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兰坪_思茅盆地钾盐矿床的物质来源探讨

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第 18卷 第 4期 2 0 1 0年 1 2月

盐湖研究 JOURNAL OF SALT LAKE RESEARCH

Vo l 18 No 4 Dec 2010

兰坪 思茅盆地钾盐矿床的物质来源探讨

张从伟 1, 2, 高东林 1, 马海州1, 韩文霞1
( 1 中国科学院青海盐湖研究所, 青海 西宁 810008; 2 中国科学院研究生院, 北京 100039)

摘 要: 云南兰坪 思茅盆地是我国 重要的成钾 盆地。综合 前人的 研究成 果, 简 要介绍 了该地 区的地 质概 况。对兰坪 思茅盆地钾盐矿床的物质来源进行了阐述和讨论, 认为该盆地钾 盐矿床的物 质来源以 残存古

海水为主, 并有陆源水体的补给。盆地内的富 钾火山 凝灰岩、古 盐和风 化盐也可 能为该 盆地钾 盐矿床 提供

物源, 至于深部地下卤水是 否提供物源还需更深入的研究论证。兰坪 思茅盆 地钾盐矿床 成矿物源 具有多 源性。

关键词: 兰坪 思茅盆地; 钾盐矿床; 成矿物源: 多源性

中图分类号: P619 211

文献标识码: A

文章编号: 1008- 858X ( 2010) 04- 0012- 07

前言
云南兰坪 思茅盆地位于西部澜沧江缝合 线与东部金沙江缝合线之间, 受澜沧江深断裂 和金沙江 哀牢山深断裂的夹持, 呈北西 南 东向带状展布 (图 1) , 北部为昌都盆地, 向南延 入老挝、泰国境内, 与呵叻盆地毗邻。该盆地矿 产丰富, 具有景谷 江城 勐 腊含盐 ( 钾 ) 带, 钾盐、天青石储量居我国第 2位, 已发现江城勐 野井钾盐矿等 [ 1] , 是我国颇具找钾前景的地区 之一 [ 2] 。一般来说, 钾盐矿床的形成需满足适 宜的大地构造条件、岩相古地理条件、气候和物 质来源等条件 [ 3 ] 。本文将根据前人的研究, 就 兰坪 思茅盆地 钾盐矿床 的物质来 源进行探 讨。

其间特提斯洋相互作用而成的 [ 4- 5] , 有过多次 洋盆开合、多 个陆 块拼 贴和 多次 造山 的特 提 斯 三江造山带上 [ 6] , 其形成演化与该造山带 密切 相关。在 古特提 斯洋 于晚二 叠世关 闭之

1 区域地质概况

1 1 兰坪 思茅盆地的形成与演化 兰坪 思茅盆地位于印度、欧亚板块以及

图 1 兰坪 思茅盆地构造分区图 [4] F ig. 1 T ecton ic d iv ision m ap o f L anp ing S im ao basin

收稿日期: 2010- 03- 29; 修回日期: 2010- 07- 06 基金项目: 中国科学院知识创新工程重要方向项目 ( K ZCX 2- YW - 344) 作者简介: 张从伟 ( 1979- ) , 男, 硕士研究生, 助教, 主要研究方向为地球化学。 E - m ai:l 20514616@ 163 com。

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后, 伴随中、新特提斯构造演化, 位于扬子大陆 西缘的滇 西地区发生开 合构造运动。中三叠 世, 伴 随中 特提 斯洋 开启, 地壳 拉张 裂陷, 兰 坪 思茅中生代盆地原型开始形成, 并开始演 化 [ 7] 。其演化经历了裂前隆起 ( P2 T1 ) 、陆内裂 谷 ( T2 J3 ) 、陆内裂谷消亡 ( K E22 末 ) 和走滑变 形 ( E32 Q ) 4个阶段 [ 7- 10] 。演化过程中, 地壳上 升、海水后退、沉积范围缩小是总的趋势。此间 海水的进退亦有反复, 因此产生了多个成盐时 期, 并造成一些地层的缺失。同时因盆地内部 深断裂的控制和造山运动的影响, 使得原有含 盐盆地受到很大的改造和破坏 [ 9 ] 。 1 2 盆地内沉积地层及主要含盐层
区内沉积建造主要由三叠系、侏罗系、白垩 系组成, 其上局部叠加覆盖新生代地层, 有些层 系有不同程度的缺失 [ 7] , 见图 2[ 9] 。
图 2 兰坪 思茅盆地中新生代地层系统 Fig. 2 M eso zoic and Ceno zo ic stratig raph ic system of
L anp ing S im ao basin
本区主要含盐地层有: 1) 上三叠统歪古 村组 含 盐层段为该组

