塔里木盆地西部鉀鹽成礦條件及遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)

楊 更, 文華國(guó), 李建兵, 王啟宇

(1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059；2.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，四川 成都 610059)

鉀鹽廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和工業(yè)等領(lǐng)域,耗量巨大[1],遠(yuǎn)不能滿足中國(guó)農(nóng)業(yè)和工業(yè)發(fā)展的需求，已成為中國(guó)重要的緊缺礦產(chǎn)[2]。因此，大力開(kāi)展鉀鹽礦的勘查工作是擺在許多地質(zhì)礦產(chǎn)工作者面前的一大難題。中國(guó)的固體鉀鹽礦床成礦時(shí)代主要是三疊紀(jì)、古近紀(jì)和新近紀(jì)，在云南、四川、湖北、山東、陜西等地有所發(fā)現(xiàn)，但規(guī)模不大，尚未取得重大突破。從成礦地質(zhì)條件分析，新疆是中國(guó)最重要的鉀鹽成礦遠(yuǎn)景區(qū)之一，但迄今為止尚未發(fā)現(xiàn)固體鉀鹽礦床[3]。新疆在20世紀(jì)60～70年代已開(kāi)展了尋找固體鉀鹽的相關(guān)工作，工區(qū)主要集中在塔里木盆地西部，特別是庫(kù)車(chē)盆地和莎車(chē)盆地，在80年代以來(lái)，伴隨著大規(guī)模的油氣勘查，發(fā)現(xiàn)了一些找鉀線索，但工作程度較低。目前，新疆固體鉀鹽礦床的勘查研究工作已被列入國(guó)家重大科技攻關(guān)課題之一[4]。本文嘗試在塔里木盆地鉀鹽成礦條件分析基礎(chǔ)上，對(duì)盆地西部的找鉀前景進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。

1 地質(zhì)背景

塔里木盆地，中國(guó)第一大內(nèi)陸盆地，位于新疆維吾爾自治區(qū)南部，面積56×104km2，盆地經(jīng)歷了晉寧運(yùn)動(dòng)、天山運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)等多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[5-6]，在其內(nèi)部逐漸演化形成了兩大各有特點(diǎn)的次級(jí)坳陷——庫(kù)車(chē)盆地和莎車(chē)盆地。莎車(chē)盆地位于塔里木地臺(tái)的西南邊緣，是昆侖褶皺帶與塔里木地塊之間呈北西—南東向展布的一個(gè)山前坳陷[7]，古生代就己存在，經(jīng)中新生代繼承性發(fā)展演化而成為南陡、北緩的不對(duì)稱箕狀坳陷，主要發(fā)育有喀什坳陷褶皺帶、鐵克里克褶皺帶[7-8]，出露鹽巖以晚白堊世-古近紀(jì)為主，主要含鹽地層(以主要鹽巖分布區(qū)喀什坳陷為主)為晚白堊世吐依洛克組(K2t)及古近紀(jì)巴什布拉克組(E2-3b)。庫(kù)車(chē)盆地位于塔里木陸塊的北緣，為南天山構(gòu)造帶上的再生前陸盆地，自北向南依次發(fā)育北部單斜帶、克拉蘇和依奇克里克構(gòu)造帶、拜城坳陷、秋立塔克背斜帶和陽(yáng)霞坳陷及前緣隆起帶[7-8]，庫(kù)車(chē)盆地在古近紀(jì)-新近紀(jì)主要為一套河湖相、山麓相沉積，地表或鉆孔揭露鹽巖主要發(fā)育時(shí)期為古近紀(jì)，主要含鹽地層為始新統(tǒng)小庫(kù)孜拜組上段(E2x1)和漸新統(tǒng)阿瓦特組(E3a1-3)，其中阿瓦特組是最主要含鹽層。

2 鉀鹽成礦條件

2.1 莎車(chē)盆地鉀鹽成礦條件分析

通過(guò)研究認(rèn)為，莎車(chē)盆地具備良好的成礦條件，表現(xiàn)在：

1)具有充足的鹽類物源，如民豐坳陷苦牙克東、西鹽礦點(diǎn)出露巖鹽以透鏡狀為主，時(shí)代根據(jù)周?chē)貙油茢嗫赡転橥硎渴溃乇矶嘁?jiàn)鹽霜、鹽泉分布，規(guī)模較大；和田坳陷杜瓦地區(qū)地表局部地帶有伽瑪異常，推測(cè)鉀的伽瑪異常主要因泥巖風(fēng)化釋放的鉀引起；喀什坳陷大規(guī)模出露鹽巖以晚白堊世吐依洛克組地層產(chǎn)出為主，僅坳陷東部英吉沙、西部烏魯克恰提發(fā)現(xiàn)小規(guī)模不規(guī)則透鏡體狀第三紀(jì)巖鹽，一般出露于泥巖構(gòu)造斷裂帶中，而吐依洛克組地層產(chǎn)出巖鹽基本與石膏互層或上覆、下伏于石膏層中，延伸規(guī)模一般較大，地表普遍見(jiàn)鹽霜分布。

