王立成, 劉成林, 張 華

中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 國土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100037

華南地塊震旦紀(jì)晚期—早寒武世古大陸位置暨燈影組蒸發(fā)巖成鉀條件分析

王立成, 劉成林, 張 華

中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 國土資源部成礦作用與資源評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100037

海相鉀鹽的形成需要構(gòu)造、氣候和成鉀物源三者的耦合作用, 而構(gòu)造是首要控制因素。華南地塊發(fā)育震旦晚期—早寒武世燈影組海相蒸發(fā)巖, 本文通過古大陸位置、古緯度和古氣候、古地理以及古海水成分等文獻(xiàn)綜合分析, 提出燈影組沉積時(shí)期, 華南地塊位于印度大陸西北緣, 是岡瓦納大陸的一部分。華南地塊燈影組沉積與印度、巴基斯坦、阿曼、伊朗等地的同時(shí)期沉積相似, 并形成一個(gè)巨型的碳酸鹽臺(tái)地, 其中發(fā)育眾多的局限鹽盆地蒸發(fā)巖, 古氣溫最高可達(dá)40℃。同時(shí), 通過與巴基斯坦鹽嶺地區(qū)含鉀蒸發(fā)巖鹽嶺組的構(gòu)造-沉積背景對(duì)比, 表明兩者均為岡瓦納大陸北緣被動(dòng)大陸邊緣盆地沉積, 具有相似的蒸發(fā)巖沉積序列和形成條件。因此, 綜合來看, 認(rèn)為華南地塊燈影組具有必要的成鉀條件。

華南地塊; 燈影組; 古大陸位置; 蒸發(fā)巖

世界上的大部分鉀鹽資源都形成于海相沉積環(huán)境。幾乎所有巨型石鹽和鉀鹽沉積層是巨量海水滲入封閉-半封閉凹陷后蒸發(fā)析出形成(Warren, 2010)。這些巨厚的蒸發(fā)巖建造的形成, 還有賴于構(gòu)造與氣候的特殊配合。從國外大型鉀鹽礦的形成背景來看,海相鉀鹽的形成需要三大條件: 大型封閉盆地; 持續(xù)平衡的海水補(bǔ)給; 長(zhǎng)期干旱-極端干旱的氣候(劉成林等, 2010)。顯生宙以來每次造山運(yùn)動(dòng)和洋盆的打開, 都伴有巨量鹽類沉積(Warren, 2010), 這顯示出構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是控制大多數(shù)蒸發(fā)巖分布的首要因素。地質(zhì)歷史中有兩次大的石鹽沉積時(shí)期, 一次是從二疊紀(jì)三疊紀(jì)之交到早侏羅世末期, 約有 40%的顯生宙的石鹽沉積; 另一次就是在新元古代末期到早古生代期間(700—500 Ma)(Knauth, 2005), 前者與全球Pangea大陸的碰撞拼貼相關(guān), 后者則與 Ronidia超級(jí)大陸解體后的岡瓦納大陸形成相關(guān)。同時(shí), 這兩個(gè)時(shí)期也蘊(yùn)藏著豐富的鉀鹽資源(劉成林等, 2006;劉成林, 2013)。

中國是由若干小陸塊、微陸塊和造山帶拼合而成, 海相盆地規(guī)模較小, 同時(shí)古板塊比較活動(dòng)(鄭綿平等, 2010), 這些特殊性和復(fù)雜性制約了海相鉀鹽勘探。因此, 對(duì)古板塊發(fā)展演化、巖相古地理、古氣候等條件的研究對(duì)于中國古陸塊的進(jìn)一步海相找鉀顯得尤為重要。華南地塊主要發(fā)育晚震旦世、早—中寒武世和早—中三疊世三個(gè)時(shí)期的蒸發(fā)巖(鄭綿平等, 2010, 2012)。但由于晚震旦世—寒武紀(jì)石鹽層埋藏較深, 多在3000～4000 m以下, 找鉀難度大,宜開展預(yù)研究, 積累找鉀資料(鄭綿平等, 2006)。本文根據(jù)新近發(fā)表的資料, 分析了華南地塊震旦紀(jì)晚期—早寒武世華南地塊的古大陸位置、古氣候和古海水化學(xué)特征, 進(jìn)而通過蒸發(fā)巖的沉積特征與巴基斯坦鹽嶺含鉀蒸發(fā)巖進(jìn)行對(duì)比, 探討其成鉀條件。

