松遼盆地東緣嫩江組一二段黏土礦物和主量元素地球化學(xué)特征及其古氣候意義

陳積權(quán)，高遠,2，秦健銘，覃祚煥,2，席黨鵬,2，鐘瀚霆，史忠葉,2

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室，北京 100083；3.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都 610059)

松遼盆地東緣嫩江組一二段黏土礦物和主量元素地球化學(xué)特征及其古氣候意義

陳積權(quán)1，高遠1,2，秦健銘1，覃祚煥1,2，席黨鵬1,2，鐘瀚霆3，史忠葉1,2

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室，北京 100083；3.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都 610059)

松遼盆地嫩江組一二段是一套暗色泥巖沉積，也是重要的烴源巖層位，對其開展古氣候-古環(huán)境研究有益于理解晚白堊世陸地古氣候特征和陸相有機質(zhì)形成與保存過程。通過對松遼盆地東緣岳王城剖面嫩江組一二段開展礦物學(xué)和主量元素地球化學(xué)分析，探討其古氣候意義。結(jié)果表明，全巖礦物主要含有石英、斜長石、鉀長石等，黏土礦物主要為蒙脫石(平均84%)，其次為伊利石(平均15%)，幾乎不含高嶺石和綠泥石。黏土礦物呈現(xiàn)片層狀且邊緣參差不齊的顯微形貌，蒙脫石結(jié)晶度較差，表明主要由陸源物質(zhì)風(fēng)化形成。根據(jù)黏土礦物主量元素計算的化學(xué)風(fēng)化指數(shù)為71～73，其元素組成相比上地殼和花崗閃長巖的平均組成富鋁，指示中等強度化學(xué)風(fēng)化作用。結(jié)合已有古氣候替代性指標和黏土礦物及其化學(xué)成分的新數(shù)據(jù)，研究認為松遼盆地東緣嫩江組一二段沉積時期物源區(qū)主要為溫帶-亞熱帶半濕潤氣候。

松遼盆地；嫩江組；黏土礦物；主量元素；化學(xué)風(fēng)化；古氣候

0 引言

松遼盆地位于中國東北地區(qū)，是形成于中生代晚期的大型近海陸相沉積盆地，也是世界上規(guī)模較大的陸相含油氣盆地[1-3]。在長達80Ma的演化過程中，沉積了一套巨厚的陸相地層，盆地中心最深處地層厚度近10km[1,4]。這些沉積記錄保留了中生代晚期溫室氣候狀態(tài)下的陸地古氣候-古環(huán)境信息，能夠為當(dāng)前全球氣候變化提供借鑒，因此近年來成為地學(xué)界研究的熱點[3,5-6]。另一方面，中國最大的油田之一——大慶油田就位于松遼盆地，開展松遼盆地古氣候-古環(huán)境研究也有助于了解有機質(zhì)在陸地環(huán)境的形成過程和保存機制，對油氣資源勘探開發(fā)具有指導(dǎo)意義[2,7]。

松遼盆地嫩江組一段和二段形成于晚白堊世，主要是一套深湖相-半深湖相的暗色泥巖沉積，也是松遼盆地重要的烴源巖層位[2-3]。已有孢粉組合與穩(wěn)定同位素數(shù)據(jù)顯示，嫩江組一段和二段沉積時期的松遼盆地處于亞熱帶半濕潤-半干旱氣候[5,8-9]。從嫩江組一段到二段，深湖相-半深湖相沉積范圍增加近一倍，達到盆地演化的最大湖平面時期[4]。這一時期可能發(fā)生了多期次、快速海水入侵事件，促進了湖泊水體分層和底層水缺氧，從而有利于有機質(zhì)保存[3,10]。由此可見，對嫩江組一段和二段開展古氣候-古環(huán)境研究既有助于了解晚白堊世古湖泊和陸地古氣候特征，又有益于油氣資源評價和勘探。

黏土礦物通常指粒徑小于2 μm的層狀硅酸鹽礦物，它們在細粒沉積巖中含量高且分布廣泛，其形成過程受到古氣候、物源、沉積環(huán)境等因素的影響，是非常好的古氣候-古環(huán)境指標[11-12]。黏土礦物已經(jīng)成功應(yīng)用于不同地質(zhì)歷史時期、全球多個沉積盆地的古氣候-古環(huán)境研究，然而對松遼盆地嫩江組的黏土礦物報道并不多。本文對松遼盆地東緣岳王城剖面嫩江組一二段開展黏土礦物學(xué)和主量元素地球化學(xué)研究，分析黏土礦物的形成過程及其所蘊含的古氣候-古環(huán)境信息，以期為理論研究和生產(chǎn)實踐服務(wù)。

