莎车坳陷晚白垩-古近纪沉积环境特征及成钾条件分析①

王占兵 刘星旺 韦钊 王凡 王占文 赵玉海 郭琴

1 中化地质矿山总局地质研究院，河北 涿州 072750

2 酒泉市体育运动学校，甘肃 酒泉 735000

莎车坳陷是塔里木盆地西南部重要的构造单元，其晚白垩-古近纪具有丰富的盐类沉积，是我国重要的成盐盆地之一[1-6]。莎车坳陷晚白垩-古近纪地层一直以来都是找钾的重要层位[7]。自20世纪70年代起，各地质单位一直致力于在莎车坳陷进行固体找钾工作，虽然至今仍未取得较大突破，但找钾的工作热情一直没有消减，对该区钾盐成矿条件的分析研究工作仍然在不断深入[8-10]。本文即是在前人研究的基础上，通过对莎车坳陷盐系地层分布、沉积构造特征、岩相类型、古环境、古地理等方面的探讨，从而对其成钾前景进行分析。

1 盐系地层分布特征

莎车盆地内白垩系和古近系含盐系地层广泛出露，主要分布于莎车坳陷的次一级凹陷-喀什凹陷中，位于南天山山前带内，出露范围较广。从侏罗纪开始，莎车地区转变为毗邻特提斯海北侧的北陆缘海低洼地带，侏罗纪发育陆相含煤沉积，早白垩世为滨海相河湖三角洲沉积。莎车坳陷从晚白垩-古近纪发生多次海进，形成多套蒸发岩沉积[11]，岩性主要以白色石膏岩、硬石膏、泥质膏岩和膏质泥岩为主，其次为灰岩、白云岩等，总厚1500m左右，这是该区一套较为独特的白垩纪、古近纪海相地层[12]（表1）。其中，上白垩统吐依洛克组（K2t）、古新统阿尔塔什组（E1a）和齐姆根组（E1-2q）可见石盐岩发育，局部可见薄层石盐岩沉积，厚度约2～3m。从北西到南东含膏（含盐）地层厚度变化较大，其中在古新统阿尔塔什组（E1a）厚度最大。此外，在乌恰县克拉托背斜有盐泉出露，可能由巴什布拉克组卤水在构造应力作用下冲破上覆岩层，沿断裂带运移至地表形成盐泉。

2 沉积环境特征

2.1 沉积构造特征

特有的沉积环境决定了沉积物的沉积构造类型及其组合特点。原生沉积构造是识别沉积体系非常有用的标志，它反映了沉积介质的性质、流体水动力情况、沉积物的搬运和沉积方式。本次研究通过野外露头剖面、路线调查和钻井岩芯的观察、描述，根据成因及形态分类，莎车坳陷晚白垩纪以来主要有以下几类沉积构造。

2.1.1 层面构造

波痕：波痕不仅是沉积环境分析的重要标志，还可以用作判断岩层顶、底面的依据。莎车坳陷晚白垩-古近纪发育多种类型波痕（图1），一定程度上反应了牵引流、波浪、潮汐三种不同类型的水动力作用，笔者在喀什、叶城和皮山县桑珠巴扎等地发现多处波痕，形态各异，规模大小不等。

图1 莎车地区砂泥岩中波痕沉积构造Fig.1 Ripple sedimentary structures of sandstone and mudstone in Shache area

盆地内可见多处树枝状或网状细流痕，指示沉积物处于短期暴露的环境下，可能为海滩、潮间带或洪水后的泛滥平原区沉积，同时也可作为判断斜坡方向的重要依据（图1a）；此外，盆地内还可见分叉浪造成的不对称波痕，可能为辫状分流河道或水下分流河道沉积（图1b）。

冲刷面：冲刷面是强水流侵蚀下伏沉积物表面形成凹凸不平的面，表现为在砂岩、粉砂岩之上为不规则状的泥砾或薄层泥岩夹层。冲刷面一般发育在河道的底部，当有多个废弃河道相互叠置时，可以见到多个含泥砾层（图2）。

