沉積相變遷對(duì)內(nèi)陸湖泊沉積易溶鹽作為古環(huán)境指標(biāo)的影響①——以西寧盆地為例

劉艷蕊 楊一博 方小敏， 宋春暉 劉曉明

(1.蘭州大學(xué)西部環(huán)境與氣候變化研究院 蘭州 730000;2.中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所大陸碰撞與高原隆升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100101;3.蘭州大學(xué)地質(zhì)科學(xué)與礦產(chǎn)資源學(xué)院 蘭州 730000)

0 引言

獲取新生代以來(lái)大陸氣候環(huán)境變化記錄對(duì)于揭示新生代以來(lái)氣候變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制及更短時(shí)間尺度上的氣候環(huán)境變化機(jī)理具有重要意義。風(fēng)成黃土沉積及其氣候代用指標(biāo)的成功應(yīng)用(如粒度，磁化率等)為晚新生代以來(lái)我國(guó)大陸氣候變化記錄的建立提供了范例［1，2］。而我國(guó)西部廣泛分布的新生代沉積盆地為更長(zhǎng)時(shí)間尺度大陸氣候變化記錄的建立提供了良好的條件。然而，內(nèi)陸湖盆沉積作為一個(gè)更為復(fù)雜的沉積體系，氣候變化代用指標(biāo)的受控因素變得更加復(fù)雜。因此獲取適合的氣候變化代用指標(biāo)，檢驗(yàn)其在更長(zhǎng)時(shí)間尺度內(nèi)有效性是準(zhǔn)確獲得新生代以來(lái)大陸氣候環(huán)境變化的關(guān)鍵之一。

內(nèi)陸湖泊沉積物的易溶鹽含量可以反映古湖水的化學(xué)特征，因此，研究湖泊沉積中易溶鹽含量變化是重建湖泊古水文演化過(guò)程的重要途徑之一［3，4］。由于氣候條件對(duì)于湖泊水化學(xué)特征的控制，易溶鹽含量變化亦可一定程度上指示古氣候變遷［4～8］。利用內(nèi)陸湖泊沉積易溶鹽含量反映古湖水化學(xué)特征及氣候變化研究的邏輯前提是氣候干旱背景下內(nèi)陸湖泊濃縮演化過(guò)程中湖水中離子含量升高發(fā)生的碳酸鹽—硫酸鹽—鹵化物隨溶解度增大而相繼發(fā)生的沉淀序列［9］。前人研究的內(nèi)陸湖泊易溶鹽含量記錄，樣品選取多來(lái)自于沉積穩(wěn)定的湖泊碎屑/化學(xué)沉積樣品［10～13］。然而，由于可能存在的沉積環(huán)境變遷，在古湖盆沉積物中利用易溶鹽含量反映古湖泊水文及古氣候演化時(shí)，尚需考慮上述干旱氣候環(huán)境中溶解度控制的礦物沉淀序列的適用性。鑒于此，本文選取位于青藏高原東北部，已經(jīng)有多項(xiàng)古氣候代用指標(biāo)研究的西寧盆地謝家剖面的一套內(nèi)陸湖相碎屑/化學(xué)沉積，年代跨度為始新世到中新世中期［14］。通過(guò)易溶鹽離子的含量分析，結(jié)合沉積相劃分和其它古氣候代用指標(biāo)，對(duì)上述易溶鹽作為氣候指標(biāo)的適用性進(jìn)行初步探討。