1 震旦紀(jì)晚期—早寒武世華南地塊的古大陸位置恢復(fù)

揚(yáng)子(Yangtze Block)和華夏地塊(Cathaysia Block)經(jīng)過 Rodinia超級(jí)大陸聚合形成了華南地塊(South China Block, SCB)(Zhao et al., 2011)。按照國際文獻(xiàn)的慣例, 稱聚合后的地塊為SCB。

新元古代—早古生代SCB的位置一直存有爭(zhēng)議(Li et al., 1995, 2002; Yang et al., 2004; Yu et al.,2008; Wu et al., 2010; Duan et al., 2011, 2012), 爭(zhēng)議的焦點(diǎn)主要是該時(shí)期SCB是位于澳大利亞大陸西側(cè),作為岡瓦納大陸的一部分還是在澳大利亞大陸東側(cè)的一個(gè)分離的塊體。

1.1 古地磁研究

Li等(1995, 2002)提出SCB可能是澳大利亞和勞倫大陸之間的孤立塊體, 將其置于澳大利亞東部和勞倫大陸西北之間。Zhang等(1997)建議早古生代SCB應(yīng)在澳大利亞西北部。Evans等(2000)根據(jù)三峽地區(qū)新元古代蓮沱組沉積物的古地磁研究, 提出了新的高質(zhì)量的 Z1古地磁極(750 Ma), 并認(rèn)為 Li等(1995)和Zhang等(1997)提出的重建對(duì)于750 Ma的古地理都是無效的。Huang等(2000a)通過古地磁數(shù)據(jù)的總結(jié), 推斷在早寒武世, 華北、華南和塔里木均鄰近于東岡瓦納的南半球低緯地區(qū)。Macouin等(2004)通過晚新生代南沱冰磧巖和上覆的陡山沱組碳酸鹽的古地磁和同位素研究表明, SCB位于鄰近澳大利亞西部, 是岡瓦納大陸的一部分。同樣地,Yang等(2004)對(duì)揚(yáng)子地塊西北四川盆地中寒武世沉積物的古地磁研究, 獲得的高質(zhì)量數(shù)據(jù)也建議將SCB置于澳大利亞西北部。造成長(zhǎng)期以來這種爭(zhēng)議的主要原因在于, 缺少高質(zhì)量古地磁數(shù)據(jù), 目前在SCB僅獲得3個(gè)高質(zhì)量的古地磁極(Evans et al., 2000;Huang et al., 2000b; Yang et al., 2004), 因此需要在SCB中獲得更加可靠的高質(zhì)量的古地磁數(shù)據(jù), 特別是 700—500 Ma之間的古地磁數(shù)據(jù)(Evans et al.,2000)。

1.2 碎屑鋯石證據(jù)

