0 引言

自层序地层学诞生以来，不同学者针对不同研究对象提出了多种层序地层模式^[1-4]，但是陆相层序地层学仍然是有待深入的领域^[5]，而咸化湖盆的层序地层模式更是缺少统一认识^[6]。方志雄等^[6]指出国外的咸化湖盆模式基本都是海相成因，而我国的盐湖主要是陆相湖盆，沉积背景存在较大差异，借鉴性不强。另外，黄春菊等^[7]以潜江凹陷潜江组为实例对盐湖层序地层特征进行了分析；赵追等^[8]和张本书等^[9]对盐湖层序地层学的研究内容、方法及存在问题进行了系统介绍。大多学者都是针对三级层序进行了分析研究，在一些基础性问题上还存在争议，而对高频旋回控制下的陆相咸化湖盆四级层序划分及古地貌研究的报到相对较少。

湖泊咸化是在封闭或半封闭条件下发生的，当湖泊的蒸发量大于补给量（降水量+径流量+潜流量）时，湖泊开始咸化并形成蒸发盐沉积物，主要由硫化物、氯化物、硝酸盐和硼酸盐组成^[10-12]。控制湖泊咸化的因素很多，但是归纳起来主要有构造环境、气候条件和物质来源，它们综合控制了湖泊演化方向及最终产物^[13]。

受新生代古构造、古气候等条件影响，柴达木盆地形成了典型的高原咸化湖盆^[14]。在下干柴沟组上段沉积期间，沉积中心位于英西地区，发育多套含盐层系^{[13, 15-16]}。前辈学者从古构造和沉积盆地充填^[17-21]、沉积相^[22-29]、蒸发岩成因模式^[30-33]和层序地层学^[34-36]的角度对柴西地区下干柴沟组进行了大量卓有成效的研究，取得了丰硕成果，但是对气候和构造控制下高频沉积旋回及古地貌演化特征仍缺乏精细研究，有待进一步深入分析。对英西地区下干柴组上段地层进行系统研究，既可以为陆相咸化湖盆高频沉积旋回划分及古地貌恢复研究提供典型实例和物质基础，也可以进一步丰富陆相湖盆深水浓缩成盐理论。

1 区域地质背景

英西地区位于柴达木盆地英雄岭构造带西北段，北临犬牙山，南至油砂山，西到红柳泉，东接干柴沟，为一南陡北缓的大型弧形背斜，东西长24 km，南北宽7~8 km。受昆仑山挤压及阿尔金走滑共同影响，研究区形成反转构造，发育一系列NW—SE向逆断层^{[33, 37]}，具有浅、中、深三个构造层，整体形成两坳夹一隆的构造格局（图 1）。

英西地区在新生代经历了古新世—始新世裂陷、渐新世—中新世弱挤压、上新世—第四纪强烈挤压3大构造演化阶段^[38-39]，在不同构造背景下，形成了不同性质的沉积体系，从下到上依次发育路乐河组、下干柴沟组、上干柴沟组、下油砂山组、上油砂山组、狮子沟组和七个泉组地层^[40]。

本研究的目的层为下干柴沟组上段（E₃²），形成于古新世—始新世裂陷阶段。在印度板块不断北移和陆内俯冲影响下，青藏高原整体处于近南北向挤压背景，但是在周围不同性质断裂的综合影响下，柴西地区产生北东向的拉伸逃逸作用，在其控制下，研究区发育路乐河组至上干柴沟组地层。路乐河组以洪泛和河流—三角洲相粗碎屑岩系为主，从下干柴沟组下段沉积期开始，湖盆范围不断扩大，首次形成盆地范围统一的大湖，一直持续到上干柴沟组沉积期，沉积中心位于狮子沟—英雄岭—茫崖一带，发育多套厚层暗色细粒沉积岩，并从下干柴沟组上段上部地层沉积期开始，在狮子沟地区形成多套盐岩层，多与暗色细粒沉积岩相伴生或互层。

