内陆湖盆"深水成盐"形成条件和识别标志:以东濮凹陷与现代盐湖为例

位于我国东部的许多新生代盆地,在地质历史时期发育了巨厚的岩盐沉积。尽管这些盆地的成盐模式研究已经历了40多年,但由于缺乏“深水成盐”的现代沉积模式,到底是“深盆-深水”还是“深盆-浅水”成盐,一直难以定论。为了理解“深水成盐”的控制因素,很多现代盐湖开展了水文学和水化学调查,然而这些湖盆的矿物组合各不相同,“深水成盐”的形成条件和控制因素尚不清楚。本文对死海、佛瑞湖等“深水成盐”的现代盐湖以及我国东濮凹陷沙三段的成盐特征进行了解剖,从盐度、水深、湖平面波动以及卤水分层等角度探讨了“深水成盐”的形成条件,对比分析了“深水成盐”的相对位置以及沉积物特征,总结了“深水成盐”的识别标志。研究表明,盐岩层系在岩心和测井资料上显示出多尺度的旋回性。“深水成盐”为水深较大的洼陷中心成盐,与盆缘的“浅水成盐”同盆共存。沉积相对岩盐层系的结构和组成有明显的控制作用,其中洼陷带的“深水成盐”,主要在洼陷带的卤水-湖底沉积物界面附近,析出和增生粗晶的盐类矿物,常与富含有机质和黄铁矿的暗色泥岩共存;而湖滨附近的“浅水成盐”,单层厚度薄,结晶粒度细小,通常含有较多的陆源碎屑。死海为代表的现代盐湖以及东濮凹陷等古代成盐盆地的沉积特征表明,“深水成盐”发生于湖平面的下降期,而且卤水剖面的厚度对蒸发岩的形成分布有明显的控制作用,同时具有“深水”和“深盆”特征的内陆盐湖更容易形成单层厚度大、横向稳定的岩盐沉积。本研究有助于改变人们以往对内陆湖盆成盐机理的认知,尤其是现代盐湖的卤水分层析盐特征,对解读地质历史中的其他成盐事件具有重要启示。基于现代沉积实例的“深水成盐”识别标志,可以为古代岩盐沉积模式的建立提供限定条件。     

食盐析出实验对盐湖盆地沉积研究的启示

将物理模拟实验结果与地震、岩芯资料相结合,对东濮凹陷盐岩沉积的古地理位置、成因机制提出新的认识。研究认为:洼陷带的边缘、中央隆起带等浅水部位是盐岩沉积较早的部位,可以沉积厚度大、粒度小的单盐层,而靠近湖盆中心,矿物结晶时间充分,沉积的盐岩粒度大,单盐层厚度可大可小,甚至可以缺失,盐岩沉积的古地理位置受古盐度影响明显;盐湖盆地绝大多部分地区,湖水有一定深度时便已形成湖底盐层,湖水变浅时盐层已具备一定厚度,保证了其下部泥页岩的还原环境,盐岩沉积后基本保持了原有的构造形态,其上可以再次接受泥页岩沉积;湖盆边缘的渗滤带在湖水退去以后仍可以沉积盐岩,该处盐层最薄、粒度细小,下部地层常见氧化环境标志。     

江陵凹陷沙钾3井古近系沙市组地球化学特征及成钾指示

在盐湖沉积演化过程中,钾镁盐在盐类矿物沉积的中晚期才开始结晶析出。因此,研究含盐系地层中盐类矿物的沉积地球化学特征,不仅可以从侧面获取岩盐的沉积物物质来源和成盐期古卤水蒸发浓缩程度等地球化学信息,而且可以直接揭示古盐湖期钾盐富集趋势及规律。目前,除在江陵凹陷的古近系沙市组等含盐系内发现了富钾卤水外,还在中-南部的钻孔盐矿盐岩中,发现了微量钾石盐和钾石膏,这些说明该凹陷古近纪具有成钾潜力。本文通过对SK3井蒸发岩特征研究及岩芯中K、Mg、Cl、Br离子含量与Br×103/Cl系数的垂向变化分析,揭示古盐湖浓缩演化与钾盐富集趋势,进一步揭示该层段沉积时期及所在凹陷古盐湖卤水钾的富集程度。     

