川西坳陷雷口坡組常量元素特征及其意義

李 政 徐爭啟 張成江

(1.成都理工大學地球化學與核資源工程系，四川成都610059;2.成都理工大學地球科學學院，四川成都610059)

1 地質背景

川西坳陷位于青藏高原東側，構造部位屬于上揚子地臺川西低隆構造單元，介于龍泉山構造與龍門山推覆帶之間，中南部構造以NE向為主，往北至綿陽逐漸轉為EW向，南端與峨眉山、涼山塊斷帶接壤［1］。平落壩構造處于川西坳陷南段，主要受龍門山推覆帶構造控制。上三疊統須家河組為陸相沉積，中三疊統雷口坡組與下三疊統嘉陵江組地層巖性主要為海相碳酸鹽巖、膏巖和鹽巖沉積［2］。綿竹至平落壩之間第四系沉積廣泛分布，白堊系環繞第四系分布，侏羅系分布于霧中山背斜和軸部和龍泉山褶皺帶附近［3］。

上世紀90年代初，在川西坳陷平落壩構造上開發的平落4井鉆得高礦化度富鉀鹵水。豐鹵1井位于平落4井西南側，因此對豐鹵1井的三疊紀地層研究具有十分重要的意義。

2 樣品與實驗

樣品采于鴻豐公司豐鹵1井巖屑樣品百盒箱。樣品從雷口坡組第四段采至雷口坡組第二段，全部為沉積巖，其中雷四段21個，雷三段12個，雷二段4個，共37件樣品。

將樣品送至核工業北京地質研究院進行常量元素分析。使用儀器為飛利浦PW2404 X射線熒光光譜儀，部分分析數據見表1。

表1 豐鹵1井雷口坡組樣品常量元素含量Table1 Sheet of average data in leikoupo formation

3 常量元素特征

3.1 鉀元素特征

鉀是典型的親石元素，能與多種離子發生類質同像作用，作為一種典型的成鹽元素，鉀含量的高低可以相對判斷成鉀條件的好壞，含鹽巖系鉀含量的多寡可以作為找鉀的直接標志［4］。研究表明，當石鹽中鉀含量大于0.09%時，成鹵母液中開始有鉀石鹽析出，繼續蒸發就進入鉀鹽沉積階段［5］。

雷口坡組鉀含量變化情況見圖1。由圖可知，不同層段樣品的鉀含量差別較大，最高含量可以達到0.78%，最低含量則為0.012%。鉀含量的變化隨著層位的變化有著明顯的規律性，總體趨勢是隨著采樣深度的加深，鉀含量呈增高的趨勢。

圖1 雷口坡組鉀含量變化Fig.1 The change of K Content in leikoupo formation

3.2 w(FeO)/w(Fe2O3)值特征

Fe是一種比較活潑的金屬元素，作為一種變價元素，Fe能形成多種氧化物(FeO、Fe2O3、Fe3O4)，其中以Fe3+最為穩定［6］。Fe元素對于氧化還原環境有很強的指示作用，一般認為其濕冷氣候條件下的氧化性要比干熱氣候條件下低［7］。在干熱氣候條件下，FeO容易被氧化成Fe2O3，這時w(FeO)/w(Fe2O3)值會顯著降低(小于1)。通過分析樣品，得出 w (FeO)/w(Fe2O3)值的變化情況，見圖2。

圖2 雷口坡組w(FeO)/w(Fe2 O3)變化情況Fig.2 The change of w(FeO)/w(Fe2 O3) in leikoupo formation

從圖中可以看出，整個樣品的 w(FeO)/w (Fe2O3)變化有一個從雷四到雷二緩慢降低的趨勢，且比值都小于1，到雷二段為0.25。說明雷二段沉積期的氣候條件相對來說更加干燥、炎熱。

3.3 w(M nO)/w(FeO+Fe2O3)值特征

Mn是一種過渡金屬，跟Fe一樣也是一種變價元素，所以對氧化還原反應同樣敏感，Mn2+相對較為穩定。在干熱氣候條件下，Mn、Fe都具有較強的氧化性，但由于Mn與O的親和力要明顯低于Fe與O的親和力，所以在沉積過程中Mn與Fe會發生分離，導致Fe先沉淀，w(MnO)/w(FeO+Fe2O3)值則會明顯降低(小于1)，所以w(MnO)/w(FeO+Fe2O3)值能夠反映沉積環境的水深情況，一般來說淺水條件的w (MnO)/w(FeO+Fe2O3)值要比深水條件低得多［8］。w(MnO)/w(FeO+Fe2O3)值變化情況見圖3。

圖3 雷口坡組w(M nO)/w(FeO+Fe2 O3)變化情況Fig.3 The change of w(M nO)/w(FeO+Fe2 O3) in leikoupo formation

根據圖3中反映的情況不難發現，w(MnO)/w (FeO+Fe2O3)比值都小于0.025，從雷四到雷二有略微下降的趨勢，顯示一種干熱淺水沉積環境。由于鉀鹽礦床出現鹵水沉積演化的最后階段，一般認為鉀鹽的沉積受干燥、炎熱的氣候條件與次級地質構造單元控制，當沉積發展到后期時，沉積盆地會分化成更多的次級單元，這種次級淺水條件更有利于鉀礦層的形成。

3.4 w(FeO)－w(Fe2 O3)－w(M nO)沉積環境判別模型

通過前面的論述，總結出用Fe、Mn的氧化還原特性來判斷海相沉積的原始沉積環境是否對鉀鹽沉積有利。為了方便歸一化，采用 w(FeO)－w (Fe2O3)－w(MnO)來進行沉積環境判別模型的建立，得到w(FeO)－w(Fe2O3)－w(MnO)判別圖，見圖4。

圖4 w(FeO)－w(Fe2 O3)－w(M nO)關系判別Fig.4 w(FeO)－w(Fe2O3)－w(M nO) relationship discrim ination

根據判斷鉀鹽沉積的兩個條件:干燥、炎熱的氣候條件以及次級沉積環境(越次級的構造其水深條件相應越淺)，把判別圖分成3個區，Ⅰ區為濕冷深水區，Ⅱ區為干熱淺水區，Ⅲ區為濕冷淺水區。將樣品數據投在w(FeO)－w(Fe2O3)－w(MnO)判別圖上，可以清晰地看出，樣品全部落在Ⅱ區內，屬于干熱淺水的沉積環境，有利于鉀鹽的沉積。

4 結論

通過對K離子含量的研究，揭示了鉀含量變化的整體趨勢是隨著深度增加逐步增加的，且鉀離子含量普遍較高;根據Fe元素對氧化還原條件的敏感性，通過計算w(FeO)/w(Fe2O3)值，得出其比值整體偏小(小于1)的特征，很好地反映出當時的沉積環境處于炎熱、干燥的氣候條件下，有利于鉀鹽沉積;極小的w(MnO)/w(FeO+Fe2O3)值(小于0.025)反映出當時的沉積環境屬于淺水沉積，滿足鉀鹽沉積發生于次級構造的條件;通過建立w(FeO)－w(Fe2O3)－w (MnO)沉積環境判別圖，清晰劃分出濕冷深水區、干熱淺水區、濕冷淺水區3種類型的判別區域。雖然研究中未有鉀鹽沉積的發現，但是標志性常量元素的離子特征很好地反映了當時的氣候條件和次級構造環境，這些條件都表明該地區有著良好的成鉀環境。

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