泥裂：泥裂构造多发育于泥岩以及泥质砂岩中，局部碳酸盐中偶有发育。盆地内晚白垩-古近纪该类型沉积构造普遍发育，其中上白垩统乌依塔克组棕红色粉砂质泥岩中发现泥裂痕迹，断面呈“V”字型，被上覆层棕红色、灰绿色粉细砂岩所充填（图3a）；吐依洛克组棕红色泥岩中也发育泥裂，后被上覆浅肉红色泥质膏岩所充填（图3b），反映当时沉积物短暂水上暴露，指示海滨、湖滨等浅水沉积环境和阳光充足的干燥气候条件。

图3 莎车坳陷晚白垩-古近纪粉砂质泥岩、泥岩中泥裂构造Fig.3 Mud fissure structure in silty mudstone and mudstone from late Cretaceous to Paleogene in Shache depression

2.1.2 层理构造

研究区内上白垩统-古近系受牵引流、波浪、潮汐等不同类型的水动力作用，层理广泛发育，主要有平行层理、水平层理、楔状交错层理、槽状交错层理和潮汐作用脉状层理等（图4）。

图4 莎车坳陷砂、泥岩层中层理构造Fig.4 Bedding structure in sand and mudstone layer in Shache depression

水平层理：和什拉甫地区主要出现在灰色、灰绿色及棕褐色泥岩、膏泥岩和砂质泥岩中，整体上表现为较弱的氧化环境，代表了一种低能环境下的沉积，如潮上带、海湾泻湖等(图4a)。

平行层理：皮山县柯东1井乌拉根组粉砂岩中、莎车县霍什拉普地区齐姆根组粉砂质泥岩中均可见平行层理，纹层细小平直，沿层理剥开面上可见有剥离线理构造，指示高流态下的河流或海滩沉积环境（图4b）。

交错层理：上白垩统库克拜组、古近系乌拉根组砂岩中发育有楔状交错层理，上下界面平直，形成于较强的水动力条件下，可能为河口沙坝或海相障壁浅滩沉积环境，常与羽状交错层理等伴生（图4c）。

潮汐作用下脉状层理：始新统卡拉塔尔组砂泥岩层中可见潮汐作用的脉状层理发育（图4d），形成于水动力强弱交替的条件下，指示潮汐水动力作用为主的台地、潮汐沉积环境。

2.2 沉积岩石学特征

2.2.1 岩相类型

晚白垩纪以来莎车坳陷内沉积岩类型比较丰富，既发育以中、细砂岩等为主的碎屑岩岩相，又发育白云岩、生物碎屑灰岩及鲕粒灰岩等碳酸盐岩相，还发育泥岩、石膏、膏泥岩等岩相类型。本文研究重点为莎车坳陷蒸发岩相的沉积环境特征。

蒸发岩相主要发育在上白垩统吐依洛克组（K2t）、古近系阿尔塔什组（E1a）、齐姆根组（E1-2q）、巴什布拉克组（E2-3b）和乌拉根组（E2-3w），主要岩性为膏盐岩、膏泥岩和泥质岩。其中膏盐岩主要形成于海湾泻湖环境；膏泥岩主要形成于潮坪等环境；泥质岩形成环境为浅湖、潮坪等低能环境[13]。

2.2.2 岩矿特征

根据地层特征及所收集到的石油钻井资料综合分析，发现莎车坳陷上白垩统-古近系不同程度均发育有蒸发岩，尤以上白垩统吐依洛克组、古新统阿尔塔什组最为显著，其中吐依洛克组中以石盐岩发育为主要特征，并在野外调查中发现乌鲁克恰提乡盐矿、塔什米里克乡盐矿、喀拉塔勒盐点等9处盐（矿）点，阿尔塔什组则以发育石膏岩、泥质膏岩和少量膏盐岩为特征。

（1）吐依洛克组

横向上，从目前地表盐（矿）点分布来看，吐依洛克组石盐岩集中分布于喀什凹陷及其以西地区，盐体多呈串珠状平行于南、北两侧山脉展布，且南侧西昆仑山山前揭示的盐体无论从厚度、规模上都要明显大于北侧昆仑山山前带。地表出露的盐（矿）点中，盐体多以单个的丘状或透镜体状产出，宽度和长度从十数米到数百米不等。纵向上，从钻遇膏盐层的情况来看，石盐产出部位主要为吐依洛克组中上部，其下部多沉积碎屑岩而明显缺乏膏岩。