下部, 兰坪地区主要由杂色沙泥岩夹蒸发岩, 底 部含砾粗砂岩、砾岩组成; 思茅地区由灰绿色泥 岩夹泥质灰岩、砂岩、底部砾岩组成 [ 9, 11 ] 。根据 构造演化资料推测其蒸发岩建造是由被岛堡环
绕的咸化泻湖盆地蒸发形成的。本层位发现多 处石盐矿床、石膏层和盐泉分布, 兰坪盆地向北 经德钦延入西藏盐井地区相同层位中盐泉水富 钾, 当地盐厂熬制的成品盐 含 KC l可达 2% ~ 3% , 表明 这 是 一 个 具有 找 钾 远 景 的 含 钾 层 位 [ 9] 。
2)中侏罗统和* 乡组及下侏罗统 张科寨 组 中侏罗统和*乡组。下部以红色碎屑岩为 主, 向上灰绿层增加, 并出现介壳灰岩、燧石条 带灰岩, 顶部为岩溶泥砾岩、石膏岩。岩石组合 以杂色泥质岩、粉砂岩夹砂岩、细碎屑岩、细砂 岩为主 [ 9] 。根据所含生物化石判断, 该组在思 茅盆地西部以海相沉积为主, 兰坪、江城地区以 陆相为主, 沉积环境为泻湖潮坪环境 [ 12- 13] 。下 侏罗统张科寨组。思茅盆地西部以紫色泥岩为 主, 夹有粉砂岩、砂岩及石膏岩、泥砾岩; 兰坪、 江城地区以紫红色粉砂岩为主, 夹细砂岩。总 体而言, 该组 属于 干热 气候 条件 下的 海湾 潮 坪 泻湖沉积 [ 9, 11] 。
以上两个层位中泥砾岩、石膏层和盐泉均 分布广泛, 水化学资料表明许多盐泉相对富钾, 因此本区中下侏罗统也是 值得重视的含盐层 位 [ 9, 13] 。
3)古新统勐野井组 古新统勐野 井组自 下而上分为下、中、上三段, 由下部蒸发岩 中 部淡化层 上部蒸发岩 顶部淡化层组成两个 大的沉积旋回, 全区均可对比, 为大陆湖泊相沉 积 [ 9, 13] 。下段 ( 下泥 砾 岩层 ), 泥 砾岩 夹粉 砂 岩, 局部夹层状硬石膏, 底部有时为泥灰岩透镜 体, 为盐盆早期沉积, 含盐度低, 一般只达到碳 酸盐阶段, 局部为硫酸盐阶段沉积。中段, 棕红 色粉砂岩夹细砂岩、泥岩, 局部夹次生石膏。上 段 ( 上泥砾岩层 ) , 为钠钾盐岩段, 主要由石盐 岩、钾盐岩组成, 夹含盐泥砾层, 盆地边缘相变 为硫酸盐泥砾层或碳酸盐泥砾层和粉砂岩。
该组是本区最重要的含盐层位, 已发现勐 野井等多处钾盐矿床, 推测其下泥砾岩段仍有 较好的找钾前景 [ 9] 。