近年來, 不少學(xué)者利用碎屑鋯石年齡和 Lu-Hf同位素體系進(jìn)行物源區(qū)的精確對(duì)比來約束SCB的位置, 但仍有分歧。Wu等(2010)通過武夷山褶皺帶新元古代末期—奧陶紀(jì)地層碎屑鋯石分析, 認(rèn)為 SCB有明顯的勞倫大陸親緣性而不是岡瓦納大陸。不過多數(shù)學(xué)者支持 SCB的岡瓦納大陸親緣性。Yu等(2008)通過對(duì)華夏地塊新元古代晚期碎屑鋯石的U-Pb年齡和Lu-Hf同位素研究, 認(rèn)為SCB在新元古代晚期與東印度—東南極洲相連, 而不是在澳大利亞東部和西勞倫大陸之間。Wang等(2010)的碎屑鋯石研究也表明華夏地塊是東岡瓦納大陸北緣的一部分。Hofmann等(2011)通過對(duì)比SCB和印度小喜馬拉雅新元古代末期砂巖碎屑鋯石年齡組成, 認(rèn)為兩個(gè)地塊在新元古代經(jīng)歷了至少一次同時(shí)的地殼生長(zhǎng),并且兩者的被動(dòng)陸緣均有同樣的物源, 因此表明了印度和SCB是彼此靠近的。Duan等(2011, 2012)通過對(duì)下志留統(tǒng)石英砂巖碎屑鋯石和 Hf同位素研究,也同樣表明在東岡瓦納大陸聚合期間, SCB應(yīng)該是作為東岡瓦納大陸的一部分, 與印度北部和澳大利亞西部相連。

1.3 沉積學(xué)證據(jù)

震旦紀(jì)晚期—寒武紀(jì)早期, 西至波斯灣, 經(jīng)伊朗、阿曼至印度、巴基斯坦, 存在著一個(gè)巨型的含鹽盆地(吳必豪, 1995), 而這些含鹽盆地的形成與岡瓦納大陸的裂離作用相關(guān)。Banerjee等(1999)指出, 通過 SCB與小喜馬拉雅、Rajasthan西部、伊朗和阿拉伯部分地區(qū)巖石組合相似性的對(duì)比, 可以用來約束新元古代晚期的古地理重建。Nie(1991)通過氣候敏感沉積物的分布研究, 并結(jié)合古地磁和生物古地理分析, 認(rèn)為 SCB在早古生代是東岡瓦納大陸的一部分。McKerrow等(1992)利用磷塊巖和蒸發(fā)巖的分布, 將 SCB置于鄰近印度—伊朗—阿拉伯大陸的位置。Jiang等(2003)通過小喜馬拉雅和華南地塊的震旦紀(jì)晚期(590—543 Ma)的地層對(duì)比發(fā)現(xiàn)在震旦紀(jì)晚期, SCB已經(jīng)位于臨近印度大陸西北的位置。

表1列出了中東伊拉克、阿拉伯灣、阿曼、伊朗到印度、巴基斯坦和四川長(zhǎng)寧震旦紀(jì)晚期—早寒武世地層沉積特征對(duì)比。該時(shí)期地層均為一套被動(dòng)大陸邊緣典型的淺海環(huán)境的碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖沉積組合。印度Rajasthan西部的Nagaur-Ganganagar盆地廣泛發(fā)育Hanseran蒸發(fā)巖群, 厚達(dá)652 m的蒸發(fā)巖層由7個(gè)蒸發(fā)巖旋回組成, 每個(gè)旋回含有硬石膏、石鹽、雜鹵石以及鉀石鹽等(Mazumdar et al., 2006)。波斯灣的很多盆地也有新元古代末期—早寒武世的蒸發(fā)巖沉積 Hormuz鹽組及其對(duì)應(yīng)地層, 其中尤以阿曼該時(shí)期的蒸發(fā)巖沉積最為著名。阿曼 Huqf群Ara組蒸發(fā)巖只在鉆孔發(fā)現(xiàn), 由兩個(gè)序列組成, 下部為蒸發(fā)巖序列, 由厚層的石鹽及伴生的硬石膏、頁巖、粉砂巖和薄層碳酸鹽巖組成; 上部為白云巖和灰?guī)r夾硬石膏的碳酸鹽序列(Gorin et al., 1982)。而在伊朗, Hormuz鹽組變?yōu)楹嗟陌自茙r、灰?guī)r、燧石和粉砂質(zhì)頁巖(Alsharhan et al., 1997)。進(jìn)一步通過蒸發(fā)巖沉積對(duì)比, 可以發(fā)現(xiàn)阿曼—印度—巴基斯坦—長(zhǎng)寧地區(qū)的蒸發(fā)巖具有相似性, 出現(xiàn)較一致的蒸發(fā)巖礦物組合, 如石膏、硬石膏、石鹽, 以及白云巖和灰?guī)r, 并且具有相似的蒸發(fā)沉積序列, 即從白云巖—硬石膏—石鹽—鉀鹽的序列(圖1)。這些海相蒸發(fā)巖沉積都是在新元古代晚期或是早寒武世早期,沿著岡瓦納大陸北緣, 在寬廣的碳酸鹽陸棚上彼此極其接近的裂谷地塹中形成(Peters et al., 1995)。因此,可以推斷該時(shí)期SCB與印度、阿拉伯同處于位置相鄰且構(gòu)造背景一致的位置(圖2)。

