張華，劉成林，王立成，方小敏

1)中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京，100037； 2)國(guó)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； 3)中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所，北京，100101；

內(nèi)容提要: 老撾含鹽盆地白堊紀(jì)時(shí)期位于新特提斯域東南部，晚白堊世沉積了巨型鉀鹽礦床。其中，萬(wàn)象東南部的他曲盆地鉆孔含鹽系中硬石膏δ34SV-CDT值集中分布在13.8‰～15.3‰，與同期海相蒸發(fā)巖δ34S值近似，表明石膏為海相成因。據(jù)此，也進(jìn)一步證實(shí)老撾含鹽盆地成鉀物質(zhì)大多來(lái)自于同時(shí)期的古海水，但同時(shí)也受到大陸水的摻雜。依據(jù)老撾含鹽盆地與思茅盆地鉀鹽礦床沉積時(shí)代相近，同時(shí)結(jié)合勐野井組石膏硫同位素組成，筆者初步認(rèn)為兩盆地在硫同位素組成上具有相近的海源特征，推斷它們?cè)诤Ｇ制诳赡茉B通。

現(xiàn)今的呵叻高原包括泰國(guó)東北部和老撾中部，近東西走向的普潘隆起將高原分為兩個(gè)盆地：北部的沙空那空盆地和南部的呵叻盆地(Hite，1974；Hite and Japakasetr，1979)。白堊紀(jì)時(shí)期，兩個(gè)盆地內(nèi)蒸發(fā)巖廣泛發(fā)育，鉀鹽預(yù)計(jì)儲(chǔ)量能達(dá)到420億噸(Tabakh et al.，2003)，其豐富的鉀鹽儲(chǔ)量使其已成為世界上最大的鉀鹽沉積礦床之一(Fan，2000)。已有研究表明，我國(guó)云南蘭坪—思茅盆地與沙空那空—呵叻盆地在白堊紀(jì)時(shí)期處于同一構(gòu)造帶上，其在盆地基底性質(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；李興振等，2004，Wang Licheng et al.，2014)。因此，對(duì)呵叻高原鉀鹽礦床成鹽物質(zhì)來(lái)源、礦床成因等問(wèn)題的厘清，可以為我國(guó)蘭坪—思茅盆地鉀鹽礦床的研究提供重要的借鑒和指導(dǎo)。

與鉀鹽礦床的勘探和開(kāi)發(fā)相比，呵叻高原鉀鹽礦床系統(tǒng)的科學(xué)研究目前仍顯得較為薄弱，其成鹽物質(zhì)來(lái)源等方面仍存在爭(zhēng)議，爭(zhēng)議的焦點(diǎn)則是成鹽物質(zhì)來(lái)源是否是海源(相)或者陸源(相)。Hite(1974)、Hite 和 Japakasetr(1979)依據(jù)石鹽中Br的含量及其在縱向上的變化趨勢(shì)與海相蒸發(fā)巖相似，認(rèn)為成鹽物質(zhì)應(yīng)來(lái)自海水，并在這一時(shí)期可能存在一個(gè)所謂的“呵叻?！?。之后， 類似的觀點(diǎn)相繼被Sundharovat(1976)、Thiramongkol(1978)所引用，他們同樣認(rèn)為泰國(guó)東北部鉀鹽可能與海侵有關(guān)或者巖鹽是在晚白堊世內(nèi)陸?；?yàn)a湖環(huán)境中形成。此外，石鹽流體包裹體中的硼同位素組成，也反映了成鹽物質(zhì)的海源性(Tan Hongbing et al.，2010)。然而，由于缺乏碳酸鹽巖等典型海相沉積證據(jù)，呵叻鉀鹽盆地曾被認(rèn)為是在干旱沙漠環(huán)境中形成的一個(gè)內(nèi)陸超鹽化湖泊(Utha-Aroon，1993；Racey and Goodall，2009；Meesook，2000)。此后，Garrett(1996)在對(duì)呵叻高原、巴西塞爾希培盆地以及西非剛果—加蓬盆地鉀鹽沉積特征進(jìn)行對(duì)比后，認(rèn)為含鹽地層是在陸相環(huán)境中沉積。而基于呵叻和沙空那空盆地均缺少M(fèi)gSO4鹽的事實(shí)，Warren(1999)也提出鹵水可能來(lái)源于大陸的觀點(diǎn)。

