云南兰坪-思茅盆地和老挝钾盐矿床物质来源新认识

李明慧，颜茂都,2，方小敏,2，张增杰，孙淑蕊,4.中国科学院青藏高原研究所，北京000；2.中国科学院青藏高原卓越中心，北京000；.中国地质科学院矿产资源研究所，北京0007；4.中国科学院大学北京00049



云南兰坪-思茅盆地和老挝钾盐矿床物质来源新认识

李明慧1，颜茂都1,2，方小敏1,2，张增杰3，孙淑蕊1,4
1.中国科学院青藏高原研究所，北京100101；2.中国科学院青藏高原卓越中心，北京100101；3.中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037；4.中国科学院大学北京100049

摘要：云南兰坪-思茅盆地勐野井钾盐矿与泰国—老挝的钾盐矿的成矿关系被认为可能具有同源性，尤其深部热液可能是其重要的物质来源之一。针对该观点氢氧同位素证据缺乏、且深部热液到底是哪种热液尚不清楚的问题，文中根据老挝钻孔ZK2893中石盐包裹体水的氢氧同位素分析结果：δ(18)O为-2.3‰～9.5‰，平均值为2.9‰，δD的范围为-78‰～-150‰，平均值为-108.6‰，大部分小于-90‰；在δD-δ(18)O关系图上，数据点均在交代热液范围内，因此推断，老挝钾盐成矿的深部热液为大气降水与围岩形成的交代热液，围岩提供了重要的成矿物质。此项分析还表明老挝的交代热液温度主要集中在150℃左右，即包裹体形成的温度可能也在150℃左右，云南兰坪—思茅石盐包裹体的捕获温度为145℃左右，最高达170℃，二者比较接近，这为两地钾盐矿同源的可能性提供了新的证据。

关键词：钾盐；石盐包裹体；氢氧同位素

云南兰坪-思茅盆地的勐野井钾盐矿是我国重要的固体钾盐矿产，但规模小。相邻的泰国呵叻盆地和老挝万象盆地却发育大型钾盐矿床。白垩纪晚期，泰国呵叻盆地、老挝沙空那空盆地钾盐矿床盆地和中国云南的思茅盆地处于同一北西向构造带上，它们之间可能水域相通，具有大致相同的古气候古地理条件、沉积环境、物质来源、生物群和成矿物质（曲懿华等，1997，1998；Racey and Goodball，2009；钟晓勇等，2012；秦占杰等，2013；Zhang et al.,2013; Wang et al.,2014;张华等，2014），以及相似的矿物组合、沉积韵律、Br含量、古流向等（曲懿华等，1997；Racey and Goodball，2009）这些现象说明云南钾盐矿床的成矿水体可能来源于呵叻-沙空那空盆地（包括老挝的万象盆地）。既然如此，云南兰坪-思茅盆地应该有与泰国呵叻盆地和老挝万象盆地相类似的大型的钾盐矿，至少比目前发现的储量大。几十年来学者们从不同方面对比研究，试图在云南找到更多的钾盐，并解释勐野井钾盐矿床规模小的原因。

物质来源是钾盐矿床研究的重点，海水、陆源水和热液水是三种可能的来源。海水是大型钾盐矿床最重要的物质来源，因为海水中钾含量远高于陆源水，而且目前发现的大型钾盐矿床都是以海水为主要物质来源的。因此，即使云南勐野井和老挝的钾盐矿床都显示为陆相沉积特征，但学者们也都找到了海相证据，如较高的Br/Cl比值、K/Na比值、微量海相矿物、高含量的重金属元素、高硫同位素等，并推断钾盐矿床的成因为“海源陆相”，即两个盆地的成钾水具有同源性，早期确实有海水存在（曲懿华等，1998；郭远生，2005；Tan et al.,2010；高翔等，2013；王立成等；2014），而且二者钾盐成矿时代都在白垩纪（钟晓勇等，2012；Wang et al.,2015）。因为钾盐矿床表现为陆相沉积，所以钾盐析出时残余海水应该是不多的（Li et al.,2015）。除了海水补给外，深部热液补给是钾盐矿床形成不可缺少的来源之一，目前主要证据是沉积层序、盐类矿物和重金属元素异常，如蒸发盐垂直和水平分布中缺少碳酸盐、盐类矿物中出现溢晶石等（曲懿华等，1998；郭远生，2005）。热液有三种类型：岩浆热液、变质热液和交代热液，而交代热液又包括大气降水热液和海水热液等（季克俭和吕凤翔，2007）。老挝万象、云南勐野井钾盐矿的热液归属于哪一种？目前并没有研究。本文的主要目的是从石盐包裹体氢氧同位素的角度进行分析，为深部热液的存在提供证据、并鉴别热液的种类。

