Natural Gas Geoscience >

2023 , Vol. 34 >Issue 8: 1374 - 1384

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2023.03.020

Geochemical characteristics and geological significance of Paleogene rare earth elements in the northern margin of Qaidam Basin

  • Guangyao YUAN , 1 ,
  • Fengjie LI , 1, 2
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  • 1. Key Laboratory of Deep⁃time Geography and Environment Reconstruction and Applications，MNR & Institute of Sedimentary Geology，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China
  • 2. State Key Laboratory of Oil & Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu 610059，China

Received date: 2022-12-07

  Revised date: 2023-03-26

  Online published: 2023-07-28

Supported by

The China National Key Research and Development Program(2018YFC0604201)

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Highlights

The paleoenvironment and paleoclimate of the Paleogene Paleocene Lulehe Formation and Oligocene Xiaganchaigou Formation in Qaidam Basin have high research value. In this paper， taking the northern margin of Qaidam Basin as an example， the tectonic setting， paleoclimate and paleo-redox conditions of the depositional source areas of the Paleogene Lulehe Formation and Xiaganchaigou Formation are discussed by using the test data of rare earth elements， in order to reveal the changes of paleoenvironment and paleoclimate. The research shows that： the Paleogene Lulehe Formation and Xiaganchaigou Formation have obvious negative Eu anomaly and slight negative Ce anomaly. The REDOX indices δCe<0.95， Ceanom<0 and U/Th<0.75 consistently indicate oxidation conditions. The value of paleoclimate ΣREE （63.38-170.88）， Eu negative anomaly and Rb/Sr （mean value 0.44） indicate a warm and humid climate. The Sm/Nd values of 0.18-0.28 indicate that the sediments originated from the upper crust， and the corresponding relation of（La/Yb）N-ΣREE indicates that the sediments mainly originated from sedimentary rocks.

Cite this article

Guangyao YUAN , Fengjie LI . Geochemical characteristics and geological significance of Paleogene rare earth elements in the northern margin of Qaidam Basin[J]. Natural Gas Geoscience, 2023 , 34(8) : 1374 -1384 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2023.03.020

0 引言

近年来，随着稀土元素（Rare Earth Element，简称REE）含量及其比值在判断古沉积环境和古气候变化中的广泛应用［1-3］，利用REE的地球化学特征判断与恢复古环境和古气候已经成为沉积岩石学重要的研究手段之一［4-5］。REE是一类特殊的元素组合，具有化学性质稳定、均一化程度高的特征［2］。由于其在地质时期中不易受成岩作用的影响，能够保持其原始的沉积环境信息，而且沉积物中的稀土元素含量除了与物源区母岩的类型相关外，还会受气候环境变化、温度和海平面升降等外界相关因素的影响，因此分析沉积物中的稀土元素含量变化，可以反演沉积源物源体系、沉积期的气候环境以及氧化还原环境等特征［6-12］。柴达木盆地北缘（简称柴北缘）自中新生代以来受构造运动和沉积环境的影响，主要发育湖相沉积，湖相沉积物对青藏高原隆升及其环境效应具有重要影响。近几年，众多学者利用元素地球化学对柴达木盆地进行了物源、沉积构造和古环境恢复等方面的研究［13-16］，然而这些研究多集中于新近系的上干柴沟组［3］，对古近系的研究相对较少。鉴于此，本文拟通过对柴达木盆地北缘古近系古始新统路乐河组和渐新统下干柴沟组的泥岩进行系统取样，对其稀土元素的含量进行分析测试，基于球粒陨石标准化［17］和北美页岩标准化［18］2种标准化方法，分析标准化后的REE变化特征，进而探讨柴达木盆地北缘古近系路乐河组和下干柴沟组沉积过程中的古气候、古环境条件变化特征。以期为柴达木盆地古近纪的古气候和古环境变化研究提供指导。

