準南四棵樹凹陷沉積古環境與物源研究
——來自侏羅系—下白堊統元素地球化學的指示

朱明，施輝，袁波，馮興強，吳林，唐雪穎，張浩，龐志超

1.新疆油田分公司勘探開發研究院，新疆克拉瑪依 834000

2.中國地質科學院地質力學研究所，北京 100081

3.新疆油田分公司勘探開發研究院地球物理研究所，烏魯木齊 830013

0 引言

準噶爾盆地西南緣四棵樹凹陷高泉背斜高探1井獲得油氣勘探重大突破，預示該凹陷油氣資源量極為可觀。該凹陷的油氣勘探歷程起步于1937年發現的獨山子新近系油田，自2000 年發現卡因迪克古近系和侏羅系油藏后，油氣勘探一直未取得實質性突破，陷入低谷階段；2008 年，勘探部署重點自新生界轉向下組合（白堊系區域性蓋層以下），相繼鉆探了西湖1井（2010年）、獨山1井（2012年）等重點風險探井，均見到良好油氣顯示；2019年在高泉構造高點部署的高探1井于白堊系清水河組（K1q）獲日產千噸的高產試油結果，標志油氣勘探進入一個全新的階段[1-3]。

迄今，四棵樹凹陷下部油氣成藏組合的研究程度還較低，很多基礎地質問題亟待解決。侏羅紀—早白堊世沉積古環境演化是當前倍受關注的問題之一，古環境演化的認識程度直接影響了對層序、沉積和儲層演化的理解，決定了該地區未來油氣勘探方向與滾動部署思路。前人已經從研究區及周邊侏羅系—白堊系地層巖性[4-6]、古生物組合[7-8]、元素地球化學[9]等方面開展過氣候、氧化—還原條件（Eh）、物源等沉積古環境的恢復工作，但由于測試樣品數量有限（連續性較差）、室內測試分析周期長和非定量化判斷等原因，還未在沉積古環境特征及演化上形成全面、明確和統一的結論。如早白堊世氣候“干冷”[9]和“濕熱”[4]的分歧、中侏羅世的“溫濕”古氣候判斷結果[9]與全球侏羅紀海水古溫度變化趨勢[10]存在差異、侏羅紀短周期氣候變化、古氣候和古構造對氧化—還原條件的影響程度等，這些問題仍然懸而未決。

利用沉積巖或沉積物所含元素及同位素遷移、聚集與分布規律來判定和恢復沉積環境是沉積學定量研究的重要手段[11]。近年來，便攜式（手持式）X射線熒光光譜儀（XRF）被廣泛應用于環境、礦產、油氣等地質學研究領域；相對于實驗室元素或礦物的測試，該儀器具備快速、無損、高分辨率、經濟等優點[12]，國內外眾多學者憑借便攜式XRF儀器快速地獲得大量巖石樣品的元素地球化學信息，據此分析巖石礦物組成并恢復古沉積環境，取得了良好的實際應用效果[12-16]。

本文針對四棵樹凹陷油氣勘探所面臨的關鍵基礎地質問題，利用便攜式XRF 儀重點測試了北天山山前塞力克提溝和扎伊爾山山前吐孜阿克內溝（又名圖孜阿克內溝或吐孜溝）兩條野外剖面侏羅系—下白堊統細粒沉積及細粒夾層的元素豐度，結合關鍵鉆孔巖心的重礦物資料，重建了侏羅紀—早白堊世的沉積古環境，包括古氣候、古鹽度、古氧化—還原條件（Eh）和古物源演化歷史，厘清了四者之間的關系，為該地區相關層段的層序地層及沉積體系劃分和儲層預測提供了必要的科學依據。

1 地質概況

四棵樹凹陷位于準噶爾盆地南緣西端，隸屬于北天山山前沖斷帶，是盆地西北緣與南緣構造體系的交會區（圖1a）。凹陷整體呈NWW—SEE走向，北部緊鄰車排子凸起緩坡區，東部為霍瑪吐背斜帶，南部與北天山體系依林黑比爾根山相接，勘探面積約為6 300 km2（圖1b）。

