我國鉀鹽找礦規律新認識和進展

鄭綿平,張 震,張永生,劉喜方,尹宏偉

1)中國地質科學院礦產資源研究所,北京 100037;

2)國土資源部鹽湖資源與環境重點實驗室,北京 100037;

3)南京大學,江蘇南京 210093

我國鉀鹽找礦規律新認識和進展

鄭綿平1,2),張 震1,2),張永生1,2),劉喜方1,2),尹宏偉3)

1)中國地質科學院礦產資源研究所,北京 100037;

2)國土資源部鹽湖資源與環境重點實驗室,北京 100037;

3)南京大學,江蘇南京 210093

本文通過對比研究國內外鉀鹽礦床成鉀特征,總結出了我國海、陸相成鹽盆地和成鹽成鉀特性: 成鹽具有多期性、成鹽時代差異性、成鹽作用遷聚性、物質成分多樣性、后期鹽盆地的變動性和多液態礦的特點; 厘定了3個鹽類成礦域和1個成礦帶; 提出了我國找鉀策略——以海相蒸發鹽盆地為主攻方向、兼探陸相鹽湖及含鉀地下鹵水; 提出了我國主要的古代鹽盆地多產于“準克拉通(陸塊)”,特別是海相鹽盆地均發育于前寒武紀為基底的陸塊中,以及鉀鹽沉積于構造穩定區中相對活動的亞穩定區和在構造亞穩定區中聚集于相對穩定區的新認識; 發展了適合中國地質特點的找鉀理論認識,有效地推動了油鉀兼探工作。發現滇西南—羌北中上侏羅統若干鉀鹽顯示,特別是指導和部署滇西南深部侏羅紀找鉀,并取得超常規的進展;進一步縮小陜北奧陶系找鉀包圍圈; 引領“油鉀兼探”實施,實現了塔里木盆地庫車凹陷古近系找鉀的重大實質性進展; 在柴達木盆地西部發現新的早第四紀富鉀層位; 指導和取得青藏高原特種鹽湖綜合找鋰、鉀和評價的重要進展,新發現一批大中型鋰、鉀特種鹽湖(特別是多格錯仁大型鋰、硼(鉀)鹽湖)和取得綜合利用工藝新進展。

成鹽盆地; 成鹽成鉀特性; 鹽類成礦域; 構造基底控制成鉀; 找鉀新線索

鉀鹽主要用于作鉀肥,鉀肥是農業三大肥料之一,中國是一個擁有13多億人口的農業大國。中國耕地資源緊缺,為了保證糧食安全和對農產品需求而需要不斷增加作物產量,形成了中國特有的化肥高量投入的耕作體系(鄭綿平等,2010)。

根據國際肥料工業協會(IFA)統計數據,折合成氧化鉀,全球鉀肥消費量總體呈現上升的趨勢。從1999年至2008年年均增長率在3.1%,而增長的大部分區域在亞洲地區,且以印度和中國增速較為明顯。中國鉀肥消費量年均增速在8.6%左右,由1999年的339萬噸增加到2007年的831萬噸。

世界鉀鹽資源豐富,據美國地質調查局統計(2011年),已探明剩余可采儲量95億噸(K2O)、產量3700萬噸(K2O)(U.S.Geological Survey,2012)(表1),世界鉀鹽儲量基礎約為 180億噸,遠景資源總量達2500億噸。但資源和產量集中在少數國家,如加拿大、俄羅斯、白俄羅斯、德國,以及以色列和約旦生產商,掌握了世界約 91.4%鉀鹽產量(表 1); 而中國的探明儲量不多,約占世界的2.2%。

為此,必須加強在中國古今鹽盆地找鉀研究與勘查,重點要開展海相鹽盆地找鉀和油鉀兼探,并兼顧陸相鹽湖及地下鹵水(鄭綿平等,1999)。中國對鉀的需求量大,只有在中國海相地層中找鉀取得重大突破,才可從根本上解決中國鉀鹽自給的問題。

由于地球的海水數量巨大、含鉀量豐富并且穩定,業已發現的海相鉀鹽礦床規模巨大且質量優良。在特定條件下,大陸水形成的陸相鹽盆地也可形成鉀鹽礦床。如中國察爾汗、羅布泊現代鹽湖鉀礦床,與海相相比,其規模要小得多,而且主要為液相鉀礦床,其固相含鉀品位則較低。無論海相還是陸相,鉀鹽均是在海水或湖水蒸發到末期才能大量沉積。以海水蒸發為例: 在海水蒸發至12%～13%鹽度時開始沉積石膏,當海水蒸發至 27.5%后開始大量沉積石鹽,最后在海水蒸發到 33%以后才沉積高溶解度的鉀鹽,亦即相當于形成鹽系的原始海水體積的1%～1.5%才富集飽含鉀鹽的鹵水。因此,通常鉀鹽礦床沉積于厚層巖鹽之上部,鉀鹽沉積的體積只有石鹽體積的十分之幾至幾十分之一。在有利的構造條件下(克拉通內的臺地拗陷、大陸被動邊緣、地塹帶、裂谷-塹溝等),在其鹽盆地的局部洼地或次盆地中大量富集成鉀,只有在少數情況下,主要由于構造活動或水文地質環境變化,鉀鹽層沉積于石鹽泥礫(如云南勐野井)中或含鉀鹵水賦于石鹽和鈣芒硝晶間的鹵水中(如羅布泊)。