吐依洛克组石盐岩按产出形态可以大致分为两类，即层状石盐岩与块状石盐岩。前者通常呈白色、乳白色，质地较纯、含少量或者基本不含杂质，石盐岩常常保留原生的层状、似层状构造，并常与碎屑层互层产出（图5a）。块状石盐岩通常呈不规则的透镜体状产出，盐岩透镜体的分布多为孤立、不连续的。该类石盐岩多与泥砾、石膏砾等混杂产出，部分石盐因泥质物浸染呈棕红色（图5b）。

图5 莎车坳陷吐依洛克组石盐岩类型Fig.6 Salt rock type of Tuilok formation in Shache depression

（2）阿尔塔什组

阿尔塔什组以石膏沉积为主，主要发育在莎车地区的南天山山前带、西昆仑山山前带以及东部的麦盖提斜坡带。南天山山前带中，阿尔塔什组石膏最大累计厚度出现在乌西1井，其次为阿克4井，从西向东膏岩沉积厚度显著减小；西昆仑山山前带中，阿尔塔什组石膏累计沉积厚度乌泊1井最大，英深1井次之，并向柯深101井不断变薄。整体上从北西向南东、自西向东膏岩厚度逐渐变小，石膏也逐渐向膏泥岩、泥灰岩过渡。

2.2.3 膏（盐）岩分布特征

自晚白垩世以来莎车坳陷经历多次海进-海退旋回，逐渐由海相沉积转化为陆相沉积，晚白垩世吐依洛克期-古近纪阿尔塔什期发育了一套潮坪泻湖相的蒸发岩沉积，岩性以石膏岩、泥质膏岩和石盐岩为主。而阿尔塔什组主要为厚层石膏岩、泥质膏岩沉积，局部发育薄层石盐岩。该时期石膏岩在凹陷内分布较不均匀，出现三个明显的沉积中心，即乌泊1井（WB1）、柯深1井（KS1）和塔参2井（TC2），其中石膏沉积厚度最大处位于喀什凹陷乌恰县内WB1井、WX1井及其周边地区，而位于偏南部的柯深101井（KS101）所在的叶城凹陷和东部TC2井所在的麦盖提斜坡且末县附近石膏厚度相对较低。石膏总体展布特征表明，阿尔塔什组石膏在西昆仑山山前更为发育，向北（南天山山前带）、向东（麦盖提斜坡带）石膏沉积无论从厚度和规模上都逐渐变小。这些证据揭露，阿尔塔什组石膏沉积时，莎车构造格局具有东北浅西南深的特征，西南部西昆仑山山前带更有利于盐类物质聚集。

2.3 古环境

自白垩纪早期开始，在拉张构造背景下，莎车坳陷已演化为一个伸展性的断陷盆地。伴随着晚白垩世盆地继续沉降，新特提斯洋海水随之从西向东侵入本区，早期海进范围波及到喀什地区，并延续到古近纪早期，形成塔里木盆地唯一的海相沉积区，白垩系碳酸盐岩和蒸发岩层、灰岩中含有海相生物化石，说明沉积环境已由早期陆相逐渐转为浅海相。可以说，莎车坳陷晚白垩-古近纪沉积特征与其西部毗邻的卡拉库姆盆地基本一致。

古近纪莎车坳陷为海湾沉积环境，属于塔吉克-费尔干纳海盆东缘的一部分[14,15]。由于印度板块与欧亚板块的斜向碰撞，使青藏高原及塔里木盆地周缘褶皱山系快速抬升，受此影响莎车坳陷演化为弱伸展构造环境下的坳陷性海相沉积盆地。

