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当今，矿床学研究方法已发生重大变化，系统思维的全局引领性日益凸显，其中成矿系统研究已成为成矿理论突破的重要途径（翟裕生，2001，2020）。“成矿系统是指在一定地质时空域中，控制矿床形成和保存的全部地质要素和成矿作用过程，以及所形成的矿床系列和异常系列构成的整体，它是具有成矿功能的一个自然系统”（翟裕生，1999）。成矿系统研究有助于深入认识矿床形成规律并指导找矿实践，是矿床学研究的重要理论方法。“源、运、储、变、保”是成矿系统的五个基本构成要素，其中物质来源决定了矿床的类型及其规模，是矿床实体的根本; 成矿物质的迁移搬运决定矿床的空间分布特征，同时反映一定的成矿动力学背景; 成矿物质在一定构造环境中，以不同成矿作用方式（内生、外生、变质）完成矿床的富集储藏，成矿作用是矿床成因研究的核心; 在后期时空动态演化过程中，矿床由于内外地质营力作用发生变形变异，其赋存形态、规模储量和资源品位等出现不同程度的再组合，形成新矿床或者消亡; 矿床的保存条件同样十分关键，其地质作用或地质现象的识别可以作为找矿标识，同时也是矿床等级划分的重要依据。上述五个基本要素刻画了矿床形成的动态演化过程，是全面研究矿床成因的集中体现。与金属矿床有关的岩浆和热液（水）成矿系统已积累了丰硕研究成果，如典型的胶东金成矿系统、锂铍成矿系统等（杨立强等，2014; 徐兴旺等，2020），然而该理论在钾盐矿床成因研究方面却鲜有应用，仅被学者划分在沉积成矿系统类别中（翟裕生，1999），部分学者围绕蒸发岩矿床成因研究开展了一些工作，如成盐模式、成盐岩相古地理、成盐物质来源、卤水掺杂演化、成盐水深等（袁见齐，1975，1980; 邓尔新，1980; 张彭熹，1992; 陈从喜等，1998; 刘成林，2013; 刘成林等，2016; 郑绵平等，2016），但其出发点和研究视角并未提及成矿系统概念，这与钾盐矿床研究历程及特定时段社会发展需求导向有一定关系。
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呵叻高原钾盐矿床与我国云南勐野井钾盐矿床毗邻且属于同一构造带，钾资源储量260多亿吨（K2O），是世界超大型钾盐矿床之一（图1a）（钱自强等，1994）。钾盐矿层赋存于泰国中上白垩统马哈萨拉堪组（Maha Sarakam Fm.），对应同一套含盐系地层在老挝万象盆地为塔贡组（Tagong Fm.），在老挝甘蒙省为农波组（Nong Bok Fm.）。该含盐系地层由三个沉积旋回组成，每个旋回由下部的蒸发岩与上部的碎屑岩组成，从盆地边缘至中心沉积厚度不等（最大超过1000 m），钾镁盐矿层位于第一旋回蒸发岩上部（Japakasetr et al.，1981; El Tabakh et al.，1999）（图1b）。钾盐矿物主要为光卤石和钾石盐，其他盐类矿物主要是石盐和少量的硬石膏或石膏，含微量硼酸盐矿物，缺失碳酸盐岩矿物。该矿床于20世纪70年代由泰国地质勘探所证实并开始初步研究（Hite et al.，1979），近四十年关于其成矿时代、物源属性、沉积环境等方面已取得了大量研究成果（Hite et al.，1979; Maranate，1982; Pisutha-Arnond et al.，1986; El Tabakh et al.，1999; Hansen et al.，2002; 2016; Tan Hongbing et al.，2010; 钟晓勇等，2012; Zhang Xiying et al.，2013; 秦占杰等，2013，2018; 张西营等，2015; Li Minghui et al.，2018; Zhang Dawen et al.，2018; 马海州等，2019; Qin Zhanjie et al.，2020; Li Qingkuan et al.，2020; Wang Licheng et al.，2020，2021a，2021b; Shen Lijian et al.，2021; 唐启亮等，2021），钾盐成矿的控制因素（构造、物源、气候等）得到初步约束，但该矿床整体的动态演化过程，尤其是成矿后期的地质改造等研究仍十分匮乏，研究思路与方向亟待开拓。因此，笔者尝试从成矿系统视角出发，运用动态的整体思维对呵叻高原钾盐矿床研究现状进行梳理，探讨时间维度下呵叻高原钾盐矿床“源、运、储、变、保”成矿要素的表现特征及其存在的科学问题，初步提出固体可溶性钾盐矿床成矿系统的研究思路框架，以期为我国找钾工作与国外钾盐矿床深入研究提供一定借鉴。
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图1 呵叻高原钾盐矿床区位（a）和马哈萨拉堪组综合地层柱状示意图（b）（据Qin Zhanjie et al.，2020修改）
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Fig.1 Schematic map of location of potash deposit in the Khorat Plateau (a) and stratigraphic column of the Maha Sarakam Formation (b) (modified from Qin Zhanjie et al., 2020)
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1 构造背景与成矿时代
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呵叻高原覆盖面积达170000 km2，主体位于东特提斯构造域南端的印支地块，其由北部的沙空那空盆地，中部的普潘隆起和南部的呵叻盆地组成，高原西部以难府-程逸缝合带、素可泰岛弧、因他暖缝合带与滇缅泰马地块拼接，北部与东北部以奠边府断裂、宋马缝合带与南中国地块为界（Sone et al.，2008; Metcalfe，2011）（图1a）。二叠纪早期至三叠纪，伴随古特提斯洋的北向俯冲，滇缅泰马地块、素可泰弧后盆地与印支地块之间发生了系列的分离与拼合等构造活动，晚三叠世早期三者的碰撞标志着古特提斯洋的完全闭合（Sone et al.，2008; Metcalfe，2011）。碰撞后的伸展构造导致了沙空那空盆地与呵叻盆地的形成（Metcalfe，1988），另有学者认为该盆地的构造属性并非热断陷盆地而呈现前陆盆地的特征（Racey，2009）。晚三叠世至早白垩世期间厚达5 km的非海相呵叻群碎屑红层得以在两个盆地沉积，地层从下到上依次由普东组（Phu Kradung Fm.）、普维汉组（Phra Wihan Fm.）、少夸组（Sao Khua Fm.）、普潘组（Phu Phan Fm.）和呵葛组（Khok Kruat Fm.）组成。中—上白垩统马哈萨拉堪组含盐系地层发育并与呵葛组呈角度不整合接触，而与上覆新生代地层呈整合接触关系（Racey，2009）。早古新世期间，印支地块东西两侧分别与华南地块和滇缅泰马地块之间发生碰撞挤压，导致了盆地的隆升剥蚀以及呈NW—SE方向的普潘隆起（Mouret，1994）。古地磁研究则表明新生代印支地块沿红河断裂向东南发生了逃逸并经历了约15°的顺时针旋转（Yang et al.，1995）。
