柴达木盆地全新世地层格架与岩相古地理^*

Holocene stratigraphic framework and lithofacies palaeogeography of Qaidam Basin

摘要

柴达木盆地地处古亚洲构造域和特提斯—喜马拉雅构造域的结合部,具有特殊的盆—山构造格局,盆地内新生代地层非常发育,保存了从新生代早期至第四纪之间连续、完整的沉积记录。明确柴达木盆地全新世地层格架与岩相古地理、分析沉积相演化历史,对柴达木盆地盐类矿产勘探取得新突破具有重要意义。本次通过对盆地103个钻孔剖面、4处露头剖面的岩相及钻孔地层间对比分析基础上,对柴达木盆地全新世沉积相进行综合研究。研究认为: 柴达木盆地全新世发育冲积扇、辫状河、风成沙、湖泊三角洲、湖泊5种沉积相类型; 盆地边缘发育冲积扇相,辫状河相主要分布于盆内平原地区,盆地内小型湖泊主体形成盐湖干盐滩相沉积及局部的盐湖滨、浅湖亚相沉积。因MIS(Marine Isotope Stage)期气候影响,盆内盐湖逐渐干涸并消亡,干盐滩化学沉积进一步扩大,大型盐类矿产地逐步形成。

Abstract

The Qaidam Basin is located at the junction of the Paleo-Asian tectonic domain and the Tethyan-Himalayan tectonic domain,characterized by a distinctive basin-mountain structural pattern. The Cenozoic strata in the basin were well developed,preserving a continuous and complete sedimentary record from the early Cenozoic to the Quaternary. Clarifying the Holocene stratigraphic framework and lithofacies-palaeogeography of the Qaidam Basin,and analyzing the history of sedimentary facies evolution,are of great significance for achieving new breakthroughs in salt mineral exploration within the basin. Based on a comparative analysis of lithologic facies and stratigraphic correlations from 103 borehole sections and 4 outcrop sections,a comprehensive study of the Holocene sedimentary facies of the Qaidam Basin was conducted. The results show that five types sedimentary facies developed in Qaidam Basin: alluvial fan,braided river,eolian sand,lacustrine delta and lake. The alluvial-fan facies developed along the basin margins,while the braided-river facies were mainly distributed across the intrabasin plains. Small lakes within the basin primarily formed salt-lake dry-flat deposits,accompanied locally by shoreline and shallow-lake subfacies. Influenced by the climatic variations of the Marine Isotope Stage(MIS)periods,the intrabasin salt lakes gradually dried up and disappeared. Consequently,the chemical deposition within the dry salt flat expanded further,leading to the progressive formation of large-scale evaporite(salt)deposits.

Graphical abstract

关键词

地层划分 / 岩相古地理 / 沉积相 / 全新世 / 柴达木盆地

Key words

stratigraphic division / lithofacies palaeogeography / sedimentary facies / Holocene / Qaidam Basin

被誉为“聚宝盆”之称的柴达木盆地,不仅是孕育油气资源的大型盆地,也是中国盐湖盐类资源最为丰富的盆地。现已发现并探明储量和资源量的矿产有12种,氯化钾、氯化镁和氯化锂等资源储量居全国首位,其储有的盐湖资源在保障中国粮食安全、支撑新能源及新材料产业发展中处于重要的战略地位。随着新一轮找矿突破战略行动的实施,以及习近平总书记对青海省“加快建设世界级盐湖产业基地”的要求,近年来针对柴达木盆地盐类资源开发、勘查持续加大。这对柴达木盆地盐矿资源的成矿地质背景的研究提出了更高要求,如何更好的实现柴达木盆地盐类资源的找矿突破,成为了众多学者研究的热点,不同学者从不同尺度、不同内容进行了分析研究。潘彤等(2023)围绕柴达木盆地开展了盐湖黏土中锂、铷、铯超常富集及其开发潜力分析,李建森等(2022)进行了柴达木盆地盐湖K、B、Li资源的成矿地球化学系统研究,韩春梅等(2023)探讨了盐湖卤水型锂矿源汇过程及流域水文地貌演化与成矿; 崔子豪等(2023)就柴达木盆地别勒滩地区深部卤水储集层空间分布特征进行了探究,王冀洺等(2023)针对柴西狮子沟地区深层富钾卤水成钾物质来源进行了分析,高春亮等(2015)进行了大柴旦地区盐湖化学沉积特征及其控制因素研究。整体而言,以往各类研究更注重于早期古近纪—新近纪盐类矿产的成矿作用及该期岩性岩相的控矿地质条件研究,而对第四纪岩相与盐类的控矿研究相对较少,此外将柴达木全盆地作为一个整体的岩相古地理研究程度较低,沉积相划分较粗。潘彤等(2024)在柴达木盆地盐类矿产成矿单元划分、盐类及地下水矿床成矿系列与找矿方向一文中指出,与第四纪沉积作用有关的钾、石盐、镁、锂、硼、天然碱矿床是柴达木盆地主要成矿类型之一,其中全新世的蒸发沉积盐层、石盐层间和岩盐层底部的黏土层是主要控矿层。

