青藏高原晚新生代湖泊地質(zhì)環(huán)境與成鹽成藏作用

鄭綿平, 張雪飛, 侯獻(xiàn)華, 王海雷, 李洪普, 施林峰

1)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 國土資源部鹽湖資源與環(huán)境重點實驗室, 北京 100037;

2)青海省柴達(dá)木綜合地質(zhì)礦產(chǎn)勘察院, 青海格爾木 816000

青藏高原晚新生代湖泊地質(zhì)環(huán)境與成鹽成藏作用

鄭綿平1), 張雪飛1), 侯獻(xiàn)華1), 王海雷1), 李洪普2), 施林峰1)

1)中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 國土資源部鹽湖資源與環(huán)境重點實驗室, 北京 100037;

2)青海省柴達(dá)木綜合地質(zhì)礦產(chǎn)勘察院, 青海格爾木 816000

青藏高原湖泊演化是地質(zhì)構(gòu)造和氣候環(huán)境變化共同作用的產(chǎn)物。湖泊沉積既是地質(zhì)環(huán)境記錄器, 又是鹽類和油氣戰(zhàn)略資源。但是, 以往在高原內(nèi)部還缺乏連續(xù)完整的高分辨率的長達(dá)1～2 km的湖芯。本項目在柴達(dá)木東、西部獲取1～2 km 5支系統(tǒng)的巖芯, 取得豐富的高原沉積盆地新紀(jì)錄。將本輪工作的年代學(xué)結(jié)果與最新的國際標(biāo)準(zhǔn)相對比, 建立了柴達(dá)木盆地較精確的磁性地層年代框架。通過柴達(dá)木鉆孔剖面冷、暖相鹽類礦物環(huán)境指標(biāo)研究, 從2 Ma BP開始斷續(xù)出現(xiàn)冷相礦物至今, 柴達(dá)木盆地西部共出現(xiàn)31個冷系列, 這與國外冰期研究結(jié)果相近。通過對鉆孔沉積速率和粒度的研究, 嘗試對青藏高原隆升的幾個階段進(jìn)行劃分。對盆地鹽沉積的綜合研究, 首次發(fā)現(xiàn)在盆地中部存在古大氣環(huán)流的明顯界限和成鹽突變帶。在該線以北, 反映冷濕期鹽沉積的西風(fēng)優(yōu)勢區(qū), 在該區(qū)西側(cè)2 Ma出現(xiàn)冷相鹽沉積, 向東側(cè)漸變至0.72 Ma出現(xiàn)冷相鹽沉積; 而在該分界線以南, 0.048 Ma才突然出現(xiàn)鹽沉積。提出在高山深盆背景下多級鹽盆遷聚成鉀觀點, 進(jìn)一步完善陸相成鉀理論。本輪工作還在柴達(dá)木盆地西部發(fā)現(xiàn)富鉀鹵水的新型礦層。

冷事件; 寒旱中心; 青藏高原隆升; 資源響應(yīng)

青藏高原—湖泊—沙漠—黃土是一個成因上相關(guān)的耦合系統(tǒng), 以劉東生為代表的中國學(xué)者已在黃土研究上做出了世界性的貢獻(xiàn), 揭示了黃土與季風(fēng)的關(guān)系。湖泊(鹽湖)沉積是中國人有望做出應(yīng)有貢獻(xiàn)的一個新領(lǐng)域。特別隨著挽近地質(zhì)時期(N-Q)強(qiáng)烈的高原隆升, 引起亞洲季風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定建立的同時,在多圈層作用下, 還引起一系列礦產(chǎn)資源效應(yīng), 國家急需的油氣和鉀鹽以及硼、鋰、銣、銫、碘、溴等的大規(guī)模聚集。表生-深部效應(yīng)結(jié)合, 既有表生(大氣圈、水圈、生物圈)作用, 還有深部巖石圈作用; 挽近的成礦作用是古、中生代成礦作用的繼承和發(fā)展,前期青藏高原礦產(chǎn)研究雖然取得長足進(jìn)步, 但是同挽近資源和環(huán)境及其相關(guān)耦合的研究較少, 該項目研究可望成為成礦與環(huán)境融合協(xié)同研究的前沿課題。

