APP下载

老挝龙湖钾盐矿床沉积碳酸盐碳、氧同位素组成及其对成钾环境的初步指示

2015-01-19韩元红马海州张西营罗厚勇李建森

大地构造与成矿学 2015年2期
关键词:钾盐沉积环境碳酸盐

韩元红, 马海州, 张西营, 王 琪 罗厚勇李建森, 廖 朋 朱 军

(1.甘肃省油气资源研究重点实验室(中国科学院 地质与地球物理研究所 兰州油气资源研究中心); 中国科学院 油气资源研究重点实验室, 甘肃 兰州 730000; 2.中国科学院大学, 北京 100049; 3.中国科学院青海盐湖研究所 盐湖资源与化学重点实验室, 青海 西宁810008; 4.中国石油 青海油田公司 勘探开发研究院, 甘肃 敦煌 736202)

老挝龙湖钾盐矿床沉积碳酸盐碳、氧同位素组成及其对成钾环境的初步指示

韩元红1,2,3, 马海州3, 张西营3, 王 琪1, 罗厚勇1,2,李建森3, 廖 朋1,2, 朱 军4

(1.甘肃省油气资源研究重点实验室(中国科学院 地质与地球物理研究所 兰州油气资源研究中心); 中国科学院 油气资源研究重点实验室, 甘肃 兰州 730000; 2.中国科学院大学, 北京 100049; 3.中国科学院青海盐湖研究所 盐湖资源与化学重点实验室, 青海 西宁810008; 4.中国石油 青海油田公司 勘探开发研究院, 甘肃 敦煌 736202)

碳、氧同位素作为反映古沉积环境、成矿物源和水–岩反应等良好的稳定同位素指标, 被广泛应用。通过对老挝龙湖钾盐矿区ZK309、ZK301、ZK311和ZK004四个钻孔农波组盐岩上覆泥岩碳、氧同位素组成的分析, 讨论了盐岩上覆泥岩沉积的碳、氧同位素组成变化特征及其指示的沉积环境。经分析, 所测碳、氧同位素基本代表了碳酸盐碳、氧同位素组成, 初步推测这些碳酸盐均为当地自生, 受后期改变很少,δ13C和δ18O平均值分别为-5.1‰和-4.6‰, 其中δ13C值略高于一般陆相碳酸盐碳同位素最大值–5.69‰, δ18O值介于–2.71‰~–10.8‰之间, ZK309和ZK301钻孔碳、氧同位素相关系数均小于0.7, 初步指示盐岩沉积之后沉积环境为陆相。δ13C值略高于–5.69‰, 推测是后期盐岩层被淋滤, 泥岩层受淋滤后的残余卤水影响的结果, 这也解释了蒸发岩沉积层序异常(钾石盐覆盖于光卤石之上)的沉积特征。因此, 在本研究中, 大气水在泥岩碳、氧同位素的变化中扮演了重要角色。

钾盐矿床; 盐岩上覆泥岩; 碳、氧同位素; 沉积环境; 成矿规律

碳和氧元素地球化学性质特殊, 在不同地球化学端元之间存在明显的同位素分馏, 已作为一种有效手段被广泛利用, 如探讨成矿物质来源、水–岩反应过程(黄智龙等, 2004; 唐永永等, 2011; 周家喜等; 2012); 重建湖泊系统气候(Talbot and Kelts, 1990; Lister et al., 1991; Valero-Garcés et al., 1995; Li et al., 2012); 分析沉积环境、湖泊产量及封闭状态(Henderson et al., 2003; Xu et al., 2006; 伊海生等, 2007); 碳、氧同位素结合矿物成分, 分析原岩组成、沉积环境和沉积速率(Khim et al., 2000)等。

呵叻高原蕴含丰富的钾盐资源, 为世界最大钾盐矿集区之一。对呵叻高原钾盐矿床的研究作为拓展国外钾盐资源工作的一部分, 对我国云南兰坪–思茅盆地钾盐资源的成因和物源开发研究有借鉴意义。呵叻高原成钾盆地的成盐物源和沉积环境一直存在较大争议, 一般认为成盐物质来自海水, 钾盐矿床为海相沉积(Hite, 1974; Lowenstein et al., 1989; Tan et al., 2010; Zhang et al., 2013)。也有研究认为成盐成矿物质可能来自大陆(Utha-Aroon, 1993; Warren, 1999)。帅开业(1987)通过对我国云南勐野井钾盐矿床的研究, 提出了“海源陆相”成因模式。曲懿华(1997)基于呵叻高原和我国云南兰坪–思茅盆地钾盐矿床同源性的研究, 提出了卤水来源于海水, 而沉积环境偏陆相的说法。曲懿华(2010)将呵叻盆地定义为大型海源碎屑岩型钾盐沉积盆地。近期, 张西营等(2012)综合各种研究结果, 也认为“海源陆相”模式可以更好地解释这些赋钾蒸发岩的成因。呵叻高原蒸发岩沉积存在沉积层序的异常(即钾石盐覆盖于光卤石之上), Hite and Japakssetr(1979)和Warren (1999)分别提出了不均匀交代模式和截顶模式来解释这种现象, 但对于水流体来源和类型等问题一直未能解答。以往对于沉积环境和成矿特征的研究都是以盐岩层作为主要研究对象, 单独对上覆泥岩层的研究未见报道。本文尝试通过对盐岩上覆泥岩沉积的碳、氧同位素组成及变化特征的研究, 探讨盐岩沉积后的沉积环境和水–岩(盐)作用。