通過組織我國相關科研單位開展的新一輪全國鉀鹽找礦工作,對比研究國內外鉀鹽礦床成鉀特征,本文總結出了我國海、陸相成鹽盆地和成鹽成鉀特性,厘定了3個鹽類成礦域和1個成礦帶,提出了鉀鹽類沉積于構造穩定區中相對活動的亞穩定區和在構造亞穩定區相對穩定區的新認識,有效指導了鉀鹽找礦實踐,在滇西、陜北和庫車找鉀工作中取得了顯著進展,為我國找鉀工作取得重大突破奠定了初步基礎。

1 我國成鹽地質構造背景

1.1 中國成鹽成鉀地質構造背景

中國的國土是由若干小陸塊(克拉通)、微陸塊和造山帶拼合而成的,既可與其他大陸對比,又具有其特殊性,特別是中國的前寒武紀陸塊較北美、西伯利亞等盛產巨型鉀鹽盆地的克拉通少得多,克拉通化時間也稍晚,實為活動帶中的大型中間地塊形成的“準地臺”,故受周緣造山帶活動較強烈的影響; 而造山帶又常疊加在中間地塊上或卷入微陸塊,因此,中國的地槽活動性相對較弱。以上是導致中國海、陸相鹽盆地成礦構造環境和成鹽成鉀的某些特殊性(個性): 成鹽多期性與成鹽時代差異性,成鹽遷聚性、物質成分多樣性; 液態礦多、海相鹽盆地規模較小; 海陸相鹽盆地后期變動較大等的基本地質原因(鄭綿平等,2010)。

中國前寒武紀地殼主要發育有華北、塔里木和揚子三個小型陸塊(準地臺、克拉通),還有發育前寒武紀基底的印支—南海陸塊(任紀舜,2002),而且有部分是微陸塊卷入顯生宙造山帶中,其中如分布于特提斯構造域中的羌塘、昌都、巴塘、臨滄—思茅等微陸塊。

同國外絕大多數古代海相鉀鹽盆地一樣,我國重要的古代鹽盆地,特別是海相鹽盆地均發育于上述前寒武紀為基底的陸塊和原地臺的構造區域。值得強調的是,我國多期疊合結構的鹽沉積多在較穩定的陸核中最為發育(圖1)。如揚子三疊紀蒸發盆地,最終鹽盆地即坐落在四川盆地構造穩定區,與王鴻楨厘定的川西—川中陸核基底不謀而合(王鴻楨等,2005; Wang,2005)。而且,在該區還發育晚震旦世和寒武紀厚層膏鹽沉積; 陜北早奧陶世鹽盆地的分布也與鄂爾多斯陸核幾乎重疊。產于我國特提斯帶的成鹽盆地,也都發育于有大量微陸塊; 而與國際大型成鹽成鉀盆地相比較,如著名的加拿大薩斯克徹溫中泥盆統鉀鹽盆地,發育于地盾和地槽之間的地臺區是最穩定的地盾南側亞穩定構造區(Bear,1973)。又如,白俄羅斯彼里亞特(Прйпятский)上泥盆統鉀鹽盆地,則是產于烏克蘭地盾和白俄羅斯地塊之間的大型地塹中,都是產于穩定構造區相對活動的亞穩定區(Ρаевс?скийч?,1973)。研究表明,較有利于鉀盆地形成的地質構造背景是: 在構造穩定區是在相對活動的亞穩定區; 在構造亞穩定區則位于相對穩定區(基底為地核或原地臺)。

1.2 中國成鹽時代

中國是世界上成鹽時代較早和較多的國家之一。自古元古代始,已發現有硼酸鹽和石膏沉積(遼寧風城二臺子寬甸群上部磚廟組沉積變質型硼鎂石礦層區中夾石膏層); 在中元古代長城組高于莊組也產出海相沉積型錳方硼石礦床(鄭綿平,1994; 鄭綿平等,2008); 由晚震旦世(燈影組)、早中寒武世、早中奧陶世(馬家溝組)、早石炭世、三疊紀、侏羅紀、白堊紀、古近紀、新近紀到第四紀均有石鹽沉積(表2)。其中還有一些含鹽層位賦有富鉀鹵水和薄層鉀礦層/鉀礦物(鄭綿平等,2006)(見表2)。

2 我國鹽類成礦域(帶)的劃分

本文所稱的構造域是依照任紀舜等(1999)提出的“是指在統一的全球動力學體系下形成的全球性構造區”。若按陳毓川成礦域乃指全球性成礦區(帶)及成礦域應大致等同構造域的認識(陳毓川等,2007),可將我國蒸發巖劃分為(I)華北鹽類成礦域; (Ⅱ)揚子鹽類成礦域; (III)塔(里木)—柴(達木)鹽類成礦域和(IV)羌北—滇西鹽類成礦帶(圖1)。