區域構造背景資料表明[17-21]，晚石炭世（約310～300 Ma）古準噶爾地體周緣洋盆完成閉合，碰撞造山活動強烈，發生洋—陸構造格局轉換，四棵樹凹陷地區位于西準噶爾殘留洋殼最南端；自晚石炭世起，四棵樹凹陷分別經歷了匯聚型陸緣殘留海盆地（～C2）、陸內斷陷盆地（P～T）、陸內坳陷盆地（J～K）和再生前陸盆地（E～Q）共4個構造演化階段。陸內斷陷階段，凹陷南部古天山進入后碰撞演化階段，在伸展環境下形成一系列裂谷盆地，充填火山巖、火山碎屑巖等裂谷型層序；凹陷北部的西準噶爾弧發生一系列火山活動和隆升作用，形成扎伊爾山及其前鋒車排子凸起，凹陷的盆山格局基本形成。陸內坳陷階段是斷陷期隆坳格局的繼承性發展，古天山夷平作用明顯，古天山山前各裂谷盆地被“填平補齊”，至白堊紀整個準噶爾盆地連接為統一湖盆，凹陷沉積中心發生北東向遷移。再生前陸盆地階段發育新生代逆沖構造，山前帶發育疊瓦狀斷層和褶皺。

研究區中生界受盆地西北緣右旋壓扭體系的影響，主要發育NW—SE 走向的艾卡、高泉和南緣3 條走滑斷裂，形成艾卡和高泉兩條雁列式背斜構造帶（圖1b）。艾卡構造帶自西向東依次發育卡西、卡因迪克、卡東、西湖和獨山子背斜，而高泉構造帶自西向東分別發育高泉北背斜、高泉背斜、高泉東斷鼻、烏木克斷鼻、托斯臺斷鼻和地表背斜群[2]。

準南緣油氣勘探層系根據白堊系吐谷魯群泥巖層、古近系安集海河組及塔西河組（膏）泥巖層這兩套區域性蓋層可劃分為上、中、下共三個油氣成藏組合（圖1c）。本次研究的目的層段為下部成藏組合，包括下侏羅統八道灣組（J1b）及三工河組（J1s）、中侏羅統西山窯組（J2x）及頭屯河組（J2t）、上侏羅統齊古組（J3q）及喀拉扎組（J3k）和下白堊統清水河組（K1q）。

2 樣品與方法

本次研究中沉積古環境分析巖石樣品來自于凹陷最南端及北天山山前的塞力克提溝（起點為84.469 560°E，44.129 836°N；終點為84.449 115°E，44.163 612°N）和凹陷北端西部隆起帶扎伊爾山前的吐孜阿克內溝（84.776 173°E，45.651 728°N；終點為84.837 627° E，45.532 327° N）這兩條出露中生界較為完整的野外剖面（位置見圖1b），共計樣品405塊。采樣時所有樣品均取自新鮮露頭的細粒沉積（包括泥巖、頁巖、粉—細砂質泥頁巖或泥質粉—細砂巖）或砂巖及礫巖層內細粒沉積夾層，盡可能避免風化作用及粗粒物質過多的影響。挑選的巖石樣品首先經過24 h 的干燥處理后，研磨成200 目粒級并稱重50 g 粉末放入XRF 樣品杯（型號Premier SC-4331，內徑26 mm），采用島津公司生產的邁拉膜（型號202-86501-56，直徑70 mm）封口樣品杯。

X 射線熒光光譜儀利用X 射線硅漂移SDD 檢測器探測試樣中被測元素所發出各種能量的特征X射線，根據檢測器輸出信號的能量大小和強度定性和定量分析被測樣品的元素[22]。本次研究采用了Thermo Scientific 公司研發的手持X射線礦石元素分析儀，型號為Niton Xl3t-950；該儀器采用Ag 靶材，最大激發電壓為50 kV，最大功率2 W，探測范圍25 mm2，可測試Mg 至U 等在內的40 余種主微量元素。其中，土壤模式主要測試豐度小于1%的元素，顯示單位為μg/g，測試時間約為70～90 s，而礦石模式則主要測試豐度大于1%的元素，顯示單位為%，測試時間一般大于120 s。

重礦物分離及鑒定的25塊巖石樣品來源于鉆井Ai-2井和Che-10井的巖心（位置見圖1c）。該批樣品首先進行粒度篩析，分離出0.063～0.05 mm的混合粒級，經洗油、酸泡、沖洗、烘樣等處理程序后分離出重礦物，利用偏光顯微鏡（型號為蔡司Axio Scope A1）鑒定巖石重礦物類型及含量，鑒定方法參照國內石油天然氣行業標準《SY/T 6336—1997 沉積巖重礦物分離與鑒定方法》。

圖1 準噶爾盆地構造分區（a）、四棵樹凹陷構造綱要圖（b）和侏羅系—新近系巖性及生儲蓋組合（c）Fig.1 Tectonic division map (a) of the Junggar Basin, tectonic outline map (b) of the Sikeshu Sag and Jurassic-Neogene lithology and source-reservoir-seal systems (c)