2 沉积体系特征

英西地区下干柴沟组上段岩石矿物成分复杂，主要由碳酸盐矿物（20%~60%）、陆源碎屑（20%~55%）、蒸发盐矿物（3%~15%）、黄铁矿（3%~7%）组成。碳酸盐矿物主要包括（铁）白云石和方解石；陆源碎屑主要包括石英、长石和黏土矿物；蒸发盐矿物包括硬石膏、钙芒硝和石盐。这些矿物混杂堆积在一起，形成典型的咸化湖盆混积岩，具有粒度细、成分杂等特征。下干柴沟组上段沉积期间，研究区主要属于半深湖沉积环境，岩石类型差异主要是干湿气候周期交替导致水体性质发生变化而形成的。根据对英西地区下干柴沟组上段岩芯的观察、描述和分析，以及咸化湖盆演化的阶段特征，笔者将研究区目的层段分为碎屑岩、碳酸盐岩和蒸发岩三大岩石类型，分别是淡水湖阶段、微咸水湖阶段和咸水湖阶段的产物（表 1）。

（1）湖水淡化阶段，气候相对比较湿润，大量淡水注入湖中，带来许多陆源碎屑，同时湖水相对淡化，化学沉积物相对较少，蒸发盐矿物含量降至最低，发育一定量的方解石和白云石。由于位于湖盆沉积中心，水动力较弱，所以多为暗色细粒沉积物，即暗色粉砂岩和泥岩，可见少量粉砂质细砂岩（图 2A~C）。岩石以灰色—深灰色细粒沉积岩为主，泥岩较发育段可见水平层理。从下往上总体粒度逐渐变细，组成正韵律层，单个韵律层的厚度不等，反映了水动力条件由强变弱且陆源碎屑供给逐渐降低的特点。岩石总体呈暗色，为较深水低能还原环境产物。

（2）湖水初始咸化阶段，随着气候逐渐变得干旱，蒸发量开始大于淡水补给量，湖水开始缓慢咸化，碳酸盐矿物含量逐渐增加，发育较多的碳酸盐岩，包括泥晶云灰岩和泥晶灰云岩（图 2D~F），含一定量粉砂级和泥级陆源碎屑，可见少量蒸发盐矿物。岩石基本全为暗色细粒沉积岩，层理不太发育，为深水低能还原环境产物。

前人从沉积学、地球化学等角度对研究区目的层段的碳酸盐岩成因进行了研究，认为白云石主要为准同生交代成因^{[14, 27, 41-42]}，是随着水体咸化，Mg²⁺浓度增加，逐渐进入方解石晶格，置换Ca²⁺形成的。

（3）湖水过渡阶段和咸化阶段，随着气候干旱程度增加，蒸发量开始远大于淡水补给量，湖水咸化程度迅速升高，蒸发盐矿物含量增加，发育膏质混积岩和蒸发岩，包括膏质灰云岩、硬石膏岩、钙芒硝岩、盐岩等，含一定量碳酸盐矿物和细粒陆源碎屑（图 3）。岩石基本为暗色，层理不太发育，可见厚达数米的盐岩层，为密度较大的卤水在重力作用下向盆地中心聚集形成的水下低能还原环境产物。

目前，陆相盐湖成因模式主要有沙漠成盐和高山深盆成盐说两种模式^[43]，即频繁蒸干的浅水成盐模式和重卤水浓缩下沉分层的深水成盐模式。在浅水成盐模式中，由于沉积水体较浅，易形成强氧化强蒸发的沉积环境，形成的典型沉积物组合特征是蒸发岩夹红色碎屑岩层，常发育雨痕、泥裂等暴露标志。而在深水成盐模式中，由于水体较深且存在高矿化度卤水，在重力作用下分层，易形成强还原强蒸发的沉积环境，发育的典型沉积物组合特征是蒸发岩夹暗色碎屑岩层，不发育雨痕、泥裂等暴露标志。

英西下干柴沟组上段地层中发育的蒸发岩层都与暗色细粒碎屑岩或碳酸盐岩互层，未见氧化环境沉积的红色沉积物，更未见雨痕和泥裂等暴露标志，并且常与暗色纹层状细粒沉积岩相伴生，都表明研究区目的层段中出现的蒸发岩为深水成因。另外，地层中普遍发育星散状分布的莓状黄铁矿，也指示该套地层为还原环境产物。因此，研究区目的层段蒸发岩发育时期的水体只是相对于前两个阶段浓缩变浅，重卤水向低洼处聚集，沉积形成的蒸发岩，并未暴露地表（图 4）。此处所说的水深变化或深/浅水只是相对而言，而不是绝对的水体深度。

