内陆干旱—半干旱地区，湖泊作为重要沉积区，其流域的降水、径流以及蒸发平衡，不但影响着湖泊水位变化，同时影响着沉积环境中盐度变化。关于湖泊古盐度反演，随着实验技术手段的不断进步，研究领域的不断扩展，生物壳体同位素、碳酸盐同位素、碎屑岩地球化学等，均可用来指示沉积环境^{[1, 2, 3, 4]}。Adams(1965)和Couch(1971)将Walker古盐度计算法进一步校验，提出经验公式，得出了现今普遍接受的算法^{[5, 6]}。这一方面的研究国内起步虽较晚，但发展迅速，从早期证实微量元素与古盐度之间的线性关系，到古盐度与沉积相之间的耦合，古盐度与湖岸线的分布及古盐度与储存空隙、成岩作用之间的关系^[7]、古盐度的确定都显示出作为基础地质研究中必不可缺的部分。同时古盐度的变化，对于水体升降旋回的重建可提供一定的指标，通过砂岩与伴生泥岩的地球化学分析，可半定量地确定湖泊水平面变化，进一步为沉积相及层序确定提供更多的依据^{[8, 9]}。

渭河盆地位于鄂尔多斯地块南缘、秦岭褶皱系以北，处在两大构造单元结合部位，呈东西走向，是在中生代不同构造背景下形成于新生代晚期的一种扭转滑动地块。盆地内充填为新生代地层，前新生界是盆地的基底层系，故渭河盆地所在地域地层具二元结构。其沉积发展演化受鄂尔多斯南缘及秦岭造山带影响显著^{[10, 11]}，古近纪地层主要出露于骊山附近，呈扇形分布于骊山西南—东南各冲沟中，出露地层为上始新统红河组及下渐新统白鹿塬组。红河组以棕红色泥岩与灰黄色砂岩互层为主，白鹿塬组以灰白色砂岩及棕红色泥岩互层为主。盆地内石油钻井资料较少，多为上世纪70年代钻取，无岩芯样品，仅三原WC3井打穿古近系，厚度约500 m，而野外地层最厚约700 m，因此本文选取了骊山支家沟及营背后两条古近系出露完整的剖面进行了采样分析(图 1)。通过野外采集古近纪地层中的泥岩、粉砂质泥岩、砂质泥岩样品，进行系统的地球化学分析，从而确定渭河盆地古近系古盐度特征。样品的测试分析均在西安地质矿产研究所实验测试中心完成，仪器主要为Xios4.0KwX荧光光谱仪和等离子体质谱仪ICP-MS。

图 1 渭河盆地地质简图和采样剖面位置 Fig. 1 Sketch geological map of Weihe Basin and location of sampling section

图选项

在目前应用最为广泛的恢复古盐度的方法中，以微量元素法最为常用，而硼元素是对沉积介质反应最为敏感的元素之一，也是目前最为广泛应用的一种方法来源^{[12, 13]}。沉积介质中的硼浓度是水体盐度的函数，因此可通过测定硼含量来推断沉积介质的盐度。黏土矿物中，以伊利石对硼的吸收最强。针对以伊利石为主的泥岩，Walker(1968)提出公式^[14]：“B”=8.5×B_样品/K₂O_样品。式中，“B”为“校正硼”质量百分含量，“校正硼”为样品中相当于K₂O含量在5%时的硼含量。根据Walker(1968)所列K₂O与校正硼含量曲线，可以查得Walker相当硼含量，根据相当硼含量也可以反映盐度特征。同时Adams(1965)在Walker(1963)基础上提出伊利石泥岩古盐度计算公式：Y=0.0977X-7.043。式中，Y为古盐度，X为“相当硼”值。由于本研究区泥岩主要以方解石胶结为主，黏土矿物以伊利石为主，所以应用Adams公式计算古盐度来反应盆地内盐度特征。

Sr/Ba值对古盐度的变化也比较敏感^{[15, 16]}，随着水体矿化度增加，盐度不断升高。首先Ba以BaSO₄的形式析出，水体咸化到一定程度时，Sr才会以SrSO₄的形成析出，其Sr的含量及Sr/Ba比值与古盐度有很好的相关性，可根据沉积物中Sr/Ba比值来反映水体古盐度情况。

B与Ga的化学性质区别较大。B为不稳定元素，活动性强，可在水体中发生长距离迁移，Ga活泼性差，迁移能力要低的多。Ga的氢氧化物主要在pH=5的弱酸性介质中沉淀，其在淡水中比在海洋条件形成岩石中富集。这种B、Ga的差别，导致B/Ga比值可以作为盐度的指标^{[17, 18]}。