1 区域地质背景

柴达木盆地是一个地处青藏高原东北角，平均海拔达3 000 m的大型陆相沉积盆地［19］。主要由东北的祁连山构造带、西北的阿尔金山构造带和南侧的东昆仑构造带共同构成柴达木盆地新格局［20］。位于南祁连山前和阿尔金山前缘的柴北缘构造带是盆地北部的一级构造单元，自西向东依次经过小赛腾什山、赛腾什山、鱼卡和绿梁山，呈北西—南东向展布（图1）。复杂的柴北缘构造主要受燕山运动及喜马拉雅运动的影响，发育赛腾什—祁连山前、冷湖—马海、鄂博梁—鸭湖及阿尔金等多个构造带［21-24］。
图1 柴达木盆地北缘构造带分布及研究区位置

Fig.1 Tectonic units in the northern margin of Qaidam Basin and location of the study area

柴达木盆地是中新生代陆相沉积盆地，发育在印支运动后产生的元古界变质结晶基底和古生界褶皱变形基底之上［25-27］。除第四系覆盖区外，古近系在柴北缘分布广泛，出露于盆地周缘以及盆内地面背斜构造所在地，地层保存程度差别很大。柴北缘古近系发育连续，自下而上包括古—始新统路乐河组（E1+2）和渐新统下干柴沟组（E3），其中下干柴沟组可进一步划分为下干柴沟组下段（E3 1）和下干柴沟组上段（E3 2），自盆地边缘到盆地中心位置，下干柴沟组厚度总体逐渐增加［28-30］。柴北缘古近系自山前向湖盆内部，沉积相类型变化较大［31］。位于阿尔金山前的鄂博梁Ⅰ号构造带，路乐河组主要为冲积扇沉积，由浅棕色砾岩、砾质砂岩夹细粉砂岩组成，向上逐渐过渡为湖泊相的棕褐色砂岩、粉砂质泥岩和泥岩；下干柴沟组主要为扇三角洲沉积，主要由灰白色砾岩、砂岩和砖红色粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩组成（图2）。
图2 鄂Ⅰ2井下干柴沟组和路乐河组沉积综合柱状图

Fig.2 Sedimentary composite histogram of Lower Ganchaigou and Lulehe formations in Well EI2

2 样品采集与测试方法

本文研究样品取自柴北缘不同次级构造带上16口古近系钻井的岩心和岩屑中的泥岩、粉砂质泥岩，钻井分布见图1，其中REE样品共20件，包括路乐河组5件、下干柴沟组下段5件、下干柴沟组上段10件；此外，还对10件样品进行微量元素的测试以用于样品有效性分析。具体的样品制备步骤如下：①将样品放入烘箱中，在105 ℃下，进行3 h的烘干；②取出样品，在坩埚中研磨至200目以下；③称取研磨的粉末样品50±1 mg于封闭溶样器中，加入0.01 mL的HF和1.5 mL的HNO3；④将装有样品的容器置于烘箱中，在190 ℃温度下加热48 h；⑤取出冷却后，在140 ℃下进行蒸干，加入3 mL的HCl再次封闭溶样2 h；⑥冷却后，将提取液放入PET（聚酯）瓶中并密封保存。样品的微量元素和REE分析均由四川省冶金地质岩矿测试中心使用电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS测试完成，检测温度23 ℃、相对湿度为40.0%~58.0%，实验结果误差小于2.0%，属于实验误差范围内。

3 分析测试结果

3.1　稀土元素含量

柴北缘古近系路乐河组和下干柴沟组泥岩、砂质泥岩的REE的分析测试结果见表1。从稀土元素含量统计表（表2）来看，路乐河组、下干柴沟组上段和下段的泥岩和砂质泥岩样品的稀土元素含量总体差别不大。路乐河组泥岩样品的稀土元素总量（ΣREE）介于（63.38~162.82）×10-6之间，平均为123.10×10-6；下干柴沟组下段泥岩样品的稀土元素总量（ΣREE）介于（71.47~161.35）×10-6之间，平均为110.72×10-6；路乐河组与下干柴沟组下段泥岩样品稀土元素总量基本相似。
表1 柴达木盆地北缘古近系泥岩稀土元素含量 (10-6)

Table 1 Test results of rare earth elements mudstone in the northern margin of Qaidam Basin