1.4 其它研究

除了在古大陸重建中常用的古地磁、碎屑鋯石年齡和沉積學(xué)手段外, 還有多位學(xué)者從其它角度進(jìn)行了研究。顏丹平等(2002)發(fā)現(xiàn)揚(yáng)子地塊西緣出露的一系列變質(zhì)雜巖為一套主體為與俯沖板塊有關(guān)的島弧型巖漿雜巖, 形成時(shí)代為726～864 Ma, 并與印度西北的變質(zhì)巖漿雜巖帶具有完全一致的構(gòu)造屬性,顯示了SCB親岡瓦納大陸的屬性。Zheng(2004)獲得了華南地塊東北緣榴輝巖和花崗片麻巖鋯石年齡700～800 Ma, 并且鋯石δ18O較低, 對(duì)應(yīng)于揚(yáng)子北緣Ronidia裂解的雙峰巖漿活動(dòng), 與印度、馬達(dá)加斯加等完全一致性, 因此將SCB置于岡瓦納東緣靠近印度的位置。

表1 中東、印度和巴基斯坦與華南長(zhǎng)寧地區(qū)震旦紀(jì)晚期—早寒武世地層Table 1 Late Sinian-Early Cambrian stratigraphy of Middle East, India, Pakistan and South China

古生物親緣性的研究也一直是古大陸重建的傳統(tǒng)方法。Ediacaran紀(jì)小殼動(dòng)物群的出現(xiàn)是新元古代末期—早寒武世的重要事件, Steiner等(2007)表明SCB早寒武世小殼生物化石大部分物種與塔里木有很強(qiáng)的相似性, 另外少部分物種與印度、伊朗具相似性。

1.5 古大陸位置

因此, 結(jié)合古地磁、碎屑鋯石、沉積學(xué)以及古生物、同位素等證據(jù), 盡管SCB的岡瓦納或勞倫親緣性之爭(zhēng)還無定論, 但越來越多的研究者傾向于SCB的岡瓦納大陸親緣性。同時(shí), 結(jié)合蒸發(fā)巖沉積對(duì)比, 本文認(rèn)為在震旦紀(jì)晚期—早寒武世早期, 華南地塊是岡瓦納大陸的一部分, 很可能位于印度大陸的西北部(圖2)。

2 華南地塊震旦紀(jì)晚期—早寒武世燈影組蒸發(fā)巖沉積特征

2.1 蒸發(fā)巖沉積分布

盡管習(xí)慣上將華南地塊燈影組歸于晚震旦世,但根據(jù)李勇(2002)的最新資料, 燈影組是一個(gè)穿時(shí)地層單位, 其上部可以至早寒武世早期, 因此本文將華南地區(qū)的燈影組碳酸鹽巖-蒸發(fā)巖沉積歸于震旦紀(jì)晚期—早寒武世早期。這時(shí)期的蒸發(fā)巖主要見于上揚(yáng)子。云南省地質(zhì)礦產(chǎn)局(1990, 1996)報(bào)道在滇東燈影組下部見石鹽假晶。據(jù)吳必豪(1995)研究, 四川長(zhǎng)寧燈影組鹽盆約20000 km2, 目前在寧1井和寧2井震旦系燈影組下部見石鹽礦, 其中長(zhǎng)寧1井見6層石鹽, 厚39.5 m, 長(zhǎng)寧2井見52 m厚的鈣芒硝層以及厚達(dá)240 m的石鹽層(魏東巖, 1999)。另外在湖北宜都、枝城燈影組也見有石膏和鈣芒硝產(chǎn)出(鄭綿平等, 2006)。

