韓元紅, 馬海州, 張西營(yíng), 王 琪 羅厚勇李建森, 廖 朋 朱 軍

(1.甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)科學(xué)院 地質(zhì)與地球物理研究所 蘭州油氣資源研究中心); 中國(guó)科學(xué)院 油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅 蘭州 730000; 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3.中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所 鹽湖資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 青海 西寧810008; 4.中國(guó)石油 青海油田公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院, 甘肅 敦煌 736202)

老撾龍湖鉀鹽礦床沉積碳酸鹽碳、氧同位素組成及其對(duì)成鉀環(huán)境的初步指示

韓元紅1,2,3, 馬海州3, 張西營(yíng)3, 王 琪1, 羅厚勇1,2,李建森3, 廖 朋1,2, 朱 軍4

(1.甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)科學(xué)院 地質(zhì)與地球物理研究所 蘭州油氣資源研究中心); 中國(guó)科學(xué)院 油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅 蘭州 730000; 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 3.中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所 鹽湖資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 青海 西寧810008; 4.中國(guó)石油 青海油田公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院, 甘肅 敦煌 736202)

碳、氧同位素作為反映古沉積環(huán)境、成礦物源和水–巖反應(yīng)等良好的穩(wěn)定同位素指標(biāo), 被廣泛應(yīng)用。通過(guò)對(duì)老撾龍湖鉀鹽礦區(qū)ZK309、ZK301、ZK311和ZK004四個(gè)鉆孔農(nóng)波組鹽巖上覆泥巖碳、氧同位素組成的分析, 討論了鹽巖上覆泥巖沉積的碳、氧同位素組成變化特征及其指示的沉積環(huán)境。經(jīng)分析, 所測(cè)碳、氧同位素基本代表了碳酸鹽碳、氧同位素組成, 初步推測(cè)這些碳酸鹽均為當(dāng)?shù)刈陨? 受后期改變很少，δ13C和δ18O平均值分別為-5.1‰和-4.6‰, 其中δ13C值略高于一般陸相碳酸鹽碳同位素最大值–5.69‰, δ18O值介于–2.71‰～–10.8‰之間, ZK309和ZK301鉆孔碳、氧同位素相關(guān)系數(shù)均小于0.7, 初步指示鹽巖沉積之后沉積環(huán)境為陸相。δ13C值略高于–5.69‰, 推測(cè)是后期鹽巖層被淋濾, 泥巖層受淋濾后的殘余鹵水影響的結(jié)果, 這也解釋了蒸發(fā)巖沉積層序異常(鉀石鹽覆蓋于光鹵石之上)的沉積特征。因此, 在本研究中, 大氣水在泥巖碳、氧同位素的變化中扮演了重要角色。

鉀鹽礦床; 鹽巖上覆泥巖; 碳、氧同位素; 沉積環(huán)境; 成礦規(guī)律

碳和氧元素地球化學(xué)性質(zhì)特殊, 在不同地球化學(xué)端元之間存在明顯的同位素分餾, 已作為一種有效手段被廣泛利用, 如探討成礦物質(zhì)來(lái)源、水–巖反應(yīng)過(guò)程(黃智龍等, 2004; 唐永永等, 2011; 周家喜等; 2012); 重建湖泊系統(tǒng)氣候(Talbot and Kelts, 1990; Lister et al., 1991; Valero-Garcés et al., 1995; Li et al., 2012); 分析沉積環(huán)境、湖泊產(chǎn)量及封閉狀態(tài)(Henderson et al., 2003; Xu et al., 2006; 伊海生等, 2007); 碳、氧同位素結(jié)合礦物成分, 分析原巖組成、沉積環(huán)境和沉積速率(Khim et al., 2000)等。