3 結果

3.1 野外露頭巖性特征及變化

3.1.1 塞力克提溝剖面

塞力克提溝位于托斯臺斷鼻構造帶西南部（圖1b）。下侏羅統八道灣組（J1b）總厚度約為46 m，底部為一套灰黃—灰白色砂礫巖（圖2a），發育大型楔狀或板狀交錯層，層理面含植物碎片，巖性向上遞變為含礫粗砂巖、中—細砂巖和泥質粉砂巖，組成一個較為完整的河道“二元結構”。巖性整體上表現為向上變細的“正旋回”，由多期河道疊置而成（圖3）。

圖2 北天山山前塞力克提溝剖面野外照片Fig.2 Photos of the Sailiketigou outcrop in front of the North Tianshan Mountain

三工河組（J1s）與J1b呈整合接觸，總厚度約為71 m，整體表現為一套向上變細復變粗的巖性序列（圖3）。底部發育分選和磨圓均較差、雜基含量較高的灰綠色中—細礫巖，具塊狀層理、遞變層理，可見砂球構造，植物碎屑相對不發育；砂礫巖層之上是灰白—深灰色中—細砂巖層，見中—小型楔狀交錯層理和波狀層理，含鐵質條帶及結核。中部是深灰色—灰色中—厚層狀粉砂質泥巖、頁巖夾薄層狀粉—細砂巖，水平層理發育（圖2b）；頂部沉積物粒度逐漸變粗，巖性為薄—中層狀細—中砂巖，見波狀層理和斜層理，分選、磨圓均較好，雜基含量低（圖2c）。

中侏羅統西山窯組（J2x）厚約79 m，主要發育一套中—厚層狀灰黃色—灰色細礫巖、含礫中—粗砂巖夾灰黑色泥巖及煤層的巖性組合（圖2d）。頭屯河組（J2t）厚達84 m，巖性分為上、下兩段，下段為灰黃色和灰褐色砂巖的間互層，夾灰黑色泥巖或劣質薄煤層，上巖性段顏色整體偏灰褐色（圖2e），粒度變粗。

下白堊統清水河組（K1q）厚約50 m（未見頂），與下伏J2t地層呈角度不整合接觸，底部發育一套肉紅色底礫巖（圖2f），向上遞變為肉紅色中—細砂巖和紅色泥頁夾層，見平行層理和小型楔狀交錯層理，呈現較為明顯的正旋回序列（圖3）。

3.1.2 吐孜阿克內溝剖面

吐孜阿克內溝位于盆地西北緣克拉瑪依市西北方向約8 km處（圖1b）。該露頭J1b總厚度約為47 m，整體表現出“正旋回”演化巖性組合序列。底部的灰白—灰黃色底礫巖夾含礫粗砂巖，見大型槽狀交錯層理和植物根莖化石（圖4a）。中部發育多套河道沉積，單期河道底部滯留沉積以細礫巖和含礫粗砂巖為主，削蝕面較明顯，向上遞變為含槽狀交錯、楔狀/板狀交錯層理的中—粗砂巖，河道頂部為灰色—深灰色細—粉砂巖夾薄煤層（圖4b、圖5）。

圖3 塞力克提溝剖面J～K1q 元素地球化學剖面圖Fig.3 Element geochemical section of the J-K1q, Sailiketigou outcrop

該露頭J1s厚約為39 m，主體雖然為一套灰綠、灰黃色泥質粉—細砂巖和深灰色泥巖的巖性（圖4c），但整體表現為向上變細復變粗的巖性變化序列（圖5）。J2x厚度約36 m，底部為一套灰綠—灰白色砂礫巖，向上遞變至灰色砂巖和灰黃色細—粉砂巖，平行層理發育；中部為灰—黃色礫巖、砂巖夾粉砂質泥巖組合，也呈現典型“二元結構”的特征；頂部發育灰白—灰黃色中—粗砂巖與劣質薄煤層，楔狀交錯層和平行層理發育（圖4d、圖5）。

J2t總厚度約20 m，底部發育一套褐色礫巖與J2x相區別，主體為褐色、灰綠色、灰黃色、紫色等雜色砂巖和泥巖互層（圖4e、圖5）。上侏羅統齊古組（J3q）厚約19 m，表現為灰色礫巖沖刷下伏J2t，向上遞變至大型槽狀交錯層理的粗砂巖、板狀交錯層理的中砂巖、平行層理的中—細砂巖和水平層理的泥質粉砂巖、粉砂質泥巖（圖5）。