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印支地块的构造演化塑造了呵叻高原，并为其钾盐矿床的空间赋存提供了关键场所，构造作用贯穿于钾盐成矿全过程，尤其对钾盐矿床的后期改造作用尤为突出，因此，厘清区域构造背景是研究钾盐矿床成因的首要任务。
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成矿时代是矿床成矿阶段及同类型矿床时空综合对比研究的重要标尺。常用的沉积年代学定年方法包括岩石地层法（地层层序、构造期次、沉积纹层等），生物法（化石、孢粉、年轮等），磁性地层法（磁性倒转、极性漂移等）等相对定年法和同位素绝对定年法（放射性同位素、宇宙成因核素、核辐射效应法等）（陈骏等，2004; 郭桂红等，2007）。不同定年方法因其测年时限的差异，其适用性需针对具体研究对象进行合理选择。
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在相对定年方面，Gardner et al.（1967）最早命名了呵叻高原的马哈萨拉堪组，并以含早白垩世瓣鳃类动物化石的呵葛组为依据，判定其上覆马哈萨拉堪组沉积时代为晚白垩世，但未说明具体的成岩期; Harris（1977）与Sattayarak et al.（1991）发现该组碎屑岩中重要的被子植物孢粉组合（Tricolpites-Tricolporites-Triporites）并界定其沉积时代为中阿尔必期—赛诺曼期。而我国学者发现老挝万象地区塔贡组碎屑岩中介形虫组合（Sinocypris-Cypris-Parailyocypris）和轮藻组合（Peckichara-Obtusochara）可与古新世的古生物指标类比（冯明刚等，2005）。在老挝甘蒙两个钾盐矿区钻孔岩芯的三个沉积旋回碎屑岩中，学者鉴定出晚白垩世的孢粉组合（Classopollis-Ephedripites-Exesipollenites），并初步得出其成盐时代为晚白垩世的土伦期—桑顿期（钟晓勇等，2012; 秦占杰等，2013）。微体古生物定年的差异可能与学者研究的区域、生物个体的耐受性以及学者的鉴定方法与经验等有一定关系; Maranate（1982）对泰国东北部那空帕侬府钻孔岩芯中盐岩样品进行古地磁研究，得出马哈萨拉堪组的沉积年代应晚于85 Ma。近年，Zhang et al.（2018）对老挝甘蒙地区完整钻孔岩芯中三个旋回的碎屑岩开展了高精度磁性地层学研究，发现该地层沉积年代范围是92~63.5 Ma，且钾盐矿层形成时代大致为85 Ma，即晚白垩世桑顿期。
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同位素绝对定年方面，学者最早借助呵叻高原西南部猜也蓬府那隆地区钻孔岩芯中硬石膏样品的平均硫同位素组成与中新生代全球海相硫酸盐的硫同位素年龄变化曲线进行对比，同时结合下部呵葛组的沉积年代，将马哈萨拉堪组的地质年代约束为赛诺曼期（Pisutha-Arnond et al.，1986）。Hansen et al.（2002，2016）则对猜也蓬府那隆地区钾盐矿井中的石盐、光卤石、硬石膏和碎屑岩进行了放射性同位素（K-Ca、Rb-Sr、Sr-Sr、K-Ar）定年，综合并评估各种测年结果的可靠性，判定该含盐系地层沉积时代为赛诺曼期。
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由此可见，虽然呵叻高原钾盐矿床中—晚白垩世的沉积年代框架已初步建立，但由于缺乏对整个区域系统的年代学研究，该矿床的具体成矿时代仍存在争议（图2a）。值得注意的是，统计已报道的马哈萨拉堪组沉积年代空间分布特征，发现呵叻高原东部（那空帕侬、甘蒙）的年龄稍晚于西部（猜也蓬、乌隆），似乎暗示呵叻高原钾盐矿床沉积在时空上并非完全同步（图2b），这与局部的区域构造或成盐物质演化可能存在一定关系。后续开展呵叻高原内部不同区域马哈萨拉堪组的高精度多方法定年综合对比工作十分必要。
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图2 呵叻高原钾盐矿床成矿时代
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Fig.2 The age of potash deposit in the Khorat Plateau
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（a）—不同定年方法对比图;（b）—不同区域定年方法对比图;（1）~（10）分别据冯明刚等，2005; Sattyayarak et al.，1991; Harris，1977; 钟晓勇等，2012; 秦占杰等，2013; Pisutha-Arnond et al.，1986; Hansen et al.，2002，2016; Maranate，1982; Zhang Dawen et al.，2018; Gardner，1967
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(a) —comparison of different dating methods; (b) —comparison of different dating results in different regions; (1) ~ (10) are from Feng Minggang et al., 2005; Sattyayarak et al., 1991; Harris, 1977; Zhong Xiaoyong et al., 2012; Qin Zhanjie et al., 2013; Pisutha-Arnond et al., 1986; Hansen et al., 2002, 2016; Maranate, 1982; Zhang Dawen et al., 2018; Gardner, 1967, respectively
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2 成矿物源
