Sr-S-K同位素示踪思茅盆地深部富钾盐体的物源.pdf
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1、southwestern China.Acta Geologica Sinica,97(6):19872001.2023.Sr,SandKisotopesstotracingmaterialsources of the deep potassium-bearing salt body in the Simaobasin,Miao Zhongying,Zheng Mianping,Li Weiqiang,Xu Qihui,Xia Zhiguang,Lou Pengcheng,Zhang Xuefei,Chen Jiayang.Jun.2 0 2 32023年6 月ACTAICA SINICA质地
2、报学Vol.97No.6第6 期第9 7 卷Sr-S-K同位素示踪思茅盆地深部富钾盐体的物源苗忠英),郑绵平1),李伟强2,徐其辉3,夏芝广),娄鹏程”),张雪飞1),陈嘉阳2)1)中国地质科学院矿产资源研究所,自然资源部盐湖资源与环境重点实验室,北京,10 0 0 37;2)内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室,南京大学地球科学与工程学院,江苏南京,2 10 0 2 3;3)中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京,10 0 0 8 3内容提要:思茅盆地2 350 m以深新发现了累计厚度149m的富钾盐体。为了厘定其成钾物质来源,本文重点对15件钾石盐岩样品的Sr、K 同位素和7 件硬
3、石膏岩样品的Sr、S同位素进行了分析。结果显示样品的Sr、S、K同位素均具有海水的特征,说明该盐体的成钾物质来源为海水。7 Sr/8Sr值分别与33Sv-cDT值和3 K值负相关揭示析盐期存在陆源淡水补给蒸发盆地。淡水补给导致样品的 7 Sr/8Sr值大于母源海水、33Sv-CDT和aK值小于母源海水。混源模拟计算显示钾石盐岩中淡水补给锶元素的比例为3.3%2 9.2%,硬石膏岩中淡水补给锶元素的比例不超过35.2%。淡水补给Sr、S、K 元素的量较少,不足以影响我们根据相应的同位素指标对盐体母质来源的识别。本项研究综合应用传统的Sr-S同位素与新兴的K同位素示踪思茅盆地深部富钾盐体的物源,为
4、进一步研究其成因机理提供了可靠的数据支撑。关键词:思茅盆地;深部盐体;钾盐;同位素地球化学;物源示踪思茅盆地深部存在富钾盐体是通过三维地震资料结合MK-1井和MK-3井深部钻探工程获得的一项全新发现。关于这套富钾盐体的地质、地球化学信息公开报道的很少,郑绵平等(2 0 14)首次公开报道了MK-1井盐层的含钾性;郑绵平等(2 0 15)进一步报道了MK-1井含钾石盐岩的KCI相对含量为0.8%6.0%,溴氯系数为0.10.6,钾氯系数为156 0,并初步构建了它与浅层勐野井钾盐矿体之间的成因关系。思茅盆地内浅部成钾物质来源已有的报道可为研究深部富钾盐体的物源提供参考。有学者根据石盐和钾石盐中B
5、r含量高、钾石盐中发现海绿石矿物、缺乏典型陆相矿床中的钙芒硝矿物以及Sr同位素地球化学特征判断浅部钾盐矿床的成矿物质来源主体为海水(郑绵平等,2 0 12;郑智杰等,2 0 12;杨尖絮等,2 0 13;MiaoZhongying,2 0 18;方礼桦等,2019)。有学者根据浅部钾盐矿床中出现溢晶石、富含钻镍矿物、重金属元素含量偏高、盐盆受断裂控制明显、附近相同层位中夹有火山岩,判断除了海水之外还有深源卤水的补给(曲懿华,198 2;夏文杰等,1983;高翔等,2 0 13)。有学者根据浅部钾盐矿床中岩盐包裹体成分和H、O 同位素以及盆地内硫酸盐Sr、S和O同位素的分析,认为析盐卤水主体为海
6、水,但是析出钾石盐之后经历过混合水体(海水、深源热液、大陆水体)溶解再结晶的改造(ShenLijianet al.,2017,2021)。Li M in g h u i e t a l.(2 0 15)通过对浅部钾盐矿床的矿物、Br含量、Br/Cl、S和B同位素值等特征的分析,认为该矿床的成矿物质可能是陆源的,但是有残留海水的痕迹。颜茂都等(2 0 2 1)通过对蒸发岩S、B、Sr 同位素以及石盐包裹体均一化温度的研究,认为“思茅盆地成钾物质来源主要是陆源水体、石盐析出时卤水中的海水很少、深注:本文为中国地质调查项目 思茅盆地中生代海相钾盐资源调查评价”(编号DD20201115,D D 2
