老挝他曲盆地固体钾盐矿床蒸发岩同位素特征及成矿指示意义
doi: 10.20008/j.kckc.202508018
宫贯乾 , 曹永强 , 杨爱远 , 王殿良 , 刘佩欣 , 张雯婧 , 赵宇田 , 伦辛涛
华北地质勘查局第四地质大队,河北 秦皇岛 066000
基金项目: 本文受老挝甘蒙—沙湾拿吉省他曲—赛布里县固体钾盐矿普查项目(DK20230020)和老挝甘蒙省农波县农龙村地区固体钾盐矿详查项目(DK20230499)联合资助
Isotopic characteristics and metallogenic significance of evaporite of solid potassium salt deposit in Thakhek Basin, Laos
GONG Guanqian , CAO Yongqiang , YANG Aiyuan , WANG Dianliang , LIU Peixin , ZHANG Wenjing , ZHAO Yutian , LUN Xintao
Fourth Geological Brigade of North China Geological Exploration Bureau, Qinhuangdao 066000 , Hebei, China
摘要
老挝沙空那空盆地是世界上已知的最大的沉积型钾盐矿床之一,其中老挝中部他曲盆地在晚白垩世阶段沉积了完整的三层旋回型蒸发岩地层。本研究以沙空那空盆地东部他曲盆地内ZKXX钻孔中农波组石盐岩、钾石盐矿、光卤石矿、石膏矿为研究材料,进行硼、锶、硫同位素组成特征分析,揭示了该地区钾盐矿的成因及其沉积环境。同位素分析结果表明,其中δ11B、87Sr/86Sr、δ34S均与同期海相蒸发岩数据相近,表明老挝甘蒙地区钾盐矿为海相成因。此外,δ11B值表明在第二沉积阶段,海侵现象显著且持续时间较长,导致了较厚的含盐系地层的沉积。87Sr/86Sr比值的变化特征指示了陆源水的补给影响,反映出成矿过程中水体来源的复杂性。δ34S 值表明这一时期的沉积环境可能处于氧化状态,进一步影响了矿物的种类和分布。通过对同位素组分的分析,本研究不仅为老挝沙空那空盆地钾盐矿的成因提供了重要的地质证据,也为理解其成矿环境和演化过程提供了新的视角,这些发现对未来的矿产资源勘探与开发具有重要的指导意义。
Abstract
The Sakon Nakong Basin in Laos is one of the largest known sedimentary potash deposits in the world, and the Thakhek Basin in central Laos deposited a complete three-layer cyclic evaporite stratum in the Late Cretaceous stage. This study analyzes the boron, strontium, and sulfur isotope compositions of the ZKXX drill core samples, which include halite, potash, carnallite, and gypsum from the Thakhek Basin, revealing the genesis and sedimentary environment of the region's potash deposits. The isotope analysis indicates that the δ11B, 87Sr/86Sr, and δ34S values are similar to those of contemporaneous marine evaporites, indicating that the potash deposit in the Kameng area of Laos are of marine origin. Additionally, the δ11B values indicate significant and prolonged marine transgressions during the second sedimentary phase, resulting in the deposition of thick saline strata. Variations in the 87Sr/86Sr ratios imply the influence of continental water contributions, highlighting the complexity of water sources during mineral formation. The δ34S values further suggest that the sedimentary environment during this period was primarily oxidative, which influenced the types and distribution of minerals. By analyzing these isotopic components, this study provides essential geological evidence for the genesis of the potash deposits in the Savannakhet Basin and offers new insights into their formation environment and evolutionary processes. These findings hold significant implications for future exploration and development of mineral resources.