K1q厚約31 m（未見頂），與下伏J3q呈角度不整合接觸，除底部發育灰黃色礫巖層外，主體為厚層狀灰綠色中—細砂巖夾灰紅色粉砂質泥巖的巖性組合，發育板/楔狀交錯層理和平行層理，砂巖內可見豐富的鐵質結核（圖4f、圖5）。

圖4 扎伊爾山前吐孜阿克內溝剖面野外照片Fig.4 Photos of the Tuziakeneigou outcrop in front of the Zaire Mountain

3.2 元素地球化學

3.2.1 沉積古環境元素指標

本文研究所涉及的古環境信息主要包括古氣候、古鹽度、古水體氧化還原狀態和古物源等。根據前人在沉積古環境元素地球化學的研究認識[23]，一些元素含量或元素含量比值的變化能夠靈敏地反映沉積物的原生古環境變化。

古氣候方面，P、K、Fe、Zn、Ti、Al、Sr、Nb、Ta、Th等元素含量以及Sr/Cu、Sr/Ba、Sr/Ca、Fe/Mn 等元素含量比值均是反映氣候效應的典型指標[24-25]。炎熱和干燥氣候的蒸發作用強烈，水體鹽度急劇增高，水介質堿性增強；一方面，高鹽度引起大量低等生物的死亡，而P 元素又是生命物質的重要組成元素，因此沉積物中P 元素相對富集；另一方面，堿性增強導致Na、Ca、Mg、Cu、Sr、Mn 等元素大量析出沉積在水底。潮濕氣候條件下，沉積物中Fe、Al、V、Ni、Ba、Zn、Co等元素含量相對增大。Sr/Cu、Sr/Ca、Sr/Ba 等元素含量比值越高，Al/Mg、Fe/Mn 等元素含量比值越低，指示古氣候偏干熱，反之則指示溫濕氣候[24-25]。

據研究[26-28]，沉積物中B、Sr、Ba、Ga、V等元素的豐度與古鹽度有關。一般而言，淡水環境下B元素質量分數多小于60 μg/g、V 元素豐度為110～113 μg/g，海相環境下B質量分數分布于80～125 μg/g之間，V元素豐度小于86 μg/g。由于BaSO4在水中的溶解度相對小于SrSO4的溶解度，Sr元素的遷移能力大于Ba元素，Sr/Ba 比值可以間接地恢復沉積水體古鹽度；淡水沉積物中Sr/Ba值小于1，海相沉積物中Sr/Ba值大于1，0.6～1之間的Sr/Ba值通常指示半咸水環境。

圖5 吐孜阿克內溝剖面J～K1q 元素地球化學剖面圖Fig.5 Element geochemical section of J-K1q, Tuziakeneigou outcrop

直接或間接反映沉積物氧化還原條件的元素較多[29-31]。Cr、U、V 等高價態離子在缺氧脫硝酸環境下被還原并富集，而Ni、Cu、Co、Zn、Cd 和Mo 則主要富集于硫酸鹽還原的環境。P 元素的沉淀與古生產力和缺氧環境有關，Mn元素在黏土和碳酸鹽礦物中較富集，指示亞氧化還境的存在。亞氧化、缺氧（還原）條件下，V/Cr、Ni/Co、U/Th、V/（V+Ni）元素比值分別大于4.25、7.0、1.25 和0.84，而小于2.5、3.5.0.75 和0.84反映氧化環境。

陸源碎屑母巖中一些化學元素在風化、剝蝕、搬運等外生過程中并不會發生分餾或者只發生微小的分餾，可以作為沉積源巖的判定參數，這些元素中最重要的是稀有、高場強和過渡金屬元素等[32]。另外，Cl、Ti、Zr等元素也能反映沉積物母源的部分性質[33]。高Cl 元素含量一般指示火山巖物質來源或蒸發環境，玻璃質火山灰（如凝灰巖）是富Cl 沉積物的重要母巖之一[34]；Ti元素在沉積物中的豐度與細粒沉積和黏土礦物有關，廣泛存在于金紅石、鈦鐵礦等重礦物中；Zr元素與沉積物中鋯石豐度有關，而鋯石一般較常見于酸性巖漿巖之中。