呵叻高原蘊(yùn)含豐富的鉀鹽資源, 為世界最大鉀鹽礦集區(qū)之一。對(duì)呵叻高原鉀鹽礦床的研究作為拓展國(guó)外鉀鹽資源工作的一部分, 對(duì)我國(guó)云南蘭坪–思茅盆地鉀鹽資源的成因和物源開(kāi)發(fā)研究有借鑒意義。呵叻高原成鉀盆地的成鹽物源和沉積環(huán)境一直存在較大爭(zhēng)議, 一般認(rèn)為成鹽物質(zhì)來(lái)自海水, 鉀鹽礦床為海相沉積(Hite, 1974; Lowenstein et al., 1989; Tan et al., 2010; Zhang et al., 2013)。也有研究認(rèn)為成鹽成礦物質(zhì)可能來(lái)自大陸(Utha-Aroon, 1993; Warren, 1999)。帥開(kāi)業(yè)(1987)通過(guò)對(duì)我國(guó)云南勐野井鉀鹽礦床的研究, 提出了“海源陸相”成因模式。曲懿華(1997)基于呵叻高原和我國(guó)云南蘭坪–思茅盆地鉀鹽礦床同源性的研究, 提出了鹵水來(lái)源于海水, 而沉積環(huán)境偏陸相的說(shuō)法。曲懿華(2010)將呵叻盆地定義為大型海源碎屑巖型鉀鹽沉積盆地。近期, 張西營(yíng)等(2012)綜合各種研究結(jié)果, 也認(rèn)為“海源陸相”模式可以更好地解釋這些賦鉀蒸發(fā)巖的成因。呵叻高原蒸發(fā)巖沉積存在沉積層序的異常(即鉀石鹽覆蓋于光鹵石之上), Hite and Japakssetr(1979)和Warren (1999)分別提出了不均勻交代模式和截頂模式來(lái)解釋這種現(xiàn)象, 但對(duì)于水流體來(lái)源和類(lèi)型等問(wèn)題一直未能解答。以往對(duì)于沉積環(huán)境和成礦特征的研究都是以鹽巖層作為主要研究對(duì)象, 單獨(dú)對(duì)上覆泥巖層的研究未見(jiàn)報(bào)道。本文嘗試通過(guò)對(duì)鹽巖上覆泥巖沉積的碳、氧同位素組成及變化特征的研究, 探討鹽巖沉積后的沉積環(huán)境和水–巖(鹽)作用。

1 區(qū)域地質(zhì)概況與礦床地質(zhì)特征

呵叻高原位于泰國(guó)東北部和老撾中部, 構(gòu)造上屬于印支穩(wěn)定地塊的一部分, 其北、西、南三面分別被湄公河大斷裂、南烏江深大斷裂和柬埔寨大斷裂包圍, 近東西走向的普潘隆起將整個(gè)高原分為南部的呵叻盆地和北部的沙空那空盆地(Hite and Japakssetr, 1979), 高原邊緣主要發(fā)育褶皺, 呵叻盆地和沙空那空盆地是相對(duì)較低的凹陷地帶(鐘維敷, 2003)(圖1)。呵叻高原與中國(guó)云南蘭坪–思茅盆地處于同一構(gòu)造帶上(Hite and Japakssetr, 1979), 蘭坪–思茅盆地東、西緣分別被蒼山–哀牢山斷裂帶和瀾滄江斷裂帶圍限, 呈NNW向狹長(zhǎng)帶狀展布(尹漢輝等, 1990)。

龍湖礦區(qū)位于呵叻高原沙空那空盆地東南緣的老撾中南部他曲縣附近, 地處湄公河畔, 地形呈現(xiàn)出南西低緩, 往北東逐步抬升形成山脈, 在地貌上屬于緩傾斜平原, 其南部與沙灣拿吉盆地相鄰, 是呵叻高原典型的鉀鹽礦區(qū), 也是目前鉆孔布局最密集的地區(qū), 區(qū)域內(nèi)有兩個(gè)明顯的鹽背斜構(gòu)造, 兩個(gè)背斜的長(zhǎng)軸走向均為NW-SE向(圖1)。鹽背斜的存在對(duì)鉀鹽礦床的分布有重要的控制作用。

