柴达木盆地第四系地层区划与综合地层格架

Integrated Quaternary stratigraphic framework of the Qaidam Basin

摘要

第四纪时期,柴达木盆地内部堆积了含丰富盐类矿产的湖积细粒沉积物,在盆地周缘则堆积了巨厚的粗碎屑冲洪积物,其中可能赋存大量卤水,也是盐类矿产的重要赋存层位。以往对广布在盆地周缘以砂砾为主的洪冲积未建立起完整的第四系岩石地层和年代地层序列,极大地影响了与盆地内部以膏泥等盐湖沉积为主的岩石-年代地层序列的对比研究,进而制约了对盐类矿产的深入勘查。为进一步全面深化柴达木盆地第四纪盐类矿产的成矿地质背景研究,在系统收集和分析以往文献中关于柴达木盆地第四系地层剖面的基础上,本文对盆地周缘的第四系粗碎屑堆积开展了野外剖面实测和修测,新建3个组级岩石地层单位。采集了21件电子自旋共振(electron spin resonance,ESR)和光释光(optically stimulated luminescence,OSL)样品进行了测年;对盆地内部细粒盐湖沉积,收集和整理已发表的各类测年数据35个。以这些测年数据为支撑,建立了柴达木盆地全新的第四系岩石地层-年代地层序列及其对比格架。在此基础上,分析讨论了代表性剖面的岩石地层与本次新建组的对比关系,并与中国的更新统泥河湾阶、周口店阶、萨拉乌苏阶以及全新统的标准剖面建立对比关系,最终建立了相比以往更精细的柴达木盆地第四系岩石-年代地层格架,为进一步深入勘查柴达木盆地第四纪不同沉积相区的盐类矿产奠定了良好基础。

Abstract

During the Quaternary, the Qaidam Basin accumulated extensive fine-grained lacustrine deposits enriched in evaporite minerals in its interior, while its margins developed thick alluvial and fluvial coarse clastic sequences. These marginal successions may host substantial brine volumes and serve as important reservoirs for evaporite resources. However, the lack of a well-established lithostratigraphic and chronostratigraphic framework for these coarse-grained deposits has hindered their correlation with the better-studied gypsum- and clay-rich lacustrine facies of the basin center, which has significantly limited integrated investigations into the distribution and genesis of Quaternary evaporite resources. To address this, we conducted detailed field investigations of marginal successions and synthesized previously published Quaternary stratigraphic data. Based on sedimentological features and stratigraphic relationships, we define three new formation-level lithostratigraphic units. Chronological control is established through 21 new ESR and OSL ages, and 35 published age determinations from central basin deposits. These datasets support the development of a refined Quaternary litho- and chronostratigraphic framework that integrates marginal and central facies. Representative sections are correlated with the newly defined formations and linked to key Quaternary stratotypes, including the Lower Pleistocene Nihewan Stage, the Middle Pleistocene Zhoukoudian Stage, and the Upper Pleistocene Salawusu Stage, as well as the Holocene. This updated stratigraphic architecture improves temporal resolution across depositional environments, enhances understanding of sedimentary responses to climatic and tectonic forcing, and provides a robust foundation for paleogeographic reconstructions and targeted exploration of Quaternary evaporite resources across the basin.

Graphical abstract

关键词

岩石地层 / 年代地层 / 综合地层格架 / 第四系 / 柴达木盆地

Key words

lithostratigrapy / chronostratigraphy / comprehensive stratigraphic framework / Quaternary / Qaidam Basin

