Natural Gas Geoscience >

2022 , Vol. 33 >Issue 7: 1060 - 1073

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2022.02.007

Discussion on depositional system and paleo-climate during the Early-Middle Jurassic in the western Qaidam Basin

  • Xuan LI , 1 ,
  • Junfeng ZHAO , 1 ,
  • Di WANG 1, 2 ,
  • Chao HU 1, 3 ,
  • Xudong ZHAO 1, 4 ,
  • Ke WANG 1, 5 ,
  • Bin GUAN 6 ,
  • Hailong ZHANG 7
Expand
  • 1. State Key Laboratory of Continental Dynamics/Department of Geology，Northwest University，Xi’an 710069，China
  • 2. Exploration and Development Research Institute of Changqing Oilfield Company，PetroChina，Xi'an 710018，China
  • 3. Jiangsu Suyanjingshen Co. ，Ltd. ，Huai'an 223200，China
  • 4. State Key Laboratory of Seismic Dynamics，Institute of Geology，China Seismological Bureau，Beijing 100029，China
  • 5. Regional Geological Survey Academe of Shaanxi Geology and Mining Group Co. ，Ltd. ，Xianyang 712000，China
  • 6. Exploration Division of Qinghai Oilfield Company，PetroChina，Dunhuang 736202，China
  • 7. Research Institute of Exploration and Development of Qinghai Oilfield Company，PetroChina，Dunhuang 736202，China

Received date: 2021-12-01

  Revised date: 2022-03-02

  Online published: 2022-07-11

Supported by

The National Natural Science Foundation of China(42172123)

the Scientific Research Team Foundation from the Department of Geology of Northwest University(DZX-2020-T-3)

Fold

Highlights

The Lower-Middle Jurassic source rocks are developed in the western Qaidam Basin （WQB）， which has good hydrocarbon exploration potential. However， the current research on the provenance， paleo-environment and depositional system of the Lower-Middle Jurassic in this area is relatively weak， which hinders the process of hydrocarbon exploration. Based on outcrop， drilling， seismic data and element geochemical analysis， combined with paleocurrent， heavy minerals， gravel statistics and clastic composition analysis， this study reconstructs the provenance， depositional system and paleo-climate environment of the Early-Middle Jurassic in the WQB. The result shows that the depocenter of the Jurassic in northern WQB was located in the inner basin， and the paleo-Altyn Tagh Mountain was the main provenance area. The depocenter of south part of the WQB was located in piedmont of the present Altyn Tagh Mountain， accepting detrital supply from multiple sources such as paleo-Altyn Tagh Mountain， Kunlun Mountain and paleo-uplift in the basin. The dominated depositional system in the Lower-Middle Jurassic comprises alluvial fan， braided river， braided river delta and lacustrine facies. The Early-Middle Jurassic in the WQB was dominated by a warm and humid paleo-climate. The Early-Middle Jurassic deposition in the WQB was characterized by near source accumulation， rapid facies transition and multiple depo-centers. In the Early Jurassic， several small-scale faulted lacustrine sags developed which separated from each other， whereas there was a large-scale multi-depocenter depression lacustrine basin which was developed in the Middle Jurassic.

Cite this article

Xuan LI , Junfeng ZHAO , Di WANG , Chao HU , Xudong ZHAO , Ke WANG , Bin GUAN , Hailong ZHANG . Discussion on depositional system and paleo-climate during the Early-Middle Jurassic in the western Qaidam Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2022 , 33(7) : 1060 -1073 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2022.02.007

0 引言

柴达木盆地是青藏高原内部最大的含油气盆地。钻井及地震勘探表明，侏罗系主要发育于柴达木盆地北部及西部地区。阿尔金山前至柴达木盆地西缘地区，习惯称为“柴西地区”［1-2］，下—中侏罗统为该地区油气勘探开发的重要层位。阿尔金山前东坪—牛东地区已探明以下侏罗统暗色泥岩为烃源岩的东坪气田；月牙山北和清水沟地区分别发育256 m和288 m厚的优质烃源岩，显示柴西侏罗系具有良好的油气勘探潜力［1-6］。然而，由于盆地新生代沉积厚度巨大，后期改造强烈，深层地质资料有限，制约了油气勘探进程［2，7-8］。前人［4-6］主要通过野外露头对柴西地区侏罗系沉积特征、层序地层及原型盆地开展了不同程度的研究，对研究区的沉积相类型、古地理面貌及生油潜力等取得若干重要认识，但对侏罗系沉积物源、古气候环境及沉积演化等方面的认识仍较为薄弱；对于物源方向的确定主要依据野外实测古流向［9-12］，证据较为单一。
本文通过钻井和露头沉积学分析，结合古水流、砾石统计及碎屑组分等多方法物源分析，对柴西地区早—中侏罗世的物源系统、古气候环境及沉积体系进行重建和探讨，以期对该地区油气勘探提供一定的参考。