1 区域地质概况与矿床地质特征

呵叻高原位于泰国东北部和老挝中部, 构造上属于印支稳定地块的一部分, 其北、西、南三面分别被湄公河大断裂、南乌江深大断裂和柬埔寨大断裂包围, 近东西走向的普潘隆起将整个高原分为南部的呵叻盆地和北部的沙空那空盆地(Hite and Japakssetr, 1979), 高原边缘主要发育褶皱, 呵叻盆地和沙空那空盆地是相对较低的凹陷地带(钟维敷, 2003)(图1)。呵叻高原与中国云南兰坪–思茅盆地处于同一构造带上(Hite and Japakssetr, 1979), 兰坪–思茅盆地东、西缘分别被苍山–哀牢山断裂带和澜沧江断裂带围限, 呈NNW向狭长带状展布(尹汉辉等, 1990)。

龙湖矿区位于呵叻高原沙空那空盆地东南缘的老挝中南部他曲县附近, 地处湄公河畔, 地形呈现出南西低缓, 往北东逐步抬升形成山脉, 在地貌上属于缓倾斜平原, 其南部与沙湾拿吉盆地相邻, 是呵叻高原典型的钾盐矿区, 也是目前钻孔布局最密集的地区, 区域内有两个明显的盐背斜构造, 两个背斜的长轴走向均为NW-SE向(图1)。盐背斜的存在对钾盐矿床的分布有重要的控制作用。

龙湖钾盐矿区含盐层为农波组, 含盐层分为上盐段、中盐段和下盐段, 每个盐段是一个蒸发岩–碎屑岩旋回, 而碎屑层又因为岩性不同分为上部的红色泥岩层和下部的青灰色泥岩层, 因为盐背斜的存在, 使每个钻孔同一盐段的埋深很不相同。本文所研究的ZK309、ZK004、ZK311和ZK301, 4个钻孔均有不同程度的盐段和岩层的缺失, 其中以ZK309最完整, 最具有代表性(图2)。同时,此次研究选取的4个钻孔处于盐构造不同位置,如图1b所示,ZK301孔、ZK311孔和ZK309孔均处于盐向斜位置,而ZK004则处于盐背斜中心位置。

图1 研究区域构造图Fig.1 Sketch maps showing the geological structure of the study area

图2 研究区地层及各钻孔岩性图Fig.2 Stratigraphic map of the drill holes

2 样品采集与分析

岩芯样品采自呵叻高原沙空那空盆地东缘的老挝龙湖钾盐矿区的ZK309、ZK004、ZK311和ZK301四个钻孔, 共126个泥岩样品。分析测试工作全部在中国科学院青海盐湖研究所盐湖化学分析测试部完成。因为粒度粗大导致衍射强度底, 峰形不好, 分辨率低。所以在进行矿物检测时, 将已磨好的样品继续研磨并全部过300 目的筛, 取样3 g左右, 进行XRD测试, 所有样品都通过荷兰帕纳科公司生产的X’pert PRO型号的X射线衍射仪(XRD)进行了主要矿物组成测试。同时, 为了验证XRD测量矿物组成的准确性, ZK309孔样品进行了酸溶后化学元素分析, 主要方法为: (1)水溶法去除易溶盐类矿物; (2)H3PO4法酸溶取得浸取液; (3)电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)进行元素测试, 仪器型号为ICAP6500DUO, 各微量元素K、Mg、Ca、S检测下限依次为0.04 μg/g、0.0002 μg/g、0.0052 μg/g、0.0097 μg/g。另外, ZK309中盐段青灰色泥岩进行了C、H、N、S和O五种元素测定, 所用仪器为德国Elementar元素分析仪Vario EL cube。最终得出碳酸盐矿物含量较高的25个样品用于碳、氧同位素测定, 测试前用10%的H2O2浸泡以除去有机质。碳、氧同位素组成的测定步骤与Camoin et al.(1997)文中所述一致。采用美国MAT公司产的MAT-251质谱仪进行碳、氧同位素组成测定, δ13C的测定精度为±0.01‰, δ18O<0.01‰, 所有测定结果都采用VPDB标准。