0 引言

柴达木盆地是青藏高原东北部的大型山间盆地(图1^[1-2]),呈长条状自北西西向南东东方向延伸;盆地东西长约850 km,南北宽约230 km,面积约139 898 km²,平均海拔为3 000 m。盆地内堆积了巨厚的第四纪盐类沉积物,是盐类等矿产的重要勘查区^[3-7]。然而,针对盆地周缘广泛分布的砂砾质洪冲积沉积,已有研究尚未建立系统的第四系岩石地层划分及年代地层框架,极大地影响了与盆地中央以膏泥等盐湖沉积为主的岩石-年代地层序列的对比研究,进而显著制约了对盐类矿产的深入勘查。为进一步全面深化柴达木盆地第四纪盐类矿产的成矿地质背景研究,本文在系统收集和分析柴达木盆地第四系地层剖面、对盆地周缘重点层位开展野外实测和系统采样分析的基础上,以构造控盆-盆控相-相控岩石组合的学术思想为指导,从岩石-年代地层划分对比的新视角,开展地层区划和综合地层格架再研究,为柴达木盆地及邻区第四纪构造隆升与气候变化、盆地各时段岩相时空分布的精细刻画,以及进一步深化柴达木盆地第四纪盐类矿产的成矿背景研究提供基础地层学资料。

1 区域地质背景

柴达木盆地周缘被高耸山脉环绕,北为祁连山,南为东昆仑山,西为阿尔金山,东为鄂拉山;盆地周缘被四大断裂围限,北为南祁连南缘断裂,西为阿尔金东南缘断裂,南为东昆仑北缘断裂,东为鄂拉山断裂^[8]。新生代早期开始,在南祁连叠瓦状逆冲断裂系向南大规模逆冲和东昆仑北缘叠瓦状逆冲断裂系向北大规模逆冲的双向制约下^[8-9],形成了柴达木压陷盆地(或称陆内再生前陆盆地)^[10-11],同时还受到阿尔金和鄂拉山两大走滑断裂系统的改造^[12],形成了现今柴达木盆地高山-深盆的构造-地貌景观。柴达木盆地第四纪不同类型地层分布与盆地的“压陷”构造环境和“高山-深盆”地貌景观紧密相关。

柴达木盆地第四系地层分布广泛、发育齐全^[1,11,13](图1a^[1-2])。沈振枢等^[11]的划分方案,将盆地内的湖相细粒和盐类化学沉积从下至上依次划分为下更新统阿拉尔组、中更新统尕斯库勒组、上更新统察尔汗组和全新统达布逊组。对盆地周缘的洪冲积砂砾岩沉积序列,前人仅建立了“七个泉组”^[14-16]。对盆地周缘晚更新世和全新世以砂砾为主的粗碎屑沉积,则尚无正式的岩石地层单位组。本文选取全盆30条不同分区的代表性剖面进行沉积相分析(图1a^[1-2]),其剖面编号与表1^[11,17-21]所列剖面信息一一对应。

2 材料与方法

2.1 电子自旋共振年代测定

在德令哈市怀头他拉镇茶叶沟剖面、茫崖市南翼山剖面、格尔木市达布逊湖北剖面以及德令哈市怀头他拉水库东沟剖面,我们采集了11件电子自旋共振(electron spin resonance, ESR)样品,样品主要取自粉砂岩、细砂岩和中粗砂岩等。样品前处理及ESR信号测量在中国地质大学(武汉)湖北巴东地质灾害国家野外科学观测研究站电子自旋共振年代学实验室进行,测试结果详见表2^[2,22]。

2.2 光释光年代测定

在都兰县西沙滩剖面和格尔木市小干沟—南山口剖面的不同层位采集10件光释光(optically stimulated luminescence, OSL)样品,采样层位岩性主要为粉砂、含砾粉砂及风成砂。样品的测试在中国地质大学(武汉)流域关键带演化湖北省重点实验室光释光测年实验室进行。样品的预处理和测片制备过程均在暗室条件下完成,以避免样品受到光照或污染。

具体步骤如下:去除样品管两端2~3 cm可能曝光和污染的部分用于后续剂量率测试;将钢管中心的未曝光样品分别用10%的稀盐酸和30%的过氧化氢处理,以去除碳酸盐和有机质;反应完成后,通过湿筛的方法筛选出90~125 μm组分进行低温烘干,取部分样品利用其长石组分进行红外释光(infrared stimulated luminescence, IRSL)测试。