1 区域地质背景

柴达木盆地是青藏高原内部最大的沉积盆地，西依阿尔金山，北邻南祁连山，南接东昆仑山，地处多板块结合部位，面积约为12×104 km2 ［图1（a）］，为我国西部重要的大型含油气盆地［7，13-15］。柴西地区西以阿尔金断裂带同塔里木盆地毗邻，南以昆北断裂与祁漫塔格—东昆仑山相接，北以小赛什腾山与苏干湖地区相望，面积约为2.5×104 km2［图1（b）］。柴西地区是阿尔金造山带和柴达木盆地相互作用的构造交接带，也是柴达木盆地沉积、构造最复杂，侏罗系油气勘探潜力最大的地区之一［16-20］。根据柴西地区侏罗系厚度分布特征的差异，可将其分为南段和北段（图1）。
图1 研究区位置及地质特征

（a）柴达木盆地大地构造位置图；（b）柴西地区地质简图

Fig.1 Location and geological characteristics of the study area

2 地层与沉积体系

柴西地区侏罗系主要出露于阿尔金山前且分布较为局限，各处保存的具体层段和厚度差别较大［21］。参考前人的地层划分方案，结合孢粉组合、岩性组合及植物化石的相关内容，将其自下向上划分为下侏罗统大煤沟组a段、中侏罗统大煤沟组b段和c段，以及上侏罗统采石岭组和红水沟组［9，17，22-23］（图2）。
图2 柴达木盆地西部地区侏罗系划分与对比（据文献［17，22］，修改）

Fig.2 Division and correlation of Jurassic strata in the western Qaidam Basin （modified from Refs.［17，22］）

2.1　下侏罗统

下侏罗统在柴西地区南、北段均有分布，但现存厚度差异较大。地震剖面揭示，南段侏罗系由阿尔金山前向盆内逐渐减薄，表明阿尔金山前为沉积区；而北段侏罗系厚度由山前向盆内逐渐增厚，指示阿尔金山为盆内侏罗系沉积提供物源（图3）。
图3 柴西地区阿尔金山前典型地震剖面［剖面位置见图1（b）］

（a） 柴西地区南段地震剖面图；（b） 柴西地区北段地震剖面图。J：侏罗系；E1+2 l：路乐河组；E3 1 g：下干柴沟组下段；E3 2 g：下干柴沟组上段；N1 sg：上干柴沟组；N2 1 x：下油砂山组；N2 2 s：上油砂山组；N2 2 s：狮子沟组

Fig.3 Typical seismic profiles in piedmont areas of the Altyn Tagh Mountain in the western Qaidam Basin（see Fig.1（b） for location）

2.1.1 柴西地区南段

柴西地区南段下侏罗统大煤沟组a段零星出露于阿尔金山前，残存范围较小，厚度为80~850 m，厚度横向变化较大。其中I号沟剖面地层厚度最大，下部主要为灰绿色砾岩、含砾砂岩［图4（a）］，向上渐变为灰绿色砂岩，发育平行层理［图5（c）］，总体表现为近物源的冲积扇—辫状河沉积特征。
图4 柴西地区侏罗系露头典型岩性特征

（a） 灰绿色含砾砂岩（I 号沟，J1）；（b） 杂色混杂堆积砾岩（红水沟，J1）；（c） 灰白色粗砂岩（阿克提大沟，J1）；（d） 煤层（红水沟，J2）；（e） 灰黑色湖相页岩（清水沟，J2）；（f） 灰白色含砾砂岩（黑石山，J1）

Fig. 4 Typical lithologic characteristics of the Jurassic outcrops in the western Qaidam Basin