3 结 果

本次研究对采得的126个泥岩样品进行了XRD矿物组成测定, 多数样品中未测出碳酸盐矿物, 仅25个样品测得碳酸盐矿物。将这25个样品进行了同位素测试, 最终只有16个碳酸盐含量较高的样品测得碳、氧同位素组成结果。

3.1 主要矿物组成

已测得碳、氧同位素组成的16个样品矿物组成见表1。

3.2 元素组成分析

对ZK309孔中盐段青灰色泥岩进行了C、H、N、S和O五种元素的测定, 其中 C、H和N元素百分含量可见表2。XRD测出含碳酸盐矿物的样品(ZK309-61、 ZK309-64、ZK309-66、ZK309-67、ZK309-68), C元素含量明显高于其他样品。另外, 对ZK309孔和ZK301孔样品作了化学元素分析, 主要元素含量见表3、4,其中Mn、Ti、B2O3和SiO2等的含量未在表中列出。结合矿物种类分析所得结果, 表明ΔCa(剔除硬石膏中Ca后剩余的Ca)基本为碳酸盐中的Ca。综上分析, 可以明确地得出, 已测出碳酸盐和碳酸盐含量较高的样品, C元素百分含量明显比其他样品高很多, Ca元素含量也较高。

表1 研究样品矿物组成(%)Table 1 Mineral compositions of the samples (%)

表2 研究样品C、H、N元素组成(%)Table 2 C, H and N contents of the samples (%)

3.3 碳、氧同位素组成

碳、氧同位素测试均为全岩测试, 其中对ZK301-11样品进行了重复测试, 两次测试所得结果相差很小, 在误差允许范围内。测试所得碳、氧同位素组成如表5所示, ZK301和ZK309两个钻孔同一泥岩(中盐段)层样品碳、氧同位素组成基本一致, ZK301孔样品δ13C、δ18O均值分别为-4.91‰和-4.18‰, ZK309孔中盐段泥岩样品δ13C、δ18O均值分别为-4.37‰和-4.16‰。同一钻孔相同层位碳、氧同位素垂向上的变化趋势比较一致。ZK301孔只对青灰色泥岩进行测试。同时通过碳、氧同位素进行古盐度计算, 得出Z值均小于120。ZK309孔和ZK301孔碳、氧同位素相关系数均小于0.7。碳、氧同位素组成在垂向上自下而上变化较小。ZK301自下而上同位素值却有减小的趋势, 而ZK309中盐段泥岩同位素组成在垂向上的变化不明显, 这可能与盐构造的形成, 泥岩层受后期大气水淋滤作用有关。

表3 ZK309孔样品元素组成(%)Table 3 Major element contents of the samples from the drill hole ZK309 (%)

表4 ZK301孔样品元素组成(%)Table 4 Major element contents of the samples from the drill hole ZK301 (%)

表5 碳、氧同位素分析数据Table 5 Carbon and oxygen isotope compositions of the samples

4 讨 论

呵叻高原钾盐矿床存在蒸发盐层序异常问题(钾石盐覆盖于光卤石之上), 为此Hite(1979)和Warren (1999)提出的不均匀成矿模式和截顶成矿模式, 得到了大多数人的认可, 但是光卤石被交代生成钾石盐后高镁流体的去向问题一直未得到解决。Sinha and Raymahashay (2004)和Suwanich (1993)也分别进行了钾盐成矿盆地黏土矿物和白云石与高镁流体相关性研究。另外, 此次XRD(X衍射仪)矿物测定只挑选出25个样品含碳酸盐, 且碳酸盐均为白云石(只有上部一个含方解石), 测得有白云石的样品盐岩含量也异常高(所有样品只有67个测出含有石盐, 平均含量为7.5%, 而测得碳、氧同位素组成的16个样品有13个测出石盐, 平均含量高达14.8%)。以上分析结合同位素特征(原始性保存很好),初步推测白云石为当地盆内自生, 可能与后期水流体淋滤盐岩层后高镁流体有关。

本次所测碳、氧同位素的样品虽为全岩样品, 但均为挑出的碳酸盐含量高且经过了双氧水浸泡去除有机质后的样品, 而且碳酸盐为当地自生, 因此本次所得碳、氧同位素组成基本代表了碳酸盐碳、氧同位素组成。