另外，黄成刚等^[14]对英西下干柴沟组上段碳酸盐岩的地化特征做了系统分析。Sr/Ba平均值为2.01，远大于界限值1，指示咸水湖沉积环境。U/Th比值为0.38~0.98，平均0.62，小于界限值1，指示缺氧还原环境。Sr/Cu比值为5.83~408.92，平均值为109.04，远大于界限值5，指示干旱气候。因此，各项地化指标也指示研究区目的层段总体为干旱气候控制下的咸化湖盆缺氧—还原环境沉积产物，这与岩石学特征所反映出来的沉积环境相一致。

3 四级层序及其控制下的古地貌特征 3.1 四级层序综合演化特征

以沉积相及其有序叠加样式为基础，综合运用沉积学和层序地层学理论及方法，笔者对英西下干柴沟组上段地层进行了高频层序划分，共识别出7个四级层序（Psq1~Psq7）。四级层序界面为每个四级层序顶部代表最浅水和最深水环境形成的地层的交界面，包括膏质灰云岩段向碎屑岩段转换的界面和盐岩层向碎屑岩段转换的界面两种类型，都是水体突然加深形成的岩性转换面（图 5）。每个完整的四级层序均由4部分组成，从下往上依次为碎屑岩段、碳酸盐岩段、混积型蒸发岩段和区域性盐岩层，形成一个完整的向上变浅序列，但是常发育不完整（图 5）。碎屑岩段形成于湖水的淡化阶段，湖水性质为淡水湖，水体相对较深。碳酸盐岩段形成于湖水的初始咸化阶段，湖水性质为微咸水湖，代表湖水开始咸化浓缩，水体逐渐变浅。蒸发岩段形成于湖水的咸化阶段，湖水性质为咸水湖甚至是盐湖，代表湖水的强烈浓缩阶段，水体最浅。

英西地区下干柴沟组上段岩性组合和岩相序列基本相似，空间差异主要表现为厚度变化和某些地层的缺失。S49-1井钻遇地层较全，地层序列整体比较清楚。所以本文以S49-1井为例对英西地区下干柴沟组上段的单井四级层序特征进行介绍（图 5）。

S49-1井的Psq1和Psq2顶部不发育厚层状盐岩，以过渡阶段形成的膏质灰云岩与淡化阶段形成的含灰粉砂质泥岩的交界面为层序界面。这2个四级层序均由碎屑岩段、碳酸盐岩段和混积型蒸发岩段三部分组成，不发育区域性盐岩层。这反映出在Psq1和Psq2沉积期间，气候相对湿润，且处于湖盆演化早期阶段，矿物质含量较低，未达到形成区域性盐岩层的气候和水文条件。

Psq3至Psq7顶部均发育厚层状盐岩，并以咸化阶段形成的大套厚层盐岩与淡化阶段形成的含灰粉砂质泥岩的交界面为层序界面。这5个四级层序均由碎屑岩段、碳酸盐岩段、混积型蒸发岩段和区域性盐岩层4部分组成，只是Psq7顶部的区域性盐岩层的范围和厚度明显减小。这反映出Psq3至Psq7沉积期间，气候相对干旱，且随着湖盆的演化，矿物质含量逐渐增加，达到了发育盐岩层的气候和水文条件。

3.2 四级层序约束下的古地貌特征

为了摸清英西地区下干柴沟组上段地层分布情况，本文以四级层序界面为约束，选择典型井建立了东西向连井剖面，清晰地展示了碎屑岩、碳酸盐岩、含膏/膏质灰云岩和盐岩在每个四级层序内部的分布情况（图 6）。另外，根据深水成盐模式，密度较大的卤水在重力作用下向低洼处汇聚并优先形成盐岩层，因此古地貌特征对盐岩层厚度及分布范围具有基本的控制作用，即盐岩层厚度越大古地貌相对越低。因此，通过对近40口井的详细划分和对比，以四级层序界面为相对等时界面，根据各四级层序内部发育的盐岩层的相对厚度及展布特征，对研究区目的层段的古地貌特征及演化规律进行了恢复和探讨。

Psq1形成于湖盆演化早期阶段，主要发育陆源碎屑岩、碳酸盐岩和混积型蒸发岩，厚层状盐岩不发育。研究区内，以S35井区为界线，向西水体迅速变浅，进入滨浅湖，从西向东水深迅速增加，进入半深湖，但该时期湖水深度整体相对较浅，发育较多的粉砂级和细砂级陆源碎屑，并有少量石膏等蒸发盐矿物沉淀出来（图 7）。