全新世作为柴达木盆地最主要的盐类形成时期之一,明确柴达木盆地全新世地层格架与岩相古地理,分析沉积相演化历史,对柴达木盆地盐类矿产勘探取得新突破具有一定的理论和现实意义。本研究在系统梳理前人研究成果基础上,利用普查深孔剖面,同位素年代学、沉积岩石学等方法进行综合研究,初步划分了柴达木盆地全新世地层格架,并结合沉积物的组成与结构构造的研究,明确了沉积相和沉积环境的演化及其与成盐作用的关系。

1 区域地质概况

柴达木盆地位于青藏高原北部,是青藏高原北部最大且沉积巨厚的陆相沉积盆地,其周围被3大山系所围限,北部为祁连山系,南部为东昆仑山系,西部为阿尔金山系,具有特殊的盆山分布格局(图1-a)。

柴达木盆地基底主要由元古代深变质岩和火成岩体、古生代浅变质岩组成。印支运动后,柴达木盆地全面进入陆相盆地发展阶段,在基底之上沉积了巨厚的中、新生界,地层分布严格受盆地构造演化控制,具有明显的分区性,即中生界主要分布于柴北缘,古近系、新近系主要分布于西部,第四系主要分布于东部。古近纪—新近纪地层划分为: 始新统路乐河组、上始新统下干柴沟组、渐新统上干柴沟组、中新统下油砂山组、中新统上油砂山组、上新统狮子沟组(张克信等,2010;Ji et al., 2017;李莎等,2019);第四系以湖相为主的地层划分为下更新统阿尔拉组、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(沈振枢等,1993;潘彤等,2022,2024),主体为1套细碎屑岩夹盐类沉积组合,其中,上更新统察尔汗组和全新统达布逊组为盆地内最主要的含盐地层(沈振枢等,1993;潘彤等,2022;张金明等,2025)。

柴达木盆地北以南祁连山—柴北缘逆冲断裂带为界,西与阿尔金走滑断裂带和塔里木盆地相邻,西南、东南分别与东昆仑断裂/东昆仑造山带、鄂拉山断裂/西秦岭造山带相接(图1-b)。盆地内断裂分为北西向、北东向和北北西向3组(戴俊生和曹代勇,2000;余一欣等,2005;付锁堂等,2015)。受昆仑山对盆地方向的推挤和阿尔金断裂的左旋走滑,使盆地整体处于挤压扭张的应力环境,形成了一系列北西西向的褶皱,表现为背斜、向斜构造相间排列,成群成带出现的构造格局(曹国强等,2005;吴光大等,2006)。

2 全新世地层格架

2.1 地层区划

在前人对柴达木盆地第四系区划的基础上(孙镇城和曾学鲁,1992;汤良杰等,2000;张彭熹,2007;陈宣华等,2011;李凤杰等,2012),按构造—地貌单元、沉积成因类型、地层序列、生物组合、沉积环境和盐类矿产成矿单元共6条区划原则,通过对控制柴达木第四纪地层时空分布的各因素综合分析,将柴达木盆地第四纪区划为昆北逆冲断阶地层分区(Ⅰ)、中央拗陷地层分区(Ⅱ)、柴北缘断阶地层分区(Ⅲ)共3个地层分区。并在系统收集和分析了3个地层分区全新世103个钻孔剖面和4个露头剖面基础上,详细梳理了3个分区全新世沉积特征(表1;图1-b)。

昆北逆冲断阶地层分区(Ⅰ): 位于柴达木盆地南部,受东昆仑向北逆冲作用影响,形成东昆仑山北缘山前的构造逆冲压陷次级盆地群,代表性次级盆地或湖盆有尕斯库勒湖、茫崖湖、达布逊湖、霍布逊湖。区内构造不发育,可见少量纵弯背斜。地层以那棱格勒河洪冲积、西沙滩风积及尕斯库勒湖周围湖沼沉积为主。

中央坳陷地层分区(Ⅱ): 位于柴达木盆地中西部,与昆北逆冲断阶地层分区以油砂山—斧头山一线褶皱隆起相隔,是盆地西部中央形成的构造挤压凹陷次级盆地群。代表性次级盆地或湖盆有大浪滩、察汗斯拉图、一里坪、东台吉乃尔湖、西台吉乃尔湖及昆特依、马海。区内背斜、断裂密集发育,一里坪一带断层多为树枝状分叉、帚状组合方式,背斜多呈右列雁行式展布,褶皱带成排平行排列,祁南一带背斜多呈反S形,背斜成排成带分布。地层以一里沟、小梁山地区湖沼沉积和化学沉积、湖泊周缘的湖积及盆地北缘阶地周围的风积为主要出露地层。