3.2.2 元素指標結果

（1）塞力克提溝剖面

北天山山前塞力克提溝J1b～K1q巖石樣品Ca、Sr元素含量和Fe/Mn比值變化曲線大致可劃分成3段：下侏羅統、中侏羅統和下白堊統K1q段（圖3）。Ca、Sr元素含量的變化基本保持一致，下侏羅統Ca、Sr元素含量在中—低值范圍內變化，中侏羅統整體為低值（J2x底局部樣品處于中值范圍），下白堊統K1q巖石樣品在較高值內變化。Fe/Mn 比值的變化趨勢大致與Ca、Sr元素含量變化趨勢相反（表1）。

Sr/Ba、Ca/（Ca+Fe）比值變化趨勢相一致，與V 元素含量變化趨勢相反，同樣反映出3 段式變化：下侏羅統、中侏羅統和下白堊統K1q段（圖3）。下侏羅統Sr/Ba 和Ca/（Ca+Fe）比值在低—中值段內變化，中侏羅統主要為低值（J2x底局部樣品處于中值范圍），而K1q段整體為高值范圍（表1）。

P、Zn 和Mn 元素含量的變化趨勢與以上元素存在較大差異，J1b至J1s中部元素含量逐漸增大，而J1s中部至K1q元素含量逐漸減小，呈“兩段式”變化（圖3）。Cl、Zr元素均反映出區別于P、Zn和Mn元素相區別的“兩段式”變化（圖3），即K1q巖石樣品Cl和Zr元素含量明顯高于侏羅系，Ti元素含量變化趨勢與Cl、Zr元素變化恰好相反（表1）。

（2）吐孜阿克內溝剖面

扎伊爾山前吐孜阿克內溝J～K1q巖石樣品Sr、K元素含量和Fe/Mn比值變化曲線也可劃分為3段：下侏羅統、中侏羅統和下白堊統K1q段（圖5）。下侏羅統Sr、K 元素含量在中值范圍內變化，中侏羅統整體為低值（J2x底局部樣品處于中值范圍），下白堊統K1q段表現出高值特征（表1、圖5）。Fe/Mn 比值變化趨勢與之正好相反（圖5）。

Sr/Ba、Ca/（Ca+Fe）比值變化趨勢相一致，下白堊統K1q段的比值明顯高于侏羅系，而中侏羅統的數值相對略低于下侏羅統。V 元素含量曲線的變化趨勢與之相反（圖5）。

P、Mn 和Co 元素含量曲線顯示：J1b至J1s中部元素含量逐漸增大，而J1s中部至K1q元素含量逐漸減小。Cl、Ti、Zr 元素含量的變化并未表現出塞力克提溝下白堊統K1q段明顯區別于侏羅系的顯著特征（圖5）。

3.3 重礦物

根據凹陷內Ai-2 井的22 塊重礦物測試結果（表2、圖6a），下侏羅統重礦物組分主要為鈦鐵礦和白鈦石，其次為褐鐵礦、鋯石、電氣石、尖晶石等，中—上侏羅統重礦物中鋯石所占比重顯著增加，K1q的重礦物中除較為常見的鈦鐵礦外，鋯石和綠簾石的含量相對高于侏羅系。一般而言，白鈦石、鈦鐵礦等較常出現在鐵鎂質巖漿巖和片麻巖、云母片巖、角閃巖等一些變質巖中，綠簾石和尖晶石在變質巖中分布很廣，鋯石在中—酸性巖漿巖中較富集[35]；結合前人對北天山和扎伊爾山物源體系的研究成果[36]，Ai-2井下侏羅統、中—上侏羅統和下白堊統K1q重礦物組合分別反映出基—中性巖漿巖、中—基性巖漿巖和中—基性巖漿巖混合少量變質巖的陸源碎屑源區母巖類型。

凹陷北部Che-10 井28 塊巖石樣品重礦物數據顯示（表3、圖6b）：下侏羅統重礦物組合以白鈦石、鈦鐵礦和鋯石為主，褐鐵礦和尖晶石為輔，符合基—中性巖漿巖類型的母巖來源。中—上侏羅統重礦物中鋯石的含量相對升高，鋯石、白鈦石、鈦鐵礦、褐鐵礦重礦物組分居多，石榴石、電氣石、磁鐵礦居次，屬于中—基性巖漿巖母巖類型。下白堊統K1q的重礦物中白鈦石含量減小，尖晶石、綠簾石的含量相對增大，反映變質巖混合中—基性巖漿巖的母巖特征。

Che-10 井目的層段巖心重礦物數據顯示其與Ai-2 井相應層段重礦物組成結構存在較大差異，Che-10 井侏羅系—下白堊統K1q的含鈦礦物以白鈦石為主，與Ai-2 井巖心樣品含鈦重礦物為鈦鐵礦的特征相區別。