4.1 碳酸盐原始信息保存性评估

(1) 用碳酸盐岩氧同位素组成来判别碳、氧同位素原始性。一般认为富13C和18O的样品没被改造; δ18O值在–5‰~–10‰之间的样品, 氧同位素原始组成有很小的变化, 碳同位素组成基本无变化; δ18O值低于-10‰时, 碳同位素的原始组成发生了明显改变(Fairchild et al., 1990; Kaufman et al., 1992; Kaufman et al., 1995; 陈强等, 2012), 本文所得δ18O均大于–10‰, 且除三个样品外, 其他均大于–5‰。(2)通过碳、氧同位素的相关性来判断碳酸盐岩样品是否受到成岩蚀变(Qing and Veizer, 1994)。本次测得δ13C和δ18O相关系数很低, 碳、氧同位素组成分布较为离散, 不存在明显的相关性, 这表明样品的碳、氧同位素组成很好地保存了原始组成, 受成岩及后期蚀变作用的影响程度极低。(3)大量全岩碳、氧同位素分析的实例, 如Knoll et al.(1986)对挪威瓦尔巴群岛和丹麦格陵兰新元古代地层的分析, Kaufman et al. (1991, 1992), Kaufman and Knoll (1995)对纳米比亚古元古代碳酸盐地层, 加拿大西北部新元古代地层沉积物和化石的分析, 吴静淑和王成玉(1986)对泥灰岩进行的高真空磷酸溶解提取CO2进行碳、氧同位素分析, Camoin et al. (1997)对玻利维亚古安第斯盆地晚白垩世盐湖沉积物碳、氧同位素分析, 李龙等(2002)对硅酸盐岩中微量碳酸盐的碳、氧同位素分析和Paz and Rossetti (2006)对巴西东北部湖泊沉积物开展全岩碳、氧同位素分析, 均得出可靠的数据, 表明合理的全岩碳、氧同位素分析方法, 可以得到可靠的碳、氧同位素组成数据。Paz and Rossetti (2006)还指出全岩分析可以减小碳、氧同位素多方面的分馏作用造成的误差,尤其后期成岩作用对碳、氧同位素的影响。本文实验步骤与Camoin(1997)和Paz and Rossetti (2006)文中所述一致, 且泥岩碳、氧同位素组成在垂向上的变化一致。因此, 综合上面三方面的分析, 得出本次实验样品所得数据代表了碳酸盐形成时原始碳、氧同位素组成,合理的实验方法保证了数据的可靠性。

4.2 碳、氧同位素组成指示沉积环境和成矿机理

碳酸盐岩碳、氧同位素组成及其相关性是判别沉积环境和成矿流体来源等的有效手段。温度、蒸发作用强度、盆地中矿物组成特征和沉积环境等诸多因素共同控制和影响着盆地沉积物碳、氧同位素组成(Kelts and Weber, 1990; Craig, 1965; Friedman, 1977; Camoin et al., 1997)。一般情况下, 淡水环境下形成的碳酸钙中13C和18O的含量比同一温度下海水中形成的碳酸钙中的少。海相石灰岩的δ13C介于–2‰~–5‰之间, 如果δ13C低于–5.69‰则为非海相沉积或位于滨海位置的碳酸盐(Deines, 1980; Hoefs,1980)。据研究, δ18O介于–2.71‰~–10.8‰之间的碳酸盐为陆相沉积, 而受海水影响的陆相沉积环境会显示出较低的氧同位素值(–5‰)(Talbot, 1990; Bird et al., 1991)。δ18O值随盐度升高而增大, 因而碳酸盐岩δ18O还是恢复古盐度的一种常用指标(游海涛, 2002)。Keith and Weber(1964)把δ18O、δ13C二者结合起来用以指示古盐度和沉积环境, 其公式: Z=2.048×(δ13C+50)+0.498×(δ18O+50), 其中Z>120为海相, Z<120为淡水相, Z=120为未定型灰岩。Z值作为古盐度的定量化指标已被广泛应用(Veizer, 1983;张秀莲, 1985; 游海涛等, 2002)。据刘传联等(2001)通过对不同类型湖泊沉积物中δ18O和δ13C的相关性研究, 开放型淡水湖泊中, 原生碳酸盐δ18O和δ13C均为负值, δ18O和δ13C之间不相关或略相关, 在以δ18O为横坐标、δ13C为纵坐标、0为原点的坐标系中,其投点落在第三象限, 如瑞士格赖芬湖、美国亨德森湖和以色列Huleh湖; 而封闭型咸水、半咸水湖泊中, δ18O和δ13C之间呈明显的相关关系, 相关系数(r)一般大于0.7, 封闭性越强, 相关系数越大, 且δ18O正负均有, δ13C则基本为正值, 其投点大多落在一、四象限, 如美国大盐湖(r=0.87)、图尔卡纳湖(r=0.86)、纳特龙–马加迪湖(r=0.84)(图3)。

图3 现代不同类型现代湖泊原自生碳酸盐碳、氧同位素的相关性图(据Talbot, 1990)Fig.3 Correlation of carbon and oxygen isotopes in authigenic carbonates from different types of modern lakes