1 研究區(qū)地質(zhì)地理概況

西寧盆地位于青藏高原東北緣，西寧市的南部，位于祁連褶皺系之中部，面積約4 600 km2。盆地位于青藏高原與黃土高原的過(guò)渡帶，北側(cè)是達(dá)坂山，南以拉脊山為屏障，西臨日月山，東延入甘肅境內(nèi)隴中盆地［15］。陸相盆地沉積始于侏羅紀(jì)，其沉積零星出露，由含煤碎屑巖組成。白堊系為河流—濱湖相紅色砂巖、礫巖。下第三系是內(nèi)陸湖相含鹽碎屑巖，與上白堊平行不整合接觸;上第三系角度不整合于下第三系之上，下部為河湖相碎屑巖，上部為山麓洪積相砂礫巖［15，16］。盆地周圍一些高山的海拔在3 000 m 以上，但盆地內(nèi)大部分地區(qū)海拔在1 750～2 600 m。西寧盆地地處溫帶草原氣候的西部邊緣附近，基本上為西風(fēng)帶所控制，東南季風(fēng)影響較弱，冬季受蒙古高壓的影響，屬半干旱高原大陸性氣候?，F(xiàn)代年平均溫5℃ ～6℃，年均降水量350～500 mm，降水主要集中在夏季。

樣品采集自西寧盆地的謝家剖面(36°31’N，101°52’E，海拔2 250 m，圖1)。謝家剖面新生代地層不整合于白堊紀(jì)地層之上，剖面總厚819 m，地層自下而上劃分為祁家川組(深度:20～69 m)、洪溝組(深度:69～224 m)、馬哈拉溝組(深度:224～504 m)、謝家組(深度:504～667 m)、車頭溝組(深度:667～778 m)和咸水河組(深度:778～819 m)。剖面下部(0～385 m)沉積物是規(guī)律性交替的石膏層和含石膏的泥巖，石膏層中偶夾有含灰綠色的湖相泥巖。剖面上部(385～819 m)沉積物是來(lái)自洪泛平原和沖積扇遠(yuǎn)端的紅色泥巖和粉砂巖，并夾有河流相砂巖沉積。石膏層最后出現(xiàn)在剖面約500 m厚度處(圖2)。謝家剖面的年代來(lái)自于Daietal.［14］的西寧盆地新生代地層古地磁年代結(jié)果。本研究主要選取謝家剖面從洪溝組上部到咸水河組底部的一段(剖面深度為110～800 m)，對(duì)應(yīng)的年代跨度大約為49～17 Ma。

圖1 西寧盆地地質(zhì)構(gòu)造圖(引自文獻(xiàn)［14］)Fig.1 Regional geological map of the Xining Basin with location of the Xiejia section(after reference［14］)

圖2 謝家剖面易溶鹽各離子含量隨深度變化(古地磁結(jié)果引自文獻(xiàn)［14］)Fig.2 Water soluble salts content against depth in Xiejia section(paleomagnetic results after reference［14］)

2 材料和方法

樣品野外采集首先開(kāi)挖0.5～2 m去風(fēng)化殼，以1～2 m間隔取樣，采集新鮮樣品。全巖樣品裝入干凈的紙質(zhì)信封，置入烘箱(40℃)烘干，然后用瑪瑙研缽將樣品研磨至低于200目的粉末備用。取研磨好的樣品，用萬(wàn)分之一天平稱取0.5～0.6 g，裝有10 mL超純水的15 mL聚乙烯離心管中，漩渦混合器上震蕩20 min后靜置20 h，離心后，移取澄清液，定容備用。K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Cl-均在中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所安裝有鹵素模式的ICPOES(Leeman Labs，Prodigy-H)上進(jìn)行。利用空白樣和重復(fù)樣進(jìn)行質(zhì)量控制。

