汪明泉 趙艷軍 劉成林＊＊ 丁婷

WANG MingQuan1，ZHAO YanJun2，LIU ChengLin2＊＊ and DING Ting3

1. 中國地質(zhì)大學地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室，北京 100083

2. 中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所，國土資源部成礦作用與資源評價重點實驗室，北京100037

3. 中國地質(zhì)大學，北京100083

1. State Key Laboratory of Geological Processes and Mineral Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083，China

2. MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment，Institute of Mineral Resources，CAGS，Beijing 100037，China

3. China University of Geosciences，Beijing 100083，China

2014-12-10 收稿，2015-02-05 改回.

從石炭紀開始岡瓦納大陸向北漂移，最終在三疊紀與北半球的歐亞大陸聚合，形成泛大陸，受到泛大陸的影響，二疊紀到三疊紀全球經(jīng)歷了巨型季風氣候由形成、發(fā)展到衰退的演化，這種季風氣候使得全球三疊紀古氣候以干旱為特征，并且巨型季風在三疊紀達到了最大值(Parrish，1993)。前人研究表明，揚子板塊在早三疊世時處于N 10°左右(萬天豐和朱鴻，2007;朱日祥等，1998)，而四川盆地在早三疊世時處于低緯度地區(qū)(N 15°左右)(姜枚等，1987;朱志文等，1988)，受到了巨型季風的強烈影響。也有學者認為早三疊世時全球氧的含量較低，二氧化碳的濃度較高，從而造成了炎熱干旱的環(huán)境(Woods，2005;Retallack，2013)。由此，導致了四川盆地在早三疊世時處于炎熱干旱的氣候環(huán)境中(錢利軍等，2010)。

蒸發(fā)巖形成于干燥炎熱的氣候環(huán)境中，是良好的古氣候分析標志(顏佳新，1999)。蒸發(fā)巖系形成于表生環(huán)境中，而石鹽結(jié)晶時封存了一些可以反映當時氣候環(huán)境的古流體(盧煥章等，2004)，為古氣候研究提供了又一個良好的載體。近年來，隨著地球溫室效應加劇和異常氣候事件的不斷發(fā)生，古環(huán)境演變成為了研究焦點問題。石鹽中的原生包裹體的均一溫度可以反映包裹體形成期間鹵水蒸發(fā)結(jié)晶時候的古水溫(Roberts and Spencer，1995;Lowenstein et al.，1998;Benison and Goldstein，1999)，該方法已成為反演古環(huán)境和古氣候的重要手段之一。

近年來，國內(nèi)外開展了大量石鹽巖中流體包裹體均一溫度測試方法與其均一溫度所代表的地質(zhì)意義方面的研究，取得了很多成果和進展(Benison，1995;Lowenstein et al.，1999;Losey and Benison，2000;Meng et al.，2011;Zhao et al.，2014)。相對而言，國內(nèi)對于石鹽流體包裹體的研究要晚于國外，并且主要集中在定性的描述和均一溫度測試兩方面。袁見齊等(1991)在云南勐野井鉀鹽礦床的研究中為了探討礦床成因曾總結(jié)了石鹽中氣液包裹體的研究方法，描述了干鹽湖成因鉀鹽礦床中石鹽晶體內(nèi)氣液包裹體群的形態(tài)特征。孟凡巍等(2011)通過對實驗室合成石鹽包裹體的研究認為:石鹽中原生流體包裹體存在于氣水交界面形成的漏斗晶和水底形成的人字晶晶體中，兩者都可以用來反映古環(huán)境的溫度，并且只有最大均一溫度才最接近鹵水結(jié)晶時的溫度。通過對石鹽巖中單一液相包裹體在不同冷凍條件和不同高溫條件下的均一溫度測試對比試驗表明:在沒有經(jīng)歷過過高溫(110℃)和低溫(-20℃)冷凍干擾情況下，以緩慢的升溫速率(通常選擇小于1℃/min)獲得的石鹽中單一液相包裹體均一溫度可以代表石鹽形成時的古水溫(趙艷軍等，2013)。

