云南蘭坪-思茅盆地和老撾鉀鹽礦床物質(zhì)來源新認(rèn)識(shí)

李明慧，顏茂都,2，方小敏,2，張?jiān)鼋?，孫淑蕊,4.中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所，北京000；2.中國(guó)科學(xué)院青藏高原卓越中心，北京000；.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京0007；4.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)北京00049

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云南蘭坪-思茅盆地和老撾鉀鹽礦床物質(zhì)來源新認(rèn)識(shí)

李明慧1，顏茂都1,2，方小敏1,2，張?jiān)鼋?，孫淑蕊1,4
1.中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所，北京100101；2.中國(guó)科學(xué)院青藏高原卓越中心，北京100101；3.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京100037；4.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)北京100049

摘要：云南蘭坪-思茅盆地勐野井鉀鹽礦與泰國(guó)—老撾的鉀鹽礦的成礦關(guān)系被認(rèn)為可能具有同源性，尤其深部熱液可能是其重要的物質(zhì)來源之一。針對(duì)該觀點(diǎn)氫氧同位素證據(jù)缺乏、且深部熱液到底是哪種熱液尚不清楚的問題，文中根據(jù)老撾鉆孔ZK2893中石鹽包裹體水的氫氧同位素分析結(jié)果：δ(18)O為-2.3‰～9.5‰，平均值為2.9‰，δD的范圍為-78‰～-150‰，平均值為-108.6‰，大部分小于-90‰；在δD-δ(18)O關(guān)系圖上，數(shù)據(jù)點(diǎn)均在交代熱液范圍內(nèi)，因此推斷，老撾鉀鹽成礦的深部熱液為大氣降水與圍巖形成的交代熱液，圍巖提供了重要的成礦物質(zhì)。此項(xiàng)分析還表明老撾的交代熱液溫度主要集中在150℃左右，即包裹體形成的溫度可能也在150℃左右，云南蘭坪—思茅石鹽包裹體的捕獲溫度為145℃左右，最高達(dá)170℃，二者比較接近，這為兩地鉀鹽礦同源的可能性提供了新的證據(jù)。

關(guān)鍵詞：鉀鹽；石鹽包裹體；氫氧同位素

云南蘭坪-思茅盆地的勐野井鉀鹽礦是我國(guó)重要的固體鉀鹽礦產(chǎn)，但規(guī)模小。相鄰的泰國(guó)呵叻盆地和老撾萬象盆地卻發(fā)育大型鉀鹽礦床。白堊紀(jì)晚期，泰國(guó)呵叻盆地、老撾沙空那空盆地鉀鹽礦床盆地和中國(guó)云南的思茅盆地處于同一北西向構(gòu)造帶上，它們之間可能水域相通，具有大致相同的古氣候古地理?xiàng)l件、沉積環(huán)境、物質(zhì)來源、生物群和成礦物質(zhì)（曲懿華等，1997，1998；Racey and Goodball，2009；鐘曉勇等，2012；秦占杰等，2013；Zhang et al.,2013; Wang et al.,2014;張華等，2014），以及相似的礦物組合、沉積韻律、Br含量、古流向等（曲懿華等，1997；Racey and Goodball，2009）這些現(xiàn)象說明云南鉀鹽礦床的成礦水體可能來源于呵叻-沙空那空盆地（包括老撾的萬象盆地）。既然如此，云南蘭坪-思茅盆地應(yīng)該有與泰國(guó)呵叻盆地和老撾萬象盆地相類似的大型的鉀鹽礦，至少比目前發(fā)現(xiàn)的儲(chǔ)量大。幾十年來學(xué)者們從不同方面對(duì)比研究，試圖在云南找到更多的鉀鹽，并解釋勐野井鉀鹽礦床規(guī)模小的原因。