本文對(duì)離子濃度含量的討論基于前處理步驟中各離子溶解在10 mL超純水的含量(單位:mg/L)進(jìn)行。這主要是考慮部分樣品中含大量石膏，特別是剖面下部樣品，在上述前處理中不能完全溶解。根據(jù)石膏(CaSO4·2H2O)在0℃ ～50℃純水中的溶解度(0.223～0.265 g/100 g水)，對(duì)10 mL超純水中石膏溶解飽和時(shí)的理論濃度計(jì)算得出:Ca2+分布在518.6～616.3 mg/L，分布在1 244.7～1 479.1 mg/L(圖2)。如圖2所示大量樣品達(dá)到了石膏的溶解飽和狀態(tài)，存在石膏的不完全溶解。由于本文中樣品稱樣量處于0.5～0.6 g之間，因此，依照傳統(tǒng)做法乘以定容倍數(shù)后除以稱樣量所得含量，勢(shì)必對(duì)Ca2+和在趨勢(shì)上產(chǎn)生偏倚。對(duì)于含其他離子(K+、Na+、Cl-、Mg2+)的礦物依溶解度數(shù)據(jù)不存在溶解飽和的狀況?？紤]到謝家剖面中石膏是化學(xué)沉積中的主要類型，對(duì)其他離子 K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Sr2+、Cl-含量的表示均統(tǒng)一為在10 mL超純水的含量(mg/L)，這樣處理也利于下文中離子之間的對(duì)應(yīng)分析。

為比較這兩種濃度表示方法是否會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生重大的認(rèn)識(shí)偏差，以Cl-為例，對(duì)現(xiàn)在采用的濃度含量(mg/L)和以對(duì)稱樣量校正的濃度(mg/kg)進(jìn)行分析，其計(jì)算公式為Cl-(mg/kg)=Cl-(mg/L)×10 mL/稱樣量(g)×1 000。結(jié)果(圖3)表明，這兩種濃度表示方法顯著正相關(guān)，并且數(shù)據(jù)點(diǎn)緊密圍繞在最佳擬合線附近。因此，這種偏倚是不足以產(chǎn)生重要數(shù)據(jù)解釋偏差。顯然偏差主要源于樣品稱取量的不一致，本文雖未對(duì)每一個(gè)樣品采用固定的稱取量，但相對(duì)穩(wěn)定在0.5～0.6 g之間的稱取量不足以產(chǎn)生錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)判斷。

圖3 兩種Cl-含量表示方法的比較Fig.3 Comparison of the two expressions of Cl-content in this study

3 結(jié)果與討論

3.1 易溶鹽離子含量及蒸發(fā)巖礦物的溶解控制

謝家剖面主要離子含量隨深度變化見(jiàn)表1和圖2。主要離子含量隨深度變遷大致可以劃分為3種類型。第一種類型為 Ca2+、SO2-4和 Sr2+，其趨勢(shì)完全受控于石膏層為主的化學(xué)沉積和泥巖為主的碎屑沉積的交替，呈現(xiàn)出石膏層高值，泥巖層低值的分布型式。三種離子表現(xiàn)出一致的演化趨勢(shì)，相互之間的變化顯著性相關(guān)(見(jiàn)表2)。石膏是表生成因礦物中主要的含鍶礦物之一，Ca2+和Sr2+的一致性反映了石膏溶解對(duì)二者含量的主導(dǎo)性控制。含石膏樣品在水溶過(guò)程中存在明顯的不完全溶解，其上限并不能代表石膏在樣品中的絕對(duì)含量變化，卻真實(shí)地反映了下部剖面中的化學(xué)沉積/碎屑沉積的巖性交替。第二種類型為Na+和Cl-，二者在趨勢(shì)變化上呈現(xiàn)出了高度一致性(見(jiàn)表2)，反映了石鹽溶解對(duì)Na+和Cl-的控制作用。二者隨深度變化呈現(xiàn)出了與Ca2+、SO2-4不同的形態(tài)，其含量在剖面上部石膏層缺失的泥巖層含量反而比下部整體上要高。第三種類型為K+和Mg2+，在剖面中整體含量都很低，在個(gè)別層位出現(xiàn)高值，在總的離子含量分布中占次要地位。

鑒于石膏作為謝家剖面主要化學(xué)沉積類型，有必要進(jìn)一步探討其對(duì)離子控制的作用。相對(duì)于石膏而言，碳酸鈣礦物(方解石、文石和白云石)極低的溶解度使得有理由假設(shè)謝家剖面中Ca2+主要由石膏溶解供給。依據(jù)石膏Ca2+和等個(gè)數(shù)比的當(dāng)量關(guān)系，可以獲得對(duì)應(yīng)于石膏溶解所釋放出的含量(*)。圖4a明顯顯示絕大多數(shù)樣品*明顯小于實(shí)測(cè)含量，表明過(guò)剩(即其他非含鈣硫酸鹽溶解所提供的)的普遍存在。