0 引言
沙空那空盆地位于老挝中部,近东西走向的普潘隆起位于盆地南部,将其与南部的呵叻盆地分隔开来。在晚白垩世阶段盆地内蒸发岩广泛发育,沉积了世界上最大的钾盐矿床之一(Douglas et al., 1995Damme et al.,1996Asahara,1999)。相比于钾盐矿床的勘探和开发,沙空那空盆地钾盐矿的成矿物质来源研究一直存在海相成因和陆相成因两种争议。(1)支持海相成因观点的研究者认为,盆地内的蒸发岩主要形成于海水的蒸发和浓缩,强调了晚白垩世时期广泛的海侵现象,指出海水的侵入和交替影响了沉积物的特征,导致厚层钾盐矿的形成。韩元红等(2012)将老挝龙湖矿区钻孔的黏土矿物与中国其他海相陆相盆地的黏土矿物组合进行比较,推测黏土矿物可能来源于海相沉积环境。唐启亮等(2013)将老挝通芒矿区含盐层位的 Br 含量、 Br×103 /Cl比值与世界其他海相陆相钾盐矿床对比,表明通芒矿区钾盐沉积具有明显的海相特征,成钾物质来自海水。(2)相对而言,陆相成因观点则建议成矿过程受限于陆源输入,强调大陆水径流带来的矿物质对盐矿的沉积有重要影响,尤其在干旱气候条件下更为显著。Utha-Aroon(1993)根据红色碎屑岩与岩盐(石盐岩)沉积互层的沉积特征,认为红色碎屑岩为非海相沉积环境。Wei et al.(2003)认为,在中国(老挝北部)思茅盆地、泰国和老挝南部的呵叻盆地和老挝中部的沙空那空盆地,其重金属含量远高于海水,钾矿床的来源和溶质可能受到了深层循环卤水的补给,另一种可能性是,由于海平面相对上升,早期的呵叻盆地经历了海侵,但偶尔与海洋隔绝(Japakasetr and Workman,1981)。此外,陆相成因论者认为,盆地在干旱时期可能形成较大面积的盐沼或盐湖,为钾盐矿的成因提供适宜环境。因此,关于沙空那空盆地钾盐矿的成因研究仍需通过更多地质勘探和同位素分析来进一步阐明。
通过分析不同同位素的丰度和比值,可准确识别成矿物质的来源,区分海相与陆相矿物的形成过程。帮助理解在氧化、还原环境下钾盐矿的形成。并且同位素分析与其他地质、地球化学和地球物理特征的结合使用,可以为钾盐矿的成因提供全面的、多角度的证据,更加有力地支持或反驳已有的成矿理论。因此,通过同位素特征追溯钾盐矿成矿物质来源,不仅能为成矿理论提供坚实基础,还能有效指导实际勘探和开发工作,具有重要的科学和经济价值。硼具有10B 和11B 两种稳定同位素,丰度分别为 19.9% 和 80.1%。在自然界中存在较大的同位素分馏(刘卫国等,1996)。在海水蒸发析盐过程中10B 优先富集在盐类矿物中(Vengosh et al., 1991)。在一定 pH 值范围内,盐湖卤水及沉积物的硼同位素分馏机理与海水沉积物类似(肖应凯等, 1999);锶具有84Sr、86Sr、87Sr和88Sr共4种同位素。蒸发、生物合成和同化等过程可以改变水体Sr含量但不影响87Sr/86Sr 比值(Palmer and Edmond,1992; Méndez-Ortiz et al.,2006)。87Sr/86Sr比值也不受纬度和海拔变化的影响,几乎不发生分馏(Johnson and Depaolo,1994Frost et al.,2015);硫具有32S、33S、34S 和36S共 4种稳定同位素。对于蒸发岩而言,影响硫酸盐硫同位素组成的因素主要是硫的物质来源、硫酸盐的沉积环境和硫酸盐的沉积作用,因此,本文利用硼、锶、硫同位素对蒸发岩物质来源的指示作用,以沙空那空盆地南部的他曲盆地ZKXX钻孔(图1)中的石盐岩、钾石盐矿、光卤石矿、石膏矿为研究对象,对该地区成钾物质来源进行分析。