Adams法和Couch法二者在不同地区环境应用计算出的古盐度基本一致，相关性均较好^{[12, 19]}，仅个别样品由于粒度大，黏土矿物组成复杂，偏差较大。Couch法使用盐度广，排除黏土影响因素，被认为是最有效的方法。但王昌勇等^[13]对鄂尔多斯陇东地区长9油层组古盐度分析发现，Couch法计算出的古盐度对伊/蒙混层地区不适用，说明了利用Couch法也存在一定的局限性，需要结合其他方法共同确定。

由Cox(1995)提出的ICV(成分变异指数)被广泛应用于估计细屑岩的原始成分变化^[20]。ICV=[x(Fe₂O₃)+x(K₂O)+x(Na₂O)+x(CaO^*)+x(MgO)+x(MnO)+x(TiO₂)]/x(Al₂O₃)，其中CaO^*代表硅酸盐中CaO，Fe₂O₃代表全铁含量。ICV大于1，说明细屑岩含很少的黏土矿物，为活动带首次沉积；而含大量黏土矿物的细屑岩ICV值小于1，说明强烈风化条件下的初次沉积。由此计算出样品ICV值在3.3~13.4之间，平均值7.8，远大于1，这说明黏土矿物含量少。同时结合K₂O/Al₂O₃比值(0.18~0.29)，平均为0.25，小于0.3的情况，说明钾元素主要受黏土矿物影响而钾长石等碎屑矿物含量很少。通过薄片分析可知，本研究区细屑岩以方解石胶结为主，黏土矿物以伊利石为主，因此我们仅通过Adams古盐度计算法，结果就足以反映本区古盐度特征。

通过计算骊山地区红河组、白鹿塬组泥岩盐度，可以看出盐度值在2.2‰~11.7‰(去除两个误差较大样品)之间(见表 1)，平均值为5.8‰。根据古盐度大于35‰为超咸水，25‰~35‰为咸水，10‰~25‰为半咸水，小于10‰为微咸水—淡水的划分标准，可以看出大部分样品处于微咸水—淡水环境，部分样品达到了半咸水环境。古盐度平均值显示，渭河古近系整体沉积环境为微咸水—淡水湖泊环境。

按照Walker相当硼含量，300×10^-6~400×10^-6为正常海咸水环境，200×10^-6~300×10^-6为半咸水，小于200×10^-6为微咸水—淡水沉积^[14]。本次共对25个渭河盆地古近系泥岩、粉砂质泥岩及砂质泥岩样品进行了测试分析，红河组15件，白鹿塬组10件，有两个样品风化严重，受污染较大，测试结果误差大，去除后算出整体相当硼含量在95×10^-6~192×10^-6之间，平均值为131×10^-6，属于微咸水—淡水沉积环境。对比计算出的古盐度，可以看出大部分样品保持良好的一致性，仅个别样品存在差异。

利用B/Ga比值来判断古盐度，可以看出，样品的B/Ga值在1.3~5.4之间，平均值为3.7。根据硼/镓比值小于4代表淡水，大于7或20为海水^[21]，可以看出，B/Ga值反映出淡水沉积环境。部分样品B/Ga值超过4，反映出半咸水环境。

Sr/Ba比值反映的沉积环境为：小于0.5为淡水，0.5~0.8为半咸水，大于0.8为咸水沉积^[15]。样品的Sr/Ba比值在0.18~2.0，平均值0.73，反映整体为半咸水，部分样品达到了咸水沉积环境，与其他算法存在差异。 4 讨论

泥岩沉积时的古盐度作为沉积环境的判别标志之一，对研究渭河盆地古近系沉积时的水体环境提供了很好的依据。古近系红河组、白鹿塬组泥岩段以湖相沉积及三角洲沉积为主，通过上述计算可知，渭河盆地古近系为一内陆淡水湖泊，古盐度属于淡水—半咸水，与膏岩、白云岩发育的内陆湖盆所反映的咸水—干旱环境明显不同。

Adams法测出的古盐度与相当硼含量所反映环境一致，均为淡水—半咸水环境，而相当硼含量未有超过200×10^-6，并不能完全说明水体一直处于淡水条件。列别捷夫(1967)提出了硼含量变化范围划分：44×10^-6为淡水相，70×10^-6为半咸水相，102×10^-6为咸水相(海相)^[22]。由于不同研究区地质条件存在差异，对于这些划分范围仅具参考意义。所以推测上述硼含量接近200×10^-6的样品为半咸水环境，代表了局部层位干旱的环境特征。

通过Ga-B-Rb微量元素三角图^[23](图 2)，从大环境上来看，渭河盆地古近系为一内陆淡水湖泊，局部层位水体盐度值较高，与上述所计算出的盐度环境保持了良好的一致性。Adams古盐度计算结果与Walker相当硼含量所反映的环境基本一致，而Walker相当硼法提出的反应水体盐度的指标，在不同沉积环境，会有不同的差异。可以看出本研究区测出的相当硼值，未超过200×10^-6，全部样品为淡水环境。而在实际环境中存在有半咸水、干旱环境，因此Walker相当硼法所计算出的古盐度值仅具参考意义。