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2 兰坪 思茅盆地钾盐矿床的成 矿物源
钾盐的物质来源具有多源性、复杂性。海 退残留的古海水, 风化壳含钾矿物, 含钾岩石风 化、淋滤、溶解的流体, 岩浆活动的富钾热液、热 泉等均可为钾盐矿床提供物源 [ 14] 。对兰坪 思茅盆地而言, 目前仅在古新统勐野井组发现 了可采的钾盐矿床, 本文仅就勐野井组钾盐矿 床可能的物质来源进行探讨。
2 1 古海水
残留古海水作为本区钾盐矿床物质来源的 证据是充分的。
从构造演化上分析, 兰坪 思茅盆地与泰 国呵叻盆地同处在一个大地构造带, 成矿时代 和层位相同, 母液卤水组成具同缘性, 兰坪 思 茅盆地卤水是由呵叻盆地经万象*原向北迁移 所致 [ 15- 18] 。早白垩世早期, 本区内海水时进时 退, 晚期终于 退出, 使盆 地演化为大 型陆相盆 地, 残存海水构成的统一大湖在干旱气候下蒸 发解体, 变为若干潜水湖或干盐湖, 沉积了本区 最主要的含盐蒸发岩建造 [ 9] 。
一般来说, 除化石外 ( 本地层 内尚未找到 典型的海相化石 ) , 盐矿的物质 成分特征应该 反映成盐物质的来源 [ 13 ] 。勐野井 3号穿脉有 4 层, 钾 1井有两层含钾石盐岩发现有海绿石分 布; 江城附*勐野井组夹有大量钠长石, 而钠长 石的形成通常与海水有关。对石膏中有机质做 色谱分析得出其组分以饱和烃为主, 缺乏芳香 烃, 表明其为海源有机质 [ 13] 。
含卤盆地正常浓缩时有碳酸盐 硫酸盐 氯化物沉积的顺序变化, 本区北成盐带出现少 量硫酸盐矿物, 南成盐带出现较多的光卤石及 硼矿物, 这种空间上矿物组合分布与泰国呵叻 盆地可以类比, 说明氯化物型卤水来自南部的 入侵 [ 9, 13] 。
B r来源于海水, 盐类矿物中的 Br含量和 B r 103 /C l系数值对成盐卤水的蒸发浓缩程度 和成盐阶段具有明显的指示意义 [ 11, 19] , 可通过 其与海相沉积的石盐、钾石盐的 B r含量和 B r

103 /C l系数值对比来指示物源。海水中 Br的 *均含量为 65 10- 6, 河水仅 0 006 10- 6[ 20] , 勐野井钾盐矿床石盐岩的*均 B r含量为 202
10- 6, B r 103 /C l系数值* 均为 0 47; 钾石 盐单矿物 样的 Br 含量*均 值为 1 739 10- 6, Br 103 /C l系数值*均为 3 58, 与海相沉积的 石盐和钾石盐 ( 分别为 70 10- 6 ~ 260 10- 6, 0 11 ~ 0 43; 1 370 10- 6 ~ 2 660 10- 6, 0 29~ 0 40) 极为相似 [ 11 ] 。
B在海水中随蒸发作用而富集, 沉积物中 的 B含量与沉积 时水体中 B 的含 量有关。一 般的海相沉积物中 B 含量约为 100 10- 6或更 高, 成盐泻湖中含盐粘土含 B 在 1 000 10- 6以 上 [ 11, 13] 。在该组粘土矿中测得 B 含量大部分 在 50 10- 6 ~ 100 10- 6, 少数 达 300 10- 6, 个别小于 50 10- 6, 与一般海相粘土岩特征相 吻合 [ 13] 。需要指出的是, 现今许多 研究证实, 用沉积物中的 B 含量与海相沉积物的 B 含量 相比并不能准确判断含 B 水体是海源 还是陆 源, 因为许多陆源水体的陆相沉积物中 B 含量 比海相的还要高 [ 21] 。如我国西藏地区的郭加 林错盐湖表层粘土中 B 含量为 305 10- 6, 错 尼东湖粘土沉积物中 B 含量为 500 10- 6[ 22] ,
青海大柴旦湖的湖底沉 积物中 B 含量 甚至都 在 3 600 10- 6以上 [ 23] 。
对于判断物源而言, B 同位素和 Sr同位素 都是具有良好指示意义的地化指标 [ 24- 31] 。硼
是易溶元素, 在含水流体中广泛存在, 具有两种 稳定同位素 10 B和 11 B, 相对丰度分别是 19 90% 和 80 10% [ 32] 。由于 硼在 自然界 中分布 较集 中, *均 丰度低, 且 10 B和 11 B之 间相 对质 量差 大, 分馏效应显著 ( 自然界中 11 B值的变化范围 为 - 37! ~ + 58! [ 24] ) , 不同地质体中 11 B值 明显不同, 与生成环境密切相关, 因此可以作为 判定硼来源的有效示踪剂和指相标志, 广泛应 用于多种地质过程的示踪研究 [ 24- 27] 。*几年
硼及硼同位素检 测技术的进步 ( 目前, 硼同位 素的分析精度优于 0 2! ) [ 25] , 其地球化 学研 究越来越受到重视, 应用于矿床研究可以解释 成矿流体演化, 探讨成矿物质来源 [ 26- 27 ] 。前人 在这方面已取得很多成果, 如对我国柴达木地
区的盐湖开展的硼同位素研究就对该区盐湖的