物質(zhì)來源是鉀鹽礦床研究的重點(diǎn)，海水、陸源水和熱液水是三種可能的來源。海水是大型鉀鹽礦床最重要的物質(zhì)來源，因?yàn)楹Ｋ锈浐窟h(yuǎn)高于陸源水，而且目前發(fā)現(xiàn)的大型鉀鹽礦床都是以海水為主要物質(zhì)來源的。因此，即使云南勐野井和老撾的鉀鹽礦床都顯示為陸相沉積特征，但學(xué)者們也都找到了海相證據(jù)，如較高的Br/Cl比值、K/Na比值、微量海相礦物、高含量的重金屬元素、高硫同位素等，并推斷鉀鹽礦床的成因?yàn)椤昂Ｔ搓懴唷?，即兩個(gè)盆地的成鉀水具有同源性，早期確實(shí)有海水存在（曲懿華等，1998；郭遠(yuǎn)生，2005；Tan et al.,2010；高翔等，2013；王立成等；2014），而且二者鉀鹽成礦時(shí)代都在白堊紀(jì)（鐘曉勇等，2012；Wang et al.,2015）。因?yàn)殁淃}礦床表現(xiàn)為陸相沉積，所以鉀鹽析出時(shí)殘余海水應(yīng)該是不多的（Li et al.,2015）。除了海水補(bǔ)給外，深部熱液補(bǔ)給是鉀鹽礦床形成不可缺少的來源之一，目前主要證據(jù)是沉積層序、鹽類礦物和重金屬元素異常，如蒸發(fā)鹽垂直和水平分布中缺少碳酸鹽、鹽類礦物中出現(xiàn)溢晶石等（曲懿華等，1998；郭遠(yuǎn)生，2005）。熱液有三種類型：巖漿熱液、變質(zhì)熱液和交代熱液，而交代熱液又包括大氣降水熱液和海水熱液等（季克儉和呂鳳翔，2007）。老撾萬象、云南勐野井鉀鹽礦的熱液歸屬于哪一種？目前并沒有研究。本文的主要目的是從石鹽包裹體氫氧同位素的角度進(jìn)行分析，為深部熱液的存在提供證據(jù)、并鑒別熱液的種類。

1　地質(zhì)背景

蘭坪-思茅盆地為中生代陸相盆地，是受金沙江-哀牢山深斷裂和瀾滄江深斷裂所挾持的巨大斷裂盆地。它呈北西、南東向帶狀展布,向南進(jìn)入境內(nèi)，與老撾沙空那空盆地和泰國(guó)呵叻盆地毗鄰，共同組成一個(gè)規(guī)模巨大的裂谷盆地系（曲懿華等，1998）。盆地發(fā)育于滇西古特提斯多島洋構(gòu)造格局基礎(chǔ)之上，在古特提斯洋和新特提斯洋的開合過程中形成的，經(jīng)歷了多階段復(fù)雜的演化歷程。中三疊世，伴隨中特提斯洋開啟，地殼拉張裂陷，蘭坪-思茅中生代盆地原型開始形成；晚三疊世末—早侏羅世,由于受中特提斯關(guān)閉引起的造山運(yùn)動(dòng)的影響,下侏羅統(tǒng)普遍缺失；從中侏羅世開始,由于新特提斯洋開啟，盆地再次下沉接受中侏羅統(tǒng)—白堊系的沉積（曲懿華等，1998；廖宗廷和陳躍昆，2005）。喜馬拉雅造山運(yùn)動(dòng)使本區(qū)地殼大面積隆升,蘭坪-思茅盆地原型遭受強(qiáng)烈變形，繼而在中生代裂谷盆地基礎(chǔ)上疊加了新生代的拉分盆地。構(gòu)造演化控制了盆地沉降作用、沉積作用、火成活動(dòng)和構(gòu)造格架（廖宗廷和陳躍昆，2005）。