等效剂量测试所用机器为丹麦生产的Risø TL/OSL-DA-20全自动释光仪。测试过程中根据样品类型选择合适的激发光源和滤光片组合。测定石英OSL信号时,选用90%激发功率的蓝光(470±20)nm作为激发光源搭配厚7.5 mm的Hoya U-340滤光片;测定长石IRSL信号时,选用90%激发功率的红外光(870±40)nm作为激发光源,滤光片组合为2 mm Schott BG-39和3 mm Schott BG-3。实验数据分析使用与释光仪适配的Analyst软件以及R程序中的numOSL^[23]和Luminescence^[24]包。

环境剂量率(Dose rate, D_r)计算中,U、Th和K元素的剂量率贡献根据Guérin等^[25]进行计算。宇宙射线的贡献根据样本的高度、地理位置和深度来计算^[26]。在计算过程中,样品所含有的水分对于射线有一定的吸收作用,由于沉积物类型、研究区水热条件以及采样环境等因素影响,实测的含水量不能代表其埋藏时期的平均状况。因此,在计算D_r时,采用了经验值5%±2%作为样品的含水量,对于特定样品DXPM1-1,其含水量以10%±5%参与计算。测试结果见表3^[2]。

3 结果

本次实测和修测了格尔木市郭勒木德镇南沟、都兰县西沙滩等16条剖面(表1^[11,17-21]),根据ESR和OSL测年结果,修订了下—中更新统七个泉组^[22](图2^[22]),新建了上更新统郭勒木德组、全新统那棱格勒组和西沙滩组。同时,本文收集并详细分析了盆地各地层分区的14条代表性钻孔剖面的岩石地层与年代地层资料(表1^[11,17-21])。

3.1 新修订的下—中更新统七个泉组

最近,我们依据前人在七个泉组建组剖面(Z剖面)提供的磁性地层年龄^[17,27],以及在实测的七个泉组辅助剖面(Y剖面)中自下向上新获得的4个ESR测年数据(表2^[2,22]),确定了七个泉组的沉积时代为早—中更新世,并将七个泉组下部以粉砂和泥为主的细粒沉积序列归为七个泉组一段,上部以砾和粗砂为主的粗粒沉积序列归为七个泉组二段(图2^[22])。新定义的七个泉组代表盆地周缘早—中更新世时期以粉砂-泥序列为主的细碎屑沉积和以砂砾序列为主的粗碎屑沉积的地层单位。该组与下伏上新统狮子沟组和上覆全新世冲洪积砾石层间均呈平行不整合接触。七个泉组出露于盆地周缘冲积扇发育地区,地貌上为低矮的丘陵或平缓的台地。七个泉组露头厚度变化较大,在山前冲积扇顶部沉积物较厚,可达数百米,向盆地方向逐渐减薄。

3.2 新建上更新统郭勒木德组

郭勒木德组是本次新建组,代表盆地周缘的晚更新世以砾-粗砂为主的洪冲积沉积序列;层型剖面位于格尔木市郭勒木德镇南沟(94°43'16″ E, 35°45'22″N,图1^[1-2]),剖面出露厚度约78 m。该剖面发育高河漫滩和T₁—T₅五级河流阶地,分层描述如图3所示。剖面岩性主要为粗砂和砾石,具有平行层理、交错层理和叠瓦状构造等特征,与上覆地层呈平行不整合接触。郭勒木德组主要为一套辫状河相粗碎屑沉积物,由于河道不断摆动,河床亚相与心滩亚相交替出现。为了确定剖面的年代,青海省地质调查院曾于2017年在该剖面自下而上采集热释光(thermoluminescence,TL)样品3件(分别对应柱状剖面图自下而上8.9、31和55.1 m处),在自然资源部海洋地质实验检测中心(原国土资源部海洋地质实验检测中心)进行了年代测定,得到的年龄数据分别为(21.22±0.98)、(14.66±0.91)和(12.23±0.67) ka(图3、表3^[2]),因此剖面自顶部6 m以下的地层属于上更新统郭勒木德组。