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物源是矿床的根本，关于呵叻高原钾盐矿床成矿物质来源的研究正在逐步深入，从最初的海相成因发展到陆相成因，近年来海水、地表水和深部水混合成因的认识逐渐被接受。海相成因方面，Hite et al.（1979）研究呵叻高原钾盐矿床的矿物组合特征，发现其缺失碳酸盐、硫酸盐，尤其是硫酸镁盐，属于异常蒸发岩钾盐矿床（Hite，1983），同时结合白垩纪变质CaCl2型海水特性与呵叻高原西部发现的石膏层，以及与同时代南大西洋两侧巴西和刚果的海相钾盐矿床中相似的盐类矿物组合（溢晶石、光卤石、钾石盐和硼酸盐矿物），推测该矿床是边缘海沉积模式。盐类矿物中高溴含量也显示了古海水是该矿床的主要溶质来源，如第一沉积旋回底部石盐中的Br含量（50×10-6~70×10-6）和Br×103/Cl系数（0.10~0.52）与初始海水的Br含量（65×10-6）及海水蒸发实验石盐析出阶段固相的Br含量（110×10-6）和Br×103/Cl系数（0.18）相当，而明显区别于陆相柴达木盆地盐湖石盐的Br含量（6×10-6~28×10-6）和Br×103/Cl系数（0.01~0.04）（陈郁华，1983; El Tabakh et al.，1999; Tan Hongbing et al.，2010）。Pisutha-Arnond（1986）和张华等（2014）研究发现呵叻高原东北与西南不同钻孔岩芯中三个沉积旋回的硬石膏与白垩纪海水及海相硫酸盐（石膏与重晶石）的硫同位素组成（+15.40‰）较一致，且生物还原作用、硫酸盐矿物结晶、硫化物风化与前期蒸发岩溶解对硬石膏硫同位素的影响较小，表明其反映了同时代海相硫酸盐的硫同位素组成特征（图3c）。Rattana et al.（2022）基于呵叻高原西南部猜也蓬府钻孔岩芯中石盐和光卤石的硼同位素组成（+21.46‰~+32.62‰）与海相蒸发岩（+18.20‰~+31.70‰）相似的特征，同样认为其物源是海水（图3a）。Wang Licheng et al.（2021b）则对同一构造单元北部思茅盆地磨憨剖面碎屑岩进行了详细的沉积学、生物指标、元素和同位素地球化学研究，发现了特征性的海相生物标志化合物（24-正丙基和24-异丙基胆烷），且碳酸盐的碳氧同位素组成也显示了存在海水影响，作者进一步提出原类特提斯洋主导了此次海侵，进而决定了思茅盆地与呵叻高原的成盐事件。
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陆相成因方面，学者主要是基于一些沉积学证据，包括马哈萨拉堪组下部呵葛组是沙漠沉积环境且两套地层间缺乏海侵的痕迹，马哈萨拉堪组内部盐岩与碎屑岩接触面的海侵迹象不明显，含盐系地层中藻叠层石、燕尾双晶石膏/硬石膏、石盐溶蚀、泥裂、钙质结核、错位的硬石膏结节等沉积特征，以及海相生物化石的缺乏等，均表明马哈萨拉堪组可能形成于干旱的内陆沙漠环境（盐盘和泥坪）（Utha-Aroon，1993; Racey et al.，1996）。
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多源混合成因方面，随着对马哈萨拉堪组多角度、多方法研究的不断深入，学者逐渐摒弃了非海相即陆相的二元绝对观点，以海水补给为主体，伴有陆相水和深部水混合掺杂成盐成矿的作用日渐明晰，主要表现为学者对呵叻高原不同区域（万象、甘蒙、呵叻）该含盐系地层中的蒸发岩矿物进行了系统的元素与稳定同位素地球化学研究，如三个沉积旋回中大部分石盐与硬石膏的87Sr/86Sr比值（0.70743~0.70786）位于白垩纪海水锶同位素比值（0.70720~0.70805）范围内（Prokoph et al.，2008），而仅在第一沉积旋回蒸发岩上部与钾镁盐共生的石盐锶同位素比值（0.70808~0.70946）有所升高，因锶同位素比值不受蒸发、化学反应、生物合成与同化以及相态变化等过程的影响，仅受控于锶的不同端元贡献（壳源硅铝质岩石、幔源铁镁质岩石、海洋碳酸盐与硫酸盐）（Palmer et al.，1989），从而表明呵叻高原钾盐矿床三个沉积旋回成盐期的主要流体应该是海水，而成钾期因主量海水的蒸发消耗，非海相水体的掺杂作用开始显现（图3b）（Tan Hongbing et al.，2010; 张西营等，2015; Li Minghui et al.，2018; Qin Zhanjie et al.，2020）。同样沉积旋回中硬石膏和方硼石的B同位素组成（+21.30‰~+32.94‰）与海相蒸发岩（+18.20‰~+31.70‰）可类比，且基于硬石膏B同位素组成重建的同期水体B同位素组成（+38.20‰~+51.23‰）与海相卤水（+39‰~+70‰）相当（Vengosh et al.，1992），少量钾盐层的方硼石和基底硬石膏的B同位素组成偏轻，且处于海陆相蒸发岩B同位素组成范围之间（图3a），推测海水蒸发浓缩后期应发生了低B同位素组成的非海相物源（陆相水体或深部流体）混入（Zhang Xiying et al.，2013; Ren Qianhui et al.，2018; Qin Zhanjie et al.，2020）。
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图3 呵叻高原钾盐矿床不同沉积旋回中盐类矿物的硼锶硫氢氧氯同位素组成（改自Pisutha-Arnond et al.，1986; El Tabakh et al.，1999; Tan Hongbing et al.，2010; Zhang Xiying et al.，2013; 张华等，2014; 张西营等，2015; Zhang Hua et al.，2015; Ren Qianhui et al.，2018; Li Minghui et al.，2018; Li Qingkuan et al.，2020; Qin Zhanjie et al.，2020; Rattana et al.，2022）
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Fig.3 The isotopic compositions (B-Sr-S-H-O-Cl) of different salt minerals in three sedimentary cycles in the Khorat Plateau potash deposit (modified from Pisutha-Arnond et al., 1986; El Tabakh et al., 1999; Tan Hongbing et al., 2010; Zhang Xiying et al., 2013, 2015; Zhang Hua et al., 2014, 2015; Ren Qianhui et al., 2018; Li Minghui et al., 2018; Li Qingkuan et al., 2020; Qin Zhanjie et al., 2020; Rattana et al., 2022)