咸化湖盆沉积物有序分布及其控制因素——以渤南洼陷沙四上亚段为例

咸化湖盆存在碎屑岩、化学岩及混积岩共生的沉积现象,但多类型沉积物有序分布的机制尚不明确。本文以渤南洼陷沙四上亚段为例,开展了咸化湖盆多类型沉积物有序分布及控制因素的分析,结果表明：渤南洼陷沙四上亚段低位域沉积期以碎屑岩沉积为主,湖侵域和高位域则出现化学岩与混积岩,由近岸到远岸呈扇体、砂岩滩坝、混积岩滩坝、碳酸盐岩滩坝、盐湖、半深湖及深湖有序分布;化学岩主要受水体环境控制,水体古盐度大于10‰是化学岩形成的基础,盐度和深度共同控制碳酸盐岩、膏岩以及盐岩分布,同时水体深度对不同成因类型的碳酸盐岩及碎屑岩分布也产生影响;碎屑岩主要受物源地貌控制,物源区位置及物源供应强度决定着碎屑岩的沉积位置和规模大小,同时古碳酸盐岩的发育影响着现今碳酸盐岩的发育位置;古地貌位置的高低及坡度的陡缓决定着砂体成因类型,同时古地貌还影响着生物礁生长及碳酸盐沉淀;咸化湖盆多类型沉积物有序分布受古水深、古盐度、古物源、古地貌的共同作用。     

渤海湾盆地济阳坳陷沙河街组四段地层水特征及成盐指示

济阳坳陷是渤海湾盆地发育厚层含盐系地层的坳陷之一,其地层水的特征是研究中国东部裂谷系湖盆演化及成盐规律的重要媒介。济阳坳陷沙河街组地层水矿化度平均值从沙四段的41.2 g/L向浅部逐渐降低到14.2 g/L,反映了咸化湖盆逐渐淡化的趋势。沙河街组四段主要离子浓度与矿化度的关系表明,湖盆演化主要处于石盐析出阶段,且地层水物质组成具有富钙贫镁的特征。在平面上,东营凹陷矿化度最高,湖水经历了高度浓缩,在靠近陡坡带一侧的洼陷部位为地层水的高值区,发育厚层膏盐岩,向缓坡带一侧受陆源水系影响逐渐淡化。靠近陡坡带一侧的洼陷部位是成盐的有利区域,并具备形成富钾卤水矿的条件。     

罗布泊盐湖富钾卤水成因再探讨——碎屑层卤水蒸发实验分析

罗布泊盐湖钙芒硝岩孔隙中蕴藏有超大型规模的卤水钾矿,富钾卤水成因一直备受关注。罗北凹地从统一的罗布泊大湖区中分隔出来后,成盐过程中其湖水仍以南部大湖的补给为主,罗北凹地卤水化学演化与"大耳朵"湖水密切相关。"大耳朵"湖区含石膏碎屑层普遍储藏有卤水,应该是罗北凹地盐湖的"源卤水",钾离子(ρ(K~+)为3.12 g/L左右)已初步富集,平均矿化度为198.83 g/L。为了查明该卤水的化学演化趋势及析盐序列,笔者于2009年、2010年两次采集了大量卤水样品,分别进行室内等温蒸发和自然蒸发实验。蒸发实验结果表明:随着卤水浓缩首先析出(硬)石膏,随后析出大量石盐,最后出现少量钾石盐和光卤石,与EQL/EVP卤水蒸发模型模拟结果相似。将碎屑层卤水蒸发过程中化学组成变化与罗北凹地卤水进行对比,结果显示罗布泊古湖水蒸发至石膏沉积之后,在罗北凹地水化学组成明显发生变化,没有大量石盐沉积,而以钙芒硝沉积为主。推测应是受到深部"富钙水"的持续补给,而"大耳朵"湖起到"预备盆地"的作用,罗布泊古湖水经"大耳朵"湖蒸发浓缩后,钾离子得到初步富集,在流入罗北凹地后与深部"富钙"水混合,强烈蒸发浓缩,大量钙芒硝矿物析出,最后形成富钾卤水。     