3.3 新建全新统那棱格勒组

那棱格勒组是本次新建组,代表盆地周缘的全新世以砾-粗砂为主的洪冲积沉积序列;层型剖面位于格尔木市那棱格勒河南岸(91°41'07″E, 36°42'49″N,图1^[1-2]),剖面出露厚度约25.45 m。该剖面划分为6层,发育高河漫滩和T₁—T₂二级河流阶地,分层描述如图4所示。那棱格勒组岩性主要由砂砾石、中-粗砂和粉砂组成,夹有薄层的黏土质细砂、粉砂质黏土和黏土。剖面中可见平行层理、板状交错层理和槽状层理等沉积构造,砾石具叠瓦状构造,在粉砂质黏土和黏土中还发育水平层理。这些特征表明,那棱格勒组主要是一套辫状河相的粗粒沉积物。那棱格勒组与下伏郭勒木德组在该剖面为整合接触。青海省地质调查院曾于2013年在该剖面自下而上6处采集3个ESR样品(分别对应柱状剖面图自下而上6.0、15.86和20.8 m处)。这些样品在自然资源部海洋地质实验检测中心(原国土资源部海洋地质实验检测中心)进行了年代测定,得到的年龄数据分别为(15.8±2.3)、(4.30±0.65)和(1.20±0.18) ka(图4、表3^[2]),因此将剖面顶部至18.86 m处的地层划归于全新统那棱格勒组。

3.4 郭勒木德组—那棱格勒组辅助层型剖面

格尔木小干沟和南山口剖面是为本次新建组上更新统郭勒木德组和全新统那棱格勒组实测的辅助层型剖面,位于格尔木市小干沟水电站西南方向1 km处(36°05'01″N,94°48'01″E,图1^[1-2]。),剖面出露厚度约53.80 m,该剖面发育高河漫滩和T₁—T₄四级河流阶地,分层描述如图5所示。剖面的岩性主要由砾石层、含砾粗砂、细砂和粉砂等组成,这些岩性共同构成了河床和心滩交替出现的辫状河相沉积。在本次研究中,我们在小干沟剖面的高河漫滩采集了两件OSL样品,测得的年龄分别为(8.23±0.43)ka和(8.07±0.59)ka。这些数据表明,高河漫滩形成于全新世。在南山口剖面的T₂阶地自下而上38.0、40.0、42.0和43.0 m处采集了4件OSL样品,测得的年龄分别为(≥179±12)、(≥159±9)、(≥145±8)和(≥142±8) ka(图5、表3^[2]),这些数据表明T₂阶地沉积时限为中更新世。根据区域地层对比,T₂—T₄阶地的沉积序列归属为中更新统七个泉组二段。南山口的T₁阶地全由砾石层组成,无较细的砂层夹层,故无法获得OSL年龄,根据本次在高河漫滩和T₂阶地分别获得的全新世和中更新世年龄,推测T₁阶地沉积时代归属为晚更新世较为合理,即T₁阶地的沉积序列归属上更新统郭勒木德组,高河漫滩沉积序列归为全新统那棱格勒组(图5)。

郭勒木德组分布于盆地周缘冲积扇与辫状河。底部与七个泉组整合或平行不整合接触,顶部与那棱格勒组整合或平行不整合接触。盆地东南部都兰县、南部格尔木郭勒木德镇、小灶火地区晚更新世地层可进行对比。郭勒木德组的砂砾石层主要由复成分砾石和不等粒砂混杂组成,砾石磨圆度较好,多数具次圆状,部分具次棱角状或浑圆状,少数呈棱角状,分选较好,总体反映砾石经历不同距离的搬运。受地形、河流流量影响,其厚度从几米至几十米。

