墨西拿阶盐岩相：地球化学、岩石学与流体包裹体研究揭示石盐结晶与沉积环境新视角

本文推荐研究人员针对地中海墨西拿盐度危机（MSC）期间克罗托内盆地石盐沉积机制不明的问题，开展了多学科综合研究。通过地球化学、流体包裹体微测温及同步辐射显微CT等技术，揭示了三种石盐岩相（条带状、白色和透明）的成因差异，明确了其沉淀于极端蒸发环境（盐度>340‰），并首次发现有机质参与结晶过程，为古环境重建和蒸发岩沉积动力学提供了关键依据。

　　

在地球科学史上，地中海地区曾发生过一场被称为“墨西拿盐度危机”（Messinian Salinity Crisis, MSC）的戏剧性事件。约597–533万年前，由于构造运动导致大西洋与地中海之间的连接通道逐渐关闭，加上全球变冷引起的海平面下降，地中海在短短60万年内几乎完全干涸，形成了数公里厚的蒸发岩沉积。这一事件不仅彻底改变了地中海地区的化学环境，还对陆地和海洋生态系统产生了深远影响。然而，关于当时石盐（halite）的具体沉积机制、环境条件以及有机质在成岩过程中的作用，仍存在许多未解之谜。

为了深入探究这些问题，一个由意大利卡拉布里亚大学领衔的研究团队对克罗托内盆地（Crotone Basin）的墨西拿阶石盐沉积开展了系统性研究。该盆地保存了三种独特的石盐岩相：条带状（banded）、白色（white）和透明（transparent）相，其中透明相在其他地中海盆地中尚未见报道，为研究石盐在不同环境条件下的结晶过程提供了新的视角。相关成果发表在《Geoscience Frontiers》上。

研究团队综合运用了多种高分辨率分析技术。在样本采集方面，从Coste del Sale、Zinga和Verzino三个地区的露头和钻孔中获取了24件样品，涵盖微晶和巨晶石盐。通过光学显微镜和扫描电镜（SEM）观察晶体结构和流体包裹体（fluid inclusions, FI）；利用同步辐射X射线显微CT（SR X-ray μCT）进行无损三维成像；采用拉曼光谱（Raman spectroscopy）和UV-环氧荧光分析有机质组成；通过微测温（microthermometry）测定包裹体的均一温度（T_H）和初熔温度（T_FM）；并使用热电离质谱（TIMS）分析锶同位素比值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）。

4.1. 野外观察

研究区出露三种石盐相：条带状相由厘米级微晶石盐与泥质互层组成；白色相为底部生长的具chevron结构的巨晶；透明相则由纯净的巨晶构成，呈半透明状。盐丘构造表明后期构造活动影响了沉积序列。

4.2. 石盐相的岩石学和SEM表征

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  条带状相（微晶）：显示cumulate结构和chevron纹理，粘土结节中含无水石膏和有机质，荧光分析揭示绿色有机化合物。局部可见120°晶界和溶解-再沉淀证据，反映浅水、高动荡环境。
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  白色相（底部生长晶）：交替的乳白色（富含FI）和透明生长带，微测温显示高温（~45°C），SEM-EDS检测到碳质残留（~25 wt%），表明有机质参与结晶。
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  透明相（巨晶）： translucent区域见粒间孔和FI轨迹，opaque部分显示pagoda结构（金字塔状生长），微测温低温（~20°C），暗示较深水环境。

4.3. 流体包裹体岩石学

识别出三类原生包裹体：Type 1（单相液相）、Type 2（气液两相）和Type 3（多相含固体/有机质）。Type 3富含有机碎片（如类胡萝卜素）和硫酸盐矿物（石膏、硬石膏），UV荧光显示蓝/红色发射，提示微生物活动。包裹体形态和分布支持原生沉淀，未见广泛重结晶。

4.4. 流体包裹体微测温

所有石盐均沉淀于NaCl-MgCl₂-H₂O体系，盐度>340–360‰。条带状相T_H ~35°C，白色相~45°C，透明相~20°C，反映不同热体制。初熔温度指示 brine 化学组成演变，Verzino样品出现KCl组分，预示极端蒸发。

4.5. 拉曼光谱化学表征

在乳白色带检测到有机质特征峰（D-band ~1345 cm^?1, G-band ~1600 cm^?1），证实碳质物质存在。Type 3包裹体内鉴定出石膏、硬石膏和石盐子矿物。

4.6. 同步辐射CT三维成像

白色相以Type 1-2包裹体为主，呈带状分布；透明相Type 3居多，形态不规则。三维重建显示原生结构保存完好，未见 pervasive recrystallization，但透明相裂缝发育，指示后期构造应力。

4.7. Sr同位素特征

⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值介于0.708918–0.709054，对应于TG14-TG12时段（~5.61–5.55 Ma）。从条带到透明相比值升高，指示大陆输入增加和 brine 稀释。

5. 讨论与结论

本研究揭示克罗托内盆地石盐沉积于一个水文多变的浅水盐湖系统。条带状相形成于动荡的边际环境，频繁的洪水事件导致泥质夹层沉积；白色相记录高温高盐条件下的底部生长，有机质可能通过微生物活动促进晶体成核；透明相则代表相对稳定的较深水环境，低温且 Sr 同位素升高反映大陆淡水输入增加。三种岩相共存于局限区域，表明石盐沉淀受水文平衡、 brine 组成和有机质可用性的波动调控。

重要意义在于：首次在透明相中识别出原生结构并关联到古环境参数；发现有机质-矿物相互作用直接参与石盐生长； Sr 同位素精确约束沉积时限（~5.6–5.55 Ma）；多技术联用（尤其是同步辐射CT）为蒸发岩研究树立了新范式。这些成果不仅深化了对MSC时期古地理和古气候的理解，也为全球蒸发岩矿床的成因机制和有机-无机相互作用提供了关键案例。