北羌塘盆地雁石坪地区侏罗纪磁性地层年代序列与成盐条件研究

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中、晚侏罗世随着冈瓦纳大陆的裂解、北大西洋的开启以及古特提斯洋的闭合,导致全球气候变化,特提斯构造域从湿润气候转变为干旱气候,致使中亚的卡拉库姆、阿姆河盆地沉积了晚侏罗世巨型海相钾盐矿床。羌塘盆地位于特提斯构造域东段,毗邻卡拉库木盆地和阿姆河盆地,是中国侏罗纪海相地层分布最广的地区。近年来,随着一系列区域地质填图、油气和盐湖资源调查项目的实施,在北羌塘盆地侏罗纪地层中发现大量石膏层、石膏丘露头,特别最近还在北羌塘盆地侏罗纪地层中发现了富含钾、钠异常的地表盐泉这一重要的找钾盐线索。然而,由于高寒缺氧、自然条件恶劣,羌塘盆地的研究程度相对较低,迄今为止在北羌塘盆地侏罗系中未发现钾盐矿床,特别是对其蒸发岩形成的时代、气候、物源和岩相古地理条件等方面都没有开展过系统的研究。本文以侏罗纪特提斯构造域成盐(成钾)背景为切入点,以控制成盐(成钾)的构造-岩相古地理-气候-物源等关键因素为主线,在北羌塘盆地雁石坪地区选取完整出露侏罗纪地层的雁石坪剖面为研究对象,首先通过对侏罗纪雁石坪剖面的高分辨率古地磁测年,结合古生物宏观年代,建立羌塘盆地侏罗纪精细磁性地层年代序列;然后在精细磁性地层年代控制下,一方面通过分析雁石坪剖面沉积相和层序地层,恢复该地区侏罗纪海平面变化,并通过与全球海平面变化曲线对比,来揭示侏罗纪雁石坪地区海平面变化的主控因素;另一方面通过分析雁石坪剖面古气候代用指标(CaCO3、SO42-、Cl-、赤铁矿、针铁矿和磁化率),恢复羌塘盆地侏罗纪古气候演化序列并捕获干旱事件。在此基础上,依据古气候演化获取的干旱层位、海平面变化所揭示的海退背景、沉积相分析所识别的封闭或半封闭的潮坪相沉积环境和K+、Na+、Cl-离子等物源指标变化特征所指示的物源条件,综合分析北羌塘盆地侏罗系最有利于成盐(成钾)的层位,为今后研究羌塘盆地成盐(成钾)的潜力和资源评价提供科学依据。通过上述研究主要取得以下成果:(1)通过高分辨率磁性地层年代学研究,结合古生物化石年代,建立了羌塘盆地雁石坪剖面的磁性地层年代序列:即雀莫错组的古地磁年代为>171.2-165.5 Ma,属中侏罗世阿连期-早卡洛期(Aalenian-Early Callovian);布曲组的古地磁年代为165.5-163.9 Ma,属中侏罗世卡洛期(Callovian);夏里组的古地磁年代为163.9-160.2 Ma,属中、晚侏罗世卡洛期-牛津期(Callovian-Oxfordian);索瓦组的古地磁年代为160.2-157.6 Ma,属晚侏罗世晚牛津期(Late Oxfordian);雪山组<157.6 Ma。(2)通过分析雁石坪剖面的沉积相和层序地层,恢复了中、晚侏罗世羌塘盆地雁石坪地区的海平面变化,揭示出羌塘盆地侏罗纪雁石坪地区经历了二次大规模的海侵和二次大规模的海退过程,同时通过与全球海平面变化曲线对比,表明雁石坪地区海平面变化受控于全球海平面变化。(3)获得了羌塘盆地侏罗纪古气候变化序列:雀莫错组以较低含量的CaCO3、SO42-、Cl-、赤铁矿和较高含量的针铁矿、磁化率为主要特征,指示雀莫错组气候相对湿润;布曲组以最高含量的CaCO3、磁化率,次高含量的SO42-、Cl-、赤铁矿和次低含量的针铁矿为主要特征,指示布曲组气候为半湿润-半干旱;夏里组下段以较低含量的CaCO3、SO42-、Cl-,中等含量的赤铁矿和最高含量的针铁矿为主要特征,指示夏里组下段气候相对湿润;夏里组上段以最高含量的SO42-、Cl-、赤铁矿,次高含量的CaCO3,最低含量的针铁矿、磁化率为主要特征,同时Ca2+-SO42-离子相关系数从夏里组下段的0.2706递增到上段的0.985、Na+-Cl-离子相关系数从下段的0.146递增到上段的0.8974,共同指示夏里组上段气候相对干旱;索瓦组以中等含量的CaCO3、SO42-、Cl-、针铁矿、磁化率,最低含量的赤铁矿为主要特征,指示索瓦组气候相对湿润。(4)综合分析构造(侏罗纪羌塘盆地为被动大陆边缘坳陷盆地)、气候(夏里组上段为干旱气候)、岩相古地理(夏里组上段为海退导致的半封闭潮坪环境)和物源(夏里组上段K+、Na+和Cl-含量持续大幅度增加)条件,表明羌塘盆地晚侏罗世夏里组上段具备良好的成盐(成钾)条件,同时夏里组上段Na+-Cl-离子相关系数(R=0.8974)大于K+-Cl-离子相关系数(R=0.7269),表明夏里组上段成钠盐比成钾盐的可能性更大。(5)通过与中亚阿姆河盆地的构造、物源、古气候、岩相古地理条件以及含盐地层的对比,表明晚侏罗世羌塘盆地和阿姆河盆地具有相似的成盐(成钾)条件,这也进一步揭示了晚侏罗世夏里组上段是羌塘盆地可能成盐(成钾)的最佳层位。
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