本次测试所得δ13C和δ18O平均值均分别为-5.1‰和-4.6‰, 碳、氧同位素组成变化范围较小, 其中δ13C略高于陆相沉积碳酸盐最高界限值-5.69‰(Deines, 1980; Hoefs, 1980),δ18O值均在陆相沉积碳酸盐氧同位素范围-2.71‰~-10.8‰之内(Talbot, 1990; Bird et al., 1991)。通过计算, 得出Z值均小于120, ZK309与ZK301孔的相关系数r值均小于0.7, 碳、氧同位素投点都落在第三象限(图3), ZK309孔值更接近以色列Huleh淡水湖, 有个别值与图尔卡纳半咸水湖较接近, 而ZK301孔的值完全与Huleh淡水湖落在同一区域。因此, 综合以上碳、氧同位素组成、盐度参数Z值、碳、氧同位素相关系数、碳、氧同位素投点图四方面的信息, 可以推测为盐岩沉积后泥岩层沉积环境为偏陆相。但是, δ13C均值略高于陆相沉积碳酸盐碳同位素最高界限值(-5.69‰),可能系泥岩沉积期大气水对下伏盐岩层的淋滤的结果, 从而使得残余卤水影响碳同位素组成, 使其偏高, 解释了蒸发岩沉积层序异常——钾石盐覆盖于光卤石之上的原因, 为Hite and Japakssetr (1979)和Warren (1999)分别提出的交代和截顶钾盐成矿模式提供了一定的证据。上盐段碳、氧同位素组成比中盐段低得多, 可能上盐段盐岩沉积后水流体的活动较少,受残余卤水的影响较小, 从而表现出更明显的陆相特征。

泥岩在垂向上的变化可以很好地反映沉积环境的交替变化。ZK301孔中盐段泥岩碳、氧同位素自下而上逐渐减小, 较好地表现出沉积环境由还原环境向氧化环境、由海相向陆相、而气候由湿润到干旱的转变过程。然而ZK309孔中碎屑层泥岩碳、氧同位素组成在垂向上变化规律不明显, 但可明显得出, 中碎屑层泥岩同位素组成远高于上碎屑层泥岩同位素组成。仍然可以很好地反映出自下而上沉积环境氧化性越来越强, 陆相特征越来越明显的特征。这与Cendón et al. (2008)提出的随着成盐盆地的逐渐收缩, 盆地输入物质由海相渐变为陆相或经过改造的海相的说法相一致。

5 结 论

(1) 研究区盐岩层上覆泥岩自生碳酸盐碳、氧同位素分析研究, 得出泥岩层沉积环境为陆相。但是中盐段泥岩碳同位素偏高, 推测盐岩沉积后有大气水进入盆地, 使盐岩层经受了淋滤作用, 泥岩层受淋滤后的残余卤水影响, 这也解释了蒸发岩沉积层序异常(钾石盐覆盖于光卤石之上)问题, 为呵叻高原钾盐矿交代和截顶钾盐成矿模式提供了证据。上盐段陆相特征更明显, 推测上盐段泥岩层受残余卤水影响较小。

(2) 泥岩中的碳、氧同位素组成反映了一定的旋回性特征。同一钻孔不同沉积旋回碳、氧同位素组成差异较大, 上盐段泥岩中的碳、氧同位素组成比中盐段小得多, 陆相特征也更明显; 同一沉积旋回内, 碳、氧同位素组成表现出自下而上逐渐减小的趋势。这些证据表明, 随着成岩盆地的萎缩, 沉积的氧化/还原环境发生了较大转变, 而输入物质也由海相渐变为陆相或经过改造的海相。

(3) 不同盐构造部位钻孔泥岩沉积碳、氧同位素组成对比分析, 得出盐构造不同部位盐岩沉积及地球化学特征具有较大差异, 表明了盐体后期的变形特征可能对含盐系的地球化学特征有影响。

总之, 盐岩上覆泥岩的研究对盐岩成矿环境,成矿特征有一定的指示意义, 后续需要对不同沉积旋回中不同岩性中的碳、氧同位素组成和分布特征进行系统对比, 以期对研究区沉积环境和碳酸盐物源有更为深入的了解。

致谢: 感谢中国科学院青海盐湖研究所盐湖化学分析测试部的冉广芬、徐黎明老师在分析测试过程中给予的帮助和指导, 感谢中国地质科学院的刘成林研究员在论文修改中提出的宝贵意见, 同时特别感谢两位审稿老师提出的修改意见和建议。

陈强, 张慧元, 李文厚, 郝松立, 刘卓. 2012. 鄂尔多斯奥陶系碳酸盐岩碳、氧同位素特征及其意义. 古地理学报, 14(1): 117–124.