新疆库车盆地钾盐科探1井含盐系地球化学特征及找钾指示

在盐湖沉积演化过程中,钾盐矿物在盐类沉积的中晚期阶段才开始析出。因此,研究含盐系盐类的沉积地球化学特征,不仅可以从侧面获取岩盐的沉积物源和成盐古卤水蒸发浓缩程度等地球化学信息,而且更能揭示古盐湖钾盐富集趋势。文章通过对库车盆地钾盐科探1井钻取的岩芯样品进行高精度采样测试,得出岩盐中Mg×103/Cl、K×103/Cl、Li×103/Cl与K+、Mg2+、Li+、Ca2+、Cl-含量的垂向变化规律。并与库车盆地其他钻孔中的岩盐含钾性进行对比,同时,依据钻井剖面岩性特征,与潜江凹陷和大汶口凹陷含盐系剖面进行对比,论述研究区成盐的地球化学特征,对其钾盐成矿前景进行分析和评价。     

柴达木盆地东台吉乃尔盐湖盐类沉积特征及成盐年代的初步研究

东台吉乃尔盐湖经过长期的成盐演化和成矿过程 ,最终形成了以氯化钠化学沉积为主的蒸发盐 ,晶间卤水富含B、Li等多种元素卤水矿床 ,根据 1998年对该湖干盐滩中部所打的CK1孔钻孔剖面( 12m)及测试的几个14 C年龄 ,初步证实该盐湖上部盐层是在约 10 0 0 0aBP形成 ,未经碳酸盐和硫酸盐成盐阶段 ,盐湖形成初期即进入氯化物成盐阶段。     

硫酸钠亚型富锂卤水25℃等温蒸发过程的计算机模拟

我国青藏高原上分布有许多盐湖,其中扎布耶等碳酸盐型盐湖、东台吉乃尔等硫酸镁亚型盐湖是著名的富锂盐湖,已成功开发生产出碳酸锂产品。青藏高原上还有许多硫酸钠亚型盐湖,其卤水锂浓度高,钾、镁、硼等有用成分丰富。针对这些盐湖资源,目前尚未进行开发利用研究。这些卤水的等温蒸发实验研究,是必不可少的关键工作之一。本文使用我们由Pitzer电解质溶液理论建立的Li+,Na+,K+,Mg2+/Cl-,SO24--H2O体系的热力学模型,对25℃下几种硫酸钠亚型富锂卤水等温蒸发过程进行了计算机模拟,预测蒸发过程中盐类矿物的析出顺序、卤水组成变化规律、钠、钾、镁、锂盐的饱和点,并在此基础上进行卤水蒸发过程物料平衡关系的理论计算等。本文对西藏3种硫酸钠亚型卤水和国外2种硫酸钠亚型卤水25℃等温蒸发过程进行了模拟。其析盐顺序的特点是:在第一个矿物石盐饱和析出后,接着析出的含钾矿物是钾芒硝,而不是钾镁矾类矿物。其后钾盐则会以钾岩盐形式析出。锂盐饱和后则主要以复盐Li2SO4.K2SO4形式析出。美国银峰卤水的模拟结果与实验蒸发过程完全一致,并给出其继续蒸发时的析盐状况。另4种硫酸钠亚型卤水的模拟结果不仅可以作为未来实验研究的基本参考和注意点,同样也可作为其盐田设计和工艺安排的基本理论依据。本文研究为该类型卤水资源综合开发利用工艺路线的确立提供理论参考。     

