4億年前的鄂爾多斯盆地是海洋？比現(xiàn)在的渤海還要深？

作者：盛捷 孟凡?。ㄖ袊?guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所）

文章來源于科學(xué)大院公眾號(hào)（ID：kexuedayuan）

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鄂爾多斯盆地，便是人們所了解的陜甘寧盆地，其橫跨甘肅、寧夏、內(nèi)蒙及陜西等四個(gè)省區(qū)。盆地的內(nèi)部海拔多在1100-1800m之間，南北長(zhǎng)約800km，東西寬約400km，面積約32萬km2，形似矩形。

鄂爾多斯盆地（圖片來源:楊寧. 準(zhǔn)格爾煤田串草圪旦5號(hào)煤有害元素賦存狀態(tài)和分布規(guī)律 , 2015）

別看現(xiàn)在是陸地，此前有研究表明，在4億年前的奧陶紀(jì)，鄂爾多斯盆地還是一片海。不過，這片海有多深？

前不久，由中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所孟凡巍副研究員與南京大學(xué)倪培教授、烏克蘭科學(xué)院Galamay博士、波蘭鹽礦協(xié)會(huì)主席Krzysztof教授等中外專家合作發(fā)現(xiàn)，在四億年前，鄂爾多斯盆地是深度大約為40米的海洋。

奧陶紀(jì)時(shí)期的古地理圖 （圖片來源：https://deeptimemaps.com/）

這樣的深度是一個(gè)什么概念呢？現(xiàn)今的渤海平均深度大致為18米?！岸鯛柖嗨购！北炔澈＿€要深！

這個(gè)深度，科研人員是怎么計(jì)算出來的呢？

科研人員再次用到了我們?cè)?jīng)提及的一個(gè)“封印”——流體包裹體（神秘“封印”破解4.4億年前的海水成分之謎）。

流體包裹體是礦物形成期間的晶體缺陷孔洞，可以記錄礦物形成時(shí)期的流體成分或者氣體，其存在于海水中蒸發(fā)形成的石鹽礦物中，它“封印”了當(dāng)時(shí)的原始海水或者氣體。比如:瑪瑙中的水膽等。

流體包裹體（圖片來源：https://www.vcg.com/）

石鹽礦物存在于蒸發(fā)巖中。蒸發(fā)巖與人類生產(chǎn)生活關(guān)系密切。其中，巖鹽礦可以用來提煉金屬鈉，制造鈉鹽等；鉀鹽主要用作生產(chǎn)鉀肥；石膏、硬石膏主要用作建筑材料等；芒硝可以用來制革、造紙、染料、人造纖維、醫(yī)藥及冶金等；天然堿用來制純堿和燒堿。

蒸發(fā)巖沉積的出現(xiàn)，需要適宜的古地理、古構(gòu)造和古氣候的多重因素的同時(shí)出現(xiàn)。因此，在地質(zhì)歷史時(shí)期，蒸發(fā)巖的大量出現(xiàn)在少數(shù)幾個(gè)地質(zhì)時(shí)代。上世紀(jì)90年代，中國(guó)在對(duì)鄂爾多斯盆地進(jìn)行石油勘探期間，也發(fā)現(xiàn)了巨厚的石鹽沉積，因此，鄂爾多斯盆地也成為中國(guó)的海相鉀鹽勘探熱點(diǎn)地區(qū)之一。

孟凡巍手持一塊奧陶紀(jì)石鹽（圖片來源：作者提供）

而鄂爾多斯盆地海相鉀鹽形成時(shí)期的鹵水（海水經(jīng)過蒸發(fā)，鹽度變高，我們稱之為鹵水）深度，一直存在爭(zhēng)論。

石鹽在飽和鹵水期間，可以在任何深度下形成，而石鹽流體包裹體也可以在不同階段，捕獲鹵水甚至氣體。

當(dāng)石鹽流體包裹體在鹵水表面形成時(shí)，會(huì)捕獲當(dāng)時(shí)的古代大氣，其大氣壓與古代大氣壓一致，也近似于現(xiàn)代大氣壓；而當(dāng)石鹽流體包裹體在鹵水底部形成時(shí)，會(huì)捕獲鹵水底部的氣體，其具有很大的壓力。

那么，辨別“封印”中是古代大氣，還是形成在海底被捕獲的沼氣就非常重要了，如果是海底被捕獲的沼氣，則可以算出這個(gè)沼氣來自于多深的海底。

如何辨別呢？孟凡巍等國(guó)內(nèi)外專家將石鹽流體包裹體的樣品放入水中溶解，如果氣泡從包裹體中溢出的大小不變，這些氣體是被包裹體捕獲的古代大氣；如果氣泡從包裹體中溢出，其體積驟然變大，一打開就像開罐的可樂一樣，則這些氣體便是形成在鹵水底部而被包裹體捕獲的古代沼氣。

保存有流體包裹體的石鹽碎粒（圖片來源：作者提供）

然后，科研人員根據(jù)氣泡變大的程度，來推測(cè)鹵水的深度。深度越大，壓力越大，打開石鹽流體包裹體后氣泡變大的也越厲害。

從而，他們恢復(fù)了鄂爾多斯盆地海相鉀鹽形成時(shí)期的古代鹵水深度——該套蒸發(fā)巖形成時(shí)期，深度大致為40米左右。

鄂爾多斯盆地奧陶紀(jì)石鹽中的流體包裹體（圖片來源：作者提供）

這一結(jié)果表明鄂爾多斯盆地在沉積方面，有大量蒸發(fā)巖可以沉積的空間。這就表明，鄂爾多斯盆地具有鉀鹽形成的基礎(chǔ)。因此，如果該蒸發(fā)巖盆地的鹵水持續(xù)蒸發(fā)演化，在未來的勘察中在沉積盆地的中心不排除有發(fā)現(xiàn)鉀鹽沉積的可能。

鉀鹽是高效高質(zhì)量復(fù)合肥的重要組成，８５％～９５％的 鉀 鹽 用 于 制作 鉀 肥，其可持續(xù)發(fā)展事關(guān)全球糧食生產(chǎn)安全。我國(guó)是全球鉀肥消費(fèi)大國(guó)，又是缺鉀大國(guó)，如果能夠在“鄂爾多斯?！卑l(fā)現(xiàn)鉀鹽，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重大意義。

該文章近日發(fā)在歐洲SCI學(xué)術(shù)期刊Geological Quaterly上。該項(xiàng)目得到中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作局與中國(guó)自然科學(xué)基金、江蘇省自然科學(xué)基金、中科院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計(jì)劃“從0到1”原始創(chuàng)新項(xiàng)目的支持。

本文由中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）“關(guān)鍵地史時(shí)期生物與環(huán)境演變過程及其機(jī)制”項(xiàng)目支持。