2016, Vol. 51
2. 中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院 西安 710018；
3. 西北大学地质学系 西安 710069
沉积学主要研究内容之一就是沉积环境，在研究初期，主要通过沉积岩的原生构造、结构和所包含的古生物化石等手段来判断。目前，由于沉积地化快速发展，因此，沉积环境的研究手段也进一步得到补充和完善，利用分布在沉积岩或沉积物中的元素或者同位素在沉积过程和成岩作用中的迁移、聚集以及分布特征来鉴别并恢复环境在沉积学研究中越来越重要。古盐度作为古代沉积水介质盐度的记录，成为古沉积环境分析的重要参数。随着油气勘探工作的进一步深入，应用古盐度确定沉积相带得到越来越多的学者的承认。三角洲前缘亚相发育在古湖岸线一带，是大型油气田的重要场所之一(张文昭，1999)，此外，也是岩性和地层油气藏的有利沉积相带，而且，岩性和地层圈闭常在很大程度上受古湖岸线的控制，因此，在预测有利储集相带时确定古湖岸线位置就会显得尤为重要(纪友亮等，2005；卫平生，2005)。
本文通过研究区29个泥岩样品的主量和微量元素测试和分析，定性分析及定量计算古盐度，分析判断古沉积水体氧化还原环境和古气候，以便恢复盒8沉积期古环境和判定古湖岸线分布范围，此项研究将对沉积相带划分和有利储集相带预测优选具有重大的现实意义。
1 区域背景及采样位置研究区位于鄂尔多斯盆地东北部，北至伊金霍洛旗北，南至绥德一带，西起横山以西，东抵佳县一线。在构造上主要属伊陕斜坡东北部、其次为伊盟隆起的东南部(图 1)。
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图1 鄂尔多斯盆地构造区划及研究区位置图 Fig.1 Tectonic division and location of the study area in Ordos Basin |
鄂尔多斯盆地是一个经历了多旋回演化的大型克拉通盆地，也是经过古生代地台与台缘坳陷和中新生代台内坳陷过程形成具多种矿产共存的叠合沉积盆地，盆地基底为太古代和早元古代变质结晶岩系，中-晚元古代、古生代、中生代和新生代沉积了其上的盖层，具明显的二元结构(杨俊杰，2002)，其中，早古生代为海相碳酸盐岩沉积，晚古生代从石炭纪—二叠纪由海陆过渡沉积演化为陆相沉积；古气候在晚石炭世表现为温暖潮湿，早二叠世温热潮湿，到晚二叠世演化为干热气候(张晓莉，2005)。鄂尔多斯盆地构造活动不强烈、地层展布平缓，地下具有丰富的油气储集体，但物性差，以隐蔽性油气圈闭为主，尤其盒8段是鄂尔多斯盆地上古生界的主力气藏，其北部为冲积扇沉积，向南演化为辫状河—辫状河三角洲沉积，岩石整体粒度较粗，主要为含砾粗砂岩及粗砂岩，底部常发育砾岩。
2 古盐度的地球化学表征 2.1 Sr丰度和Sr/Ba比值法Sr和Ba两种元素化学性质非常相似，但是，当二者处于不同沉积环境时，仍然会因其不同的地化行为而发生分离，在自然水介质中，Sr的迁移能力相对Ba较强，当介质盐度低时，Sr与Ba均以重碳酸盐形式沉淀析出，当盐度逐步升高时，Ba首先以BaSO4沉淀析出，此时水介质中Sr浓度明显高于Ba，当盐度继续升高，达到某一程度时，Sr也会以SrSO4逐渐沉淀。因此，沉积岩或沉积物中Sr含量及Sr/Ba比值与古盐度为显著正相关，因而是古盐度判识的灵敏参数之一(郑荣才等，1999)。研究区微量元素分析显示(表 1)，Sr丰度变化范围大，为59.2×10-6～215×10-6 之间，平均值为151.4×10-6，盒8上、盒8下Sr丰度值相近，其分布规律类似，均值分别为150×10-6和152×10-6，盒8上在研究区南部的榆42井Sr丰度值极高，可达215×10-6，盒8下在榆28井Sr丰度值较高，为177×10-6；Sr/Ba比值为0.23～0.64，平均为0.33，盒8上、盒8下Sr/Ba比值及其分布规律相近，平均值都是0.32，Sr/Ba比值盒8上在榆42井最高，为0.64，为半咸水环境(王益友等，1979)，盒8下在陕217井以南较高，均>0.35。