2.1 華北鹽類成礦域

華北陸塊是太古宙末期形成的克拉通(張秋生,1988),是我國最早發現海相蒸發巖沉積的陸塊。該陸塊基底由太古宙和早元古代不同變質程度的變質巖系組成。蓋層屬于海相沉積為中、新元古代海相碎屑巖-碳酸鹽巖,寒武紀—中奧陶世碳酸鹽等。該蒸發巖類主要分布于遼吉—冀北,構成中國最古老的蒸發巖盆地,盡管后期大部分經過變質改造。

在華北陸塊中東部還廣泛發育下寒武紀白云巖-石膏蒸發巖系,構成面積約60萬km2碳酸鹽蒸發臺地,該下寒武統賦有三個層位石膏和硬石膏層(劉群等,1997); 華北陸塊西部鄂爾多斯(陜甘寧)盆地的中下奧陶統,是該陸塊最新的海相蒸發巖系。

2.2 揚子鹽類成礦域

揚子陸塊形成于晉寧運動(1000～750 Ma),經歷四堡和晉寧兩次固結,其基底由早、中元古界組成,震旦紀至志留紀為廣海碳酸鹽巖和碎屑巖,泥盆紀—中三疊世為海相碳酸鹽巖、碎屑巖;白堊紀—古近紀為陸相暗色碎屑巖系,紅色碎屑巖和含膏硝巖系。

在揚子陸塊發育有海相晚震旦世、寒武紀、石炭紀、泥盆紀、三疊紀和陸相晚白堊世6個時代蒸發巖層。以三疊系和寒武系鹽膏沉積較大,尤以三疊系膏鹽沉積規模最大,屬古特提斯海域,分布面積約達34×104km2。從揚子區鹽類成礦特點出發,將本區劃分下揚子云膏成鹽預備盆地、中揚子鹽膏預備盆地,以及上揚子成鹽(鉀)盆地(形成較封閉盆地)。其次為中揚子區寒武系,其膏鹽盆地分布面積約20萬km2,川南(江津—瀘州)膏鹽層厚達690 m,鹽巖單層厚度達155 m(江津)。

2.3 塔里木—柴達木鹽類成礦域

塔里木陸塊和柴達木陸塊均隸屬于古亞洲構造域。

塔里木成礦亞域: 塔里木成礦亞域的陸核是在2800 Ma固結的,其外圍是在1700 Ma固結(王鴻楨等,2005)。古生代為海相沉積,中生代為海相和陸相裂陷盆地沉積,新生代以巨厚陸相為主,南部有古近紀和新近紀海相沉積。

塔里木盆地是我國多期強烈成鹽的典型,在寒武紀、石炭紀、二疊紀、白堊紀、古近紀、新近紀、第四紀均有膏鹽沉積; 泥盆紀、侏羅紀有石膏沉積,是我國較大的、相對穩定的克拉通。近期石油勘探部門,在塔里木克拉通內拗陷盆地發現大面積厚層膏鹽沉積。在塔里木西部中下寒武紀膏鹽盆地分布面積大于20萬km2,膏鹽層最大厚度1400余m,其層主要賦于中寒武紀,但埋藏較深。

我國西部晚白堊—第三紀特提斯海,最后由塔西經多期海侵海退,沉積多組含鹽巖系,是塔里木盆地另一個重要成鹽找鉀層位,是我國唯一屬于晚白堊—第三紀海相蒸發巖系。庫車一帶形成總面積約 2萬 km2以上的多級成鹽盆地,在盆地邊緣地帶其鹽丘現出露地表，最近發現深部鉀鹽礦化層。莎車盆地與上白堊統—古近系含鹽巖系多深埋地下,深者達2000～5000 m以上,但在英吉沙一帶由于局部隆起埋深較淺,見有白堊—古近系鹽層出露,此外,該區還賦存鹵水層,值得引起注意。

柴達木鹽類成礦亞域: 柴達木陸塊基底主要由淺變質的古元古界沉積(中西部)和古元古界結晶巖系(中部)構成,而在其東部則由石炭系和上泥盆—石炭系淺變質碳酸鹽構成(翟光明等,2002)。該區大部蓋層從震旦紀—三疊紀均為海相沉積,三疊紀以后則為陸相沉積。據柴達木與塔里木基底及其下部蓋層震旦—古生代地層可以對比,以及阿爾金山上有中生界及第三系和下中更新統均可與柴達木盆地對比,朱允鑄等認為柴達木盆地不是印支運動由地塊斷陷而成的盆地,推論柴達木與塔里木在古生代兩者原為同一坳陷區(朱允鑄等,1994)。柴達木盆地已知蒸發盆地為陸相第三系和第四系。古代蒸發盆地第三系膏鹽發現于柴達木西部,恰與基底為古元古界變質巖相對應。

2.4 羌北—滇西鹽類成礦帶

本成礦帶隸屬特提斯構造域東部,大致相當于黃汲清等劃分的特提斯東部的中央部位(黃汲清等,1987); 與徐志剛劃分的喀喇昆侖二江造山系位置相當(陳毓川等,2007)。該帶多屬于揚子板塊的構造組分,中間有昌都、臨滄、巴塘和羌塘等微陸塊分布,相對周邊造山帶較為穩定。