對(duì)海水硫酸鹽及石膏的硫同位素研究表明，石膏沉積時(shí)造成的同位素分餾十分微弱、甚至可以忽略不計(jì)(Holser and Kaplan，1966)，在石膏形成過(guò)程中海水母液和石膏的同位素差值僅為0‰～2.4‰(Ault and Kulp，1959；Thode et al.，1961；Thode and Monster，1965；Raab and Spiro，1991)。同時(shí)，受盆地的硫源以及沉積體系的封閉和開(kāi)放程度等因素影響，同一時(shí)代、不同沉積背景下的硫同位素在組成上往往表現(xiàn)出較大差異。因此，在研究古代蒸發(fā)巖沉積過(guò)程中，運(yùn)用硫同位素進(jìn)行沉積環(huán)境判定及物源分析已被地質(zhì)學(xué)家廣泛接受(Holser and Kaplan，1966；李任偉和辛茂安，1989；Tabakh et al.，1998，1999)。

基于此，本文擬借用石膏硫同位素對(duì)蒸發(fā)巖物質(zhì)來(lái)源以及沉積環(huán)境等方面的指示作用，通過(guò)對(duì)萬(wàn)象東南部的他曲地區(qū)ZK2893鉆孔(圖1)中不同層位石膏硫同位素的研究，對(duì)該區(qū)蒸發(fā)巖沉積環(huán)境作初步分析，在此基礎(chǔ)上探討老撾含鹽盆地與云南思茅盆地成鉀物質(zhì)來(lái)源問(wèn)題。

圖1 研究區(qū)地質(zhì)簡(jiǎn)圖及鉆孔位置(底圖據(jù)張西營(yíng)等，2010)Fig. 1 Simplified geological of study area and location of borehole(base map after Zhang Xiying et al.，2010) N2—Q—新近系至第四系；K2—上白堊統(tǒng) N2—Q—Neogene to Quaternary；K2—Upper Cretaceous

1 區(qū)域地質(zhì)背景及樣品采集

呵叻高原位于泰國(guó)東北部和老撾中部，其北為湄公河斷裂，南為北柬埔寨斷裂，西為南烏江斷裂，東為邊和斷裂。受周邊深大斷裂的控制，呵叻高原構(gòu)成一個(gè)獨(dú)特的長(zhǎng)期穩(wěn)定持續(xù)下降的坳陷帶(李善平等，2009)。古近紀(jì)早期，呵叻高原發(fā)生抬升，中部NW—SE向的普潘隆起形成，并將高原分為南北兩個(gè)盆地，即北部沙空那空盆地以及南部呵叻盆地(Tabakh et al.，1999)。研究區(qū)他曲盆地位于萬(wàn)象東南部，為呵叻高原北部沙空那空盆地東北緣的次級(jí)盆地，其南部與沙灣拿吉盆地相鄰。

樣品采自中農(nóng)礦產(chǎn)資源勘探有限公司在萬(wàn)象東南部的他曲盆地新近布置的ZK2893鉆孔(圖1)，采集層位為上白堊統(tǒng)塔貢組(Tagon Formation)。鉆孔巖芯觀察結(jié)果顯示，塔貢組含鹽層系主要由三個(gè)單元組成，自下而上表現(xiàn)為3個(gè)完整的蒸發(fā)巖序列沉積旋回，即基底硬石膏層—下鹽層—下碎屑層—中鹽層—中碎屑層—上鹽層(硬石膏層)—上碎屑層(圖2)。區(qū)域?qū)Ρ缺砻鳎暯M含鹽系中這3個(gè)蒸發(fā)巖沉積旋回在呵叻盆地和沙空那空盆地均廣泛發(fā)育，且可以進(jìn)行良好對(duì)比(Tabakh et al.，1999)。硫同位素測(cè)試樣品分別采集自鉆孔中塔貢組含鹽層系基底硬石膏及上鹽段硬石膏層(圖2)。