层位 井号 深度/m La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ΣREE LREE HREE

LREE

/HREE
E3 2 鄂中4 238 34.68 69.56 8.24 30.13 5.78 1.20 5.21 0.83 4.77 0.89 2.60 0.42 2.73 0.45 167.49 149.59 17.90 8.36
E3 2 冷四1 607.5 30.57 60.53 7.07 28.07 5.63 0.84 5.58 0.94 5.87 1.24 3.27 0.46 2.83 0.39 153.29 132.71 20.58 6.45
E3 2 东坪3 673.1 23.10 44.82 5.30 20.54 4.16 1.11 3.25 0.53 3.06 0.62 1.82 0.30 1.89 0.31 110.80 99.03 11.77 8.41
E3 2 马西1 801.9 21.30 42.36 5.26 22.20 5.42 0.59 5.09 0.80 4.66 0.92 2.26 0.30 1.70 0.23 113.09 97.13 15.96 6.09
E3 2 马北1 840.72 21.21 43.33 5.37 22.62 4.26 0.60 4.34 0.71 4.30 0.88 2.26 0.31 1.84 0.23 112.26 97.39 14.87 6.55
E3 2 冷96 994.63 26.80 54.92 6.53 25.30 5.00 1.15 4.28 0.71 4.37 0.84 2.41 0.38 2.54 0.41 135.63 119.70 15.93 7.51
E3 2 冷95 1 158.9 21.76 44.29 5.31 19.50 4.18 0.99 3.66 0.60 3.57 0.69 2.05 0.34 2.21 0.36 109.49 96.03 13.46 7.13
E3 2 冷87 1 226.97 33.80 65.11 7.87 32.30 5.93 0.76 5.94 0.99 6.12 1.28 3.34 0.46 2.83 0.32 167.05 145.77 21.28 6.85
E3 2 冷87 1 681.49 33.23 65.79 8.04 33.42 6.09 0.86 6.65 1.10 6.75 1.40 3.63 0.50 3.03 0.39 170.88 147.43 23.45 6.29
E3 2 仙3 2 900.8 29.59 59.98 7.51 31.95 6.14 0.76 6.51 1.12 7.51 1.55 4.17 0.60 3.77 0.55 161.71 135.93 25.78 5.27
E3 1 深86 1 380.47 31.41 61.58 7.52 31.21 5.65 0.71 6.19 1.05 6.61 1.41 3.74 0.53 3.29 0.45 161.35 138.08 23.27 5.93
E3 1 鱼33 1 390.6 17.10 33.07 3.94 15.96 2.96 0.45 3.02 0.51 3.19 0.68 1.79 0.25 1.56 0.21 84.69 73.48 11.21 6.55
E3 1 冷95 1 553.2 14.77 28.32 3.22 11.95 3.35 1.29 2.27 0.39 2.20 0.47 1.39 0.22 1.38 0.23 71.47 62.91 8.56 7.35
E3 1 仙6 3 043 36.37 57.11 6.90 28.37 5.78 0.67 6.11 1.02 6.32 1.32 3.47 0.48 2.95 0.36 157.23 135.20 22.03 6.14
E3 1 昆2 5 238.6 16.49 33.59 3.76 13.77 2.86 0.89 2.37 0.36 1.83 0.37 1.09 0.17 1.15 0.18 78.89 71.36 7.53 9.48
E1+2 冷四1 2 521.82 34.65 58.43 7.43 32.13 6.01 0.82 6.08 1.04 6.60 1.42 3.80 0.54 3.39 0.48 162.82 139.47 23.35 5.97
E1+2 冷95 2 715.3 13.81 24.13 3.12 11.66 2.60 0.78 2.09 0.35 1.73 0.39 1.14 0.19 1.20 0.19 63.38 56.10 7.28 7.71
E1+2 东坪1 3 135.3 32.19 63.66 7.07 26.51 5.10 1.26 4.31 0.67 3.62 0.70 1.92 0.30 1.86 0.30 149.45 135.78 13.67 9.94
E1+2 鄂3 3 528.2 27.77 55.92 6.32 22.82 4.66 1.00 4.09 0.67 3.81 0.73 2.09 0.35 2.29 0.37 132.89 118.49 14.41 8.22
E1+2 鄂I2 4 047.9 22.01 45.60 4.84 18.44 3.67 0.85 3.07 0.51 2.98 0.62 1.78 0.30 1.95 0.32 106.94 95.41 11.53 8.28