該帶從侏羅紀以來,特提斯是在逐漸關閉的過程中,形成了局限海,并在中晚侏羅世、第三紀初期多期處于炎熱干旱氣候環境。特別是中晚侏羅世,多位于赤道以北低緯度區,形成有利于成鹽成鉀的古地理古氣候環境。而循新特提斯帶,在滇西—羌塘盆地西部有晚侏羅世和古近紀—新近紀含鉀鹽盆地發育,同時也是全球最主要的油氣集中區: 在中亞—地中海地區,在阿富汗見有早白堊世鉀礦化鹽盆地,在土庫曼—烏茲別克斯坦已發現晚侏羅世巨型鉀鹽礦床(錢自強等,1994),繼續往西在墨西哥也發現侏羅紀鉀礦床(圖 2); 東特提斯北支,由塔里木西部新近紀、古近紀鹽盆地往西,新近紀、古近紀鉀鹽沉積規模最大是中新統,包括烏克蘭東喀爾巴阡、伊朗、意大利西西里島、埃及蘇伊士灣。在早漸新世,在地中海西北萊茵地塹(德國、法國)和西班牙早漸新世鹽盆地也有數億噸級鉀鹽發現; 而在東特提斯滇西南部則發現老撾、泰國“古新世”呵叻盆地巨型鉀鹽堆積。

3 我國鉀鹽找礦新認識與新進展

50多年來,通過我國地質工作者與相關科技人員的努力,我國已從無到有,找到了10余個鉀鹽湖礦床和一個“古新世”鉀鹽礦床,總氯化鉀儲量近10億噸,尤其是規模較大的察爾汗鉀鹽湖,已建成為新中國最主要的鉀肥基地; 與國外鉀鹽研究相比,中國的鉀鹽地質研究水平并不算低(乜貞等,2010),特別是在陸相成鉀理論和特種鹽湖勘查研究領域有所創新,為鹽類地質科學領域做出了重要貢獻。然而由于中國成鹽條件的特殊性和復雜性和經費等等原因,迄今對于深埋地下的古代鹽盆找鉀工作程度還很低,在我國海相蒸發巖地層找鉀長期未能取得實質性突破,成了地質找礦的“硬骨頭”,以致有些人對在我國找鉀信心不足,甚至得出找鉀無望的看法。但是,近期在地質調查項目和國家自然科學基金委—云南聯合基金及科技部“973”項目資助下,通過組織國內優勢科技力量,提出了我國找鉀策略——以海相蒸發鹽盆地為主攻方向、兼探陸相鹽湖及含鉀地下鹵水,編制了全國油鉀兼探總體實施方案,有效指導了鉀鹽找礦實踐,并在我國海相鉀鹽找礦中取得了較大的突破。

3.1 華北鹽類成礦域

在鄂爾多斯盆地東部的陜北鹽盆是目前我國發現的最大鹽盆之一,含鹽面積達5.6萬km2,膏鹽層主要發育于馬家溝一段、三段、五段,馬五段膏鹽較為發育,尤以其上部馬五-6亞段石鹽單層厚度最大,由下而上細分為馬五-10亞段—馬五-4亞段,石鹽累計厚度159～200 m,單層厚度可達12～14 m(表3)。在中下奧陶統馬家溝組沉積時期,屬于大型的碳酸鹽臺地,具有相對封閉的古地理環境; 奧陶紀時期華北地塊又處于南緯20°以內的低緯度帶,具有干旱的古氣候條件。因而在該盆地形成巨大規模的石鹽沉積,不僅有很大的經濟價值,也為形成鉀鹽礦床提供了必要條件。筆者等五次赴陜北榆林地區(鄭綿平、袁鶴然等,2010),先后對2007年2008年完鉆的佳一井、綏一井、米探一井、吳堡一井、子洲一井巖心進行野外觀察編錄及系統采樣。并采集米脂鉆孔中的鹵水。綏一井樣品化學分析結果顯示,KCl含量 2.0%～5.74%,已達邊界工業品位,鏡下見鉀石鹽、鉀鐵鹽,厚度約1 m; 其中在深度2503.60 m,KCl含量達9.38%,厚度10 cm,已達工業品位。尤其在吳堡一井巖芯中,已顯示含鉀高段厚度1余m。并且在該地區鹽層中溴氯系數普遍較高,已達到鉀鹽至光鹵石沉積階段(表4),如與老撾發現的鉀鹽礦床和海相石鹽溴氯系數對比,也已達鉀石鹽沉積階段。這一研究成果對開辟我國海相找鉀的新領域,瞄準我國急缺鉀鹽礦產資源有重要的意義,同時為我國海相地層找鉀帶來新的找鉀線索。