青藏高原各類湖泊眾多, 尤其是第四紀(jì)湖相沉積分布廣泛, 且來自人類污染甚少, 是研究古氣候變化的理想場所。位于青藏高原北部的柴達(dá)木盆地是青藏高原最大的內(nèi)陸盆地, 其鹽湖-湖泊沉積, 對于研究晚新生代依賴青藏高原隆升過程中環(huán)境變化具有重大意義。其中三湖區(qū)(即察爾汗鹽湖區(qū))是柴達(dá)木晚新生代(N2-Q)厚度最大的連續(xù)沉積中心(一般4300～5300 m), 也是青藏高原內(nèi)部面積和厚度最大的新生代沉積湖盆。

柴達(dá)木西部以大浪灘地區(qū)為中心(稱之為“西大湖”), 既是柴達(dá)木盆地古近紀(jì)—新近紀(jì)上新世早期的連續(xù)沉積中心, 又是古新世—上新世早期(E1+N21)柴達(dá)木古湖主要分布區(qū), 其沉積厚度(E1+N21)達(dá)7000～4600 m。該區(qū)也是柴達(dá)木盆地主要的第三系石油和第三系—晚更新世鹽類分布區(qū)。

柴達(dá)木盆地是我國最大鉀鹽基地, 其中察爾汗湖區(qū)鉀鹽形成時代最新(晚更新世晚期—全新世),保有KCl儲量4.3億噸; 在該區(qū)取得長記錄巖芯, 可以從環(huán)境演化過程, 深入闡明陸相鉀鹽湖成礦理論。除此之外, 三湖區(qū)還儲藏有世界最大的第四紀(jì)生物氣田, 尚待查明其地質(zhì)成因機(jī)制。

1 年代學(xué)模式

不管是高原隆升和長尺度氣候變化的科學(xué)研究,還是礦產(chǎn)資源的調(diào)查評價, 一個精確的年代框架是必不可少的。測年方法有許多種, 而對于柴達(dá)木盆地巨厚的連續(xù)湖相沉積來說, 選擇必要的同位素和古地磁手段無疑是較為合適的測年方法。在過去的幾十年中, 柴達(dá)木盆地各個地區(qū)進(jìn)行了多次鉆探工作, 主要用于油氣資源勘探以及找鉀的研究, 陸續(xù)發(fā)表了柴達(dá)木盆地各個區(qū)域的磁性地層結(jié)果(E.德比希爾等, 1985; 劉澤純等, 1990; 沈振樞等, 1992)。沈振樞等人(1993)綜合分析柴達(dá)木盆地尕斯庫勒湖

ZK2605、大浪灘 ZK402和 ZK336、察汗斯圖拉

ZK4613、馬海 ZK4012、昆依特 ZK3208、一里坪

ZK701和801、察爾汗水6孔的古地磁數(shù)據(jù), 沈振樞等(1993)首次建立了4 Ma以來柴達(dá)木盆地鉆孔剖面連續(xù)沉積的磁性地層。同時結(jié)合同位素年代學(xué)以及生物地層對比等綜合資料, 論證確定了本區(qū)第四系底界及內(nèi)部各統(tǒng)界限的原則和依據(jù), 劃分了第四系底界及內(nèi)部各統(tǒng), 建立了 4個井下第四紀(jì)地層單位

(沈振樞等, 1992, 1993)。隨后的十幾年中, 柴達(dá)木盆地并沒有新的全取芯長尺度鉆孔的磁性地層數(shù)據(jù)報道, 僅僅是一些淺鉆孔或者深鉆孔目標(biāo)層位的古地磁數(shù)據(jù), 如劉澤純等(2000)綜合了達(dá)布遜1號孔、澀中6井、澀深1井、臺南1井、鹽心1井、駝中2

井以及鴨湖剖面的磁性地層結(jié)果, 建立了柴達(dá)木盆地東部的一個第四紀(jì)磁極性序列。因此, 在這十幾年中柴達(dá)木盆地的大部分第四紀(jì)研究工作采用的年代框架還是參考沈振樞等(1993)的磁性地層結(jié)果。

然而, 沈振樞等(1993)所采用的古地磁數(shù)據(jù)多為20世紀(jì)80年代所測, 其取樣間隔相對較大, 測試儀器設(shè)備相對落后, 其結(jié)果已不能滿足現(xiàn)代科學(xué)研究所要求的高分辨率和高精度的年代框架。另外,沈振樞等人(1993)所采用的國際標(biāo)準(zhǔn)極性柱在一些極性亞時的時代上已經(jīng)做出了調(diào)整, 如B/M界限的時代從 0.73 Ma校正為 0.78 Ma(Gradstein et al,2004)。因此, 本次工作將展示柴達(dá)木盆地大浪灘地區(qū)梁ZK02、梁ZK05及梁ZK06三個鉆孔最新的磁性地層結(jié)果, 并結(jié)合梁ZK02同位素年代, 與沈振樞等人(1993)的磁極性序列和最新的國際標(biāo)準(zhǔn)極性序列對比, 厘定出一個較為精確的柴達(dá)木盆地磁性地層年代框架, 為柴達(dá)木盆地的環(huán)境氣候研究以及找鉀找油提供了較為精確的年代框架。

