【摘要】 石鹽流體包裹體由于其數(shù)量豐富、體積較大,且石鹽礦物普遍發(fā)育在各個地質歷史時期,成為研究古大氣圈、水圈、生物圈等的信息的重要材料,為研究古溫度、古水體成分、古大氣成分以及生物的演化等方面提供可靠的定量數(shù)據(jù)。近些年來,國外學者在表生環(huán)境條件形成的蒸發(fā)鹽流體包裹體的分析測試方法及應用等方面均做了大量的研究工作,但國內在這方面的實質性研究卻較少。本文對于實驗室合成石鹽包裹體均一溫度、巖相學、包裹體對微生物的捕獲特征及從包裹體中提取微生物的實驗方法均做了探索性研究,得到大量實驗數(shù)據(jù)和可靠結果,并將這些研究方法用于陜北鹽盆地奧陶紀馬家溝組地層以及柴達木盆地大浪灘野外樣品的研究,得到如下結果：(1)采用冷凍測微法測試實驗室50℃蒸發(fā)形成的石鹽流體包裹體均一溫度。其測得的均一溫度最大值與石鹽晶體形成時的溫度一致。所以,我們認為,石鹽包裹體均一溫度的最大值能夠反映形成時的環(huán)境溫度。原生流體包裹體均—溫度與大小之間沒有任何相關關系。在野外樣品中,次生包裹體的大小大于原生包裹體大小。(2)應用冷凍測溫法我們得到了陜北鹽盆地奧陶紀馬家溝組沉積期的古氣溫為27-36.9℃。這—古溫度高于該研究區(qū)近二十年的現(xiàn)代氣溫,其原因可能是,陜北鹽盆地奧陶紀所在的板塊緯度位置較現(xiàn)今發(fā)生的很大的改變,其所處氣候帶也從低緯度熱帶變?yōu)橹芯暥葴貛�；同位素測溫結果顯示,奧陶紀中期以前氣溫高于現(xiàn)代,而本樣品來自于中奧陶紀的馬家溝組地層,所以該地區(qū)古氣溫高于現(xiàn)代平均氣溫。(3)含有嗜鹽菌的包裹體巖相學研究結果表明,捕獲有嗜鹽菌的包裹體比不含嗜鹽菌的包裹體體積更大。含有嗜鹽菌的包裹體數(shù)越多的樣品,單個包裹體所捕獲的嗜鹽菌數(shù)量也越大。蒸發(fā)溫度會影響包裹體中捕獲的嗜鹽菌的密度,但嗜鹽菌形態(tài)并不影響包裹體對其的捕獲。溶液中原始的嗜鹽菌密度,與包裹體內所捕獲嗜鹽菌的密度沒有太大關系。(4)建立了從石鹽包裹體提取嗜鹽菌的分子生物學技術方法,能夠成功提取石鹽流體包裹體中捕獲的嗜鹽菌DNA,并進行了基因序列對比驗證。 

第一章緒論

1.1本研究的學術背景及意義

對于生物體在地質歷史時期中的保存及研究，并由此延伸出對于生命演化史的研究一直是地質學及生物學界關注的焦點。生物體在地質歷史中的保存有以下幾種介質：首先是沉積巖石，即形成化石，這也是最為常見的保存介質；其次是冰和凍土，其對于生物體保存的完整性甚至優(yōu)于巖石；還有一種就是保存在蒸發(fā)鹽中的生物，通常是一些微生物或生物標志化合物。隨著火星上蒸發(fā)鹽礦物及一定量水（冰）痕跡的發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)鹽中所包裹的生物體研究成為探索火星生命可能性的重要依據(jù)。生物體在蒸發(fā)鹽中的賦存主要是被捕獲于蒸發(fā)鹽流體包裹體中。

鹽類礦物流體包裹體是指地表水體（海洋、湖泊）在強烈的蒸發(fā)作用下，形成的鹽類礦物往往捕獲有母液，它們能夠保存大氣圈、水圈、生物圈等的信息，可以為研究古溫度、古水體成分、古大氣成分以及生物的演化等方面提供可靠的定量數(shù)據(jù)。近些年來，國外學者在表生環(huán)境條件形成的蒸發(fā)鹽流體包裹體的分析測試方法、意義及應用等方面均做了大量的研究工作，這些工作對于恢復干旱區(qū)古氣候環(huán)境、深化巖鹽成礦理論、巖鹽礦床的開采、核廢料的處置以及極端環(huán)境下的生物存活機制等方面均具有十分重要的理論和實踐意義。但國內在這方面的實質性研究卻極為少見。

由于石鹽普遍與不同鹽度水體蒸發(fā)形成的鹽類礦物具有很好的共生關系，且石鹽流體包裹體一般較豐富、體積較大，因此本文采用石鹽流體包裹體作為研究蒸發(fā)鹽形成環(huán)境及其捕獲并保存微生物的對象。