根据前人研究资料,中国云南思茅盆地与呵叻盆地、沙空那空盆地在白垩纪时期处于同一构造带上,其成矿时代、成矿构造、地层等方面均有相似之处(曲懿华,1997李兴振等,2004Wang,2014强利刚等,2019)。因此,本文研究内容,不仅为沙空那空盆地钾盐矿床物质来源提供重要证据,也对属于同一构造带的中国兰坪—思茅盆地钾盐矿床成因,以及国内大型固体钾盐矿床的勘查具有重要的理论与实践指导意义,符合中国“走出去”的钾盐勘探开发政策,有助于缓解中国钾盐的供应压力。
1 地质背景
呵叻高原位于泰国东北部和老挝中南部,古近系早期发生抬升,形成的普潘隆起将高原分为北部的沙空那空盆地与南部的呵叻盆地(图1)(Tabakh and Utha-Aroon,1999)。两个盆地储藏的钾盐资源是世界上已知最大的钾盐沉积矿床之一,钾盐资源远景储量达260多亿 t(Fan,2000刘成林等,2006)。钾盐主要赋存于泰国呵叻盆地马哈萨拉堪组(Maha Sarakham Fm.),在老挝万象盆地为塔贡组(Tagon Fm.),在老挝甘蒙省为农波组(Nong Bok Fm.)。该含盐系地层由 3 个沉积旋回组成,每个旋回由下部的蒸发岩与上部的碎屑岩组成,研究区位于万象东南部,沙空那空盆地东部,南部毗邻沙湾拿吉盆地。
1研究区大地构造位置图(a)与地质简图(b,据张西营等,2010修改)
他曲地区中晚白垩世的含盐系地层位于沙空那空盆地边缘,地层表现为从盆地中心向边缘的展布。钻探数据表明,农波组可分为6个沉积段:下盐层蒸发岩、下泥层碎屑岩、中盐层蒸发岩、中泥层碎屑岩、上盐层蒸发岩和上泥层碎屑岩。钾镁盐矿层主要位于下盐段蒸发岩顶部,以及下、中、上碎屑岩段的泥岩中。
下盐层蒸发岩:分布广泛,主要由青灰色和灰白色中粗粒透明他形晶组成,质纯,并呈块状结构。主要成分包括基底硬石膏和厚层石盐,上部有钾镁盐层,以光卤石为主,伴有少量次生钾石盐。
下泥层碎屑岩:受到盐背斜的影响,背斜轴部发生剥蚀,导致下盐段碎屑岩局部缺失。该碎屑岩主要呈灰绿色,逐渐转为红色和棕红色,厚度范围为 0~150.6 m,埋深 70.85~366.9 m,部分受到风化剥蚀。
中盐层蒸发岩:成分复杂,有时会出现泥膏岩或含石盐的石膏岩,也有泥盐混合现象,与上覆岩段呈整合接触。该蒸发岩层不含钾镁盐,表明水体的蒸发浓缩程度较低。
中泥层碎屑岩:颜色包括红褐色、灰绿色、黄褐色、青灰色和褐色,主要由泥岩和黏土岩组成。厚度为 0~148.6 m,埋深为 0.95~216.3 m,与上覆岩段整合接触。
上盐层蒸发岩:以硬石膏或石膏和泥岩为主,颜色多为青灰色或灰白色,含少量泥。局部存在缺失,硬石膏层厚度通常在1.30~7.8 m,平均约4 m,与上覆岩层整合接触。
上泥层碎屑岩:上部为红褐色、棕褐色和黄褐色,下部为青灰色,主要由泥岩和砂质泥岩构成,并夹有泥膏岩层。厚度范围为 0~59.1 m,埋深 1.0~71.3 m。
研究区中心地理坐标为东经 104°50'24″,北纬 17°11'07″,在研究区内盆地东北缘有一段明显的参朋组长石石英砂岩隆起界限(图1),呈规则带状分布,砂岩隆起带走向 126°,砂岩隆起与两侧第四系地层高差0.5~10 m,在砂岩隆起带西南侧,见大量钙质砾石和卵石胶结在砂岩中,并清晰可见波痕,局部波痕呈一定层序,上部为小的卵石,下部为大的卵石,砂岩呈块状构造,层状构造不明显。在砂岩隆起带东北侧,未见钙质砾石和卵石,未见波痕,砂岩呈细粒结构,块状构造,层状构造不明显。
2 样品采集与分析方法