1　地质背景

兰坪-思茅盆地为中生代陆相盆地，是受金沙江-哀牢山深断裂和澜沧江深断裂所挟持的巨大断裂盆地。它呈北西、南东向带状展布,向南进入境内，与老挝沙空那空盆地和泰国呵叻盆地毗邻，共同组成一个规模巨大的裂谷盆地系（曲懿华等，1998）。盆地发育于滇西古特提斯多岛洋构造格局基础之上，在古特提斯洋和新特提斯洋的开合过程中形成的，经历了多阶段复杂的演化历程。中三叠世，伴随中特提斯洋开启，地壳拉张裂陷，兰坪-思茅中生代盆地原型开始形成；晚三叠世末—早侏罗世,由于受中特提斯关闭引起的造山运动的影响,下侏罗统普遍缺失；从中侏罗世开始,由于新特提斯洋开启，盆地再次下沉接受中侏罗统—白垩系的沉积（曲懿华等，1998；廖宗廷和陈跃昆，2005）。喜马拉雅造山运动使本区地壳大面积隆升,兰坪-思茅盆地原型遭受强烈变形，继而在中生代裂谷盆地基础上叠加了新生代的拉分盆地。构造演化控制了盆地沉降作用、沉积作用、火成活动和构造格架（廖宗廷和陈跃昆，2005）。

据研究，白垩纪时，我国云南兰坪-思茅盆地与沙空那空—呵叻盆地处于同一构造带上，在盆地基底性质、盆地发展、演化及沉积环境方面均有着相似之处(曲懿华，1997)。老挝他曲盆地属于沙空那空盆地的一部分。该地区的岩石地层仅出露中二叠统—古近系，中二叠统与下伏前石炭系呈角度不整合接触，为一套含火山岩夹煤的陆源碎屑沉积，形成于滨海—沼泽环境，白垩系平行不整合于侏罗系之上，为河流—湖泊相的红色陆源碎屑沉积比，古近系平行不整合于白垩系之上，为一套含膏盐红色陆源碎屑沉积，形成于河流—湖泊环境（严城民等，2006）。岩石地层特征可与兰坪—思茅地区的勐野井组、等黑组相对比（曲懿华等，1998）。

2　样品和方法

本文石盐样品取自老挝他曲盆地钻孔ZK2893 （N17°11.1′,E104°49.367′），共37个样品（图1），主要分布在钻深150～584 m之间，中间夹有石膏和泥岩层薄层。所选石盐样品均为透明石盐，经X射线分析，石盐含量为99%～100%，基本不含其它矿物。样品研磨至40～60目之间，进行包裹体氢氧同位素的测试，其中氧同位素在核工业北京地质研究院完成，测试仪器为Deltav plus，氢同位素在中国地质科学院测试，测试仪器为MAT253。

图1　老挝—泰国与云南勐野井及钻孔ZK 2893位置和钻孔岩性图（其中兰坪-思茅盆地地质图引自尹汉辉等，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　结果和讨论

老挝钻孔的石盐包裹体氧同位素值δ18O 为-2.3‰～9.5‰，平均值为2.9‰，大部分在-5‰～5‰之间；δD的范围为-78‰～-150‰，平均值为-108.6‰，大部分小于-90‰（表1）。钻深400～500 m之间的氧同位素变化较大，300～400 m之间氢同位素显示较大的变化（图2）。δ18O-δD关系图中（图3），热液高岭石线是季克俭与吕凤翔（2007）划定的交代水界线，热液高岭石线之上为交代水区域，风化高岭石线之上为风化区。本文的数据一个落在热液高岭石线上，一个在风化高岭石线之上的风化区，其余均在交代水的范围内，远离海水值（图3）。因为岩浆不能直接演化为热液，岩浆结晶也不形成残余溶液，岩浆热液和岩浆期后热液成矿理论没有理论基础，也不符合地质事实（季克俭和吕凤翔，2007），因此，即使有一个数据靠近岩浆水范围，这里也不能考虑岩浆热液成因。

表1　钻孔ZK2893石盐包裹体中的氢氧同位素Table1 δ18OandδDofhalitefluidinclusionfromZK2893inLaos

图2　老挝钻孔ZK2893石盐包裹体水的氢氧同位素与深度的关系。Fig.2 Curves of δD and δ18O of halite fluid inclusions vs.depth in the core ZK2893 in Laos

