地质科学  2016, Vol. 51 Issue (2): 619-632   PDF    
地史上巨量蒸发岩省的成因及其地质意义

李江海1, 2, 马丽亚3 , 王洪浩1, 2, 许丽1, 2    
1. 造山带与地壳演化教育部重点实验室, 北京大学地球与空间科学学院 北京 100871;
2. 北京大学石油与天然气研究中心 北京 100871;
3. 中国石油勘探开发研究院 北京 100083
基金项目: 国家重点基础研究发展计划"973"项目(编号: 2009CB219302)资助
李江海,男,1965年7月生,博士,教授,构造地质学专业.E-mail:jhli@pku.edu.cn
马丽亚,女,1991年3月生,硕士研究生,石油地质学专业.本文通讯作者.E-mail:2008maliya@163.com
2015-05-30 收稿, 2015-09-30 改回.
摘要: 全球蒸发岩从震旦纪到新近纪均有发育, 其最发育时期为震旦纪—寒武纪、二叠纪—三叠纪以及侏罗纪—白垩纪, 且具有幕式分布特点.它们在一定区域(低纬区)常大规模集中发育, 跨越不同的沉积盆地类型, 面积和厚度巨大, 时代跨度较短且连续, 笔者称之为巨量蒸发岩省.本文基于全球蒸发岩层系古板块再造、沉积岩相恢复、地层柱状对比、盆地构造分析等方法, 对巨量蒸发岩省的发育、分布、成因及其地质意义进行了探讨.巨量蒸发岩省形成、分布与地史中的造山带演化、超大陆的聚合与裂解、干旱气候带(南北纬30°之间)、海平面变化等因素有着密切联系; 其主要形成于干旱环境下相对封闭、靠海水潜流补给的台地和盆地中; 所处的构造单元主要为泛大陆板块内部狭长的裂谷带、特提斯造山带的残余洋盆、海—陆过渡带、陆表海或孤立板块的台地中心.
关键词: 蒸发岩省    古板块再造    封闭盆地    沉积岩相    气候带    

中图分类号:P588.24    doi: http://dx.doi.org/10.12017/dzkx.2016.020

前人研究认为全球蒸发岩在整个地质历史时期均有发育,其主要发育时期为震旦纪—寒武纪、 二叠纪—三叠纪以及侏罗纪—白垩纪,且在不同性质的盆地中也普遍沉积,如波斯湾盆地、 滨里海盆地、 墨西哥湾盆地、 坎波斯盆地、 下刚果盆地、 桑托斯盆地、 北部北海盆地等(Edgell,1996Talbot,1998余一欣等,2011朱伟林等,2013)。我国的塔里木盆地、 柴达木盆地、 江汉盆地、 渤海湾盆地也广泛分布蒸发岩(贾承造等,2004汤良杰等,2006陈波等,2007能源等,2012)。

蒸发岩主要沉积于低纬热带区,高温、 高蒸发速率是蒸发岩形成的陆相条件。因此,蒸发岩也是地史上干旱带的重要标志(Talbot,1998Tabor and Poulsen, 2008)。自地中海新近系岩盐发现以来,就引发了对巨量盐盆成因的认识和争论(Hsu,1972)。目前对如何在古板块再造的背景下,认识蒸发岩盆地的发育背景及其地质意义的研究较少,对巨量蒸发岩盆地的形成系统方面的研究更少。

本文在对全球20多个蒸发岩盆地调研基础上,开展了蒸发岩时空分布对比、 蒸发岩盆地原位恢复、 沉积岩相恢复及地层柱状对比等研究,提出巨量蒸发岩省(saline giants)的概念,目前已识别出有霍尔姆兹、 西伯利亚、 泽希斯坦、 滨里海—乌拉尔—伏尔加、 墨西哥湾、 中-南大西洋、 扎格罗斯—地中海—红海—死海等不同时代的巨量蒸发岩省,并对其古环境和古气候意义进行探讨。