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表1 鄂尔多斯盆地东部盒8段微量元素、常量元素古盐度分析结果 Table 1 Analytical results of paleosalinity by micro-macro elements of He 8 in the eastern Ordos Basin |
粘土矿物在泥岩中的丰度直接影响着K元素的丰度，尤其与伊利石含量紧密相关。元素Rb以悬浮胶体形式搬运为主，在碱性还原介质下，元素Rb因胶体凝絮而发生沉淀，容易被吸附进入有机质及粘土，当水体盐度升高时，其吸附能力增强，Rb丰度和Rb/K比会增大，因此，Rb丰度及Rb/K比值也是介质盐度的良好标志之一，可作为判定环境古盐度的重要指标。研究区盒8各样品Rb丰度范围为31.6×10-6～209×10-6，平均值为119.1×10-6，盒8下Rb丰度稍大于盒8上，平均值分别为125×10-6和110×10-6；在平面上分布规律相近，盒8上、盒8下在研究区的南部榆79井和榆28井一带Rb丰度明显高于研究区北部，分别为113×10-6和136×10-6。一般情况，正常海相泥岩和页岩中Rb/K>0.006，在微咸水—半咸水环境中>0.004，而淡水沉积物为0.002 8(Campbell and Williams， 1965；李进龙等，2003)。研究区盒8段Rb/K比值为0.0011～0.0050之间，平均值为0.0038，表现为淡水和半咸水沉积环境。盒8上、盒8下Rb/K比值相近，分别为0.0038和0.0039，盒8下在研究区南部榆56井Rb/K比值可以达到0.005，为半咸水沉积环境，除此之外，研究区北部统29—府2—统32井也存在一个高值范围，Rb/K比值>0.004，最高值达0.0044，为半咸水沉积。
2.3 K、Na法和Ni元素法K和Na元素为活动性极强的碱性金属，在水体中通常均匀分布，其含量可成为盐度的直接标志(李成凤等，1988；王随继等，1997；赵永胜等，1998；吉利明等，2006；文华国等，2008；钱焕菊等，2009)。碱性还原条件下，介质盐度越高，元素K、Na越易被吸附到粘土矿物伊利石表面或进入晶格，而且吸附量K比Na大，因此，K+Na丰度及K/Na比值越大，记录的介质盐度越高(焦养泉等，2004)。盒8样品K+Na质量分数为1.85%～5.58%，平均为3.45%，K/Na比值为5.17%～12.97%，均值为8.75%，K+Na质量分数和K/Na盒8下均大于盒8上，前者分别为3.58%和3.25%；后者分别为8.94和8.56；在平面上具相近的分布规律，盒8上、盒8下在研究区的南部榆79井和榆28井一带K+Na质量分数和K/Na比值明显较高，K+Na质量分数分别为3.71%和3.79%，K/Na比值高达7.63和9.24，北部陕143—陕198井一带也出现高值，K+Na值为3.74%～5.58%，K/Na为10～12.97，表明这两个区块盐度较高，此结果与前述微量元素法所分析的结果一致。Ni元素分布在11.2×10-6～62×10-6 之间，平均值为32×10-6，盒8下Ni含量稍大于盒8上，分别为34.1×10-6和29.2×10-6，平面上的展布规律相似与 K+Na质量分数。
2.4 B元素法
元素B对盐度的反应也较灵敏，应用不同地化分析手段均比较容易确定，所以，B元素也常作为指示盐度的重要指标。粘土矿物可以吸附水介质中的B，而且吸附数量与B在介质中的浓度有关(郑荣才等，1999)，由于自然水介质中B元素浓度与盐度的关系呈线性，因此，粘土矿物吸收的B与介质盐度的关系为双对数函数，即佛伦德奇吸收方程式(Walker and Price， 1963)：
\[\lg \text{B=}{{C}_{1}}\lg S+{{C}_{2}}\]
这一方程式是利用硼元素和粘土矿物计算古盐度的理论依据。常用以下两个公式计算古盐度：
1) Adams(1965)公式，表达式为：
\[{{S}_{\text{p}}}\text{=}0.0977X-7.043\]
2) Couch(1971)公式，表达式为：