黄智龙, 李文博, 陈进, 许德如, 韩润生, 刘丛强. 2004.云南会泽超大型铅锌矿床C、O同位素地球化学. 大地构造与成矿学, 28(1): 53–59.

李龙, 郑永飞, 周根陶, 龚冰, 傅斌, 赵子福. 2002. 硅酸盐岩中微量碳酸盐的碳、氧同位素分析及其地球化学应用. 岩石学报, 18(1): 109–116.

刘传联, 赵泉鸿, 汪品先. 2001. 湖相碳酸盐氧碳同位素的相关性与生油古湖泊类型. 地球化学, 30(4): 363–367.

曲懿华. 1997. 兰坪–思茅盆地与泰国呵叻盆地含钾卤水同源性研究. 化工矿产地质, 199(2): 82–98.

曲懿华. 2010. 泰国呵叻盐盆地(含老挝)钾石盐成矿机理初探. 中国钾盐, 6: 16–18.

帅开业. 1987. 云南中、新生代地质构造演化与蒸发岩建造. 现代地质, (2): 207–229.

唐永永, 毕献武, 和利平, 武丽艳, 冯彩霞, 邹志超, 陶琰, 胡瑞忠. 2011. 兰坪金顶铅锌矿方解石微量元素、流体包裹体和碳–氧同位素地球化学特征研究. 岩石学报, 27(9): 2635–2645.

吴静淑, 王成玉. 1986. 泥灰岩中方解石碳、氧同位素分析方法. 中国地质科学院矿床地质研究所所刊, 2: 240–246.

伊海生, 林金辉, 周恳恳, 李军鹏. 2007. 青藏高原北部新生代湖相碳酸盐岩碳、氧同位素特征及古环境意义.古地理学报, 9(3): 303–312.

尹汉辉, 范蔚茗, 林舸. 1990. 云南兰坪–思茅地洼盆地演化的深部因素及幔–壳复合成矿作用. 大地构造与成矿学, 4(2): 113–124.

游海涛, 程日辉, 刘昌岭. 2002. 古盐度复原法综述. 世界地质, 21(2): 111–117.

张西营, 马海州, 韩元红. 2012. 泰国–老挝呵叻高原钾盐矿床研究现状及展望. 地球科学进展, 27(5): 549–556.

张秀莲. 1985. 碳酸盐岩中氧、碳稳定同位素与古盐度、古水温的关系. 沉积学报, 3(4): 17–291.

钟维敷, 李志伟, 单卫国. 2003. 呵叻盆地钾镁盐矿沉积特征及成因探讨. 云南地质, 23(2): 142–150.

周家喜, 黄智龙, 周国富, 曾乔松. 2012. 黔西北天桥铅锌矿床热液方解石C、O同位素和REE地球化学. 大地构造与成矿学, 36(1): 93–101.

Bird M I, Chivas A R, Radnell C J and Burton H R. 1991. Sedimentological and stable isotope evolution of lakes in the Vestfold Hills, Antarctica. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 8(1–4): 109–130.

Camoin G, Casanova J, Rouchy J M, Blanc-valleronc M M and Deconinckd F. 1997. Environmental controls on perennial and ephemeral carbonate lakes: The Central Palaeo-Andean Basin of Bolivia during Late Cretaceous to early Tertiary times. Sediment Geology, 113(1–2): 1–26.

Cendón D I, Ayora C, Pueyo J J, Taberner C and Blanc-Valleronc M M. 2008. The chemical and hydrological evolution of the Mulhouse potash basin (France): Are “marine” ancient evaporates always representative of synchronous seawater chemistry? Chemical Geology, 252(3–4): 109–124.

Craig H. 1965. The measurement of oxygen isotope palaeotemperatures // Stable Isotopes in Oceanographic Studies and Palaeotemperatures. Laboratory of Geology of Nucl, Pisa, Italy: 9–130.

Deines P. 1980. The isotopic composition of reduced organic carbon // Fritz P and Fontes J. Handbook of Environmental Isotope Geochemistry. Amsterdam: Elsevier: 329–406.

Fairchild J, Marshall J D and Bertrand-Sarfati J. 1990. Stratigraphic shifts in carbon isotopes from Proterozoic stromatolitic carbonates (Mauritania): Influences of primary mineralogy and diagenesis. American Journal of Science, 290–A: 46–79.

Friedman I and O’nell J R. 1977. Compilation of stable isotope fractionation factors of geochemical interest // Fleischer M. Data of Geochemistry. Washington D C: U. S. Department of the Interior: 1–12.

Hendeson A C G, Holmes J A, Zhang J W, Leng M J and Carvalho L R. 2003. A carbon- and oxygen-isotope record of recent environmental change from Qinghai Lake, NE Tibetan Plateau. Chinese Science Bulletin, 48(14): 1463–1468.