1 全球含盐盆地的时空分布特征

目前已在全球许多不同性质的盆地中发现了蒸发岩类沉积,其中约有120个盆地(图 1)的构造变形和演化明显受到盐构造运动的影响(Hudec and Jackson, 2006,2007,2009)。从南、 北半球分布状况来看,含盐盆地主要分布在北半球,其中以欧亚板块最多,北美次之,南半球仅有为数不多的盐盆。从盆地类型上看,全球蒸发岩主要分布在克拉通盆地、 同裂谷期盆地、 后裂谷期的被动大陆边缘盆地、 大陆碰撞带的前陆盆地等4类盆地中,而在活动大陆边缘盆地中则分布较少。从构造背景上看,蒸发岩主要发育于4种构造背景下: 1)裂谷作用下的板块离散背景,在前裂谷期、 同裂谷期和后裂谷期均可有大量蒸发岩沉积;2)板块汇聚背景,且多与前陆盆地的形成有关;3)内克拉通盆地的拗陷阶段;4)转换背景下巨厚盐岩层序的快速沉降阶段(Warren,2010)。

图 1 全球不同类型含盐盆地分布图(据Hudec and Jackson, 2007) 1. 阿特拉斯;2. 阿马迪厄斯;3. 亚平宁;4. 阿拉伯;5. 亚马逊;6. 波拿巴特;7. 坎宁8. 卡那封;9. 楚—萨雷苏河;10. 东阿尔卑斯;11. 埃布罗;12. 东西伯利亚;13. 阿联酋;14. 东德克萨斯;15. 瓜达尔基维尔;16. 哈德拉毛—也门南部;17. 伊利杰克—大不里士;18. 爱奥尼亚;19. 优瑞;20. 北克尔曼;21. 加丹加;22. 科威特;23. 卢西坦;24. 迈斯特拉特;25. 美国大陆中部;26. 密歇根;27. 蒙克顿;28. 密西西比;29. 北角;30. 北路易斯安那;31. 阿曼—费胡德;32. 巴尔米拉;33. 滨里海;34. 路丹尼;35. 萨维纳斯;36. 索尔特维尔;37. 盐岭;38. 南德克萨斯;39. 加拿大西部;40. 威利斯顿;41. 扎格罗斯;42. 泽希斯坦. 43. 阿加迪尔;44. 阿基坦;45. 贝蒂克;46. 拜赖希德;47. 卡森;48. 坎塔布连—西比利牛斯;49. 第聂伯—顿涅茨;50. 基尔;51. 死海;52. 东亚平宁;53. 厄立特里亚;54. 索维拉;55. 弗莱米什海山口;56. 几内亚比绍;57. 乔治斯浅滩;58. 霍斯舒;59. 珍妮的贞德;60. 曼达瓦;61. 马任加;62. 默西亚;63. 毛里塔尼亚;64. 莫桑比克;65. 俄耳甫斯;66. 普利皮亚特;67. 鲁菲吉;68. 塞布尔;69. 塞内加尔;70. 萨菲;71. 索马里—肯尼亚;72. 斯科舍边坡;73. 斯维尔德鲁普;74. 南惠尔;75. 苏伊士;76. 塔尔法亚;77. 惠尔;78. 也门;79. 本格拉—纳米贝;80. 古巴;81. 坎波斯;82. 圣埃斯皮里图;83. 墨西哥湾岸区;84. 大卡维尔—加姆萨尔—库姆;85. 加蓬;86. 海地;87. 卡鲁特;88. 北克尔曼;89. 库车;90. 宽扎;91. 下刚果;92. 彼得恰帕斯;93. 赤道几内亚;94. 萨菲;95. 塞尔希培—阿拉戈斯;96. 萨利纳—西格斯比;97. 桑托斯;98. 苏里南. 99. 南亚得里亚;100. 阿巴拉契亚高原;101. 阿塔卡马;102. 渤海湾;103. 巴利阿里群岛;104. 昌克勒;105. 喀尔巴阡;106. 阿联酋;107. 弗林德斯;108. 哈伊马纳—波拉蒂;109. 伊利杰克—大不里士;110. 利古里亚;111. 黎凡特;112. 麦肯齐;113. 墨西拿;114. 奥菲瑟;115. 阿曼—费胡德;116. 奥连蒂—乌卡亚利;117. 帕里岛—埃尔斯米尔中部;118. 帕拉多斯; 119. 西西里岛;120. 特兰西瓦尼亚;121. 伊特鲁里亚 Fig. 1 Distribution map of global different types of salt basins(according to Hudec and Jackson, 2007)