1 地質(zhì)背景

松遼盆地長750km，寬330～370km，長軸呈北東向展布，面積約2.6×105km2。盆地北部為小興安嶺，東部為張廣才嶺，主要發(fā)育晚三疊世到中侏羅世巖漿巖；西部為大興安嶺，主要發(fā)育早白堊世花崗巖和火山巖[13-14]；南部為丘陵地帶(圖1)。盆地內(nèi)沉積物包含侏羅系、白堊系、古近系和新近系碎屑巖，其中白堊系碎屑巖沉積厚度最大，物源區(qū)主要為盆地周緣山脈[4,15]。

圖1 松遼盆地構(gòu)造分區(qū)和岳王城剖面位置圖Figure 1 Tectonic division of Songliao Basin and location of Yuewangcheng section

松遼盆地是受上地幔隆起引起陸殼張裂和太平洋板塊向歐亞大陸俯沖兩種動力控制的裂谷盆地[2-3]。盆地構(gòu)造演化分為四個階段，即中-晚侏羅世熱隆張裂階段、早白堊世早期伸展斷陷階段、白堊紀中期熱沉降坳陷階段和白堊紀末期構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段[1,4]。按區(qū)域隆起和坳陷的發(fā)育特征可將盆地劃分成六個一級構(gòu)造單元，分別為北部傾沒區(qū)、中央坳陷區(qū)、東北隆起區(qū)、東南隆起區(qū)、西南隆起區(qū)和西部斜坡區(qū)(圖1)。

嫩江組一段和二段形成于盆地?zé)岢两帝晗蓦A段，厚度100～470m，巖性主要為深湖相灰黑色泥巖、泥灰?guī)r、介殼灰?guī)r和油頁巖，夾灰色粉砂巖和細砂巖[1,4]。嫩江組一段沉積時期，湖盆沉降速度加大，湖水迅速擴張，近乎覆蓋全盆地，這是松遼古湖盆繼青山口組一段之后發(fā)生的第二次大規(guī)模的湖侵，盆地中部廣泛發(fā)育半深湖—深湖相；二段沉積時期，湖盆面積進一步擴大，并超出現(xiàn)今盆地邊界，湖盆區(qū)范圍內(nèi)幾乎全部為半深湖-深湖相，僅在盆地北部發(fā)育小范圍的淺湖沉積，在盆地西部和東南近岸處發(fā)育濱淺湖相沉積[1,4]。對松遼盆地的物源和古流向分析顯示，嫩江組一段和二段沉積物主要來自盆地東部和東北部地區(qū)[15]。

本文研究的岳王城剖面位于吉林省德惠市農(nóng)安縣黃魚圈鄉(xiāng)八里營子村第二松花江岸邊，構(gòu)造位置上位于東南隆起區(qū)(圖1)。剖面出露地層厚31.5m，主要為嫩江組二段下部，與下伏嫩江組一段地層整合接觸。剖面下部地層主要為深湖相褐黑色頁巖、油頁巖，夾薄層火山灰；上部地層主要為深湖-半深湖相深灰色-灰綠色泥巖，夾粉砂質(zhì)泥巖和泥灰?guī)r(圖2)。經(jīng)巖石地層與生物地層對比，將該套地層里定為嫩江組一段頂部至二段下部。

圖2 岳王城剖面嫩江組一二段全巖礦物含量Figure 2 Yuewangcheng section bulk rock mineral contents

2 分析方法

全巖礦物學(xué)分析采用全巖礦物X射線粉晶衍射(XRD)分析方法[16]。取少量樣品磨成粉末，放入載物臺使用PANalytical X’Pert PRO衍射儀進行XRD分析，采用Cu Kα輻射和Ni濾波器，管壓40kV，管流40mA，掃描角度2θ為3°～70°。全巖礦物的鑒定與含量計算采用礦物特征衍射峰值和K值法。