同位素追踪技术具有分辨率高的优势,能够利用自然界中同位素的丰度差异,提供更高的分辨率,能够反映成矿过程中的物质来源、迁移机制及其环境条件。不同同位素的比率能够提供成矿的时间框架,这对了解矿体的形成和演变极为重要。且通过对同位素的分析,可以对不同地层或区域的样品进行比较。这种比较有助于识别不同地质背景下的共性特点,从而增强样品的代表性和研究结果的普遍性。
样品采集于研究区内 ZKXX 钻孔,采集层位为晚白垩世农波组。钻孔岩心观察显示,农波组含盐系地层主要由红褐色泥岩、青灰色泥岩、石盐岩、钾石盐矿、光卤石矿、石膏矿所共同构成的3层沉积型旋回地层,自下而上分别为下盐层:白色中粗粒石盐岩、灰白色—浅肉红色光卤石矿、灰白色钾石盐矿。下泥层:青灰色泥岩与红褐色泥岩;中盐层:白色中粗粒石盐岩。中泥层:青灰色泥岩与红褐色泥岩;上盐层:灰白色石膏岩(夹少量石盐岩)。上泥层:青灰色泥岩与红褐色泥岩(图2)。同位素测试样品分别采集自 3 层含盐系地层,为防止样品的受潮污染,所有的样品均密封在双层塑料样袋中,并进行真空处理。从已有钻井资料分析表明,农波组 3层沉积型旋回地层在呵叻盆地与沙空那空盆地广泛发育。
2老挝他曲盆地ZKXX钻孔岩性剖面及采样位置
硼同位素测试前,首先将样品研磨至200目,后用 7 mL HNO3、7 mL HF 和 1 mL H2O2,分别在 150℃ 时进行 10 min,180℃时进行 5 min,200℃进行 25 min的微波消解。微波消解结束后,在180℃下在赶酸器上赶至呈白色精明状固体,加上 2% 左右的 HNO3,略微加热复溶后,转移至 100 mL塑料瓶中定容,并记录不同称样量对应的定容体积,后放入同位素质谱仪中进行测试。最终得到11B/B总量、10B/B 总量比值。
硼同位素组成(δ11B)计算公式为:
δ11B()=11B/10BSample /11B/10BStandard -1×1000
(1)
锶、硫同位素测试前,首先将样品研磨至 200 目,后用10 mL HNO3和8 mL HF,分别在150℃时进行 10 min,180℃时进行 5 min,200℃进行 25 min 的微波消解。微波消解结束后,在 180℃下在赶酸器上赶至呈透明状固体,加水溶解后转移至100 mL塑料瓶中定容,并记录不同称样量对应的定容体积,后放入同位素质谱仪中进行测试。最终得到87Sr/86Sr、32S/34S、34S/32S、32S/S总量、34S/S总量比值。
硫同位素组成(δ34S)计算公式为:
δ34S()=34S/32SSample /34S/32SStandard -1×1000
(2)
3 分析结果
硼同位素示踪原理基于硼同位素在不同地质体间的分馏机理,主要包括硼在地质体中的存在形式及其影响因素,不同蒸发岩矿物中硼的存在形式及其硼同位素分馏影响因素不同,因此,探讨蒸发岩矿物中硼的赋存形式及矿物结晶过程中固液相之间的硼同位素分馏系数是运用硼同位素示踪物源的前提基础。老挝他曲盆地内样品硼同位素组成见表1图3,所有石盐岩、钾石盐矿、光卤石矿和石膏(硬石膏)样品的 δ11B 值在 10.15‰~28.92‰,平均值为18.42‰。
锶元素在海水中的存留时间约为2500 ka,这远超过海水混合均匀所需的时间(约 1600 a)(Egling‐ ton,2003)。因此,从地质时间尺度来看,全球海水的锶同位素组成是相对均一的,并且随着地球历史的演变呈现出规律性的变化(Waltham and Groecke, 2006)。老挝钾盐矿床形成于古新世时期,白垩纪海水87Sr/86Sr比值为0.70720~0.70805(Prokoph et al., 2008),老挝钾盐矿的样品十分接近这个范围,变化范围为0.70737~0.70871(表1)。