7、0 2 2 1913)资助的成果。收稿日期:2 0 2 2-0 6-12;改回日期:2 0 2 2-0 7-13;网络发表日期:2 0 2 2-11-0 5;责任编委:范宏瑞;责任编辑:潘静。作者简介:苗忠英,男,198 2 年生。副研究员,主要研究方向为钾盐和油气等沉积型矿产资源的成因机理和分布规律。E-mail:z h y m i a o 。引用本文:苗忠英,郑绵平,李伟强,徐其辉,夏芝广,娄鹏程,张雪飞,陈嘉阳.2 0 2 3.Sr-S-K同位素示踪思茅盆地深部富钾盐体的物源。地质学报,9 7(6):19 8 7 2 0 0 1,doi:10.19 7 6 2/j.c n k i.d i
8、z h ix u e b a o.2 0 2 2 0 9 0.http:/WWWlndex.aspx19882023年质报地学部热液的补给作用不可忽视”。通过对上述浅部矿体成钾物源已有的研究分析可见:研究对象主要为浅部石盐岩、钾石盐岩及伴生的硫酸盐岩和岩盐包裹体;研究手段主要为矿物组合、化学元素以及Sr、S、H、O、B同位素地球化学特征分析;缺少针对成矿K元素的直接分析,导致对成钾物质来源的认识还存在争议。本项研究以MK-3井钻获的深部富钾盐体中的钾石盐岩及其围岩和夹层的硬石膏岩作为主要研究对象,通过分析样品的Sr、S、K 同位素、探讨Sr-S、Sr-K同位素耦合变化特征,论证富钾盐体的成矿物
9、质来源。此项工作不仅采用了以Sr和S同位素作为间接证据示踪成钾物质来源的传统方法,还尝试应用新兴的K同位素作为直接证据示踪成钾物质来源,对思茅盆地深部富钾盐体物质来源的约束将更加准确,也将为进一步探讨其成因机制提供重要的数据支撑。1地质背景思茅盆地位于印支地块北部,其东界为金沙江-哀牢山缝合带,西界为澜沧江缝合带(Metcalfe,2002;吴南平等,2 0 0 3;Soneetal.,2 0 0 8;许志琴等,2 0 13),其形成及钾盐富集与特提斯的发展演化有着紧密的联系(郑绵平等,2 0 10;苗忠英等,2017)。盆地的沉积基底为前寒武系一下古生界绿片岩相变质杂岩(殷鸿福等,1999)
10、,沉积盖层主要为中一新生界(谭富文,2 0 0 2;尹福光等,2 0 0 6)。目前,工业性钾盐矿床发育在白垩系勐野井组(苗忠英等,2019a);中侏罗统和平乡组是盆地内盐类资源勘查的另一重要目的层,其含盐层应属潮坪上的盐盆沉积。2019年完钻的MK-3井位于思茅盆地东南部勐野井钾盐矿北西方向(图1),距矿权线的最小距离约为50 0 m,井口周围出露地层自下而上为:下白垩统景星组、南新组、虎头寺组、勐野井组、新近系、第四系(图1)。地层整体向勐野井钾盐矿体方向倾斜,倾角在17 6 4之间变化,构成了勐野井向斜。MK-3井在2 397 2 443m和2 542 2 6 45m深度段发现了两层累计
11、厚度149m的含钾石盐岩,其KCl含量为0.0 1%13.40%,平均值为1.16%。2 0 12年完钻的MK-1井位于MK-3井北西向约50 0 m处,它在2 2 532 32 3m深度段钻获了7 0 m厚的含钾盐岩。MK-1井和MK-3井钻探工程与三维地震资料、岩盐成分化学分析相结合,勾勒出这一区域深部存在富钾盐体的客观事实。2样品和实验方法2.1样品来源本项研究的样品采自于MK-3井,井口坐标为E1013743.5N224125.0(图1)。MK-3井开孔层位为下白垩统南新组,在深度536.5m处钻遇下白垩统景星组,其标志性岩相特征是灰白色砂岩夹煤线;在深度158 6.0 m处钻遇以棕红
12、色泥岩为岩相特征的上侏罗统坝注路组;在深度16 58.2 m处钻遇以棕红色细碎屑岩夹灰绿色灰质泥岩、泥岩、硬石膏岩斑块为岩相特征的中侏罗统和平乡组,在深度2 7 0 1.0 m的和平乡组终孔(图2 a)。自上而下采集的岩芯样品中KCl含量超过5%的钾石盐岩样品共15件,含钾石盐岩层顶部、盐岩内夹层、碎屑岩内夹层硬石膏岩样品共7 件(图2b)。样品的编号、深度、KCl含量、主岩性如表1所示。为了辅助深部富钾盐体物源研究,本文还在23792 6 7 5m 深度段之间采集了9件碎屑岩样品,统一编号为MK-3-C。表1思茅盆地东南部MK-3井蒸发岩岩芯样品基本信息Table 1 Basic infor