龍湖鉀鹽礦區(qū)含鹽層為農(nóng)波組, 含鹽層分為上鹽段、中鹽段和下鹽段, 每個(gè)鹽段是一個(gè)蒸發(fā)巖–碎屑巖旋回, 而碎屑層又因?yàn)閹r性不同分為上部的紅色泥巖層和下部的青灰色泥巖層, 因?yàn)辂}背斜的存在, 使每個(gè)鉆孔同一鹽段的埋深很不相同。本文所研究的ZK309、ZK004、ZK311和ZK301, 4個(gè)鉆孔均有不同程度的鹽段和巖層的缺失, 其中以ZK309最完整, 最具有代表性(圖2)。同時(shí)，此次研究選取的4個(gè)鉆孔處于鹽構(gòu)造不同位置,如圖1b所示，ZK301孔、ZK311孔和ZK309孔均處于鹽向斜位置，而ZK004則處于鹽背斜中心位置。

圖1 研究區(qū)域構(gòu)造圖Fig.1 Sketch maps showing the geological structure of the study area

圖2 研究區(qū)地層及各鉆孔巖性圖Fig.2 Stratigraphic map of the drill holes

2 樣品采集與分析

巖芯樣品采自呵叻高原沙空那空盆地東緣的老撾龍湖鉀鹽礦區(qū)的ZK309、ZK004、ZK311和ZK301四個(gè)鉆孔, 共126個(gè)泥巖樣品。分析測(cè)試工作全部在中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所鹽湖化學(xué)分析測(cè)試部完成。因?yàn)榱６却执髮?dǎo)致衍射強(qiáng)度底, 峰形不好, 分辨率低。所以在進(jìn)行礦物檢測(cè)時(shí), 將已磨好的樣品繼續(xù)研磨并全部過(guò)300 目的篩, 取樣3 g左右, 進(jìn)行XRD測(cè)試, 所有樣品都通過(guò)荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的X’pert PRO型號(hào)的X射線衍射儀(XRD)進(jìn)行了主要礦物組成測(cè)試。同時(shí), 為了驗(yàn)證XRD測(cè)量礦物組成的準(zhǔn)確性, ZK309孔樣品進(jìn)行了酸溶后化學(xué)元素分析, 主要方法為: (1)水溶法去除易溶鹽類(lèi)礦物; (2)H3PO4法酸溶取得浸取液; (3)電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)進(jìn)行元素測(cè)試, 儀器型號(hào)為ICAP6500DUO, 各微量元素K、Mg、Ca、S檢測(cè)下限依次為0.04 μg/g、0.0002 μg/g、0.0052 μg/g、0.0097 μg/g。另外, ZK309中鹽段青灰色泥巖進(jìn)行了C、H、N、S和O五種元素測(cè)定, 所用儀器為德國(guó)Elementar元素分析儀Vario EL cube。最終得出碳酸鹽礦物含量較高的25個(gè)樣品用于碳、氧同位素測(cè)定, 測(cè)試前用10%的H2O2浸泡以除去有機(jī)質(zhì)。碳、氧同位素組成的測(cè)定步驟與Camoin et al.(1997)文中所述一致。采用美國(guó)MAT公司產(chǎn)的MAT-251質(zhì)譜儀進(jìn)行碳、氧同位素組成測(cè)定, δ13C的測(cè)定精度為±0.01‰, δ18O＜0.01‰, 所有測(cè)定結(jié)果都采用VPDB標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié) 果

本次研究對(duì)采得的126個(gè)泥巖樣品進(jìn)行了XRD礦物組成測(cè)定, 多數(shù)樣品中未測(cè)出碳酸鹽礦物, 僅25個(gè)樣品測(cè)得碳酸鹽礦物。將這25個(gè)樣品進(jìn)行了同位素測(cè)試, 最終只有16個(gè)碳酸鹽含量較高的樣品測(cè)得碳、氧同位素組成結(jié)果。