2.2 蒸發(fā)巖沉積特征

由于僅有長(zhǎng)寧2井進(jìn)行了巖屑錄井和部分取芯,我們對(duì)整個(gè)燈影組蒸發(fā)巖沉積的了解目前也局限在長(zhǎng)寧2井。燈影組含鹽系厚約460 m, 自下而上依次為碳酸鹽巖、硬石膏巖、石鹽巖、硬石膏巖、碳酸鹽巖, 構(gòu)成一個(gè)完整的海相蒸發(fā)巖沉積旋回, 即由海水不斷蒸發(fā)咸化的碳酸鹽—硫酸鹽—氯化物階段,到咸化后的淡化氯化物—硫酸鹽—碳酸鹽階段(吳必豪, 1995), 蒸發(fā)礦物組合包括白云石、硬石膏、鈣芒硝和石鹽, 并見脆鉀鐵礬, 整體以碳酸鹽巖為主,僅存在 2～3個(gè)由白云巖-石鹽的旋回, 厚度較小(圖1), 屬于燈影組一段沉積。前人資料顯示, 石鹽均為無色透明, 結(jié)晶粗大, 最大單晶達(dá)10 cm以上(中國鹽業(yè)總公司勘探隊(duì), 1981)。

圖1 阿曼—巴基斯坦—印度—華南長(zhǎng)寧震旦紀(jì)晚期—早寒武世蒸發(fā)巖柱狀圖(阿曼資料據(jù)Alsharhan et al., 1997; 印度資料據(jù)Mazumdar et al., 2006; 巴基斯坦資料據(jù)Jones, 1970;華南長(zhǎng)寧資料據(jù)中國鹽業(yè)總公司勘探隊(duì), 1981)Fig. 1 Lithostratigraphic columns of Oman, Pakistan, India and Changning of South China in the Late Sinian–Early Cambrian period(Oman data after Alsharhan et al., 1997;India data after Mazumdar et al., 2006; Pakistan data after Jones, 1970; Changning of South China data after Geological Survey Party of China Salt Corporation, 1981)

圖2 岡瓦納大陸中華南地塊位置復(fù)原(岡瓦納大陸底圖修改自Van der Voo, 1993; 華南地塊位置參考Jiang et al., 2003; Duan et al., 2011)Fig. 2 Position of South China Block in the Gondwanaland configuration (Gondwana map modified after Van der Voo,1993; the position of SCB modified after Jiang et al., 2003;Duan et al., 2011)

3 巖相古地理、古氣候與古海水化學(xué)特征

3.1 巖相古地理

晚震旦世陡山沱組沉積時(shí)期, 受蓮沱組“雪球地球”冰川融化影響, 全球海平面普遍上升, 發(fā)生廣泛海侵(萬天豐, 2004)。同時(shí), 本區(qū)的裂谷斷陷發(fā)育階段也結(jié)束, 開始了坳陷期碳酸鹽臺(tái)地的發(fā)育(Wang et al., 2003)。盡管全球海平面處于上升時(shí)期,但在局部地區(qū)相對(duì)海平面顯示出變淺的趨勢(shì), 如貴州地區(qū)(梅冥相等, 2006)。而到了燈影組晚期, 揚(yáng)子區(qū)開始了廣泛的海侵(梅冥相等, 2006), 進(jìn)入早寒武世筇竹寺期, 由于持續(xù)的拉張裂陷作用, 導(dǎo)致了海平面的最大上升, 燈影組碳酸鹽臺(tái)地被陸源黑色頁巖所覆蓋(水井沱組)(汪建國等, 2007)。燈影組沉積時(shí)期, 在上揚(yáng)子地區(qū)廣泛發(fā)育碳酸鹽臺(tái)地, 其中在臺(tái)地中部的珙縣、威信等地為薩布哈相, 在長(zhǎng)寧發(fā)育白云巖、含膏白云巖、石鹽巖、硬石膏巖等; 另外還發(fā)育有臺(tái)地淺灘鮞粒白云巖、瀉湖相薄層白云巖、粉砂質(zhì)頁巖等(馬永生等, 2010)。