图5 柴西地区露头侏罗系典型沉积构造及沉积相标志

（a） 板状交错层理（阿克提大沟，J2）；（b） 水平层理（清水沟，J2）；（c） 平行层理（I 号沟，J1）；（d） 灰黑色炭质泥岩，含大量植物碎片化石（I号沟，J1）；（e） 紫红色细砂岩（月牙山北，J1）；（f） 炭质泥页岩夹薄层砂岩（煤窑沟，J2）

Fig. 5 Typical sedimentary structures and sedimentary indicators of Jurassic outcrop in the western Qaidam Basin

阿克提大沟下部岩性为紫红色含砾砂岩，砾岩呈叠瓦状排列，向上渐变为灰白色粗砂岩［图4（c）］，底部发育冲刷—充填构造，表现为近物源的辫状河沉积特征。清水沟地区岩性较细，下部为深灰色炭质页岩夹粉砂岩，上部为灰色粉砂岩夹砾、含砾砂岩，表现为远离物源的湖泊沉积特征。红水沟剖面下侏罗统下部为灰绿色砾岩（图6，图7），向上渐变为灰色含砾粗砂岩，底部可见冲刷面和砾石，为典型的河床滞留沉积，砂体发育平行层理，多呈透镜状。该剖面表现为近物源的冲积扇扇中辫状河道沉积特征［图4（b）］。
图6 柴西地区北段下侏罗统沉积相对比剖面［剖面位置见图1（b）］

Fig.6 Correlation cross section showing the sedimentary facies in north part of the western Qaidam Basin （see Fig.1 （b）for location）

图7 柴西地区南段下—中侏罗统沉积相对比剖面［剖面位置见图1（b）］

Fig.7 Correlation cross section showing the sedimentary facies in south part of the western Qaidam Basin （see Fig.1 （b）for location）

黑石山、月牙山北、煤窑沟剖面也出露少量大煤沟组a段地层（图1，图7），厚度约为135~148 m。黑石山剖面岩性为灰白色砾岩与含砾砂岩、泥岩互层，砂岩底部常见冲刷面和定向排列的砾石，为河道滞留沉积，整体表现为砾质辫状河沉积特征［图4（f）］。月牙山北和煤窑沟剖面岩性为灰绿色砂岩、砂砾岩及灰黑色炭质泥页岩，夹紫红色粉砂岩，发育槽状交错层理和水平层理，整体表现为辫状河三角洲—湖泊沉积特征。月牙山北剖面岩性较黑石山、煤窑沟剖面细，湖泊沉积更为发育。

2.1.2　柴西地区北段

柴西地区北段牛东—鄂博梁I号构造带下侏罗统大煤沟组a段出露较少，但盆内多口井钻遇。大煤沟组a段厚度约为800~1 433 m，从山前向盆内逐渐加厚（图3，图6）。阿尔金山前N3井、N2井发育大套灰色砾岩，厚度约为600~800 m，表现为近物源的冲积扇沉积，表明该区早侏罗世沉积受阿尔金山控制。
由山前向盆内鄂博梁I号地区地层逐渐变厚，其岩性主要为灰色细砂岩、粉砂岩和泥岩夹泥灰岩和含砾砂岩。泥岩常具水平层理，具湖泊沉积特征。由阿尔金山前向盆地内部，表现为一套冲积扇—辫状河—辫状河三角洲—湖泊沉积体系（图6）。

2.2　中侏罗统

2.2.1　大煤沟组b段

中侏罗统在柴西地区北段整体缺失，但在柴西地区南段有大量的煤系地层出露，残存范围和厚度较下侏罗统明显增大。大煤沟组b段厚度为70~1 400 m，北西厚、南东薄，整合于下侏罗统之上。I号沟剖面中侏罗统岩性较下侏罗统细，为灰绿色砂岩，向上渐变为灰绿色砂岩与粉砂岩互层，表现为近源的辫状河三角洲沉积。
阿克提大沟整体发育一套三角洲平原相沉积，炭质板岩和煤层发育，砂岩中常见板状、槽状交错层理［图5（a）］，属近源辫状河三角洲沉积。清水沟地区岩性为深灰色炭质页岩［图4（e）］、粉砂岩夹中砂岩、砾岩，发育水平层理［图5（b）］，为代表沉积中心的半深湖—深湖亚相。红水沟地区下部为灰色含砾砂岩，中部为煤层与泥岩互层［图4（d）］；上部为灰白色砾岩与深灰色泥岩互层，为典型的近物源三角洲平原沉积。
黑石山剖面与月牙山北剖面岩性为深灰色炭质页岩、泥灰岩夹粉砂岩，总体显示为湖泊沉积，月牙山北剖面岩性较黑石山细，表明其沉积物搬运距离更远。煤窑沟剖面下部为深灰色泥岩与粉砂岩互层；中部为深灰色中砂—粗砂岩与泥岩互层；上部为灰色粗砂岩夹煤层、砾岩及含砾砂岩；表现为近源湖泊—辫状河三角洲相沉积。