图 1可以看出,克拉通型盐盆地主要分布于北半球,集中于中欧地区、 地中海周围、 北美中部、 东西伯利亚等地,南半球克拉通含盐盆地主要分布于澳大利亚西部,波斯湾两岸有各小型克拉通型盐盆地,由此在波斯湾地区形成大片含盐盆地。裂谷型盐盆地主要集中于死海—红海一带、 地中海西侧欧洲与非洲之间、 北美东海岸等地,其中红海是现今全球存在的唯一一个处于威尔逊旋回初级阶段的裂谷盆地。被动陆缘型盐盆地主要分布于南半球,集中于南大西洋两岸,如坎波斯盆地、 桑托斯盆地等,白垩纪其随南大西洋张裂,逐渐被海水淹没发育为现今被动陆缘,其次为墨西哥湾被动大陆边缘和澳洲西北卡那封盆地等。碰撞型盐盆地主要集中于地中海残余盆地周缘,整体呈近东西向展布于欧洲大陆南部一带,与海西造山带走向较为一致。

整个显生宙期间都有巨量海相蒸发岩形成,大部分含盐盆地的盐岩沉积主要发生在震旦纪—寒武纪、 二叠纪—三叠纪以及侏罗纪—白垩纪(表1;余一欣等,2011)。世界上著名的相对厚度和面积巨大的蒸发岩层系有: 欧洲二叠系的泽希斯坦(Zechstein)盐层、 滨里海二叠系盐层、 墨西哥湾海岸侏罗系盐层、 红海中新统盐层、 中东波斯湾多套盐层等(Golonka and Picha, 2006Golonka,2011)。许多地史上蒸发岩层的厚度和分布范围比第四纪的蒸发岩要大2~3个数量级(Zharkov,1981),它们在一定区域常大规模集中出现,面积、 厚度巨大,时代跨度较短,并且时代连续,笔者称之为巨量蒸发岩省。目前已发现的巨量蒸发岩省包括地中海—红海—扎格罗斯巨量蒸发盐省、 墨西哥湾—中-南大西洋巨量蒸发盐省、 中欧泽希斯坦巨量蒸发盐省、 滨里海—乌拉尔巨量蒸发盐省、 西伯利亚巨量蒸发盐省和东冈瓦纳北缘霍尔姆兹巨量蒸发盐省等。

2 地史上巨量蒸发岩省实例及其形成环境和条件 2.1 新近纪地中海—红海—扎格罗斯巨量蒸发岩省

中新统—上新统时期地中海周围广泛发育蒸发岩,海—陆过渡环境下沉积的地中海、 潘诺、 喀尔巴阡、 扎格罗斯、 死海、 红海等浅水海相封闭盆地发育了大面积展布的蒸发岩(Rouchy and Caruso, 2006Krijgsman and Meijer, 2008Talbot et al., 2009Krijgsman et al., 2010),这些蒸发岩盆地从西班牙延伸到以色列,从意大利北部延伸到利比亚(图 2),面积达2.5×106 km2,笔者将其称为地中海—红海—扎格罗斯中新统—上新统蒸发岩省,其原始规模巨大,涉及多个不同类型的沉积盆地。

图 2 地中海盆地的中新统墨西拿阶蒸发岩沉积分布(a;据Rouchy and Caruso, 2006)及主要盐盆地层对比图(b; 据IHS数据库) Fig. 2 The Messinian evaporite sediments in the Mediterranean Basin(a; according to Rouchy and Caruso, 2006;)and stratigraphic correlation map of main salt basins(b; according to IHS)