據(jù)研究，白堊紀(jì)時(shí)，我國(guó)云南蘭坪-思茅盆地與沙空那空—呵叻盆地處于同一構(gòu)造帶上，在盆地基底性質(zhì)、盆地發(fā)展、演化及沉積環(huán)境方面均有著相似之處(曲懿華，1997)。老撾他曲盆地屬于沙空那空盆地的一部分。該地區(qū)的巖石地層僅出露中二疊統(tǒng)—古近系，中二疊統(tǒng)與下伏前石炭系呈角度不整合接觸，為一套含火山巖夾煤的陸源碎屑沉積，形成于濱?！訚森h(huán)境，白堊系平行不整合于侏羅系之上，為河流—湖泊相的紅色陸源碎屑沉積比，古近系平行不整合于白堊系之上，為一套含膏鹽紅色陸源碎屑沉積，形成于河流—湖泊環(huán)境（嚴(yán)城民等，2006）。巖石地層特征可與蘭坪—思茅地區(qū)的勐野井組、等黑組相對(duì)比（曲懿華等，1998）。

2　樣品和方法

本文石鹽樣品取自老撾他曲盆地鉆孔ZK2893 （N17°11.1′,E104°49.367′），共37個(gè)樣品（圖1），主要分布在鉆深150～584 m之間，中間夾有石膏和泥巖層薄層。所選石鹽樣品均為透明石鹽，經(jīng)X射線分析，石鹽含量為99%～100%，基本不含其它礦物。樣品研磨至40～60目之間，進(jìn)行包裹體氫氧同位素的測(cè)試，其中氧同位素在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成，測(cè)試儀器為Deltav plus，氫同位素在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院測(cè)試，測(cè)試儀器為MAT253。

圖1　老撾—泰國(guó)與云南勐野井及鉆孔ZK 2893位置和鉆孔巖性圖（其中蘭坪-思茅盆地地質(zhì)圖引自尹漢輝等，1990）Fig.1 Locations of the Mengye potash deposit in Lanping-Simao Basin,Khorat Basin and Sakon Nakhon Basin and core ZK2893 （geological and tectonic map of Lanping-Simao Basin was after Yin et al.,1990)

3　結(jié)果和討論

老撾鉆孔的石鹽包裹體氧同位素值δ18O 為-2.3‰～9.5‰，平均值為2.9‰，大部分在-5‰～5‰之間；δD的范圍為-78‰～-150‰，平均值為-108.6‰，大部分小于-90‰（表1）。鉆深400～500 m之間的氧同位素變化較大，300～400 m之間氫同位素顯示較大的變化（圖2）。δ18O-δD關(guān)系圖中（圖3），熱液高嶺石線是季克儉與呂鳳翔（2007）劃定的交代水界線，熱液高嶺石線之上為交代水區(qū)域，風(fēng)化高嶺石線之上為風(fēng)化區(qū)。本文的數(shù)據(jù)一個(gè)落在熱液高嶺石線上，一個(gè)在風(fēng)化高嶺石線之上的風(fēng)化區(qū)，其余均在交代水的范圍內(nèi)，遠(yuǎn)離海水值（圖3）。因?yàn)閹r漿不能直接演化為熱液，巖漿結(jié)晶也不形成殘余溶液，巖漿熱液和巖漿期后熱液成礦理論沒有理論基礎(chǔ)，也不符合地質(zhì)事實(shí)（季克儉和呂鳳翔，2007），因此，即使有一個(gè)數(shù)據(jù)靠近巖漿水范圍，這里也不能考慮巖漿熱液成因。

表1　鉆孔ZK2893石鹽包裹體中的氫氧同位素Table1 δ18OandδDofhalitefluidinclusionfromZK2893inLaos

圖2　老撾鉆孔ZK2893石鹽包裹體水的氫氧同位素與深度的關(guān)系。Fig.2 Curves of δD and δ18O of halite fluid inclusions vs.depth in the core ZK2893 in Laos