表1 謝家剖面離子相關(guān)統(tǒng)計(jì)參數(shù)(單位:mg/L)Table 1 Statistics characteristic of water soluble salts in Xiejia section(Unit:mg/L)

表2 謝家剖面各離子含量相關(guān)系數(shù)矩陣Table 2 Correlation coefficients of water soluble salts in Xiejia section

3.2 謝家剖面中的沉積相變遷

本區(qū)沉積相前人已經(jīng)做了詳細(xì)的研究［14，17，18］。歸納起來(lái)本剖面沉積環(huán)境可以大致分為兩段。第一段(420～800 m)，以紅色泥巖主的序列。該套紅色泥巖塊狀為主，缺乏水體相關(guān)層狀沉積構(gòu)造，局部可見(jiàn)細(xì)小波紋構(gòu)造及毫米級(jí)孔隙石膏晶體發(fā)育。部分層段出現(xiàn)2 m左右間隔的富含孔隙石膏晶體的泥巖與純泥巖的旋回。上述石膏晶體發(fā)育的泥巖硬度大，并呈現(xiàn)出一定的擾動(dòng)特征，如起伏的層面及類背斜構(gòu)造。泥巖層中偶見(jiàn)黃色和褐色的斑點(diǎn)和條紋，含具有交錯(cuò)層理特征的細(xì)砂和中砂夾層。

該段屬于沖積扇遠(yuǎn)端沉積所表現(xiàn)在洪水期淺水沉積特征。泥巖中沉積結(jié)構(gòu)的缺乏及反映氧化特征的紅色指示了氣下暴露沉積環(huán)境的極端狀況。泥巖中的擾動(dòng)特征代表了重復(fù)的干濕交替。含孔隙石膏泥巖中的石膏發(fā)育程度變化反映了波動(dòng)的水位變遷，并且暗示晶間鹵水中溶解物質(zhì)供給并沒(méi)有高到足以產(chǎn)生大規(guī)模石膏層沉積的程度。在沖積扇遠(yuǎn)端的沉積環(huán)境中，砂巖沉積可能反映大型的洪水事件沉積，而稀疏的黃色和棕色泥巖斑點(diǎn)可能指示了氣下環(huán)境的成土過(guò)程。

第二段為剖面下部(100～420 m)以紅色泥巖和石膏層交替為特征(圖2)。泥巖層中含分米—米級(jí)厚度的粉砂質(zhì)泥巖夾層并且含原位石膏結(jié)核，除了一些稀少的波紋發(fā)育，罕見(jiàn)其它沉積構(gòu)造。石膏層含層狀展布的從分米到米級(jí)大小不一的雪花狀、塊狀、結(jié)核狀、層狀石膏，部分層位可見(jiàn)有網(wǎng)狀構(gòu)造和錯(cuò)位的腸狀石膏脈。石膏層發(fā)育規(guī)模巨大，也見(jiàn)芒硝發(fā)育，單個(gè)的層位或多個(gè)層位組合可在盆地內(nèi)大范圍對(duì)比。石膏層橫向上可漸次變化為綠色泥巖，綠色泥巖中見(jiàn)水平層理和毫米大小有機(jī)質(zhì)斑點(diǎn)。