黏土礦物學(xué)分析采用黏土粒級礦物(<2μm)X射線衍射(XRD)方法[16]。取少量樣品輕磨成粉末，在蒸餾水中浸泡6～8h，根據(jù)斯托克斯公式采用沉降和離心方法分離黏土粒級礦物。隨后對黏土礦物樣品進行自然風(fēng)干條件、飽和乙二醇條件(24h)、加熱條件(490°C烘箱加熱 2h)預(yù)處理。對三種預(yù)處理條件的樣品進行XRD分析使用PANalytical X’Pert PRO衍射儀，采用Cu Kα輻射和Ni濾波器，管壓40kV，管流40mA，掃描角度2θ為3°～30°。

黏土礦物的鑒定依據(jù)三種測試條件下獲得的XRD波譜的綜合對比[16]。在本文中，蒙脫石(含無序伊蒙混層礦物)鑒定依據(jù)為乙二醇條件下17?衍射峰，伊利石為三種條件下10?衍射峰，高嶺石為自然條件和乙二醇條件下7?和3.58?衍射峰、加熱條件下衍射峰消失或顯著減弱，綠泥石為三種條件下7?和3.54?衍射峰。

黏土礦物的半定量計算使用MacDiff軟件在乙二醇曲線上進行，相對含量主要依據(jù)(001)晶面衍射峰的面積比，即蒙脫石(含無序伊蒙混層礦物)17?(001)晶面，伊利石10?(001)晶面，高嶺石(001)晶面和綠泥石(002)晶面使用7?疊加峰。高嶺石和綠泥石的相對比例采用3.58?/3.54?擬合峰面積比確定。這種方法計算的黏土礦物相對含量誤差約為5%。蒙脫石結(jié)晶度指數(shù)為乙二醇曲線上17?衍射峰的半高寬。

掃描電子顯微鏡(SEM)分析取小塊巖石樣品的自然斷面，噴鉑金，用導(dǎo)電膠黏到樣品座上，放到電鏡下觀察。儀器為Hitachi SU8010冷場場發(fā)射掃描電子顯微鏡，電壓20 kV，電流10μA。

主量元素地球化學(xué)分析將沉降和離心方法分離的黏土粒級礦物加偏硼酸鋰試劑高溫熔融，冷卻后硝酸提取，溶液使用等離子光譜(ICP-OES)檢測。

全巖礦物、黏土礦物、掃描電子顯微鏡分析測試工作在西冶地質(zhì)測試技術(shù)有限公司完成，主量元素地球化學(xué)分析測試工作在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)完成。

3 測試結(jié)果

3.1 全巖礦物XRD分析結(jié)果

對岳王城剖面9個樣品的全巖XRD分析結(jié)果顯示，主要礦物包括黏土礦物、石英、斜長石和鉀長石，次要礦物為方解石、鐵白云石、黃鐵礦和菱鐵礦(圖2，圖3；表1)。主要礦物在整個剖面含量基本穩(wěn)定，其中黏土礦物含量最多(41.5%～50.8%，平均46.2%)，石英含量次之(14.6%～35.6%，平均26.3%)，斜長石和鉀長石含量較低，分別為14.9%～19.5%(平均16.7%)和6.5%-9.3%(平均7.1%)。次要礦物中，方解石含量變化較大，在15YWC-1-M2和15YWC-30-M1兩個樣品中含量分別達到11.1%和8.9%，可能由于這兩個泥巖樣品中含有鈣質(zhì)膠結(jié)物或介形蟲等生物化石碎屑。鐵白云石在每個樣品中均有發(fā)現(xiàn)但是含量很低(0.7%～2.1%)，菱鐵礦和黃鐵礦僅在個別樣品中被檢測出，含量分別為0.3%～0.9%和0.4%～0.9%。

圖3 岳王城剖面嫩江組一二段部分樣品全巖XRD圖譜Figure 3 Yuewangcheng section Nenjiang Formation 1st and 2nd members part samples bulk rock XRD spectrum

3.2 黏土礦物XRD分析結(jié)果

黏土礦物XRD分析結(jié)果顯示，9個樣品具有相似的黏土礦物組合，主要為蒙脫石(78%～90%，平均84%)，其次為伊利石(10%～20%，平均15%)，高嶺石和綠泥石含量幾乎為0(圖4；表2)。XRD譜圖上表現(xiàn)為自然條件下蒙脫石顯著的15?衍射峰、伊利石較小的10?衍射峰，乙二醇條件下蒙脫石顯著的17?衍射峰、伊利石較小的10?衍射峰，以及加熱條件下蒙脫石和伊利石疊加的10?衍射峰，高嶺石和綠泥石的衍射峰則非常不明顯(圖5)。蒙脫石的結(jié)晶度指數(shù)較高(1.286～1.858，平均1.436)，表明蒙脫石的結(jié)晶程度較差。