硫同位素在卤水蒸发结晶过程中仅产生很小的分馏(0‰~2.4‰),因此沉积硫酸盐的硫同位素组成往往可以反映同期卤水的硫同位素组成。沉积硫酸盐中 δ34S 值主要受两个作用的影响而发生改变,其一是细菌的还原作用,其二是水体蒸发过程中的储库效应,细菌的还原作用首先消耗水体中较轻的32S,从而导致水体中富集34S,进而使水体的δ34S 值增加。然而储库效应刚好相反,储库效应会导致34S优先沉积进入蒸发岩矿物,从而导致后期水体中δ34S值降低(张华等,2014)。
代表古海洋硫酸盐的海相蒸发岩硫同位素变化较小,而陆相湖盆中硫酸盐同位素组成变化较大 (史忠生等,2005),大气降水中硫同位素组成一般为 0‰~5‰,天然淡水硫同位素组成一般为 5‰~10‰(Holser and Kaplan,1966),在类似老挝这种海陆交互成因中,由于大气降水与海水的共同作用,硫同位素组成一般为 10‰~15‰(Tabakh et al., 1998)。老挝他曲研究区内样品硫同位素组成见表1,所有岩盐、钾石岩矿、光卤石和石膏样品的δ34S值在13.1873‰~18.3281‰,平均值为15.7205‰。
4 讨论
4.1 物质来源
青海柴达木盆地钾盐矿层的δ 11B值与他曲盆地差异很大,变化范围在-6.83‰~-5.79‰,根据 Ven‐ gosh et al.(1992)的海水蒸发实验,δ11B 值在超过钾盐类蒸发阶段后,残余盐水表现出逐渐的同位素富集(从 39.5‰ 到近 60‰)。与共存的盐水相比,相应的盐的 δ11B 值最多减少 30‰(10‰~36‰),这表明10B 在盐水蒸发浓缩过程中优先进入固体盐沉积物。Kloppmann et al.(2001)对德国北部一个二叠纪钾盐矿的硼和锶同位素进行了测试,其中钾盐层样品的87Sr/86Sr比率落在晚二叠纪海水的范围内,来自钾盐层的两个样品的δ11B值分别为20.8‰和27.7‰。因此,海洋来源的蒸发物的δ11B值总是大于10‰(范围为 10‰~36‰),而非海洋蒸发物的 δ 11B 值则低于 10‰(范围在-31‰~10‰ 之间)为了与同时期典型陆相盐矿进行对比,分析引用 Tan et al.(2010)青海省西北部柴达木盆地 δ11B 数据,柴达木盆地古近系—新近系厚岩盐矿床代表了典型的非海洋的大陆沉积环境。盐矿来源与海水没有联系,δ11B为负值,他曲盆地钾盐矿床中样品的δ11B值是柴达木盆地的 3~4 倍,这与在超过钾盐蒸发阶段后从残余海水盐水中沉淀的相应盐的值非常接近。因此,基于硼同位素特征、海水蒸发实验结果的比较分析以及典型的大陆盐岩矿床,他曲盆地钾盐矿床的来源是海水。不同样品的 δ11B 值变化并不大,说明沉积过程中比较稳定地接受海水中硼物质来源的供给。此外,陆相(0.0004%~0.0007%)和海相(0.0002%~0.0080%) 沉积物中硼的含量都很低,没有明显的地球化学分异。然而,它们的同位素差异很大,这表明尽管氯化物矿物中的硼含量极低,但岩盐中的硼同位素也可以作为区分海相和非海相沉积环境的示踪剂。
1老挝他曲盆地农波组样品的同位素组成
注:测试单位为上海复达检测技术集团有限公司,测试时间为2024-09-05。