2.2.2　大煤沟组c段

大煤沟组c段分布范围较为局限，厚度约为400 m，较下伏大煤沟组b段小，仅在清水沟西—带少许出露。以深灰色粉砂质板岩、湖相泥页岩为主，泥岩常发育水平层理和页理，代表水动力较弱的湖泊环境（图7）。

3 物源分析

3.1　古水流分析

古水流方向可通过交错层理、砾石排列组构、波痕、槽模等沉积标志进行测定。本文在汇总前人［9-12］在月牙山北、采石岭、黑石山、清水沟等剖面所测古水流数据基础上，补充测量了清水沟、阿克提大沟及红沟子西南等剖面的古流向，获得野外实测古水流数据共38组，对倾斜岩层通过吴氏投影网进行了校正。
研究表明，柴西地区I号沟剖面底部冲积砾石定向排列指示其古流向为正E向；阿克提大沟剖面通过板状交错层理指示其古流向自SW流向NE；清水沟剖面通过槽状交错层理指示其古流向为NE向；煤沟、红沟子西南和采石岭地区古流均为NW向；黑石山剖面下侏罗统底部砾石排列指示其古流向为NE向；月牙山北地区早—中侏罗世古水流均为SW向（图8）。
图8 柴西地区早—中侏罗世古水流与砾石成分分布（部分古水流数据据文献［8-12］修改）

Fig.8 Distribution of paleocurrents and gravel composition of the Early-Middle Jurassic in the western Qaidam Basin （partly paleocurvent data modified from Refs.［8-12］）

上述分析表明，柴西地区南段古流向优势方位为NE向，指示主要物源区应在西南侧的祁漫塔格—东昆仑地区，少数指向SW向的古流向，表明可能有来自邻近出露的古老岩体物源。由古水流实测点平面分布可知，各处都存在指向清水沟的古流向。结合前述岩相学研究认为，清水沟地区应为柴西地区南段的主要汇水中心；月牙山北地区古水流格局较为紊乱，物源方向较多，推断其为除清水沟以外的另一个沉积中心［9-10］。

3.2　砾石成分分析

砾石作为盆地沉积的产物之一，可记录源区源岩组成、搬运路径等信息，为恢复盆地原始沉积关系提供依据。下—中侏罗统含砾砂岩在柴西地区南段多个露头发育。本文研究对I号沟、阿克提大沟、红水沟和黑石山剖面进行了砾石成分统计，每个观测点统计的砾石数量在100~150之间。
研究表明，I号沟砾岩主要成分为燧石，含少量石英岩、变质岩、火成岩和砂岩，粒径在0.2~1 cm之间，分选、磨圆总体较差，表明其更靠近物源区；阿克提大沟砾石主要成分为石英岩、燧石及少量的火成岩、变质岩和泥岩砾石，粒径在0.2~10 cm之间，整体色调为灰绿色；红水沟砾石成分主要为变质岩，砾径在1~10 cm之间，砾岩主要色调为黄绿色，分选、磨圆总体较差；黑石山地区砾石成分主要为变质岩、燧石、火成岩和砂岩，含少量石英岩、泥岩和灰岩砾石，砾径在1~10 cm之间，个别可达15 cm（图8）。
上述分析表明，I号沟剖面表现为单一、独立、近距离的物源搬运特征，物源主要来自西侧古老岩体；阿克提大沟地区与清水沟地区砾石成分相似，表明二者主要物源区均为东昆仑—祁漫塔格山，但清水沟一带的砾石磨圆度、分选性更好，说明该处砾石搬运距离更远；红水沟剖面与黑石山剖面砾石成分相似，表明二者主要物源可能来自盆内的古隆起，但黑石山一带的砾石磨圆度、分选性更好，说明其距离物源区相对更远。