① IHS. 2009. 全球盆地数据库(购买自IHS网站https://www.ihs.com/)

中新世晚期,阿拉伯地块、 非洲板块与欧亚大陆南缘碰撞,新特提斯洋闭合,地中海盆地与印度洋缺乏沟通,地中海盆地主要通过Betic和Rifian 海道与大西洋沟通(Bache et al., 2009);中新世末期,随着大西洋通过上述海道的海水流量减小,且出现强烈蒸发环境,造成地中海海基面显著降低;上新世,周围褶皱山系包围地中海、 波斯湾,地中海与大西洋的联系被切断,地中海形成相对封闭的沉积环境。中新世晚期墨西拿阶地中海深坳陷在64万年期间(Krijgsman et al., 1999)被 2 km厚的蒸发岩(岩盐和石膏)沉积充填,从而地中海演化为历史上最大的蒸发岩盆地。但目前对地中海蒸发岩沉积的时间和沉积环境尚有争论(Rouchy and Caruso, 2006)。

中新世—上新世期间阿拉伯板块和欧亚板块南缘发生最大程度上的汇聚,阿拉伯板块与非洲板块分离,亚丁湾张开(Stern and Johnson, 2010)。中新世红海盆地、 扎格罗斯前陆盆地也沉积了大量的蒸发岩。红海的巨量蒸发岩沉积属于典型的离散背景下的蒸发岩沉积,自北部的海相蒸发盐(Maqna组)逐渐向南转变为海相软泥、 深海泥岩沉积(Burqan 组)。而扎格罗斯地区的中新统蒸发岩属于汇聚背景下的蒸发盐沉积,早中新世扎格罗斯前陆带法尔斯和加吉沙朗地层下部广泛发育蒸发岩层,加吉沙朗层盐岩作为阿斯马里油气藏的盖层,控制了其烃源岩的发育;法尔斯层盐岩的发育则对叙利亚地区油气聚集产生重要影响。

2.2 中生代中-南大西洋巨量蒸发岩省(墨西哥湾、 非洲、 南美)

在泛大陆中、 南部之间的中生代裂谷系内,堆积了厚层的蒸发岩系,构成墨西哥湾—中-南大西洋巨量蒸发盐省(图 3)。地震勘探表明,该蒸发岩系现今位于墨西哥湾盆地北部(中侏罗统卢安盐层)、 大西洋两岸(下白垩统晚阿普第阶盐层)、 非洲西北的中大西洋及加拿大东北被动陆缘下伏裂谷盆地的白垩系地层内。

图 3 南美板块及邻区中-晚侏罗世(a)和白垩纪(b)沉积岩相图(据李江海等, 2013,2014) 160 Ma中-晚侏罗世板块再造,岩相时间为170~155 Ma;120 Ma白垩纪板块再造,岩相时间为145~120 Ma。浅海和造山带据Golonka,2011;俯冲带参考Scotese,2002;蒸发岩据Tabor and Poulsen,2008;沉积岩相据Golonka and Ford, 2000 Fig. 3 Sedimentary facies map of the South American and adjacent area in Mid-Late Jurassic(a)and Cretaceous(b)(according to Li et al., 2013,2014)

早侏罗世墨西哥湾只是太平洋向大陆延伸的一个小海湾;中侏罗世晚期洋壳扩张,逐渐开始海相沉积(Busby,2012);晚侏罗世北美和冈瓦纳大陆继续裂解,墨西哥湾洋盆形成(Iturralde-Vinent,2003)。墨西哥湾形成以后,构成太平洋和大西洋之间的海道(Salvador,1991)(图 3a)。其中,中侏罗世局限海和被动陆缘的构造环境、 干旱的气候促进了墨西哥湾盆地北部盆地卢安盐层的发育(图 4)。墨西哥湾油气富集区内,几乎所有的圈闭都与盐构造相关。在重力作用下盐岩发生运动,在陆上和近岸带发育伸展构造,在深水区出现挤压构造。