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此外，深部水是学者较关注的一个端元，因在第一沉积旋回蒸发岩中发现了层状溢晶石，以及硼酸盐矿物（方硼石和水氯硼钙石），两者均无法从正常海水中自然析出，而需要高硼、高钙深部水体的掺杂（Herrmann et al.，1973; Hardie，1990; El Tabakh et al.，1999），目前这两种矿物的形成机制仍缺乏合理解释。不同沉积旋回中石盐流体包裹体的氢氧同位素组成大部分以δ18O正偏为显著特征，体现了高温水岩作用的影响（图3d、e），石盐中重金属元素（Cu、Pb、Zn、Ni等）异常富集及其较低的氯同位素组成（-1.31‰）特征也被认为是深部热水的影响所致（图3f）（曲懿华，1982; Li Minghui et al.，2018; Li Qingkuan et al.，2020）。
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如上所述，关于马哈萨拉堪组的物源已经有了较为深入的认识，且海水应该发挥了关键作用，但由于白垩纪海水为CaCl2型变质海水（Hardie，1990），在其主导的成盐背景下，盆地内深部水扮演的角色难以界定，同时陆相水体的掺杂不可能仅局限于最后成钾阶段，因为白垩纪呵叻高原盆山耦合的构造背景以及古湄公河等水系的发育特征等（Wang Licheng et al.，2020），均表明成盐过程中盆地周边有陆相水体的存在。因此，笔者认为多源水体（三种/两种）在成盐过程中可能同时存在，但由于体量的巨大差异，导致陆相水和盆地内深部水的掺杂作用不明显，而蒸发浓缩后期，盆地内部水体总量变少、变浅、变浓，则非海相水体的特殊性开始显现，甚至影响钾镁盐矿物的结晶序列。另外，不同水体的钾含量存在显著差异，在形成巨量钾盐矿床中发挥的作用不尽相同。因此，研究不同端元水体的水化学特征、掺杂程度以及混合方式将是深入揭示该钾盐矿床物源演化机制的重要内容。
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3 迁移搬运
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成矿物质的迁移搬运需要以成矿流体为介质，并基于一定的通道（渠道和路径）到达储矿场进行富集成矿。成矿流体通常包括大气降水、海水、地层水、岩浆水、变质水和幔源流体等，其具有萃取、溶解、搬运和沉淀，聚集成矿物质的功能。流体通道一般指岩石中的孔隙、裂隙、断层、空洞等，是联系矿源场和储矿场的中介（翟裕生，1999）。而对于固体可溶性钾盐矿床，其成矿流体（海水、陆地水与深部水）本身也是成盐物质，且运移通道以地表径流为主（海侵-潟湖模式，河流-尾闾盐湖模式），尤其以中新生代之前的大型—超大型蒸发岩矿床为特征，随着Pangea超大陆裂解与新特提斯洋闭合，受深部孔隙、裂隙或断层明显影响的盐类矿床开始逐渐丰富（刘成林，2013）。
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关于呵叻高原钾盐矿床成盐物质的运移过程，学者主要针对迁移路径和方向进行了相关研究，以呵叻高原现今地理空间位置为基准，由东向西，由南向北及由北向南是目前三种主要的成盐物质迁移模式（图4）。Sattyayarak et al.（1990）和钟维敷等（2003）基于呵叻高原由东至西分布着碳酸盐、硫酸盐、氯化物盐类矿物的蒸发岩组合特征，认为海水源于东部边缘海，然而关于这些盐类矿物的沉积特征、年代、继承关系等并未开展详细研究，沉积演化关系并不清晰。
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由南向北迁移模式中，El Tabakh et al.（1999）以呵叻高原西南部发育大量厚层石膏为依据，推测白垩纪海水从呵叻高原西南或南部进入了高原腹地，但新的研究表明高原西南部数百米厚的石膏（披集府和那空沙旺府）沉积年代是石炭纪并非白垩纪（Kuroda et al.，2017）。曲懿华（1997）对兰坪思茅盆地与呵叻高原含钾卤水的同源性进行研究，以两地相似的成盐地层、时代及盐类矿物组合为基础，得出呵叻高原的卤水先向北补给了兰坪思茅盆地，经蒸发浓缩后又反向迁回了呵叻高原，可见学者仅研究了成盐物质在两地之间的补给关系，而其在呵叻高原内的最初补给方式并未涉及。Zhao Xudong et al.（2021）最近通过岩石地层学、重矿物及碎屑锆石U-Pb年代重构了藏东、滇西及呵叻高原地区晚白垩世至早古新世泛大陆尺度的河流水系地理格局，发现其统一汇入了西南或南部的新特提斯洋，而非东亚边缘海，并就此提出晚白垩世期间呵叻高原西南地势较低，新特提斯洋极易跨过“门槛”海侵进入高原内部（密西西比河与亚马逊河存在此种海水回流效应）为钾盐矿床提供物质基础，作者同时提出沉积相的进一步约束是检验该补给模式的关键所在。
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图4 呵叻高原钾盐矿床成盐物质迁移模式图（改自秦占杰等，2013）
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Fig.4 Migration models of solute for potash deposit in the Khorat Plateau (modified from Qin Zhanjie et al., 2013)
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由北向南迁移模式中，学者通过对泰国东北部马哈萨拉堪组下伏的中生代呵叻群其他岩石地层野外露头进行了大量的沉积构造古流向测量工作，初步得出其碎屑红层发源于呵叻高原北部与东北部的老挝和越南地区（Heggemann et al.，1994; Racey et al.，1996）。Carter et al.（1999，2003）则利用碎屑锆石U-Pb与裂变径迹年代学方法对上述碎屑红层进行了物源示踪，发现其源于我国的秦岭造山带，且其动力学背景主要是白垩纪拉萨地块与欧亚板块碰撞进而引发秦岭造山带再活化剥蚀所致。Singsoupho et al.（2015）进一步研究了老挝万象、甘蒙、占巴塞地区晚侏罗世、早—晚白垩世红层碎屑砂岩的磁化率各向异性，认为该区晚侏罗世—早白垩世碎屑源自老挝东北部和越南北部，而晚白垩世碎屑物源由秦岭造山带或黎府-琅勃拉邦褶皱带提供。而我国学者以东特提斯域内成盐成钾事件及其构造约束条件为视角，通过对比兰坪-思茅盆地与呵叻高原含盐系地层的成盐时代、物源、盐类矿物组合及其元素与同位素地球化学特征等，构建了由北向南的兰坪-思茅-万象-呵叻巨型海相物源蒸发浓缩成盐体系（王立成等，2018; 马海州等，2019; Qin Zhanjie et al.，2020）。同时，对云南兰坪-思茅盆地和呵叻高原北部（老挝万象和芒赛盆地）早—晚白垩世地层的碎屑锆石U-Pb年代、Hf同位素、全岩地球化学、岩石和岩相学等开展了系统研究，并识别了除秦岭-大别造山带的物源外，北部松潘-甘孜和羌塘地块的碎屑物源贡献占比同样重要（Wang Yanlu et al.，2017; Wang Licheng et al.，2020，2021a，2021b）。基于上述方法，泰国与柬埔寨南部富国岛盆地（Phuquoc basin）的早白垩世碎屑红层也得出了同样的物源信息（Nguyen et al.，2021）。