3.1 主要礦物組成

已測(cè)得碳、氧同位素組成的16個(gè)樣品礦物組成見(jiàn)表1。

3.2 元素組成分析

對(duì)ZK309孔中鹽段青灰色泥巖進(jìn)行了C、H、N、S和O五種元素的測(cè)定, 其中 C、H和N元素百分含量可見(jiàn)表2。XRD測(cè)出含碳酸鹽礦物的樣品(ZK309-61、 ZK309-64、ZK309-66、ZK309-67、ZK309-68), C元素含量明顯高于其他樣品。另外, 對(duì)ZK309孔和ZK301孔樣品作了化學(xué)元素分析, 主要元素含量見(jiàn)表3、4,其中Mn、Ti、B2O3和SiO2等的含量未在表中列出。結(jié)合礦物種類(lèi)分析所得結(jié)果, 表明ΔCa（剔除硬石膏中Ca后剩余的Ca）基本為碳酸鹽中的Ca。綜上分析, 可以明確地得出, 已測(cè)出碳酸鹽和碳酸鹽含量較高的樣品, C元素百分含量明顯比其他樣品高很多, Ca元素含量也較高。

表1 研究樣品礦物組成(%)Table 1 Mineral compositions of the samples (%)

表2 研究樣品C、H、N元素組成(%)Table 2 C, H and N contents of the samples (%)

3.3 碳、氧同位素組成

碳、氧同位素測(cè)試均為全巖測(cè)試, 其中對(duì)ZK301-11樣品進(jìn)行了重復(fù)測(cè)試, 兩次測(cè)試所得結(jié)果相差很小, 在誤差允許范圍內(nèi)。測(cè)試所得碳、氧同位素組成如表5所示, ZK301和ZK309兩個(gè)鉆孔同一泥巖(中鹽段)層樣品碳、氧同位素組成基本一致, ZK301孔樣品δ13C、δ18O均值分別為-4.91‰和-4.18‰, ZK309孔中鹽段泥巖樣品δ13C、δ18O均值分別為-4.37‰和-4.16‰。同一鉆孔相同層位碳、氧同位素垂向上的變化趨勢(shì)比較一致。ZK301孔只對(duì)青灰色泥巖進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)通過(guò)碳、氧同位素進(jìn)行古鹽度計(jì)算, 得出Z值均小于120。ZK309孔和ZK301孔碳、氧同位素相關(guān)系數(shù)均小于0.7。碳、氧同位素組成在垂向上自下而上變化較小。ZK301自下而上同位素值卻有減小的趨勢(shì), 而ZK309中鹽段泥巖同位素組成在垂向上的變化不明顯, 這可能與鹽構(gòu)造的形成, 泥巖層受后期大氣水淋濾作用有關(guān)。

表3 ZK309孔樣品元素組成(%)Table 3 Major element contents of the samples from the drill hole ZK309 (%)

表4 ZK301孔樣品元素組成(%)Table 4 Major element contents of the samples from the drill hole ZK301 (%)

表5 碳、氧同位素分析數(shù)據(jù)Table 5 Carbon and oxygen isotope compositions of the samples

4 討 論

呵叻高原鉀鹽礦床存在蒸發(fā)鹽層序異常問(wèn)題(鉀石鹽覆蓋于光鹵石之上), 為此Hite(1979)和Warren (1999)提出的不均勻成礦模式和截頂成礦模式, 得到了大多數(shù)人的認(rèn)可, 但是光鹵石被交代生成鉀石鹽后高鎂流體的去向問(wèn)題一直未得到解決。Sinha and Raymahashay (2004)和Suwanich (1993)也分別進(jìn)行了鉀鹽成礦盆地黏土礦物和白云石與高鎂流體相關(guān)性研究。另外, 此次XRD(X衍射儀)礦物測(cè)定只挑選出25個(gè)樣品含碳酸鹽, 且碳酸鹽均為白云石(只有上部一個(gè)含方解石), 測(cè)得有白云石的樣品鹽巖含量也異常高(所有樣品只有67個(gè)測(cè)出含有石鹽, 平均含量為7.5%, 而測(cè)得碳、氧同位素組成的16個(gè)樣品有13個(gè)測(cè)出石鹽, 平均含量高達(dá)14.8%)。以上分析結(jié)合同位素特征(原始性保存很好),初步推測(cè)白云石為當(dāng)?shù)嘏鑳?nèi)自生, 可能與后期水流體淋濾鹽巖層后高鎂流體有關(guān)。