Hite R J. 1974. Evaporate deposits of the Korat plateau, Northeastern Thailand // Fourth Symposium on Salt. Northern Ohio Geological Society, 1: 135–146.

Hite R J and Japakssetr T. 1979. Potash deposits of the Khorat plateau, Thailand and Laos. Economic Geology, 74(2): 448–458.

Hoefs J. 1980. Stable Isotope Geochemistry. Berlim: Springer Verlag: 208.

Kaufman A J, Hayes J M, Knell A H and Germs G J B. 1991. Isotopic compositions of carbonates and organic carbon from upper Proterozoic successions in Namibia: Stratigraphic variation and the effects of diagenesis and metamorphism. Precambrian Research, 49: 301–327.

Kaufman A J and Knoll A H. 1995. Neoproterozoic variations in the C-isotopic composition of seawater: Stratigraphic and biogeochemical implications. Precambrian Research, 73(1–4): 27–49.

Kaufman A J, Knoll A H and Awramik S M. 1992. Biostratigraphic and chemostratigraphic correlation of Neoproterozoic sedimentary successions: Upper Tindir Group, northwestern Canada, as a test case. Geology, 20: 181–185.

Keith M L and Weber J N. 1964. Carbon and oxygen isotopic composition of selected limestone and fossils. Geochimica et Cosmochimica Acta, 28: 1787–1816.

Kelts K and Talbot M. 1990. Lacustrine carbonates as geochemical archives of environmental change and biotic/abiotic interactions // Large Lakes. Springer Berlin Heidelberg: 288–315.

Khim B K, Woo S and Yoon S H. 2000. Comparison of oxygen isotope profile of a fossil bivalve with the modern hydrographic condition: Case study of the Seoguipo Formation (Korea). Geosciences Journal, 4(1): 15–24.

Knoll A H, Hayes J M, Kaufman A J, Swett K and Lambrrt I B. 1986. Secular variation in carbon isotope ratios from upper Proterozoic successions of Svalbard and East Greenland. Nature, 321: 832–838.

Li X Z, Liu W G and Xu L M. 2012. Carbon isotopes in surface-sediment carbonates of modern Lake Qinghai (Qinghai–Tibet Plateau): Implications for lake evolution in arid areas. Chemical Geology, 300–301: 88–96.

Lister G S, Kelts K, Chen K Z, Yua J Q and Niessena F. 1991. Lake Qinghai, China: Closed-lake basin levels and the oxygen isotope record for ostracoda since the latest Pleistocene. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 84(1–4): 141–162.

Lowenstein T K, Spencer R J and Pengxi Z. 1989. Origin of Ancient Potash Evaporates: Clues from the Modem Nonmarine Qaidam Basin of Western China. Science, 4222(245): 1090–1092.

Paz J D S and Rossetti D F. 2006. Paleohydrology of an Upper Aptian lacustrine system from northeastern Brazil: Integration of facies and isotopic geochemistry. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 241(9): 247–266.

Qing H and Veizer J. 1994. Oxygen and carbon isotopes of the Ordovician articulate brachiopods: Implication for the isotopic composition of Ordovician seawater. Geochimica et Cosmochimica Acta, 58(20): 4429–4442.

Sinha R and Raymahashay B C. 2004. Evaporite mineralogy and geochemical evolution of the Sambhar Salt Lake, Rajasthan, India. Sedimentary Geology, 166: 59–71.

Suwanich P. 1993. Clay-mineral assemblages from some levels of K-118 drill core of Maha Sarakham evaporites, northeastern Thailand. Journal of Southeast Asian Earth Sciences, 8(1–4): 369–381.

Talbot M R. 1990. A review of the palaeohydrological interpretation of carbon and oxygen isotopic ratios in primary lacustrine carbonates. Chemical Geology: Isotope Geoscience Section, 80(4): 261–279.

Talbot M R and Kelts K. 1990. Paleolimnological signatures from carbon and oxygen isotopic ratios in carbonates from organic carbon-rich lacustrine sediments. AAPG, 50: 61–76.

Tan H B, Ma H Z, Li B K, Zhang X Y and Xiao Y K. 2010.Strontium and boron isotopic constraint on the marine origin of the Khammuane potash deposits in southeastern Laos. Chinese Science Bullentin, 55(27–28): 3181–3188.

Uyha-Aroon C. 1993. Continental Origin of the Maha Sarakham Evaporates, Northeastern Thailand. Southeast Asian Earth Sciences, 8(1–4): 193–203.

Valero-Gracēs B L, Kelts K and Ito E. 1995. Oxygen and carbon isotopes trends and sedimentological evolution of a meromictic and saline lacustrine system: The Holocene Medicine Lake basin, North American Great Plains, USA. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 177(3–4): 253–278.