2 冷期系列的厘定與其環(huán)境意義

筆者通過國內(nèi)第四紀(jì)鹽湖沉積的長期實地考察和鹽湖長期科學(xué)觀察站的實驗研究, 結(jié)合國內(nèi)外大量鹽沉積實驗研究資料, 包括介穩(wěn)相圖的 3種水化學(xué)類型(碳酸鹽型、硫酸鈉亞型、硫酸鎂亞型和氯化物型)4～5元鹵水體系數(shù)據(jù), 以比較鹽湖學(xué)的理論和方法, 將鹽類沉積劃分為冷相、暖相和廣溫相(鄭綿平等, 1998), 提出一套有根據(jù)的古氣候“溫度-濕度計”(劉東生, 1998), 并經(jīng)爾后得到有關(guān)學(xué)科的應(yīng)用和其他方法的較一致的驗證(王乃昂等, 2000; Wei et al., 2002; 魏樂軍等, 2002; 劉成林等, 2008)。

柴達(dá)木盆地西部自第三系—第四系和東部現(xiàn)代鹽沉積區(qū)鹽類礦物種類較多, 已發(fā)現(xiàn)鹽類礦物初步統(tǒng)計達(dá) 51個(表 1), 其中典型的冷相鹽礦物有: 芒硝、瀉利鹽、軟鉀鎂礬和一些富含結(jié)晶水的硼酸鹽以及偏冷相的鉀石鹽、光鹵石、水氯鎂石; 暖相鹽礦物有無水芒硝、鉀鎂礬、無水鉀鎂礬、四水瀉利鹽、柱硼鎂石和偏暖相的白鈉鎂礬; 廣溫相鹽礦物有石鹽、石膏、雜鹵石、鈉硼解石等。

表1 柴達(dá)木冷、暖相與廣溫相鹽類礦物簡表Table 1 Cold, warm and eurythermal saline minerals in Qaidam Basin

據(jù)上述西部含鹽巖系冷相礦物的系統(tǒng)對比, 首次確定出柴達(dá)木西部冷期出現(xiàn)的31個時間系列。最早出現(xiàn)冷相礦物約為2010—1980 ka, 持續(xù)31次, 從約2010 ka開始, 冷期累計時間達(dá)687 ka。據(jù)國外冰期研究(Ehlers et al., 2007), 第四紀(jì)全球冰期時間最早發(fā)生在2.5 Ma前后, 約2.1 Ma至現(xiàn)代, 該冰川期間共有13次, 次冰川事件9次。其多數(shù)事件事件與柴達(dá)木西部發(fā)現(xiàn)的冷期比較接近。

3 青藏高原季風(fēng)演替與高原隆升

李吉均等(1998)最早劃分了青藏高原上新世晚期—第四紀(jì)幾個隆升階段, 通過本次柴達(dá)木14個鉆孔巖芯研究嘗試對青藏高原和昆黃運(yùn)動及爾后的隆升運(yùn)動進(jìn)一步劃分: 在原來劃分的青藏高原隆升運(yùn)動A、B、C幕基礎(chǔ)上, 建議增加B1幕, 為節(jié)約篇幅,試將其列如表2。

關(guān)于青藏高原昆黃運(yùn)動: 除前人已厘定昆黃運(yùn)動序幕、主幕和續(xù)幕外, 本文還識別出 0.47—0.42 Ma昆黃運(yùn)動IV幕。

共和運(yùn)動及爾后運(yùn)動: 原稱共和運(yùn)動肇始150 ka(李吉均等, 1998), 據(jù)新鉆孔剖面進(jìn)一步厘定為169—143 ka, 并在100—82 ka還有一次明顯上升運(yùn)動(命名為共和運(yùn)動II幕), 在爾后48 ka以來, 還有一次間歇性強(qiáng)烈的抬升, 據(jù)周邊階地期上升幅度很大, 由于沿柴中斷裂發(fā)生一次由西往東遷聚成鹽突變, 而建議命名為柴中運(yùn)動。