\[{{S}_{\text{p}}}\text{=}{{10}^{\left( \lg {{\text{B}}^{*}}-0.11 \right)/1.28}}\]
表达式在实际应用时，对成岩作用影响欠考虑，对高岭石及蒙脱石对B的吸附也没考虑，因此，采用Adams(1965)公式得到的盐度准确度较低；相反，Couch(1971)公式适用的盐度变化范围较大，除此之外，还考虑了粘土矿物高岭石、蒙脱石和伊利石对B的吸附作用，因此，应用Couch(1971)公式得到的结果相对较准确(郑荣才等，1999)。
要利用Couch(1971)公式，首要问题就是做适合于古盐度计算样品中的B元素含量校正，通常采用Walker and Price(1963)或Couch(1971)公式校正，前者常用在以伊利石为主的泥岩样品，而后者则考虑样品中含有的不同粘土矿物以及他们的含量和对B吸收的非均质性，因此对粘土矿物相对复杂的泥岩样品更适合。研究区泥岩样品以蒙脱石、高岭石、伊/蒙混层、伊利石和绿泥石为主，粘土矿物复杂，因此，本文选用Couch(1971)公式计算 “硼校正”含量，计算如下：
\[{{\text{B}}^{*}}\text{=}{{\text{B}}_{\text{样品}}}/\left( 4{{x}_{\text{i}}}+2{{x}_{\text{m}}}+{{x}_{\text{k}}} \right)\]
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表2 鄂尔多斯盆地东部盒8段B元素、B/Ga比值古盐度分析结果 Table 2 Analytical results of paleosalinity by B element and B/Ga ratio of He 8 in the eastern Ordos Basin |
此方法同样为识别古盐度提供了一个有利证据，微量元素B和Ga化学性质不同，相对来说，硼酸盐有较大的溶解度和较强的迁移性，只有当水蒸发后才析出；相反，Ga活动性相对较差，容易沉淀。因此，B/Ga比值可指示古盐度，一般淡水B/Ga＜4，海水＞7(李进龙等，2003)，盒8段B/Ga比值为0.34～2.91(表 2)，表明主要为淡水沉积，纵向上和平面上分布规律与锶钡法、硼元素法测出的古盐度变化趋势基本一致，纵向上盒8下较盒8上大，B/Ga平均比值分别为1.92和1.83；平面分布特征如下：B/Ga比值在南部榆79和榆28井稍大，分别为2.91和2.47，其次在研究区北部陕198井—陕143井—统29井也有一个高值带，B/Ga比值>2.07～2.46，反应该区块和研究区南部古盐度较大。
3 沉积环境氧化还原状态的地球化学表征 3.1 微量元素环境的氧化还原状态制约着Mo、U、V、Cr、Ni等元素对氧化还原条件敏感的微量元素在沉积物或沉积岩石中的富集程度，所以，可利用沉积岩或沉积物中此类元素的含量或比值来对氧化还原状态进行重建(常华进等，2009)。环境判别中应用Ni/Co、V/Cr、U/Th比值较单一元素更可靠，当U/Th、V/Cr、Ni/Co分别大于1.25、4.25和7，反映还原(缺氧)状态；当三者分别小于0.75、2和5时，为氧化环境；当分别介于两者之间时，为贫氧环境(Jones and Manning， 1994)。当V/(V+Ni)值低于0.6时，水体表现为弱分层的贫氧环境，在还原环境且水体呈强分层时则大于0.84(Hatch and Leventhal， 1994)。研究区V/Cr、Ni/Co、U/Th比值分别为1.47～3.17、0.55～2.44、0.16～0.42，反应了研究区总体上为贫氧—氧化环境；V/(V+Ni)值为0.7～0.93，反应了研究区具中等—强的水体分层性，底部具一定的厌氧环境(表 3)。
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表3 鄂尔多斯盆地东部盒8段氧化还原状态分析结果 Table 3 Analytical results of redox state of He 8 in the eastern Ordos Basin |
