老撾甘蒙省晚白堊世農(nóng)波組下段孢粉分析及成鉀時代

鐘曉勇, 袁 秦, 秦占杰, 魏海成, 山發(fā)壽*

1)中國科學院青海鹽湖研究所鹽湖資源與化學重點實驗室, 青海西寧 810008;2)中國科學院研究生院, 北京 100049

老撾甘蒙省晚白堊世農(nóng)波組下段孢粉分析及成鉀時代

鐘曉勇1,2), 袁 秦1), 秦占杰1,2), 魏海成1), 山發(fā)壽1)*

1)中國科學院青海鹽湖研究所鹽湖資源與化學重點實驗室, 青海西寧 810008;2)中國科學院研究生院, 北京 100049

老撾含鹽地層農(nóng)波組成鹽及成鉀時代的研究對于闡明整個呵叻盆地的演化規(guī)律和鉀鹽礦床成因有著重要意義。在農(nóng)波組的年代學問題上, 國內(nèi)外學者還存在著很大的分歧。本文通過對老撾甘蒙省文泰礦區(qū)ZK012鉆孔鉀鹽層上覆泥巖的孢粉分析, 結(jié)果表明其孢粉組合Classopollis-Ephedripites-Exesipollenites, 結(jié)合Callistopollenites、Normapolles、Cicatricosisporites、Clavatipollenites、Asteropollis等特征分子的發(fā)現(xiàn), 我們將該孢粉組合時代定為晚白堊世的土倫期-桑頓期; 孢粉及沉積相所反映的氣候環(huán)境為干旱炎熱的熱帶-亞熱帶環(huán)境。同時, 通過對同區(qū)域的ZK309鉆孔對比分析, 該鉆與ZK012鉆孔具有相似的沉積序列, 鉆孔底部出現(xiàn)的蒸發(fā)巖與砂巖的不整合面, 標志著一次構(gòu)造運動, 呵叻湖盆邊緣隆升封閉, 使鹵水在這種較大的圈閉構(gòu)造內(nèi)得以留存, 并在持續(xù)干旱炎熱的氣候條件下沉積了巨厚的鉀鹽礦床。

老撾; 鉀鹽; 孢粉; 不整合面

呵叻高原位于泰國東北部和老撾中部, 普潘隆起將其分割為北部的沙空那空盆地和南部的呵叻盆地(鐘維敷等, 2003)。兩個盆地在晚白堊紀廣泛發(fā)育蒸發(fā)巖沉積(Hite et al., 1979; Tabakh et al., 2003), 其中鉀鹽礦資源相當豐富, 可進入世界最大的鉀鹽沉積礦床之列(Hite et al., 1979; Utha-Aroon, 1993; Fan,2000)。根據(jù)最新鉆探資料, 預計儲量能達到420億噸(Tabakh et al., 2003), 該區(qū)鉀鹽資源的開發(fā), 將大大緩解我國工農(nóng)業(yè)缺鉀的現(xiàn)狀; 我國云南蘭坪—思茅盆地與沙空那空盆地、呵叻盆地處于同一構(gòu)造帶,盆地基底、盆地的形成、構(gòu)造演化及沉積環(huán)境均有相似之處(曲懿華, 1997; 李興振等, 2004)。因此, 該區(qū)鉀鹽礦床的研究, 可以為我國蘭坪—思茅盆地鉀鹽礦床的尋找和研究提供重要借鑒。

呵叻盆地含鹽地層在不同地區(qū)有不同名稱, 在老撾甘蒙及沙灣拿吉地區(qū)稱為農(nóng)波組, 老撾萬象地區(qū)則為塔貢組, 在泰國境內(nèi)稱為馬哈薩拉堪組(Maha Sarakham Fm.), 實際上指的是同一套地層,本文中將其統(tǒng)稱為農(nóng)波組。Gardner等(1967)將馬哈薩拉堪組年齡定為晚白堊世到始新世; David在總結(jié)法國、泰國、日本地質(zhì)專家資料基礎上, 編著了《柬埔寨、越南南部、老撾和泰國東部地質(zhì)構(gòu)造》一書,認為含鹽層系屬晚白堊世(David, 1977); 國內(nèi)學者(云南省地質(zhì)調(diào)查院、青海省核工業(yè)地質(zhì)局等)通過對云南蘭坪—思茅盆地和老撾萬象盆地鉀鹽的對比研究認為該組時代應該屬于古近紀而非晚白堊世(郭遠生等, 2005; 馮明剛等, 2005; 雷愛全等, 2010)。實際上目前對呵叻盆地和沙空那空盆地內(nèi)地層的劃分尚存在較多爭議(表1)。

