境，包括被动和活动大陆边缘、大陆弧、大洋弧 [31] [32]。可利用SiO2、K2O/Na2O、TiO2、Fe2O3 + MgO、Al2O3/SiO2、Al2O3/(CaO + Na2O)等变量图或La-Th-Sc、Th-Sc-Zr和Th-Co-Zr等三角图指标因子进行构造背景判别，进而反映古海洋环境演化。
在TiO2与Fe2O3 + MgO双变量图解(图5)显示，样品主要投到大陆岛弧范围，少数处于活动大陆边缘。在La-Th-Sc三角形图解(图6)中，样品点同样主要落在大陆岛弧。以上两种判别方式显示，乌恰康苏河剖面的构造背景为大陆岛弧，兼有活动大陆边缘特征。
注：A. 大洋岛弧；B. 大陆岛弧；C. 活动大陆边缘；D. 被动大陆边缘
Figure 5. Tectonic discrimination diagrams of section samples based on TiO2-(Fe2O3 + MgO)
图5. 剖面样品TiO2-(Fe2O3 + MgO)构造环境判别图
注：A. 大洋岛弧；B. 大陆岛弧；C. 活动大陆边缘；D. 被动大陆边缘
Figure 6. Tectonic discrimination diagrams of section samples based on La-Th-Sc
图6. 剖面样品La-Th-Sc构造环境判别图
4.2. 物源分析
中生代后期，印度板块迅速向北推移，特提斯海侵开始，经中亚到达东阿莱依峡口，沿昆仑山北麓前入侵，淹没了欧亚大陆东南部的塔西南，物源从南天山和昆仑山褶皱带到达研究区 [33]，同时携带了大量的海相生物群，包括菊石、有孔虫、蛤类、钙质超微化石、腹足类等化石。基于碎屑岩的化学组分来识别母岩特征，分析物源、大地构造背景等，REE在沉积岩的形成演化过程中有较强的抗迁移性，可以提供源区的信息。该区碎屑岩中SiO2、Al2O3含量相对，表明富含石英、长石等矿物。根据Allegre et al. [34] 提出的La/Yb-ΣREE源岩判别图解进行样品的投点(图7)，大部分投在沉积岩和花岗岩交汇区，表明母岩主要为沉积岩与花岗岩的混合。
Figure 7. La/Yb-ΣREE diagram of section sample
图7. 剖面样品La/Yb-ΣREE图解
5. 结论
1) 依据剖面岩性变化及元素地球化学特征，塔西南盆地乌恰康苏河剖面发育于陆源碎屑供应充足，气候温暖潮湿，风化作用较强，沉积速率升高、海水盐度较低，生产力水平增加的浅海沉积环境。
2) 研究区沉积物源具有多元性。在特提斯海侵时期，物源来自南天山与昆仑山褶皱带，源岩类型的主体为沉积岩与花岗岩，具有典型的大陆边缘沉积特征。
致谢
感谢审稿专家们提出的宝贵意见和编辑老师们的辛勤劳动。
基金项目
本文由国家自然科学基金(编号：41972004、41172015)、河北省自然科学基金项目(编号：E2019209339)和辽宁工程技术大学学科创新团队资助项目(编号：LNTU20TD-14)联合资助。
NOTES
*通讯作者。