圖2 老撾萬(wàn)象東南部他曲盆地ZK2893鉆孔巖性剖面及采樣位置Fig. 2 Lithological profile of borehole ZK2893 in Thakhek Basin, southeastern Vientiane, Laos， and sampling location

2 樣品分析及測(cè)試結(jié)果

為了避免硬石膏中有其他礦物的混入影響測(cè)試結(jié)果的精確性，在本次硫同位素測(cè)試開(kāi)展之前，選擇具有代表性的樣品進(jìn)行了粉晶衍射的礦物組分分析，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。硫同位素測(cè)試對(duì)象為純凈的硬石膏晶體，樣品測(cè)試工作由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所完成，分析儀器為MAT-251EM 型質(zhì)譜計(jì)?；趯?duì)標(biāo)樣的重復(fù)測(cè)試，δ34S分析精度為2‰，其結(jié)果分別以相對(duì)V-CDT標(biāo)準(zhǔn)的δ值來(lái)表示。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

本次硫同位素測(cè)試結(jié)果(表1)顯示，硬石膏δ34SV-CDT值分布較為集中(13.8‰～15.3‰)，δ34S值波動(dòng)幅度僅為1.4‰。不同層段硬石膏δ34S值顯示出相近的特點(diǎn)，其中本次鉆孔中基底硬石膏δ34SV-CDT值與Tabakh (1999)對(duì)老撾、泰國(guó)其它鉆孔基底硬石膏進(jìn)行硫同位素測(cè)試的δ34SCDT值相一致，說(shuō)明本次測(cè)試數(shù)據(jù)較為可靠。

3 討論

3.1 硫同位素的環(huán)境指示意義

現(xiàn)代大洋中溶解硫酸鹽與海相成因蒸發(fā)巖具有相似的硫同位素組成，海相蒸發(fā)巖及其所反映的古海洋硫酸鹽的同位素組成只在狹窄的范圍內(nèi)變化(Holser and Kaplan，1966，李任偉和辛茂安，1989)，而陸相湖盆中硫酸鹽硫同位素組成變化往往較大(鄭喜玉等，1988；史忠生等，2005)。大氣降水以及天然河水δ34SCDT值普遍分布在10‰以下(章振國(guó)等，2010)，大氣降水中δ34SCDT值一般為0‰～5‰，天然淡水δ34SCDT值約為5‰～10‰(Holser and Kaplan，1966)。而在海陸交互相中，由于大陸淡水和海水的共同作用，石膏硫同位素組成往往兼有兩者的特點(diǎn)，δ34SCDT值通常為15‰～10‰(Tabakh et al.，1998，1999)。但是，表生缺氧環(huán)境中，大量細(xì)菌通過(guò)消耗硫的化合物為其新陳代謝提供能量，并導(dǎo)致硫的化合物被還原、氧化或(和)歧化(常華進(jìn)等，2010)。因此，生物作用引起的硫同位素分餾也是硫同位素組成發(fā)生變化的主要原因(張偉等，2007)。細(xì)菌硫酸鹽還原反應(yīng)過(guò)程對(duì)重硫同位素的歧視效應(yīng)，最終導(dǎo)致生成硫化物的硫同位素顯著虧損34S(Chambers and Trudinger，1979；Kaplan and Rittenberg，1964)，而殘余的硫酸鹽往往明顯富集34S。

表1 老撾他曲盆地塔貢組硬石膏XRD分析結(jié)果 及硫同位素組成Table 1 XRD analysis results and sulfur isotope compositions of anhydrite from Tagon Formation in Thakhek Basin，Laos