表1 岳王城剖面嫩江組一二段全巖礦物含量

圖4 岳王城剖面嫩江組一二段黏土礦物含量Figure 4 Yuewangcheng section Nenjiang Formation 1st and 2nd members clay mineral contents

樣品編號蒙脫石/%伊利石/%高嶺石/%綠泥石/%蒙脫石結(jié)晶度15YWC-1-M28316101.56815YWC-10-M17820021.50115YWC-14-M28514101.85815YWC-16-M27920011.26615YWC-16-M88713001.44415YWC-23-M48812001.33215YWC-29-M29010001.28615YWC-30-M18118101.33715YWC-33-M18911001.331

3.3 掃描電鏡與能譜分析結(jié)果

掃描電鏡分析結(jié)果顯示，樣品中黏土礦物主要呈現(xiàn)片層狀形態(tài)，單個片層狀礦物顆粒邊緣具有不規(guī)則參差狀形態(tài)(圖6a,圖6b)。能譜分析顯示黏土礦物主要化學(xué)成分為Si、O、Al，其次為Mg、Fe、Ca、K、Na，與蒙脫石和伊利石的化學(xué)成分一致(圖6c)。樣品局部可見黃鐵礦，礦物單體呈現(xiàn)立方體形態(tài)，多以團簇狀集合體產(chǎn)出(圖6d)。

圖5 岳王城剖面嫩江組一二段部分樣品黏土礦物XRD圖譜Figure 5 Yuewangcheng section Nenjiang Formation 1st and 2nd members part samples clay mineral XRD spectrum

圖6 岳王城剖面嫩江組一二段15YWC-14-M2樣品掃描電鏡照片F(xiàn)igure 6 Yuewangcheng section Nenjiang Formation 1st and 2nd members sample 15YWC-14-M2 SEM photos

3.4 黏土礦物主量元素分析結(jié)果

對岳王城剖面4個樣品的主量元素地球化學(xué)分析結(jié)果顯示，主要元素組成為SiO2和Al2O3，兩者含量之和超過70%；其次為Fe2O3、MgO、K2O、CaO，其含量之和超過10%；含量較少的元素為Na2O、TiO2、P2O5、MnO，其含量總和不足2%。不同樣品之間的元素含量變化不明顯。將各元素的質(zhì)量百分數(shù)轉(zhuǎn)化為摩爾百分數(shù)后，以Al2O3-(CaO+Na2O)-K2O為三個組分單元投圖(A-CN-K圖)，四個樣品投圖位置集中，位于三角圖的上部(圖7a)；以Al2O3-(CaO+Na2O+K2O)-(Fe2O3+MgO)為三個組分單元投圖(A-CNK-FM圖，圖7b)，四個樣品投圖位置集中，位于三角圖的中部。

圖7 岳王城剖面嫩江組一二段部分樣品主量元素A-CN-K和A-CNK-FM三角圖Figure 7 Yuewangcheng section Nenjiang Formation 1st and 2nd members part samples major element A-CN-K and A-CNK-FM triangular chart

樣品編號SiO2TiO2Al2O3Fe2O3MnOMgOCaONa2OK2OP2O5LOICIA15YWC-16-M853.100.6116.755.390.022.541.360.602.990.2717.017115YWC-23-M454.100.6117.504.830.022.431.510.532.950.1815.617215YWC-29-M256.340.6116.544.130.022.141.420.622.920.1815.497115YWC-33-M155.650.6116.795.950.032.361.410.332.800.1814.5373

4 討論

4.1 岳王城剖面嫩江組一二段黏土礦物成因

沉積巖中的黏土礦物受多種因素的控制，包括風(fēng)化作用、沉積作用、自生作用、成巖作用等，其中風(fēng)化作用又受到沉積物源區(qū)巖性、氣候等條件的影響[11-12]。因此，在利用黏土礦物及其地球化學(xué)成分進行古氣候與古環(huán)境分析之前，首先要確定其成因和主要控制因素。