图 4 南美板块及邻区主要含盐盆地地层对比图(据IHS数据库;图例同 图 3b) Fig. 4 Stratigraphic correlation map of main salt basins in South American and adjacent area(according to IHS,legend as Fig. 3b)

非洲与南美之间随后裂解,形成狭窄的南大西洋裂谷盆地,海水由南部大洋涌入,南大西洋裂谷发育厚层早白垩世晚阿普第期蒸发岩,盐盆限于鲸鱼海岭造成的被动陆缘段的巴西和西非(安哥拉、 刚果)海岸之间(图 3b,图 4)。早白垩世期间非洲—南美大部分地区(冈瓦纳大陆腹地)处于低纬度的干旱带环境(Tabor and Poulsen, 2008),鲸鱼海岭对初始张开的南大西洋裂谷具有封闭效应,有利于大面积蒸发岩沉积。蒸发岩运动形成大量与盐丘、 盐底辟相关的构造及盐拱微型盆地。

2.3 二叠纪中欧—滨里海盆地巨量蒸发岩省

中-晚二叠世欧洲大部分地区处于干旱带,在欧洲北部形成世界上最大的沙漠之一(Tabor and Poulsen, 2008)。在伸展沉降背景下,早二叠世沙漠侵蚀造成石炭系地层准平原化,并经历海侵,形成被沙漠持续环绕、 广泛分布的低海平面的内陆盆地(Smith,1995)。

二叠纪泽希斯坦统西欧地区发育巨大盐盆,由两个东西走向的盆地(北、 南二叠盆地)组成,之间被北海—Ringkobing—Fyn高地分隔(MNSH和RKFH),被称为泽希斯坦盐盆(图 5)。南部盐盆从东英格兰穿过荷兰和德国,扩展到波兰和立陶宛,北部盐盆从苏格兰峡口和Moray峡口横穿到北海和北丹麦,延伸到波罗的海(朱伟林等,2011)。泽希斯坦盐盆地由早二叠世赤底统火山活动后期热衰退形成,晚二叠世随着海平面上升,通过维京地堑由北向南发生海侵。泽希斯坦盆地边缘富集有机碳酸盐岩,但盆地中心水深且缺乏光线,导致碳酸盐岩有机质不能快速生长。同时由于降雨量较低和河流供给不充分,沉积物注入速率也非常低,高温、 高蒸发率和有限的海洋和淡水供给,封闭的泽希斯坦盆地变成巨大的蒸发盆地(Ziegler, 1988,1992Závada et al., 2012)。

图 5 欧洲晚二叠世岩相古地理再造(a;据Ziegler,1988)及主要含盐盆地地层对比图(b;据IHS数据库)(图例同 图 3b) Fig. 5 Palaeogeographic reconstruction map of European in Late Permian(a;according to Ziegler,1988)and stratigraphic correlation map of main salt basins(b;according to IHS)(legend as Fig. 3b)

石炭纪—早二叠世,东欧大陆与哈萨克斯坦大陆碰撞形成乌拉尔造山带,至孔谷期初,滨里海盆地南部的古特提斯洋、 东面的乌拉尔洋孤立。滨里海海盆与大洋逐渐分隔,演化形成局限的沉降深水海盆,开始具备蒸发盐岩形成的条件(张立东,2012)。滨里海盆地下二叠统上部孔谷阶广泛发育盐岩层(图 6),主要由盐岩、 硬石膏夹层构成(夹在碎屑岩之中),偶见陆源碳酸盐岩,并含有钾盐、 镁盐等矿物。早二叠世蒸发岩厚度变化范围为1~6 km。盆地中央蒸发岩的厚度约为4.5 km,下部地层(阿尔丁斯克阶—乌非姆期)厚度约为 2.5 km,上部地层(喀山阶)厚度为2 km(Brunet et al., 2003)。滨里海盆地早二叠世蒸发岩还可以延伸到伏尔加—乌拉尔前陆盆地,并且大面积分布,还形成了世界级的钾肥矿(朱伟林等,2011)。