柴北缘断阶地层分区(Ⅲ): 位于盆地北部,北界为南祁连山,南界为柴北缘断裂—锡铁山—埃姆尼克山。受南祁连向南逆冲作用影响,形成南祁连山缘的构造逆冲压陷次级盆地群。代表性次级盆地或湖盆有花海子、大柴旦湖、小柴旦湖。靠近东部地区是断裂、褶皱发育比较集中的地带,断裂走向以NW、NWW向为主,且断裂走向具有尾部转折的特征。以大柴旦地区化学沉积、德令哈盆地风积及尕海湖和托素湖周围湖相沉积为主要沉积地层。

2.2 典型剖面多重地层划分与相分析

2.2.1 柴北缘断阶地层划分与相分析

选取柴东尕海湖GHB钻孔地层剖面、柴东大柴旦盐湖DCD100A钻孔地层剖面作为柴北缘断阶地层区典型剖面(图2-a,2-b;图3)。

1)柴东大柴旦盐湖DCD100A钻孔地层剖面

该剖面位于大柴旦盐湖沉积中心,孔深100.3 m,钻孔揭露全新统、晚更新世,全新世地层主要岩性为石盐为主的蒸发盐类沉积层夹淤泥。在4层中获得AMS¹⁴C测年年龄为11.50 ka。

1 层: 顶部为坚硬盐壳,以下为松散盐晶(3.76 m)

2 层: 石盐与黄色淤泥互层(0.24 m)

3 层: 石盐层,以细粒盐晶为主,局部夹泥质石膏层(4.53 m)

4 层: 黑色淤泥层,分布有植物枝条(0.74 m)

整合

上更新统化学沉积石盐层($\mathrm{Qp}_{3}^{ch}$)

2)东尕海湖GHB钻孔地层剖面

该剖面位于德令哈尕海湖,孔深14.0 m,钻孔揭露均为全新统,主要岩性为粉砂质黏土、青灰色黏土,夹中等颗粒蒸发盐。在4层中获得AMS¹⁴C测年年龄为11.00 ka。

1 层: 以粉砂为主,纤维状有机质残体较多,多卤冲卵及碎的介形虫壳体(0.9 m)

2 层: 粉砂质黏土,颜色较上层偏浅,呈深灰色—灰色。夹杂中等颗粒蒸发盐,沉积物仍以鲕状或纤维状胶结物为主(1.42 m)

3 层: 青灰色黏土,质地较均匀,夹团块状大颗粒蒸发盐,局部可见截状豌豆蚬(11.25 m)

4 层: 粉砂岩,颜色较深,含滨湖相沉积物(0.43 m)

整合

上更新统:化学沉积石盐层($\mathrm{Qp}_{3}^{ch}$)

上述2条典型地层剖面岩性组合特征反映,柴北缘断阶地层区在尕海、托素湖等地全新统沉积相类型主要为湖泊相。GHB钻孔全新统以黏土、粉砂质黏土为主,中上部出现少量石盐晶粒,顶部以粉砂为主,含有机质残体,反映了盐湖滨浅湖亚相沉积环境。柴北缘断阶地层区总体上为北部宗务隆断裂和南部赛什腾山—锡铁山断裂控制形成的断陷盆地,柴东尕海湖、托素湖等地区属德令哈盆地的汇水中心,沉积相为湖泊相,由沉降中心向外依次为浅湖亚相、滨湖亚相。靠近北部宗务隆断裂和南部赛什腾山—锡铁山断裂为山前冲积扇分布区。该区发育的巴音郭勒河及其支流为山前辫状河相。

2.2.2 中央坳陷地层划分与相分析

选取台吉乃尔XT2-1钻孔地层剖面、马海ZK6412钻孔地层剖面作为中央坳陷地层区典型剖面(图2-c,2-d)。

1)台吉乃尔XT2-1钻孔地层剖面

该剖面位于西台吉乃尔盐湖,孔深17.0 m,钻孔揭露了全新统、上更新统。其中全新统地层厚度约10 m,主要岩性为黄褐色粉砂质黏土、青灰色含粉砂质黏土的石盐及灰白色石盐层。在1层、4层中分别获得热释光年龄为4.23 ka、8.33 ka。

1 层: 白色盐壳(0.5 m)

2 层: 黄褐色粉砂质黏土层(1.5 m)

3 层: 青灰色含粉砂质黏土的石盐层。其上部1.5 m以中粗粒石盐为主,下部1 m以细粒石盐为主(2.5 m)

4 层: 灰白色石盐层,其上部1 m以灰白色大粒石盐为主,下部4.5 m以灰白色含少量粉砂质黏土的中粗粒石盐为主(5.5 m)

整合

上更新统:化学沉积石盐层($\mathrm{Qp}_{3}^{ch}$)