松遼盆地岳王城剖面嫩江組一二段的黏土礦物主要是蒙脫石，其次是伊利石。蒙脫石的結(jié)晶度指數(shù)較高，XRD圖譜上表現(xiàn)為特征衍射峰峰形寬緩、不對稱、鞍峰比較高，表明蒙脫石結(jié)晶程度較差，并含有一定量的無序伊蒙混層礦物(圖4,圖5)。掃描電鏡下黏土礦物主要呈現(xiàn)片層狀形態(tài)，具有不規(guī)則參差狀邊緣，表明黏土礦物經(jīng)歷過搬運和沉積過程并遭受過磨蝕。這些特征都說明嫩江組一二段的黏土礦物主要是陸源風(fēng)化作用的產(chǎn)物，并經(jīng)過搬運和沉積作用而保存，而不是化學(xué)沉積和自生作用的結(jié)果。

在化學(xué)風(fēng)化作用中，火山巖中細粒結(jié)晶或非結(jié)晶物質(zhì)在適宜的水巖比率下容易蝕變形成蒙脫石，特別是鐵鎂含量高的礦物[17-18]。在較強或較長期的化學(xué)風(fēng)化作用下，侵入巖或其它母巖也可以蝕變形成蒙脫石，現(xiàn)代溫帶氣候區(qū)不同基巖之上的風(fēng)化殼或土壤層中都廣泛發(fā)育蒙脫石[11,17]。伊利石通常以花崗質(zhì)巖石或變質(zhì)巖為母巖，其中云母類礦物經(jīng)過物理風(fēng)化作用、長石類礦物經(jīng)過中等程度的化學(xué)蝕變都會形成伊利石[11,19]。松遼盆地周緣廣泛發(fā)育中生代的火山巖和侵入巖，并為盆地內(nèi)沉積物提供物源[13-14]。這些火山巖和侵入巖在適宜的地表條件下，經(jīng)過物理風(fēng)化作用和化學(xué)風(fēng)化作用形成蒙脫石和伊利石，并最終搬運和沉積到岳王城剖面嫩江組一二段中。

成巖作用可以顯著改變沉積巖中的原始黏土礦物組成，例如在埋藏成巖作用過程中，隨著溫度的增加蒙脫石可以逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蛞撩苫鞂拥V物，進而轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾途G泥石[6,20]。然而，在岳王城剖面樣品中，有序伊蒙混層和綠泥石這兩種典型的埋藏成巖礦物均沒有被檢測出(圖4)。盆地中心松科1井的嫩江組一二段埋藏深度大于1000m，受成巖作用影響?zhàn)ね恋V物組合隨深度發(fā)生顯著變化[6]，而岳王城剖面樣品中黏土礦物組成沒有隨深度發(fā)生變化。綜合以上分析認為，岳王城剖面的黏土礦物受成巖作用影響很小，基本保留了風(fēng)化作用形成的礦物組合特征。

4.2 松遼盆地東緣嫩江組一二段物源區(qū)化學(xué)風(fēng)化作用 在風(fēng)化作用形成的黏土礦物中，礦物的類型和相對含量可以反映物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化作用的強度，后者又受到氣候、構(gòu)造、地形等因素的影響[11-12,21]。高嶺石通常由長石、云母等礦物經(jīng)強烈的淋濾作用形成，是強化學(xué)風(fēng)化作用的產(chǎn)物。在現(xiàn)代地表高嶺石主要分布在熱帶地區(qū)，受炎熱多雨氣候的控制，因而也被稱為“赤道型黏土”[11-12]。在年代古老的風(fēng)化殼中，高嶺石也可以由蒙脫石、伊利石等在溫暖濕潤氣候下經(jīng)過長期淋濾作用轉(zhuǎn)化而來[21]。綠泥石主要由變質(zhì)巖或中基性侵入巖機械剝蝕形成，是強物理風(fēng)化作用的產(chǎn)物。在現(xiàn)代地表綠泥石主要分布在寒帶地區(qū)，常與伊利石共同出現(xiàn)，受干冷氣候的控制，因而也被稱為“兩極型黏土”[11-12]。在岳王城剖面嫩江組一二段中高嶺石和綠泥石的含量幾乎為零，從而反證松遼盆地東緣物源區(qū)未遭受強烈的物理風(fēng)化作用，也未遭受強烈的或長期的化學(xué)風(fēng)化作用。

蒙脫石和伊利石都是溫帶地區(qū)常見的黏土礦物類型，其中蒙脫石通常是中等強度化學(xué)風(fēng)化作用的產(chǎn)物，而伊利石的形成更多受物理風(fēng)化作用影響[11-12]。岳王城剖面嫩江組一二段主要為蒙脫石(平均84%)，其次為伊利石(平均15%)，蒙脫石結(jié)晶程度較差，并且含有較多無序伊蒙混層礦物，表明物源區(qū)巖石主要遭受中等強度的化學(xué)風(fēng)化作用。