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三种迁移模式的对比，可以发现马哈萨拉堪组上覆、下伏地层碎屑物源由北向南的迁移模式为该套含盐系地层提供了基本的时空格架和地理环境约束，然而白垩纪东特提斯域北高南低的地势是否同样记录了成盐物质的运移轨迹，亦或为成盐物质由南向北反向回流提供了便利，仍需要开展沉积相厘定与更加精细的物源识别工作。同时因该矿床属于异常蒸发岩钾盐矿床，寻找“丢失”的碳酸盐与硫酸盐组合，并基于构造演化历史重建蒸发岩沉积模式，也是验证该成盐物质迁移模式是否合理的关键。
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4 富集成矿
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成盐物质运移至盆地进行化学沉积分异作用，按照矿物溶解度由小到大依次析出碳酸盐、硫酸盐和氯化物型盐类矿物，钾镁盐（钾石盐和光卤石等）析出阶段原始水体仅残留0.5%左右（Garrett，1996），因此，将近最后阶段析出的钾镁盐矿物通常占比较小，且与前期盐类矿物的接触关系及空间赋存状态等直接关乎钾盐的沉积储藏模式。如经典海相“沙洲说”的牛眼式和泪滴式成盐模式将钾盐沉积分别限定于同心圆中心和远离物源补给入口一侧（Ochsenius，1877），陆相干盐湖成钾模式则认为钾盐赋存于局部沉降形成的洼地或与干盐湖并存的卤水湖受物源补给的盐岸一侧（Valyashko，1962; 袁见齐，1961，1980）。可见，钾盐与岩盐的空间叠置关系受构造与卤水迁移演化等综合因素调控，钾盐沉积模式的合理构建是揭示钾盐赋存规律和圈定找钾靶区的关键密匙。同时，钾盐富集成矿离不开成盐物质的分异演化，即一定构造背景下水盐转化过程中元素的分配规律和水文动态变化影响，其是详细刻画钾盐沉积环境及模式和剖析钾盐富集成矿作用的核心。
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成矿作用方面，Hite et al.（1979）基于呵叻高原不同地区钻孔岩芯第一沉积旋回中石盐Br含量的详细测定，发现同一析盐阶段石盐中Br含量变化幅度差异较大，推测不同区域卤水浓缩进程明显不同; Shen Lijian et al.（2021）同样分析了该旋回中石盐的Br含量，得出Br在石盐沉积阶段大幅度变化的频率应该很高，这与析盐期浅水环境密切相关，笔者认为不排除区域内地势造成的卤水深度不同或盆地中心与边缘卤水演化本身存在的差异。张西营等（2015）通过盐类矿物中微量元素地球化学特征将第一沉积旋回蒸发岩沉积过程划分了3个阶段，前期海水主导，陆相水与深部水体参与的海相输入阶段，非海相水体输入及混合成钾阶段，成钾后期非海相水体淋滤改造阶段。钾镁盐矿层及其下部岩盐中的水不溶物（硬石膏、方硼石、白云母、石英等）组合及其形貌特征进一步表明钾盐析出阶段的沉积环境经历了早中晚期3个不同发展阶段，中期光卤石大量析出，沉积环境高能且水位较浅（张西营，2012; 唐启亮等，2021）。El Tabakh et al.（1998，1999）对马哈萨拉堪组的蒸发岩进行了系统的岩相学和沉积学研究，基于第一沉积旋回基底硬石膏主要由块状、重结晶、剪切与拉伸等晶型组成，判定其是石盐溶解后残留原生硬石膏堆积压实后形成; 而具有“V字型”结构的石盐层则形成于浅水盐盘环境中，石盐层表面溶蚀及凹槽痕迹主要是短期近地表暴露或外来低盐度水体所致; 钾镁盐层中与钾石盐伴生的碎屑薄层，硬石膏及石膏假晶，“V字型”纯净石盐夹层和铁氧化物等均表明钾石盐沉积过程中发生了淡化事件; 光卤石层上部钾石盐的倒序并存形式及钾石盐的混杂不均匀堆积且夹杂薄层碎屑和岩盐的现象，表明光卤石曾发生了溶解进而形成了次生钾石盐，钾石盐中低Br高Rb的含量特征进一步证实了其次生性质（Cheng Huaide et al.，2016）。
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可见，学者从不同角度对水成盐成矿过程进行了一定研究，进一步揭示了该矿床富集演化的多源动态掺杂成矿作用，但因特殊盐类矿物（方硼石和溢晶石）的成因仍存在争议，不同区位含盐系地层的横向对比与盐类矿物组合特征的纵向差异仍缺乏精细研究，呵叻高原钾盐矿床整体成矿过程尚不明确。因此，笔者认为加强不同水体的掺杂方式、水盐转化特殊机制、尤其是高精度微区原位分析和不同端元的定量地球化学模拟等研究工作对挖掘更丰富的成矿作用信息十分重要。
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在钾盐成矿模式方面，学者同样进行了诸多探索，其中“沙洲说”成盐理论占据主导地位，从前述物源争议和成盐物质迁移方式可以看出，学者基于呵叻高原钾盐矿床所处的构造环境（Ratanajaruraks，1990; El Tabakh et al.，1999）、盐类矿物组合及其空间分布特征（王立成等，2018; 马海州等，2019）、元素与多源同位素地球化学组成（Hite et al.，1979; Tan Hongbing et al.，2010; Zhang Xiying et al.，2013; 张西营等，2015; Li Minghui et al.，2018; Qin Zhanjie et al.，2020）、岩相学与沉积学（Suwanich，1986; El Tabakh et al.，1999）、碎屑物源空间联系（Wang Licheng et al.，2020，2021a，2021b）等提出了“边缘海”和“多级海盆沉积分异”假说，其实质是“沙洲说”理论的进一步丰富。研究陆相物源方面的学者虽未讨论沉积分异与成盐模式，但盐盘、泥坪等沉积环境的表述更多体现了萨布哈成盐模式（Utha-Aroon，1993; Racey et al.，1996）。这些模式对呵叻高原钾盐矿床从卤水到成盐的整体沉积分异过程进行了系统概述，但钾盐在盆地内部的具体就位及其赋存规律论及较少。
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图5 呵叻高原钾盐矿床第一沉积旋回盐岩厚度空间分布图（改自秦占杰，2019）
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Fig.5 Distribution map of evaporites thickness in the first sedimentary cycle in the Khorat Plateau (modified from Qin Zhanjie, 2019)