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物源做出了明确的判断 [ 33- 35] 。 锶的稳定同位素有 84 Sr、86 Sr、87 Sr和 88 Sr, 其
中只有 87 Sr是由 87 Rb衰变生成, 故 87 Sr在地质历 史中是逐渐 增多的, 一 般以 87 Sr /86 Sr比值表示 Sr同位素组成 [ 28 ] 。 Sr在海洋中存留时间至少 在 1 M a以上, 而海洋的混合时间只有 1 ka, 故认 为 Sr在海洋中的分布是均匀的, 不受纬度、深 度的影响 [ 29] 。一般认为 87 Sr /86 Sr值不因物理、 化学和生物过程发生分馏, 主要是受锶来源的 控制 [ 30] , 且 Sr同位素组成不易被风化、搬运和 沉积过程改造, 所以可根据某地锶同位素组成 特征来判别物质的来源 [ 31] 。在其他地区前人 利用 87 Sr /86 Sr作为示踪剂判别物源取得了很好 的效果。如川东南地区石牛栏组地层中沉积碳 酸盐岩的物源, 黄海、东海沉积物物源, 热水沉 积岩物源, 黄土高原物质来源等等 [ 28, 30] 。
但遗憾的是, 目前尚未见到前人利用 B 和 S r 同位 素研 究本 区钾 盐矿 床物 质来源 的报 道。
2 2 陆源水体
勐野井组的沉积相总的来说属于大陆湖泊 沉积, 可细分为碎屑湖泊相, 盐湖相, 湖成三角 洲相, 高弯度河、冲积*原相 [ 9] 。高弯度河、冲 积*原相的存在说明了该区在成盐过程中有陆 源水体对成盐卤水的补给。
通过兰坪 思茅盆地与呵叻盆地矿物组合 对比分析, 发现两地盐类矿物组合基本相同, 细 微差异之处为兰坪 思茅地区的硫酸盐矿物种 类和数量都远多于呵叻盆地, 表示周边少量淡 水补给物和卤水演化阶段的不同, 说明我国陆 源水补给较泰国强, 尤其兰坪地区更为明显, 有 由北向南补给的趋势 [ 13, 15 ] 。
现代海水中 B 含量为 4 7 10- 6, 淡水中 则一 般 不含 B[ 36] , 海 相 沉 积 物 中 B 含 量 为 100 10- 6, 而勐野井钾盐矿床中盐岩的 B 含量 最高值为 80 4 10- 6, 与海相沉积物的 B 含量 较接*, 但 B含量的最低值为 0 3 10- 6, *均 值为 23 0 10- 6, 显然低于海相沉积物中的 B 含量 [ 11] 。
硫是自然界 同位素分 馏效应最 明显的元 素, 34 S值的变化范围总体可达 180! , [ 37] 蒸发 岩中硫同位素的组成特征主要受控于成盐卤水