3.3　碎屑组分和岩屑类型特征

3.3.1　碎屑组分平面变化规律

砂岩碎屑组分中的石英、长石和岩屑含量，可反映物源搬运方向及潜在的源区位置。通过对柴西地区下—中侏罗统25件岩石薄片进行鉴定和分析，根据石英、长石和岩屑3种碎屑组分的不同组合特征及其含量高低，可将研究区分为以下5个区域［图9（a）］。①I号沟剖面：以长石含量高为特征，最高可达40%，平均含量为24%；②阿克提大沟和清水沟地区：以石英含量较高为特征，含量分别为70%~77%和70%~91%；③红水沟、红沟子西南和黑石山地区：石英、岩屑含量较高，长石含量较低，三地区三者平均含量分别为55%、35%、10%，59%、33%、8% 及53%、27%、20%；④煤窑沟和月牙山北地区：石英和长石含量较高，岩屑含量较低，两地区三者平均含量分别为54%、30%、6%以及74%、18%、8%；⑤牛东—鄂博梁I号构造带：石英含量较高，长石和岩屑含量较为接近，平均含量分别为74%、10%和16%。上述分析表明，柴西地区北段与柴西地区南段碎屑成分组合特征存在差异，说明其来自不同的物源体系。
图9 柴西地区下—中侏罗统碎屑组分和岩屑组分及物源方向分布

（a） 碎屑组分及其指示的物源方向；（b） 岩屑组分及其指示的物源方向

Fig.9 Provenance directions based on the detrital components and the detritus compositions of the Lower-Middle Jurassic successions in the western Qaidam Basin

3.3.2　岩屑类型特征

碎屑岩中的岩屑是源区原岩的组成部分，能够直接反映母岩性质。根据岩屑类型及组合特征，可以对物源特征作进一步判断。
以研究区中—下侏罗统25个岩石薄片鉴定资料为基础，根据岩屑类型及其含量变化，可以将柴西地区划分为以下5个区域［图9（b）］。①I号沟岩屑类型主要为岩浆岩和变质岩岩屑，沉积岩岩屑少量到极少；②阿克提大沟与清水沟地区岩屑类型主要为变质岩和沉积岩岩屑，岩浆岩岩屑极少量甚至缺乏；③红水沟、红沟子西南及黑石山地区岩屑类型均为高变质岩屑、低岩浆岩和沉积岩岩屑；④月牙山北和煤窑沟剖面岩屑类型主要为岩浆岩，变质岩和沉积岩岩屑含量较少；⑤柴西地区北段牛东—鄂博梁I号构造带的变质岩和沉积岩岩屑含量较高，岩浆岩岩屑少量甚至缺乏，其岩屑组合特征明显区别于柴西地区南段，表明其物质来源存在明显差异。

3.4　重矿物组合特征

重矿物是物源变化极为敏感的指示剂，随着沉积物离开物源区的距离增加，不稳定重矿物相对含量会逐渐减少，而稳定矿物相对含量会逐渐增加；重矿物组合特征也可推测物源区母岩类型和性质。
对柴西地区下—中侏罗统共18件重矿物样品进行鉴定及统计的结果表明，不同地区重矿物组合差别较大，可分为5个区域：①I号沟：重矿物组合为锆石+榍石+白钛矿，总含量占85%；②阿克提大沟和清水沟：重矿物组合为锆石+白钛矿+赤褐铁矿，总含量占78%；③红水沟和红沟子西南：重矿物组合为锆石+赤褐铁矿，总含量占90%；④煤窑沟和月牙山北：电气石+白钛矿+赤褐铁矿，总含量占82%；⑤牛东—鄂博梁I号构造带：重矿物组合为锆石+电气石+金红石+赤褐铁矿，总含量占67%（图10）。
图10 柴西地区下—中侏罗统重矿物组合分布（据文献［8］修改）

Fig.10 Distribution of the heavy mineral associations of the Lower-Middle Jurassic successions in the western Qaidam Basin （modified from Ref.［8］）