該段紅色泥巖和石膏層交替反映了沖積扇遠(yuǎn)端與淺干鹽湖沉積的交替。紅色泥巖主要代表了沖積扇遠(yuǎn)端沉積。石膏層反映了干鹽湖環(huán)境中的化學(xué)沉積，指示了水體中硫酸鹽含量的變化。這些硫酸鹽來(lái)源于蒸發(fā)泵和毛細(xì)作用所驅(qū)動(dòng)的地表徑流和地下水的補(bǔ)給(圖6)。相對(duì)于泥巖層，石膏層對(duì)應(yīng)于高水位期形成的化學(xué)沉積。因?yàn)楦咚豢梢蕴峁┳銐虻臏魰r(shí)間和離子總量從而形成厚層的石膏沉積。石膏層中有機(jī)質(zhì)斑點(diǎn)和具水平層理的綠色泥巖指示了此時(shí)相對(duì)較深的湖水深度。因此，該段石膏和泥巖的交替反映了區(qū)域范圍內(nèi)水補(bǔ)給以及相關(guān)的湖水離子含量的旋回式波動(dòng)。

上述沉積環(huán)境的分析可用圖6的示意圖表明:當(dāng)干鹽湖補(bǔ)給充足，湖面處于高水位期(圖6a)，湖面范圍擴(kuò)大，湖水相對(duì)較深，出現(xiàn)厚層的石膏沉淀，水體處于相對(duì)還原環(huán)境，于是在石膏層中偶見(jiàn)具水平層理的富有機(jī)質(zhì)的綠色泥巖。當(dāng)干鹽湖的水源和溶質(zhì)補(bǔ)給不足(圖6b)，湖面處于低水位期，湖面范圍縮小，湖水變淺甚至消失，演化為氣下環(huán)境為主導(dǎo)的濱湖泥坪沉積。氣下環(huán)境的毛細(xì)蒸發(fā)作用會(huì)產(chǎn)生亞毫米級(jí)的孔隙石膏晶體發(fā)育和其它一些鹽類離子的沉淀，更加干旱的情況下這些鹽類礦物沉淀甚至?xí)笔?。同時(shí)，濱湖泥坪沉積上可發(fā)生初步的成土作用。大的洪水事件帶來(lái)局部砂體的沉積，如謝家剖面上部分布的薄層的粉砂和砂質(zhì)沉積(圖2)。

圖4 (a)謝家剖面Ca2+與相關(guān)圖(菱形方塊表示實(shí)測(cè)含量，十字表示若全部的Ca2+全部來(lái)自于石膏溶解，與Ca2+對(duì)應(yīng)的等個(gè)數(shù)比的含量(*);(b-d)并非由石膏溶解提供的含量(實(shí)測(cè)和*的差值)與、K+和Mg2+的相關(guān)圖)Fig.4 (a)plot of Ca2+versus;rhombus represents thedetermined;cross represents(*)，which is the content，the same mole fraction with Ca2+based on the assumption that all Ca2+are from gypsum dissolution.(b-d)plot of excessversus Na+，K+，and，respectively;excessis the difference betweendetermined and *.

圖5 (a)謝家剖面過(guò)剩(與*之差)與實(shí)測(cè)相關(guān)圖;(b)過(guò)剩與的相關(guān)圖Fig.5 (a)plot of exessversusdetermined;(b)plot of exess-versus *.

圖6 謝家剖面沉積相變遷示意圖(改繪自文獻(xiàn)［19］)Fig.6 Schematic diagram showing the depositional evolution(redrawn from reference［19］)