交代水是大气降水与岩石反应生成的各种地热水（热液），是唯一被证实的成矿热液。不同温度下的水—岩交换不同，氢氧同位素的曲线也不同（图3）。水岩反应过程中，由于岩石中的H含量很少，地热水中的δD值基本不受影响；但是，如果大气降水热液在运移过程中发生去气现象，热液中的δD就会升高，δD的变化说明热液在运移过程中有其它逃逸。大气降雨的δ18O值比较低，而岩石的δ18O值高，水—岩交换过程中，δ18O会发生明显的变化，包裹体水的氧同位素越大（即发生漂移），水—岩交换越强烈。所以，本文钻孔ZK2893的石盐水包裹体δ18O远离大气雨水线，说明水—岩交换强烈，而大部分数据分布在大气降水与围岩的理想曲线附近，主要集中在150℃曲线附近，指示包裹体形成时可能的温度范围。

兰坪-思茅盆地石盐包裹体的平均形成温度为80～140℃左右，最高可达170℃，捕获温度为145℃左右（张芳等，2001），与上述老挝包裹体显示的温度范围接近，说明二者具有同源卤水的可能性。大量数据显示，兰坪-思茅盆地其它金属矿的成矿热液也来自大气降水（刘家军等，2000；徐启东和李建威，2003；李志明等，2004；徐仕海等，2005；薛伟等，2012）。目前世界各地大多数地区（95%以上）的地热水来自当地的雨水，成矿金属来自岩石，成矿热液不仅富含矿质，而且可以沉淀出矿质（Craig，1963；Shep⁃pard,1977；季克俭和吕凤翔，2007）。因此可以推断，云南勐野井钾盐矿成钾溶液的来源也是大气降水与围岩相互作用形成的交代热液，钾盐的成矿物质主要来源于围岩。

图3　老挝钻孔ZK2893石盐包裹体水的δD-δ18O关系。Fig.3 δD-δ18O correlation diagram of halite fluid inclusions from core ZK2893 in Laos

地热发育、地温梯度异常高，是云南—老挝钾盐矿床交代热液成因的一个地质证据。研究认为，热液矿床都产于异常地温梯度区内，特别是高异常地温梯度区（季克俭和吕凤翔，2007）。云南—老挝处于环太平洋地震带和地中海-喜马拉雅地震带的过渡地区，地震活动频繁，地热发育，地温梯度异常高，如云南腾冲平均地温梯度为4.61℃/ 100 m，最高达15.5℃/100 m（吴乾蕃等，1988；赵慈平等，2006；袁玉松等，2006；张永双等，2007）。较高的地热环境加速了大气降水与围岩的反应速度，使得更多的成矿物质进入热液。新构造运动剧烈是地热异常的主要原因（汪缉安等，1990），在构造运动中形成的裂谷为交代热液涌入盆地提供了良好的通道。

钻孔中δ18O和δD随深度增加，出现了不规则的变化（图2）。除了上述水岩反应、热液运移中的去气现象等影响因素外，蒸发作用也是一个不可忽视的原因：因为（1）干旱是钾盐等蒸发盐矿床形成的气候条件，这种气候条件下，强烈的蒸发作用会导致水体δ18O和δD的值增高；（2）“太阳池效应”中的蒸发作用。钾的盐矿物析出时，水体盐度大约是现代海水的90倍左右（Warren，1989），盆地底部高浓度的水体温度远高于表面水体的温度，因此这部分热能也能使水分蒸发，导致热液中δ18O和δD增高，这也是现代太阳池的工作原理；（3）淡水的加入会降低δ18O和δD的值。

4　结论

老挝钻孔石盐包裹体水的氢氧同位素值分别为δ18O为-2.3‰～9.5‰，平均值为2.9‰，δD的范围为-78‰～-150‰，大部分在-90‰～-130‰之间。老挝的成矿热液为大气降水与围岩所形成的交代热液，围岩是钾盐成矿物质的重要来源。

老挝盐矿包裹体形成时的温度可能在150℃左右，云南兰坪—思茅石盐包裹体的捕获温度为145℃左右，最高达170℃，二者比较接近，这为两个盆地钾盐矿同源的可能性提供了新的证据。

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New Ideasonthe Originsof Potash Depositsin Yunnan Chinaand Laos

LI Minghui1，YAN Maodu1,2，FANG 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

作者简介：李明慧，女，副研究员，从事环境矿物学研究；E-mail: liminghui@itpcas.ac.cn

基金项目：973项目（2011CB403006; 2013CB956401）；中国科学院战略性先导专项B（XDB03020400）；国家自然科学基金项目（41271100；41321061）

收稿日期：2015-04-30；修回日期：2015-07-09

DOI:10.16108/j.issn1006-7493.2015081

中图分类号：P619.21+1

文献标识码：A

文章编号：1006-7493（2016）01-0060-06

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