3.2 古緯度與古氣候

早期的古氣候和古地磁研究表明, SCB在早寒武世位于北緯20°—30°之間(Nie, 1991)。Meert等(2008)的古地理重建表明SCB位于東岡瓦納大陸北緣, 處于北緯 15°—35°的位置。Macouin等(2004)通過晚新元古代南沱冰磧巖和上覆的陡山沱組碳酸鹽的古地磁和同位素研究表明, 在 600 Ma左右,SCB位于赤道以南, 古緯度 3°±4.5°。Yang等(2004)的古地磁研究表明, SCB位于赤道以北, 古緯度20°。前已述及, Yang等(2004)的古地磁極是目前SCB僅有的三個(gè)高質(zhì)量古地磁極之一, 因此予以采信。

古溫度的定量重建一般是基于同位素方法。Knauth(2005)通過氧同位素重建了前寒武紀(jì)大洋的溫度歷史, 表明從太古代到新元古代大洋溫度經(jīng)歷了由70℃到30℃左右的降低。Robert等(2006)通過硅質(zhì)巖的硅同位素研究恢復(fù)了前寒武紀(jì)大洋的古溫度曲線, 表明在新元古代末期, 古海水溫度在 30℃左右, 最高達(dá) 40℃。利用石鹽包裹體進(jìn)行古溫度重建也獲得了較為一致的認(rèn)識(shí)。Meng等(2011)研究了長(zhǎng)寧二井石鹽的原生流體包裹體, 獲得了最大的均一溫度為39.4±1℃, 主要為20～25℃。

結(jié)合古緯度和古溫度來看, 燈影組沉積時(shí)期SCB位于典型的副熱帶高壓帶內(nèi), 溫度較高, 最高溫度達(dá)40°, 形成了巨厚的鹽類沉積, 因此利于海水的進(jìn)一步蒸發(fā)濃縮, 形成鉀鹽礦物。

3.3 古海水化學(xué)特征

古大洋海水的化學(xué)成分在新元古代以來并不是一成不變(Lowenstein et al., 2001)。海水成分演化控制著海相鉀鹽的形成與演化(孟凡巍等, 2012)。一般而言, 海水中鈣離子相對(duì)硫酸根離子高的“方解石?！睍r(shí)期, 海水蒸發(fā)形成石鹽和鉀石鹽; 鈣離子相對(duì)硫酸根離子低的“文石?！睍r(shí)期, 海水蒸發(fā)形成石鹽和瀉利鹽。Kovalevych等(2006)通過鹽嶺地區(qū)新元古代末期鹽嶺組中重結(jié)晶石鹽的流體包裹體分析表明, 在650 Ma海水富硫酸根, 而在530 Ma, 海水又恢復(fù)到富鈣。因此, 在鹽嶺組沉積時(shí)期(有鉀石鹽和鉀鹽鎂礬礦物), 古海水中鈣離子相對(duì)較高。同樣地, SCB燈影組時(shí)期的古海水也利于鉀鹽形成。