4 討論

4.1 沉積環境

4.1.1 古氣候

根據塞力克提溝（圖3）和吐孜阿克內溝（圖5）兩條J～K1q剖面的XFR測試結果，凹陷及周邊在早侏羅世為相對溫暖—潮濕的古氣候，中—晚侏羅世平均溫度相對下降但濕度小幅升高，早白堊世古氣候偏干旱，溫度顯著上升，表現出“三段式”變化趨勢。侏羅紀氣候整體偏潮濕，但存在季節性潮濕—干旱的短暫氣候變換，如J1b晚期、J1s中期和J2x早期均出現過短周期的溫度上升和濕度下降。

本文對四棵樹凹陷J～K1q古氣候演化的認識與全球侏羅紀氧（δ18O）同位素對比反映氣候變化的結果基本相一致。據前人研究結果[37]，準噶爾盆地自二疊紀至侏羅紀位于地球北緯約60°的相對高緯度位置，富煤層和闊葉植物群落說明該段時間總體為溫暖且潮濕的古氣候。全球侏羅系海洋沉積物同位素（δ18O）[10]和大氣CO2濃度紀錄[38]均表明侏羅紀是地質歷史上典型的“溫室”時期之一，缺乏大規模冰川痕跡，平均溫度比現今高5 ℃～10 ℃，海水溫度高于現今約8 ℃；侏羅紀時期氣候也發生過強烈的起伏波動，如中侏羅世平均氣溫相對于早侏羅世氣溫有所下降，晚侏羅世的平均氣溫隨CO2濃度的增大而上升，以及季節性氣候轉換、短暫的海水溫度上升及區域性小冰室期等現象[39-40]。通過元素地球化學恢復的四棵樹凹陷J～K1q古氣候演化特征與全球古溫度模型具有高度的重合性，說明凹陷目的層段沉積物元素能夠相對精確地反映古氣候的變化。

表1 塞力克提溝與吐孜阿克內溝剖面J～qK1q沉積古環境元素指標值統計表Table 1 Element indicators for the J～K1q sedimentary paleoenvironment of the Sailiketigou and Tuziakeneigou sections

表2 四棵樹凹陷Ai-2井J～K1q重礦物組合及母巖特征Table 2 The heavy mineral assemblages and source rocks of J-K1q, well Ai-2

圖6 四棵樹凹陷Ai-2 井（a）和Che-10 井（b）J～K1q 重礦物組合Fig.6 The heavy mineral content charts of the J-K1q samples from wells Ai-2 (a) and Che-10 (b)

表3 四棵樹凹陷Che-10井J～K1q重礦物組合及母巖特征Table 3 The heavy mineral assemblages and source rocks of J-K1q, well Che-10

4.1.2 古鹽度

塞力克提溝（圖3）和吐孜阿克內溝（圖5）J～K1q剖面反映古鹽度的Sr/Ba 比值均小于1，絕大部分數值小于0.6，說明四棵樹凹陷在J～K1q沉積時古水體一直為淡水環境；配合V 元素和Ca/（Ca+Fe）比值綜合判斷四棵樹凹陷沉積古水體的鹽度在J1b早期、J1s中期和J2x早期出現了短暫、小幅的升高，在早白堊世達到最大化，總體呈現出“侏羅紀淡水環境、早白堊世輕微咸化”的“兩段式”變化趨勢特征。

與古氣候變化的對比發現：研究區J～K1q沉積古水體鹽度與古氣候基本保持同步變化，說明古氣候對水體古鹽度的影響作用較為顯著。K1q的古氣候偏干熱，溫度相對高于侏羅紀，其沉積古水體的鹽度在蒸發量上升和降雨量下降的雙重作用影響下而增大；另外，中—晚侏羅世的古氣候相對潮濕，沉積古水體的鹽度相對較低。

4.1.3 古氧化—還原條件（Eh）

兩個剖面反映古Eh 的元素指標數據顯示（圖3,5），研究區J1s沉積古水體還原性總體強于其他時期，J3q的沉積水體氧化條件相對最強，其他層段氧化—還原條件處于兩者之間。這說明J1s時期四棵樹凹陷沉積水體相對較深，該組富有機質泥頁巖段（處于J1s中部）應該對應了侏羅系層序地層的最大湖泛面。