图 2 Ga-B-Rb含量关系图解 Fig. 2 Triangle of gallium,boron,rubidium content

图选项

B/Ga、Sr/Ba比值对于判断古盐度，具有良好的指示意义，而且消除了元素测试中的部分误差，它所反映的变化趋势，可以较好的反映水体盐度变化。通过野外实际观察，渭河新生代地层多为红色、棕红色，成岩松散，多遭受风化剥蚀，反映出干旱氧化环境^[24]。为此我们进行了风化指数计算，将风化指数(CIA)与古盐度进行对比，以确定其是否对盐度的计算产生影响。

CIA= {x(Al₂O₃)/ [x(Al₂O₃) +x(CaO^*)+x(Na₂O)+ x(K₂O)] }×100

式中,x为氧化物的摩尔质量百分比，CaO^*为硅酸盐中的CaO。化学蚀变指数CIA在一定程度上可以反映沉积物沉积时的背景环境^[25]。Nesbitt(1982)研究认为，CIA指数在50~65之间反应寒冷、干燥的气候条件下的风化，在65~85之间反应温暖、湿润条件下中等程度的化学风化，85~100之间反映炎热、潮湿的热带亚热带条件下强烈的化学风化。通过计算古近系泥岩的CIA值，发现其变化范围为59.8~81.6，平均值为71.6。可以看出，渭河盆地古近系时的环境为温暖潮湿，有一定程度的寒冷干燥间隙，整体上与内陆的淡水环境相匹配。

为进一步分析这一时期环境的变化波动，分析了两个剖面的CIA、B/Ga及Sr/Ba演化曲线(图 3)。由于两个剖面均围绕骊山出露，沉积环境相同，岩性基本一致，而出露厚度相差较大，因此可将二者对比于同一简单的岩性柱上。从曲线图上可以看出实线(营背后剖面)样品点分散，且由于泥岩多含粉砂质，所以趋势线变化并不明显。虚线代表的支家沟剖面各趋势线变化明显，B/Ga和Sr/Ba所反映的古盐度变化趋势相似，但都有异常点出现。B/Ga比值显示存在半咸水区域环境，而Sr/Ba值所反映的整体环境却为半咸水，部分甚至达到咸水环境。野外实际观察发现，高Sr样品多出现在湖相沉积环境的泥岩中，其中存在大量虫孔、古生物化石，这说明当时曾经存在过大量的古生物。由于古生物壳体对锶有吸附作用，导致生物死亡后会对锶造成富集，推测这些高Sr样品是由于生物作用结果，最终导致Sr/Ba反映的盐度变化变化趋势存在一定异常点。因此选取B/Ga值变化作为盐度变化指标与CIA进行对比。通过对比(图 4)发现B/Ga值与CIA具有良好的负相关性，相似系数达到0.82，仅有两个样品(13ZJG-1,13ZJG-13)值偏离较大。对比主量元素分析发现，这两个偏离较大的样品除二氧化硅含量超过60%外，其氧化铁含量也很高，代表了强氧化环境，说明气候的干燥，风化指数对于强氧化环境下的古盐度值相关性较差。

图 3 渭河盆地古近系泥岩CIA、B/Ga、Sr/B比值变化图(实线：营背后剖面；虚线：支家沟剖面) Fig. 3 Distribution of CIA,B/Ga,Sr/Ba values from mud rock of Palaeogene in Weihe Basin (solid line:Yingbeihou section; hidden line:Zhijiagou section)

图选项

图 4 渭河盆地古近系B/Ga比值与CIA关系图 Fig. 4 Relationship between the ration of B/Ga and CIA in Palaeogene,Weihe Basin

图选项

(1) 通过硼元素法、Sr/Ba比值、B/Ga比值、Ga-B-Rb等方法综合分析古盐度，确定渭河盆地古近系整体处于一个内陆淡水湖泊，沉积水体古盐度较低，局部层位盐度达到半咸水甚至咸水环境。

(2) 实际野外观察地层多为红色、棕红色，风化强烈。通过风化指数CIA值确定红河组至白鹿塬组环境整体温暖湿润，同时存在寒冷干燥时段，风化强度并不是非常强烈。

(3) 风化指数CIA与古盐度之间存在良好的相关性，与所反映的温暖湿润变化相一致。风化指数升高，盐度降低，当风化指数降低时，盐度值升高，因此通过CIA值变化趋势也可以反映水体盐度变化。

(4) 从红河组至白鹿塬组，气候条件逐渐向温暖湿润转换，风化指数CIA值升高，相对应的沉积环境由湖泊相向河流三角洲相过渡，同时古盐度值降低。

(5) 局部样品的高Sr/Ba比值，是由于古生物的富集造成Sr含量升高，导致Sr/Ba值在反映盐度变化时存在一定波动，而B/Ga值的变化则很好的反映了当时水体的盐度变化。