Veizer J. 1983. Chemical diagenesis of carbonate rocks: Theory and application of trace element technique, in Stable isotopes in sedimentary geology. Society of Economic Paleontologists and Mineralogists, Tulsa, Oklahoma: 10.

Warren K. 1999. Evaporates: Their Evolution and Economics. Hoboken: Wiley-Blackwell: 235–239.

Xu H, AI L, Tan L C and An Z S. 2006. Stable isotopes in bulk carbonates and organic matter in recent sediments of Lake Qinghai and their climatic implications. Chemical Geology, 235: 262–275.

Zhang X Y, Ma H Z, Ma Y Q, Tang Q L and Yuan X L. 2013. Origin of the late Cretaceous potash-bearing evaporites in the Vientiane Basin of Laos: δ11B evidence from borates. Journal of Asian Earth Sciences, 62: 812–818.

Carbon and Oxygen Isotopic Constraint on the Sedimentary Environment and Formation Mechanism of the Longhu Potash Deposit, Laos

HAN Yuanhong1,2,3, MA Haizhou3, ZHANG Xiying3, WANG Qi1, LUO Houyong1,2, LI Jiansen3, LIAO Peng1,2and ZHU Jun4
(1. Gansu Provincial Key Laboratory of Petroleum Resources; CAS Key Laboratory of Petroleum Resources Research, Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Siciences, Lanzhou 730000, Gansu, China; 2. Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. CAS Key Laboratory of Salt Lake Resources and Chemistry, Qinghai Institute of Salt Lakes, Chinese Academy of Siciences, Xining 810008, Qinghai, China; 4. Qinghai Oilfield Research Institute of Exploration & Development, CNPC, Dunhuang 736202, Gansu, China)

Carbon and oxygen isotopes have been used widely to indicate ancient sedimentary environment, sources of ore deposits and water-rock reactions. In this paper, characteristics of carbon and oxygen isotopic composition of carbonates in the mudstone from the borehole ZK309, ZK301, ZK311 and ZK004 were studied to discuss the geological evolution and sedimentary environment of the Nong Bok Formation in Laos. It is concluded that the carbonates are primarily authigenic according to analysis of mineral composition and carbon and oxygen isotopic composition of the mudstones. The result shows that the stable carbon isotope composition (δ13C) slightly higher than –5.69‰ and the stable oxygen isotope composition (δ18O) varying between –2.71‰ and –10.8‰, and the average value of δ13C and δ18O of the carbonates are –5.1‰ and –4.6‰ respectively in the mudstone. The multiple correlation coefficients R between δ13C and δ18O values for samples from the borehole ZK309 and ZK301 are lower than 0.7. Based on the carbon and oxygen isotopic compositions and correlations of δ13C and δ18O value, we conclude that the Nong Bok Formation is terrestrial facies. The average value of δ13C are slightly higher than the threshold value of terrestrial carbonates (–5.69‰), it may due to the mudstones were reformed by brine after deposited. The brine might be generated from dissolution of the underlying salt rocks by meteoric water. This could decipher the abnormal sequence of salt rock deposition (sylvite overlies carnallite). Therefore the meteoric water played an important role in the changes of oxygen and carbon isotopic compositions of the carbonates in mudstones in the study area.

potash deposit; mudstone overlaying on salt rock; carbon and oxygen isotope; sedimentary environment

P597

A

1001-1552(2015)02-0334-010

2013-06-08; 改回日期: 2013-08-01

项目资助: 本文由国家重点基础研究发展计划项目(973)“中国陆块海相成钾规律及预测研究”子课题“兰坪–思茅新生代残留盆地成钾条件、机理和后期演化”(编号: 2011CB403004)和国家自然科学基金青年基金项目“水流体对老挝沙空那空盆地赋钾蒸发岩改造作用研究”(批准号: 40903014)联合资助。

韩元红(1988–), 女, 博士研究生, 主要从事盐湖沉积学、油气储层沉积学研究。Email: hanyuanhong222@163.com

马海州(1963–), 男, 研究员, 博士生导师, 长期从事钾盐矿床相关方面的研究。Email: haizhou@isl.ac.cn

猜你喜欢

钾盐沉积环境碳酸盐
微量元素在鹤岗盆地早白垩世沉积环境分析中的应用
国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司
众德集团:联手德国钾盐 共拓镁肥市场
钾盐镀锌长效低消耗光亮剂
和顺区块煤系地层沉积环境分析
海相碳酸盐烃源岩生烃潜力模糊评价方法
超高压均质联合二甲基二碳酸盐对荔枝汁中污染菌及其微生物货架期的影响
碳酸盐型滑石物相分析方法研究
政策要闻
一种低氯根稀土碳酸盐加工方法