本次所測(cè)碳、氧同位素的樣品雖為全巖樣品, 但均為挑出的碳酸鹽含量高且經(jīng)過(guò)了雙氧水浸泡去除有機(jī)質(zhì)后的樣品, 而且碳酸鹽為當(dāng)?shù)刈陨? 因此本次所得碳、氧同位素組成基本代表了碳酸鹽碳、氧同位素組成。

4.1 碳酸鹽原始信息保存性評(píng)估

(1) 用碳酸鹽巖氧同位素組成來(lái)判別碳、氧同位素原始性。一般認(rèn)為富13C和18O的樣品沒(méi)被改造; δ18O值在–5‰～–10‰之間的樣品, 氧同位素原始組成有很小的變化, 碳同位素組成基本無(wú)變化; δ18O值低于-10‰時(shí), 碳同位素的原始組成發(fā)生了明顯改變(Fairchild et al., 1990; Kaufman et al., 1992; Kaufman et al., 1995; 陳強(qiáng)等, 2012), 本文所得δ18O均大于–10‰, 且除三個(gè)樣品外, 其他均大于–5‰。(2)通過(guò)碳、氧同位素的相關(guān)性來(lái)判斷碳酸鹽巖樣品是否受到成巖蝕變(Qing and Veizer, 1994)。本次測(cè)得δ13C和δ18O相關(guān)系數(shù)很低, 碳、氧同位素組成分布較為離散, 不存在明顯的相關(guān)性, 這表明樣品的碳、氧同位素組成很好地保存了原始組成, 受成巖及后期蝕變作用的影響程度極低。(3)大量全巖碳、氧同位素分析的實(shí)例, 如Knoll et al.(1986)對(duì)挪威瓦爾巴群島和丹麥格陵蘭新元古代地層的分析, Kaufman et al. (1991, 1992), Kaufman and Knoll (1995)對(duì)納米比亞古元古代碳酸鹽地層, 加拿大西北部新元古代地層沉積物和化石的分析, 吳靜淑和王成玉(1986)對(duì)泥灰?guī)r進(jìn)行的高真空磷酸溶解提取CO2進(jìn)行碳、氧同位素分析, Camoin et al. (1997)對(duì)玻利維亞古安第斯盆地晚白堊世鹽湖沉積物碳、氧同位素分析, 李龍等(2002)對(duì)硅酸鹽巖中微量碳酸鹽的碳、氧同位素分析和Paz and Rossetti (2006)對(duì)巴西東北部湖泊沉積物開(kāi)展全巖碳、氧同位素分析, 均得出可靠的數(shù)據(jù), 表明合理的全巖碳、氧同位素分析方法, 可以得到可靠的碳、氧同位素組成數(shù)據(jù)。Paz and Rossetti (2006)還指出全巖分析可以減小碳、氧同位素多方面的分餾作用造成的誤差,尤其后期成巖作用對(duì)碳、氧同位素的影響。本文實(shí)驗(yàn)步驟與Camoin(1997)和Paz and Rossetti (2006)文中所述一致, 且泥巖碳、氧同位素組成在垂向上的變化一致。因此, 綜合上面三方面的分析, 得出本次實(shí)驗(yàn)樣品所得數(shù)據(jù)代表了碳酸鹽形成時(shí)原始碳、氧同位素組成,合理的實(shí)驗(yàn)方法保證了數(shù)據(jù)的可靠性。