注：LREE表示轻稀土元素（La-Eu）含量； HREE表示重稀土元素（Gd-Lu）含量； ∑REE=LREE+HREE元素含量

表2 柴达木盆地北缘不同层段泥岩稀土元素质量分数

Table 2 Mass fraction of rare earth elements in mudstones of different strata in the northern margin of Qaidam Basin

层位 ΣREE/10-6 ΣLREE/10-6 ΣHREE/10-6
范围 平均值 范围 平均值 范围 平均值
下干柴沟组上段 109.49~170.88 140.17 96.03~149.59 122.07 11.77~25.78 18.10
下干柴沟组下段 71.47~161.35 110.7 62.91~138.08 96.2 7.53~23.27 14.52
路乐河组 63.38~162.82 123.10 56.1~139.47 109.05 7.28~23.79 14.05
下干柴沟组上段泥岩样品的ΣREE平均值（140.17×10-6）略高于路乐河组与下干柴沟组下段，变化范围介于（109.49~170.88）×10-6之间。相对于大陆上地壳的稀土元素含量（ΣREE为146.4×10-6），柴北缘古近系泥岩整体表现出不明显或微弱的REE亏损特征。除个别样品REE总量较低外，大部分泥岩样品REE总量与北美页岩相近。柴北缘古近系泥岩样品的稀土元素含量相似性，表明沉积物可能来自同一物源区［32］。
而轻稀土元素（LREE）和重稀土元素（HREE）之间的分异程度，可用二者总量的比值（ΣLREE/ΣHREE）来反映，该比值越大，则说明LREE越富集，HREE越亏损。柴北缘路乐河组、下干柴沟组下段和下干柴沟组上段3个层位稀土元素的ΣLREE/ΣHREE平均值分别为8.02、7.09和6.89，均具有较为明显的LREE富集、HREE亏损的特征。

3.2　稀土元素标准化与配分模式特征

沉积物稀土元素标准化的模式较多，常用的有球粒陨石标准化和北美页岩标准化2种方法，前者对于研究样品相对地球原始物质的变化情况具有重要的指示意义［17］，而后者则能够全面指示泥岩样品稀土元素在沉积过程中的混合与均一化的差异程度［18，33］。

3.2.1　稀土元素球粒陨石标准化

泥岩样品的稀土元素球粒陨石标准化后的配分模式见图3，从图3可以看出从路乐河组到下干柴沟组的配分曲线均显示La—Sm段曲线呈倾斜状，且斜率较大；而Gd—Lu段曲线呈水平状，斜率相对较小，表明轻、重稀土元素之间存在着明显的差异，且轻稀土元素含量相对较高，REE配分曲线表现为较为明显的右倾型（图3）；而Eu呈较为明显的谷状负异常，则表明轻稀土元素分异程度相对较大。稀土元素的分异程度也可以由（La/Yb）N和（Ce/Yb）N等参数反映［2］，比值越大，则反映轻、重稀土元素分异程度越大。柴北缘路乐河组、下干柴沟组下段和下干柴沟组上段泥岩（La/Yb）N取值范围分别为6.92~11.70、6.47~9.72和5.32~8.61，其平均值分别为8.46、7.84和7.51；而路乐河组、下干柴沟组下段和下干柴沟组上段泥岩（Ce/Yb）N取值范围分别为4.47~8.86、4.85~7.58和4.12~6.61，平均值分别为6.19、5.65和5.74。（La/Yb）N和（Ce/Yb）N参数表明柴北缘路乐河组和下干柴沟组泥岩样品的轻、重稀土元素分异程度均较大，其中下干柴沟组下段和下干柴沟组上段分异程度相近，明显低于路乐河组。
图3 柴北缘路乐河组和下干柴沟组稀土元素球粒陨石标准化配分模式

Fig.3 Chondrite-normalized REE patterns of Lulehe and Xiaganchaigou formations in the northern margin of Qaidam Basin