那棱格勒组分布于盆地周缘河流流域。底部与郭勒木德组整合或平行不整合接触。盆地南部格尔木郭勒木德镇、那棱格勒河地区的全新世露头地层可进行对比。其地貌主要为河流阶地,砾石成分复杂,磨圆度较好,总体反映砾石多是近源堆积产物,具有一定的搬运距离。其厚度为几米至十几米。

3.5 新建全新统西沙滩组

西沙滩组是本次新建组,代表盆地周缘全新世以风积为主的沉积序列;层型位于都兰县西沙滩村(94°57'34″E, 36°23'11″N),剖面出露厚度为24.1 m,剖面分层描述如图6所示。西沙滩组下部岩性由土黄色细粉砂泥和风成砂交替构成,粉砂泥发育沙纹层理及水平层理,为河漫滩沉积物,风成砂发育大型楔状交错层理,倾角为25°~40°,上部为风成砂。风成砂层与钙质泥-细粉砂互层,反映风力与河流作用的交替影响。在本次研究中,我们在西沙滩村剖面3个不同深度(自下而上分别为1.3、3.3和18.1 m)采集了4件OSL样品,测得的 OSL年龄数据分别为(5.22±0.24)、(3.80±0.13)、(3.30±0.11)和(0.47± 0.116) ka(图6、表3^[2]),说明西沙滩组的沉积时代为全新世。

西沙滩组风积物主要在盆地周缘形成格状沙丘、线性沙丘、新月形沙丘等,或在地表径流输入的地区形成河湖相-风成砂互层序列,盆地北部边缘地区也分布有西沙滩组线性沙丘。西沙滩组在盆地不同位置沉积厚度存在明显差异,与区域的风力、气候、物源供给和地貌条件密切相关。

4 讨论

4.1 地层划分对比

在柴达木盆地的周缘地区,第四纪冲洪积地层广泛出露。这些地层主要由粗碎屑沉积物构成,其孔隙结构和物质组成为卤水的赋存提供了有利条件,因此其中可能蕴含着大量的卤水。研究表明,这些卤水富含锂、钾、硼等多种具有重要经济价值的矿物质和微量元素,显示出巨大的资源开发潜力^[28]。为了更深入地探究柴达木盆地第四纪盐类矿产的成矿地质背景,本文开展了对盆地周缘若干具有代表性的地层露头剖面的野外实测和修测工作(图7, 8)。在此基础上,将这些数据与盆地内部的湖相地层特征进行了系统的对比分析(图9^[2]、图10^[2]),完善盆地周缘的砾-粗砂沉积序列与盆地内部膏泥-粉砂沉积序列的对比关系。

在柴达木盆地,七个泉组一段与二段的岩性特征、沉积环境及厚度呈现出显著的地域差异。盆地西部七个泉组一段岩性以相对细粒的泥质砂岩和砂岩为主,夹少量砾岩(图7b),其沉积环境为冲积扇扇缘湖,露头厚度可达120 m,与下伏狮子沟组呈平行不整合接触(Z剖面, 图10剖面17),与尕斯库勒地区的钻孔中七个泉组一段可进行对比(GSK0305, 图9剖面19)。盆地北部和南部的七个泉组一段岩性以中厚层状砾石层和粗砂层为主,偶夹黏土层和细粉砂层(图7c, 图9剖面14),未见底,厚度大于10 m,发育冲积扇和辫状河沉积。七个泉组二段在盆地西部和南部岩性主要为中厚层状砾岩、含砾粗砂岩与中薄层状细砂岩、粉砂质泥岩互层(图7a, f),厚度约为50 m,与上覆郭勒木德组呈整合接触(图5),反映河床和心滩交替的辫状河相沉积;在盆地东部祁连山前以大套砾石夹粉细砂-粗砂的冲积扇相为主(图7d),厚度达400 m(图10剖面11, 12)。柴达木盆地东部全吉剖面中下部由泥质粉砂岩夹薄层粉砂岩组成^[29],并含有丰富的淡水-低盐水介形虫化石^[30],上部岩性为含砾粗砂岩、中粗砂岩,自下而上粒度逐渐变粗^[29],说明此时该区域在沉积初期处于淡水-微咸水湖环境,其后转变为冲积扇沉积环境。因此,将全吉剖面地层划为七个泉组一段和二段。七个泉组一段在全吉的露头中未见底,厚度约40 m,与上覆七个泉组二段整合沉积;七个泉组二段厚度小于10 m。由此可见,柴达木盆地的七个泉组在早更新世晚期—中更新世早期普遍存在相变关系,且分界面具有穿时性^[22]。