在反应环境氧化还原状态方面，稀土元素(REE)也具显著效果，如稀土Ce的异常，Wright et al.(1987)曾定义铈异常(Ceanom)为元素Ce与相邻的La和Nd两种元素的相对变化，表达式为：Ceanom=log，判断过程中，以北美页岩(NASC)为标准，认为Ceanom＞-0.1时为Ce富集，指示缺氧—还原的古环境；Ceanom＜-0.1时，Ce呈亏损或负异常，对应为氧化古环境。盒8段Ceanom 值除台4井为 -0.14，其余样品值范围为-0.05～0.1，均值为0.02，整体表现为Ce的富集，反应研究区研究区总体上为缺氧—还原的古水体环境。
3.2 常量元素Fe及Cu/Zn比值(1) Fe2+ 与Fe3+
Fe元素有Fe2+和Fe3+ 价离子，Fe对氧化还原反应也较敏感，当氧化还原电位Eh和酸碱度pH发生变化时，元素Fe的价态就会发生相应变化，因此，Fe的价态常是反映环境的地化标志(黎彤，1979)。一般情况下，还原环境Fe2+/Fe3+＞ ＞1，弱还原环境Fe2+/Fe3+＞1，Fe2+/Fe3+=1呈中性环境，而弱氧化环境Fe2+/Fe3+＜1，氧化环境下Fe2+/Fe3+＜ ＜1。 研究区Fe2+/Fe3+ 比值范围为0.23～7.64，平均值为3.79，除了双11井、双1井和榆74井有4个样品值＜1(分别为0.23、0.46、0.81及0.82)外，其余值都＞1(表 3)，表示研究区环境以弱还原为主，在局部区块可能存在弱氧化环境。
(2) Cu/Zn比值
Cu和Zn两种元素同为铜族，在沉积过程中，因二者介质氧逸度具明显差异而分离，随介质氧逸度降低，可发生沉积分带现象，表现为由Cu元素向Zn元素过渡。目前有学者提出以下观点，还原环境Cu/Zn ＜0.21，在弱还原环境Cu/Zn为0.21～0.38，当介于0.38～0.50之间时，为还原—氧化过渡带，而在0.50～0.63之间时为弱氧化环境，氧化环境时Cu/Zn>0.63(梅水泉，1988)。研究区Cu/Zn比值范围为0.13～1，平均值为0.41，除了陕203、双1、双37和统1等井有4个样品值>大于0.5(分别为0.96、0.65、1和0.61，统29井1个样品为0.13)，其余值集中在0.21～0.5之间，说明研究区主要为弱还原和还原—氧化过渡环境，局部有弱氧化和氧化环境存在
4 古气候的地球化学表征Sr、Ti、Al、Nb、Ta、和Th等在风化作用中较稳定、不宜迁移，是气候效应最灵敏的典型元素，多富集于湿热地区的海水中(赵一阳等，1994)。P元素对古气候变化也相对敏感，当气候炎热，蒸发作用会让盐度快速增大，部分低等生物就会因对高盐度不适应而死亡并会参与成岩，使沉积物的磷元素富集，因此，气候炎热干旱的高盐度环境磷含量较高(熊小辉等，2011)。P2O5含量最小为0.027%，最大为0.19%，平均为0.09%，盒8上均值为0.07%，盒8下平均值为0.1%，表明盒8下较盒8上气候略微干旱。在平面展布上，南部榆79和榆28 P2O5含量较高，为0.11%，另一个高值带发育在北部陕217—陕118—府2—统29井，P2O5含量>0.11%，反应北部这一区块和研究区南部气候相对干旱(表 4)。
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表4 鄂尔多斯盆地东部盒8段古气候分析结果 Table 4 Analytical results of paleoclimate of He 8 in the eastern Ordos Basin |
气候潮湿时，沉积岩中元素Al、Fe、V、Ni、Co、Zn、Ba等含量较高，气候干旱时，水分蒸发较大，水介质碱性增强，以盐类形式大量析出元素Na、Mg、Ca、Sr、Cu、Mn等且在水底沉积，其含量相对增大，反映了暖干或干寒气候(王良忱等，1996)。许多元素或者化合物的比值在古气候判别中有更直接的指示作用。
4.1 Sr/Cu比值研究认为，Sr/Cu为1～10时气候温湿，Sr/Cu>10时气候干热(刘刚等，2007)，另一种不同的观点认为，温湿气候的Sr/Cu范围为1.3～5、Sr/Cu>5时则气候干旱(王随继等，1997)。研究区Sr/Cu为1.66～9.41，平均值达4.60，沉积过程整体处于温湿气候。研究区南部榆42井一带和研究区北部统32井—统29井—双11—陕198—双1井一带Sr/Cu比值均>5，反映了这两个区域气候较干旱。