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（a）—基底硬石膏厚度;（b）—岩盐厚度;（c）—钾镁盐矿层厚度
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(a) —thickness of basal anhydrite; (b) —thickness of halite; (c) —thickness of K-Mg salt
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Suwanich（1986）利用钻孔岩性恢复了呵叻高原西南地区局部钾盐矿段的空间分布形态。Ratanajaruraks（1990）通过钻孔岩性重建了整个呵叻高原马哈萨拉堪组三个沉积旋回的空间分布特征，且第一沉积旋回覆盖面积最广，第二和第三旋回覆盖区域逐渐减小且向西迁移。路耀祖（2017）则基于对老挝钾盐矿床多年勘查实践经验和部分钻孔未见钾镁盐矿层的事实，提出陆壳运动可能会导致富钾卤水向盆地相对稳定区一侧迁移，进而造成抬升区钾盐缺失。近期，秦占杰（2019）利用呵叻高原钾盐矿床129个钻孔岩芯（70个含钾镁盐矿层钻孔）对第一沉积旋回中基底硬石膏层、岩盐层和钾镁盐层的厚度与埋深空间分布特征进行了重建，发现硬石膏在呵叻高原周边沉积厚度差异较小，而岩盐层与钾镁盐层在北部沙空那空盆地呈现“盐薄矿厚”，在南部呵叻盆地呈现“盐厚矿厚”特点，且矿层集中分布于高原西部（图5），作者进一步基于成盐控制因素与盐类矿物元素和同位素组成的空间差异，推测其可能与呵叻高原内部存在次级盆地且成盐后期高原东部发生了构造抬升有关。
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由此得知，呵叻高原钾盐矿床的成矿模式，尤其是钾盐沉积机理仍处于探索阶段，钾盐空间就位及赋存规律仍存在诸多盲区，基于区域性的地质调查和更丰富的打穿含盐系地层的钻孔资料来开展等时地层格架中的沉积相和沉积体系研究，进而重建该矿床的沉积岩相古地理面貌是厘定钾盐沉积特征的关键步骤。
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此外，钾盐富集成矿与气候驱动密切相关，极端干旱气候是成钾的有利前提，地质历史时期的钾盐矿床均分布于南北纬5°~30°带内，且副热带高压带边缘海地区是海相蒸发岩沉积的最优区域（Warren，2010; 刘成林等，2015）。古地磁研究表明呵叻高原在白垩纪的古纬度为21.1°~21.3°N，与同期兰坪-思茅盆地的古纬度（20.9°~27.6°N）相当，均位于副热带高压带内（颜茂都等，2014）。白垩纪超级季风瓦解及全球行星风系形成，导致南北纬副热带高压带干旱气候广布，呵叻高原适逢最有利的成钾窗口期（Fang Xiaomin et al.，2016）。马哈萨拉堪组碎屑泥岩孢粉组合特征（Classopollis-Ephedripites-Exesipollenites）（钟晓勇等，2012; 秦占杰等，2013），石盐流体包裹体均一温度（25~85.6℃）（Zhang Hua et al.，2015; Zhang Xiying et al.，2016; Wang Jiuyi et al.，2017; Li Minghui et al.，2020）以及上覆地层风成砂岩记录的沙漠环境（Hasegawa et al.，2010），均表明该含盐系地层沉积过程中的气候环境为炎热干旱的热带—亚热带环境。随着高分辨率年代框架的建立，该成盐事件的古气候信息将得到进一步细化。
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5 改变与保存
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矿床储藏后期由于内外地质营力的作用，会对原生矿床产生重要的改造，使原有矿床的保存条件发生变化，继而影响矿床的规模及品位等，成矿系统中强调“改变与保存”是矿床动态演化过程研究的重要环节，有助于全面了解矿床的生成环境，现存环境，演变进程等。矿床经受改造主要表现为，矿体形态、产状和结构变化，矿石构造和结构变化，矿石成分变化，品位变化，矿床规模和类型变化，矿床所处环境变化，以及矿床的保存或消亡等（翟裕生，1997）。不同类型矿床的改造趋势不同，蒸发岩钾盐矿床由于其易溶和流变特性，在不同的外部压力与水文条件变化影响下，其极易产生变形变异，形成样式丰富的盐构造类型（盐底辟、盐枕、盐墙、盐株、盐席等）或被溶蚀消亡（余一欣等，2011）。由于岩盐是良好的油气盖层，盐构造及其成因得以在全世界被广泛研究（Warren，2006），触发岩盐塑性流动及其变形的驱动力主要包括浮力、差异载荷、重力、热对流、挤压和伸展等作用（Jackson et al.，1986）。相对而言，钾镁盐属于卤水蒸发浓缩后期产物，其体量、分布范围、致密性等远小于岩盐，关于其结构和构造变形机制的物理和数值模拟研究则鲜有报道，仅在个别大型固体可溶性钾盐矿区测试了其物理属性，如加拿大萨斯堪彻温钾盐的弛豫特征、拉伸与压缩双模量及矿柱屈服节点的室内试验、矿井原位测量和有限元模拟等（Chen Rui，1993），其研究目的明确服务于钾盐矿的安全开采，而对钾盐的整体变化成因并未探讨。
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关于呵叻高原钾盐矿床的变形与改造作用，Hite（1982）基于马哈萨拉堪组大量的钻孔岩芯及其不同沉积旋回的空间展布特征，发现盐背斜在盆地内广泛发育，第二、三沉积旋回与钾镁盐层分布于背斜两翼，而背斜核部以第一沉积旋回的岩盐为主，其上覆为硬石膏盖层和碎屑层，并解释该背斜是由于古河道冲刷地表，导致河道两侧与中央位置沉积厚度和重力差异载荷悬殊，中央位置受两侧挤压进而隆升形成盐丘构造（图6a）。Suwanich（1983）则认为由于盆地内地形差异，该含盐系地层沉积厚度本身是非均匀的，这种空间差异载荷势必有利于背斜构造的形成，且蒸发岩上覆的碎屑层通常是良好的含水层，其为古河道的发育提供了良好的物质基础，在古河道对地貌的重塑过程中，原有背斜进一步演化形成盐丘构造。
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Fig.6 Schematic sections of salt dome in the Khorat Plateau (a) (modified from Hite, 1982) , section of salt anticline in Nongdao mining area (b) (modified from Ba Wenyan et al., 2019) and map of evolution of salt structure in the Khorat Plateau (c) (modified from Wang Shaohua et al., 2012; Shan Fashou et al., 2018)