對2011年位于陜北鹽盆地西部已完鉆的鎮鉀1井研究表明,馬五 1-5亞段實際鉆遇地層累計厚度為 287.81 m,該段地層出現異常增厚現象; 馬四段鉆遇地層厚度 106.88 m,該段地層出現異常減薄現象。這是迄今陜北鹽盆所有鉆井中尚未遇見過的情況,打破了該鹽盆一直以來被視為“平底鍋”的認識,證實了穩定鹽盆內局部活動帶中有利于成鉀的次級鹽凹的存在,這樣的地層厚度變化,對于中國陸塊的最穩定構造單元——鄂爾多斯盆地奧陶紀構造-古地理演化與成鹽聚鉀作用分析,無疑具有重要的科學研究意義。從巖芯觀察和統計情況來看,馬家溝組鹽巖累計厚度為202.76 m,馬五-6亞段鹽巖局部段存在一定的鉀鹽礦化。同時,首次發現奧陶系鹽下層馬二段富含縫洞型孔隙的優質儲層,并鉆獲上古生界 3層工業氣層,這起到了“鉀氣兼探、一舉兩得”的效果。與此同時,還在陜北鹽盆地東南部部署綏鉀1井,于2011年底完鉆,發現了厚度較大鉀礦化層,含鉀礦化段深度范圍 2344.33～2375.16 m,厚度30.83 m,KCl 含量在0.2%～2.37%,且在厚0.21 m段發現有多量鉀石鹽礦物,溴氯系數(Br×103/Cl)達到了鉀鹽沉積指標(平均0.549)(張永生等,2011)。

3.2 揚子鹽類成礦域

3.2.1 四川鹽盆地

筆者等通過四川油氣區及平落壩地區調研和綜合分析認為,四川盆地三疊系蒸發巖沉積系是一種特殊的多級次盆地成鉀模式。在空間上,由下揚子盆地—中揚子盆地—上揚子盆地,由成鹽預備盆地—鹽盆的變化(圖 3); 在時間上,由早三疊世—中三疊世安尼期(雷口坡期)—拉丁期(白山期),有由盆地東、東北往西南遷移的趨勢。

在上揚子盆地三疊紀初期,由于盆地東部(川東)逐漸抬升,盆地鹽沉積中心,從嘉陵江組(T1j)至雷口坡組(T2l),漸由川東(萬縣—南充次鹽盆地)向西南(成都次鹽盆地)遷聚,而其鹽沉積中心的范圍幾經變化,也有漸為縮小趨勢; 中三疊世初始,四川盆地大規模火山噴發凝灰質形成“綠豆巖”,即向盆地匯入大量硼、鋰、銣、溴和鉀等組分。在重力場作用下,從奧倫期(嘉陵江期)至安尼期(雷口坡期)長達1200萬年的蒸發與沉積化學分異作用下,按照多級鹽次盆地沉積模式分析,上揚子蒸發盆地易溶性鉀及硼、銣、鋰、溴、碘必然向低階次鹽盆地匯聚(鄭綿平等,1989)。

因此,該區既要重點注意評價富鉀綜合鹵水資源,也要探索川東和川西(如鹽源一帶)較淺部找鉀。看來,四川三疊系富鉀鹵水的成因既有殘存沉積鹵水,也有可溶性鉀鹽溶濾; 水分來源既有大量石膏變化硬石膏析放結晶水,也有成鹽后的構造運動和地下水的淋濾作用,導致大量鉀鹽層被淋濾,并與沉積鹵水混合成為富鉀鹵水。據統計,該盆地儲鹵層分布面積達13萬km2,其中已知儲鹵構造159個,潛在資源量達1773億m3,可采資源量達109億m3以上,值得注意是一些儲鹵層中鹵水含 K很高,而且富鉀鹵水分布范圍還包括川東北—嘉陵江組(川25井為代表)。特別發現川西平落壩構造特富鉀綜合性鹵水(屬于溶濾鹵水),其KCl達101.56 g/L,并富含硼和鋰、銣、銫、溴、碘。據平落壩構造僅平落4井、平落20井2個鉆孔控制的富鉀鹵水層段,經西南石油局四川省自貢地質工程勘察院初步評價,鉀鹽已達中型規模,現在鴻豐鉀礦肥有限責任公司已著手開采。

筆者據有關參數框算,若全區假定 KCl平均品位35.97 g/L計,其靜態資源量達63億噸等。

我們若用新的觀念來分析,四川盆地已存在著巨大的潛在鉀鹽資源,而且是一種獨特的鉀、鋰、銣、硼、碘等綜合液體資源,有別于一般的固態鉀礦床。如何科學評價和有效地開發,對于中國地學、化工、開采和產業界,既是一個絕好的機會,也是一個巨大的挑戰。

上揚子震旦—寒武紀石鹽層埋藏較深,且罕見有規模較大的高濃度鹵水層,目前難以作為主要研究對象,宜作為“油鉀兼探”開展預研究,以積累找鉀基本資料。

3.2.2 江陵鹽盆地

關于江漢鹽盆古近紀鉀鹽遠景,由于潛江凹陷為繼承性凹陷,鉀芒硝層深埋地下(2300～2800 m),鉀芒硝和無水鉀鎂礬屬溶解度較低的硫酸鉀復鹽,且厚度僅1 m,目前無開采價值。但江陵凹陷古新統賦有高鉀鹵水,達工業品位,其規模和遠景值得進一步調查,在本計劃項目下“江陵古近紀鹽盆地富鉀鹵水調查評價”工作項目及錦輝控股股份有限公司的資助下,取得了較大進展(劉成林等,2011)。其中,2010年開鉆的崗鉀1井在深3571 m的目的層處,鉆遇高溫高壓高鹽度富鉀鹵水,日產可達 4320 m3,屬高產井,KCl含量平均1.64%。