2.4 古气候

白垩纪是自中生代以来最温暖的时代[16]，全球平均气温比现在高出10℃，属于典型的温室气候[17]。而古近纪被认为是新生代最重要的气候转折期之一。白垩纪中期至古近纪早期是显生宙典型的“温室气候”时期，古新世至始新世期间的极热事件（PETM）[18]，是地质历史上著名的极端气候事件之一，而海相盆地在干旱极热气候出现时其沉积物多呈现为大量巨厚石膏岩、石盐岩等。莎车坳陷晚白垩世-古近纪时期的吐依洛克组、阿尔塔什组发育多套巨厚膏盐岩，也是对该地区晚白垩-古近纪时期干旱炎热气候的最好响应。

另外，中、新生代以来的特提斯-喜马拉雅构造域演化也对塔里木盆地的气候变化产生了较深远的影响，期间出现了长时间大面积的干旱气候。因此，莎车坳陷在特定的区域发育有巨厚的蒸发岩沉积。

2.5 岩相古地理

晚白垩世-古近纪是全球性海进时期，莎车坳陷自库克拜早期以来，曾经历过5次大的海进、海退过程[19,20]（图6）。本区的海进除与全球性海进事件相吻合外[21]，还明显地受印度板块运动的影响，尤其古近纪的海进更为明显。

图6 莎车坳陷相对海平面变化及海岸线位置Fig.8 Relative sea level change and the position of coastline in Shache depression

库克拜期海进：是本区中生代晚期以来第一次大海进，形成昆仑山山前带及南天山山前带的广阔陆架浅海沉积，水深一般30～50m[22]，海岸线附近因强烈蒸发而形成萨布哈沉积（盐沼沉积）。库克拜晚期，除局部地区外塔里木地区普遍开始海退，到乌依塔克期海水基本退出南天山山前带及昆仑山山前带的浅海陆架区，使之成为宽广的海边平原。

依格孜牙期海进：这是本区的第二次大海进，海进范围与库克拜期相当，但在昆仑山山前带略有扩展，东至克里阳一带。依格孜牙期海进在塔里木海湾南侧的阿尔塔什以西陆架带形成宽广的碳酸盐台地，而塔里木海湾北侧陆架带则以陆源细碎屑沉积为主，碳酸盐岩发育甚差。依格孜牙晚期开始海退，在乌依塔克一带沉积了一套以淡棕红色、具鸟眼及干裂构造的潮间-潮上（团粒）灰泥相及礁后泥坪相为代表的碳酸盐岩地层，而在乌依塔克以东的昆仑山山前带地区，可能由于海水的迅速退却与剥蚀，没有这一时期的沉积地层。

阿尔塔什期-齐姆根期海进：是本区晚白垩世至古近纪时期第三次大海进，其范围要比晚白垩世的两次海进大得多。由于阿尔塔什期（古新世早期）塔里木海湾的大部分陆架带长期保持为极浅水陆架蒸发岩相-潮上萨布哈相沉积，形成了一套以膏岩为主的岩相类型。局部地区在阿尔塔什中、晚期发生海退，所以可把这一期海进分为阿尔塔什期海进及齐姆根期海进两个亚旋回。

卡拉塔尔期-乌拉根期（始新世中期）海进：始新世中期开始本区的第四次大海进，南天山山前带-麻扎塔格地区的海进范围与齐姆根期海进的范围相同，但卡拉塔尔期的陆架区发育成为碳酸盐台地。晚始新世早期（巴什布拉克组第一段堆积时期），海水基本退出原来的陆架浅海地区，使之成为广阔的海边平原，发育洪积-冲积的砂、泥岩沉积，并因干燥、炎热气候条件下的强烈蒸发作用而形成膏质砂岩、膏泥岩及石膏层。

巴什布拉克-乌恰群期，同由路克以西为海退期，主要沉积砂泥岩互层的潮坪沉积，石英砾岩为主的河流沉积，三角洲沉积，潮坪沉积及乌恰群扇三角洲-冲积扇沉积，为陆向海的进积，是海退的过程。

3 成钾条件分析

莎车坳陷工作程度低，资料显示含盐系地层厚度大，达1000m以上。通过工作发现多处盐矿点和盐泉，且均分布在喀什凹陷内，盐层厚达100m，最厚200m。目前已发现阿尔塔什组沉积了340m厚的石膏层夹岩盐层（乌西1井-阿克2井阿尔塔什组底部中厚层状盐岩3～5m），在乌恰群中沉积了薄层石盐层（2m）。综合分析研究表明本区成盐成钾有利。