13、mation of evaporite samples of the coresfrom the MK-3 well in the southeastern Simao basin样品编号深度(m)KCI(%)岩性MK-3-Anh-12394.4一灰绿色硬石膏岩MK-3-Anh-22395.4一灰绿色硬石膏岩MK-3-Anh-32395.6一灰绿色硬石膏岩MK-3-Anh-42396.6一灰绿色硬石膏岩MK-3-S-12407.08.56青灰色钾石盐岩MK-3-S-22419.310.17青灰色钾石盐岩MK-3-S-32419.55.62青灰色钾石盐岩MK-3-S-42428.36.11青灰色
14、钾石盐岩MK-3-S-52430.55.73青灰色钾石盐岩MK-3-Anh-52524.4一灰绿色硬石膏岩MK-3-Anh-62526.1一灰绿色硬石膏岩MK-3-S-62552.08.01棕红色含泥砾钾石盐岩MK-3-S-72552.37.47棕红色含泥砾钾石盐岩MK-3-S-82555.06.27棕红色含泥砾钾石盐岩MK-3-S-92558.86.47棕红色含泥砾钾石盐岩MK-3-S-102572.56.54棕红色含泥砾钾石盐岩MK-3-S-112592.35.28棕红色含泥砾钾石盐岩MK-3-S-122592.59.44棕红色含泥砾钾石盐岩MK-3-S-132607.56.14棕红色含泥
15、砾钾石盐岩MK-3-Anh-72627.8一灰绿色硬石膏岩MK-3-S-142642.05.36棕红色含泥砾钾石盐岩MK-3-S-152643.35.74棕红色含泥砾钾石盐岩注:“一”表示无数据。苗忠英等:Sr-S-K同位素示踪思茅盆地深部富钾盐体的物源第6 期198910135E10140E10145E2244K.hN30元K.Kn2303317折20K.h17MKK31+34K.hK.h2864KK.nK,me2240N3530K.hNQNK.me18030051K,h第四系新近系勐野井组51水.hQuaternaryNeogeneMengyejingFmK.hK.K虎头寺组南新组景星组地
16、层产状HutousiFm.NanxinFm.JingxingFm.Attitude00.81.6km断层探井河流矿权线FaultWellRiverMiningboundary图1思茅盆地东南部MK-3井地理位置及井口附近地质简图Fig.1Geographical location of the MK-3 well and geological map of the well in the southeast Simao basin2.2实验方法2.2.1锶同位素测试方法样品的锶同位素在南京聚谱检测科技有限公司测试完成。样品在玛瑙研钵中磨至2 0 0 目。其中,硬石膏岩和碎屑岩粉末样品浸泡在0.
17、5mol/L稀醋酸中,经水浴超声三次、每次10 min,然后再经330 0r/min离心后获得上清液;钾石盐岩粉末经纯水溶解后取上清液。将上述两种上清液分别蒸干,然后转化为1.5mL1.5mol/L的HCl介质以备后续分析。样品溶液经BioRadAG50W-X8阳离子交换柱,先淋洗出高场强元素,接着用2.0 mol/L的HCl去除基体元素和Rb,接着用2.5mol/L的HCl淋洗接收Sr组分。淋洗液经蒸干转移至2.5mol/L的HNO介质,再经Sr特效树脂进一步提纯,最后以纯水淋洗并接收Sr组分。50 10-Sr上机溶液经Cetac Aridus II膜去溶系统引人,在NuPlasmaIIMC
18、-ICP-MS上测定8 7 Sr/86Sr的值。测定过程中,采用8 Sr/88Sr=0.1194内部校正仪器质量分馏,Sr同位素国际标准物质NISTSRM987作为外标校正仪器漂移。2.2.2硫同位素测试方法样品的硫同位素在南京聚谱检测科技有限公司测试完成。仪器设备为美国ThermalFisher公司的2 53plus气体稳定同位素质谱仪。测试过程如下:首先将含有不超过10 0 g硫的样品和3倍于样品的V2O,包在一个小锡舟里,然后自动进样一个锡舟至燃烧反应器中,通入5mL的纯氧气使样品在10 2 0 下燃烧,产生的气体经氮气携带通过氧化还原反应器(分层充填WO、Cu O 和Cu丝)使所有气体
19、充分氧化,同时使生成的少量SO:还原为SO2,最后经色谱柱将SO2与其他杂质气体分开后进入质谱仪测试。采用IAEA-SO-5(33Sv-c D T 为0.5%,SD=0.2),IAEA-SO-6(a Sv c D T为-34.1%,SD=0.2)和NBS 127(Sv c D T 为21.78%,SD=0.2)三种国际标准物质作为标样,测试结果用34Sv-CDT值表示:Sv-CDT(%)=(34S/32 S)样品/(3S/32 S)标样-1X1000(1)分析精度可达到0.2%。2.2.3钾同位素测试方法钾同位素质谱测试以及相应的钾含量火焰光度计测试均在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点