孢粉學作為確定地質(zhì)時代和地層對比研究的一個重要手段被廣泛應用(王開發(fā)等, 1982; 李建國等,2005)。本文通過對ZK012鉆孔巖芯鉀石鹽層上覆灰綠色泥巖進行孢粉學分析, 并結(jié)合對ZK309終孔處發(fā)現(xiàn)的不整合面沉積特征判斷, 探討了該區(qū)含鹽地層中鉀鹽礦的沉積時代。

1 區(qū)域背景

研究區(qū)位于沙空那空盆地東北緣的老撾中南部甘蒙省他曲縣(圖 1), 其南部與沙灣拿吉盆地相鄰,相當于呵叻盆地內(nèi)部的次級凹地(劉成林等, 2009)。在大地構(gòu)造背景中, 呵叻盆地處于東印支地塊和歐亞板塊的邊緣, 其基底為晚元古代(中國地質(zhì)科學院,1994)。其南、西及東北三面分別被北柬埔寨、南烏江、湄公河深大斷裂控制, 構(gòu)成一個獨特的長期持續(xù)下降的凹陷帶, 此凹陷帶中沉積了大量的中新生代紅色碎屑巖建造。雖然后期的構(gòu)造變動產(chǎn)生了一些斷裂和隆起, 形成了呵叻、沙空那空和沙灣拿吉等大小不等的盆地, 但它們之間在特定時期內(nèi)具有大致相同的古氣候條件、沉積環(huán)境、物質(zhì)來源, 并具有基本相同成礦物質(zhì)。因而, 地層系統(tǒng)、含礦特征極為相近。本區(qū)成礦物質(zhì)主要來源于海水(程懷德等, 2010), 故在海侵期水域相通, 相互間可建立地層對比(曲懿華, 1997; 李興振等, 1998)。

圖1 呵叻盆地及礦區(qū)鉆孔示意圖(據(jù)韓元紅, 2011)Fig. 1 Geological sketch map of Khorat plateau and drilling locations in the mining area(after HAN Yuan-hong, 2011)

2 研究方案

本區(qū)礦層主要賦存于農(nóng)波組下段(嚴城民等,2006), 本文選取了該礦區(qū)的兩個鉆孔: 甘蒙—沙灣拿吉 ZK012號鉆孔和 ZK309鉆孔, 兩個鉆孔具有相似的沉積序列, 并在 ZK309終孔處發(fā)現(xiàn)了硬石膏與下伏砂巖層的不整合面(圖2)。本文對ZK012鉆孔巖芯開展了孢粉學分析, 取樣位置為鉀鹽層上部的灰綠色泥巖層(圖3), 取樣間隔為1 m, 共獲取8個樣品。

我們采用常規(guī)酸堿處理法, 對ZK012鉆孔泥巖樣品進行孢粉提取和研究, 發(fā)現(xiàn)了可觀的孢粉化石。

3 實驗結(jié)果

ZK012灰綠色泥巖層中所取的 8個樣品中(LW01至 LW08), 均獲得豐富的孢粉, 孢粉分析結(jié)果表明樣品中裸子植物花粉含量較高, 百分含量為81.4%～100%, 平均為 90.7%, 蕨類孢子次之, 其百分含量為 7.7%～13.6%, 平均為 10.2%。被子植物花粉最少, 僅少量出現(xiàn)于LW03、LW04、LW05、LW07中, 百分含量0.5%～5.1%(表2)。

其中蕨類孢子中主要有:Cyathidites、Punctatisporites、Verrucosisporites、Pterisisporites、Deltoidoiporaties、Gabonisporis、Cicatricosisporites、Osmundacidites、Trisolissporites、Cibotiumspora、Simhanasporites、Appendicisporites。裸子植物花粉主要有:Classopollis、Ephedripites、Exesipollenites、Jugella、Araucariacites、Podocarpidites、Cycadopites、Perinopollenites。被子植物花粉主要有:Callistopollenites、Asteropollis、Tricolpites、Normapolles、Hammenia、Clavatipollenites、Retitricolpites、Monocolpopollenite。