上述分析表明，柴西地区北段侏罗系不稳定重矿物含量较高，总体显示为近源沉积特征，推测阿尔金山为其主要物源区；柴西地区南段以稳定重矿物占主导地位，且不同区域重矿物类型和组合区别明显，推测其物源可能来自昆仑山、阿尔金山及盆地内部古隆起。

4 古气候分析

碎屑岩的形成经历了沉积物搬运、堆积和成岩作用，其物质成分会发生变化，而泥岩、页岩及粉砂岩等能够较好地保存沉积时的古气候环境信息［24-26］。因此，本文研究主要采集了柴西地区下—中侏罗统页岩和粉砂岩样品，进行元素地球化学测试。

4.1　古盐度判别

古盐度是指示地质历史时期环境变化的一个重要指标［27］。Sr/Ba值可以定性地判别介质古盐度，Sr/Ba值大于 1 为海相咸水，小于 0.6 为陆相淡水，介于 0.6~1 之间为半咸水相［28-29］。对研究区 7 个细粒沉积样品进行微量元素分析表明，Sr/Ba值介于0.11~0.86之间，平均值为 0.31，所测数据平均值小于0.6，仅个别数据大于0.6，由此推断盆地早—中侏罗世主要为陆相淡水环境，仅局部地区（月牙山北剖面）为半咸水环境［表1，图11（a）］。
表1 柴西地区中—下侏罗统微量元素含量测试结果

Table 1 Trace elements contents from the Middle-Lower Jurassic in the western Qaidam Basin

样品编号

采样位置

（层位）

 微量元素含量/10-6 U/Th V/Cr V/Sc Sr/Ba Sr/Cu Ni/Co
Sc V Cr Co Ni Cu Sr Ba Th U
CX17-27 月牙山北（J1） 5.69 39.5 35.1 123 13.5 8.59 142 319 7.05 1.65 0.23 1.13 6.94 0.45 16.5 0.11
CX17-28 月牙山北（J1） 10.2 67.6 57.9 63 30 28.4 166 194 10.9 2.41 0.22 1.17 6.62 0.86 5.83 0.48
CX17-41 I号沟（J1） 18.3 157 112 30.4 67.1 66 132 1196 19.7 6.34 0.32 1.41 8.61 0.11 2 2.21
CX17-53 拉配泉（J2） 12.4 109 98.3 88.4 54.6 27.2 75.5 507 12.8 3.82 0.3 1.11 8.79 0.15 2.77 0.62
LENG41-1 冷湖四号（J1） 8.62 52.3 36.7 149 11.1 11.5 85.5 450 6.32 1.48 0.23 1.43 6.07 0.19 7.45 0.07
CX17-14 清水沟（J2） 19 109 113 48.4 45.7 44.1 124 610 17.3 3.47 0.2 0.96 5.74 0.2 2.81 0.95
CX17-02 红水沟（J2） 26.5 175 126 83.2 49.2 60.7 71.9 293 7.63 3.38 0.44 1.39 6.6 0.25 1.18 0.59
图11 柴西地区下—中侏罗统古盐度（Sr/Ba）及古气候（Sr/Cu）判别图

Fig.11 Discriminants of palaeosalinity （Sr/Ba） and palaeoclimate （Sr/Cu） of the Lower-Middle Jurassic in the western Qaidam Basin

4.2　古沉积水体介质的氧化还原判别

判断沉积时氧化还原条件的指标主要有U/Th、V/Cr、Ni/Co及V/（V+Ni）等。当沉积水体为还原环境时：V/Cr>4.25、Ni/Co>7.0、U/Th>1.25；氧化环境下：V/Cr<2.0、Ni/Co<5.0、U/Th<0.75、V/Sc<9。
而V/（V+Ni）值常用于判断沉积物沉积时底层水体分层强弱，大于0.84分层强，0.6~0.84之间分层中等，0.4~0.6之间分层弱［30-33］。柴西地区中—下侏罗统U/Th值为0.20~0.44；V/Sc值为5.74~8.79［图12（b）］；V/Cr值为0.96~1.43［图12（a），图12（c）］；Ni/Co值为0.07~2.21［图12（c），图12（d）］；V/（V+Ni）值为0.67~0.83，介于0.6~0.84之间，表明沉积时底层水体中等分层。综合判断柴西地区早—中侏罗世古水体为较为稳定的富氧、淡水环境。
图12 柴西地区下—中侏罗统古水体氧化—还原性质判别图解（底图据文献［30］）