交代水是大氣降水與巖石反應(yīng)生成的各種地?zé)崴嵋海俏ㄒ槐蛔C實(shí)的成礦熱液。不同溫度下的水—巖交換不同，氫氧同位素的曲線也不同（圖3）。水巖反應(yīng)過程中，由于巖石中的H含量很少，地?zé)崴械摩腄值基本不受影響；但是，如果大氣降水熱液在運(yùn)移過程中發(fā)生去氣現(xiàn)象，熱液中的δD就會(huì)升高，δD的變化說明熱液在運(yùn)移過程中有其它逃逸。大氣降雨的δ18O值比較低，而巖石的δ18O值高，水—巖交換過程中，δ18O會(huì)發(fā)生明顯的變化，包裹體水的氧同位素越大（即發(fā)生漂移），水—巖交換越強(qiáng)烈。所以，本文鉆孔ZK2893的石鹽水包裹體δ18O遠(yuǎn)離大氣雨水線，說明水—巖交換強(qiáng)烈，而大部分?jǐn)?shù)據(jù)分布在大氣降水與圍巖的理想曲線附近，主要集中在150℃曲線附近，指示包裹體形成時(shí)可能的溫度范圍。

蘭坪-思茅盆地石鹽包裹體的平均形成溫度為80～140℃左右，最高可達(dá)170℃，捕獲溫度為145℃左右（張芳等，2001），與上述老撾包裹體顯示的溫度范圍接近，說明二者具有同源鹵水的可能性。大量數(shù)據(jù)顯示，蘭坪-思茅盆地其它金屬礦的成礦熱液也來自大氣降水（劉家軍等，2000；徐啟東和李建威，2003；李志明等，2004；徐仕海等，2005；薛偉等，2012）。目前世界各地大多數(shù)地區(qū)（95%以上）的地?zé)崴畞碜援?dāng)?shù)氐挠晁傻V金屬來自巖石，成礦熱液不僅富含礦質(zhì)，而且可以沉淀出礦質(zhì)（Craig，1963；Shep?pard,1977；季克儉和呂鳳翔，2007）。因此可以推斷，云南勐野井鉀鹽礦成鉀溶液的來源也是大氣降水與圍巖相互作用形成的交代熱液，鉀鹽的成礦物質(zhì)主要來源于圍巖。

圖3　老撾鉆孔ZK2893石鹽包裹體水的δD-δ18O關(guān)系。Fig.3 δD-δ18O correlation diagram of halite fluid inclusions from core ZK2893 in Laos

地?zé)岚l(fā)育、地溫梯度異常高，是云南—老撾鉀鹽礦床交代熱液成因的一個(gè)地質(zhì)證據(jù)。研究認(rèn)為，熱液礦床都產(chǎn)于異常地溫梯度區(qū)內(nèi)，特別是高異常地溫梯度區(qū)（季克儉和呂鳳翔，2007）。云南—老撾處于環(huán)太平洋地震帶和地中海-喜馬拉雅地震帶的過渡地區(qū)，地震活動(dòng)頻繁，地?zé)岚l(fā)育，地溫梯度異常高，如云南騰沖平均地溫梯度為4.61℃/ 100 m，最高達(dá)15.5℃/100 m（吳乾蕃等，1988；趙慈平等，2006；袁玉松等，2006；張永雙等，2007）。較高的地?zé)岘h(huán)境加速了大氣降水與圍巖的反應(yīng)速度，使得更多的成礦物質(zhì)進(jìn)入熱液。新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)劇烈是地?zé)岙惓５闹饕颍ㄍ艟儼驳龋?990），在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中形成的裂谷為交代熱液涌入盆地提供了良好的通道。

鉆孔中δ18O和δD隨深度增加，出現(xiàn)了不規(guī)則的變化（圖2）。除了上述水巖反應(yīng)、熱液運(yùn)移中的去氣現(xiàn)象等影響因素外，蒸發(fā)作用也是一個(gè)不可忽視的原因：因?yàn)椋?）干旱是鉀鹽等蒸發(fā)鹽礦床形成的氣候條件，這種氣候條件下，強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用會(huì)導(dǎo)致水體δ18O和δD的值增高；（2）“太陽(yáng)池效應(yīng)”中的蒸發(fā)作用。鉀的鹽礦物析出時(shí)，水體鹽度大約是現(xiàn)代海水的90倍左右（Warren，1989），盆地底部高濃度的水體溫度遠(yuǎn)高于表面水體的溫度，因此這部分熱能也能使水分蒸發(fā)，導(dǎo)致熱液中δ18O和δD增高，這也是現(xiàn)代太陽(yáng)池的工作原理；（3）淡水的加入會(huì)降低δ18O和δD的值。

