鹽構造[科學名詞]

釋義

鹽構造（salt structure），地下深埋的鹽類沉積受上覆巨厚蓋層的負荷引起密度倒置而使鹽類流動並上浮，在有些地段迫使鹽層向上擠入上覆沉積物中，從而使岩層及圍岩發生構造變形，如鹽丘（鹽底辟）及岩層揉流褶皺等就是鹽構造。這類鹽運動及其所形成的鹽構造起因於重力失穩，一般認為與區域構造運動無必然的聯繫。此外，硬石膏層的水化作用使其塑性增高、體積膨脹，除產生層內變形外， 也可在一定地區內引起崩滑構造、複雜褶皺和小型充斷層。

鹽構造發育地質背景

目前已在全球許多不同性質的盆地中均發現了蒸發岩類沉積，其中約有120個盆地的構造變形和演化明顯受了鹽構造運動的影響。從南、北半球分布狀況來看，含鹽盆地主要分布在北半球，其中又以歐亞板塊最多，北美次之，南半球僅有為數不多的鹽盆。從盆地性質來看，鹽構造主要發育在克拉通盆地、同裂谷期盆地、裂谷期後的被動大陸邊緣盆地、大陸碰撞帶及前陸盆地等4類盆地中，而活動大陸邊緣盆地中較少。

一般來說，岩鹽的形成必須滿足一些基本條件，如封閉和穩定沉降的構造條件，乾旱和半乾旱的氣候條件，以及足夠的鹽類物質來源等。全盆性的岩鹽沉積模式主要包括深水深盆、淺水深盆和淺水淺盆等3類。統計資料表明，不同地區的岩鹽沉積過程和時代差別較大，較早的鹽類沉積可發生在中、新元古代，較晚的岩鹽沉積時代可以是新近紀和第四紀。大型含油氣區的岩鹽沉積主要發生在新元古代、侏羅紀、二疊紀和白堊紀，大多數鹽盆均發育多套(韻律)含鹽層系，如波斯灣地區從寒武繫到新近系共有6套地層含有岩鹽沉積，墨西哥灣地區有4套地層含有鹽類沉積，我國的塔里木盆地也發育中寒武統、下石炭統、古-始新統和中新統等4套含鹽層系。

岩鹽流變學特徵

與砂岩、礫岩和泥岩等相比，岩鹽具有密度較小、抗壓強度較弱、彈性模量較小等一些特殊的力學性質。岩鹽具有的另一個特點是不可壓縮性。隨著埋深的增加，岩鹽密度一般不發生變化，導致岩鹽的密度一般都小於上覆的碳酸鹽岩和碎屑岩，從而有利於形成密度反轉，產生浮力作用，促進岩鹽發生塑性流動。

早期對乾鹽進行的位錯蠕動實驗證實，只有當溫度大於205℃，即相當於埋深7000m以上時，乾鹽才開始流動。但現在有越來越多的資料證實岩鹽的流動不需要這么深的深度，有時在幾百米深處就可流動，如中東地區許多出露地表的鹽體在常溫下還在流動。自然界的岩鹽一般都含有晶間滷水，濕鹽一般都表現出牛頓流體性質(應力指數等於1)，並遵循擴散蠕變準則。

在一般地質條件作用下，岩鹽都表現出塑性變形特徵。但目前也有露頭和模擬研究表明，當應變速率增加到一定程度時，岩鹽也會發生脆性變形。根據塑性穩態蠕動定律，當乾鹽在溫度為50℃，差應力為25MPa的背景下，導致脆性變形發生的應變速率必須達到5×10 s 。一般來說，在鹽構造發育地質背景下的應變速率很少有超過10-12s-1的，但當孔隙流體處於超壓狀態時，岩鹽在較低的差應力下也可發生斷層作用。

鹽構造變形樣式

在不同地質條件作用下，岩鹽發生塑性流動，並影響周圍地層的構造變形特徵，最終可形成形態各異的多種鹽構造變形樣式，這也反映了岩鹽在鹽構造生長過程中與上覆層發生了複雜的相互作用過程。按鹽構造形態及其與圍岩的接觸關係，可將鹽構造樣式分為整合型、過渡型、刺穿型和噴出型等4類，主要包括鹽底辟(Saltdiapir)、鹽枕(Saltpillow)、鹽牆(Saltwall)、鹽株(Saltstock)、鹽舌(Salttongue)、鹽席(Saltsheet)、鹽筏(Saltraft)、鹽床(Saltsill)、鹽蘑菇(Saltmushroom)、鹽推覆(Saltnappe)、鹽滾(Saltroller)、鹽篷(Saltcanopy)、鹽蓋(Saltlacco-lith)、鹽焊接(Saltweld)、鹽懸掛體(Saltoverhang)、龜背(Saltturtle)、假龜背(Mockturtle)、鹽莖(Saltstem)、鹽縫合(Saltsuture)、鹽冰川(Saltglacier)、鹽邊凹陷(Salt-withdrawalminibasin)等。鹽底辟的幾何形態可根據源鹽供應速率、溶解速率、沉積速率、剝蝕速率、伸展速率和擠壓速率等6個參數來確定。根據岩鹽發生塑性流動的時間先後及其周緣地層厚度變化特徵，可將鹽焊接構造進一步分為初次鹽焊接、二次鹽焊接和三次鹽焊接，鹽邊凹陷也可分為初次鹽邊凹陷、二次鹽邊凹陷和三次鹽邊凹陷。

鹽構造形成機制

觸發岩鹽發生塑性流動和鹽構造形成的驅動力較多，如浮力、差異負載、重力、熱對流、擠壓和伸展作用等，而阻礙岩鹽流動的主要因素則是上覆地層的強度和鹽體邊緣的拖曳力，只有當驅動力超過阻礙力時，鹽體才可以發生流動。鹽體的流動性主要與岩鹽的純度、乾濕度和地溫梯度等因素有關，一般來說，濕鹽比干鹽容易流動。

早期一般認為由鹽體與上覆層密度差異引起的浮力作用是鹽構造形成的主要動力，但目前研究發現，除了在某些特定的地質背景下，浮力作用還可成為鹽構造形成的主要驅動力外，大多數環境下的鹽構造形成和演化主要是受差異負載和伸展作用控制。其中，差異負載作用可分為重力負載、位移負載和熱負載等3類，哪類差異負載起決定作用主要取決於鹽體的埋深、幾何形態、熱條件及其所處的地質背景。目前認為，純走滑作用對鹽構造的形成並不能產生重要影響，但如果扭動作用能形成伸展或擠壓應力分量時，鹽體也會發生明顯的塑性流動，從而在走滑斷裂的彎曲處形成鹽構造。另外，在鹽構造形成演化的不同階段，主控因素也可能存在差異。Waltham(1997)建立了一個有關鹽層和上覆層的彈塑性模型，可用於定量對比分析浮力、沉積差異負載和擠壓應力等因素對鹽構造形成演化的影響程度。

研究表明，上覆地層的幾何形態和厚度對外來鹽席的生長有重要影響，鹽席可以噴出、逆沖、沿鹽翼擠入等不同方式發育。對鹽邊凹陷的早期發育機制也提出了新的認識，而且也已認識到鹽體的存在可能會導致應力場的不均一性。鹽構造變形與周圍斷裂系統的發育具有密切關係，尤其是鹽下基底斷裂對鹽構造的發育具有重要控制作用。基底斷裂的活動可以在上覆層中產生弱勢區，或是形成差異負載作用，從而有利於鹽體侵入作用的發生，反過來鹽構造運動也可以影響基底斷裂的運動方式。