根據(jù) 14個鉆孔已有的年齡數(shù)據(jù)和沉積速率表明: 3.60—3.33 Ma、3.21—3.12 Ma、3.0—2.59 Ma、2.19—2.15 Ma、1.70—1.65 Ma、1.07—0.99 Ma 和0.13 Ma以來有七次強(qiáng)烈隆升。結(jié)合新鉆孔數(shù)據(jù), 在2.19 Ma隆升運(yùn)動后還有 7次隆升并還可與柴達(dá)木西部發(fā)現(xiàn)的冷期芒硝層等相呼應(yīng)。

4 寒旱中心與古大氣環(huán)流的演替

根據(jù)上述柴達(dá)木東、西部上新世以來古環(huán)境分析, 在上新世和更新世大部分時間柴達(dá)木東部和東南部還以溫濕和涼濕為主環(huán)境, 而西藏高原仍為南溫帶偏溫濕氣候, 說明印度季風(fēng)和東南夏季風(fēng)還能到該區(qū); 而西風(fēng)帶和冬季風(fēng)主要還活躍在塔里木東部和柴達(dá)木西部和祁連山以北, 從而構(gòu)成中國西部塔東—柴西寒旱中心, 并導(dǎo)致柴西形成“古鹽盆地”,而柴達(dá)木東部和西南部長期為淡水湖-微咸水湖間或沼澤環(huán)境。

在柴達(dá)木之南的西藏高原上有廣泛分布砂泥質(zhì)淡水湖相沉積, 藏東—滇西和川西長期有煤層(N2)或褐煤與泥炭(Q)發(fā)育, 表明西藏高原上新世氣候仍為涼濕/溫濕氣候。

表2 青藏運(yùn)動A、B、C階段與其特征Table 2 The stages and characteristics of Qinghai-Tibet movement

上新世大量的煤炭和褐煤的發(fā)育表明, 印度季風(fēng)在上新世沿三江地區(qū)以及喜馬拉雅埡口還是可以到達(dá)柴達(dá)木東部的; 此時西風(fēng)仍沿青藏高原北緣流行, 冬季風(fēng)盛行在祁連山以北, 而從早更新世晚期(約50 ka BP)西風(fēng)帶向東至青藏高原呈南北分流運(yùn)行, 但沿三江通道東南季風(fēng)暖流濕氣仍可達(dá)柴達(dá)木東南部。直至50 ka BP以后, 柴達(dá)木東部驟變?yōu)楦珊党甥}環(huán)境; 塔東—柴西“寒旱中心”則南遷至阿里西部。

5 鹽類礦產(chǎn)資源的響應(yīng)

柴達(dá)木是我國著名的鹽沉積聚寶盆, 尤以東部三湖地區(qū)最負(fù)盛名, 但是最早和最強(qiáng)烈的成鹽中心是在西部。在柴達(dá)木盆地西部和東部存在兩個不同成鹽次盆地群, 西部為“古鹽盆地”群, 以始新世—第四紀(jì), 尤以上新世—晚更新世成鹽強(qiáng)度最大; 東部為“新生鹽盆地”群, 成鹽時代為晚更新世晚期—全新世(48000 a—現(xiàn)代)。西部古鹽盆地群以大浪灘和獅子溝地區(qū)為中心, 是柴達(dá)木西部斷續(xù)長約50 Ma的成鹽中心, 尤以大浪灘新近紀(jì)以來成鹽持續(xù)時間長、成鹽強(qiáng)度最大。西部古鹽盆地可劃分為地下和淺表兩類含鹽沉積區(qū)。地下含鹽沉積區(qū)構(gòu)成低丘構(gòu)造帶, 由上而下, 由早中更新世—始新世含鹽巖系構(gòu)成; 淺表含鹽巖系廣布于低丘構(gòu)造帶之間的洼地和現(xiàn)代鹽湖, 圍繞大浪灘干鹽湖, 往東依次有察汗斯拉圖干鹽湖、昆特依干鹽湖、馬海半干鹽湖, 東南有一里坪干鹽湖, 西南為尕斯庫勒湖。

東部新生鹽盆地群主要以東南部洼地為主, 由北西西往南東東依次分布: 西臺吉乃爾湖、東臺吉乃爾湖、澀聶湖—達(dá)布遜湖—察爾汗湖區(qū)(含南、北霍布遜湖等); 南祁連山山前還分布有大、小柴旦湖等鹽湖。