4.2 沉積物源

四棵樹凹陷在侏羅紀時期一直存在南部北天山和北部扎伊爾山兩個主要潛在碎屑物質供給區[36]。據研究[5,41]，中—新生代期間天山造山帶的隆升具有“多期次、南早北晚、西早東晚”的特征，與研究區毗鄰的北天山西段主要受晚印支運動的影響，隆升于220～180 Ma（T3～J1）。西準噶爾扎伊爾山體系在侏羅紀的隆升活動相對較平靜，早白堊世（145～120 Ma）時期受到羌塘—拉薩板塊碰撞的影響而發生快速隆升活動與夷平作用[18]。

4.2.1 北天山物源區

北天山山前塞力克提溝剖面Cl與Zr元素自下侏羅統至下白堊統K1q 具有逐漸增大的變化趨勢，K1q的Cl 與Zr 元素含量顯著高于侏羅系（表1、圖3）。Ti元素含量與Cl與Zr元素的變化趨勢相反，K1q的Ti元素豐度整體低于侏羅系。

碎屑巖沉積物Cl 元素的富集通常與蒸發環境（蒸發巖）或火山巖（如凝灰巖）母巖有關[34]，雖然研究區在K1q沉積期間溫度有所上升，但吐孜阿克內溝剖面K1q沉積物中Cl 元素含量并未出現明顯增大的現象（圖5），說明塞力克提溝剖面K1q的Cl含量升高與蒸發環境無關，而是凝灰巖母巖組分的增加所致。塞力克提溝剖面Zr元素含量的變化與鋯石組分具有一定聯系。凹陷內Ai-2井下侏羅統重礦物組分中鋯石含量相對較低，自中侏羅統開始鋯石組分逐漸增大，平均值在下白堊統K1q達到最高值（表1、圖6a），該變化趨勢與塞力克提溝剖面Zr元素變化特征基本一致，說明Zr 元素的富集與鋯石組分密切相關。與此同時也說明北天山山前塞力克提溝與Ai-2井附近區域在J～K1q期間主要受北天山物源區的影響。

塞力克提溝剖面J1b～K1q沉積物中Ti元素含量變化與鈦鐵礦、白鈦石等含鈦重礦物組分相關。侏羅系的Ti 元素明顯比下白堊統K1q更富集，同時，下侏羅統沉積物中Ti 元素含量略高于中—上侏羅統（圖3），這與Ai-2 井巖心樣品重礦物測試數據所反映的含鈦礦物豐度變化高度吻合（圖6a），說明北天山物源區自早侏羅世以后向凹陷供給陸源碎屑物質的母巖中基性巖漿巖的組分逐漸減少。

4.2.2 扎伊爾山物源區

扎伊爾山山前吐孜阿克內溝J1b～K1q指示古物源的元素指標（Cl、Ti 和Zr）并無明顯變化（圖5），但相對毗鄰扎伊爾山的Che-10井巖心樣品中含鈦重礦物類型（白鈦石為主）與北天山主供源體系（Ai-2井，鈦鐵礦為主）相差較大；此外，Che-10 井自J1b至K1q鈦鐵礦及鋯石含量逐漸減小，說明北天山物源區對Che-10 井附近區域的影響減弱，扎伊爾山物源區的影響則變強，這與扎伊爾山的隆升時序相匹配。

K1q沉積時期，凹陷內Ai-2 井（表2）和凹陷邊緣北部Che-10井（表3）沉積物中均匯入綠簾石、尖晶石等反映變質巖類型母巖來源的重礦物，但Che-10 井的變質巖母巖匯入程度更高，反映研究區在J/K之交發生的大規模物源轉換極有可能來自于扎伊爾山的快速隆起和夷平作用，為凹陷提供了相當數量的變質巖碎屑組分，并影響了凹陷內較為廣泛的地區。

4.3 古環境與物源演化

四棵樹凹陷在J1b沉積期主體為溫暖—潮濕的古氣候，晚期短暫出現過溫度上升、濕度下降的季節性氣候變化。以淡水為主的古水體，水深相對較淺，晚期水體逐漸加深，從弱氧化轉變成弱還原條件。南部的北天山物源區主要出露基—中性巖漿的母巖（重礦物中鈦鐵礦的含量高），風化剝蝕的產物直接供給了凹陷大部分地區的陸源碎屑物質來源，而北部扎伊爾山物源區主要供給白鈦石含量較高的基—中性巖漿巖母巖，影響范圍有限。