1.2國內外研究現(xiàn)狀

包裹體根據(jù)成因可分為原生、假次生和次生三種類型（盧煥章等，。原生包裹體是礦物在結晶過程中被捕獲的包裹體，與主礦物同時形成。原生包裹體常沿礦物生長面分布。假次生包裹體是在主礦物結晶過程中，因某種原因使主礦物產生裂隙，，而后有成礦流體充填其中，因裂隙愈合封存成礦流體而形成的包裹體。它沿愈合裂隙分布，具有次生包裹體的分布特征，但這種愈合裂隙只分在主礦物內部。由于它是在主礦物形成過程中形成的，所以假次生包裹體與原生包裹體一樣，是代表形成主礦物成礦流體的樣品。次生包裹體形成于主礦物結晶之后。當后期熱液沿礦物裂隙、解理、孔隙進來，對礦物進行溶解，使其重結晶，在此過程中捕獲形成了次生包裹體。它們常沿切穿礦物顆粒的裂隙分布。次生包裹體所代表的不是形成主礦物的成礦流體，而是代表礦物形成后的某個時間進入主礦物的流體。

原生和次生流體包裹體的主要區(qū)別在于，原生流體包裹體一般分布在主礦物的結晶位置（如晶面、負晶形），有時包裹體被個別礦物顆粒所限，或其在晶體中無一定的排列次序；而次生包裹體一般沿礦物裂隙的位置分布，有一定的方向性，沿裂隙可追索晶粒邊緣，或包裹體平面穿過晶體邊界時不分叉不改向。還有一種假生包裹體，其只限于礦物內部生長，屬于原生包裹體的一種。原生包裹體的形態(tài)常與主礦物結晶形態(tài)一致，如石英中的六邊形包裹體，石榴石中多邊形包裹體，形態(tài)復雜的包裹體較少見。原生和次生包裹體形成溫度，成分和PH值等也有明顯的差別。

鹽類流體包裹體與一般礦物中的流體包裹體的理論基礎是相同的。只是由于鹽類礦物易發(fā)生重結晶這一特殊的性質，在研究時我們更加關注其原生包裹體的特征。

1.2.1石鹽流體包裹體形成過程及其特征

石鹽晶體在生長過程中有兩種不同的作用：一種是在水面形成的漏斗形生長，另一種是在水體底

部形成的人字形生長（圖1-1）。

第二章石鹽流體包裹體均一溫度研究

2.1實驗室蒸發(fā)形成石鹽流體包襄體均一溫度研究

關于石鹽流體包裹體均一溫度的研究，國內外學者做了大量的工作。原生石鹽包裹體的均一溫度能夠代表其形成是的水體溫度，但與其形成時的氣溫又有怎樣的對應關系呢？對于這個問題，Roberts等做了深入研究，并給出相應結論。他在收集了加拿大死谷鹽湖1911-1993年的氣溫數(shù)據(jù)之后，總結出了該鹽湖月平均氣溫變化范圍。同時，他釆用冷凍測溫法得到相應時期沉積的石鹽包裹體均一溫度。

2.1.1樣品制備

NaCl在100攝氏度條件下溶解度為39.2，故將1.2L去離子水煮沸并加入500gNaCl（分析純）。在室溫下用玻璃棒攪拌至完全溶解，并用溫度計測量溶液溫度。待溶液溫度降低到50°C時，快速將溶液放入恒溫干燥箱，干燥箱內溫度設定為50°C。約3-5天之后，溶液蒸干，NaCl晶體完全析出。結晶出的NaCl晶體呈立方體或漏斗形集合體。由于蒸發(fā)鹽礦物具有易潮解、易重結晶等特殊性質，為防止磨片過程對包裹體均一溫度的測定產生干擾，本研究未進行磨片，而直接將樣品切成厚度小于0.5mm薄片在顯微鏡下觀察。樣品編號后用自封袋將其密封好并放入干燥劑，以避兔礦物發(fā)生潮解。干燥箱為天津市泰斯特儀器有限公司所產，其溫度誤差在±5°C。

2.2陜北鹽盆地奧陶紀馬家溝組地層石鹽流體包裹體均一溫度研究

關于石鹽流體包裹體的研究，以上的蒸發(fā)鹽石鹽表明：原生石鹽流體包裹體的最大均一溫度能夠反映形成時期的古環(huán)境。故我們將此方法應用于陜北鹽盆地奧陶紀馬家溝組地層中石鹽流體包裹體的研究中。以此來研究探討古地層中的石鹽包裹體均一溫度對于形成環(huán)境古溫度的指示情況。