新疆库车盆地中始新世成盐演化特征——以KL4钻孔为例

古盐湖成盐演化具有多期次、连续性和淡化—咸化—盐化的周期性特征,系统研究成盐剖面的沉积韵律有利于恢复古盐湖成盐演化特征.本文以库车盆地KL4钻孔含盐系剖面及其74个石盐样品为研究对象,将含盐系剖面划分为4个成盐韵律,在此基础上开展岩相学、石盐元素地球化学以及石盐流体包裹体氢氧同位素分析等工作.结果显示:剖面上部Ⅲ和Ⅳ成盐韵律发育钾石盐、含钾石盐、杂卤石、钾石膏、钾芒硝等盐类矿物;K+含量的分布范围为0.021％～0.158％,平均含量0.051％;石盐原生流体包裹体中氢氧同位素δD和δ18 O值范围分别为-78.2‰～-58.7‰和-2.4‰～1.3‰,平均值分别为-66.32‰和-0.80‰.盐湖卤水从早期到晚期蒸发浓缩程度逐渐升高,早期成盐卤水在晚期高浓度卤水的形成过程扮演了预富集的角色,在Ⅲ和Ⅳ成盐阶段发现3次钾盐析出事件.本研究为探讨库车盆地中始新世古盐湖环境、沉积特征以及成盐规律提供了重要依据.     

东营凹陷沙四下亚段沉积环境特征及沉积充填模式

沉积盆地中沉积环境特征控制了砂体沉积成因类型及盆地沉积充填模式。通过对东营凹陷丰深2井、官112井及梁120井沙四下亚段泥质沉积物系统取样,进行全岩X衍射分析和常量及微量地球化学元素分析,在此基础上对东营凹陷沙四下亚段古气候和古盐度指标进行分析。结果表明,古气候指标Rb/Sr比值与石英+长石含量、Cr元素含量及P元素含量呈正比,含量增加反映了气候相对潮湿,与古盐度指标碳酸盐+硫酸盐含量呈反比,其含量增加反映了气候相对干旱。东营凹陷沙四下亚段沉积时期气候干湿交替频繁,气候潮湿时期相对湖平面上升,湖水盐度降低;气候干旱时期相对湖平面下降,湖水盐度升高,使得此时期湖泊呈现为高频振荡性盐湖特征。气候潮湿时期以沉积碎屑沉积物为主,包括冲积扇、浅水型三角洲、滨湖滩坝及近岸水下扇沉积,由于湖水盐度较低,洼陷带主要沉积泥岩、灰质泥岩、含膏泥岩和少量泥质膏岩;气候干旱时期相对湖平面下降,湖泊水体盐度升高,洼陷带以沉积膏盐岩为特征,垂向上具有含膏泥岩、泥质膏岩、膏岩和盐岩的演化序列,平面上表现为由湖泊边缘向湖泊中心发育灰质泥岩、含膏泥岩、泥质膏岩、膏岩和盐岩的环带状结构特征。     

末次间冰期以来新疆巴里坤湖蒸发盐的沉积环境记录

沉积物岩芯的碳酸盐、石膏等蒸发盐含量和矿物组成的证据显示了新疆巴里坤湖末次间冰期以来一直是一个水位变化频繁的浅水盐湖,有时甚至为间歇式的湖泊,约在34000aB.P.前后巴里坤湖沉积相发生了显著的变化,34000aB.P.之前为泥坪-湖滨相沉积,34000aB．P．之后为成湖相沉积。尽管我们对巴里坤湖34000aB．P．前后的沉积相变难以理解,但是长期处于浅水状态的巴里坤湖沉积物中蒸发盐的含量和矿物组成仍然与气候变化密切相关。在泥坪-湖滨相形成的碳酸盐中白云石相对的增加是地表强烈蒸发的结果。以石膏为主的蒸发盐含量增加是温度和降水增加所致,而其含量减少则是冰川前进致使补给水矿化度降低造成的。这使我们获得了该区古气候变化并不服从于冰期与雨期同步模式的信息。     

咸化湖盆三角洲沉积模拟实验研究

为指导柴达木盆地西部地区古近系-新近系咸化湖盆油气勘探,建立咸化湖盆聚砂富砂模式,结合青海湖现代咸化湖盆沉积考察结果,开展了咸水介质条件下的三角洲沉积模拟实验研究,实验表明：咸化湖盆三角洲沉积以三角洲平原相为主,可占整个三角洲面积的80%以上,而在三角洲前缘亚相中河口坝微相最为发育;同时表明咸水介质对不同粒度沉积物的搬运距离及沉积有控制作用,较淡水介质,咸水介质中细粒沉积物在河口区快速沉降,而粗粒沉积物搬运距离更远,沉积范围也广;模拟结果也表明咸化湖盆三角洲沉积纵向上“坝上河”砂体构型发育。咸化湖盆三角洲沉积模拟实验的成功,明确了咸化湖盆储层分布特征,拓展了储层分布范围,为柴达木盆地西部地区油气勘探提供技术支持。     