裸子植物花粉在本組合中占據(jù)優(yōu)勢地位, 其中Classopollis、Ephedripite、Exesipollenites含量較高,共占到全部花粉含量的 41%,Jugella、Araucariacites、Podocarpidites、Perinopollenites、Cycadopites等也常見到, 可占到孢粉總數(shù)的15.4%(圖 4)。Pinus含量較少, 僅分布在 LW07、LW08樣中, 分別為 0.5%和 1.9%; 蕨類孢子中, 出現(xiàn)最多的是Deltoidoiporaties, 分布于 5個樣中, 平均含量為 4.2%。其次是Cyathidites,平均含量為 1.17%。Pterisisporites、Gabonisporis等含量較少但出現(xiàn)頻率較高, 還有Osmundacidites、Trisolissporites、Appendicisporites、Cicatricosisporites等在個別樣中少量出現(xiàn); 被子植物花粉含量較低, 其中以Clavatipollenites出現(xiàn)的頻率略高, 在 LW05樣和LW07樣中含量分別為 4.2%和 0.5%。另有Callistopollenites、Asteropollis、Tricolpites Normapolles、Retitricolpites、Monocolpopollenites在個別樣中出現(xiàn), 含量較少。

4 討論

4.1 地層時代

圖2 ZK012泥巖和ZK309不整合面示意圖Fig. 2 Mudstone of ZK012 and unconformity of ZK309

圖3 礦區(qū)鉆孔柱狀圖Fig. 3 Borehole columnar section of the mining area

ZK012鉆孔孢粉組合以Classo pollis-Ephedripites-Exesipollenites為主。Classopollis在我國新疆塔里木盆地西部庫克拜組、東巴組, 云南江城勐野井組, 吉林扶余泉頭組等各地白堊統(tǒng)地層中常有產(chǎn)出(宋之琛等, 1986; 張一勇, 1993, 1999);Exesipollenites在新疆塔里木盆地西部庫克拜組、東巴組, 廣東三水盆地及其他各地上白堊統(tǒng)地層中也均有發(fā)現(xiàn)(宋之琛等, 1986; 張一勇, 1993, 1999);Ephedraceae在廣東三水盆地白鶴洞組、江蘇北部盆地泰州組白堊系地層中也屬主要分子(宋之琛等,1986; 張一勇, 1996)。組合中出現(xiàn)頻率較高的還有Jugella, 它常見于白堊紀地層中, (董寶林等, 1991;張一勇等, 2000)。另外被大量發(fā)現(xiàn)于我國晚白堊世到早第三紀地層中的蕨類孢子也均有產(chǎn)出, 如:Deltoidoiporaties在5個樣中含量較高, 平均含量達4.2%,Gabonisporis出現(xiàn)在三個樣中, 平均含量為1.97%,Cyathidites為 1.17%,Osmundacidites為2.34%。少量出現(xiàn)的蕨類孢子有Punctatisporites、Verrucosisporites等。更重要的是, 我們在LW05中發(fā)現(xiàn)了僅存在于白堊紀的孢子Trisolissporites, 含量為 0.8%, 它常被認為白堊紀的標志分子(張一勇,1993, 1999), 故本組合時代確定在白堊紀無疑。

樣品中出現(xiàn)的少量被子植物花粉對于進一步確定地質(zhì)時代具有重要的意義。本組合中出現(xiàn)的主要有Clavatipollenites、Asteropollis 、Retitricolpites、Hammenia, 此類較古老被子植物花粉產(chǎn)出的代表層位是二連盆地早白堊世晚阿爾必期哈達圖組上部(張一勇, 1999; 花如洪, 1991), 其出現(xiàn)從早白堊世一直延續(xù)到晚白堊土倫期(張一勇, 1993),Asteropollis在江西湖北地區(qū)土倫期至桑頓期的地層中尚有發(fā)現(xiàn), 它們與蕨類植物和裸子植物Cycadopites、Trisolissporites、 Gabonisporis、 Jugella共生常見于晚白堊世賽諾曼期, 代表性產(chǎn)出層位是新疆塔里木盆地西部賽諾曼期庫克拜組上段, 其中三花孢、無突肋紋孢、蘇鐵粉一直延續(xù)到桑頓期(張一勇等,2000; 宋之琛等, 1989)。上述花粉中Clavatipollenites、Asteropollis出現(xiàn)的時代不早于晚巴列姆期(宋之琛等, 1986; 張一勇, 1999)。Hammenia在早、中阿爾必期才開始出現(xiàn)(張一勇,1999)。Trisolissporites、Gabonisporis、Jugella、Cicatricosisporites在東南亞地區(qū)土倫期至桑頓期地層中也能少量見到(張一勇, 1993, 1999; 張一勇等,2000), 桑頓期后再未發(fā)現(xiàn)相關(guān)報道。此外,Callistopollenites在坎佩尼期最為繁盛, 在土倫期至桑頓期的地層中也曾有產(chǎn)出(張一勇, 1993; 余靜賢等,1988)。Normapolles在土倫早期開始出現(xiàn), 美國亞拉巴馬州土倫期Raritan組和大西洋沿岸的土倫至桑頓期Tuscaloosa組至Magothy組也發(fā)現(xiàn)了較多的正型類分子(張一勇, 1993); 正型粉和華麗粉等晚白堊世坎佩尼期比較繁盛的分子(李建國等, 2008)含量極少,在本組合中只是零星可見, 其孢粉組合時代應當未進入坎佩尼期。綜上所述, 考慮到組合中出現(xiàn)了高含量的克拉梭粉、隱孔粉、麻黃粉, 少量的無突肋紋孢、縱肋單溝粉、哈門粉、加蓬孢, 以及極少量的正型粉、華麗粉等因素, 將孢粉組合所指示的時代定為晚白堊世土倫期至桑頓期是適宜的, 也不排除其進入賽諾曼期的可能性。