4 華南地塊震旦紀(jì)晚期—早寒武世成鉀條件

4.1 與巴基斯坦鹽嶺組含鉀蒸發(fā)巖的對(duì)比

巴基斯坦含鉀蒸發(fā)巖主要分布在巴基斯坦西部Rawalpindi省鹽嶺地區(qū)的東部, 含鉀鹽系稱為鹽嶺組, 由于缺乏特征性的生物化石, 其時(shí)代尚不能確定, 因其在寒武系之下通常認(rèn)為是寒武紀(jì)底部(Infracambrian), 如 Wensink(1972), Klootwijk等(1986)和 Khan等(1986), 包括新元古代晚期到早寒武世早期。鹽嶺組為一套無色-灰白色, 粉色和紅色的巖鹽夾少量的褐色頁巖、粉砂巖和白色-灰色硬石膏和白云巖; 另外在鹽嶺組上部的白云巖和巖鹽夾層中有3～5 m厚的凝灰?guī)r和粗面熔巖; 代表了典型的正常海相蒸發(fā)巖序列(Jones, 1970)。鹽嶺組是一個(gè)以蒸發(fā)巖開始, 繼而以非海相-海相沉積交互, 最后轉(zhuǎn)為次生蒸發(fā)巖相的沉積序列(Kovalevych et al.,2006)。該組總厚度在地下超過2000 m(Gorin et al.,1982)。

上揚(yáng)子盆地在震旦紀(jì)晚期—早寒武世是岡瓦納大陸北緣的被動(dòng)大陸邊緣盆地, 由于在海岸帶和淺海環(huán)境持續(xù)的海水蒸發(fā), 形成了燈影組的蒸發(fā)巖沉積; 鹽嶺地區(qū)鹽嶺組的蒸發(fā)巖沉積也是在寒武紀(jì)前后, 印度北緣的被動(dòng)大陸邊緣盆地中局限淺海形成的。另外, 如圖2所示, 從伊朗—阿曼—印度—長(zhǎng)寧存在一個(gè)巨大的岡瓦納大陸北緣的碳酸鹽臺(tái)地, 從Holmuz鹽系、Ara組、Soltanieh組到鹽嶺組和燈影組, 都有厚層的碳酸鹽巖沉積(表 1)。因此, 二者具有完全一致的大地構(gòu)造背景和沉積環(huán)境。從沉積旋回來看, 鹽嶺組具有典型的海相蒸發(fā)巖序列, 在石鹽沉積之后形成鉀鹽, 而長(zhǎng)寧地區(qū)從僅有的一口取芯井來看, 也發(fā)育白云巖—硬石膏—巖鹽的序列,還未見鉀鹽礦物; 并且鹽嶺組具多個(gè)成鉀旋回, 而長(zhǎng)寧地區(qū)從鉆獲地層來看, 厚層石鹽沉積后卻出現(xiàn)鈣芒硝沉積(圖1)。

4.2 成鉀條件分析

一般而言, 成鉀的有利構(gòu)造環(huán)境是克拉通內(nèi)的臺(tái)地坳陷、被動(dòng)大陸邊緣、地塹帶、裂谷-塹溝等(鄭綿平等, 2010)。據(jù)統(tǒng)計(jì), 淺海、陸棚內(nèi)坳陷背景的鉀鹽占世界資源總量的64.90%; 地塹、裂谷和海灣盆地的資源占4.6%; 穩(wěn)定地臺(tái)、臺(tái)內(nèi)坳陷的資源量占29.31%(劉成林等, 2006)。華南地塊燈影組沉積時(shí)期,盡管之前經(jīng)歷了Rodinia大陸拼貼、碰撞造山, 構(gòu)造活動(dòng)較強(qiáng)烈, 但都在其邊緣, 而臺(tái)地內(nèi)部處于相對(duì)穩(wěn)定環(huán)境, 屬于典型的“構(gòu)造亞穩(wěn)定區(qū)的相對(duì)穩(wěn)定區(qū)”, 因而揚(yáng)子地塊內(nèi)的小坳陷相對(duì)穩(wěn)定, 且屬于岡瓦納大陸北緣的被動(dòng)大陸邊緣。據(jù) Warren(2010)統(tǒng)計(jì), 地質(zhì)歷史上各時(shí)代的鉀鹽礦床都分布在南北緯5°—30°帶內(nèi)。這主要是由于副熱帶高壓內(nèi)持續(xù)的蒸發(fā)形成的干旱-極端干旱條件。從華南地塊古緯度來看, 具有鉀鹽形成的古氣候條件。另外, 巨量鹽類的沉積都與大陸的拼合-離散相對(duì)應(yīng)(Warren, 2010)。如前所述, 華南地塊燈影組鹽類沉積即是岡瓦納大陸聚合裂解背景之下形成。另外, 華南地塊在燈影組沉積時(shí)期位于印度大陸西北緣, 并且在中東—印度—華南的大型碳酸鹽臺(tái)地中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了眾多鉀鹽盆地, 可以推測(cè)華南地塊的鹽盆地也應(yīng)具有成鉀可能。因此, 綜合大地構(gòu)造、古氣候、古地理和古海水化學(xué)特征等各個(gè)因素初步判斷, 華南地塊上揚(yáng)子地區(qū)震旦紀(jì)晚期—早寒武世具有成鉀的必要條件。