風(fēng)化作用過程不僅僅會改變黏土礦物的礦物學(xué)特征，也會對其地球化學(xué)組成有影響。在化學(xué)淋濾作用中離子遷移按照一定順序發(fā)生，首先淋失的是Na、K、Ca等易遷移元素，其次為Fe、Mg、Si等構(gòu)成礦物晶格骨架的元素，活動性最弱的Al元素最難遷移[11]?；瘜W(xué)風(fēng)化指數(shù)(CIA)常用來表示化學(xué)風(fēng)化強度，其公式為

式中主要元素含量均為摩爾比，CaO*代表硅酸鹽巖中的CaO含量[19]。根據(jù)全巖XRD分析結(jié)果，用于全巖主量元素分析的兩個樣品沒有檢測出碳酸鹽，僅含有極低含量的鐵白云石，因此實測的CaO含量可以直接用來計算CIA。CIA值越大，代表Na、K和Ca等堿性和堿土性元素淋失越嚴重，化學(xué)風(fēng)化作用越強。新鮮的玄武巖CIA 值為30～45，花崗巖和花崗閃長巖為45～55，高嶺石接近100，而上陸殼平均為46。一般來說，CIA 值在45～55時表示無風(fēng)化作用，小于60時表示弱的化學(xué)風(fēng)化作用，60～80時代表中等化學(xué)風(fēng)化作用，大于80 時表示強烈化學(xué)風(fēng)化作用[19]。岳王城剖面嫩江組一二段樣品CIA值為71～73，對應(yīng)中等程度的化學(xué)風(fēng)化作用。

根據(jù)主要元素的摩爾百分含量做出的A-CN-K三角圖和A-CNK-FM三角圖可以反映樣品的化學(xué)風(fēng)化趨勢。樣品的化學(xué)成分介于蒙脫石和伊利石平均化學(xué)成分之間，與黏土礦物XRD分析結(jié)果一致，并且與蒙脫石中含有一定量的無序伊蒙混層礦物有關(guān)(圖7a)。相比花崗閃長巖和上地殼平均含量(UCC)，岳王城剖面黏土礦物的化學(xué)成分明顯向富Al端元偏移，這是母巖中等強度的化學(xué)風(fēng)化的結(jié)果(圖7a,圖7b)。與現(xiàn)代河流沉積物平均化學(xué)成分相比，樣品介于亞馬遜河與長江之間，而與黃河相比明顯富Al，這也進一步驗證了中等強度的化學(xué)風(fēng)化作用(圖7b)。

4.3 松遼盆地東緣嫩江組一二段物源區(qū)古氣候

對松遼盆地嫩江組沉積時期的古氣候研究主要基于孢粉組合、穩(wěn)定同位素等指標。高瑞祺等綜合了松遼盆地多口石油鉆井的巖心孢粉數(shù)據(jù)，認為嫩江組一段和二段處于亞熱帶半濕潤-半干旱氣候[8]；Zhao et al.則研究了松科1井科學(xué)鉆探巖心的孢粉資料，提出嫩江組一二段為半濕潤氣候，主要植被類型為針葉林[9]。來自松遼盆地和俄羅斯遠東地區(qū)的穩(wěn)定同位素數(shù)據(jù)顯示，嫩江組一二段沉積時期年平均溫度10～15℃[3,5]。古生物學(xué)和有機地球化學(xué)資料也顯示嫩江組一二段湖泊生物較為繁盛，與溫暖濕潤氣候條件一致[7,10]。

本文對岳王城剖面嫩江組一二段黏土礦物和主量元素地球化學(xué)研究為古氣候重建提供了新證據(jù)。岳王城剖面黏土礦物組合主要為結(jié)晶程度較差的蒙脫石并含有無序伊蒙混層礦物，少量為伊利石，具有溫帶地區(qū)的黏土礦物特征[11-12]。通常在偏干旱的氣候下，濕季礦物淋濾產(chǎn)生的陽離子在干季有足夠的時間結(jié)晶，會形成結(jié)晶程度較好的蒙脫石；反之，偏濕潤的氣候下容易形成結(jié)晶度較差的蒙脫石和無序伊蒙混層礦物[11]?；瘜W(xué)風(fēng)化指數(shù)表明剖面的黏土礦物是中等程度化學(xué)風(fēng)化作用的產(chǎn)物，相比溫帶干旱-半干旱氣候的黃河流域沉積物，其化學(xué)組成更接近亞熱帶季風(fēng)氣候的長江流域沉積物(圖7)。綜上，本文研究認為岳王城剖面嫩江組一二段物源區(qū)的氣候為溫帶-亞熱帶半濕潤氣候。

