当盐分消失之时：揭示巴西东北部伊塞盆地（Caatinga组）大陆碳酸盐岩层中的蒸发岩记录

《Journal of South American Earth Sciences》：When the Salt Vanished: Unveiling evaporite record in the continental carbonate succession of Caatinga Formation (Irece basin, Northeastern Brazil)

大陆碳酸盐系中消失蒸发岩的首次记录及成岩演化研究，揭示巴西Caatinga Formation早白垩世海侵前后的蒸发-沉积序列。通过52处产地的岩性、沉积构造及矿物特征分析，发现石膏/盐岩假象、堤状构造等蒸发岩标志，并建立从湖相泥质微晶→蒸发岩碎屑岩→钙质岩→钙积土的沉积序列。研究成果表明大陆碳酸盐可保存隐秘蒸发岩历史，为研究古蒸发体系与碳酸盐沉积相互作用提供新依据。

　　

埃米利亚诺·卡斯特罗·德·奥利维拉（Emiliano Castro de Oliveira）| 露西埃丝·克鲁兹·维埃拉（Lucieth Cruz Vieira）| 加布里埃拉·塔拉莫·丰塔内塔（Gabriella Talamo Fontaneta）| 弗朗西斯科·希拉里奥·贝泽拉（Francisco Hilário Bezerra）

巴西圣保罗联邦大学海洋研究所海洋科学系，桑托斯市，邮编11070-102

摘要

本研究首次在巴西东北部的卡廷加地层（Irecê盆地）中发现了消失的蒸发岩，揭示了大陆碳酸盐系统中新的古环境和成岩过程。地层学和岩石学分析揭示了以前未被识别的纹理，包括圆锥形结构（teepee structures）和崩塌/溶解角砾岩，以及石膏和岩盐的假象矿物。三个主要的露头区域（Verde河、Jacaré河、Salitre河）暴露出以下沉积序列：（1）底部含泥的微晶灰岩及沉积物渗透；（2）角砾化泥岩/杂砂岩；（3）角砾化杂砂岩/包屑岩；（4）未固结的土壤层；（5）覆盖整个序列的广泛分布的钙结层。之前被认为属于卡廷加地层的凝灰岩沉积物被重新解释为较年轻的淡水碳酸盐沉积物。这些发现为该地区早白垩世最后一次海洋入侵期间的蒸发岩沉积系统提供了关键证据。研究还表明，大陆碳酸盐岩可以记录隐秘的蒸发岩历史，为受蒸发岩影响的沉积序列的古环境演化提供了新的见解。

引言

蒸发岩矿物常见于干湖、干湖湖泊和盐沼环境中，它们通过化学和生物化学饱和过程沉淀形成（Brière, 2000; Warren, 2006）。然而，这些矿物在埋藏过程中保存下来是非常罕见的，主要是因为它们在成岩过程中极易溶解，尤其是在浅埋深度（Warren, 2016a）。在这种条件下，蒸发岩矿物容易通过多种机制发生降解：被不饱和的地下水溶解、蒸发率变化、地下水化学成分波动以及由细菌活动或热化学途径驱动的硫酸盐还原（Anadón et al., 1992; Kendall, 2001）。

尽管蒸发岩矿物极易受到成岩作用的影响，但特定的不饱和地下水成分可以使其不稳定，从而引发其替换（Warren, 2016a）。这些地球化学过程通常会导致蒸发岩的完全去除（Schreiber, 1974; Gandin et al., 2005; Warren, 2006, 2016b），随后以诊断性蒸发岩结构（如圆锥形结构Warren, 1983）或假象矿物的形式保存下来（Tucker, 2001）。后者是指一种晶体学过程，其中一个矿物被另一个矿物等体积替换，同时保留了原始的晶体形态。这些特征是曾经存在蒸发岩（现已溶解的蒸发岩或“曾经的盐”）的指示器（Warren, 2016a）。当替换反应产生新的碳酸钙时，这些沉积物的演化可以在不同条件下发生。例如，在大陆碳酸盐系统中，气候和水文地质因素驱动溶解-沉淀循环，生成次生碳酸盐，包括石灰华、凝灰岩和钙结岩（Tanner, 2009）。类似的过程也出现在巴西前盐岩沉积中，蒸发岩与大陆碳酸盐之间的相互作用形成了复杂的碳酸盐序列（Farias et al., 2019; Chagas et al., 2024; Fontaneta et al., 2024）。