筆者在四川盆地華鎣山背斜東部嘉陵江組四段含鹽系的研究中，發(fā)現(xiàn)石鹽巖中含有大量的原生流體包裹體，這為該地區(qū)古海水溫度研究提供了重要材料。本文通過對這些原生石鹽包裹體開展均一溫度分析，來揭示四川盆地早三疊世古海水的溫度特征并探討其對成鉀的意義。這對于研究三疊紀早期的氣候變化也有重要的參考價值。

1 石鹽巖特征

圖1 長平3 井鉆井位置及地質(zhì)簡圖(據(jù)黃思靜等，2012改編)Fig.1 The geological sketch and location of Changping third well (modified after Wang et al.，2012)

研究樣品來自四川盆地東部鹽礦勘探鉆井長平3 井的巖芯中，該鉆井位于重慶市長壽區(qū)(圖1)，石鹽巖賦存于三疊系嘉陵江組四段中，經(jīng)日本Rigaku 公司生產(chǎn)的D/maxrA12kw X 射線衍射儀分析，巖芯主要礦物為石鹽、硬石膏、以及少量的雜鹵石和白云石，主要巖性為無色石鹽巖、煙灰色或淺桔紅色的含膏石鹽巖以及黑色的層狀硬石膏巖。石鹽巖具有一定的層理特征(圖2a)，表現(xiàn)無色、煙灰色或桔紅色石鹽巖交替出現(xiàn)，應是石鹽巖原生沉積的一種標志。此外，雜鹵石分布淺桔紅色石鹽巖層中，并且多分布在含膏石鹽巖或者石鹽巖與硬石膏接觸的部位，這種現(xiàn)象說明鹵水濃縮時中水體較淺、氧化性較強，由于水體的補給而帶來的鈣離子，與鹵水中的硫酸根離子、鉀離子、鎂離子結(jié)合，產(chǎn)生了桔紅色的含雜鹵石的石鹽巖。

長平3 井石鹽巖晶體以自形和半自形為主，晶體大小變化很大，從1 ～2mm 到幾個厘米，晶體較大的石鹽巖多為重結(jié)晶形成。顯微鏡下石鹽巖多呈半自形-他形結(jié)構(gòu)，見有正方形、似正方形節(jié)理，多與硬石膏或雜鹵石共生，低倍鏡下見次生包裹體(圖2f)。

2 樣品制備以及實驗方法

本次測試的包裹體取樣自嘉陵江四段的石鹽巖中，為了避免流體包裹體片制備時切割和打磨拋光過程改變了石鹽包裹體的原始溫度信息，樣品的處理參考Benison 的方法，首先選取晶形較好的石鹽巖顆粒，用小刀沿解理面切開，獲得厚度約0.5 ～1mm 的石鹽解理片(Benison and Goldstein，1999)。

圖2 長平3 井嘉陵江組四段石鹽巖(a)淺桔紅色與深紅色含雜鹵石石鹽巖，二者交替出現(xiàn);(b)層狀淺桔紅色與煙灰色石鹽巖(樣品4);(c)層狀淺桔紅色、無色與煙灰色石鹽巖(樣品5);(d)淺橘紅色石鹽巖與極少量硬石膏(樣品6);(e)石鹽巖，發(fā)育似正方形節(jié)理(單偏光);(f)他形石鹽巖，見有次生包裹體(中部十字形)和雜鹵石(單偏光). An-硬石膏;H-石鹽;Po-雜鹵石Fig.2 Halite in the forth member of Jialingjiang Formation of Changping third well