图 6 滨里海盆地现今孔谷阶盐构造分布图(a;据Volozh et al., 2003)和地层柱状图(b;据Anissimov and Moscowsky, 1998) a1、 a2. 盐枕;a3. 盐滚、 背斜和龟背背斜;b1. 盐底辟,孔谷期和喀山期; b2. 盐底辟,二叠纪结束;b3. 盐底辟,三叠纪结束;b4. 盐底辟,侏罗纪结束;b5. 尚未发生底辟,但部分已经被挤出到地表 Fig. 6 Map of Pricaspian Basin showing current shapes of salt structures(a;according to Volozh et al., 2003)and stratigraphic column(b; according to Anissimor and Moscowsky, 1998)

滨里海盐构造全盆普遍发育,分布有1 500多个隆起幅度为8~10 km的各式各样的盐丘(图 6)。盆地中心出现最高幅度的盐底辟构造,圈闭类型主要为盐下发育的大型隆起、 生物礁及盐丘构造(Volozh et al., 2003陈荣林等,2006邹才能等,2010)。古生界大的油气田的形成受控于下二叠统孔谷阶巨厚蒸发岩,储量集中在盐下圈闭中(Volozh et al., 2003)。

2.4 文德纪—早寒武世西伯利亚地台巨量蒸发岩省

西伯利亚板块广泛发育新元古界文德系—下寒武统海相蒸发岩(图 7),分布面积约为2×106 km2,体积约为785 000 km3(Petrychenkoa et al., 2005)。自早文德纪开始,西伯利亚地台海侵面积逐渐扩大,至文德纪晚期(达尼洛夫组沉积期)海侵最大,海水覆盖了除阿纳巴尔隆起及阿尔丹地盾南部的所有区域,岩相以碳酸盐岩—硫酸盐岩—岩盐为主,局部碎屑岩较多,形成西伯利亚地台巨量蒸发岩省(图 7)。

图 7 震旦纪—寒武纪全球主要含盐盆地古板块再造图(据李江海等, 2013,2014) Fig. 7 Paleoplate reconstruction map of global salt basins in Sinian-Cambrian(according to Li et al., 2013,2014)

寒武纪初期西伯利亚地台继承了晚文德纪的沉积条件,中亚—蒙古洋的进一步关闭及外贝加尔、 帕托姆高原和东萨彦岭地区的海退,导致早寒武世地台南部(包括前帕托姆、 涅帕—鲍图奥巴隆起、 安加拉—勒拿阶地、 邻萨彦—叶尼塞坳陷及拜基特隆起)发育较闭塞的蒸发盆地,沉积了近1 500 m厚的膏岩盐和白云岩交互地层。盐岩地层发育14层碳酸盐岩的区域标志层和15层盐岩,共可识别出5个主要的盐岩沉积期(Petrychenkoa et al., 2005)。

2.5 文德纪—寒武纪东冈瓦纳西北缘霍尔姆兹巨量蒸发岩省

阿拉伯半岛东北部的霍尔姆兹组蒸发岩系(文德系—中寒武统)出露于波斯湾盆地东部、 西部和南部、 费胡德盆地、 西鲁布哈利盆地、 阿曼盆地南部等(Allen,2007)(图 7)。该组蒸发岩系沉积于泛非期结晶基底上,依据岩相可以将其划分为上、 下两部分: 1)下部文德系层序由碳酸盐岩、 硬石膏和岩盐的沉积旋回组成,白云岩中叠层石发育,该部分主要分布于北西向断层控制的半地堑浅水—卤水环境,指示萨布哈相沉积环境;2)上部寒武系层序主要由较纯净岩盐组成,厚度均一为数百米。其中的红色砂岩层产出三叶虫化石,指示该套地层为中寒武统地层(Talbot and Pohjola, 2009)。