Fig.12 Discriminants of oxidation-reduction conditions of paleo-water body during the Lower-Middle Jurassic in the western Qaidam Basin （basemap cited from Ref.［30］）

4.3　古气候重建

4.3.1　古气候的宏观沉积标志

古植物及沉积学、岩石学等方面的宏观标志是沉积古气候重建的重要依据。研究区下侏罗统中—下部河漫沼泽微相中普遍发育灰黑色炭质页岩、泥岩［图5（d）］，反映了早侏罗世温暖、湿润的气候。在月牙山北剖面的上部，沉积体系由中下部的湖泊相向上快速转变为辫状河三角洲相，岩性也由灰色岩系转变为紫红色粗碎屑岩［图5（e）］；拉配泉剖面出露的下侏罗统为一套红色岩系，指示早侏罗世晚期可能有短暂的干旱氧化事件。柴西地区中侏罗统煤层、煤线及炭质页岩较为发育［图4（d），图5（f）］；在清水沟剖面暗色泥岩中发现鱼类化石，反映中侏罗统沉积形成于温暖潮湿的气候环境下。

4.3.2　古气候的地球化学判别指标

细粒沉积物中微量元素受古沉积气候影响显著，不同的元素在特定的环境下可以保存下来，其中：喜湿型元素为Cr、Ni、Mn、Cu、Fe、Ba、Br、Co、Cs、Hf、Rb、Sc、Th；喜干型元素为Sr、Pb、Au、As、Ca、Na、Ta、U、Zn、Mg、Mo、B（表1）。喜干型元素（Sr）与喜湿型元素（Cu）的比值可以反映古气候，Sr/Cu<10指示温湿气候，Sr/Cu>10指示干热气候［32］。柴西地区下—中侏罗统除1个样品（来自月牙山北剖面下侏罗统的顶部）的Sr/Cu值（Sr/Cu=16.54）较高外，其他样品的Sr/Cu值均小于10，反映下—中侏罗统沉积时期为稳定的温暖、潮湿的气候环境［表1，图11（b）］。化学蚀变指数（CIA）可用来指示碎屑岩源区的风化作用强度和古气候条件。沉积物 CIA值介于50~65之间时反映寒冷干燥气候，65~85 为温暖湿润气候，85~100 则代表炎热潮湿气候［34］。其计算公式为：
CIA=Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O)×100[34]
（1）
柴西地区早—中侏罗世样品CIA 值介于52.1~85.0之间 （平均值为72.1），其中，仅月牙山北剖面的CIA值介于50~65 之间，其余样品的CIA值均介于65~85之间（表2）。除此之外，月牙山北地区Sr/Ba值、Sr/Cu值均高于其他地区，可能是局部沉积中心干旱化造成的。总体上研究区早—中侏罗世整体以温暖湿润的气候为主。
表2 柴西地区中—下侏罗统主量元素含量测试结果

Table 2 Major elements contents from the Middle-Lower Jurassic in the western Qaidam Basin

样品编号 采样位置（层位） 主量元素含量/10-6 CIA
SiO2 TiO2 Al2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5
CX17-11 红沟子西南（J1） 75.69 0.4 11.86 0.09 1.45 0.48 2.96 1.46 0.08 74.3
CX17-16 清水沟（J2） 81.79 0.16 9.37 0.01 0.57 0.42 1.64 1.8 0.04 72
CX17-31 阿克提大沟（J1） 88.6 0.07 5.53 0.02 0.34 0.12 0.12 1.1 0.01 80.5
CX17-20 清水沟（J2） 81.19 0.23 8.9 0.06 0.37 0.59 2.22 1.54 0.07 69.9
CX17-27 月牙山北（J1） 70.63 0.39 9.61 0.07 1.54 4.81 3.12 1.04 0.08 54.1
CX17-28 月牙山北（J1） 58.06 0.6 12.38 0.15 2.25 7.91 2.23 2.27 0.14 52.1
CX17-38 I号沟（J1） 60.14 0.8 14.28 0.12 2.62 4.52 2.91 2.64 0.23 64.5
CX17-53 拉配泉（J2） 74.58 0.75 11.88 0.02 0.91 0.33 0.14 1.79 0.09 84.3
CX17-22 清水沟（J2） 80.5 0.21 9.31 0.03 0.59 0.86 1.67 1.66 0.05 70.4
N-102-2 牛102井（J1） 61.92 0.94 22.49 0.01 0.85 0.16 0.33 2.92 0.04 85.0
CX17-02 红水沟（J2） 66.27 1.59 12.58 0.04 2.83 0.92 0.26 1.2 0.02 84.2
综上所述，通过岩性特征、古生物化石以及地球化学指标等判别标志，表明柴西地区早—中侏罗世经历了温湿—干热—温湿的气候转变过程，整体以温暖、潮湿的气候为主。早侏罗世发育生长断陷型湖盆，气候温暖潮湿；早侏罗世晚期存在明显的升温事件导致气候变得干旱；中侏罗世盆地沉积范围扩张，气候恢复温暖、潮湿，有利于生烃有机质的发育。