通過對解理片在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)石鹽巖節(jié)理片中既有原生包裹體也有次生包裹體，而原生包裹體多分布于顆粒的中部，次生包裹體則分布于石鹽顆粒的邊緣或者以包裹體脈的方式切穿多個石鹽晶體。原生包裹體中既有明暗相間的條帶狀包裹體，也有似v 字形的包裹體(圖3)。包裹體的形態(tài)主要為正方體或者長方體，大小多在2 ～30μm 左右，極少數(shù)包裹體可達50μm。原生的石鹽包裹體中以單一液相和氣液兩相的為主，有極少的三相包裹體。并且包裹體主要集中于井深為2779.80 ～2800.43m 之間的巖芯樣品中。

本次實驗的原生石鹽巖中的單一液相與氣液兩相包裹體混雜在一起，區(qū)分有一定的難度，同時陳旭等人通過將包裹體片直接置于冷熱臺上與將其置于冰箱中降溫“成核”的兩種測試方法所得到的實驗結(jié)果基本一致(陳旭，2014)。故本次實驗中為避免將氣液兩相包裹體與單一液相在“低溫成核”后相混淆，并沒有將石鹽解理片置于恒溫箱內(nèi)冷凍，而是將其置于顯微冷熱臺中，觀察并且記錄單一液相流體包裹體，對包裹體在-18℃的溫度下冷凍，直到單一液相的流體包裹體產(chǎn)生氣泡。待單一液相包裹體冷凍成核出現(xiàn)氣泡后(圖4)，以0.5℃/min 的升溫速率進行升溫，在接近均一時降至0.1℃/min。本次均一溫度的測試實驗是在中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所完成，使用由Linkam 公司生產(chǎn)的

圖3 長平3 井嘉陵江組四段石鹽巖包裹體特征(a、b)為似v 字形包裹體，b 為a 放大圖;(c)為條帶狀包裹體;(d)為次生包裹體Fig.3 The features of the inclusions in halite in the forth member of Jialingjiang Formation of Changping third well

圖4 長平3 井嘉陵江組四段石鹽巖中原生包裹體冷凍前(a)和冷凍后(b)對比Fig.4 Two photomicrographs of same fluid inclusions in halite in the forth member of Jialingjiang Formation of Changping third well，before (a)and after (b)chilling to nucleate vapor bubbles

THMSG600 型冷熱臺，測溫精度為0.1℃。

3 實驗結(jié)果

本次測溫實驗共獲得131 個有效數(shù)據(jù)，其中最低溫度為17.7℃，最高溫度為63.5℃，平均溫度為33.7℃(表1、圖5)。

4 討論

在深度2780m 附近樣品，最低溫度17.7℃，最高溫度為53.7℃，平均溫度為27.9℃;在深度2795m 附近，最低溫度為22.4℃，最高溫度為60.3℃，平均溫度為38.7℃;在深度2800m 附近，最低溫度為37.5℃，最高溫度為63.5℃，平均溫度為48.5℃。包裹體測溫所得的均一溫度最大值為63.5℃，而各個層位的最大均一溫度有所不同，從53.7℃到63.5℃，平均的最大均一溫度為59.1℃(圖6)。研究表明，石鹽原生包裹體的最大均一溫度可以反映鹵水結(jié)晶時的最高溫度(Roberts and Spencer，1995;孟凡巍等，2011;趙艷軍等，2013)，測試數(shù)據(jù)顯示由石鹽巖流體包裹體所直接得到的古海水最高溫度在50 ～60℃左右。也一定程度上反映了當時具有較高的氣候環(huán)境。

表1 長平3 井嘉陵江組四段石鹽巖原生包裹體均一溫度數(shù)據(jù)Table 1 The homogenization temperature data of primary inclusion in halite rock in the forth member of Jialingjiang Formation of Changping third well

表2 四川盆地東部嘉陵江組四段海相碳酸鹽巖氧同位素數(shù)據(jù)及古海水溫度Table 2 The oxygen isotope data of marine carbonate rock and paleotemperature of seawater in the forth member of Jialingjiang Formation in the eastern Sichuan Basin