2)马海ZK6412钻孔地层剖面

该剖面位于马海盐湖地区,孔深303.92 m,钻孔揭露了全新统、上更新统、中新统等地层。其中全新统地层厚度约9.55 m,主要岩性为浅黄色含粉砂石盐、白色-灰白色石盐、含泥石盐。

1 层: 浅黄色含粉砂石盐,成分石盐含量80%,粉砂含量小于20%,含少量的白钠镁钒(0.72 m)

2 层: 白色、灰白色石盐,成分石盐含量大于90%,不等粒结构,块状构造,自形晶,含少量白钠镁矾(0.70 m)

3 层: 灰白色含泥石盐,成分石盐含量大于70%,半自形晶,中粒结构淤泥含量小于25%,芒硝含量5%,含少量粉砂(1.11 m)

4 层: 灰白色、白色石盐,成分石盐含量大于85%,自形晶,细—中粒结构,含少量黏土(7.02 m)

整合

上更新统:化学沉积石盐层($\mathrm{Qp}_{3}^{ch}$)

根据2条典型地层剖面岩性组合特征反映,中央坳陷地层区在台吉、马海等地广布盐类沉积。其中台吉乃尔XT2-1钻孔地层剖面反映了盐湖浅湖—滨湖亚相的沉积环境,马海ZK7204钻孔地层剖面反映了盐湖干盐滩的沉积环境。该区作为祁南逆冲带、昆北逆冲带控制形成的坳陷盆地,沉积相总体以湖泊相干盐滩为主,盆地中心洼地和靠近山地边缘由于山前辫状河输入保留小面积盐湖滨湖亚相。

2.2.3 昆北逆冲断阶地层分区划分与相分析

选取察尔汗水6钻孔地层剖面、都兰县西沙滩村乌苏河第四纪阶地实测剖面、青海省格尔木市那陵格勒河第四纪阶地实测剖面作为昆北逆冲带地层区典型剖面(图2-e)。

1)察尔汗水6钻孔地层剖面

该剖面位于达布逊湖以西之干盐滩上,孔深910.10 m,钻孔揭露了全新统、上更新统、中新统,至上更新统顶部终孔。其中揭露全新统地层厚度约13.55 m,主要岩性为褐黄色含粉砂石盐岩。

1 层: 褐黄色含粉砂石盐夹灰白色、白色石盐(6.00 m)

2 层: 褐黄色含石膏的石盐粉砂(0.24 m)

3 层: 褐黄色含粉砂石盐(7.21 m)

整合

上更新统:化学沉积石盐层($\mathrm{Qp}_{3}^{ch}$)

2)青海省格尔木市那陵格勒河第四纪阶地实测剖面(图4-a)

该剖面野外露头中自上而下可分为15层,揭露岩性主要为全新统冲积、冲洪积物,主体由 Ⅰ、Ⅱ 级阶地组成。岩石类型有含砾砂土、含砾粉砂,发育透镜状砂砾石层,局部发育大型交错层理。在4层、13层中分别获得热释光年龄为1.2 ka、4.3 ka。

全新统:冲积(Qh^al)含粗砾砂砾石层

侵蚀

全新统冲洪积(Qh^pal)Ⅰ级阶地: 阶砍高3.2 m,阶地面31 m,为堆积阶地,全新统冲洪积砂砾石层,为那陵格勒河Ⅰ级阶地。阶砍由下至上分述如下:

1 层: 灰黄色砂土(36 cm)

2 层: 砂砾石层(6 cm)

3 层: 含砾砂土,发育透镜状砂砾石层。砂砾石层厚3~5 cm,延伸大于2 m(29 cm)

4 层: 灰黄色细砂土层,该层发育水平层理及2~3 mm的黏土层。下部为水平层理,上部为板状交错层理。板理产状230°∠30°,板状层上陡下缓,判断水流方向230°方向

5 层: 含粗砂细砂层,水平层理发育(3 cm)

6 层: 砂砾石层,平行层理发育,发育细粉砂透镜(82 cm)

7 层: 含砾粉砂,下部发育交错层理,上部为水平层理(13 cm)

8 层: 发育槽状层理及槽状交错层理(6 cm)

9 层: 含砾中砂,砾石呈薄片状,具叠瓦状定向排列(16 cm)

10 层: 中—粗砂层,发育大型交错层理,层理明显,局部略见槽状层理(47 cm)

11 层: 砂砾石层,砾石及砂均互相呈透镜状出露(48 cm)

12 层: 砂砾石层(22 cm)

掩盖

全新统冲洪积(Qh^pal)Ⅱ级阶地: 阶砍高24.2 m,阶面宽大于50 m。由下至上分层如下:

13 层: 中—粗砂层,砂砾石疏松未胶结(30 cm)

14 层: 砂砾石层,砂砾石疏松未胶结(24.7 m)