5.1 柴中斷裂與其成鹽突變帶

上述西部“古鹽盆地群”和東部“新生鹽盆地群”, 兩者接觸帶呈東西延伸, 寬僅10～20 km, 但在本帶南北, 無論在成鹽時代還是沉積速率上有著巨大差別, 故本文稱之為“柴中成鹽突變帶”。在此帶南側(cè)西臺吉乃爾湖往東依次為東臺和小柴旦湖,進(jìn)入東部祁連山有東西走向的塔塔棱河與雅沙圖凹地。在古、新鹽盆地群, 兩者之間在地表上均是一片湖積平原, 并無山川相隔, 由于厚層第四紀(jì)沉積覆蓋, 也見不到斷層顯示。該區(qū)早期的地質(zhì)構(gòu)造圖上, 在柴達(dá)木中部并未見劃分界線。隨著近期我國地質(zhì)和石油地球物理調(diào)查的進(jìn)展, 已揭示在柴達(dá)木中部東西的確是深藏著一條區(qū)域性深大斷裂, 回頭再觀地圖和遙感影像(圖1), 可見該斷裂東連南祁連山塔塔棱河, 西接祁曼塔格山埡口, 長達(dá)500 km以上。雅沙圖有古鈣華型硼酸鹽沉積, 塔塔棱河和遙相對應(yīng)的西部拉陵格勒河水都有含硼異常, 后者以昆侖山楚拉克阿拉干河谷地火山沉積和熱泉中攜帶硼鋰組分, 而分別構(gòu)成柴達(dá)木盆地現(xiàn)代特種鹽湖的主要來源。

在布格重力異常圖上, 柴中成鹽突變帶以北,重力異常成 NW—NWW 向, 以南主體重力異常無明顯方向性(徐鳳銀等, 2009)。在航磁異常圖上, 柴中成鹽突變帶以北磁力異常呈 NW—NWW 向, 以南磁力異常呈東西向。沿成鹽突變帶為一條航磁異常帶(圖 2)。

筆者多次指出(Zheng et al., 2011; 鄭綿平等,2012), 大型鹽盆地和鉀鹽礦床形成和保存與陸塊穩(wěn)定性密切相關(guān), 在中國構(gòu)造背景較為活動情況下,尤其要求有較穩(wěn)定基底。柴達(dá)木南北次鹽盆地群聚集和后期變化特征, 是上述觀點一個佐證: 柴中成鹽突變帶南為太古代一套麻粒巖相的深變質(zhì)巖(徐鳳銀等, 2009), 是柴達(dá)木地塊的古陸核部分。而柴中帶之北, 為元古代達(dá)肯大坂群, 為一套代表活動性的火山-泥砂質(zhì)巖系, 是柴南古陸核基向北向增生的地質(zhì)體?？梢姴襁_(dá)木南北結(jié)晶基底不同, 而柴中斷裂帶是形成于元古代, 是南北兩地塊的縫合帶。在加里東期, 柴達(dá)木地塊從柴—祁地塊分離獨立后,經(jīng)歷海西期和燕山—喜山期兩次成鹽階段。海西期形成海相弧后裂陷盆地, 柴中斷裂帶控制了該裂陷的展布; 燕山—喜山形成陸相盆地。柴中斷裂帶以走滑作用為主, 對東西盆地沉積中心的遷移有重要控制作用, 不但是控制柴達(dá)木油氣成藏與分布的一個關(guān)鍵構(gòu)造(徐鳳銀等, 2009), 而且對新生代成鹽沉積中心的遷聚有重大控制作用; 柴中斷裂帶與盆地周邊構(gòu)造共同形成翹翹板, 導(dǎo)致柴達(dá)木盆地北降南升, 先在柴西獅子溝—大浪灘形成鹽沉積中心, 嗣后逐步東遷, 至新近紀(jì), 察汗斯拉圖—一里坪成為沉積中心; 第四紀(jì)始, 發(fā)生重大構(gòu)造轉(zhuǎn)折, 柴中成鹽突變帶為界, 柴達(dá)木地塊南降北升, 沉積中心遷至“三湖”拗陷。

圖1 柴達(dá)木盆地影像(徐鳳銀等, 2009)Fig. 1 Geomorphologic image of Qaidam Basin(after XU et al., 2009)

圖2 柴達(dá)木航磁異常平面分布(徐鳳銀等, 2009)Fig. 2 Plane distribution of aeromagnetic anomalies in Qaidam Basin (after XU et al., 2009)