Geolimnology of Freefight Lake: an unusual hypersaline lake in the northern Great Plains of western Canada*

Freefight Lake, Canada's deepest salt lake, is a meromictic, hypersaline lake located in the most arid part of the northern Great Plains. The lake has a distinctive basin morphology, with a large expanse of seasonally flooded mud flats and sand flats adjacent to a deep, flat bottomed perennial waterbody. The mixolimnion, dominated by magnesium, sodium and sulphate ions, has an average salinity of 110 ppt and overlies a monimolimnion of 180 ppt total dissolved salts. The entire water column is strongly supersaturated with respect to a variety of calcium and magnesium carbonate minerals; the lower water mass is also saturated or supersaturated with respect to a number of very soluble sodium, magnesium and sodium + magnesium salts. The modern sedimentary processes operating in Freefight Lake give rise to six main sedimentary facies: (i) colluvium, (ii) mud flats and sand flats, (iii) algal flats, (iv) delta, (v) slope and debris apron, and (vi) deep basin. The colluvium, mud flats and sand flats, and delta facies are dominated by physical processes and consist mainly of detrital siliciclastic sediment. The algal flats, slope and debris apron, and deep basin facies are dominated by endogenic and authigenic sediments derived mainly by physicochemical and biologically mediated carbonate and evaporite mineral precipitation. As one of very few deep water lakes in the world in which soluble evaporite minerals are forming and being preserved, Freefight Lake occupies an important position within the realm of lacustrine sedimentology. Although many of the sedimentological and geochemical processes taking place in the basin today are unusual, the delineation and evaluation of these processes is essential in order to decipher properly the stratigraphic records of Quaternary lake sediments in this large area of North America, as well as lacustrine sequences from other arid and semi-arid regions of the world.     

陆丰南地区断拗转换界面厘定及其地质意义

珠江口盆地经历裂陷阶段向拗陷阶段的转变，同期沉积地层记录了该构造变革和沉积演化过程，为厘定断拗转换界面提供了可能。基于地震反射、沉积旋回特征，识别出陆丰南地区恩平组内部存在全区可追踪对比的构造沉积转换面——T72界面，也是区分上下恩平组界面。对陆丰13洼洼间隆钻井LFA开展上下恩平组碎屑锆石U- Pb 定年、重矿物组分、元素分析，提出恩平组T72界面上下地层物源体系发生转变。结合区域沉积充填特征，表明陆丰南地区T72界面为断- 拗转换界面。具体表现为：下恩平组沉积期湖盆继承文昌期裂陷盆地特征，湖盆水体较深，物源主要为盆地内部的中生代基底凸起，沉积层序明显受盆内低凸起控制，在盆内低凸起四周发育一系列近源的辫状河三角洲，井区主要接受来自惠陆低凸起物源;上恩平组沉积期间，湖盆进入断拗过渡期，湖盆扩大、水体变浅，盆内低凸起四周的断裂活动减弱，沉积层序逐渐向盆内低凸起超覆，盆外太古宙—古生代物源组分供给不断加强，近源的三角洲砂体逐渐向远源的浅水三角洲砂体转化，同时发育宽广的滨浅湖环境，原供给物源的惠陆低凸起为水体淹没，井区接受了北部隆起外的物源。     

苏红图—银根盆地白垩纪沉积相与构造环境

对苏红图-银根盆地广泛发育白垩系陆相沉积的沉积相和构造环境的分析表明,盆地经历了从早白垩世退积型湖进层序到晚白垩世进积型湖退层序的沉积过程,其间发生过一次重要的地壳破裂事件,间隙式的火山喷发形成了大量火山岩。各种迹象表明,苏红图-银根盆地是典型的中新生代裂谷盆地。在此地质背景上,本区发育了一套良好的生储盖组合。     