4.2 碳、氧同位素組成指示沉積環(huán)境和成礦機(jī)理

碳酸鹽巖碳、氧同位素組成及其相關(guān)性是判別沉積環(huán)境和成礦流體來(lái)源等的有效手段。溫度、蒸發(fā)作用強(qiáng)度、盆地中礦物組成特征和沉積環(huán)境等諸多因素共同控制和影響著盆地沉積物碳、氧同位素組成(Kelts and Weber, 1990; Craig, 1965; Friedman, 1977; Camoin et al., 1997)。一般情況下, 淡水環(huán)境下形成的碳酸鈣中13C和18O的含量比同一溫度下海水中形成的碳酸鈣中的少。海相石灰?guī)r的δ13C介于–2‰～–5‰之間, 如果δ13C低于–5.69‰則為非海相沉積或位于濱海位置的碳酸鹽(Deines, 1980; Hoefs,1980)。據(jù)研究, δ18O介于–2.71‰～–10.8‰之間的碳酸鹽為陸相沉積, 而受海水影響的陸相沉積環(huán)境會(huì)顯示出較低的氧同位素值(–5‰)(Talbot, 1990; Bird et al., 1991)。δ18O值隨鹽度升高而增大, 因而碳酸鹽巖δ18O還是恢復(fù)古鹽度的一種常用指標(biāo)(游海濤, 2002)。Keith and Weber(1964)把δ18O、δ13C二者結(jié)合起來(lái)用以指示古鹽度和沉積環(huán)境, 其公式: Z=2.048×(δ13C+50)+0.498×(δ18O+50), 其中Z>120為海相, Z<120為淡水相, Z=120為未定型灰?guī)r。Z值作為古鹽度的定量化指標(biāo)已被廣泛應(yīng)用(Veizer, 1983;張秀蓮, 1985; 游海濤等, 2002)。據(jù)劉傳聯(lián)等(2001)通過(guò)對(duì)不同類(lèi)型湖泊沉積物中δ18O和δ13C的相關(guān)性研究, 開(kāi)放型淡水湖泊中, 原生碳酸鹽δ18O和δ13C均為負(fù)值, δ18O和δ13C之間不相關(guān)或略相關(guān), 在以δ18O為橫坐標(biāo)、δ13C為縱坐標(biāo)、0為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中,其投點(diǎn)落在第三象限, 如瑞士格賴(lài)芬湖、美國(guó)亨德森湖和以色列Huleh湖; 而封閉型咸水、半咸水湖泊中, δ18O和δ13C之間呈明顯的相關(guān)關(guān)系, 相關(guān)系數(shù)(r)一般大于0.7, 封閉性越強(qiáng), 相關(guān)系數(shù)越大, 且δ18O正負(fù)均有, δ13C則基本為正值, 其投點(diǎn)大多落在一、四象限, 如美國(guó)大鹽湖(r=0.87)、圖爾卡納湖(r=0.86)、納特龍–馬加迪湖(r=0.84)(圖3)。

圖3 現(xiàn)代不同類(lèi)型現(xiàn)代湖泊原自生碳酸鹽碳、氧同位素的相關(guān)性圖(據(jù)Talbot, 1990)Fig.3 Correlation of carbon and oxygen isotopes in authigenic carbonates from different types of modern lakes

本次測(cè)試所得δ13C和δ18O平均值均分別為-5.1‰和-4.6‰, 碳、氧同位素組成變化范圍較小, 其中δ13C略高于陸相沉積碳酸鹽最高界限值-5.69‰(Deines, 1980; Hoefs, 1980),δ18O值均在陸相沉積碳酸鹽氧同位素范圍-2.71‰～-10.8‰之內(nèi)(Talbot, 1990; Bird et al., 1991)。通過(guò)計(jì)算, 得出Z值均小于120, ZK309與ZK301孔的相關(guān)系數(shù)r值均小于0.7, 碳、氧同位素投點(diǎn)都落在第三象限(圖3), ZK309孔值更接近以色列Huleh淡水湖, 有個(gè)別值與圖爾卡納半咸水湖較接近, 而ZK301孔的值完全與Huleh淡水湖落在同一區(qū)域。因此, 綜合以上碳、氧同位素組成、鹽度參數(shù)Z值、碳、氧同位素相關(guān)系數(shù)、碳、氧同位素投點(diǎn)圖四方面的信息, 可以推測(cè)為鹽巖沉積后泥巖層沉積環(huán)境為偏陸相。但是, δ13C均值略高于陸相沉積碳酸鹽碳同位素最高界限值(-5.69‰),可能系泥巖沉積期大氣水對(duì)下伏鹽巖層的淋濾的結(jié)果, 從而使得殘余鹵水影響碳同位素組成, 使其偏高, 解釋了蒸發(fā)巖沉積層序異?！浭}覆蓋于光鹵石之上的原因, 為Hite and Japakssetr (1979)和Warren (1999)分別提出的交代和截頂鉀鹽成礦模式提供了一定的證據(jù)。上鹽段碳、氧同位素組成比中鹽段低得多, 可能上鹽段鹽巖沉積后水流體的活動(dòng)較少,受殘余鹵水的影響較小, 從而表現(xiàn)出更明顯的陸相特征。