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我国学者十五年来基于对老挝钾盐矿床的找矿勘查实践，发现即使在呵叻高原边缘地区盐背斜构造仍十分普遍，区别于前述盐背斜核部缺失钾镁盐层，在老挝万象和甘蒙地区的盐背斜核部则钾镁盐堆积厚度最大，背斜两翼矿层较薄，这主要是盐背斜所处的不同发展阶段呈现的盐变形差异所致，盐背斜核部钾镁盐大量堆积仍处于盐构造发展中间阶段，随着盐背斜继续生长，其最终将穿刺上覆泥岩，进而对钾镁盐层造成溶蚀破坏，其变形驱动力主要是差异负载和区域性挤压构造作用，此外还包括地表风化剥蚀、地表岩水比重差异、盐体自身浮力、盆地形态约束等（图6b、c）（李善平等，2009; 石国成等，2010; 王少华等，2012; 路耀祖，2017; 巴文艳等，2019）。近年，梁光河等（2022）综合区域大地构造、高精度三维地震勘探和自然伽玛测井对老挝万象某钾盐矿的构造变形特征进行了解译，并提出三种钾盐改造富集模式，即受印支地块逃逸构造运动主控的蒸发岩层侏罗山褶皱模式，构造应力作用下盐背斜和向斜差异载荷的钾盐流变富集模式，因盐类矿物和碎屑抗压强度不同而形成的环绕硬质盐丘旋转流变富集模式，这些钾盐改造模式为我们宏观认识呵叻高原钾盐矿床变形变异开阔了思路，对揭示钾盐矿床的赋存规律及找钾工作意义重大。山发寿等（2018）则基于多年的钾盐地质勘查实践，国内外固体钾盐矿床空间赋存形态特征和盐类矿物自身物理特性，形象地提出了“凹口凸”钾盐成矿模式与找钾方法，呵叻高原钾盐矿床的钾盐形态多处于“口”字形的盐透镜体或由“口”到“凸”的形态变化阶段，不同阶段盐变形及钾盐空间就位的控制因素与作用结果存在明显差异，该模式为钾盐的有效勘查指明了具体方向，为找钾工作提供了新思路（图6c）。
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呵叻高原钾盐矿床盐变形已是共识，但关于盐构造成因，尤其是密度更轻、抗压能力更弱的钾镁盐层变形变异特征及其控制因素研究仍处于起步阶段，专门针对钾镁盐在不同沉积负载与构造应力作用下的物理实验与数值模拟依然比较缺乏，宏观地质构造与微观岩相学相结合，高精度地球物理勘查技术与地球化学指标的联动解译仍将是研究该区域钾盐变化与改造的核心。改变与保存是成矿系统中相辅相成的两个基本构成要素，矿床的改造同样是其保存条件的再塑造，呵叻高原钾盐矿床第一沉积旋回上部的碎屑泥岩对其下部钾镁盐矿层发挥了重要的保护作用，其致密的岩性特征对地下水跃层迁移或断层导水等起到了良好的阻隔效果，同时其重力负载作用间接促进了钾镁盐的流变聚集。三个沉积旋回中分布的碎屑层代表了三次成盐事件的间断，但关于碎屑层的沉积模式目前仍缺乏详细研究，其与上下盐岩的时空接触关系影响着该矿床的空间分布及变形变异，未来值得深入研究。
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6 钾盐矿床成矿系统构建
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因钾盐矿床包括卤水矿和固体可溶性钾盐矿床，不同类型的钾盐矿床成矿规律及研究方法不尽相同，本文仅以呵叻高原固体可溶性钾盐矿床为研究对象，运用成矿系统理论探讨其“源、运、储、变、保”五个成矿要素的研究进展，初步构建其理论研究逻辑框架，进而为该类型钾盐矿床的全面深入研究提供一定思路借鉴，以期达到抛砖引玉的效果。
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基于翟裕生（1999）成矿系统理论的基本构架，本文将固体可溶性钾盐矿床看作一个四维时空中的动态演化地质实体，钾盐成矿时代及区域地质构造是钾盐成矿系统研究的前提，成矿要素是研究钾盐矿床动态演化过程的核心内容。时代、构造、物源、运移、储藏、改变、保存与外联是本文钾盐矿床成矿系统逻辑构架的八个基本组成部分:① 时代是衡量矿床演化阶段的标尺，由于固体可溶性钾盐矿床易变性，良好的盐类矿物作为测年材料较难获取，因此含盐系地层中碎屑岩或上覆下伏地层中的古生物遗迹或火山灰等的定年工作不可或缺。② 区域地质构造限定了钾盐矿床“前世今生”动态演化的空间范围，是其成矿要素有机耦合的空间载体，盆山体系构造演化历史、动力学背景及盆地充填过程的全面研究需先行。③ 成矿物质来源决定钾盐矿床的类型及规模，充分运用岩相学、沉积学和地球化学等多学科交叉方法与先进的测试手段，定量识别物源属性及其掺杂方式是深入剖析钾盐成矿过程的一种趋势。④ 运用沉积学原理及研究方法（古流向、碎屑锆石U-Pb年代与裂变径迹定年、沉积相判定）重建成盐物质迁移过程，是钾盐矿床沉积模式合理构建的基础。⑤ 水盐转化过程的水化学特征及水文地质信息是钾盐成矿作用的核心，盐类矿物的岩石学、岩相学、沉积学及地球化学特征是揭示该成矿过程的基本依据，钾盐空间就位及其赋存规律深受成盐后期盆山构造与水文体系的影响，沉积岩相古地理的判别对钾盐成矿模式的构建至关重要。⑥ 钾盐沉积后期由于内外地质营力的作用发生变形变异十分普遍，盐构造，尤其是钾镁盐的构造变形机理研究直接关乎钾盐的赋存状态及其找矿实践。⑦ 钾盐矿床的保存条件是矿床等级划分的重要依据，也是找矿标识的一种途径，现今的保存条件对过去成矿过程的研究具有重要指示意义。⑧ 固体可溶性钾盐矿床是钾盐的一种类型，其成矿系统仅为钾盐矿床的一个子系统，与卤水型钾盐矿床属同一级别，该子系统的外联作用体现了不同钾盐成矿系统间存在相互关系，为其综合对比研究提供了一定参照（图7）。
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图7 钾盐矿床成矿系统逻辑构架示意图
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Fig.7 Logical structure of potash deposit metallogenic system
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固体可溶性钾盐矿床成矿系统逻辑构架所包含的八个部分，各有侧重且有机结合，时代与构造定义了钾盐矿床的时空坐标，物源、运移、储藏、改变和保存是钾盐矿床演化的核心内容，彼此间存在一定互馈关系，外联作用体现了该成矿系统的动态发展理念。钾盐矿床成矿系统逻辑构架的初步提出是成矿系统理论在蒸发岩矿床领域的一次重要应用，对不断丰富和完善该理论具有一定促进作用。钾盐矿床成矿系统对钾盐成矿控制要素（构造、物源和气候）作了重要延伸，细化了钾盐矿床的整体研究思路，将矿床成因与矿床动态演化过程进行了有机结合。随着地球物理探测技术、地球化学示踪技术、实验与计算模拟技术的不断突破与集成，钾盐矿床成矿系统各要素将得到精细化研究，钾盐空间就位信息判别等找钾工作将更为精准。综合对比研究世界固体钾盐矿床成矿系统的构成要素，不断修订该研究框架，将是钾盐成矿理论的进一步深化与发展。