文德纪—中寒武世,东冈瓦纳大陆东北缘的阿拉伯板块、 中伊朗板块、 印度板块北部地区位于南半球低纬区(图 7),气候干旱,普遍发育有大套蒸发岩沉积,在区域上共同构成东冈瓦纳北缘巨量蒸发盐省。邻近的塔里木和扬子陆块虽然也发育有中寒武系蒸发岩,但在纬度上与上述地区存在较大差异,塔里木和扬子陆块位于北半球低纬区。古板块再造显示寒武系蒸发岩见于当时南北纬度30°~40°以内,古南纬30°蒸发岩带展布面积巨大,宽度可达1 500 km,长度大于上万公里,并且出现于东非造山带北缘的被动大陆边缘与原特提斯洋盆之间(Zharkov,1984Allen,2007)。

3 地史上的蒸发岩省发育的影响因素

蒸发岩是重要的古气候指示岩石类型之一,一般认为层状盐岩主要形成于全球气候分区的高温干旱沙漠区(Tabor and Poulsen, 2008)。地史上巨量蒸发盐省仅形成于干旱环境下相对封闭的、 靠海水潜流补给的台地和盆地中,盐盆海拔高度多低于海平面,主要位于海陆过渡位置,形成纬度多处于南北副热带高气压带(位于南北纬30°附近)(图 8Warren,2010)。

图 8 二叠纪以来蒸发岩分布与纬度关系图(据Warren,2010) Fig. 8 Map of the relationship between evaporates distribution and latitude since Permian to now(according to Warren,2010)

现今的副热带高气压带以下沉的干冷空气为特点,中心区域位于约南、 北纬 30°,大约为南、 北纬25°~40°之间。它们受季节影响,在南、 北半球的夏季,分别向南、 北半球移动(Kottek et al., 2006)。副热带高气压带是现今全球海水净蒸发量最大的区域,充分反映了除构造因素外,气候因素也是影响巨量蒸发岩沉积的重要原因,但并不是所有的巨量蒸发盐省都形成于副热带高气压带,在赤道及高纬度地区,也可见巨量蒸发岩沉积,如中大西洋南部的塞内加尔—几内亚比绍盐盆、 卡罗莱纳盐盆等。

地史上台地和盆地内沉积的蒸发岩具有较大的分布范围,以海相为主,蒸发岩沉积和成岩显示多样性,沉积厚度较大,主要由以下因素引起: 1)较温暖的全球古气候造成蒸发岩的沉积和保存出现于较宽的纬度带内(Gordon,1975);2)浅水陆表海常在干旱区形成大型的内陆海道;3)地史上构造和气候条件的合理配置,常有利于全盆地形成蒸发岩,如西北欧洲的泽希斯坦岩巨量盐省(Hsu et al., 1973)。

从古地理位置上看,蒸发岩沉积主要出现于泛大陆板块内部狭长的裂谷带(如南大西洋)、 特提斯造山带的残余洋盆(地中海)、 海—陆过渡带(波斯湾)、 陆表海(北美)或孤立板块的台地中心(西伯利亚)。蒸发岩盆地多具有封闭特点,如潟湖、 萨布哈、 高山深盆地等,珊瑚礁常构成盆地与外海的壁障。盆地与周围地貌高差较大,且多低于海平面。潜流对盆地内盐分的补充起重要作用,在此种构造环境下,海退背景有利盐岩沉积,海进背景有利海水灌入和渗流。

统计全球岩蒸发岩地层的分布和古板块再造、 岩相恢复、 海平面的变化以及古纬度范围之间的关系,认为构造背景、 古纬度、 古气候带、 海平面变化、 沉积盆地类型等多种因素的耦合,共同影响巨量蒸发岩省的形成。