位于巴西东北部的卡廷加地层最初被归类为钙结岩沉积（Suguio et al., 1980; Penha, 1994; Ribeiro et al., 2002），后来被重新解释为含有钙结岩的沼泽沉积（Wang et al., 2004）。这种岩石在巴西被广泛用作装饰石材，商业上称为“Bege Bahia”（Frascá et al. 2025）。本研究通过实地调查52个采石场和露头，重建了卡廷加地层的沉积历史，记录了表明蒸发岩、湖泊、沼泽和河流沉积系统的纹理和矿物组合。这些系统形成了富含碳酸盐的土壤，并在局部经历了钙结作用。鉴于在大陆盆地内大陆碳酸盐中石膏和岩盐之后钙质假象矿物的稀有性，这项工作加深了对这类序列沉积演化的理解。此外，它还为巴西东北部早白垩世的蒸发岩沉积提供了新的见解（Farias et al., 2019; Chagas et al., 2024; Fontaneta et al., 2024）。

地质背景

卡廷加地层位于巴西东北部的圣弗朗西斯科克拉通（S?o Francisco Craton）内的新元古代（10亿至5.38亿年前）陆表克拉通盆地——伊雷塞盆地（Irecê Basin）之上（图1A和B）（Misi & Veizer, 1998; Santana et al., 2021）。伊雷塞盆地的气层序列覆盖了查帕达迪亚曼蒂纳组（Chapada Diamantina Group）的硅质碎屑单元，向上过渡到以硅质碎屑为主的贝贝杜罗组（Bebedouro Formation）和以碳酸盐为主的萨利特雷组（Salitre Formation）（

方法

野外工作旨在系统地采样卡廷加地层的所有主要露头区域，重点覆盖萨利特雷河中部地区（图1A）。这些碳酸盐岩在18个地点（Verde河沿岸）、5个地点（Jacaré河沿岸）、12个地点（萨利特雷河南部）、13个地点（萨利特雷河中部）和4个地点（萨利特雷河北部）进行了记录。对大陆碳酸盐岩进行了详细的描述和特征分析

卡廷加地层的沉积相

卡廷加地层在研究的三个区域（Verde河、Jacaré河和Salitre河）表现出相似的特征（图1A）。它们可以分为五种沉积相：（1）含泥微晶灰岩 – Cta；（2）角砾化泥岩/杂砂岩 – Ctb；（3）角砾化杂砂岩/包屑岩 – Ctc；（4）杂砂岩 – Ctd；（5）钙结沉积物和土壤 – Cte（图2）。

讨论

为了总结卡廷加地层的沉积和演化过程，图10展示了一系列示意图。从下到上，图A显示了在萨利特雷地层上古湖泊中的初始沉积（Cta）。图B表示在蒸发条件下形成的沉积物（Ctb、Ctc和Ctd），填充了古湖泊。图C表示钙结岩的形成（Cte）和现代土壤的形成。图E表示侵蚀过程

结论

在大陆碳酸盐岩序列中识别和解释消失的蒸发岩存在重大挑战，卡廷加地层就是一个例子。这项研究的开展得益于Verde河、Jacaré河和Salitre河流域越来越多的岩石勘探点，这些地点揭示了卡廷加地层复杂演化历史的关键信息。蒸发岩的固有不稳定性及其等体积替换特性

作者贡献声明

露西埃丝·克鲁兹·维埃拉（Lucieth Cruz Vieira）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，监督，项目管理，资金获取，概念构思。埃米利亚诺·卡斯特罗·德·奥利维拉（Emiliano Castro de Oliveira）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，验证，监督，软件使用，资源协调，方法论设计，调查实施，数据管理，概念构思。弗朗西斯科·希拉里奥·贝泽拉（Francisco Hilário Bezerra）：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，监督，资源协调

未引用参考文献

Alonso-Zarza et al., 1998; Briere, 2000; Freytet and Verrecchia, 2002; Mount, 1985.

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者感谢巴西高等教育人员培训协调委员会（CAPES，财务代码001）和地球科学研究所（UnB）的地质学研究生项目资助了这次野外考察，同时感谢匿名审稿人及Michael Holz提供的宝贵意见、建议和修改，这些都对我们的手稿大有帮助。