柴北缘路乐河组、下干柴沟组下段和上段泥岩样品δCeN平均值分别为0.96、0.95和0.97，均表现为微弱的Ce负异常，但其Ce异常与球粒陨石相比分异不明显（图3）。泥岩样品δEuN平均值由下至上分别为0.79、0.78和0.59，δEuN相对于球粒陨石均表现为较弱的Eu负异常。

3.2.2　稀土元素北美页岩标准化

泥岩样品的稀土元素的北美页岩标准化元素配分模式见图4，柴北缘路乐河组、下干柴沟组下段和上段的（La/Yb）S平均值分别为1.21、1.12和1.07，其中下干柴沟组下段和上段（La/Yb）S平均值与北美页岩（1.00）相近，且具有明显的相似性，而路乐河组的（La/Yb）S平均值明显高于下干柴沟组，表明它们之间的物源存在一定的差异。路乐河组的（La/Yb）S值高于北美页岩，表明轻、重稀土元素之间分异明显。柴北缘路乐河组、下干柴沟组下段和下干柴沟组上段泥岩样品δCeS自下而上平均值分别为0.88、0.87和0.89，相对于北美页岩整体呈较弱的Ce负异常。δEuS由下至上平均值分别为1.07、1.05和0.79，即路乐河组和下干柴沟组下段的δEuS平均值与北美页岩（1.00）基本相近，而下干柴沟组上段泥岩样品相对于北美页岩整体呈较弱的Eu负异常（表3）。
图4 柴北缘路乐河组和下干柴沟组稀土元素北美页岩标准化配分模式

Fig.4 NASC normalized REE patterns of Lulehe and Xiaganchaigou formations in the northern margin of Qaidam Basin

表3 柴北缘泥岩稀土元素标准化特征参数

Table 3 Standardized characteristic parameter of rare earth element chondrites in mudstone from the northern margin of the Qaidam Basin

层位 井号 球粒陨石标准化特征参数 北美页岩标准化特征参数
（La/Sm）N （La/Yb）N （Ce/Yb）N δCeN δEuN （La/Yb）S δCeS δEuS δCeanom
E3 2 鄂中4 3.87 8.61 6.61 0.98 0.71 1.23 0.90 0.96 -0.03
E3 2 冷四1 3.50 7.32 5.55 0.98 0.49 1.05 0.90 0.66 -0.05
E3 2 东坪3 3.58 8.28 6.15 0.96 0.98 1.18 0.88 1.32 -0.05
E3 2 马西1 2.54 8.49 6.46 0.95 0.37 1.21 0.87 0.49 -0.06
E3 2 马北1 3.21 7.81 6.11 0.97 0.45 1.12 0.88 0.61 -0.05
E3 2 冷96 3.46 7.15 5.61 0.99 0.81 1.02 0.90 1.09 -0.03
E3 2 冷95 3.36 6.67 5.20 0.98 0.83 0.95 0.90 1.12 -0.03
E3 2 冷87 3.68 8.09 5.96 0.95 0.42 1.16 0.87 0.56 -0.06
E3 2 冷87 3.52 7.43 5.63 0.96 0.44 1.06 0.88 0.59 -0.06
E3 2 仙3 3.11 5.32 4.12 0.96 0.39 0.76 0.88 0.53 -0.06
E3 1 深86 3.59 6.47 4.85 0.95 0.39 0.92 0.87 0.53 -0.06
E3 1 鱼33 3.73 7.43 5.50 0.96 0.49 1.06 0.88 0.66 -0.06
E3 1 冷95 2.84 7.25 5.32 0.98 1.53 1.04 0.89 2.06 -0.04
E3 1 仙6 4.06 8.35 5.02 0.86 0.37 1.19 0.79 0.50 -0.13
E3 1 昆2 3.72 9.71 7.57 1.02 1.11 1.39 0.93 1.50 -0.02
E1+2 冷四1 3.72 6.92 4.47 0.87 0.44 0.99 0.79 0.60 -0.12
E1+2 冷95 3.43 7.80 5.21 0.88 1.09 1.11 0.80 1.47 -0.09
E1+2 东坪1 4.07 11.72 8.87 1.00 0.87 1.68 0.92 1.18 -0.03
E1+2 鄂3 3.85 8.21 6.33 1.00 0.75 1.17 0.92 1.01 -0.02
E1+2 鄂I2 3.87 7.65 6.06 1.05 0.82 1.09 0.96 1.11 -0.01