表2 ZK012鉆孔孢粉百分含量Table 2 Percentage of sporo-pollen from core ZK012

圖4 老撾鉆孔孢粉百分含量Fig. 4 Pollen percentages of selected taxa from core and outcrop sections in Laos

4.2 古氣候環(huán)境

根據(jù)上述研究結(jié)果, ZK012鉆孔孢粉組合中含有豐富的Classopollis和Exesipollenites, 廣東三水盆地白鶴洞組的孢粉組合以克拉梭粉、隱孔粉、麻黃科分子豐富以及被子植物較少為特征, 所反映的氣候為干旱的熱帶或亞熱帶氣候(宋之琛等, 1986)。類似的組合在晚白堊的大塱山組也曾經(jīng)出現(xiàn), 反映的氣候為較干旱的亞熱帶氣候(余靜賢等, 1988), 這些都是耐旱的或適應海濱鹽堿地的植物(宋之琛等,1986; 李建國等, 2008)。晚白堊世中國中原區(qū)和南方區(qū)的孢粉植物群也以Classopollis為優(yōu)勢特征, 反映的是干旱或半干旱亞熱帶氣候。與Exesipollenites有親緣關(guān)系的現(xiàn)代麻黃科(Ephedraceae)植物大多生長在熱帶-亞熱帶-溫帶干旱環(huán)境中, 屬耐旱性植物。同時組合中未發(fā)現(xiàn)兩氣囊類裸子植物, 而蕨類孢子的類型相對也較為單調(diào)。因此、根據(jù)上述分析認為研究區(qū)在這一時期以炎熱干旱氣候為主, 這與鉀鹽成礦時所需的持續(xù)干旱氣候是吻合的。

結(jié)合對巖芯沉積相分析: 泥巖(圖2)自下而上的變化為: 青灰、深灰色的泥巖→青灰、棕褐雜色的泥巖→棕褐色的泥巖, 表現(xiàn)了從深水還原環(huán)境-淺水氧化環(huán)境的轉(zhuǎn)變; 從蒸發(fā)巖來看, 下膏鹽層由含石膏的巖鹽轉(zhuǎn)變?yōu)殁浭}巖或光鹵石巖, 本身也表現(xiàn)出了成鹽作用逐步增強的過程, 也就是從深水環(huán)境向淺水環(huán)境的逐漸過渡。

綜上所述, 我們推斷研究區(qū)從賽諾曼期-土倫期的氣候應該是炎熱的熱帶-亞熱帶環(huán)境。

4.3 鉀鹽成礦

與ZK012鉆孔同區(qū)域(圖1)的ZK309鉆孔底部發(fā)現(xiàn)了硬石膏與砂巖之間的不整合面, 而該不整合面在該地區(qū)廣泛存在(郭遠生等, 2005), 時代略早于ZK012鉆孔的孢粉時代, 其代表的地質(zhì)構(gòu)造運動應發(fā)生于晚白堊早期, 筆者推斷與燕山運動相關(guān)。