2)盆地在邊緣大斷裂和平移斷裂的控制下，盆地內(nèi)的小型斷裂也非常發(fā)育，從而控制切割出一系列次級(jí)小構(gòu)造單元，也正是因?yàn)檫@些斷裂與褶皺構(gòu)造，才使深部隱伏鹽巖被擠壓在褶皺脊部出露或沿?cái)嗔焉蠜_出露地表，形成鹽丘構(gòu)造或鹽層與其他地層的極不協(xié)調(diào)接觸關(guān)系，從而具有理想的大地構(gòu)造條件。

3)鉀鹽礦床的形成與古地理環(huán)境關(guān)系密切，鉀鹽沉積通常發(fā)育于蒸發(fā)巖盆地演化的晚期階段。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景和沉積相剖面特征研究，編制了塔里木盆地西部莎車(chē)次級(jí)盆地晚白堊世巖相古地理圖，從地理圖上顯示，莎車(chē)盆地在晚白堊世到古近紀(jì)時(shí)期，總體上發(fā)育與外海有密切聯(lián)系的海灣-瀉湖相沉積，晚白堊世上統(tǒng)克力揚(yáng)期以盆地下降、海水侵入為主；依格孜牙-吐依洛克期以漫長(zhǎng)的干燥炎熱氣候條件為主，退縮的海水不斷濃縮，阿爾塔什期以發(fā)育巨厚石膏巖相沉積為主，開(kāi)始向淡化瀉湖相沉積轉(zhuǎn)變。這與超大型古鉀鹽盆地往往與廣海貫通，然后形成次級(jí)鉀鹽盆地，巖相古地理環(huán)境基本都為海水補(bǔ)給的海相環(huán)境的成礦條件不謀而合，說(shuō)明莎車(chē)盆地具有有利于鉀鹽成礦的較適宜巖相古地理環(huán)境和持續(xù)干旱的古氣候條件[5-6]。

4)實(shí)際工作中，溴含量的變化也是找鉀的重要標(biāo)志之一[9-10],其多少能夠反映沉淀時(shí)鹵水的濃度，鹵水愈濃時(shí)，溴含量愈高，含鉀的可能性愈大。本次巖鹽樣品的化學(xué)分析結(jié)果顯示：莎車(chē)盆地巖鹽的溴氯系數(shù)普遍在0.02～0.05范圍內(nèi)，其中闊什塔什地區(qū)的溴氯系數(shù)總體上偏高，樣品值都在0.05左右(表1)，從而總體顯現(xiàn)出越靠近深水瀉湖及其邊緣地區(qū)，巖鹽的溴氯系數(shù)具有越高的特點(diǎn)。

綜上所述，莎車(chē)盆地巖鹽沉積更趨向于海相沉積，具備鉀鹽沉積的物源；各類指標(biāo)對(duì)比分析巖鹽沉積階段較晚，推測(cè)局部地帶達(dá)到鹵水演化分異析出鉀鹽礦物的蒸發(fā)濃縮條件；巖性-巖相標(biāo)志、水化學(xué)標(biāo)志顯示較好；鹽鹵泉水質(zhì)類型和變質(zhì)系數(shù)反映較好；保存條件一般；總體上成礦條件優(yōu)越。

2.2 庫(kù)車(chē)盆地鉀鹽成礦條件分析

庫(kù)車(chē)盆地也具有良好的成礦條件，分析如下：

1)庫(kù)車(chē)盆地中新生代時(shí)期坳陷深，活動(dòng)性大，沉積厚度很大(達(dá)8000～11000m)，這對(duì)形成巨厚的含鹽建造非常有利。盆地鹽丘構(gòu)造發(fā)育，已知的和隱伏的鹽丘達(dá)60余個(gè)，從鹽礦點(diǎn)分布來(lái)看，西部阿瓦提坳陷、中部拜城坳陷是主要的鹽丘分布區(qū)，鹽丘規(guī)模巨大；在背斜隆起帶上有如繁星式的隱伏鹽丘，呈東西向帶狀分布，其位置正好是成鹽坳陷盆地的邊緣帶，同時(shí)具備充足的鹽類物質(zhì)和理想的大地構(gòu)造條件。