泥巖在垂向上的變化可以很好地反映沉積環(huán)境的交替變化。ZK301孔中鹽段泥巖碳、氧同位素自下而上逐漸減小, 較好地表現(xiàn)出沉積環(huán)境由還原環(huán)境向氧化環(huán)境、由海相向陸相、而氣候由濕潤(rùn)到干旱的轉(zhuǎn)變過(guò)程。然而ZK309孔中碎屑層泥巖碳、氧同位素組成在垂向上變化規(guī)律不明顯, 但可明顯得出, 中碎屑層泥巖同位素組成遠(yuǎn)高于上碎屑層泥巖同位素組成。仍然可以很好地反映出自下而上沉積環(huán)境氧化性越來(lái)越強(qiáng), 陸相特征越來(lái)越明顯的特征。這與Cendón et al. (2008)提出的隨著成鹽盆地的逐漸收縮, 盆地輸入物質(zhì)由海相漸變?yōu)殛懴嗷蚪?jīng)過(guò)改造的海相的說(shuō)法相一致。

5 結(jié) 論

(1) 研究區(qū)鹽巖層上覆泥巖自生碳酸鹽碳、氧同位素分析研究, 得出泥巖層沉積環(huán)境為陸相。但是中鹽段泥巖碳同位素偏高, 推測(cè)鹽巖沉積后有大氣水進(jìn)入盆地, 使鹽巖層經(jīng)受了淋濾作用, 泥巖層受淋濾后的殘余鹵水影響, 這也解釋了蒸發(fā)巖沉積層序異常(鉀石鹽覆蓋于光鹵石之上)問(wèn)題, 為呵叻高原鉀鹽礦交代和截頂鉀鹽成礦模式提供了證據(jù)。上鹽段陸相特征更明顯, 推測(cè)上鹽段泥巖層受殘余鹵水影響較小。

(2) 泥巖中的碳、氧同位素組成反映了一定的旋回性特征。同一鉆孔不同沉積旋回碳、氧同位素組成差異較大, 上鹽段泥巖中的碳、氧同位素組成比中鹽段小得多, 陸相特征也更明顯; 同一沉積旋回內(nèi), 碳、氧同位素組成表現(xiàn)出自下而上逐漸減小的趨勢(shì)。這些證據(jù)表明, 隨著成巖盆地的萎縮, 沉積的氧化/還原環(huán)境發(fā)生了較大轉(zhuǎn)變, 而輸入物質(zhì)也由海相漸變?yōu)殛懴嗷蚪?jīng)過(guò)改造的海相。

(3) 不同鹽構(gòu)造部位鉆孔泥巖沉積碳、氧同位素組成對(duì)比分析, 得出鹽構(gòu)造不同部位鹽巖沉積及地球化學(xué)特征具有較大差異, 表明了鹽體后期的變形特征可能對(duì)含鹽系的地球化學(xué)特征有影響。

總之, 鹽巖上覆泥巖的研究對(duì)鹽巖成礦環(huán)境,成礦特征有一定的指示意義, 后續(xù)需要對(duì)不同沉積旋回中不同巖性中的碳、氧同位素組成和分布特征進(jìn)行系統(tǒng)對(duì)比, 以期對(duì)研究區(qū)沉積環(huán)境和碳酸鹽物源有更為深入的了解。

