4亿年前的鄂尔多斯盆地是海洋？比现在的渤海还要深？

作者：盛捷 孟凡巍（中国科学院南京地质古生物研究所）

文章来源于科学大院公众号（ID：kexuedayuan）

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鄂尔多斯盆地，便是人们所了解的陕甘宁盆地，其横跨甘肃、宁夏、内蒙及陕西等四个省区。盆地的内部海拔多在1100-1800m之间，南北长约800km，东西宽约400km，面积约32万km2，形似矩形。

鄂尔多斯盆地（图片来源:杨宁. 准格尔煤田串草圪旦5号煤有害元素赋存状态和分布规律 , 2015）

别看现在是陆地，此前有研究表明，在4亿年前的奥陶纪，鄂尔多斯盆地还是一片海。不过，这片海有多深？

前不久，由中国科学院南京地质古生物研究所孟凡巍副研究员与南京大学倪培教授、乌克兰科学院Galamay博士、波兰盐矿协会主席Krzysztof教授等中外专家合作发现，在四亿年前，鄂尔多斯盆地是深度大约为40米的海洋。

奥陶纪时期的古地理图 （图片来源：https://deeptimemaps.com/）

这样的深度是一个什么概念呢？现今的渤海平均深度大致为18米。“鄂尔多斯海”比渤海还要深！

这个深度，科研人员是怎么计算出来的呢？

科研人员再次用到了我们曾经提及的一个“封印”——流体包裹体（神秘“封印”破解4.4亿年前的海水成分之谜）。

流体包裹体是矿物形成期间的晶体缺陷孔洞，可以记录矿物形成时期的流体成分或者气体，其存在于海水中蒸发形成的石盐矿物中，它“封印”了当时的原始海水或者气体。比如:玛瑙中的水胆等。

流体包裹体（图片来源：https://www.vcg.com/）

石盐矿物存在于蒸发岩中。蒸发岩与人类生产生活关系密切。其中，岩盐矿可以用来提炼金属钠，制造钠盐等；钾盐主要用作生产钾肥；石膏、硬石膏主要用作建筑材料等；芒硝可以用来制革、造纸、染料、人造纤维、医药及冶金等；天然碱用来制纯碱和烧碱。

蒸发岩沉积的出现，需要适宜的古地理、古构造和古气候的多重因素的同时出现。因此，在地质历史时期，蒸发岩的大量出现在少数几个地质时代。上世纪90年代，中国在对鄂尔多斯盆地进行石油勘探期间，也发现了巨厚的石盐沉积，因此，鄂尔多斯盆地也成为中国的海相钾盐勘探热点地区之一。

孟凡巍手持一块奥陶纪石盐（图片来源：作者提供）

而鄂尔多斯盆地海相钾盐形成时期的卤水（海水经过蒸发，盐度变高，我们称之为卤水）深度，一直存在争论。

石盐在饱和卤水期间，可以在任何深度下形成，而石盐流体包裹体也可以在不同阶段，捕获卤水甚至气体。

当石盐流体包裹体在卤水表面形成时，会捕获当时的古代大气，其大气压与古代大气压一致，也近似于现代大气压；而当石盐流体包裹体在卤水底部形成时，会捕获卤水底部的气体，其具有很大的压力。

那么，辨别“封印”中是古代大气，还是形成在海底被捕获的沼气就非常重要了，如果是海底被捕获的沼气，则可以算出这个沼气来自于多深的海底。

如何辨别呢？孟凡巍等国内外专家将石盐流体包裹体的样品放入水中溶解，如果气泡从包裹体中溢出的大小不变，这些气体是被包裹体捕获的古代大气；如果气泡从包裹体中溢出，其体积骤然变大，一打开就像开罐的可乐一样，则这些气体便是形成在卤水底部而被包裹体捕获的古代沼气。

保存有流体包裹体的石盐碎粒（图片来源：作者提供）

然后，科研人员根据气泡变大的程度，来推测卤水的深度。深度越大，压力越大，打开石盐流体包裹体后气泡变大的也越厉害。

从而，他们恢复了鄂尔多斯盆地海相钾盐形成时期的古代卤水深度——该套蒸发岩形成时期，深度大致为40米左右。

鄂尔多斯盆地奥陶纪石盐中的流体包裹体（图片来源：作者提供）

这一结果表明鄂尔多斯盆地在沉积方面，有大量蒸发岩可以沉积的空间。这就表明，鄂尔多斯盆地具有钾盐形成的基础。因此，如果该蒸发岩盆地的卤水持续蒸发演化，在未来的勘察中在沉积盆地的中心不排除有发现钾盐沉积的可能。

钾盐是高效高质量复合肥的重要组成，８５％～９５％的 钾 盐 用 于 制作 钾 肥，其可持续发展事关全球粮食生产安全。我国是全球钾肥消费大国，又是缺钾大国，如果能够在“鄂尔多斯海”发现钾盐，对于农业生产具有重大意义。

该文章近日发在欧洲SCI学术期刊Geological Quaterly上。该项目得到中国科学院国际合作局与中国自然科学基金、江苏省自然科学基金、中科院基础前沿科学研究计划“从0到1”原始创新项目的支持。

本文由中国科学院战略性先导科技专项（B类）“关键地史时期生物与环境演变过程及其机制”项目支持。