2)以新近系頂?shù)椎貙訛榛A(chǔ)，結(jié)合重力佈格曲線的分布特點(diǎn)，同時(shí)用硼元素法求取古鹽度來(lái)繪制古地理圖，認(rèn)為庫(kù)車(chē)盆地的海侵范圍以阿瓦提海峽兩側(cè)為界，向東向西延伸各三線，反映由始新世早期至漸新世晚期的海侵范圍變遷，并由此推測(cè)庫(kù)車(chē)—拜城區(qū)古近系東西方向的沉積相分區(qū)：拜城—大宛其—阿其克蘇一帶劃分為深水瀉湖相，東西兩側(cè)劃為淺水瀉湖相，邊緣帶各具一定的瀉湖邊緣相區(qū)。深水瀉湖相的巖相特征根據(jù)理論推測(cè)，巖相及巖石組合應(yīng)以蒸發(fā)巖相為主要成分，可能包括厚度巨大的巖鹽層，為持續(xù)干旱的氣候條件產(chǎn)物；在相對(duì)確定的沉積部位可能有鉀鹽積聚的條件，因此在深水瀉湖相地區(qū)最有利于鉀鹽的富集，是找鉀最有利的區(qū)域，具有適宜的巖相古地理環(huán)境。須值得關(guān)注的是，庫(kù)車(chē)盆地北部天山陸緣水及其風(fēng)化產(chǎn)生的陸緣物質(zhì)成分對(duì)盆地巖鹽沉積區(qū)強(qiáng)烈的補(bǔ)給作用，使早期形成的巖鹽被反復(fù)溶解和再沉積，即使當(dāng)時(shí)有鉀鹽沉積，也可能被溶解而分散、遷移掉。

3)來(lái)自23個(gè)鹽礦點(diǎn)225個(gè)鉀離子含量數(shù)據(jù)，庫(kù)車(chē)盆地地區(qū)測(cè)試結(jié)果鉀離子含量較高的是10號(hào)(阿捷克)、11號(hào)(大宛其)、14號(hào)(陽(yáng)霞)鹽礦點(diǎn)，含量分別為0.10%、0.14%、0.04%(圖1)，高異常值出現(xiàn)在區(qū)域內(nèi)的大宛其和阿捷克一帶，這兩個(gè)區(qū)域的巖鹽鉀離子含量的最大值分別為0.88和0.22，為庫(kù)車(chē)盆地鉀離子含量背景值(約0.01%)的幾十倍至近百倍。表明：鉀離子含量與古地理呈很好的相關(guān)性，沉積相帶分異表現(xiàn)有明顯的鉀礦化異常，具有良好的鹽類礦物沉積分異條件。

4)庫(kù)車(chē)盆地巖鹽的溴氯系數(shù)普遍在0.02～0.05范圍內(nèi)(表1)，也顯現(xiàn)出越靠近深水瀉湖及其邊緣地區(qū)，巖鹽的溴氯系數(shù)具有越高的特點(diǎn)；綜合元素地球化學(xué)特征與古地理關(guān)系，大宛其鹽點(diǎn)位于古近系深水瀉湖沉積相的中心位置，該鹽點(diǎn)的鉀離子平均含量最高，相對(duì)于庫(kù)車(chē)盆地鉀離子含量普遍的低背景(大多分布于0%～0.01%之間)，反應(yīng)出異常明顯的鉀礦化異常。

綜上所述，庫(kù)車(chē)盆地巖鹽沉積更趨向于海陸交互相，局部更偏向于陸緣環(huán)境；雖具備鉀鹽沉積充足的物源、有利的巖相古地理環(huán)境、有利的蒸發(fā)濃縮條件、巖性-巖相標(biāo)志等，但其水化學(xué)標(biāo)志顯示成鉀條件不好，保存條件相對(duì)較差，總體上成礦條件中等。

圖1 塔里木盆地西部巖鹽K+含量直方圖(1.康村西；2.巴什基奇克；3.吐孜洛克；4.鹽水溝；5.鹽山口；6.包孜東；7.阿其克蘇8.溫巴什；9.塔拉克；10.阿捷克；11.大宛其；12.庫(kù)木什布拉克；13.喬爾禾；14.陽(yáng)霞；15.察爾其；16.吐孜瑪扎；17.干河子；18.奧依庫(kù)木；19.吾合沙魯；20.馬爾坎恰提21.闊什塔什；22.克孜勒套鹽湖；23.苦牙克西)(注: 圖中巖鹽K+含量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，樣品分析在新疆維吾爾自治區(qū)巖礦分析測(cè)試中心完成)

地區(qū)莎車(chē)盆地庫(kù)車(chē)盆地鹽礦點(diǎn)烏克沙魯馬爾坎恰提闊什塔什鹽水溝鹽山口包孜東阿捷克大宛其陽(yáng)霞阿其克蘇喬爾禾察爾齊干河子C1-/%29.8059.7029.1119.5038.7153.9656.9354.5158.9154.856.6353.7651.9854.5657.9251.4859.5054.6558.8156.73Br/(μg/g)10.3816.8019.309.1019.2811.6514.2520.6219.3014.2516.8016.8024.359.1011.659.109.1016.8011.689.10Br×103/CI0.0350.0280.0660.0470.0500.0220.0250.0380.0330.0260.25310.0310.0470.0170.0200.0180.0150.0310.0200.016