从晚侏罗世到现在,全球海水的87Sr/86Sr值整体上呈现出单调上升的趋势,从 0.70668 增加到 0.70923(黄思静等,2002)。在三叠纪—中侏罗世期间,全球海水的87Sr/86Sr 值虽然有所波动,但最高值始终未超过 0.7085(Jones et al.,1994;Martin and Macdougall,1995)。为了与同时期典型陆相盐矿进行对比,分析引用 Tan et al.(2010)青海省西北部柴达木盆地87Sr/86Sr数据,柴达木盆地古近系—新近系厚岩盐沉积具有典型的陆相成因。柴达木盆地西部古新世陆源87Sr/86Sr 比值为 0.711607~0.711566 (Tan et al.,2010),柴达木盆地古近系—新近系岩盐具有典型的陆相成因,与老挝钾肥矿床或古新世海水有较大差异(图4)。与硼同位素一样,锶同位素在不同石膏和钾盐层序中的变化幅度较小,进一步表明钾盐矿床是在稳定的海水补给下形成的。相比于白垩纪海水的87Sr/86Sr 比值,研究区内钾盐87Sr/86Sr值略高,有可能造成此现象的原因是在蒸发岩层序沉积之前,有少量的陆源水与海水混合。
在研究区含盐系地层中3个沉积旋回的钾盐矿层的87Sr/86Sr比值较为接近,进一步说明了锶同位素在蒸发析盐过程中的稳定性,不会发生明显的分馏,其中第一沉积旋回的下层盐上部样品具有相对较高的87Sr/86Sr比值,说明在第一次蒸发沉积过程当中,有部分陆源水的参与,且是在蒸发沉积的后期阶段。而上盐层在研究区内沉积厚度较薄,上覆地层主要为第四系粉砂岩、黏土等碎屑岩,并部分暴露出地表被河流水系所冲刷,这会对第三沉积旋回上盐层的保存产生一定影响,但从上盐层的87Sr/86Sr 比值来看,并不影响整个含盐系地层中87Sr/86Sr的综合比较,3 个沉积旋回含盐系地层反映了以海水为主要补给陆相水源少量参与的蒸发沉积特征。
老挝他曲研究区内样品硫同位素组成与张华等(2014)测得呵叻高原中晚白垩世含盐系地层中硬石膏 δ34S 值相似(14‰~17.7‰,均值 15.27‰)。 δ34S值总体偏小,且分布较为集中,这反映了钾盐矿层在沉积过程中快速沉积和海水稳定的补给的特点,这与在缺氧的强还原环境下有机质快速堆积沉淀的硫同位素组成不同(图3)。全球海洋硫酸盐的 δ34S 值记录显示,白垩纪海水 δ34S 值一般为 13.3‰~20‰。本研究中的测试结果显示,老挝甘蒙地区含盐系硬石膏δ34S值比白垩纪海水硫酸盐δ34S值略低,但基本落入同期海相蒸发岩 δ34S 值范围内,这表明研究区内钾盐矿床为海相成因。
4.2 形成环境
样品TWH01与样品TWH03岩盐硼同位素组成分别为 11.43‰ 和 10.15‰(表1),非常接近海相蒸发岩的下限(10‰),这可能是岩心样品取自盆地边缘,在沉积后改造和埋藏浅等共同作用下的结果。而样品 TWH02 岩盐硼同位素组成为 28.92‰,推测其与第二沉积旋回沉积厚度较大有关,第二沉积旋回时期,蒸发沉积比较剧烈。此外,陆相(0.0004%~0.0007%)和海相(0.0002%~0.0080%)沉积物中硼的含量都很低,没有明显的地球化学分异。然而,它们的同位素差异很大,这表明尽管钾盐矿中的硼含量极低,但岩盐中的硼同位素仍可以作为区分海相和非海相沉积环境的示踪剂。
3不同来源的δ11B比值范围图(除老挝数据外,其余数据均引自Palmer and Slack,1989Chaussidon and Marty,1995Shao,2000
4不同来源的87Sr/86Sr比值范围图(地幔地壳数据来源于Kelts,1987
5不同来源的δ34S比值范围图