注：表中下标为N表示采用球粒陨石标准化，δCeN=CeN/（LaN×PrN）1/2；δEuN=EuN/（SmN×GdN）1/2；下标为S表示采用北美页岩标准化， δCeanom=Lg［3CeS/（2LaS+NdS）］

4 讨论

4.1　成岩作用

稀土元素在一定程度上会受到成岩作用的影响，使δCeN和δEuN之间具有良好的负相关性、δCeN和ΣREE之间具有良好的正相关性，与之相反，若相关性差，则表明受成岩作用的影响相对较弱［11］。柴北缘古近系路乐河组和下干柴沟组泥岩样品的δCeN、δEuN和ΣREE之间不存在明显的相关性（图5），由此可见成岩作用对其影响有限。同样δCeN与（La/Sm）N之间较差的相关性，表明原始沉积物中存在的信息可以通过Ce异常展现［34］。由此可见，柴北缘古近系路乐河组和下干柴沟组泥岩样品几乎未受到后期成岩作用的影响，因此利用其稀土元素地球化学指标恢复的古环境是可靠的。
图5 柴北缘泥岩样品的δCeN—δEuN、δCeN—ΣREE、δCeN—（La/Sm）N相关性图解

Fig.5 Correlation diagram of δCeN -δEuN，δCeN -ΣREE and δCeN -（La/Sm）N of mudstone in the northern margin of the Qaidam Basin

4.2　沉积速率

稀土元素的分异程度是沉积颗粒沉降速率快慢的响应［35］。沉积岩中的REE多以吸附物形式赋存于碎屑颗粒或悬浮物载体中，这些载体在海水中停留时间的差异是造成REE分异程度不同的重要原因之一［35］。当沉积物的沉积速率快、沉积载体在水体中停留时间较短时，REE随其快速沉积下来，与水体发生交换的机会少，分异程度弱，在此条件下形成的沉积物，其NASC的REE配分模式比较平缓，曲线斜率（La/Yb）S值为1（±）。与之相反，当沉积速率缓慢、沉积载体在水体中停留时间较长，促进了沉积水体中的REE有足够的时间被黏土吸附、与有机质络合和进行相关的化学反应，从而导致REE的强烈分异，轻、重稀土元素出现亏损或富集，（La/Yb）S值明显大于1或小于1［35］。
柴北缘路乐河组和下干柴沟组下段的（La/Yb）S平均值分别为1.21和1.12，明显大于1，反映了二者具有较低的沉积速率。下干柴沟组上段的（La/Yb）S平均值为1.07，非常接近于1，而且REE配分模式比较平缓，反映下干柴沟组上段具有相对较大的沉积速率。

4.3　古氧化还原条件

在不同的氧化还原环境中，铈（Ce）会发生选择性分异，这是因为Ce为过渡类元素，容易发生价态上的变化。在氧化环境下，Ce3+容易被氧化为Ce4+，而在还原环境下，则容易从Ce4+还原为Ce3+，因此，沉积体系中沉积水体氧化—还原条件可以用Ce异常来反映［36］。通常δCe>1为正异常，代表沉积水体为还原环境；δCe<0.95为负异常，代表沉积水体为氧化环境［36］。
前文已述δCeS由下至上平均值分别为0.88、0.87和0.89，柴北缘古近系路乐河组、下干柴沟组下段和下干柴沟组上段泥岩样品的δCeS平均值分别为0.88、0.87和0.89，其值均小于0.95，呈Ce负异常，因此，反映其沉积水体整体为弱氧化环境。
ELDERFIELD等［37-38］曾定义Ceanom以用于沉积水体的氧化还原环境分析，其Ceanom指数公式为Ceanom=Log［3CeS/（2LaS+NdS）］。当沉积环境为还原环境时，Ceanom>0，表明Ce呈富集状态；当沉积环境为氧化环境时，Ceanom<0，表明Ce发生亏损［20］。柴北缘路乐河组、下干柴沟组下段和下干柴沟组上段所有泥岩样品的Ceanom值均小于0（表4），而且其平均值分别为-0.05、-0.06和-0.05，接近于0，同样表明柴北缘古近系古新统—渐新统沉积环境为弱氧化条件。
表4 柴达木盆地北缘泥岩微量元素含量及特征参数 (10-6)