注：*K樣品數(shù)據(jù)來(lái)自Tabakh et al.(1999)。

從表1中可以看出，本次分析測(cè)試的不同深度段的硬石膏δ34S值具有總體偏小，且分布范圍較為集中的特點(diǎn)。這與形成于有機(jī)質(zhì)堆積速度較快、介質(zhì)環(huán)境缺氧的強(qiáng)還原環(huán)境中的硫酸鹽，如四川盆地T1j2段石膏(δ34SCDT值變化范圍為27.8‰～35.9‰)(陳錦石等，1986；林耀庭，2003)、東濮凹陷古近系(δ34S值變化范圍為28‰～33‰)(史忠生等，2005)以及潛江凹陷等古近系硫酸鹽(δ34S值變化范圍為30.1‰～40.43‰)(劉群等，1987)形成鮮明對(duì)比(圖3)，指示老撾他曲盆地石膏形成過(guò)程中，細(xì)菌還原作用較弱，生物硫酸鹽還原作用對(duì)石膏硫同位素的分餾作用貢獻(xiàn)不大。而盆地中這一時(shí)期沉積的含鹽層系缺少黃銅礦、黃鐵礦等指示還原環(huán)境沉積產(chǎn)物，以及紅層廣泛發(fā)育，則進(jìn)一步表明石膏形成過(guò)程中，成鹽環(huán)境對(duì)硫酸鹽來(lái)說(shuō)是開(kāi)放的，對(duì)H2S是封閉的。這也與鉆孔同一深度段內(nèi)石鹽中大量條帶狀、人字形的石鹽原生流體包裹體的出現(xiàn)(Zhang Hua et al.，2014)所指示的淺水、開(kāi)放—氧化的環(huán)境相一致。不同深度段的硬石膏δ34S值所表現(xiàn)出來(lái)相似性說(shuō)明，老撾鉀鹽礦床沉積時(shí)可能長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)處于淺水—氧化的沉積環(huán)境。

3.2 老撾鉀鹽礦床的鹽類物質(zhì)來(lái)源

全球海洋硫酸鹽的δ34S記錄顯示，白堊紀(jì)時(shí)期海相蒸發(fā)巖δ34SCDT值約為14‰～21‰(Tabakh et al.，1999；Strauss，1999)。本次測(cè)試結(jié)果顯示，老撾他曲盆地含鹽系硬石膏δ34S值比白堊紀(jì)海水硫酸鹽δ34S值略低，但基本落入同期海相蒸發(fā)巖δ34S值范圍內(nèi)，這表明硬石膏為海相成因。這一結(jié)論也與該區(qū)鹽巖地球化學(xué)指標(biāo)Br含量(Tabakh et al.，1999)、以及新近的δ11B(Zhang Xiying et al.，2013；Tan Hongbing et al.，2010)得出的結(jié)論相一致。

3.3 呵叻盆地與思茅盆地的關(guān)系

圖3 不同沉積環(huán)境下蒸發(fā)巖硫同位素組成特征Fig. 3 Sulfur isotopic composition of evaporites under different sedimentary environments 白堊紀(jì)海相蒸發(fā)巖，據(jù)Paytan et al.，2004；Tabakh et al.，1999；四川盆地?cái)?shù)據(jù)，據(jù)陳錦石等，1986；林耀庭，2003； 東濮凹陷數(shù)據(jù)，據(jù)史忠生等，2005；潛江凹陷數(shù)據(jù)，據(jù)劉群等，1987；云南數(shù)據(jù)，據(jù)高廣立，1991，劉群等，1987 Data of Cretaceous evaporite from Paytan et al.，2004，Tabakh et al.，1999；data of Sichuan Basin from Chen Jinshi et al.，1986，Lin Yaoting，2003；data of Dongpu depression from Shi Zhongsheng et al.，2005；data of Qianjiang depression from Liu Qun et al.，1987；data of Yunnan from Liu Qun et al.，1987，Gao Guangli，1991