5.2 陸相鉀鹽成礦機(jī)制概述

1)區(qū)域地質(zhì)調(diào)查和地球化學(xué)研究表明, 柴達(dá)木從侏羅紀(jì)前已成陸相環(huán)境, 缺乏海水補(bǔ)給, 柴達(dá)木陸相鹽類物質(zhì), 特別是鉀鹽主要還是由風(fēng)化鹽類從廣大面積泛湖和長期分異積聚過來的, 深部熱水含鉀量較少, 對鹽湖貢獻(xiàn)主要是鋰和硼。柴西從古新紀(jì)開始見有石膏沉積, 始新統(tǒng)—上新統(tǒng)均有巖鹽沉積, 巖鹽由薄到厚, 但含鉀低, 缺乏鉀鹽沉積, 斷續(xù)長達(dá)5000余萬年, 主要鉀鹽沉積直到晚更新統(tǒng)才出現(xiàn)。但是其作為捕集鹽分的蒸發(fā)成鹽面積較大, 僅計柴西古鹽盆面積約 6萬 km2。古昆侖湖群總面積約幾千 km2, 由于其成鹽歷史很短, 雖亦補(bǔ)給部分鹽分, 而不支持認(rèn)為察爾汗鉀分主要來自古昆侖湖的觀點(朱允鑄等, 1994), 但據(jù)實地調(diào)查, 古拉陵格勒河地?zé)釁^(qū)卻是東、西臺鹽湖鋰、硼的重要補(bǔ)給來源(圖 3)。

圖3 柴達(dá)木和北昆侖晚更新世泛湖遷移方向Fig. 3 Migration direction of Late Cenozoic Qaidam basin-North Kunlun pan-lake

圖4 柴達(dá)木東部多級鹽盆遷聚成鹽模式Fig. 4 A model of salt formation of multistage salt basin in eastern Qaidam Basin

2)基于高山深盆地貌背景, 鹽類物質(zhì)在多級鹽盆地系統(tǒng)中, 在重力場和化學(xué)分異作用下逐漸富集鉀鹽。柴達(dá)木最早成鹽于始新世, 位于柴達(dá)木西南部獅子溝一帶, 至漸新世向東偏北遷至大浪灘; 至中新世遷至察汗斯拉圖; 上新世遷至一里坪; 第四紀(jì)早期遷至馬海, 但在西部次級鹽盆地東遷過程中,大浪灘地區(qū)持續(xù)拗陷成鹽時間較長, 故成西部聚鉀中心; 最后在晚更新世, 柴達(dá)木古翹翹板向東傾斜,柴中斷裂發(fā)揮樞紐作用, 促使富鉀鹵水匯聚三湖區(qū),而形成規(guī)模較大鉀礦床(圖4)。

3)鉀鹽最后聚集于最為穩(wěn)定的太古代基底, 有利于鉀鹽穩(wěn)定沉積和后期保存。

4)與干寒/暖偏干氣候相耦合, 大部分鉀鹽在鹽湖干化階段富集于晶間鹵水和鹽層中, 不至于被近期周期性降水所淡化, 而有利于保存可溶性鉀鹽礦層。

圖5 黑北凹地深部鹵水遷聚示意圖(據(jù)新近鉀鹽鉆探成果; 王亞東等, 2011; 魏新俊等, 1993; 于常青地震解釋資料綜合編制)Fig. 5 Schematic diagram of the deep brine migration in Heibei depression (after New Potash Drilling Achievement;WANG et al., 2011; WEI et al., 1993 and earthquake explanation information by YU Chang-qing)

5)察爾汗湖區(qū)在已揭露第三紀(jì)以來的深部層位,不存在其他含鹽層位, 也無大規(guī)模深部地下鹵水, 而柴達(dá)木盆地 CaCl2鹵水主要見于西部古鹽盆地第三系地層中, 因此不能支持察爾汗鉀鹽是由東部 CaCl2泉水和河水混合形成的觀點(Lowenstein et al., 1989)。

以上說明鉀礦床形成必須經(jīng)過一個長期演化分異富集過程, 陸相鉀鹽尤其如此, 而且形成的鉀石鹽與石鹽之比(KCl/NaCl)僅達(dá)千分之一到萬分之幾,與海相鉀鹽礦床高KCl/NaCl相比, 相差懸殊。