的物质来源 和细菌 对硫 酸盐的 还原作 用 [ 11] 。 由于硫元素在循环过程中经历了多种地球化学 过程, 从而造成不同地质体具有不同的硫同位 素组成特征, 由此决定了不同来源的成盐卤水 具有不同的 34 S值 [ 38 ] 。 34 S值常被用来研究蒸 发岩矿床的成矿物源和判断蒸发岩形成的海陆 相环境 [ 11] 。
根据海水硫同位素组成的年龄曲线, 古、新 *纪海水的 34 S值为 21! 左右 [ 39] , 河水和大气 降水的 34 S值分别为 2! ~ 9! 和 7! , [ 40] 相对 于海水的 34 S值明 显较低 [ 11 ] 。勐野井钾 盐矿 床中硫酸盐的 34 S值分布在 3 85! ~ 15 51! 之间, 其中混合沉积的盐岩 34 S值都小于 10! , 说明其成盐卤水与陆源水体有关, 蒸发沉积的 盐岩 34 S值均大于 10! , 明显具有混合水体 (海 水和陆源水体 ) 的硫同位素组成特征 [ 11] 。
37 C l值可用来判 断成盐古 卤水的蒸 发浓 缩程度, 是研究不同流体的演化和各种相关矿 床成因的良好 地球化学 参数 [ 11, 41] 。盐湖 卤水 氯同位素的组成特征不仅受其蒸发浓缩程度的 控制, 而且也受补给水的重要影响, 不同来源水 体的氯同位素组成有所不同 [ 42 ] 。
海水的 37 C l值为 0 00! , 由于同位素分馏 作用, 正常沉积的海相石盐岩的氯同位素组成 应该为正值, 应高于海水的氯同位素组成。勐 野井钾盐矿床的 37 C l值总 体上与海水的 37 C l 值 一 致, 石 盐 岩 的 * 均 37 C l 值 为 正 值 ( 0 20! ), 但 比 较 接 * 海 水 的 氯 同 位 素 组 成 [ 11] , 因此不能用来判断其海陆相来源。
这里需要指出的是, 稳定氯同位素的分馏 作用有 限, 同位 素 比 值 变 化 小, 各 地 质 体 的
37 C l值也有 较大重叠 [ 43- 44] , 从而 掩盖了 氯的 来源信息, 降低了其在地球化学领域的示踪作 用, 且其地球化学应用研究还处于资料积累阶 段, 涉及面较窄, 对各地质体也缺乏系统研究, 故而还不能作为指相指标 [ 45] 。
2 3 深部地下卤水
从构造上看, 本区西侧的澜沧江深断裂及 东侧的阿墨江深断裂、红河断裂既是导致盆地 形成的构造因素, 又是深部卤水补给盆地的通 道 [ 13] , 这些断裂的活动势必会造成深部地下卤

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水的上升, 从而为钾盐矿床的形成提供物质来 源 [ 11] 。
从矿物成分上看, 盐层中 Pb、Cu等重金属 含量偏高, 这些重金属的富集可能是由于深层 卤水具有 较高的溶解和搬运重金属的能力所 致 [ 13] 。勐野井钾盐层中有火山玻屑, 石盐矿物 包裹体普遍有 100 ? 以上的记录 ( 据资料记载 东 非 大 裂 谷 也 有 与 深 部 补 给 有 关 的 100~ 130 ? 的高 温小盐湖 ) ; [ 13, 46] 该 层自生石英的 包裹体溶液的盐度为 35% ~ 60% , 形成温度为 255~ 530 ? , 表明形成自生石英时可能有深部 热卤水加入。黄铁矿的热电性具有成因指示意 义, 对该层所含黄铁矿测试所得的热电性特点 完全不同于一般沉积型黄铁矿, 而与热液型黄 铁矿的特点吻合, 说明本区成矿时有热卤水的 补给或热变质作用 [ 9 ] 。另外, 兰坪 思茅地洼 区中的金属矿床乃至非金属矿床都跟热卤水成 矿作用有关, 矿点附*常伴生蒸发沉积矿床, 即 石膏、石盐等。地球化学研究表明, 形成云南中 新生代层 控多金属矿床的热卤水具多来源特 征 [ 47] , 因此也可能有深部地下卤水。
根据该地区火山凝灰岩富锂和深部地下卤 水的活动特点, 这种 卤水的 L i含量也 应该较 高 [ 11] , 而实际上勐野井钾 盐矿床中的 L i含量 却极低, 甚至大部分样 品都未检测到 L i[ 11, 13 ] , 这与深部卤水活动和补给的矛盾尚需研究 [ 11] 。
2 4 火山岩、古盐、风化盐
在勐野井矿床, 盐层剖面碎屑岩中有凝灰 岩产出, 表明在盐湖盆地有火山活动 [ 46] 。江城 地区的中段和北段勐野井组地层中分布有火山 岩透镜体, 该矿床灰绿色钾盐层中也曾发现过 火山岩碎屑, 化学分析结果表明其为玄武 安 山质火 山凝 灰岩, 具 有富 钾 的特 点 [ 11, 13] 。因 此, 成盐期的火山活动及其所产生的富钾安山 质火山凝灰岩也可能为该区钾盐矿床的形成提 供物源。另外, 此前沉积的上三叠统歪古村组、 中侏罗统和*乡组及下侏罗统张科寨组在本区 均有盐泉分布; 西部澜沧江隆起带大面积的华 力西晚期含钾花岗岩体及沿东西边缘大断裂带 的石炭 二叠 三叠系中广泛分布的含钾火山
岩和火山岩沉积岩石的风化也可能会提供部分