盆地东部的阿拉尔组露头与其井下的岩性可进行对比(水6孔, 图9剖面20),均处于淡水湖环境。在盆地中西部的一里坪和斯拉图次级盆地,井下的阿拉尔组开始出现薄层石盐(ZK701、ZK801、图10剖面24和25),这标志着沉积环境过渡至半咸水湖—咸水湖环境。进一步向西,至盆地西缘大浪滩次级盆地,盐类沉积开始占主导地位(ZK402、ZK336、图10剖面21和22),表明该区域已经进入盐湖环境。在盆地西南部的尕斯库勒次级盆地以及北部的昆特依和马海等次级盆地,阿拉尔组上部也出现膏盐类沉积(ZK2605、ZK3208、ZK4012、图9剖面18、图10剖面26和27),证实了这些区域处于半咸水-咸水湖环境。

中更新统尕斯库勒组露头可见于盆地西部南翼山,北部冷湖构造带、中部达布逊湖北龙脊山等盆地内部的构造隆起。南翼山剖面的尕斯库勒组下部主要由粗砂岩和含膏盐粉砂质泥岩组成,中部则以含泥和粉砂的盐岩为主,而上部多为钙质泥岩和含石膏粉砂质泥岩,并包含盐岩透镜体(图7g, 7h; 图10剖面10),整体厚度约300 m,其岩性可与邻近大浪滩地区钻孔岩性进行对比(ZK402、ZK336、图10剖面21和22)。在龙脊山地区,尕斯库勒组与下伏阿拉尔组整合接触,其沉积环境由半咸水湖转变为淡水湖,反映在中更新世时期,察尔汗周缘的湖水逐步淡化。该地区岩性以粉砂和含黏土粉砂等碎屑岩类为主,上部含较多碳酸盐黏土(DQ剖面, 图7e, 图9剖面9)。与同期察尔汗盐湖中尕斯库勒组相对比(水6孔, 图9剖面20),DQ剖面膏盐类和碳酸盐类矿物相对较多,表明在察尔汗周缘构造带的河流相向湖相过渡区域,当水流速度减缓时,携带的盐类物质开始沉淀,这有利于盐类矿产的早期聚集。该组在井下向盆地中部过渡为逐步淡化的半咸水湖环境(ZK701, 图10剖面24)。而在西部的各次级盆地,尕斯库勒组普遍进入盐湖和咸水湖环境,岩性主要为含盐类矿物的碎屑岩,随湖水的浓缩和淡化,含盐比例呈现增加或减少的趋势^[22](图10剖面21~23、26和27)。