4.2 Sr/Ba比值和Sr/Ca比值在水介质中Ba2+和Ca2+ 的碳酸盐和硫酸盐具较低的溶解度，盐类沉淀可出现在沉积早期，相反，Sr的盐类溶解度较高，到后期才析出。因此，Sr/Ca、Sr/Ba值增大反映盐度升高、气候干旱、蒸发强烈；反之，在湿润气候下，比值下降(宋明水，2005)。研究区Sr/Ba、Sr/Ca比值最小值分别为0.23、0.01，最大值分别为0.64、0.07，平均为0.33、0.04，其中，盒8上平均值分别为0.33、0.04，盒8下平均值分别为0.32、0.04，盒8上和盒8下气候相近。平面上与前面的Sr/Cu比值规律一致，南部榆56—榆42—榆28井区块比值较高，分别达0.64和0.06，研究区北部双11井—陕143井—陕198井一带Sr/Ba、Sr/Ca比值分别0.33和0.05，表明了这两个区域属相对干旱的气候。
4.3 Fe/Mn比值在干旱环境下有较多的元素Mn，反之，潮湿环境下含量较少，潮湿气候下Fe较易以Fe(OH)胶体沉淀，因而，温湿气候下沉积物中Fe/Mn比值较高，而干热气候下值较低(宋明水，2005)。研究区Fe/Mn比值为98.79～498.13，均值为197.07，其中盒8上均值为205.36，盒8下为191.21，反应了气候盒8下比盒8上略微干热。平面上研究区南部榆42、榆79井和榆28井一带Fe/Mn比值较小，盒8上最小可以到98.79，盒8下最小值为168.29，其次在研究区北部陕118—陕217井—统29—府2井也有一个低值带，Fe/Mn比值＜162，反应北部这一区块和研究区南部榆79—榆28井一带气候相对干旱。
4.4 Mg/Ca比值对古气候变化较灵敏的参数还有Mg/Ca比值，高值反映干旱气候；低值指示潮湿气候。但是，当有碱层存在的地层其比值不仅不是高值，相反会呈现低值。原因是碱层成分是碳钠盐岩，当其开始沉淀时，介质中Mg、Ca沉淀充分，浓度变小，且活动性Mg比Ca差很多，前者几乎消耗殆尽，所以，地层中Mg/Ca显示低值或极低值。所以在应用此参数时，对其气候指标补充一些说明是非常有必要的，当易溶性Na、K盐等无沉淀时，干热气候Mg/Ca为高比值；当其沉淀时，低比值和高K、Na值一同可作为干热气候的指示(宋明水，2005)。研究区Mg/Ca比值范围为0.97～5.43，均值为2.85，盒8上为2.42，盒8下为3.17，研究区没沉淀Na和K盐，表明盒8下较盒8上气候略微干热。平面分布特征表现为，南部榆56、榆79和榆28井一带Mg/Ca有高比值，分别高达5.43、3.15和4.29，其次在研究区北部霍2—陕143—陕198—统1—神8井一带也有一个高值带，Mg/Ca比值盒8上>3.17，盒8下>3.50，反应北部这一区块和研究区南部榆79—榆56—榆28井一带气候相对干旱。
4.5 Mg/Sr比值水与方解石中Mg的分配含量与温度直接相关，温度升高Mg含量增大，相反，温度降低Mg含量减小，元素Sr进入方解石晶体与温度无关，因此，可应用元素Sr含量对Mg元素在初始溶液中的变化进行校正，即Mg/Sr比值可指示碳酸钙沉淀时变化，即Mg/Sr比随温度的升高而升高(宋明水，2005)。研究区Mg/Sr比值范围为21.4～268.58，均值为78.22，其中盒8上均值为58.58，盒8下为92.4，说明盒8下气候较盒8上略微干热。平面上研究区南部榆79和榆56井一带Mg/Sr比值较大，盒8上可达82.54，盒8下可达93.83，其次在研究区北部霍2—陕188—陕198—陕217—神8井一带也有一个高值带，盒8上>92.5，盒8下>108.87，反应北部这一区块和研究区南部榆79—榆56一带气候相对干旱。