3.3 塔里木—柴達木鹽類成礦域

3.3.1 塔里木鹽盆地

塔里木盆地的各時代海相鹽沉積多深埋地下,寒武紀和石炭紀膏鹽層分別深達4000～10000 m和2000～5000 m以上,只在山前偶見含石膏層出露。目前這兩時代的膏鹽沉積工作程度依然很低。今后須密切結合找油勘查,通過油鉀兼探進行找鉀研究。

以往塔里木晚白堊世—第三紀膏鹽巖系的找鉀工作多限于地表地質工作,僅有很少量油井資料可供參考(劉群等,1987),尚缺乏可靠成鉀標志。隨著近期油氣勘查工作進展,在庫車盆地已作了大量地球物理工作,一些石油氣勘探井也鉆遇膏鹽層,主要發育于上白堊統—古近系。

在我國西部晚白堊世—第三紀特提斯,最后由塔里木西部多期海侵、海退過程中,形成了庫車一帶總面積在2萬km2以上的多級成鹽盆地。古近紀第一成鹽旋回與海水有關,是海陸交互相沉積; 第二成鹽旋回,形成古近紀第二個成鹽高潮,堆積了厚層、質量較好的石鹽巖,這也是盆地中部和南部最主要的成鹽期。

古近系從古新統至漸新統全部地層總厚度約2600 m,其中含鹽層厚約1600 m,石鹽巖分布總面積達1萬km2,石鹽單層厚394 m; 羊塔4井,在深度5090～5192 m處發現KCl含量達到2%～13%之間,其中8 m厚KCl平均含量12%; 經鑒定含鉀礦物為鉀石鹽,實現該地區找鉀的重大實質性進展(鄧小林等,2011)。

3.3.2 柴達木深部鉀鹽綜合資源

柴達木盆地第三系始新統(下干柴溝組)發現膏鹽和鈣芒硝沉積(楊藩等,1994),在獅子溝已鉆遇巖鹽面積約150 km2,含鹽系厚度663 m至大于966 m,單井石鹽累計最大厚度274.8 m,石鹽單層最大厚度34 m,但可惜缺乏化學分析資料,往上至上干柴溝組下段仍見有較多膏鹽和芒硝,該下段均屬始新世晚期(楊藩等,1994)。盆地中新世—上新世早期未見膏鹽沉積,但賦有鹵水層,礦化度35～290 g/L。上新世晚期即有大量巖鹽發現,分布較廣。以大浪灘鹽系發育最好,由上新統—第四系,含石鹽層189層,總厚度245.73 m,其層次多,單層厚度較小,但有向剖面上部鹽層厚度增大趨勢,至上部已發現鉀石鹽和光鹵石礦物。特別在該層中發現豐富的鉀硼鋰綜合性鹵水。南翼山構造深部富鉀鹵水研究較詳,該構造含鹵水層達30多層,付建龍將其劃分為3個含鹵水巖組,并將含鹵水組劃分與地層單元作了對比(表5),含鹵水組的主要有用組分KCl等,有由上往下增高的趨勢(表6)。

近期調查分析結果還顯示,油墩子 5件水樣中B2O3含量為930.9～997 mg/L(達到邊界品位),NaCl含量為 9.63%～9.76%(達到工業品位); 小梁山 1件水樣中B2O3含量為2663 mg/L(達到工業品位),NaCl含量為 5.2%(達到邊界品位); 南翼山 13井和南ZK01井樣品中 B2O3含量分別為 1947 mg/L和2626 mg/L(達到了工業品位),Li為 146 mg/L和198 mg/L (達到邊界品位),NaCl含量分別為7.8%和8.1%(達到邊界品位),近期在南翼山采的 10個井的樣品中,KCl含量為0.47%～0.67%。由此說明,富含深層構造裂隙-孔隙型鹵水的背斜構造區,南翼山是K、B、Li的富集區; 小梁山背斜和油墩子背斜是硼的富集區(李洪普等,2011)。

同時,在盆地邊緣的底部地帶局部分布粒度較粗的下第四系(Q1-2)砂礫石層,其時代屬早更新世(圖4),為孔隙鹵水含水層,厚度達數百米,KCl含量在0.3%～2%之間,具有較好的找礦前景。2011年完鉆的黑 ZK01孔,發現早更新世晶間鹵水和砂礫層孔隙富鉀鹵水兩層。受阿爾金山前凹陷控制,黑ZK01孔在原資源評價范圍的基礎上向東擴展了28 km,為該區資源量估算拓展了新區,尤其是砂卵礫石層孔隙鹵水的發現,對本區是一富鉀鹵水找礦新的領域。