上更新统郭勒木德组主要由中厚层状砂砾石层夹中粗砂等粗粒沉积物组成,分布于盆地周缘的山前地带以及盆地内部构造隆起的周缘。其在盆地北缘和南缘呈明显洪积扇地貌,从扇根至扇缘呈粗砾—中粗砾—中细砾的岩性变化,砾石成分复杂(剖面WLST, 图9剖面13)。盆地南缘盆山边界处,发育大套洪冲积郭勒木德组,随着水流进入盆地内部,流速减缓,砂泥逐渐沉积,形成辫状河河道砂砾石、心滩砂泥等沉积(图9剖面2和5)。同期的湖相地层察尔汗组岩性主要为粉砂、含黏土粉砂、黏土质粉砂与粉砂质黏土互层,中部偶夹腐殖质层,上部为含粉砂石盐和含石盐、石膏的粉砂(图8e)。本次在察尔汗盐湖别勒滩地区详细研究了3个钻孔剖面,主要发育晚更新世湖积地层察尔汗组。其中,ZK53630-1钻孔中下部以泥炭为主,夹黏土和粉砂泥质团块,上部为含粉砂黏土和黏土质粉砂,含石膏等盐类矿物^[31](图9剖面7);ZK53606-1钻孔下部主要为碳质黏土与含黏土粉砂,夹泥炭含粉砂石盐层,中部为含黏土粉砂和粉砂质黏土,上部为石盐层^[31](图9剖面6);ZK53629-1钻孔下部主要为含粉砂黏土,黏土粉砂层和粉砂石盐层,中部为粉砂层和含石盐粉砂层,上部为含粉砂石盐层和含石盐粉砂层(图9剖面8)。对钻孔中的孢粉化石、介形类及其伴生化石的研究显示,察尔汗地区在晚更新世晚期(MIS 3a)降水量远高于现今降水量^[32],察尔汗古湖主体仍为淡水-微咸水湖泊^[31]。在察尔汗古湖东南缘发现的贝壳堤,其岩性为湖相灰绿色含碳酸盐粉砂及粉砂质黏土,贝壳化石和介形类丰富,顶部覆盖厚达10 cm的盐壳^[33-34],可与上述钻孔中的察尔汗组进行对比。贝壳堤地层中含有较多的碳酸盐,进一步说明湖泊边缘的过渡区域盐类矿物较易被吸附或沉淀。MIS 2之后,随着柴达木盆地的干旱化显著加剧^[35],各次级盆地广泛发育石盐层(图10剖面21~24、26和27),在盆地西缘小梁山地区可见察尔汗组露头,岩性为芒硝—碳酸盐黏土互层^[36]。

全新统那棱格勒组主要见于盆地周缘,以洪冲积扇和辫状河相沉积为主:洪冲积扇相沉积岩性主要为砂砾岩和中、粗砾岩与粉细砂岩组成的不等厚互层;辫状河相沉积以砂砾石层、中-粗砂层和粉砂层为主,辅以黏土质细砂层和含砾砂土层。顶部通常为高漫滩泥-粉砂沉积(图8a, 图9剖面2、3和5)。全新世时期,柴达木古湖完全解体,各次级湖盆彼此分割,并逐渐萎缩至消失,那棱格勒组冲洪积物在盆地边缘以及盆地内部构造隆起的周缘大范围覆盖于湖相沉积层之上。来源于周边山系的盐类成矿物质随水流进入盆地内部的途中,经过冲洪积扇时与碎屑物质分离,聚集在粗碎屑沉积物的孔隙中,是形成卤水的有利条件。西沙滩组主要为覆盖在更新统之上的风成砂沉积或河漫滩细粉砂泥和风成砂交替沉积。风成砂一般为黄色细砂和粉砂(图8b, c, f, 图9剖面1),其分选好但磨圆较差,局部形成新月型沙丘、线性沙丘等,主要分布在盆地周缘,经历了多次风水交互作用过程。同期达布逊组以化学沉积为主(ZK2605、水6孔、DCD100A、图9剖面18和20、图10剖面28),全新世中期,多数盐湖主体干涸,仅在边缘靠近淡水补给一侧形成小规模残留盐湖,继续接受盐类沉积^[37]。德令哈地区可鲁克湖达布逊组下部为含石膏和方解石的粉砂质黏土,中上部为含腐殖质的黏土(钻孔K-2:图10剖面30),尕海湖和托素湖周围出露的全新统达布逊组主要为湖岸砂堤和湖相沉积,顶部覆盖那棱格勒组洪冲积物(剖面GH、图10剖面29)。