4.6 Al2O3/MgO比值粘土矿物中Al2O3/MgO比及其变化也常常是沉积古气候变化的指标，值越大，指示气候温湿，水体淡化；值越小，指示干旱气候(刘刚等，2007)。研究区Al2O3/MgO比值为12.27～82.08，均值为25.16，其中盒8上均值为34.07，盒8下为18.73，显示盒8下气候较盒8上干旱。在平面上，Al2O3/MgO比值在南部榆56、榆79和榆28井一带较小，盒8上为20.74，盒8下可小到12.47和14.45，其次在研究区北部霍2—陕118—府2—陕198—神2井一带也有一个低值带，Al2O3/MgO比值盒8上小到17.85，盒8下小值可达13.81，反应北部这一区块和研究区南部榆79—榆56—榆28井一带气候相对干旱。
5 沉积环境的古盐度判别和古环境分析 5.1 古盐度的判别应用多种方法分析盒8期环境古盐度有如下特征：
(1) 根据Sr丰度值＜40×10-6时为咸水环境、40×10-6～100×10-6时为半咸水环境、100×10-6～300×10-6时为淡水环境的判别标志(Strakhov，1958)，研究区盒8的Sr丰度值有两个值，分别是陕203盒8上(79.4×10-6)和台4盒8下(59.2×10-6)具半咸水迹象，其余均显示淡水沉积环境。Sr/Ba陆相沉积＜0.6，而海相>1，介于0.6～1.0之间则为过渡相(王益友等，1979；郑荣才等，1999)，Sr/Ba比值为0.23～0.64，均值为0.33，样品中大部分＜0.6，为陆相沉积，仅在研究区南部榆42其比值为0.64，属过渡相沉积。
(2) Rb丰度和Rb/K盒8下稍大于盒8上，平均值盒8下分别为125×10-6和0.0039，盒8上为110×10-6和0.0038，反映盐度盒8下稍高于盒8上；Rb/K一般海相泥岩和页岩>0.006，>0.004为半咸水，河流沉积物Rb/K为0.0028(Campbell and Williams， 1965)，研究区Rb/K比值范围为0.0011～0.0050，均值为0.0038，多数样品Rb/K ＜0.004，反映淡水的沉积水体，少数样品比值>0.004，体现半咸水沉积；Rb丰度和Rb/K比值在平面上分布规律相近，研究区南部榆79井、榆28井一带Rb丰度值较高，南部榆56井Rb/K比值为0.005，北部统32井—统29井—双11井—府2井一带，Rb/K比值>0.004，为半咸水。
(3) 盒8下K＋Na质量分数和K/Na比值均稍大于盒8上，盒8下分别为3.58%和8.94，盒8上分别为3.25%和8.56%；在平面上分布规律相近，研究区的南部榆79井和榆28井一带和北部双11—霍2—陕143—陕198井一带K+Na分数及K/Na比显著高于其它区块，K+Na质量分数和K/Na比值分别大于3.74%和10。Ni丰度范围为11.2×10-6～62×10-6，平均为32×10-6，盒8下Ni含量稍大于盒8上，分别为34.1×10-6和29.2×10-6，平面上分布规律与 K+Na质量分数及K/Na比值分布规律类似，在研究区南部榆74井—榆50井一带盒8下>49×10-6，在研究区北部陕203井一带盒8上>40×10-6，大于海相沉积的40×10-6 标准，显示有咸水的迹象，表明纵向上盒8下盐度略高于盒8上，平面上研究区南部和北部这两个区域的水体盐度较高。
(4) 粘土矿物中硼含量>120×10-6时为咸水，80×10-6～120×10-6 时为半咸水，＜80×10-6 的为淡水(Walker and Price， 1963)。研究区盒8段大部分样品＜80×10-6，属淡水沉积，只有个别样品(双37井盒8下)为108×10-6，为半咸水沉积。硼含量盒8下大于盒8上，均值分别达59.6×10-6和53.3×10-6；平面上，研究区南部榆28井—榆79井一带和北部陕203井—陕143井—陕198井—统29井—霍2井一带硼>67×10-6，含量明显高于其他区块，表明纵向上盒8下盐度略高于盒8上，平面上研究区南部和北部这两个区域的水体盐度较高。
与B元素古盐度定性判识相比，目前用Couch(1971)公式进行B元素定量计算古盐度是最有效方法之一，计算表明，研究区古盐度范围为2.76‰～14.32‰，平均为8.62‰，按照含盐度对湖泊的划分标准，研究区盒8段沉积水体为微咸水—咸水。古盐度盒8下稍大于盒8上，均值分别达9.01‰和8.25‰；平面上，研究区南部榆79井和榆28井一带和北部统32井—统29井—霍2井—陕203井一带古盐度明显高于其他井区，古盐度>10‰，个别可高达14.321 0‰，为咸水沉积。