15 层: 砂砾石层,砾石为半胶结,胶结物为钙质(6 m)

掩盖

上更新统:冲洪积($\mathrm{Qp}_{3}^{pal}$)

3)都兰县西沙滩村乌苏河第四纪阶地实测剖面(图4-c,4-d)

该剖面野外露头由底到顶分为11层,揭露岩性为全新统风积,由细粉砂泥和风成沙交替构成,粉砂泥发育沙纹层理及水平层理,为河漫滩沉积物,风成沙发育大型楔状交错层理。在11层、10层、8层、1层中分别获得热释光年龄为5.22 ka、3.797 ka、3.298 ka、0.466 ka。

1 层: 风成沙,发育大型楔状交错层理(11.00~15.00 m)

2 层: 土黄色钙质泥与细粉砂互层,发育沙纹层理及水平层理,为河漫滩沉积物(1.50~2.20 m)

3 层: 土黄色钙质泥夹细粉砂,下部钙质泥呈条带状。发育水平层理(0.35 m)。

4 层: 土黄色钙质泥,发育小型沙纹层理(0.20 m)。

5 层: 土黄色钙质泥与细粉砂互层,发育沙纹层理及水平层理,为河漫滩沉积物(0.25 m)

6 层: 风成沙,呈透镜体,发育大型楔状交错层理(1.00 m)

7 层: 土黄色含钙质泥夹粉砂条带(1.00 m)

8 层: 风成沙,夹含钙质泥条带,发育大型楔状交错层理(1.80 m)

9 层: 土黄色含泥细粉砂(0.50 m)

10 层: 风成沙,发育大型楔状交错层理(1.00 m)

11 层: 土黄色含细粉砂泥(0.80 m)

根据3条典型地层剖面岩性组合特征反映,昆北逆冲带地层区在尕斯库勒湖、达布逊湖、茫崖湖等全新世多为干盐滩及盐泥坪沉积,察尔汗水6钻孔地层剖面反映了盐湖干盐滩相的沉积环境。沿茫崖、乌图美仁、格尔木、都兰等盆地边缘为冲积扇相,那陵格勒河第四系阶地实测剖面反映了为1套山麓磨拉石快速堆积的冲积扇相沉积。在盆地东部和西南部风成相较为发育,广泛形成了风成沙地貌,反映了盆地全新世气候干旱化的特点。

2.3 联合剖面对比与地层格架

通过盆地不同相区剖面年代—岩石地层对比研究,厘定了柴达木盆地全新世年代—岩石地层序列及地层格架,盆地全新世地层沉积类型按成因类型划分为洪积、冲积、风积、湖积、化学沉积等。从盆地的各沉积中心向盆地边部,由洪积、冲积逐渐过渡为湖积和湖泊化学沉积(图3)。

2.3.1 洪积

分布于东昆仑西段山前的茫崖、北祁连山前的冷湖、德令哈等地区,地貌上构成山前大型洪冲积扇及山前倾斜平原,由砾石及粗砂组成,砾石成分与物源有关,较为复杂,磨圆度一般,为次棱角状,具有一定的分选性,呈明显洪积扇地貌,经后期改造成大片戈壁滩,在沟口及沟谷地带,多布于阶地之上(图4-a)。

2.3.2 冲积、洪冲积

大量分布于那陵格勒河、格尔木河及马海、尕海一带,为河流沉积产物,地貌上组成了山前及山间冲积平原。物质成分为砾石和粗砂,少量细砂夹泥质粉砂。沉积物呈层状,具水平层理,部分细砂层中呈现出清晰的平行层理及交错层理的构造形迹。局部可观察到较为明显的粒序层理,由下到上砂砾石粒径逐渐变细,其反映了水动力由强逐渐变弱的沉积特征,后期又有风成沙覆盖,如此循环反复沉积,形成厚层的砂砾石层,在不同层位中砾石与砂的含量比例有显著变化。在一定程度上,全新世冲积物的分布,在平面上表现出了比较明显的独立分割形态,这也体现出盆地全新世大小河流交错发育,互相切割的格局(图4-b,4-c)。

2.3.3 风积

盆地风积在茫崖—甘森—台吉乃尔湖—达布逊湖一线以东地区广泛发育,在盆地西南至东南边缘山前地带形成1条断续分布的沙带。风积地貌多样,包括新月形沙丘及沙丘链、线状沙丘、格状沙丘、梁窝状沙丘、灌丛沙堆,零散分布于戈壁、盐湖、盐土平原呈现出交错分布的地貌景观。风积主要由分选、磨圆好的细粒石英沙—粗粉沙组成,发育风成大型高角度板状交错层理、楔状交错层理,层系厚度巨大(图4-d)。