6 西部柴達(dá)木地下富鉀鹵水的新發(fā)現(xiàn)與初步評價**據(jù)我國新近頒布DZ/T0212-2002標(biāo)準(zhǔn): 鹵水含KCl≥0.5%～1%為工業(yè)品位; 本文據(jù)我國鉀鹽實際情況, 將地下鹵水含KCl≥0.5%稱為富鉀鹵水。

本輪工作在柴達(dá)木西部大浪灘地區(qū)黑北凹地實施4個鉆孔: 2011年施工梁ZK05、黑ZK01, 2012年以來施工梁ZK10和黑ZK02(圖5)。其中梁ZK05上部170余m為含粉砂粘土石鹽和含鹽/含膏粉砂粘土; 170余m至325 m為含膏粉砂和粘土粉砂層; 中下部自325 m至1025 m終孔為洪積相砂礫層。終孔后砂礫層中有少量鹵水滲出。黑ZK01孔(1251 m),從 0—800 m為鹽類沉積為主, 屬湖相化學(xué)沉積相,為晶間鹵水含水層; 800—1251 m為巨厚的松散層,屬濱湖相沉積, 為孔隙鹵水含水層。對該孔晶間鹵水層進(jìn)行抽水試驗, KCl品位 1.0%; 對孔隙鹵水層經(jīng)抽水試驗, 鹵水 KCl品位 0.36%。通過該孔的施工工作, 將大浪灘一帶的孔隙鹵水和晶間鹵水向東拓展了 20 km。黑 ZK02孔(設(shè)計井深 1200 m), 從381.05—808.46 m段已揭露出了厚達(dá)427.41 m的濱湖-洪積相砂卵礫石層(含鹵水層); 808.46—1200 m為粘土層。在黑北凹地西部實施梁 ZK10(設(shè)計井深1550 m), 揭露出石鹽層總厚度 115.23 m, 施工至897.65 m時, 揭露砂卵礫石層(含鹵水層), 截至目前,含鹵水(碎屑)層厚度達(dá)653 m, 仍未揭穿, 還需向下鉆進(jìn)。

通過2012年黑ZK02和梁ZK10孔, 進(jìn)一步揭示砂礫石層賦存含鉀鹵水, 確證了在柴達(dá)木西北部還存在一種新型含鉀鹵水層位。它在歐亞陸陸碰撞構(gòu)造背景下, 第四紀(jì)以來向北擠壓應(yīng)力的遠(yuǎn)程效應(yīng),遂使深部從原來的上新世 CaCl2型賦鹵層向北遷聚到早更新世濱湖-洪積相砂礫層中, 構(gòu)成“砂礫巖型富鉀鹵水(可稱轉(zhuǎn)型鹵水資源)”, 其遷聚機(jī)制簡要圖解如圖5。根據(jù)三個鉆孔的資料, 黑北凹地的深層鹵水就有KCl遠(yuǎn)景資源量1億噸。進(jìn)一步證明, 柴西存在新近紀(jì)和早第四紀(jì)多種類型的富鉀鹵水資源,有望成為青海鉀鹽后備基地。

7 鹽湖生物氣

柴達(dá)木盆地三湖區(qū)的生物氣田是目前世界最大的第四紀(jì)生物氣田(孫平等, 2011)。其中 Q1+2和N23為生物氣源巖。三湖凹陷 Q1+2最大生氣強(qiáng)度 140×108m3/km2, N23最大生氣強(qiáng)度90×108m3/km2。本輪工作對盆地東部達(dá)布遜湖鉆孔灌頂氣分析顯示甲烷氣在60～1200 m地層中廣泛存在。根據(jù)本區(qū)地質(zhì)條件和天然氣分析的結(jié)果, 判斷天然氣為典型的生物成因, 為生物降解原始有機(jī)質(zhì)生成?？扇苡袡C(jī)質(zhì)類型為 II型, 巖石抽提物、生物標(biāo)志物分析結(jié)果指示, 第四系巖芯原始有機(jī)質(zhì)沉積環(huán)境為還原壞境, 在水質(zhì)由淡變咸階段有利成氣,生物氣源巖處于未成熟階段。三湖地區(qū)有機(jī)質(zhì)來源是低等的水生生物和藻類, 反映為淺水-沼澤相環(huán)境,由于沉積速度快, 有機(jī)質(zhì)快速埋藏, 在還原-微咸水-淡水條件下, 有利于甲烷氣的形成(詳見另文發(fā)表)。