(5) 目前有学者认为B/Ga比值＜4为淡水，>7为海水(李进龙等，2003)，盒8样品B/Ga比值为0.34～2.91，＜4以淡水沉积为主。在纵向上盒8下大于盒8上，其比值平均为1.92和1.83；平面上在南部榆79井—榆28井一带和北部陕198井—陕143井—统29井一带B/Ga>2，显著高于其他井区，表明纵向上盒8下盐度高于盒8上，平面上研究区南部和北部这两个区域的水体盐度较高。
5.2 氧化还原状态分析不同方法测定的盒8期沉积环境氧化还原状态有以下结果：
(1) 微量元素V/Cr、Ni/Co、U/Th比值范围分别是1.47～3.17、0.55～2.44、0.16～0.42，反映了总体上为贫氧—氧化环境；V/(V+Ni)比范围为0.7～0.93，反映了中等—强水体分层性，在水体底部存在局部厌氧环境；铈异常(Ceanom)值主要集中在-0.05～0.1，整体表现为Ce的富集，指示缺氧、还原的古水体环境。
(2) 常量元素Fe2+/Fe3+ 比值范围为0.23～7.64，平均值为3.79，除了双11、双1和榆74井有4个样品Fe2+/Fe3+＜1，其余都>1，指示研究区以弱还原环境为主，在局部区块可能存在弱氧化环境。Cu/Zn比值范围为0.13～1，平均值为0.41，除了陕203、双1、双37和统1井有4个样品值>0.5，分别为0.96、0.65、1和0.61，统29井1个样品为0.13，其余值集中在0.21～0.5之间，说明研究区主要为弱还原和还原—氧化过渡环境，局部发育弱氧化及氧化环境。
5.3 古气候分析不同方法测试分析的古气候结果如下：
(1) 盒8期P2O5含量最大值为0.19%，最小值为0.027%，平均值为0.09%，盒8上平均为0.07%，盒8下平均值为0.1%，显示盒8下气候稍微干旱于盒8上；平面上，在南部榆28和榆79井P2O5含量稍高，达0.11%，其次在研究区北部陕118—陕217井—统29—府2井也有一个高值带，P2O5含量也>0.11%，表示南部和这一带气候相对干旱。
(2) Sr/Cu为1.66～9.41，平均值为4.60，反应研究区盒8期整体属温湿气候。Sr/Ba、Sr/Ca比值最小分别为0.23、0.01，最大分别为0.64、0.07，均值分别为0.33、0.04，盒8上均值分别为0.33、0.04，盒8下平均为0.32、0.04，表示盒8上与盒8下气候类似。平面上，研究区南部榆42井—榆56井—榆28井一带比值较大，分别可达0.64和0.06，反映这一带气候相对干旱。
(3) 研究区Fe/Mn比值为98.79～498.13，均值为197.07，其中盒8下与盒8上平均值分别为191.21和205.36，指示盒8下气候比盒8上略微干热一些。平面上，研究区南部榆42、榆79井和榆28井一带Fe/Mn比值较小，盒8上最小可以到98.79，盒8下最小值为168.29，其次，在研究区北部陕118—陕217井—统29—府2井也有一个低值带，Fe/Mn比值＜162，反映北部这一区块和研究区南部榆79—榆28井一带气候相对干旱。
(4) 研究区无Na和K盐沉淀，Mg/Ca比值为0.97～5.43之间，平均值为2.85，其中盒8上和盒8下均值分别为2.42和3.17，表明盒8下较盒8上气候略微干热。在平面上有同样的特征，南部榆79—榆56—榆28井一带比值较大，分别为3.15、5.43和4.29，其次，研究区北部霍2—陕143—陕198—统1—神8井一带也有一个高值带，盒8上＞3.17，盒8下>3.50，反映北部这一区块和研究区南部榆79—榆56—榆28井一带气候相对干旱。
(5) 研究区Mg/Sr比值为21.4～268.58，均值为78.22，盒8上与盒8下分别为58.58和92.4，说明盒8下气候比盒8上略显干热。在平面分布上，南部榆56—榆79井一带Mg/Sr比值较高，盒8上和盒8下分别可达82.54和93.83，其次，北部霍2—陕188—陕198—陕217—神8井一带也有一个高值带，盒8上Mg/Sr比值>92.5，盒8下>108.87，反应研究区南部榆79—榆56一带和北部这一区块气候相对干旱。