2.3.4 湖积

盆地湖积主要在霍布逊湖至夏日果勒、达布逊湖、尕海、冷湖及中灶火等湖积平原中较为分布。湖积地貌与现存的湖泊分布一致,主要为三湖平原,其起伏很小,组成物质较细,植被稀少,发育有风沙堆积。湖积物以灰色、灰黑色、黄色黏土粉砂、粉砂黏土和淤泥为主,局部为含石膏、方解石的粉砂质黏土及有机质残体。在尕海湖沉积中见有介形类壳体(李双,2011)(图4-e)。

2.3.5 化学沉积

分布于大浪滩、尕斯库勒湖、芒崖湖、别勒滩、达布逊、甘森湖、大柴旦湖等盐土平原。地表出露以别勒滩、达布逊较好,盐壳地、干盐滩较为发育。沉积组成主要为下部和顶部的石盐层夹中部黏土质粉砂和粉砂质黏土,局部可见芒硝—碳酸盐黏土互层(马妮娜等,2011)。在大浪滩地区、昆特依和马海地区均形成了钾盐矿床(沈振枢等,1993;魏新俊等,1993),其余地区地表大部分为盐渍化的岩石碎片、黏土粉砂组成的硬盐壳掩盖(图4-f)。

3 全新世岩相古地理

通过对钻孔、剖面中岩石的颜色、结构、构造、成分、含矿性及动植物化石等研究,柴达木盆地全新世沉积相类型有冲积扇相、辫状河相、风成沙相、湖泊三角洲相、湖泊相5类沉积相和20类沉积亚相(图5)。

3.1 沉积相与亚相类型及特征

1)冲积扇相: 冲积扇发育于柴达木盆地周缘山前,形成环绕盆地的冲积扇相带。冲积扇相可进一步划分为扇根、扇中、扇端亚相(图6-a)。盆地西南部的冲积扇,其蚀源区为祁曼塔格山。盆地西北部的冲积扇蚀源区为阿尔金山,东北部冲积扇的碎屑物质来源于祁连山,砾石主体为砂岩、凝灰岩、板岩、石灰岩等。东南部冲积扇物源来自东昆仑山,砾石主体为火山岩,以凝灰岩为主。盆地内扇根亚相与扇中亚相交替出现,偶见扇端亚相。

2)辫状河相: 盆地周缘全新世辫状河相十分发育,主体沿香日德—诺木洪—格尔木—乌图美仁—茫崖一线和冷湖—马海—大小柴旦—怀头他拉—德令哈一线展布。辫状河谷内有多条合而又分、分而又合的河道,平面上形如“辫子状”。岩性为灰黄色中—薄层砾岩与中—薄层粗砂岩互层,偶夹薄层泥岩。砾石次圆—磨圆状、颗粒分选差、砂质充填,砾石成分复杂。可见大、中型槽状交错层理、板状交错层理及平行层理,以及各种小型的交错层理和冲刷—充填构造等(图6-b)。

3)风成沙相: 在达布逊湖、都兰地区分布较为集中,盆地边缘呈零散状分布,在东昆仑山的山前洪积扇与戈壁交错出现。在多种风成地貌中,以风蚀作用形成的雅丹和风积作用形成的沙丘为代表,两者连续分布,其中风成沙丘以新月形沙丘、线性沙丘、沙丘链和沙垄为主,较大的复合型沙丘链分布面积很小,雅丹地貌呈带状分布,长垄状分布。风成沙由细沙、粉沙及微沙组成,局部可见低角度楔状交错层理、平行层理。据盆地内沙丘运移方向,北西—南东盛行风是控制风成地貌形态的主要地质营力(图6-c)。

4)湖泊三角洲相: 分布于昆台湖、大小柴旦湖、怀头塔拉、尕海、达布逊湖、东台吉乃尔河等地区。是辫状河相将陡坡或较缓坡的碎屑物质推进到滨浅湖地区形成的扇形堆积体,沉积层序以向上变细变薄的正粒序为主。由于受河流和湖水两种水动力作用的影响,各种层理和层面构造十分发育,以槽状交错层理、平行层理、波状层理、斜层理、透镜状层理及各种形态的波痕构造。分为湖泊三角洲平原、湖泊三角洲前缘、前三角洲3个亚相(图6-d)。

三角洲平原亚相: 主要分布在阿尔金山及昆仑山前缘,台吉、格尔木、诺木洪等地区分布面积较大。以砾岩、砂砾岩、砂岩为主,顶部可见薄层粉砂岩。底面与泥岩呈突变接触,横向延伸稳定。具明显的冲刷凹槽,其中砾岩、砂砾岩发育有大量的大中型槽状交错层理、大型板状层理、楔状交错层理和平行层理,具自下而上有含砾岩、粗砂至粉砂岩变化的正粒序。

三角洲前缘亚相: 在盆地中最为发育,主要有水下分流河道、水下分流河道间及前缘席状砂等微相,可见河口沙坝微相。细砂岩呈夹层状分布于泥岩和粉砂岩中,横向延伸较稳定,具水平层理和小型沙纹层理,见塑性滑动变形层理构造,反映属三角洲前缘席状砂堆积产物。