已有的證據(jù)表明，思茅盆地與呵叻—沙空那空盆地鉀鹽礦床形成于同一時(shí)期，其對(duì)應(yīng)的地層年代應(yīng)為晚白堊世(Racey and Goodball，2009；鐘曉勇等，2012；秦占杰等，2013)。與此同時(shí)，兩盆地在構(gòu)造演化、沉積特征方面的相似性，使我們有理由相信兩盆地在晚白堊世聯(lián)系緊密。Wang Licheng 等(2014)基于全巖地球化學(xué)、鋯石U-Pb年代學(xué)以及Hf同位素組成同時(shí)結(jié)合這一時(shí)期古流向資料(Racey and Goodball，2009)認(rèn)為，勐野井組沉積物質(zhì)來(lái)源與呵叻—沙空那空盆地在晚白堊世具有相似性，云南思茅盆地在晚白堊世位于呵叻—沙空那空盆地西側(cè)且在某些時(shí)候兩盆地相互連通的觀點(diǎn)(Wang Licheng et al.，2014)。而基于蘭坪—思茅陸塊以及老撾含鹽盆地所在的印支板塊的古地磁學(xué)研究表明，兩板塊在晚白堊世應(yīng)處于大致相同的緯度地區(qū)?，且晚白堊世以來(lái)發(fā)生過(guò)不同規(guī)模的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，兩盆地在晚白堊世應(yīng)為東西向展布(Yang Zhenyu and Besse，1993；Charusiri et al.，2006；Yamashita et al.，2011)。對(duì)比顯示，思茅盆地勐野井組石膏硫酸鹽δ34S值約為20.58‰(劉群等，1987；高廣立，1991)與白堊紀(jì)晚期海相蒸發(fā)巖硫同位素組成近似，但普遍高于他曲盆地不同層段硬石膏δ34S值。在遠(yuǎn)離海源的蒸發(fā)巖盆地中，海水對(duì)盆地的補(bǔ)給通常是間歇性的，海相硫酸鹽在形成過(guò)程中常常會(huì)受到周緣淡水的注入，從而導(dǎo)致沉積水體34S虧損，δ34S值相對(duì)這一時(shí)期正常的海洋硫酸鹽δ34S值偏小。這一硫同位素組成變輕的過(guò)程，在新生代塔里木海灣的演化過(guò)程中表現(xiàn)尤為顯著(張華等，2013)。

基于上述證據(jù)，我們推斷老撾含鹽盆地與思茅盆地鉀鹽礦床的形成與當(dāng)時(shí)的新特提斯海關(guān)系密切，鉀鹽成礦物質(zhì)主要來(lái)自當(dāng)時(shí)的古海水；兩盆地在海侵的時(shí)候可能曾連通，海水可能從西向東侵入，即先進(jìn)入思茅盆地，再入侵老撾含鹽盆地，這可能是導(dǎo)致思茅盆地勐野井組石膏硫同位素組成更接近這一時(shí)期海水硫同位素，而老撾他曲地區(qū)蒸發(fā)巖δ34S值則因受到較多大陸淡水的影響，而低于同期海水的主要原因之一。

4 結(jié)論

基于對(duì)老撾他曲盆地硫酸鹽硫同位素組成特征的分析，及其與其他蒸發(fā)巖盆地硫同位素組成對(duì)比研究，大致可以得出如下結(jié)論：

(1)老撾他曲盆地蒸發(fā)巖形成于持續(xù)淺水—氧化的沉積環(huán)境，這與盆地同時(shí)期含鹽系缺乏黃鐵礦、黃銅礦等指示還原環(huán)境的產(chǎn)物以及同一層位鹽巖中發(fā)育大量人字形、條帶狀的原生流體包裹體等地質(zhì)證據(jù)相符合。

(2)老撾含鹽盆地與思茅盆地鉀鹽礦床的鉀鹽物質(zhì)來(lái)源應(yīng)為白堊紀(jì)海水，海侵時(shí)兩盆地可能曾經(jīng)相通；由于摻雜陸源淡水的影響，從而導(dǎo)致老撾含鹽盆地硬石膏硫同位素具有海—陸混合的特征。

致謝：本文測(cè)試樣品來(lái)自中農(nóng)礦產(chǎn)資源勘探有限公司勘探鉆井巖芯，鉆孔編錄由中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所科研人員完成，采樣過(guò)程得到中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所楊一博博士的幫助；審稿專家對(duì)本文提出了大量寶貴意見(jiàn)，在此一并表示感謝。

注 釋 / Note

? 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所, 等. 2012. 國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃973項(xiàng)目“中國(guó)陸塊海相成鉀規(guī)律及預(yù)測(cè)研究2012年度中期總結(jié)報(bào)告.