J1s時期，研究區古水深達到最大，對應了侏羅系—下白堊統K1q的最大湖泛期，還原條件最強，水體的鹽度較J1b時期略有下降，處于烴源巖層發育的鼎盛期。該時期古氣候仍維持溫暖—潮濕的整體格局，相對湖平面最大化時期（對應J1s中部）氣候出現過短暫的溫度上升、濕度下降的季節性變化，晚期溫度回降、濕度回升，水體向弱還原條件過渡。凹陷內大部分區域沉積的碎屑物質主要來源于北天山物源區的基—中性巖漿巖母巖，扎伊爾山物源區的影響范圍依然有限。

四棵樹凹陷在中侏羅世（J2x和J2t）依然是溫暖—潮濕的古氣候環境，但溫度相對早侏羅世有所下降，濕度略有上升。古水體平均深度為侏羅紀最低，整體處于弱還原—弱氧化環境，水體逐漸變淺，氧化性變強。北天山物源區經過早侏羅世的快速隆升及夷平作用[5]，母巖類型從基—中性巖漿巖過渡至中—基性巖漿巖（可能匯入花崗巖侵入體），風化剝蝕后的陸源碎屑物質重礦物組分中鋯石含量相對增大，鈦鐵礦組分占比下降；扎伊爾山物源區的影響仍控制在凹陷的局部范圍。中侏羅統沉積物中煤層較發育（圖2d，e、圖4d），推測該時期構造背景相對穩定，古水深變化差距較小，泛平原化或沼澤化作用較突出，大量植物在弱還原—弱氧化條件古水體中保存而發生煤炭化。

晚侏羅世（主要為J3q）時期，研究區的溫度持續下降，古水體持續變淺，鹽度相對微弱減小，氧化性持續增強，沉積物氧化色較明顯（圖3，5）。北天山物源區仍然供給中—基性巖漿巖母巖，但開始混入少量凝灰巖，陸源碎屑物質重礦物中鈦鐵礦含量進一步減小，鋯石組分比例逐漸上升；扎伊爾山物源區的隆升活動開始活躍[18]，其能影響的范圍逐漸向南擴展。

早白堊世K1q期是研究區古環境和物源供給的重要轉折時期。相對于侏羅紀，K1q的古氣候相對干熱，沉積水體平均古水深達到J1b～K1q時期最淺水平后逐漸開始緩慢上升，水體經微弱咸化后古鹽度緩慢降低，氧化性較強。北天山物源區供給的母巖類型仍以中—酸性巖漿巖為主，但凝灰巖混入程度提高，所影響的范圍逐漸向南收縮；扎伊爾山物源區由于快速的隆升活動，混入大量變質巖類型的母巖，所供陸源碎屑物質影響的范圍也進一步向南擴展。

5 結論

（1）準噶爾盆地四棵樹凹陷在J1b～K1q時期古氣候表現為從溫濕向干熱變化的趨勢：雖然J1b晚期、J1s中期和J2x早期均出現過短周期的溫度上升和濕度下降的現象，侏羅紀主體仍處于溫濕氣候；早侏羅世溫度相對偏高、濕度偏低，中—晚侏羅世溫度下降至最低、濕度增至最大，而K1q時期以干熱氣候為主。

（2）凹陷的J～K1q沉積古水體總體為淡水環境，鹽度變化主要受古氣候的影響，早侏羅世相對偏高，中—晚侏羅世相對最低，早白堊世K1q時期沉積水體鹽度達到輕微咸化程度。

（3）研究區的J1s沉積古水體相對最深、還原性最強，J1b平均古水深相對較淺，處于弱氧化—弱還原狀態，中侏羅世至早白堊世K1q時期平均古水深逐漸變小，從弱還原性向強氧化性遞變。

（4）凹陷在侏羅紀主要受南部北天山物源區的影響，早白堊世K1q時期北部的扎伊爾山物源區供源作用逐漸變強；北天山物源區在早侏羅世向凹陷供給以鈦鐵礦重礦物組分為主的基—中性巖漿巖類型母巖，中—晚侏羅世陸源碎屑物質母巖變成中—基性巖漿巖，重礦物中鋯石組分逐漸上升，早白堊世K1q時期在中—基性巖漿巖母巖基礎上混入凝灰巖；扎伊爾山物源區在早侏羅世供給以白鈦石重礦物組分為主的基—中性巖漿巖類型母巖，中—晚侏羅世陸源碎屑物質母巖變成中—基性巖漿巖，早白堊世K1q時期轉換成變質巖混合中—基性巖漿巖的母巖組合。

致謝 兩位審稿專家提出了寶貴的修改意見，編輯及時傳達了審稿進度，在此表示感謝。