Psq2形成期间，为一次较大规模湖侵，大量淡水注入，使湖水迅速淡化，主要发育陆源碎屑岩和碳酸盐岩，在顶部发育一套混积型蒸发岩，不发育厚层状盐岩。与Psq1相比较，Psq2形成时期的沉积格局具有较大的继承性，水体深度还是从西向东快速增加，整体进入半深湖沉积环境，但是半深湖范围向西有所扩大，达到SH15井（图 7）。

Psq3形成期间，湖水咸化程度有所增加，陆源碎屑岩、碳酸盐岩、混积型蒸发岩和层状盐岩都有发育。由于盐水比重较大，而封闭湖泊下部水体宁静，在重力作用下，湖水出现盐度分层，盐度高的水体逐渐向湖底下沉，形成盐度分层，在Psq3顶部形成第一套大面积分布的盐岩层。以四级层序界面为约束的相对等时地质体中，层状盐岩的厚度可以近似表征沉积期古地貌起伏状况。因此，可以根据盐层在平面上的厚度差异对研究区半深湖沉积环境的古地貌进行精细刻画。Psq3顶部的盐层为第一套全区分布的盐层，最厚可达50 m左右。将盐层厚度分为 > 50 m、10~50 m、< 10 m三个区间进行古地貌恢复，分别对应于深洼、浅洼和低隆。Psq3沉积期，深洼区主要分布在S55井区和S52井区。浅洼区主要包括下列区域：围绕S55井区，向北达到S49井区；围绕S52井区，向北达到S211井区和S25-3井区；S38井区；S201井；S46井区。其余地区为低隆区，西临S39井，北达S38-3井和S206井（图 8）。

Psq4形成期间，湖水进入快速咸化阶段，主要发育陆源碎屑岩、碳酸盐岩、混积型蒸发岩和层状盐岩。与Psq3相比较，Psq4形成时期的湖水咸化程度进一步增高，在Psq4顶部形成的盐层范围扩大、厚度明显增加，最厚可达130 m左右。将盐层厚度分为 > 100 m、50~100 m（主要为70~90 m）、< 50 m（主要为20~30 m）三个区间进行古地貌恢复，分别对应于深洼、浅洼和低隆。相对于Psq3沉积期，Psq4沉积期的古地貌具有较大的继承性，只是盐层厚度增加很多，深洼区位置变化不大，仍然主要分布在S55井区和S52井区。浅洼区主要包括下列区域：围绕S55井区，向北达到S49井区；围绕S52井区，向北达到S211井区和S25-3井区；S38井区；S46井区；新增加S48侧井井区。其余地区为低隆区，西临S35井，北达S51井和S45井（图 8）。

Psq5形成期间，湖水咸化程度达到最高，主要发育陆源碎屑岩、碳酸盐岩、混积型蒸发岩和层状盐岩。与Psq4相比较，Psq5形成时期咸水湖范围达到最大，S35井Psq5顶部也发育一套盐岩层。与Psq4相比较，Psq5形成时期的湖盆的咸化程度进一步增高，在Psq5顶部形成的盐层范围和厚度都达到最大，最厚达到140 m以上（图 8）。将盐层厚度分为 > 120 m、60~120 m（主要为70~100 m）、< 50 m（主要为30~50 m）三个区间进行古地貌恢复，分别对应于深洼、浅洼和低隆。Psq5沉积期的古地貌仍然在很大程度上继承了Psq4沉积期，只是盐层厚度有所增加，深洼区位置变化不大，仍然主要分布在S55井区和S52井区，S41-4井—S207井区也出现深洼巨厚盐岩层。浅洼区围绕深洼连片分布：边界达到S49井、S3-1井、S38-2井、S43井、S46井、Y6井。低隆区达到S35井、S51井和S45井（图 8）。

Psq6沉积期间，主要发育陆源碎屑岩、碳酸盐岩、混积型蒸发岩和层状盐岩，盐层厚度逐渐变薄。与Psq5沉积期相比较，Psq6形成时期咸水湖范围基本未减小，但是高盐度区域大幅度减小，盐层具有延伸范围广、单层厚度小的特征，最大厚度为70 m左右（图 8）。将盐层厚度分为 > 50 m、10~50 m（主要为10~35 m）、< 10 m三个区间进行古地貌恢复，分别对应于深洼、次深洼和浅洼。与Psq5沉积期相比较，Psq6沉积期的盐层发育位置变化不大，深洼、浅洼和低隆位置基本不变，但是盐层厚度差异变小，表明经过前几个阶段的填洼补平，整体高差变化减小，相比于之前，研究区相对更加平坦。另外，在S35井—S39井和S47井—S47-1井—S41井—S25-3井一线的地貌相对较高部位，盐岩层明显减薄（图 8）。