3.3 古環(huán)境意義探討

事實(shí)上，如果依據(jù)干旱背景控制下內(nèi)陸湖泊濃縮演化過(guò)程中湖水中離子含量升高發(fā)生的碳酸鹽—硫酸鹽—鹵化物隨溶解度增大而相繼發(fā)生的沉淀序列來(lái)解釋這一套易溶鹽數(shù)據(jù)，會(huì)錯(cuò)誤地基于420 m前后石膏層的逐漸消失伴隨著易溶鹽趨勢(shì)性的減少，以及之后石鹽層的缺失(相對(duì)低的Cl-含量)，得出“湖水”淡化的推斷;從而認(rèn)為紅色泥巖段屬于淡化層，石膏層屬于咸化層，得出與沉積環(huán)境分析相反的結(jié)論。這種推斷混淆了湖水濃縮離子含量升高發(fā)生的碳酸鹽—硫酸鹽—鹵化物隨溶解度增大而相繼發(fā)生的沉淀序列的適用范圍。在始終為“水下”的湖泊沉積環(huán)境，湖水水體在持續(xù)地變淺咸化的過(guò)程中，隨著水體離子含量提高相繼發(fā)生上述碳酸鹽—硫酸鹽—鹵化物沉積演化序列并最終導(dǎo)致湖泊干涸(倘若無(wú)持續(xù)補(bǔ)給)。然而，湖泊干涸后，“氣下”主導(dǎo)的沉積環(huán)境使得易溶鹽離子的進(jìn)一步演化脫離了上述演化規(guī)律。干旱環(huán)境導(dǎo)致水和溶質(zhì)補(bǔ)給缺乏，使得接下來(lái)的沉積(如泥坪為主的沉積)中易溶鹽含量高低變化難以與之前的蒸發(fā)巖沉積進(jìn)行對(duì)比。此時(shí)的碎屑巖(如紅色泥巖為主)為主的“氣下”沉積環(huán)境與湖泊在化學(xué)沉積后(石膏或者石鹽層)發(fā)生大范圍水補(bǔ)給所形成湖泊淡化碎屑層(如鈣質(zhì)碎屑層)具有質(zhì)上的差別。二者均以碎屑沉積為主，但前者已經(jīng)脫離了湖水作用變?yōu)椤皻庀隆杯h(huán)境，而后者卻由于湖水變深變淡，重新回到“水下”的淡化階段。

本研究中的易溶鹽含量強(qiáng)烈受控于沉積相主導(dǎo)的巖性變遷。上部隨石膏層逐漸消失而減少的Ca2+和含量，同時(shí)整體增加的Na+和Cl-含量首先反映了沖積扇遠(yuǎn)端泥坪沉積所代表的碎屑沉積過(guò)程占據(jù)主導(dǎo)，以石膏沉積為代表的化學(xué)沉積減少甚至消失;其次反映了泥坪沉積中由于表面蒸發(fā)作用導(dǎo)致的上升的晶間鹵水在沉積物表面沉淀，結(jié)成鹽霜或者上述的毫米級(jí)孔隙石膏晶體。Na+和Cl-具有很高的遷移能力，在多次干濕交替的所伴隨的遷移和結(jié)晶中這兩種離子更加富集于沉積物表面。同時(shí)強(qiáng)烈的氧化作用使得沉積物顏色紅度值明顯升高［20，21］。倘若是相對(duì)于剖面下部石膏層與泥巖交替段更為淡化的階段出現(xiàn)，那么相對(duì)更深的湖水不應(yīng)該沉積紅度值更高(體現(xiàn)更強(qiáng)烈的氧化作用和更多的水體氧含量)的泥巖。

沉積相變遷所控制的易溶鹽含量變化所反映的干旱化歷程也被該剖面其他代用指標(biāo)證實(shí)。距謝家剖面3 km的塔山剖面石膏—紅色泥巖的粒度和孢粉分析表明［21］紅色泥巖層粒度較粗，其中孢粉含量較少，指示草原或疏林草原景觀;石膏層中泥巖粒度較細(xì)，其中孢粉含量豐富，指示相對(duì)溫暖濕潤(rùn)的灌叢—森林景觀。而謝家剖面正構(gòu)烷烴和孢粉分析的對(duì)比發(fā)現(xiàn)［22］，反映了在420 m 處(約33 Ma)的各項(xiàng)指標(biāo)的巨大變化可能與全球氣候變冷下的干旱化進(jìn)程和青藏高原的早期隆升有關(guān)［14，17，18，20～23］。易溶鹽含量清晰而明確地反映了這次干旱化，當(dāng)然這也是合理地基于沉積環(huán)境約束下該項(xiàng)代用指標(biāo)的應(yīng)用。