5 結(jié)論

(1)華南地塊震旦紀(jì)晚期—早寒武世是東岡瓦納大陸的一部分, 位于印度大陸的西北緣。

(2)燈影組具有與印度、巴基斯坦、阿曼和伊朗等地同時(shí)期沉積相似的特征, 并形成一個(gè)巨大的碳酸鹽臺(tái)地。

(3)燈影組和鹽嶺組均為岡瓦納大陸北緣被動(dòng)大陸邊緣盆地的沉積, 形成的蒸發(fā)巖具有相似的沉積序列和形成條件。

(4)華南地塊燈影組具有成鉀的必要條件。

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致謝: 本文寫作過程中得到了中國科學(xué)院南京地質(zhì)與古生物研究所的孟凡巍副研究員的鼓勵(lì)和幫助;期刊編輯部對(duì)文章編排提供了大量的幫助。在此一并致謝！

Tectonic and Sedimentary Settings of Evaporites in the Dengying Formation, South China Block: Implications for the Potential of Potash Formation

WANG Li-cheng, LIU Cheng-lin, ZHANG Hua
MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment, Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing100037

The formation of marine potash salts needs a coupled mechanism of tectonics, palaeoclimate, and source. Tectonic element is the primary controlling factor. A sequence of marine evaporites was developed in the Late Sinian–Early Cambrian Dengying Formation in South China Block (SCB). An integrated literature analysis of the position of continents, palaeo-altitude, palaeoclimate, palaeogeography, and seawater chemistry indicates that the SCB should be an integral part of Gondwana close to the northwestern margin of India. Deposits of the Dengying Formation are similar to those in India, Pakistan, Oman, and Iran. These deposits were deposited in a giant carbonate platform. Shallow restricted marine evaporites were developed in the carbonate platform with the highest temperature up to about 40 ℃ . A comparison of tectonic and sedimentary setting between SCB and Salt Range indicates that the evaporite-bearing Dengying and Salt Range formations were deposited in a shallow marine environment on the northern margin of the Gondwanaland passive continent and shared the similar evaporitic sequence and formation conditions. It is thus inferred that the Dengying Formation in the SCB has the essential conditions for the formation of potash deposits.

South China Block; Dengying Formation; position of continent; evaporite

P534.31; P588.247/01

A

10.3975/cagsb.2013.05.09

本文由國家“973”計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào): 2011CB403007)資助。

2013-04-24; 改回日期: 2013-07-19。責(zé)任編輯: 閆立娟。

王立成, 男, 1983年生。助理研究員。主要從事蒸發(fā)巖沉積地質(zhì)與礦床學(xué)研究。通訊地址: 100037, 北京市西城區(qū)百萬莊大街26號(hào)。電話: 010-68999877。E-mail: wayne-wlc3@126.com。