致謝:本項目的啟動和研究過程中承中國地質(zhì)調(diào)查局汪民等領(lǐng)導(dǎo)同志, 袁道先、陳運(yùn)泰、戴金星、滕吉文、趙文津等院士, 中國地質(zhì)科學(xué)院董樹文、中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所王瑞江、王宗起等院所領(lǐng)導(dǎo)以及中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所楊振宇、中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所楊經(jīng)綏、中國石油勘探開發(fā)研究院鄒才能、中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院李景明、青海鹽湖集團(tuán)王興富、中國科學(xué)院青海鹽湖研究所宋彭生、中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所賈沁賢等專家給予支持與幫助, 在此一并致謝。

說明: 本項目的主要參與人員還有中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所劉俊英, 中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院張英, 中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所張成君、馬妮娜、陳文西、李金鎖、劉建華、孔凡晶, 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所馬志邦, 中國科學(xué)院南京古生物地質(zhì)研究所舒軍武等, 相關(guān)總結(jié)及其其相關(guān)研究成果將分別另行發(fā)表。

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Geological Environments of the Late Cenozoic Lakes and Salt-forming and Oil-gas Pool-forming Actions in the Tibetan Plateau

ZHENG Mian-ping1), ZHANG Xue-fei1), HOU Xian-hua1), WANG Hai-lei1), LI Hong-pu2),SHI Lin-feng1)
1)MLR Key Laboratory of Saline Lake Resources and Environments, Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037;
2)Qaidam Integrated Geological Exploration Institute of Qinghai Province, Golmud, Qinghai816000

The evolution of the lakes in the Tibetan plateau is dominated by the change of both the geological structure and the climate. Thus the lacustrine sediments can serve as a good recorder for both the past geological events and the climate change. Besides, the lacustrine sediments are strategic resources for salts, oils and gas.However, there had been no high resolution successive drilling core from the lacustrine sediments in the QT plateau that could reach a length of 1～2 km before this work. Since the beginning of this century, the authors have systematically collected 5 drilling cores with lengths of 1～2 km from the east and west Qaidam basin, and have obtained unprecedented rich information concerning the geological and climatic history of the Tibetan Plateau from these sedimentary cores. Through comparing the chronologic results with the latest international standard, a more precise model of magnetostratigraphy was established. Based on studying the cold, warm and eurythermal saline minerals in Qaidam basin, the authors found 31 series of cold events since 2 Ma BP. From that time Qaidam basin began to intermittently appear cold events. The time of cold events is close to the chronologic data of Cenozic Global Glaciation. The uplift of the Tibetan Plateau was tentatively divided into several stages according to the study of the deposition rate and the particle size. At the first time, the authors found that there was a demarcation line in the middle of Qaidam basin, which was not only the boundary of paleo-atmospheric circulations but also the boundary of salt formation. The westerly wind inclined area located to the north of the investigated line reflects salt deposits in the cold-wet climate period. To the west of the study area, the cold saline sediments occurred after 2 Ma, whereas they gradually crystallized into cold saline deposits at 0.72 Ma; in contrast,the saline sedimentary period started at 0.048 Ma in the south part of the boundary. The point of view is put forward in this paper that potassium was concentrated by the transportation of the multi-stage salt basin lying in the high mountain-deep basin environment, and this viewpoint can further improve the theory of potassium formation in continental facies. A new potash-rich brine horizon was found by the authors in the western Qaidam basin.

cold event; cold and arid center; the uplift of the Tibetan Plateau; resource response

K928.43; P588.247; P532

A

10.3975/cagsb.2013.02.01

本文由中國地質(zhì)調(diào)查局重大地質(zhì)基礎(chǔ)項目(編號: 1212010818057)、國家自然科學(xué)基金重點項目(編號: 40531002)和中國地質(zhì)調(diào)查局國土資源大調(diào)查項目“中國柴達(dá)木盆地西部上新統(tǒng)以來富鉀硼鋰深循環(huán)鹵水礦產(chǎn)普查鉆探巖芯綜合研究”(編號: 1212011018004)聯(lián)合資助。獲中國地質(zhì)科學(xué)院2012年度十大科技進(jìn)展第三名。

2013-02-21; 改回日期: 2013-03-04。責(zé)任編輯: 閆立娟。

鄭綿平, 男, 1934年生。研究員, 中國工程院院士。主要從事鹽湖學(xué)與鹽類礦床地質(zhì)學(xué)研究。

E-mail: zhengmp2010@126.com。