謝家剖面化學(xué)沉積的主要類型是以石膏為代表的厚層硫酸鹽礦物。距謝家剖面不遠(yuǎn)的水灣剖面石膏的硫和氧的同位素分析［18］表明這兩種同位素信號(hào)并未沿地層深度變化出現(xiàn)顯著變化;進(jìn)一步通過(guò)與新生代海洋中硫酸鹽硫同位素對(duì)比，表明存在一個(gè)穩(wěn)定的非海相源區(qū)。在謝家剖面直至至干鹽湖徹底干涸代之以泥坪沉積為主時(shí)，以石鹽為代表的更高一級(jí)干旱環(huán)境的厚層氯化物并未出現(xiàn)。這可能與鹽類離子的供給類型有關(guān)。因?yàn)槭鄬又忻⑾躅惖V物的出現(xiàn)預(yù)示了更高級(jí)干旱階段的到來(lái)。盡管從本文的一套沉積物易溶鹽數(shù)據(jù)難以對(duì)鹽類離子的來(lái)源做出全面的揭示，然而結(jié)合盆地晚白堊和早古近紀(jì)地層分布非常廣泛的石膏和芒硝類硫酸鹽礦物［15，24］和相對(duì)缺乏的石鹽沉積，不難推斷當(dāng)時(shí)的鹽類離子供給以硫酸鹽為主。在硫酸鹽為主的鹽類離子供給下，直至湖泊干涸時(shí)是很難形成顯著含量的氯化物沉積。因?yàn)轱@著含量的氯化物沉積類似于本剖面的厚層石膏沉積一樣不僅需要適當(dāng)?shù)母珊禋夂驐l件還需要持續(xù)的水和物質(zhì)供給。而在西寧盆地大量存在晚白堊和早古近紀(jì)芒硝類沉積和本文中揭示的芒硝類礦物的存在，證明了比石膏所表征的更高一級(jí)干旱環(huán)境的存在，因此氯化物礦物在本剖面中的缺失不能歸咎于當(dāng)時(shí)湖盆古環(huán)境沒(méi)有演化到更干旱環(huán)境。相反，極端干旱下干鹽湖由于缺少足夠水分補(bǔ)給而消失，這也被近期關(guān)于西寧盆地石膏成因及其古環(huán)境指示意義的研究所證實(shí)［16，18，21］。缺失的氯化物沉積恰恰佐證了可溶鹽補(bǔ)給類型對(duì)湖水濃縮演化導(dǎo)致的礦物結(jié)晶的重要作用。而這種相對(duì)高含量的硫酸鹽供給類型往往與源區(qū)巖石的蒸發(fā)巖(如石膏、硬石膏等硫酸鹽礦物)和富硫化物的頁(yè)巖沉積的風(fēng)化輸入有關(guān)［25，26］?？紤]到西寧盆地內(nèi)前新生代地層主要為侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)，其中侏羅系主要由含煤碎屑巖組成而白堊系為河流—濱湖相紅色砂巖和礫巖，因此硫酸鹽的供給可能與這兩套地層中的含煤碎屑巖風(fēng)化與蒸發(fā)巖淋濾有關(guān)，并可能存在上述晚白堊和早古近紀(jì)地層中鈣芒硝礦物淋濾發(fā)生的再沉積作用。

前人常用的易溶鹽含量反映湖泊古氣候的研究中由于時(shí)間尺度較短，往往沉積環(huán)境并未發(fā)生大的轉(zhuǎn)變，因此可以準(zhǔn)確示蹤古湖水的化學(xué)變化。如張洪等［10］對(duì)東居延海1.7 m湖相地層易溶鹽含量反映的該區(qū)近2 000年來(lái)的古氣候變化。曹雯等［11］對(duì)寺河南剖面近6 m湖泊沉積物易溶鹽含量研究揭示的該區(qū)中全新世的氣候變化。翟秋敏［12］對(duì)安固里安固里淖鉆孔巖芯的易溶鹽含量分析推斷了該湖泊全新世以來(lái)的水化學(xué)類型演變。年代更古老的湖相沉積，由于相對(duì)穩(wěn)定的沉積相，也獲得了合理的應(yīng)用，如奚曉霞等［8］通過(guò)臨夏盆地東山古湖的氯離子解釋該區(qū)早更新世以來(lái)的氣候演化，以及方小敏等［13］對(duì)柴達(dá)木盆地中部鴨湖剖面湖相地層的鹽類離子分析所反映的該區(qū)上新世以來(lái)的干旱化歷程。