3.4 羌北—滇西鹽類成礦帶

羌北—滇西特提斯成鹽區隸屬特提斯中晚侏羅世—古近紀局限海區,已發現大量中侏羅世膏丘和鹽泉及古近紀鹽丘群,在可可西里風火山一帶還發育一系列古近紀鹽丘群,最近筆者等還在其西部阿里北部發現古近紀鹽丘,且我中心劉喜方等還在附近發現多處侏羅系鹽溶地貌和鹽泉帶,鹽泉水經分析其鉀及鉀鹽、鉀氯系數,達到硫酸鎂鹽沉積、接近鉀鹽沉積指標(表7)。由羌北往東南至滇西南早有多處侏羅系石膏和鹽泉發現。在本成鹽區西面有中亞中上侏羅紀數百億噸鉀鹽沉積; 在羌北東南面,在滇西南已找到“古近紀”勐野井小型鉀鹽礦,往南至老撾—泰國“晚白堊—古近紀”巨型鉀鹽礦床。

由于羌北(含風火山地區)屬高寒地區,宜結合油氣普查和鹽湖綜合考察進行,而滇西南地質工作基礎和工作條件較好,是值得首先解剖的找鉀地區。

圖4 柴達木盆地大浪灘梁ZK05鉆孔磁傾角曲線以及磁極性序列和國際磁極性序列的對比(據施林峰等,2010; 侯獻華、李洪普補充剖面圖)Fig.4 Matching the inclination profiles for Liang ZK05 borehole in Dalangtan of Qaidam Basin to the geomagnetic polarity scale and correlating the magnetic polarity stratigraphy with the Geomagnetic Polarity Time Scale(after SHI Lin-feng et al.,2010; section supplemented after HOU Xian-hua and LI Hong-pu)

3.4.1 滇西南鹽盆地

通過項目組近幾年多次對勐野井礦山調查和鹽構造分析,提出可能符合滇西南找鉀的新認識: 推斷其鉀鹽層是由深部擠壓塑流到表層來的,可能有鉀鹽層被覆蓋于其他地層之下。

在滇西南勐野井地區,其地層主要以砂、泥巖為主的碎屑巖層,各地層不同巖性在電性方面存在一定差異,因此通過大地調項目開展了 EH-4(低頻大地電磁法)探測。研究表明,在已評價勐野井鉀鹽礦區中,其礦體(鉀鹽)含鹽層位與所測高阻區的頂底深度及展布范圍吻合較好,并推斷在電阻率高值的深部地層(可能侏羅系)可能發育有鹽類沉積物(因侏羅系已證實無厚層碳酸鹽巖沉積物)。此外,在該區還開展了MES(高精度電磁頻譜探測)探測工作(譚筱虹等,2011),其結果表明,該區泥質粉砂巖、泥巖電阻率值僅在30～100 ??m之間,石英砂巖具有次高的電阻率 400～2500 ??m,而含泥礫巖鹽最高的電阻率達1000～6000 ??m,其值是圍巖(粉砂巖、泥巖)的10～200倍。根據勐野井地區已知鉆孔鉀1井的地層資料與MES測試結果對比分析,認為電阻率在 1000～4000 ??m 之間的層段代表了勐野井組中的巖鹽層(表 8),其電阻率值高出該區砂、泥巖 5～15倍,同時在此類高電阻率層下部亦存在高電阻率層,電阻率值均高于4000 ??m,按其地球物理特征,結合磁場強度顯示低異常,均反映可能是深部地層的巖鹽層引起的異常。

同時,本項目之一(“油鉀兼探實施方案和調查評價綜合研究”工作項目)尹宏偉等對勐野井礦區井下20個具代表性巖鹽樣品進行了Sr同位素(87Sr/86Sr)及 Rb/Sr含量的分析,其研究表明勐野井礦區鹽體主要物質來源為海相,成鹽年代很可能為侏羅紀(圖5),這與此認識亦吻合較好。由此表明在勐野井地區,甚至蘭坪—思茅含鹽帶深部有規模較大的鹽類沉積,而有必要通過地質、地球物理以及鉆探手段進行調查驗證。

因此,向有關部門建議,著手對勐野井外圍開展找鉀驗證,并得到了大力支持。通過公開招標,于2011年在勐野井外圍快速部署兩個鉆孔: MK-1井和MK-2井。目前,兩口鉆孔正鉆進中。

3.4.2 西藏鉀鹽特種鹽湖

近期,在西藏自治區那曲地區雙湖特別區北部,羌塘高原腹地的多格錯仁南部鹽泉群取得新發現,其鹽泉礦化度最高205.24 g/L(海水約35 g/L),K最高含量達5410 mg/L(海水約340 mg/L),鉀氯系數較高,為 37.62～86.79,鎂氯系數為 0.021～0.081,達到鉀鹽沉積的水化學指標。附近出露大量侏羅紀石膏丘,推測深部可能有侏羅紀鹽類沉積。