(6) Al2O3/MgO比值为12.27～82.08，均值为25.16，盒8上均值为34.07，盒8下均值为18.73，表明盒8下较盒8上气候干旱。研究区南部榆79—榆28—榆56井一带Al2O3/MgO有较低值，盒8上达20.74，盒8下可小到12.47，北部霍2—陕118—府2—陕198—神2井一带也有一个低值带，盒8上小至17.85，盒8下小至13.81，反映南部榆79—榆56—榆28井一带和北部这一区块气候相对干旱。
5.4 古盐度与古环境分析各种测试方法所测定的古盐度和古气候的结果一致，二者与盒8沉积微相分布特征拟合性也好。研究区北部为冲积扇沉积，向南到通岗浪沟—什汗水利一带为辫状河沉积，气候相对干旱，古盐度较高，属半咸水—咸水沉积；再向南到横山—榆林—米脂—佳县一带沉积相演变为辫状三角洲平原，分流河道发育区和向南河口区位置一致，古盐度较低，气候相对潮湿，水体以淡水—微咸水为主；到研究区南部子洲一带，三角洲逐渐演化为前缘，位于湖岸线以下，尽管有平原河流淡水的注入，但补给的淡水不足并与湖水发生了充分混合，为半咸水—咸水环境，表现在榆79经—榆56井—榆28井一带古盐度值显著增大及气候干旱(图 2)。研究区盒8段砂岩储集性能一方面受沉积微相控制，另一方面受成岩作用影响，尤其早期成岩析出的绿泥石膜能使砂岩抗压实、压溶能力增强，使得部分原生孔隙和喉道能够保存下来，利于储层发育，而早期绿泥石膜发生胶结要求水介质必须达到一定的盐度(黄思静等，2004)，因而，研究区微咸水—半咸水—咸水沉积环境有利于绿泥石膜胶结也有利于储层发育。
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图2 鄂尔多斯盆地东部盒8沉积微相与古盐度分区图 Fig.2 Sedimentary microfacies and paleosalinity subarea of He 8 in the eastern Ordos Basin |
(1) 利用B元素法对古盐度进行定量计算，计算结果与Sr/Ba、Sr丰度、Rb/K、Rb丰度、K/Na、K+Na分数、Ni含量、B/Ga和B含量所分析的古盐度高度一致，表明上述方法恢复的研究区盒8段古盐度是可靠的。综合以上不同方法的结果，认为：沉积介质主要为淡水—微咸水，但局部存在半咸水—咸水环境；纵向上盒8下古盐度高于盒8上，平面上研究区南部米脂榆79井和榆28井一带和研究区北部通岗浪沟—什汗水利一带古盐度高于其他区域，属半咸水—咸水沉积。盒8期微咸水—半咸水—咸水的沉积环境对绿泥石膜胶结有利，也利于储层的发育。该认识对鄂尔多斯盆地盒8沉积环境研究起到一定的补充作用，同时也对该区盒8天然气勘探具有重要意义。
(2) 通过微量元素V/Cr、Ni/Co、U/Th、V/(V+Ni)值和铈异常(Ceanom)值及常量元素Fe2+/Fe3+和Cu/Zn来分析研究区沉积环境的氧化还原状态，不同分析方法结果基本一致，说明以上方法恢复研究区盒8氧化还原状态是可行的。研究区总体为缺氧弱还原的古水体环境，局部存在还原—氧化过渡、弱氧化和氧化环境。
(3) 通过P2O5含量、Sr/Cu、Fe/Mn、Mg/Ca、Mg/Sr和Al2O3/MgO等方法对研究区盒8古气候分析，多种方法分析结果高度一致，表明应用这些方法恢复的古气候是可信的。结果表明，研究区盒8沉积期整体属于温湿气候，纵向上盒8下较盒8上气候略微干旱，平面上研究区南部米脂榆79井—榆28井一带和在研究区北部通岗浪沟—什汗水利霍2—陕118—陕217井—统29—府2井一带，气候相对干旱。
(4) 不同方法所测定的古盐度、古气候和盒8沉积体系吻合度高，综合鄂尔多斯盆地古生代的沉积演化，盒8期研究区湖岸线分布在南部米脂榆79井和榆28井一带，这一带一方面受湖水的影响，另一方面气候较干旱，因此古盐度升高；在研究区北部通岗浪沟—什汗水利一带，为辫状河沉积，可能是由于气候干燥、在蒸发的环境下造成盐度增大。
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