成矿物质来源 [ 13] 。
3结 论
1 )本 区构 造演 化 史、盐 矿 的 物 质成 分 特 征 及分布、具有物源指示意义的地球化学指标等 方多面都证实海退后残存的古海水为兰坪 思 茅盆地钾盐矿床提供了主要物质来源, 同时存 在着陆体水源的补给。本区成盐期火山活动所 产生的富钾玄武 安山质火山凝灰岩及古盐和 含钾风化岩也可能提供了部分物源, 兰坪 思 茅盆地钾盐矿床的成矿物质来源具有多源性。
2)深部地下卤水 可为该区钾盐矿 床提供 物源虽然也有较多论据, 但还存在值得推敲和 矛盾之处。对该区石盐矿物和自生石英的流体 包裹体的温度和盐度的测试结果, 以及对该层 所含黄铁矿测试所得的热电性特点均说明本区 成矿时可能有深部热卤水的补给, 但是强烈的 构造活动中塑性变形过程导致的高温高压条件 也同样可产生此结果, 而构造演化资料显示该 区成矿过程中经历了此类构造活动。另外根据 该区火山凝灰岩富锂和深部地下卤水的活动特 点推断, 这种卤水的 L i含量也应较高, 而在勐 野井钾盐矿床中测得的 L i含量却极低甚至为 零, 显然与深部卤水的补给相矛盾。
3)在利用地球化 学指标研究本区 成矿物 源方面, 前人采用了 Br含量、B r 103 /C l系数 值、B 含量以 及 34 S、 37 C l值来 指相 和判 断物 源。但现在研究证明, 用 B 含量并不能准确判 别海陆相沉积。 37 C l值的地 球化学应用 研究 还处于资料积累阶段, 因其分馏作用有限, 各地 质体之间多有重叠, 海陆相的 37 C l值不存在显 著的差别, 也不能用于指相研究。
B同位素和 Sr同位素都是具有物源指示 意义的良好指标, 在其他地区和领域已得到了 很好的应用, 但对于本区而言, 尚未有人进行相 关研究。若以后开展此类工作, 相信会对本区 物源, 特别是对确定古盐、富钾火山岩风化等对 物源的贡献, 以及解决深部地下卤水是否提供 物源的争议起到重要作用。
参考文献:
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18

盐湖研究

第 18卷

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A T entative D iscussion on M aterial Source of P otash D eposit in L anping Simao Basin
ZHANG Cong w e i1, 2, GAO D ong lin1, MA H a i zhou1, HAN W en x ia1 ( 1. Q inghai Institute of Salt Lakes, Chinese A cademy of S ciences, X ining, 810008, China;
2. G raduate Un iversity of Ch inese A cademy of Sciences, B eijing, 100039, China )
Abstract: Lanping sim ao basin that contains potash deposit is an im portant basin in China. B ased on pre vious research, the genera l geo logy o f L anp ing Sim ao basin and the m a terial sources o f po tash deposit are discussed here. T he resu lts show that the m ain m ateria l sources o f the potash deposit in this basin are ar chaic seaw ater and terrestrial w ater. Po tassium rich volcan ic tu ff in th is basin, anc ien t salt and w eathe ring salt m ay also be the m a terial source. F or deep underground brine, further stud ies are needed. T he m aterial sources o f the potash salt deposit in L anp ing S im ao basin are m ulti sourced. K ey w ord s: Lanping Sim ao basin; Po tash deposi;t M aterial source; M ulti source




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