注:表中巖鹽樣品氯、溴均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)，樣品化學(xué)分析由新疆維吾爾自治區(qū)巖礦分析測(cè)試中心完成。

3 找鉀遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)

塔里木盆地西部地區(qū)具有典型的高山深盆、邊緣斷陷而內(nèi)部相對(duì)穩(wěn)定的大地構(gòu)造背景，同時(shí)又由于受南緣印度板塊與北緣歐亞板塊長(zhǎng)期側(cè)向擠壓，使盆地內(nèi)部又被分異演化為多級(jí)分離、正負(fù)相間、深淺不一的次級(jí)坳陷、隆起及分割坳陷和隆起的斷裂構(gòu)造，以及更次一級(jí)構(gòu)造坳陷與突起，再加上晚白堊世以來(lái)持續(xù)干旱的古氣候環(huán)境以及穩(wěn)定的地臺(tái)與邊緣相對(duì)活化的斷裂活動(dòng)，這些宏觀地質(zhì)特征均有利于鉀鹽沉積分異。

在巖相古地理上，莎車(chē)盆地的喀什坳陷是古特提斯海水從中亞地區(qū)入侵塔里木盆地首當(dāng)其沖的位置，也是海退的通道，對(duì)于鉀鹽沉積是有利的，從地球化學(xué)特征進(jìn)一步證明，喀什坳陷巖鹽沉積更趨向于海相沉積，具備鉀鹽沉積的物源，各類指標(biāo)對(duì)比分析巖鹽沉積階段較晚，推測(cè)局部地帶達(dá)到鹵水演化分異析出鉀鹽礦物的蒸發(fā)濃縮條件；庫(kù)車(chē)盆地雖然從宏觀地質(zhì)特征分析也應(yīng)該和古特提斯海有聯(lián)系，有利于遠(yuǎn)離海水入侵方向的“淚滴式”鉀鹽沉積，但是巖相古地理研究證實(shí)，主要的含鹽地層漸新世阿瓦特組巖鹽沉積屬海陸交互相，甚至局部更偏向于陸緣環(huán)境，而且各類定量化評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)顯示成鉀條件不好[2,4,11]，推測(cè)目前地表可見(jiàn)的鹽丘或巨大巖鹽透鏡體曾經(jīng)歷了長(zhǎng)期陸緣水作用下的成巖變質(zhì)，或者成鹽是在陸緣水與海水共同作用下蒸發(fā)沉積而成，且屬于海陸交互相沉積成因。因此，莎車(chē)盆地喀什坳陷晚白堊世成鉀條件相對(duì)庫(kù)車(chē)盆地古近紀(jì)要好些。

綜上，莎車(chē)盆地鹽類沉積，無(wú)論從古地理?xiàng)l件、構(gòu)造條件、沉積條件和物質(zhì)來(lái)源均優(yōu)于庫(kù)車(chē)盆地，且?guī)r性-巖相標(biāo)志、水化學(xué)標(biāo)志顯示較好；巖鹽層集中在上白堊統(tǒng)含鹽巖系的頂部，具有明顯的海相成因，可溶性鉀含量背景普遍高于庫(kù)車(chē)盆地，溴氯系數(shù)比值分布區(qū)間也明顯高于庫(kù)車(chē)盆地；鹽鹵泉水質(zhì)類型和變質(zhì)系數(shù)反映較好，局部地區(qū)已發(fā)現(xiàn)有含鉀異常顯示。因此，莎車(chē)盆地的成鉀條件和找鉀遠(yuǎn)景優(yōu)于庫(kù)車(chē)盆地，為鉀鹽資源后續(xù)調(diào)查工作的重要靶區(qū)。

4 結(jié)論

1)塔里木盆地西部地區(qū)有利于鉀鹽沉積分異，總體上莎車(chē)盆地的成鉀條件優(yōu)于庫(kù)車(chē)盆地。

2)元素地球化學(xué)特征分析與古地理、古鹽度的耦合關(guān)系研究表明成鉀有利區(qū)塊往往位于深水瀉湖區(qū)，且越接近海源的相帶越有利于成鉀。

3)按照蒸發(fā)巖礦物沉積分異規(guī)律，以及K+含量、溴含量和溴氯系數(shù)與古地理和古鹽度呈很好的相關(guān)性的特征，推測(cè)莎車(chē)盆地闊什塔什區(qū)塊、吾合沙魯區(qū)塊，以及庫(kù)車(chē)盆地大宛其區(qū)塊具有優(yōu)越的成鉀條件，應(yīng)為今后塔里木盆地固體鉀鹽礦勘查優(yōu)選目標(biāo)。

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