5 結(jié)論

對松遼盆地東緣岳王城剖面嫩江組一二段開展礦物學(xué)和主量元素地球化學(xué)研究表明，全巖礦物主要含有石英、斜長石、鉀長石等，黏土礦物主要為蒙脫石(平均84%)，其次為伊利石(平均15%)，幾乎不含高嶺石和綠泥石。黏土礦物呈現(xiàn)片層狀且邊緣參差不齊的顯微形貌，蒙脫石結(jié)晶度較差，表明主要由陸源物質(zhì)風(fēng)化形成。根據(jù)黏土礦物主量元素計算的化學(xué)風(fēng)化指數(shù)為71～73，其元素組成相比上地殼和花崗閃長巖的平均組成富鋁，指示中等強度化學(xué)風(fēng)化作用。結(jié)合已有古氣候替代性指標和黏土礦物及其化學(xué)成分的新數(shù)據(jù)，認為松遼盆地東緣嫩江組一二段沉積時期物源區(qū)主要為溫帶-亞熱帶半濕潤氣候。

致謝

中國地質(zhì)大學(xué)(北京)秦紅老師和西冶地質(zhì)測試技術(shù)有限公司彭強工程師在主量元素地球化學(xué)測試、全巖和黏土礦物XRD測試、掃描電子顯微鏡測試過程中給予幫助，在此表示感謝。

[1]王東坡，劉招君，劉麗. 松遼盆地演化與海平面升降[M]. 北京：地質(zhì)出版社，1994：1-157.

[2]侯啟軍，馮志強，馮子輝. 松遼盆地陸相石油地質(zhì)學(xué)[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2009：1-654.

[3]Wang C，F(xiàn)eng Z，Zhang L，et al. Cretaceous paleogeography and paleoclimate and the setting of SKI borehole sites in Songliao Basin，northeast China[J]. Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology，2013，385：17-30.

[4]Feng Z，Jia C，Xie X，et al. Tectonostratigraphic units and stratigraphic sequences of the nonmarine Songliao basin，northeast China[J]. Basin Research，2010，22(1)：79-95.

[5]Chamberlain C P，Wan X，Graham S A，et al. Stable isotopic evidence for climate and basin evolution of the Late Cretaceous Songliao basin，China[J]. Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology，2013，385：106-124.

[6]Gao Y，Wang C，Liu Z，et al. Diagenetic and Paleoenvironmental Controls on Late Cretaceous Clay Minerals in the Songliao Basin，Northeast China. Clays and Clay Minerals[J]，2015，63(6)：469-484.

[7]Song Z，Qin Y，George S C，et al. A biomarker study of depositional paleoenvironments and source inputs for the massive formation of Upper Cretaceous lacustrine source rocks in the Songliao Basin，China[J]. Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology，2013，385：137-151.

[8]高瑞祺，趙傳本，喬秀云，等. 松遼盆地白堊紀石油地層孢粉學(xué)[M]. 北京：地質(zhì)出版社，1999：1-373.

[9]Zhao J，Wan X，Xi D，et al. Late Cretaceous palynology and paleoclimate change：Evidence from the SK1 (South) core，Songliao Basin，NE China[J]. Science China Earth Science，2014，57(12)：2985-2997.

[10]Xi D，Cao W，Huang Q，et al. Late Cretaceous marine fossils and seawater incursion events in the Songliao Basin，NE China[J]. Cretaceous Research，2016，62：172-182.

[11]Chamley H. Clay Sedimentology[M]. Berlin：Springer Verlag，1989：1-620.

[12]洪漢烈.黏土礦物古氣候意義研究的現(xiàn)狀與展望[J]. 地質(zhì)科技情報，2010，29(1)：1-8.

[13]Wu F Y，Sun D Y，Ge W C，et al. Geochronology of the Phanerozoic granitoids in northeastern China[J]. Journal of Asian Earth Sciences，2011，41(1)：1-30.

[14]孟凡超，劉嘉麒，崔巖，等. 中國東北地區(qū)中生代構(gòu)造體制的轉(zhuǎn)變:來自火山巖時空分布與巖石組合的制約[J]. 巖石學(xué)報，2014，30(12)：3569-3586.