（1）具有充足的盐类物源：莎车坳陷经历5次大规模的海进海退，每次海进均为莎车坳陷带来充足的盐类物源。本区钾盐的物质来源具有多源性和复杂性，主要有海退残留的古海水和风化壳含钾矿物、含钾岩石风化、淋滤、溶解的流体。

（2）钾盐矿床的形成与古地理环境关系密切：钾盐沉积通常发育于蒸发岩盆地演化的晚期阶段。结合区域构造背景和沉积相剖面特征研究，莎车坳陷在晚白垩世到古近纪时期，总体上发育与外海有密切联系的海湾-泻湖相沉积，晚白垩世克里阳期以盆地下降、海水侵入为主；依格孜牙-吐依洛克期以漫长的干燥炎热气候条件为主，退缩的海水不断浓缩，阿尔塔什期以发育巨厚石膏岩相沉积为主，开始向淡化泻湖相沉积转变。这些超大型古钾盐盆地往往与广海贯通，然后形成次级盐凹陷，岩相古地理环境基本都与海水补给的海相环境的成矿条件不谋而合，说明莎车坳陷具有有利于钾盐成矿的较适宜的古地理环境和持续干旱的古气候条件。

（3）从岩相古地理特征看，该坳陷在晚白垩世-古近纪总的为一半封闭的海湾泻湖景观。海水由中亚通过阿莱海峡进入，且时有进退，于古近纪达到最高潮，浅海相碳酸盐沉积物遍及全区，到古近纪末期海水全部退出。莎车坳陷与西部邻国的费尔干纳盆地、塔吉克盆地呈串珠状分布。在K2-E时，气候持续干燥，全期均有不等数量的膏盐沉积，加上盆地面积大（约11万km2），盆地内部构造分异明显，具备了成盐成钾的基本条件。根据岩性岩相及所处相对位置，以晚白垩世末期成钾最为有利。而古近纪海水进退频繁，蒸发作用不强。莎车坳陷出露盐体大都在喀什凹陷。

根据沉积构造特征，含盐地层、岩相古地理特征及古环境、古气候情况，分析认为成钾和找矿条件以喀什凹陷为最好，其中以疏附县塔什米里克-阿克陶一带盐矿点更集中。因此，从地层和岩相古地理特征分析，莎车坳陷在地史发展过程中经历的海进作用时间长，且海进具多期性，曾带来过丰富的盐类物质成分，且晚白垩纪-新近纪以来也有过相对稳定、利于成钾的海湾泻湖或蒸发潮坪环境，可与邻区塔吉克、费尔干纳等原本均属古特提斯海水影响过的串珠状成钾盆地对比。

综上所述，莎车坳陷岩盐沉积更趋向于海相沉积，具备钾盐沉积的物源；各类指标对比分析岩盐沉积阶段较晚，推测局部地带达到了卤水演化分异析出钾盐矿物的蒸发浓缩条件；岩性-岩相标志显示较好；总体上成矿条件优越。

4 结论

莎车坳陷盐系地层主要为上白垩统吐依洛克组和古新统阿尔塔什组，前者以沉积石盐岩、膏盐岩为主，后者主要沉积石膏岩、膏泥岩，夹薄层石盐岩；莎车坳陷晚白垩纪-古近纪沉积相类型以蒸发岩相为主，沉积环境主要为海湾泻湖环境，且当时古气候以炎热干旱为主，因此沉积了大套膏盐岩，膏盐岩分布主要集中在莎车坳陷喀什凹陷内，尤以乌泊1井沉积厚度附近为最；莎车坳陷晚白垩-古近纪经历过5次大的海进、海退过程，每次海进均为莎车坳陷的钾盐沉积提供了充足的物源，海退过程中古气候与古环境均有利于盐湖的蒸发，能够达到卤水演化分异析出钾盐矿物的蒸发浓缩条件；综合分析盐系地层、沉积构造、岩相特征、膏岩分布、古环境、古气候等因素，认为莎车坳陷成钾条件优越，钾盐找矿潜力巨大。