致謝: 感謝中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所鹽湖化學(xué)分析測(cè)試部的冉廣芬、徐黎明老師在分析測(cè)試過(guò)程中給予的幫助和指導(dǎo), 感謝中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院的劉成林研究員在論文修改中提出的寶貴意見(jiàn), 同時(shí)特別感謝兩位審稿老師提出的修改意見(jiàn)和建議。

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Carbon and Oxygen Isotopic Constraint on the Sedimentary Environment and Formation Mechanism of the Longhu Potash Deposit, Laos

HAN Yuanhong1,2,3, MA Haizhou3, ZHANG Xiying3, WANG Qi1, LUO Houyong1,2, LI Jiansen3, LIAO Peng1,2and ZHU Jun4
(1. Gansu Provincial Key Laboratory of Petroleum Resources; CAS Key Laboratory of Petroleum Resources Research, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Siciences, Lanzhou 730000, Gansu, China; 2. Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. CAS Key Laboratory of Salt Lake Resources and Chemistry, Qinghai Institute of Salt Lakes, Chinese Academy of Siciences, Xining 810008, Qinghai, China; 4. Qinghai Oilfield Research Institute of Exploration & Development, CNPC, Dunhuang 736202, Gansu, China)

Carbon and oxygen isotopes have been used widely to indicate ancient sedimentary environment, sources of ore deposits and water-rock reactions. In this paper, characteristics of carbon and oxygen isotopic composition of carbonates in the mudstone from the borehole ZK309, ZK301, ZK311 and ZK004 were studied to discuss the geological evolution and sedimentary environment of the Nong Bok Formation in Laos. It is concluded that the carbonates are primarily authigenic according to analysis of mineral composition and carbon and oxygen isotopic composition of the mudstones. The result shows that the stable carbon isotope composition (δ13C) slightly higher than –5.69‰ and the stable oxygen isotope composition (δ18O) varying between –2.71‰ and –10.8‰, and the average value of δ13C and δ18O of the carbonates are –5.1‰ and –4.6‰ respectively in the mudstone. The multiple correlation coefficients R between δ13C and δ18O values for samples from the borehole ZK309 and ZK301 are lower than 0.7. Based on the carbon and oxygen isotopic compositions and correlations of δ13C and δ18O value, we conclude that the Nong Bok Formation is terrestrial facies. The average value of δ13C are slightly higher than the threshold value of terrestrial carbonates (–5.69‰), it may due to the mudstones were reformed by brine after deposited. The brine might be generated from dissolution of the underlying salt rocks by meteoric water. This could decipher the abnormal sequence of salt rock deposition (sylvite overlies carnallite). Therefore the meteoric water played an important role in the changes of oxygen and carbon isotopic compositions of the carbonates in mudstones in the study area.

potash deposit; mudstone overlaying on salt rock; carbon and oxygen isotope; sedimentary environment

P597

A

1001-1552(2015)02-0334-010

2013-06-08; 改回日期: 2013-08-01

項(xiàng)目資助: 本文由國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(973)“中國(guó)陸塊海相成鉀規(guī)律及預(yù)測(cè)研究”子課題“蘭坪–思茅新生代殘留盆地成鉀條件、機(jī)理和后期演化”(編號(hào): 2011CB403004)和國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目“水流體對(duì)老撾沙空那空盆地賦鉀蒸發(fā)巖改造作用研究”(批準(zhǔn)號(hào): 40903014)聯(lián)合資助。

韓元紅(1988–), 女, 博士研究生, 主要從事鹽湖沉積學(xué)、油氣儲(chǔ)層沉積學(xué)研究。Email: hanyuanhong222@163.com

馬海州(1963–), 男, 研究員, 博士生導(dǎo)師, 長(zhǎng)期從事鉀鹽礦床相關(guān)方面的研究。Email: haizhou@isl.ac.cn