4　結(jié)論

老撾鉆孔石鹽包裹體水的氫氧同位素值分別為δ18O為-2.3‰～9.5‰，平均值為2.9‰，δD的范圍為-78‰～-150‰，大部分在-90‰～-130‰之間。老撾的成礦熱液為大氣降水與圍巖所形成的交代熱液，圍巖是鉀鹽成礦物質(zhì)的重要來源。

老撾鹽礦包裹體形成時(shí)的溫度可能在150℃左右，云南蘭坪—思茅石鹽包裹體的捕獲溫度為145℃左右，最高達(dá)170℃，二者比較接近，這為兩個(gè)盆地鉀鹽礦同源的可能性提供了新的證據(jù)。

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New Ideasonthe Originsof Potash Depositsin Yunnan Chinaand Laos

LI Minghui1，YAN Maodu1,2，F(xiàn)ANG Xiaomin1,2，ZHANG Zengjie3，SUN Shurui1,4
1.Institute of Tibetan Plateau Research,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100101; 2.CAS Center for Excellence in Tibetan Plateau Earth Sciences,Beijing 100101; 3.Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing 100037; 4.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049

Abstract:The Lanping-Simao basin in the southwestern China is located at the junction of the Eurasian and Indian Plates,and adjacent to a large potash deposit of Khorat Basin and Sakon Nakhon Basin in Thailand and Laos.Chinese scientists thought that the potash deposit in Lanping-Simao basin should be as large or important as that in Khorat Basin and Sakon Nakhon Basin.The relationship between Mengyejing potash in Lanping-Simao basin and potash deposits in the Sakon Nakhon Basin and Khorat Basins has long been discussed in many respects such as tectonic belt,depositional features,salt minerals,geochemical elements,and forming era.Many scientists thought that they had similar brine origins,and hydrothermal fluid was one important origin for the potash deposit.However,the ideas have received no supporting evidence.The type of hydrothermal fluid was not clear either.This study presents δ(18)O and δD of halite inclusions from a ZK2893 core in Laos to provide isotopic evidence for the idea.The values of δ(18)O are from -2.3 to 9.5‰with an average of 2.9‰,while those of δD are from -78 to -150‰with an average of -108.6‰.Most of δD was less than -90‰.The relationship between δ(18)O and δD shows that the hydrothermal fluid is metasomatic hydrothermal fluid which was originated from reactions between rainwater and surrounding rocks.Surrounding rocks are important origin for potash deposits.Most data were plotted near to the 150℃-curve in the δ(18)O-δD diagram.The possible forming temperature of halite inclusion in Laos could bebook=61,ebook=64about 150℃.On the other hand,the forming temperature of halite inclusion in Lanping-Simao Basin was about 145℃with the highest value of 170℃.The similar temperatures provide new evidence for their similar brine origins of the two basins.

Key words:potash deposit; halite inclusions; oxygen and hydrogen isotope

作者簡(jiǎn)介：李明慧，女，副研究員，從事環(huán)境礦物學(xué)研究；E-mail: liminghui@itpcas.ac.cn

基金項(xiàng)目：973項(xiàng)目（2011CB403006; 2013CB956401）；中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)B（XDB03020400）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41271100；41321061）

收稿日期：2015-04-30；修回日期：2015-07-09

DOI:10.16108/j.issn1006-7493.2015081

中圖分類號(hào)：P619.21+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-7493（2016）01-0060-06

First author: LI Minghui,Associate Professor; E-mail: liminghui@itpcas.ac.cn