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7 结论
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成矿系统理论是矿床学发展的必然，呵叻高原超大型钾盐矿床为我们研究沉积矿床成矿系统提供了理想实例，对该矿床成矿要素的系统梳理旨在为深入研究其成钾机制提供更多思路，为我国的找钾工作与世界同类型钾盐矿床的系统研究提供一定借鉴。
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（1）成矿时代，呵叻高原钾盐矿床中—晚白垩世的沉积年代框架基本建立，盆地内成盐时代的区域性差别期待高精度多定年方法的综合对比研究。
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（2）成矿物源，以海水补给为主体，伴有陆相水和深部水混合掺杂成盐成矿的“多源混合”模式日渐成熟，不同成盐阶段多端元水体水化学特征、掺杂程度以及混合方式是进一步揭示其物源演化的核心。
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（3）迁移搬运，该含盐系地层上覆下伏碎屑物源的时空演化特征暗示了成盐物质由呵叻高原北部向南迁移的可能，开展沉积相厘定与更加精细的物源识别是检验该迁移模式是否合理的关键。
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（4）富集成矿，多源水体混合成盐成矿过程的事实已得到盐类矿物学、岩相学、沉积学、地球化学等指标的综合反映，但水盐转化特殊机制（方硼石和溢晶石等）、高精度微区原位分析和多端元水体混合定量地球化学模拟仍有待突破。成钾模式仍处于探索阶段，钾盐空间就位及赋存规律仍存在诸多盲区，沉积岩相古地理面貌亟待重建。
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（5）改变保存，以盐背斜为代表的盐构造在该矿床广泛发育，区域地质应力及沉积负载作用是盐变形的主要驱动力，但专门针对密度更轻，抗压能力更弱的钾镁盐层变形变异特征及其控制因素研究仍处于起步阶段，钾镁盐在不同沉积负载与构造应力作用下的物理实验与数值模拟仍比较缺乏。碎屑泥岩充当了钾镁盐矿的良好盖层，研究碎屑层的沉积模式及其与上下盐岩的时空接触关系是评价该矿床保存条件的基础。
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（6）固体可溶性钾盐矿床成矿系统逻辑构架，由时代、构造、物源、运移、储藏、改变、保存与外联八个基本部分组成，各部分有机结合，为全面深入研究世界固体钾盐矿床成矿规律与我国的找钾实践提供了初步的指导思路。
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致谢:评审专家提出的建设性的意见和建议使笔者受益匪浅，文章质量得到重要提升，在此衷心感谢。
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摘要
成矿系统理论将矿床视为动态演化的自然系统,矿床从发生、形成到发展的整体演变过程及其控制机制是该理论的研究核心,“源、运、储、变、保”是该理论剖析矿床成因的五个基本着眼点。东南亚呵叻高原超大型钾盐矿床作为我国海外钾肥生产基地的标志性成功案例,其成矿系统研究不仅关乎该矿床成因认识的深度及其开发利用的广度,同时对中国东特提斯域内找钾工作具有重要指导作用。本文拟基于前人的研究成果,借助成矿系统理论,运用动态的整体思维对呵叻高原钾盐矿床成因研究现状进行梳理,探讨时间维度下呵叻高原钾盐矿床“源、运、储、变、保”成矿要素的表现特征及存在的科学问题,初步提出固体可溶性钾盐矿床成矿系统的研究思路构架,以期为全球钾盐矿床深入研究提供一定借鉴。
Abstract
The metallogenic system theory regards ore deposit as a natural system of dynamic evolution. The overall evolution process of ore deposit from occurrence, formation, to development and its control mechanism are the core of this theory. “Source, migration, storage, transformation, and protection” are the five basic points for this theory to analyze the genesis of ore deposit.The super-huge potash deposit in the Khorat Plateau in Southeast Asia is a landmark successful case of China's overseas potash fertilizer production base.The systematic study of metallogenic mechanism is not only related to understanding of the genetic process of the deposit and its development and utilization, but also plays an important guiding role in the prospecting of potash in the eastern Tethys domain of China.Based on the previous researches and the metallogenic system theory, the study will sort out the research status of “source, migration, storage, transformation, and preservation” metallogenic factors of the Khorat Plateau potash deposit, and discuss its scientific problems in the time dimension. Moreover, the study will preliminarily propose the research framework of the metallogenic system of solid soluble potash deposit, in order to provide a certain reference for the in-depth research on global potash deposits.