圖5 長平3 井嘉陵江組四段石鹽巖中原生包裹體均一溫度分布直方圖Fig.5 Histogram of the homogenization temperature of the primary of inclusion in halite in the forth member of Jialingjiang Formation of Changping third well

在二氧化碳-水-碳酸鹽系統(tǒng)中，氧同位素的分餾作用與海水溫度存在相關(guān)關(guān)系，當碳酸鹽與介質(zhì)處于平衡狀態(tài)時，δ18O 隨溫度的升高而下降(Urey，1947)，碳酸鹽巖中氧同位素與海水溫度的這種關(guān)系使得其成為反演古海水溫度的一種途徑。南君亞等(1998)由碳酸鹽巖氧同位素所估算的貴州早三疊世海水的溫度分別為61.68℃、60.02℃和47.95℃。按此原理，根據(jù)黃思靜在四川盆地東部對早三疊世海水同位素研究時有關(guān)海相碳酸鹽巖氧同位素的數(shù)據(jù)(黃思靜等，2012)，筆者估算了嘉陵江組四段沉積時的海水的理論溫度(表2)。由氧同位素計算結(jié)果表明，海水的最大溫度61℃，最小溫度32℃，平均溫度為40℃。由于由同位素估算的海水溫度為一個相當長時間的海水溫度的平均值，而石鹽原生包裹體的均一溫度可以直接反映鹵水結(jié)晶時的“瞬時”溫度，所有由包裹體所測得的溫度相對偏高是可以解釋的(Benison and Goldstein，1999)。此外孫亞東通過關(guān)于牙形石的研究得出早三疊世時華南地區(qū)的海水溫度是相對偏高的，并且他認為整個早三疊世是由西伯利亞火山作用誘發(fā)的超級溫室期，火山的爆發(fā)釋放了二氧化碳和甲烷等溫室氣體，使得古海水處于較高的溫度(40℃左右)(孫亞東，2013)。綜合包裹體均一溫度所直接得到的濃縮海水(鹵水)溫度、同位素數(shù)據(jù)計算所得到的古海水理論溫度，說明早三疊世嘉陵江組四段沉積時海水處于高溫環(huán)境。

圖6 長平3 井蒸發(fā)巖巖性柱狀圖及溫度分布Fig.6 Lithological column and homogenization temperature distribution of Changping third well

由上可知，四川盆地三疊紀海洋環(huán)境在整個成鹽過程中始終保持高溫的氣候環(huán)境，經(jīng)過長時間的持續(xù)蒸發(fā)，鹵水的濃縮程度逐漸升高，出現(xiàn)大量石鹽沉積。在四川盆地已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大量的雜鹵石、無水鉀鎂礬、鉀鹽鎂礬礦物等的析出(林耀庭和陳紹蘭，2008)，這表明早三疊世時四川盆地一些地區(qū)的鹽湖蒸發(fā)濃縮程度較高，并四川盆地當時處于一個炎熱干旱氣候環(huán)境中，為鉀鹽或者含鉀礦物從鹵水中析出奠定了基礎。

5 結(jié)論

四川盆地東部嘉陵江組四段石鹽巖中發(fā)育大量原生包裹體，實驗結(jié)果表明，石鹽結(jié)晶時鹵水的溫度在17.7 ～63.5℃之間，其中最大均一溫度(53.7 ～63.5℃)反映了石鹽結(jié)晶時古海水(鹵水)的最高溫度。此結(jié)果與由該地區(qū)氧同位素數(shù)據(jù)計算所得出的海水理論溫度(32 ～61℃)基本相符，這表明早三疊世上揚子海相環(huán)境具有較高的溫度氣候條件，這一較高的古氣候條件顯然有利于古海水的強烈蒸發(fā)濃縮，從而為鉀鹽沉積奠定了重要的氣候條件。

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