前三角洲亚相: 位于盆地内湖盆的浅湖相带区,沉积物以灰绿色、浅灰色泥岩、粉砂质泥岩为主,夹少量薄层的粉砂岩、细砂岩; 可见块状层理、水平层理、波纹层理、隐水平层理及生物扰动构造。有机质含量高,含较多介形虫和菱铁矿。

5)湖泊相: 湖泊相是柴达木盆地全新世较为发育的沉积相类型,可分为淡水湖、盐湖2类,湖泊相可进一步划分为滨湖、浅湖、深湖3个亚相(图6-e)。

淡水—微咸水湖滨湖亚相: 仅分布于可鲁克湖盆边缘,沉积环境特点位于枯水期最低水位线与丰水期最高水位线之间。岩性以砂岩、泥岩、砂质泥岩为主,夹薄层砾岩。沉积构造丰富,常见小型交错层理、波状纹层、上攀纹层、生物扰动等沉积构造。

淡水—微咸水湖浅湖亚相: 分布于可鲁克湖地区,发育在枯水期最低水位线与正常浪基面之间。岩石类型以粉砂质泥岩为主。当陆源碎屑供应充分时可出现较多的细砂岩、砂岩胶结物以泥质、钙质为主,分选和圆度较好。层理类型多以水平、波状层理为主,水动力强度较大的浅湖区具小型交错层理,砂泥岩交互沉积时,可形成透镜状层理,有时层面可见对称浪成波痕; 见植物化石碎片、介壳化石和黄铁矿集合体,厚度可达数十米。

盐湖滨湖亚相: 盆地内分布较广泛,沿冷湖—马海—大柴旦湖—尕海一线和尕斯库勒湖—台吉—霍布逊湖一线等地区分布。由于周期性暴露水面,蒸发作用很强,盐湖滨湖亚相除了陆源碎屑颗粒如砂和粉砂等,还发育钙芒硝、石膏、石盐等蒸发盐,以及碳酸盐沉积物等,常见交错层理、波状纹层、上攀纹层等层理构造以及各种中小型浪成波痕(图6-f)。

盐湖浅湖亚相: 其空间分布与盐湖滨湖亚相基本相同,沿盆地内的湖泊中心分布,岩性以泥质粉砂岩为主夹石盐层,泥质粉砂岩厚6~8 m,泥盐交互厚层8~10 m,发育水平层理、波状纹层,也可见浪成波痕。主要特征是沉积物盐类矿物,盐层较纯,局部含淤泥等。

盐湖深湖亚相: 盆地内仅在尕海、托素湖分布。岩性总体为细粒沉积岩,以泥岩、石盐岩为主,夹粉砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩,偶见砂岩透镜体。因水体较深,波浪作用已完全停止,水体安静,致使沉积构造单调,多以水平层理为主,生物繁茂,多介形虫和生物介屑薄层,并偶见遗迹化石。

盐泥坪: 主要集中分布于茫崖、尕斯库勒等地区。盐泥坪是在冲积扇底以下至盐湖滨岸或盐坪之间的环湖平原地带。沉积物以粉砂、黏土为主,表面形成一层盐质风化壳,水源充足的地区有机质含量较高,形成黑色淤泥(图6-g)。

干盐滩: 盆地内分布较多,在昆特依、霍布逊湖较为发育,表面具坚硬盐壳的坪地。盐坪上无植物生长。主要沉积石盐、石膏等蒸发盐,细粉砂、黏土等碎屑物充填于蒸发盐矿物中或富集成不规则薄层。盐坪表面的盐壳广泛发育多边形的干缩裂纹,形成时间较长的盐坪因受雨水反复溶解及风蚀、风积和毛细管蒸发再沉积作用的影响,表面坑洼不平,呈刀锋状,蜂窝状、蠕虫状小地貌(图6-h)。