4 讨论和结论

(1)蒸发岩具有在地史上的分布不均一、 在地层上呈幕式分布的特点,全球蒸发岩盆地含盐地层形成时期较早的可发生在中、 新元古代,较晚的盐岩沉积时代可以是新近纪和第四纪,其中最重要时期为震旦纪—寒武纪、 二叠纪—三叠纪和侏罗纪—白垩纪等,并且大多数蒸发岩盆均发育多套含盐层系。古板块恢复研究表明,蒸发岩的形成、 分布与地质历史中的造山带演化和超大陆的聚合与裂解有着密切联系,尤其是在南大西洋开始扩张的晚中生代,在早期断陷盆地中有大量蒸发岩形成。全球已识别出有霍尔姆兹、 西伯利亚、 泽希斯坦、 滨里海—乌拉尔—伏尔加、 墨西哥湾、 中-南大西洋、 扎格罗斯—地中海—红海—死海等不同时代的巨量蒸发岩省。

(2)在全球蒸发岩的地理分布上,北半球明显多于南半球,其分布最集中的区域为地中海沿岸、 大西洋两岸,在北美洲、 南美洲、 亚洲和大洋洲内陆也有盐的分布。全球蒸发岩主要分布在克拉通盆地、 同裂谷期盆地、 后裂谷期的被动大陆边缘盆地和大陆碰撞带的前陆盆地等4类盆地中。

(3)地史上巨量蒸发盐省仅形成于干旱环境下相对封闭、 靠海水潜流补给的台地和盆地中,盐盆海拔高度多低于海平面,主要位于海陆过渡位置。因此,封闭环境是巨量蒸发岩省形成的重要的区域地质条件,萨布哈、 台地、 内陆盐湖均是有利沉积环境。

(4)地史上许多含盐盆地所处的气候带多处于南北副热带高气压带(位于南北纬30°附近),所处的构造单元主要为泛大陆板块内部狭长的裂谷带、 特提斯造山带的残余洋盆、 海—陆过渡带、 陆表海或孤立板块的台地中心。此外,巨量蒸发岩省的形成还受不同次级因素的影响作用,如炎热干旱气候、 全球海平面变化、 全球气候变暖、 海陆格局变化、 区域盆地地貌等。低纬度的干旱气候带、 沙漠背景或者少雨区,海平面相对下降、 大规模海退或者尚未开始大规模海进的背景(全球海平面由高位向低位变化、 或者由低位向高位变化),均有利于巨量蒸发岩省的形成。

致谢 本文研究过程中得到塔里木油田研究院黄少英博士、 能源博士、 潘文庆博士、 蔡振忠博士等大力的帮助;与瑞典乌普萨拉大学 Christopher J. Talbot教授、 H. Koyi教授、 美国路易斯安纳州立大学 Alex Webb博士的学术交流和合作,也使本文的学术认识得到提升;感谢中国地质大学(北京)何登发教授对本文的审阅与帮助。

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Geologic genesis and significance research of global saline giants

Li Jianghai1, 2, Ma Liya3 , Wang Honghao1, 2, Xu Li1, 2    
1. The Key Laboratory of Orogenic Belts and Crustal Evolution, Ministry of Education, School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871;
2. Institute of Oil and Gas, Peking University, Beijing 100871;
3. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, PetroChina, Beijing 100083
Abstract: Evaporates widely developed from the Sinian to Neogene, especially in Sinian-Cambrian, Permian-Triassic, and Jurassic-Cretaceous. They always developed on large-scale in low latitude sedimentary basins with different types, having large area and sedimentary thickness, and they developed continuously in short time period. In this paper these evaporation basins were called saline giants. Based on the reconstruction of paleoplate and sedimentary lithofacies, the stratigraphic correlation and structure analysis of evaporation salt basins, the paper had discussed the development, distribution and geologic genesis and significance of global saline giants. The evolution of orogenic belt, the assemblage and breakup of supercontinent, the arid climate zone(between 30°N and 30°S), the changes of sea level and other factors had important influence on the development and distribution of saline giants. The saline giants developed in relatively closed plateaus and basins with recharge of subsurface seawater in arid environment. The saline giants generally distributed in the narrow rift belt inner continental plates, remnant oceanic basins in Tethyan orogenic belt, sea-land transitional zones, epicontinental sea and platform center of isolated plates.
Key words: Saline giants    Paleoplate reconstruction    Closed basin    Sedimentary lithofacies    Climate zone