Psq7形成期间，主要发育陆源碎屑岩、碳酸盐岩、混积型蒸发岩和层状盐岩，盐层厚度进一步变薄。与Psq6相比较，Psq7形成时期咸水湖范围大幅度收缩，盐岩层延伸范围减小、单层厚度继续变小，盐层厚度超过50 m的井明显变少，除Y6外，只有S52井和S46井盐层厚度达到了50 m以上。将盐层厚度分为 > 50 m、10~50 m（主要为10~25 m）、< 10 m三个区间进行古地貌恢复，分别对应于深洼、浅洼和低隆。与Psq6沉积期相比较，Psq7沉积期的盐层发育位置变化较大，只有S52井区—Y6井区和S46井区位于深洼区。浅洼区围绕深洼连片分布，边界退回到S49井、S22井、S38-2井、S43井。低隆仅在S41井区和S25井区发育。Y6开始发育巨厚层盐岩，表明古地貌整体特征发生变化，沉积中心开始向东迁移（图 9）。

总之，Psq1~Psq2沉积期间，湖盆处于演化初期，水体咸化程度较低，不发育成层盐岩，总体为湖侵期，至Psq2半深湖沉积环境达到最大。从Psq3开始发育厚层盐岩，湖水开始咸化，顶部发育第一套区域性分布的盐层，至Psq5咸化程度达到最高，盐层厚度最大，咸水湖范围也达到鼎盛期。从Psq6开始，隆洼相间的沉积格局开始发生变化，经过前几个阶段的填洼补平，虽然洼陷的地理位置变化不大，但是隆洼高差幅度减小，整体开始变平。至Psq7，咸化湖盆开始出现明显收缩，西边也逐渐退出了盐湖环境，并且西边的S55井区等也退出了深洼沉积环境。Y6井区进入新的深洼沉积环境，表明至此，不仅古地貌已经逐渐平坦，且深洼区也逐渐向东迁移。

4 结论

（1）英西地区下干柴沟组上段是典型的陆相咸化湖盆混积岩，主要由陆源碎屑、碳酸盐矿物和蒸发盐矿物组成，以主要矿物组成为依据可以分为碎屑岩、碳酸盐岩和蒸发岩三大类，分别是淡水湖阶段、微咸水湖阶段和咸水湖阶段的产物，反映了湖水性质逐渐咸化的过程。其中，蒸发岩属于典型的深水浓缩成因，是重力作用下盐度分层而优先在英西地区洼陷处沉淀形成的。

（2）英西地区下干柴沟组上段自下而上可以划分出7个四级层序（Psq1~Psq7），每个四级层序从下往上发育碎屑岩段、碳酸盐岩段和蒸发岩段，组成典型的向上变浅序列。Psq1至Psq2沉积期间，气候相对湿润，且处于湖盆演化早期，不发育区域性盐岩层，主要由碎屑岩、碳酸盐岩和膏质灰云岩组成。Psq3至Psq7沉积期间，随着青藏高原的持续隆升，气候干旱程度逐渐增加，湖水咸化程度逐渐升高，蒸发岩更加发育，碎屑岩和碳酸盐岩相对变薄，并且盐层厚度明显增加。

（3）下干柴够组上段沉积期间，英西地区总体上处于半深湖沉积环境，在四级层序约束下的古地貌随时间和空间发生规律性演化。Psq1沉积期间，除S39和S35井区处于滨浅湖区外，英西地区基本都属于半深湖沉积环境。Psq2沉积期间，水体深度仍然是从西向东逐渐增加，但是半深湖区向西扩展至SH15井区。Psq3至Psq6沉积期间，古地貌具有较大的继承性，深洼区基本上都位于S55井区和S52井区，并且围绕两个深洼中心向周缘地势逐渐升高，而S35井— S39井和S47井— S47-1井— S41井—S25-3井一线地貌相对较高。经过前几个阶段的填洼补平，至Psq6沉积期间，湖底整体逐渐平坦，隆洼高差幅度减小。Psq7沉积期间，S55井区退出深洼区，而S52井区的深洼区向东扩展至Y6井区，发育大套厚层盐岩，表明沉积中心开始向东迁移。