若尔盖黄河唐克段河岸沉积序列测年及地表过程变化

通过对若尔盖盆地进行野外考察,在盆地中部黄河唐克段右岸发现了包含深湖相的河岸沉积物,进行了细致的地层观测和系统年代学样品采集。在实验室利用光释光和AMS¹⁴C测年技术建立了年代框架,并结合各个层次的地层沉积相宏观特征和理化性质,分析探讨了若尔盖盆地内部从末次冰期古湖消亡以来的环境和地表过程变化规律。研究结果表明：古黄河在37 ka沿着玛曲断陷谷地溯源侵蚀,沟通了若尔盖古湖水系,盆地内部在30.9 ka之前为深湖环境,稳定地沉积了蓝灰色湖相淤泥层。30.9 ka之后,黄河贯穿若尔盖湖盆内部,古湖水外泄消失,原有的古湖水系转变成为黄河源水系。黄河从湖盆上游远距离搬运携带来的浊黄橙色泥沙大量沉积,覆盖了古湖相沉积层,湖盆内部风沙作用盛行。在末次冰盛期（Last Glacial Maximum, LGM）,盆地内部松散沉积物普遍地受到冰缘冻融作用的改造,形成了冻融褶皱现象。到了14.6~12.5 ka,响应B/A（B?lling-Aller?d）时期的温暖气候,盆地周边山地冰川消融,冰融水汇入盆地,古湖盆底部各种浅洼地形成了大小不等的浅湖,沉积了滨浅湖相的沙层。在12.5~11.7 ka,对应于全球性新仙女木（Younger Dryas,YD）事件,盆地气候再次变冷,转变为冰缘冻土环境,盆地内部滨浅湖相的沙层受到冻融作用和古地震扰动,形成复式褶皱现象。进入全新世,在11.7~4.8 ka气候逐渐变得温暖湿润,古湖盆底部浅洼地积水成为淤泥质沼泽环境,在全新世中后期4.8~1.8 ka则转变成为沼泽草甸环境,在1.8 ka之后,盆地内沼泽面积收缩,风沙活动盛行,河岸台地的近源沙尘暴沉积物经过成壤改造形成亚高山草甸黑土类现代土壤。     

汾河裂谷晋中盆地内第四纪沉积序列与沉积环境恢复

晋中盆地是位于汾渭地堑系中部的新生代陆内断陷沉积盆地,研究晋中盆地第四纪的沉积序列对于进一步认识该盆地区域构造和区域气候环境变化具有重要意义。为查明晋中盆地第四纪沉积序列结构、研究揭示晋中盆地第四纪沉积环境及演化,通过构造岩相学方法,对晋中盆地地表和钻孔内第四纪沉积物和沉积环境进行了研究。结果表明:晋中盆地清徐地区地表第四纪沉积序列结构为盆地内部沱阳组河床相和河漫滩相-盆地边缘汾河组河流相—盆山过渡带峙峪组河流相、汾河组冲积扇相及马兰组风积相-基岩山地（盆地外围）二叠系浅海相。钻孔岩芯内第四纪沉积序列结构为下更新统浅湖相和滨湖相—中更新统浅湖相和河流相—上更新统河流相和冲积扇相—全新统冲积扇相。研究认为晋中新生代陆内断陷盆地内沉积序列和演化结构为早更新世陆相湖盆沉积环境—中更新世萎缩湖泊环境—晚更新世强烈萎缩的湖泊和河流环境—全新世再度沉降的陆相湖盆;陆相湖盆从中心向山地沉积环境分带为湖泊沉积环境—河流和湖泊沉积环境—冲积扇沉积环境（盆地边缘出山口区）。盆山过渡带地区上更新世沉积物错位现象与同沉积活动断裂有关,断裂活动性揭示了晋中盆地阶梯式断陷成盆的动力学机制。这些研究成果为区域气候环境变化和晋中盆地区域构造研究提供了新证据,也为太原市城市群建设中工程场址的选择提了供参考。