最近,通過對西藏鉀鹽湖調查研究表明,目前已知西藏約40個鹽湖,KCl含量達邊界品位,估算資源量 10231.74萬噸,其中儲量 4936.95萬噸。尤其是新發現和初步查明（2001—2010）的多格錯仁鉀鹽湖綜合礦床,面積 475.1 km2,按4000×2000m網度采樣分析，其中,LiCl平均品位0.58 g/L,資源量 199.62萬噸; KCl平均品位 5.94 g/L,資源量2034.55萬噸; NaCl平均品位 132.43 g/L,資源量45333.14萬噸; Rb平均品位 0.021 g/L,資源量7.21萬噸; B2O3資源量53萬噸。由此可以看出,多格錯仁湖鋰硼鉀銣綜合礦床已達到大型規模。

通過近幾年工作,找鉀認識和實踐都邁出了堅實的一步,在探索適合我國地質特點的找鉀理論認識有重要進展; 在鉀資源找礦上也有實質性的突破。不但富鉀鹵水資源有新的發現(包括四川、柴達木、江陵、西藏),而且在難度最大的固體鉀鹽資源也找到了鉀鹽礦層及其他重大線索。雖然可以認為我國具有較好找鉀前提條件,但由于我國地質構造的特殊性,找礦難度很大。50多年來,在固體鉀鹽方面尚未取得重大突破,今后還要繼續加強適合中國地質實際的成鉀理論研究; 同時要高度重視,在已有的新認識和發現的基礎上,持續投入,做好長期作戰的準備,才可能取得重大突破！

致謝:“鉀鹽資源調查評價”計劃項目下設 10個工作項目,本文僅主要反映其中在近 2年進展較顯著的工作項目的研究成果。這些項目主要研究人員還有中國地質科學院礦產資源研究所陳文西、劉成林、袁鶴然、侯獻華、乜貞及施林峰等,中化地質礦山總局地質研究院鄧小林、韋釗等,中國地質科學院地質研究所于常青,云南省地質調查院譚筱虹等,青海省柴達木綜合地質礦產勘查院許文鼎、李洪普等,在此一并致謝。

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ZHENG Mian-ping1,2),ZHANG Zhen1,2),ZHANG Yong-sheng1,2),LIU Xi-fang1,2),YIN Hong-wei3)
1)Institute of Mineral Resources,Chinese Academy of Geological Sciences,Beijing100037;
2)Key Laboratory of Saline Lake Resources and Environment,Ministry of Land and Resources,Beijing100037;
3)Nanjing University,Nanjing,Jiangsu210093

Based on a comparative study of potash-forming characteristics of potash deposits both in China and abroad,the authors have summarized the characteristics of China’s continental and marine saline basins and salt- and potash-forming characteristics in these basins,i.e.multiple phases of salt formation,difference in salt-forming ages,migration of salt-forming processes,diversity of component materials,as well as changes of saline basins in the late stage and presence of many liquid mineral deposits; redefined 3 salt minerogenetic domains and 1 salt minerogenetic belt; put forward China’s potash exploration strategy—taking marine evaporite basins as the main direction for potash exploration while exploring continental saline lakes and subsurface potash-bearing brine; proposed the new idea that China’s main ancient saline basins mostly occur in “quasi-cratons(continental blocks)” and especially all the marine saline basins occur in continental blocks with the Precambrian basement,as well as the new idea that potash salts were deposited in relatively active quasi-stable areas in atectonically stable region and concentrated in relatively stable areas in a tectonically quasi-stable region; and developed the theory on potash exploration suited to the geological characteristics of China and thus effectively pushed forward simultaneous exploration of oil and potash.In addition,the authors also found several potash showings in Mid-Upper Jurassic strata in the southwestern Yunnan-northern Qiangtang area and particularly directed and arranged potash exploration in the Jurassic at depths of southwestern Yunnan and made unconventional progress; further narrowed the ring of potash exploration in the Ordovician of northern Shaanxi;led the implementation of “simultaneous exploration of oil and potash”; achieved major substantive progress in potash exploration in the Paleogene of the Kuqa subbasin of the Tarim basin; found a new Early Quaternary potash-rich horizon in the western Tarim basin; directed and made important progress in comprehensive surveys and assessments of minerals such as lithium and potash in special saline lakes on the Qinghai-Tibet Plateau; and discovered a group of large and medium-sized lithium- and potash-bearing salt lakes (particularly the large Dogai Coring lithium-boron (potash) salt lake) and made new progress in total-use technology.

salt-forming basin; salt- and potash-forming characteristics; salt minerogenetic domain; tectonic basement-controlled potash formation; new clue to potash finding

P619.211; P618.08 文獻標志碼: A doi: 10.3975/cagsb.2012.03.02

本文由中國地質調查局項目“鉀鹽資源調查評價”計劃項目(包括工作項目“我國重點成鹽盆地鉀鹽資源綜合預測與靶區優選”(編號:1212010918025)等10個工作項目)、973計劃(編號: 2011CB403000)和NSFC-云南聯合基金項目(編號: U0833601)聯合資助。獲中國地質科學院2011年度十大科技進展第三名。

2012-03-27; 改回日期: 2012-04-06。責任編輯: 魏樂軍。

鄭綿平,男,1934年生。研究員,中國工程院院士。主要從事鹽湖學與鹽類礦床地質學研究。E-mail:zhengmp2010@126.com。