2.2.1研究區(qū)概況

陜北鹽盆位于鄂爾多斯盆地的中東部，其分布范圍大致為N36°10’-39°10’，E108°30'-111°，面積約5.6萬平方公里（圖2-4）。行政區(qū)劃包括陜北地區(qū)柳林、臨縣、神木、靖邊、志丹、延安、大寧等市縣轄區(qū)。鄂爾多斯盆地是指賀蘭山以東、呂梁山以：西、陰山以南、秦嶺以北的地區(qū)，包括甘肅的東部、寧夏的大部、陜西的中部和北部、內蒙古的西部和山西的西部，面積約32萬平方公里。

陜北鹽盆的蒸發(fā)鹽所在層位主要發(fā)育馬家溝組地層，其中馬家溝組一、三、五段為含鹽段，二、四、六段為碳酸鹽巖段。從巖性上看，陜北鹽盆在該時期主要經歷了三次完整的海進海退事件，形成了三個蒸發(fā)鹽與碳酸鹽巖互層的沉積旋回（侯方浩等。

第三章石鹽流體包裹體捕獲嗜鹽菌機理研究.........24

3.1樣品制備.......24

3.2鏡下包裹體巖相學觀察....28

第四章青海柴達木盆地大浪灘干鹽湖石鹽流體包裹體分析.......66

4.1研究區(qū)概況.....66

第五章結論.....84

第四章青海柴達木盆地大浪灘干鹽湖石益流體包襄體分析

近些年來，火星遙感及火星登陸測量都發(fā)現(xiàn)了大量的含水硫酸鹽、碳酸鹽及氯化物的存在，這些鹽類的狀態(tài)和演化見證了近代火星表面環(huán)境條件的變化。同時，更進一步的火星探測也表明，盡管現(xiàn)在的火星是一個溫差大、空氣稀薄、干旱等極端氣候條件的不毛之地，但是從火星地質地貌和保存在沉積巖石中的記錄，可以清楚地看到火星曾經發(fā)育過河流、湖泊和大海，可能具有類似于現(xiàn)在地球的地質和氣候環(huán)境。由于火星研究受到取樣、探測方法的限制，我們試圖釆用在地球相似地表環(huán)境尋找類比研究試驗場的方法，對于火星進行更加客觀、準確地研究。

青藏高原柴達木盆地西部地質條件和氣候環(huán)境與現(xiàn)在的火星有許多相似之處，在該區(qū)建立探測火星試驗場對了解火星鹽類礦物、巖石、地形、地貌以及極端環(huán)境下的生命探索具有重要意義。經過詳細的地質考察比較，由于大浪灘干鹽湖具有大量硫酸鹽、碳酸鹽和氯化物等蒸發(fā)鹽礦物，且具有低溫、低壓、極端干旱等與火星極為相似的一些氣候條件，我們選取大浪灘干鹽湖作為一個火星試驗場。

我們應用石鹽流體包裹體均一溫度及捕獲嗜鹽菌提取等實驗技術方法對柴達木盆地大浪灘干鹽湖的石鹽流體包裹體樣品進行了詳細研究，希望得到該地區(qū)的古環(huán)境溫度以及流體包裹體在自然條件下對于嗜鹽菌的捕獲機制和相關分子生物學信息。這些數(shù)據(jù)信息，對于認識大浪灘的古氣候和生命在極端環(huán)境下的生存與保存狀態(tài)有著重要意義，也對于火星類比研究進行一些基礎資料數(shù)據(jù)的積累。

第五章結論

石鹽流體包裹體由于其數(shù)量豐富、體積較大，且石鹽礦物普遍發(fā)育在各個地質歷史時期，成為研究古大氣圈、水圈、生物圈等的信息的重要材。其研究結果可以為研究古溫度、古水體成分、古大氣成分以及生物的演化等方面提供可靠的定量數(shù)據(jù)。近些年來，國外學者在表生環(huán)境條件形成的蒸發(fā)鹽流體包裹體的分析測試方法、意義及應用等方面均做了大量的研究工作，但國內在這方面的實質性研究卻極為少見。我們對于石鹽包裹體均一溫度、巖相學以及微生物提取的實驗方法均做了詳細的實驗室研究，得到可靠結果，并將這些研究方法用于野外樣品的研究，得到如下結果：我們對于原生流體包裹體大小與均一溫度間的關系做了研究，試圖找到原生流體包裹體均一溫度與大小之間的關系。對于測量了均一溫度的包裹體我們測量了其最大邊長，并以此作為衡量包裹體大小的依據(jù)，通過將均一溫度和包裹體大小作為橫縱坐標，并將所測數(shù)據(jù)投點后發(fā)現(xiàn)，原生流體包裹體均一溫度與大小之間沒有任何相關關系，這與前人的研究結果是一致的。

參考文獻（略）