20、实验室完成。约2 0 mg钾石盐样品在10 mLhttp:/www./index.aspx19902023年质报地学(a)(b)系统组岩性深度(m)深度(m)岩性取样位置典型样品照片2381-MK-3-Anh-1-MK-3-Anh-2-MK-3-Anh-32397K+MK-3-Anh-4MK-3-S-1+K+MK-3-S-2536.5+K+MK-3-S-3MK-3-S-1MK-3-S-MK-3-S-42443-MK-3-S-5添联雪善MK-3-S-3MK-3MK-3-Anh-5reter-MK-3-Anh-61586.0MK-3-S-6MK-1658.22542MKKMK-3-S-7-MK-3
21、-S-8MK-3-S-9家-MK-3-S-10-MK-3-S-11-MK-3-S-12MK-3-S-11KMK-3-S-13岳中K.MK-3-Anh-7-MK-3-S-142645-MK-3-S-15KKS-132701.02701粉砂岩细砂岩粉砂质泥岩灰质泥岩灰质粉砂岩含钾石盐岩含泥砾含钾石盐岩硬石膏岩SiltstoneFinesandstoneSiltymudstoneCalcareousmudstoneCalcareoussiltstonePotassium-bearingPotassium-bearingAnhydritehalitehalitecontainsconglomerate
22、s图2 思茅盆地东南部MK-3井盐系地层样品采集位置Fig.2 Sampling location of salt-bearing strata of the MK-3 well in the southeastern Simao basin(a)一MK-3井钻遇地层及主要岩性示意图;(b)一盐系地层主岩性、样品分布及典型样品照片(a)schematic diagram of strata and main lithology of the MK-3 well;(b)main lithology,sample distribution and typical sample photos ofs
23、alt-bearing strata去离子水中溶解一天,取40 L上清液加2%HNO:稀释至4mL,使用火焰光度计测试钾含量。火焰光度计采用一系列元素外标建立标准曲线(XiaZhiguangetal.,2 0 2 2),标准曲线的线性相关性优于0.999,钾元素分析的外部精度优于10%。基于测得的样品钾浓度数据,取约含有2 0 gK的样品溶液并加人50 0 L浓硝酸在加热板上重复蒸干3遍以转换介质,然后溶于0.3mL1.5mol/L的硝酸等待树脂提纯流程。先后使用1mL1002 0 0 目的AG50W-X12和0.4mL100200目的AG50W-X8阳离子交换树脂实现K的纯化,该流程可确保钾
24、的回收率优于99%,且基质元素总量低于1%(LiWeiqiang et al.,2016;An Shichao et al.,2022)。过柱后的纯K样品加50 L30%HzO2蒸干后溶于2%的硝酸。使用多接收电感耦合等离子体质谱仪(Nu 1700 Sapphire HR-MC-ICP-MS)测试钾同位素值,采用传统的样品标样间插法校正质量歧视效应。实验室内标(A-K:11/39KA-k=0.0 5%0.07%,n=120,相对于 SRM314la;An Shichaoetal.,2 0 2 2)浓度为50 0 10-9,为避免质谱分析过程产生的浓度效应,样品浓度稀释至(50 0 士2 5)1
25、0-9。钾同位素表达方式为:K(%)=(K/39K)样品/(K/3K)称)标样一1X1000(2)所有的钾同位素数据均相对于SRM3141a报道,4 K/39K的外部重复性优于土0.10%(2 SD)。3结果本项研究获得的蒸发岩Sr、S、K 同位素数据如表2 所示。碎屑岩8 7 Sr/86Sr值分布在0.7 12 47 2 0.714654之间,平均值为0.7 136 2 7;2 SD为8 10-61310-6,平均值为10 10-603.1锶同位素钾石盐岩和硬石膏岩样品8 7 Sr/86Sr的值呈现苗忠英等:Sr-S-K同位素示踪思茅盆地深部富钾盐体的物源1991第6 期1010最小值=0.
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