3.2 岩相古地理展布及特征

柴达木盆地全新世高山深盆的构造格局最终形成,因MIS(Marine Isotope Stage)期气候影响,中央拗陷地层分区的大浪滩、察汗斯拉图、昆特依和马海均广布盐类沉积,形成干盐滩。大浪滩在中心洼地和北部山地边缘由于洪水输入保留小面积盐湖滨湖亚相。昆特依仍接受北北西向少量淡水输入,在盆地北部边缘残留小面积水体,其岩性为黏土—粉砂—石膏石盐互层(ZK1405钻孔),为盐湖滨湖亚相。马海盆地西部也有淡水输入,在干盐滩的东部边缘残存小面积盐湖滨湖亚相(ZK7204钻孔和ZK8012钻孔)。昆特依和马海地区全新世岩性为下部和顶部的石盐层夹中部黏土质粉砂和粉砂质黏土,在昆特依和马海地区均形成了钾盐矿床(沈振枢等,1993;魏新俊等,1993)。一里坪地区主要为干盐滩沉积,临近东西台吉乃尔湖的地区全新世含有一定量的石盐沉积,但以碎屑岩沉积更占优势(ZK702钻孔)(Ma et al., 2021),说明该地区靠近山前辫状河入湖的湖泊三角洲,在东西台吉乃尔湖形成盐湖滨浅湖。昆北逆冲断阶地层分区的尕斯库勒湖由于来自南西西方向的水源输入,仍残存小型盐湖,水深较浅,为滨浅湖亚相,盐湖周围石盐出露水面,形成干盐滩,外围更有较大面积的盐泥坪沉积。察尔汗地区全新世岩性为含粉砂石盐和含石膏的石盐粉砂,形成干盐滩。在格尔木入湖河流补给的影响下,局部钻孔中可见较多黏土和黏土质粉砂的盐湖浅湖亚相沉积(DBX2007钻孔)。察尔汗东部也接受了来自南向和南东方向的补给,在洼地维持了盐湖滨湖环境,在中部水源影响不及之处出露干盐滩。柴北缘断阶地层分区的大柴旦盐湖也形成干盐滩,仅在边缘由于来自北东西向的淡水输入保留了盐湖滨湖亚相,同时,小柴旦盐湖的第四纪晚期沉积物中见有典型喜咸水种介形类肥胖真星介(Eucypris inflata)(孙镇城和曾学鲁,1992),并且其硼酸盐矿含量也较为丰富(孙大鹏,1991),处于盐湖滨湖亚相。柴北缘断阶地层分区的尕海、可鲁克湖、托素湖在全新世分割成较为独立的湖盆,均位于德令哈盆地的汇水中心,主要接受巴音河、巴勒更河以及四周山区的洪水补给(陈忠等,2007)。入湖河水流入可鲁克湖后,再经由可鲁克湖西南的褡裢河最后注入托素湖,所以作为过水性湖泊的可鲁克湖是淡水湖,而托素湖则为咸水湖。尕海湖和托素湖周围出露湖岸砂堤和湖相沉积,主要为盐湖滨浅湖亚相。尕海湖、可鲁克湖主要为包含上更新统和全新统的浅钻(GHB钻孔)。尕海湖在全新世有1个从淡水—半咸水湖向盐湖转变的过程,其中GHB钻孔全新统以黏土、粉砂质黏土为主,中上部出现少量石盐晶粒,顶部以粉砂为主,含有机质残体,处于盐湖滨浅湖亚相。可鲁克湖全新统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,处于淡水—微咸水湖滨浅湖亚相。东部的柯柯盐湖出露大面积干盐滩,在来自北北东向的水源输入下在干盐滩边缘保留盐湖滨湖亚相沉积,都兰盐湖水源更为丰富,水深相对较深,处于盐湖滨浅湖环境。柴达木盆地在全新世广泛形成风成沙地貌,在盆地东部都兰地区和西南部分布格状沙丘,新月形沙丘、新月形沙丘链及新月形沙垄等(张姚姚,2023),盆地北部边缘也分布有线性沙丘,进一步反映了盆地全新世干旱化加剧。

从岩相古地理的演化过程可以看出,全新世是柴达木盆地主要的成盐期,也是盐类成矿的高峰期,在尕斯库勒湖、大浪滩、察汗斯拉图、昆特依、马海、一里坪、察尔汗等均形成具有一定规模的成盐盆地。

4 结论

1)柴达木盆地全新世沉积物分为砾石层、砂层、黏土层和盐岩层4大类,盆地边部昆北逆冲断阶地层分区、柴北缘断阶地层分区以砾石层、砂层为主,盆地中心中央坳陷地层分区以黏土层、盐岩层为主。按照成因类型将全新世地层划分为: 洪积、洪冲积、冲积、风积、湖积、化学沉积6种沉积类型。

2)柴达木盆地全新世发育冲积扇、辫状河、风成沙、湖泊三角洲、湖泊等5种沉积相; 盆地边缘发育冲积扇相,辫状河相主要分布于格尔木、乌图美仁、茫崖、怀头他拉等地区。盆地内小型湖泊主体为盐湖干盐滩相沉积及局部的盐湖滨、浅湖亚相沉积。

3)柴达木盆地全新世高山深盆与极端干旱环境进入最盛期,盆缘巨厚砂砾洪积层十分发育。柴达木古湖完全解体,盆内多个盐湖逐渐干涸并消亡,干盐滩化学沉积进一步扩大,大型盐类矿产地形成。全新世盆地东部、南部和北部边缘地区广布的风成沙沉积,进一步说明了盆地干旱化的加剧。

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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)

青海省地质矿产勘查开发局地质勘查项目(青地矿[2025]9号)