Table 4 Test results of trace element and characteristic parameters of mudstone in the northern margin of Qaidam Basin

层位 井号 深度/m U Th Rb Sr U/Th Rb/Sr
E3 2 冷四1 607.5 2.30 10.20 104.00 240.00 0.23 0.43
E3 2 东坪3 673.1 1.30 6.30 67.00 128.00 0.21 0.52
E3 2 鄂3 1 090.8 1.10 8.44 83.00 171.00 0.13 0.49
E3 2 冷87 1 226.97 4.20 11.48 111.00 248.00 0.37 0.45
E3 2 冷87 1 681.49 2.40 7.76 53.00 217.00 0.31 0.24
E3 2 鄂3 2 394.48 3.00 9.67 63.00 280.00 0.31 0.23
E3 2 冷七3 2 905.35 1.50 6.25 67.00 126.00 0.24 0.53
E3 2 鄂2 3 449 1.27 2.80 60.00 155.00 0.45 0.39
E3 1 深86 1 380.5 3.50 13.10 138.00 260.00 0.27 0.53
E1+2 冷四1 2 521.82 1.70 10.69 79.00 132.00 0.16 0.60
微量元素在氧化、还原环境下溶解度存在着巨大的差异性，其中U、V、Ni对环境差异变化十分灵敏，可以作为氧化还原性的判断指标［35-36，38］。沉积物中的U在氧化环境中，具有较高的溶解度，导致U元素亏损，而U元素在还原环境下，更倾向于在沉积物中富集；Th作为一种较为稳定的微量元素，一般不随氧化还原条件的改变而发生变化［38］，因此U/Th值也是用来判断沉积水体氧化还原状态的一项重要依据。在缺氧还原环境中，U/Th值大于1.25；在氧化条件下，U/Th值一般小于0.75［39-40］。柴北缘路乐河组和下干柴沟组泥岩样品的U/Th值为0.13~0.45，平均值为0.27，所有样品U/Th值都小于0.75（表4），因此，微量元素的分析也可判断柴北缘路乐河组和下干柴沟组泥岩沉积于弱氧化环境。
综上所述，根据Ceanom异常指数判别公式、δCeS和微量元素U/Th值，均表明柴北缘路乐河组和下干柴沟组泥岩沉积时处于弱氧化环境，这与红褐色岩石颜色所反映的氧化环境相一致［28］。

4.4　古气候

稀土元素总量（ΣREE）的变化与气候环境的变化密切相关，在暖湿的气候环境下，ΣREE值较高；相反，在冷干的气候环境下，ΣREE值较低［41］。柴北缘古近系路乐河组和下干柴沟组泥岩的ΣREE与北美页岩相似，具有较高的ΣREE值，表明柴北缘古近系路乐河组和下干柴沟组沉积时整体处于温暖潮湿环境，间或出现干旱气候，比较而言，下干柴沟组的ΣREE值略高于路乐河组，表明下干柴沟组沉积期气候更加温暖。
稀土元素δEu同样可用于沉积环境的分析，明显的Eu负异常通常指示温暖湿润的气候环境［32-33］。柴北缘古近系下干柴沟组上段泥岩δEuN平均值为0.59，具有明显的Eu负异常特征，路乐河组和下干柴沟组下段泥岩δEuN平均值分别为0.79和0.78，呈微弱的Eu负异常。柴北缘古近系路乐河组和下干柴沟组泥岩具有Eu负异常，由此可见，其均沉积于温暖湿润的气候条件下。
微量元素，如Sr、Sr/Cu和Rb/Sr也可用于古气候的判别［42］。微量元素Sr是典型的喜干型元素，在潮湿的气候环境下，部分Sr元素容易流失，使得微量元素Sr含量较低；而在干旱气候中，Sr含量基本不变，因此，在潮湿气候中Rb/Sr值较高，在干旱气候中Rb/Sr值较低［42］。柴北缘10件泥岩样品的Sr含量为126~280 μg/g，平均含量为195.7 μg/g（表4），含量均低于上陆壳平均丰度，研究区样品Rb/Sr取值范围为0.23~0.60，平均值为0.44，除2个样品的Rb/Sr值与上陆壳（0.32）相近外，其余8个样品Rb/Sr值均较高，因此，柴北缘古近系路乐河组和下干柴沟组整体处于温暖湿润气候环境中。