有證據(jù)表明燕山晚期南中國地區(qū)的強烈陸內(nèi)匯聚作用(李興振等, 1998), 使沉積盆地范圍不斷收縮而呈串珠狀(李興振等, 1998), 先期古海水在北部的羌塘盆地沉積了碳酸鹽和硫酸鹽(陳明等, 2005; 吳滔等, 2010), 筆者推測隨著構(gòu)造運動發(fā)展, 后期遷移的改造鹵水在蘭坪—思茅盆地形成缺失碳酸鹽的巖鹽沉積, 最后在呵叻盆地得以留存, 并在白堊紀干旱的氣候條件下出現(xiàn)鉀鹽礦沉積。

5 結(jié)論

1)甘蒙省 ZK012鉆孔的孢粉組合為Classopollis-Ephedripites-Exesipollenites, 所反映的氣候為炎熱的熱帶-亞熱帶環(huán)境, 含鹽地層時代為晚白堊世的土倫期至桑頓期。

2)ZK309鉆孔底部出現(xiàn)的蒸發(fā)巖與砂巖之間的不整合面, 標志著一次重要的構(gòu)造運動, 使呵叻湖盆東南部隆升封閉, 使鹵水在這種較大的圈閉構(gòu)造內(nèi)得以留存, 在持續(xù)干旱的氣候條件下沉積了巨厚的鉀鹽礦床, 其成礦時代應不晚于桑頓期。

綜上所述, ZK012鉆孔孢粉組合特征反映的呵叻盆地邊緣鉀鹽礦的成礦時代, 由于鉆孔數(shù)量及分布區(qū)域的限制, 本文僅研究了盆地邊緣的鉆孔資料,尚缺乏盆地內(nèi)部和其它區(qū)域的數(shù)據(jù)對比, 可望在今后的工作中得到進一步的補充和完善。

致謝: 本文的孢粉提取和鑒定工作得到了中國科學院南京古生物研究所李建國老師和河北師范大學許清海教授的悉心指導; 評審專家、編輯及中國科學院青海鹽湖研究所張西營副研究員在文章修改中提供了寶貴的建議, 在此表示衷心的感謝！

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The Sporo-pollen Analyses and Ore-forming Age of Nong Bok Formation in Khammouane, Laos

ZHONG Xiao-yong1,2), YUAN Qin1), QIN Zhan-jie1,2), WEI Hai-cheng1), SHAN Fa-shou1)
1)Key Laboratory of Salt Lake Resources and Chemistry, Qinghai Institute of Salt Lake, Chinese Academy of Sciences,Xining, Qinghai810008;2)Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing100049

The study of salt-bearing strata in Laos has an important significance for clarifying evolution law and potash deposit genesis in the whole Khorat plateau and its sub-basin. There has existed controversy among researchers both in China and abroad concerning the age of salt-bearing strata. The authors analyzed sporopollen over the potassium salt layer of ZK012 in the Wentai mining area of Khammouane, Laos. According to the characteristics of sporopollen, the authors define it asClassopollis-Ephedripites-Exesipollenitesassemblage. In combination with the discovery of the index fossils ofCallistopollenites,Normapolles, Cicatricosisporites,Clavatipollenites, AsteropollisandTrisolissporites, the authors hold that the age of sporopollen assemblage in ZK012 drill hole is between Turonian and Santonian of Late Cretaceous, and the climate condition should be a hot,tropical and south subtropical environment. A comparative analysis of the sedimentary characteristics of ZK309 drill hole was also made, which has the same depositional sequence as ZK012. In addition, the unconformity between the evaporate and the underlying sandstone was found at the bottom of ZK309. On such a basis, the authors consider that the Yanshanian movement in early Late Cretaceous caused the rising of the earth crust and the tectonic deformation of this area. Ancient seawater was retained in the big trap structure of Khorat basin along with the regression, and evaporites were deposited under the condition of subsequent arid climate.

potash salt; Laos; sporopollen; unconformity

Q914.81; P578.32; Q911.6

A

10.3975/cagsb.2012.03.06

本文由國家973項目“中國陸塊海相成鉀規(guī)律及預測研究”(編號: CB403006)資助。

2012-01-23; 改回日期: 2012-03-31。責任編輯: 魏樂軍。

鐘曉勇, 男, 1985年生。碩士研究生。主要從事鉀鹽礦床及古生物地層學研究。通訊地址: 810008, 青海省西寧市城西區(qū)新寧路18號。E-mail: zxyyxz618@163.com。

*通訊作者: 山發(fā)壽, 男, 1963年生。研究員。主要從事鉀鹽礦床及古生物地層學研究。通訊地址: 810008, 青海省西寧市城西區(qū)新寧路18號。電話: 0971-6330530。E-mail:。