渤海湾盆地古近系石盐岩中“竹节状”薄夹层的成因及其古环境指示

"Bamboo-shaped" thin interbed of halite is the most remarkable characteristics in Paleogene salt bearing strata of the Eastern China. It separates the thick halite into small rhythemic unit of the salt bearing strata, and is generally considered to be related with alternate dry and wet climates, in the halite deposition process. In the "flood period", the freshwater with debris overlies the halite to form the "Bamboo-shaped" thin interbed, which is termed "desalination" layer. However, the "halite+astrakhanite" mineral assemblages were first discovered in the "bamboo-shaped" thin interbed of Paleogene Shahejie Group, Shulu sag of Bohai Bay Basin. With higher content, they were considered a product of rapid brine evaporation in "very dry" climate. "Bamboo-shaped" thin interbed formed in "very dry" climate is the kernel scientific problem of this application. Through elaborate study of mineral composition, texture and structure of the "bamboo-shaped" thin interbed, high precision analysis of chemical composition, mineral assemblages and content, the homogenization temperature, composition and isotope of fluid inclusion in the adjacent halite, as research methods of study on saline lake evolution, and the isotopic dating of authigenic illite determine the deposition time, and provide new information and instructions for the paleoclimate evolution, salt deposits, oil and gas resource exploration in Paleogene of Eastern China.

石盐岩发育"竹节状"薄夹层是中国东部古近系含盐系地层最为显著的一个特征，其分隔厚层石盐岩形成含盐系地层的小韵律单元。这种"竹节状"薄夹层通常被认为是石盐岩沉积过程中，受"干湿"交替气候影响，由在"洪水期"淡水所携带的碎屑物质覆盖石盐岩层形成，是"淡化"层。然而，渤海湾盆地束鹿凹陷古近系沙河街组一段厚层石盐岩中首次发现"竹节状"薄夹层中发育"石盐+白钠镁钒"的矿物组合，且含量较高，应为"极旱"气候卤水快速蒸发浓缩沉积的事件性产物。本申请将以"极旱"气候事件形成"竹节状"薄夹层为核心科学问题，拟通过精细研究"竹节状"薄夹层的矿物成分、结构构造等，并以高精度分析其相邻石盐岩在化学组成、矿物组合特征及含量、石盐岩中包裹体的均一温度、包裹体的成分和氢氧同位素的垂向演变为手段，利用粘土矿物中伊利石的精确定年限定其沉积时间，为古近纪中国东部古气候演变及盐类矿床和油气等资源勘探提供新的信息和指示。

本项目在总结中国东部裂谷系中新生代主要蒸发岩盆地的盆地类型、演化历史、沉积过程与成盐时间、规模等的基础上，通过对束鹿凹陷盆地演化、盐类矿物演化序列的研究，结合盐类矿物流体包裹体分析，查明石盐岩的化学成分、矿物类型、流体包裹体均一温度（反映古水温变化）和流体包裹体成分（反映古湖水成分特征及演变）、石盐岩群体包裹体的氢氧同位素特征，研究了石盐岩中“竹节状”薄夹层的成因及古环境指示意义。取得的主要成果包括：.1.在裂陷期的多期幕式活动中，裂陷作用强烈的时期，湖盆水体较深，面积较大，盆地可容空间增大，有利于类似“高山深盆”地貌的形成，为盐类物质来源的富集提供了有利条件。在平面展布上，向缓坡带一侧受陆源水系影响逐渐淡化，靠近陡坡带一侧的洼陷部位是成盐成钾的有利区域。.2. 通过多方面多步骤实验研究，对“低温冷冻成核法”测试石盐中单一液相包裹体的均一温度及其与石盐结晶时卤水温度的关系进行了详细论证，为使用该方法开展盐湖古水温和古气候研究奠定了理论基础。.3.束鹿凹陷沙河街组含盐系地层中盐间夹层的孢粉组合研究表明石盐岩沉积环境为近岸湖相，旱生植物麻黄粉丰富，是典型的亚热带干旱气候，石盐结晶过程中，盐湖卤水温度的变化范围7.7~50.7℃，最高温度为50.7℃，与现今气温相比，石盐沉积时期的古气温至少要高4.2℃，有利于成盐作用的进行。.4.束鹿凹陷成盐的物质来源主要为大气降水形成的陆源水补给，可能有深部水作为补充，这与古生物的研究基本吻合。凹陷内部并不发育火成岩体，深部物源补给的可能性和规模较小。.5.古近系沙河街组一段是在干湿交替气候频繁变化的过程中形成的，构造上受控盆大断裂的影响形成箕状凹陷，这种基底不断沉降的沉积环境，可容空间巨大，能够使陆源碎屑-化学岩型盐类物质持续堆积，形成巨厚的含盐系地层。这是一种“脉冲式”浅水型陆源碎屑-化学岩型盐类沉积模式。丰富的物源来源和长期稳定的高强度蒸发环境是有利的成钾条件。