4.5　沉积源区构造背景

由于REE自身的化学性质相对稳定，而且沉积物中的REE不易受到后期风化作用、沉积分选、成岩作用和蚀变作用的影响，可以在一定程度上保存源岩的稀土特征［43-44］。通过前人研究表明，判断砾岩、砂岩和泥岩的母岩性质，通常可以采用标准化后的REE数据进行。REE特征相近代表原始物源相同，因此，物源区构造环境可以使用沉积岩REE特征进行讨论。
BHATIA［45］根据REE特征将构造背景进行了分类，将其分为4种类型，即大洋岛弧源区、大陆岛弧源区、活动大陆边缘源区和被动大陆边缘源区。柴北缘路乐河组和下干柴沟组泥岩具有较高的ΣREE值，明显的ΣHREE富集和较为明显的Eu负异常（表1，图3）。通过球粒陨石标准化REE分配与典型构造背景模式的对比可知［图6（a）］，柴北缘古近系泥岩样品的原始物源具有大陆边缘构造背景亲和性［13］。
图6 柴达木盆地北缘泥岩样品构造背景判别

（a）泥岩球粒陨石标准化REE分布曲线与典型构造背景砂岩的对比；（b）（La/Yb）N—ΣREE判别图

Fig.6 Tectonic background discrimination of the mudstone samples in the northern margin of Qaidam Basin

另外，沉积区的原始物质来源也可用Sm/Nd值进行反映［44］。Sm和Nd 2种不相容的元素在地质作用过程中不易发生分异。在不同性质的地球物质中，Sm/Nd值变化范围较小。研究区路乐河组、下干柴沟组下段和上段泥岩样品的Sm/Nd值相对稳定，主要分布在0.18~0.28之间，平均值为0.20，反映物源来自上地壳。源岩的属性可以通过（La/Yb）N—ΣREE判别图进行揭示［45］。路乐河组、下干柴沟组下段和上段样品分布点高度集中，大部分落在沉积岩区，少量下干柴沟组样品落在沉积岩与玄武岩重叠区，表明路乐河组和下干柴沟组具有较为统一的物源，沉积物源类型主要为沉积岩，并混有少量的玄武岩［图6（b）］。

5 结论

（1）柴北缘古近系路乐河组的REE分布特征均表现为平坦的NASC标准化配分模式，在其沉积过程中主要受陆源碎屑物质的影响，路乐河组与上地壳的ΣLREE/ΣHREE值（9.5）相近。
（2）除下干柴沟组上段泥岩的REE异常亏损外，研究区路乐河组和下干柴沟组的REE分布曲线特征整体相近，且Sm/Nd值为0.18~0.28，反映物源为上地壳；通过（La/Yb）N—ΣREE判别图指示，研究区除少量下干柴沟组的沉积物为玄武岩外，其主要沉积物源类型为沉积岩。
（3）柴北缘路乐河组、下干柴沟组下段和下干柴沟组上段的Ceanom平均值分别为-0.05、-0.06和-0.05（均小于0）；δCeS平均值分别为0.88、0.87和0.89（均小于0.95）和微量元素U/Th值为0.13~0.45（小于0.75），均表明柴北缘路乐河组和下干柴沟组泥岩沉积时处于弱氧化环境，这与红褐色岩石颜色所反映的氧化环境相一致。
（4）柴北缘路乐河组和下干柴沟组的ΣREE值较高、Eu负异常明显和微量元素Rb/Sr较大（平均值为0.44），均表明其沉积于相对温暖湿润气候。

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