4.2 柴达木盆地第四系综合年代地层对比格架

本文对盆地周缘的第四系粗碎屑堆积开展了野外剖面实测和修测,新建3个组级岩石地层单位;对新建组通过系统的测年样采集分析新获21个ESR和OSL年龄(表2^[2,22],3^[2])。对盆地内部细粒盐湖沉积,系统收集了已发表的各类测年数据35个。以56个测年数据为支撑,在对全盆30条不同分区代表性剖面的年代-岩石地层进行对比的基础上(图9^[2], 10^[2]),建立了柴达木盆地全新的第四系岩石地层-年代地层序列及其对比格架(图11)。

目前,在中国第四纪已建立下更新统“泥河湾阶”、中更新统“周口店阶”和上更新统“萨拉乌苏阶”,全新统尚未建阶^[38]。柴达木盆地泥河湾阶的代表地层包括盆地湖相沉积的阿拉尔组,周口店阶对应盆地湖相沉积尕斯库勒组。盆地露头地区的七个泉组,根据我们最新的测年结果^[22]及前人研究^{[17,27,39-40]},跨越了泥河湾阶—周口店阶。萨拉乌苏阶主要对应盆地的湖相地层察尔汗组和洪冲积相地层郭勒木德组。全新统主要为化学沉积和湖相达布逊组、盆地地表的洪冲积相那棱格勒组和风成砂沉积西沙滩组。

5 结论

(1)柴达木盆地周缘山前及盆地边缘普遍堆积洪积扇-辫状河相复成分杂砾-粗砂沉积和风成沙沉积,厚度巨大,以往仅命名七个泉组代表盆地周缘的早—中更新世的砾砂粗碎屑沉积,而对晚更新世—全新世广泛分布的洪积扇—辫状河粗碎屑沉积及风成沙沉积,尚缺乏正式命名的岩石地层单位。本次工作在对盆地周缘粗碎屑沉积剖面开展系统实测与修测的基础上,新获得ESR年龄11个、OSL年龄10个,并收集了区域地质调查报告中未公开发表的TL年龄3个和ESR年龄3个。在上述资料约束下,新建岩石地层单位3个,修订岩石地层单位1个。

(2)新建的3个岩石地层单位分别是上更新统郭勒木德组(指定层型剖面是格尔木市郭勒木德南沟剖面,为一套辫状河相砾-粗砂组合)、全新统那棱格勒组(指定层型剖面是格尔木市那棱格勒河剖面,为一套辫状河相砾-粗砂组合)、全新统西沙滩组(指定层型剖面是都兰县西沙滩村剖面,为一套风成砂-河漫滩粉砂-泥组合)。修订的一个岩石地层单位是下—中更新统七个泉组(指定层型剖面是茫崖市七个泉子地区Z剖面,本次新补测辅助层型剖面是茫崖市七个泉子地区Y剖面,为一套冲积扇扇缘湖相细碎屑—扇中-扇根粗碎屑沉积组合)。

(3)在全面集成岩石地层和年代地层划分对比的基础上,本次工作在全盆地建立了统一的、高精度的柴达木盆地第四系综合岩石-年代地层对比格架。

(4)本次工作对柴达木盆地周缘第四纪各世3个以砾-粗砂为主的组级岩石地层单位进行新建,并对一个组级岩石地层单位进行新修订,全面完善了盆地周缘的砾-粗砂沉积序列与盆地内部膏泥-粉砂沉积序列的对比关系,为深化对盆地周缘砂砾粗碎屑卤水型盐类矿产的研究奠定了基础。

感谢肖国桥副教授和曾雯助理研究员在实验过程中的悉心指导与帮助;感谢张子轩和朱彪同学协助处理样品;宋博文副研究员提出有益讨论和修改意见,改进了文稿。

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基金资助

青海省地质矿产勘查开发局地质勘查项目(青地矿科[2022]32号)

中国地质调查局地质调查项目(DD20221645)