5 沉积体系展布与演化重建

由上述多种物源分析可知：早—中侏罗世柴西地区北段相邻的阿尔金山为剥蚀区，为盆地内部提供物源；而柴西地区南段—阿尔金山前主体接受沉积，其物源主要来自阿尔金山、昆仑山及盆地内部古隆起区等多个源区。其中，I号沟地区物源来自西侧古老出露岩体；阿克提大沟和清水沟地区物源主要来自昆仑山；红水沟、红沟子西南和黑石山地区物源均来自盆内的古隆起；煤窑沟与月牙山北地区物源主要来自阿拉巴斯套地区（古阿尔金山）；牛东—鄂博梁I号构造带物源主要来自北阿尔金山。
综上所述，认为柴西地区侏罗系具有近源堆积、相变快、多沉积中心等特点。柴西地区南段清水沟、月牙山北及煤窑沟剖面侏罗系发育典型的湖泊相沉积，古水流和碎屑矿物物源亦指示这些地区为汇水中心，地层厚度由阿尔金山前向盆内逐渐减薄，表明其可能为当时的沉积中心。而柴西地区北段下侏罗统表现为由阿尔金山向盆地内部岩性变细，厚度逐渐增加的特点，推测阿尔金山地区为柴西北段侏罗系沉积的物源区。结合课题组已发表成果［2， 7］，地震剖面显示柴西地区侏罗系沉积边部发育同沉积断层，地层厚度较大，向盆地中心厚度减薄［图3（b）］，表明柴西地区早侏罗世发育多个相互分隔的小型断陷盆地，且形成过程主要受断层控制。下侏罗统在柴西地区北段沉积规模相对较大，可与柴北缘连为一体［图13（a）］。中侏罗世早期继承了早侏罗世分隔断陷型的盆地格局，控凹断裂活动强度有所减弱，盆地沉积范围逐渐扩张，地势逐渐平坦，沼泽环境开始发育，并形成厚煤层，经过前期的填平补齐作用后，至中侏罗世中晚期，地势已趋于平坦，沉积范围有所扩张，地震剖面显示此阶段沉积地层呈较稳定的板状分布，不受断层控制，指示盆地类型转换为规模较大的坳陷型湖盆［图3（a），图13（b）］。
图13 柴西地区早—中侏罗世沉积体系恢复

（a） 早侏罗世；（b） 中侏罗世

Fig.13 Reconstructions of the depositional system during the Early-Middle Jurassic in the western Qaidam Basin

6 结论

（1）早—中侏罗世，在柴西地区北段盆地内部广泛接受沉积，古阿尔金山为其主要物源供给区；而柴西地区南段阿尔金山前主体接受沉积，其物源主要来自古阿尔金山、昆仑山及盆地内部古隆起等多个物源区。下—中侏罗统主要发育冲积扇—辫状河—辫状河三角洲—湖泊沉积体系。
（2）柴西地区早—中侏罗世气候经历了温湿—干热—温湿的古气候转变过程，整体以温暖、潮湿的古气候环境为主。中侏罗世盆地沉积范围较大，湖盆水体较深，气候温暖、潮湿，有利于烃源岩的发育。
（3）柴西地区早—中侏罗世沉积具有近源堆积、相变快、多沉积中心等特点。早侏罗世发育多个相互分隔的小规模断陷型湖盆；中侏罗世盆地沉积范围扩张，形成规模较大的坳陷型湖盆。

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