而對(duì)于研究地層內(nèi)出現(xiàn)大的沉積環(huán)境變遷，易溶鹽的解釋變得相對(duì)復(fù)雜。如李榮全等［27］對(duì)泥河灣古湖盆區(qū)4個(gè)地層剖面的沉積調(diào)查及易溶鹽含量分析推斷了泥河灣古湖水文演化。其研究顯示湖濱相沉積中的易溶鹽變化最為復(fù)雜，難以反映古湖水性質(zhì)與演化，只能選用淺湖相沉積剖面的易溶鹽分析結(jié)果反映古湖水性質(zhì)。結(jié)合本文的研究，可以看出利用易溶鹽離子反演古環(huán)境意義存在的復(fù)雜性，特別是對(duì)長(zhǎng)時(shí)間尺度的可能存在沉積相變遷的內(nèi)陸湖泊沉積要特別慎重。盡管溶質(zhì)補(bǔ)給類型不會(huì)改變蒸發(fā)濃縮后蒸發(fā)巖結(jié)晶沉淀的規(guī)律，但是簡(jiǎn)單套用碳酸鹽—硫酸鹽—鹵化物沉淀序列來(lái)解釋環(huán)境變化可能得出相反的結(jié)論。

4 結(jié)論

(1)西寧盆地謝家剖面100～800 m地層的易溶鹽含量變化顯示了強(qiáng)烈的巖性控制。紅色泥巖為主的碎屑沉積和石膏層為主的化學(xué)沉積的交替變遷主導(dǎo)了主要離子含量(Na+、Ca2+、Cl-、)的變化。沉積環(huán)境分析表明，上述兩種沉積分別代表了干旱環(huán)境背景下的沖積扇遠(yuǎn)端碎屑沉積和干鹽湖化學(xué)沉積。謝家剖面地層的易溶鹽含量變化清晰揭示出33 Ma左右的干旱化響應(yīng)。

(2)謝家剖面中石膏的廣泛沉積和芒硝類礦物的存在，結(jié)合整個(gè)西寧盆地石膏及芒硝類礦物的廣泛存在及石鹽的相對(duì)缺失，指示了謝家剖面所代表時(shí)段內(nèi)的溶質(zhì)補(bǔ)給類型可能以硫酸鹽為主，這也解釋了為什么到湖水干涸為止存在石鹽層的相對(duì)缺失。

(3)利用內(nèi)陸湖泊沉積易溶鹽含量對(duì)古湖水水文特征演化的推斷需密切結(jié)合沉積相的分析。對(duì)于年代跨度大，存在重大沉積相變遷的研究地層，要充分考慮易溶鹽在各個(gè)沉積環(huán)境中的遷移賦存規(guī)律及其差別。同時(shí)也要注意研究時(shí)段內(nèi)易溶鹽離子的補(bǔ)給類型變化，不能簡(jiǎn)單套用碳酸鹽—硫酸鹽—鹵化物的湖水濃縮沉淀規(guī)律。西寧盆地的易溶鹽的研究結(jié)果對(duì)于具厚層化學(xué)沉積和碎屑紅層交替的古老沉積的長(zhǎng)時(shí)間尺度古環(huán)境推斷具有啟示意義。

致謝 感謝昝金波，吳福莉?qū)Ρ疚牡挠幸娼ㄗh。感謝兩位評(píng)審專家對(duì)于本文提出的細(xì)致而建設(shè)性的建議。

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