表1图5中可以看出,所有样品的δ34S值具有总体偏小,分布较为集中的特点,这与具有有机质快速堆积,强还原环境的特点明显不同,如潜江凹陷古近系硫酸盐δ34S变化范围30.1‰~40.43‰(刘群,1987),东濮凹陷古近系δ34S变化范围28‰~33‰ (史忠生等,2005),四川盆地 δ34S 变化范围 27.8‰~35.9‰(林耀庭,2003)(图5)。说明在老挝甘蒙地区钾盐矿床形成过程中细菌的还原作用较弱,对同位素分馏影响不大。研究区内含盐系地层中并未见到黄铜矿、黄铁矿等可以指示还原环境的矿物,说明在钾盐矿形成过程中可能较长时间内处于氧化的沉积环境。与云南思茅盆地勐野井组中钾盐地层平均值为20.58‰的δ34S对比,其值与白垩纪晚期海相蒸发岩硫同位素组成相近,但平均值略高于甘蒙地区,通常情况下海侵并非持续性的,间接性的海水供给可能是导致研究区内硫同位素组成偏低的主要原因之一,在海水蒸发沉积过程中通常会收到周缘淡水的补给,抑或是深部热液的补给。
尽管老挝甘蒙地区含钾矿层中硼和锶含量极低,但硼和锶两种同位素特征在区分海相和非海相沉积环境方面显示出重要作用。结合δ11B和87Sr/86Sr 这两种同位素示踪剂,我们可以更深入地了解老挝甘蒙地区钾盐矿床的卤水来源。与典型的陆相成因的柴达木钾盐矿床相比,老挝甘蒙地区的钾盐矿床显示出截然不同的同位素特征,而与海相蒸发岩的 δ11B 和87Sr/86Sr 比值更为接近。这些同位素值的变化范围较小,表明在沉积过程中接受了相对稳定的海水供给。通常,只有在海湾或潟湖等稳定的海洋环境下,才可能形成大规模的钾盐矿床。因此,近年来的区域钻探和地球化学研究结果进一步支持了老挝甘蒙地区农波组地层中存在大规模钾盐矿床的观点。
硫同位素组成特征为我们提供了关于沉积环境的信息。老挝甘蒙地区钾盐矿床的δ 34S值总体偏小且分布集中,这与具有有机质快速堆积和强还原环境的特点明显不同。这表明在老挝甘蒙地区钾盐矿床形成过程中,细菌的还原作用较弱,对同位素分馏的影响不大。同时,研究区内含盐系地层中并未见到黄铜矿、黄铁矿等可以指示还原环境的矿物,进一步说明钾盐矿形成过程中可能较长时间内处于氧化的沉积环境。这些特征表明,老挝甘蒙地区的钾盐矿床形成于一个相对氧化且稳定接受海水补给的环境。
另外根据野外调查,根据盆地东北缘砂岩隆起,说明研究区成岩阶段,下部参朋组砂岩受到来自西南方向海浪的侵袭,致使盆地边缘出现规则条带状分布的长石石英砂岩,并且根据砾石与卵石呈规则的沉积序列。进一步佐证了老挝甘蒙地区含盐系地层是由海水供给沉积。
5 结论
(1)老挝他曲盆地钾盐矿床的成矿物质来源主要为海水。海侵时期海水的稳定供给是钾盐矿床形成的重要条件,同时也有陆源水或深部热液的参与。研究区处于盆地边缘,这一地理位置有利于海水和陆源水的混合,多来源水体混合为钾盐矿床的形成提供了丰富的物质来源。
(2)在第二沉积旋回时期,老挝他曲盆地沉积了巨厚的含盐系地层。这一时期海水的涌入和蒸发沉积作用的加剧为含盐系地层的沉积提供了有利条件。研究区内含盐系地层中未见到黄铜矿、黄铁矿等可以指示还原环境的矿物,钾盐矿形成过程中可能较长时间内处于氧化的沉积环境。
致谢  两位匿名审稿人详细审阅了全文并提出了宝贵的建设性修改意见,使论文质量得以显著提高,在此表示衷心感谢。
1研究区大地构造位置图(a)与地质简图(b,据张西营等,2010修改)
2老挝他曲盆地ZKXX钻孔岩性剖面及采样位置
3不同来源的δ11B比值范围图(除老挝数据外,其余数据均引自Palmer and Slack,1989Chaussidon and Marty,1995Shao,2000
4不同来源的87Sr/86Sr比值范围图(地幔地壳数据来源于Kelts,1987
5不同来源的δ34S比值范围图
1老挝他曲盆地农波组样品的同位素组成
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