[15]莫午零，吳朝東，張順，等.松遼盆地北部上白堊統(tǒng)嫩江組物源及古流向分析[J]. 石油實驗地質(zhì)，2012，34(1)：40-46.

[16]Gao Y，Wang C，Liu Z，et al. Clay mineralogy of the middle Mingshui Formation (upper Campanian to lower Maastrichtian) from the SKIn borehole in the Songliao Basin，NE China：Implications for palaeoclimate and provenance[J]. Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology，2013，385：162-170.

[17]Liu Z，Zhao Y，Colin C，et al. Chemical weathering in luzon，philippines from clay mineralogy and major-element geochemistry of river sediments[J]. Applied Geochemistry，2009，24(11)：2195-2205.

[18]洪漢烈，方謙，王朝文，等. 巖漿母質(zhì)對蝕變黏土礦物的約束：以貴州新民剖面P-T界線附近火山灰層為例[J]. 地球科學(xué)，2017，42(2)：161-172.

[19]Liu Z，Colin C，Huang W，et al. Climatic and tectonic controls on weathering in south china and indochina peninsula：Clay mineralogical and geochemical investigations from the pearl，red，and mekong drainage basins[J]. Geochemistry，Geophysics，Geosystems，2007，8(5).

[20]Deconinck J-F，Blanc-Valleron M，Rouchy J，et al. Palaeoenvironmental and diagenetic control of the mineralogy of upper Cretaceous-lower Tertiary deposits of the central palaeo-Andean basin of Bolivia (Potosi area)[J]. Sedimentary Geology，2000，132(3)：263-278.

[21]Thiry M. Palaeoclimatic interpretation of clay minerals in marine deposits：An outlook from the continental origin[J]. Earth-Science Reviews，2000，49(1-4)：201-221.

ClayMineralandMajorElementGeochemicalFeaturesandTheirPaleoclimateSignificanceinNenjiangFormation1stand2ndMembers,EasternMarginofSongliaoBasin

Chen Jiquan1, Gao Yuan1,2, Qin Jianming1, Qin Zuohuan1,2,Xi Dangpeng1,2, Zhong Hanting3and Shi Zhongye1,2

(1.School of Earth Sciences and Resources, CUGB, Beijing 100083; 2.State Key Laboratory of Biogeology and Environmental Geology,CUGB,Beijing 100083;3.Institute of Sedimentary Geology,Chengdu University of Technology,Chengdu,Sichuan 610059)

The Songliao Basin eastern margin Nenjiang Formation 1st and 2nd members as a whole is a set of dark mudstone deposits, also a major source rock horizon. To study its paleoclimate and paleoenvironment is conducive to understand later Cretaceous land paleoclimate features and continental organic matter formation and preservation process. The paper has carried out mineralogical and major element geochemical analyses for Nenjiang Formation 1st and 2nd members strata of the Yuewangcheng section, Songliao Basin eastern margin, and then discussed their paleoclimate significance. The results have shown that the bulk rock minerals have mainly quartz, plagioclase, K-feldspar etc., clay minerals have mainly montmorillonite (average 84%), illite the second (average 15%), almost no kaolinite and chlorite. Clay minerals present lamellar micro-morphology and uneven margin; montmorillonite has poorer crystallinity, indicates its weathered terrigenous deposit origin. Based on clay mineral major element computed chemical weathering index is 71-73. In comparison with upper crust and granodiorite average composition, its elemental composition is allitic, indicated moderate chemical weathering. Combined with available new data of paleoclimate proxy indices and clay mineral chemical composition, the paper considered that during the deposition of Nenjiang Formation 1st and 2nd members in Songliao Basin, the climate in the provenance had been mainly temperate-subtropical semihumid climate.

Songliao Basin; Nenjiang Formation; clay mineral; major element; chemical weathering; paleoclimate

CIA = [Al2O3/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O)]×100

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.08.04

1674-1803(2017)08-0017-08

中央高校基本科研業(yè)務(wù)費優(yōu)秀教師基金項目(2652015387)，中國地質(zhì)大學(xué)(北京)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目(2017A11)。

陳積權(quán)(1997—)，男，本科，地質(zhì)學(xué)專業(yè)。

高遠(1987—)，男，中國地質(zhì)大學(xué)(北京)講師，主要從事沉積學(xué)與古氣候?qū)W教學(xué)和科研工作。

2017-05-30

A

責(zé)任編輯：宋博輦