老撾甘蒙省鉀鹽礦床封存水成因機(jī)理及賦存位置淺析

亓協(xié)全成世才段乃金宋永芬

1 中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東濟(jì)南，250013；

2 濟(jì)南春旭化工設(shè)計(jì)有限公司，山東濟(jì)南，250014

老撾甘蒙省鉀鹽礦床封存水成因機(jī)理及賦存位置淺析

亓協(xié)全1*成世才1段乃金1宋永芬2

1 中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東濟(jì)南，250013；

2 濟(jì)南春旭化工設(shè)計(jì)有限公司，山東濟(jì)南，250014

通過對(duì)老撾甘蒙省鉀石鹽礦層形成機(jī)理的分析，探討在此過程中層間鹵水到封存鹵水的轉(zhuǎn)化過程，并與采礦活動(dòng)中揭露的封存鹵水水質(zhì)和賦存位置進(jìn)行驗(yàn)證，得出結(jié)論：層間鹵水因溶蝕了光鹵石，水中MgCl2含量應(yīng)遠(yuǎn)大于KCl和NaCl的含量；封存水的賦存位置應(yīng)主要分布于次生鉀石鹽礦層的底部或次生鉀石鹽礦層與光鹵石礦層的接觸帶。

重結(jié)晶作用 次生鉀石鹽 封存水 賦存位置 成因機(jī)理

0 引言

老撾鉀鹽礦位于呵叻高原北部沙空那空盆地東北緣，為呵叻高原高鎂鉀鹽沉積的一部分。曲懿華等認(rèn)為：鉀鹽礦床沉積盆地由構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制形成，鉀鹽來源為古海水，礦床成因?yàn)楹Ｔ搓懴喑梢颉?、2】。老撾甘蒙省鉀石鹽礦一般由光鹵石礦經(jīng)元素遷移和重結(jié)晶作用形成，從而形成鉀石鹽在上、光鹵石在下的礦體賦存特征【3、4】，并且礦體內(nèi)有封存水存在。本文通過對(duì)老撾甘蒙省鉀鹽礦成生次序進(jìn)行分析，探討封存水的成因機(jī)理和賦存位置，對(duì)礦山開采過程中的防治水及礦山采礦安全有一定積極意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

區(qū)域構(gòu)造總體為向北揚(yáng)起的復(fù)式向斜構(gòu)造【4】，研究區(qū)位于沉積盆地的東北緣，略具邊緣沉積相，如圖1。劃分為3個(gè)泥巖層和3個(gè)巖鹽層，一個(gè)巖鹽層和一個(gè)泥巖層構(gòu)成一個(gè)沉積旋回。地層簡(jiǎn)述如表1。

圖1 呵叻高原構(gòu)造略圖Fig.1 Khorat plateau structural sketch

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 礦區(qū)地層

根據(jù)甘蒙省某礦區(qū)鉆探資料，本區(qū)含鹽系地層

表1 礦區(qū)地層劃分【3】Table 1 stratigraphic division of ore district

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

根據(jù)物探推斷鉆探驗(yàn)證，本區(qū)斷裂以北西和北東兩組斷裂為主；南北向和東西向斷裂很少【3】。北西向斷裂形成較早，延深約250m以上；北東向斷裂形成稍晚，延深較淺，約100m左右，多切割北西向老斷裂。

2.3 礦體特征

×××礦區(qū)鉀鹽礦體大致呈NW—SE分布，產(chǎn)狀近水平，主礦體產(chǎn)于古近系農(nóng)波組下鹽層頂部，呈層狀、鹽丘狀產(chǎn)出，具加厚減薄現(xiàn)象，局部地段具分支復(fù)合現(xiàn)象，見圖 2。多數(shù)情況下，礦體位于下鹽層，上為鉀鹽礦層，下為光鹵石礦層。中鹽層頂部也存在小規(guī)模透鏡狀礦體，僅在局部地段具工業(yè)意義。

圖2 老撾甘蒙省某鉀鹽礦區(qū)某勘探線剖面圖Fig.2 One prospecting line section of one potash mine in Khammouane

2.4 封存水特征

據(jù)×××礦區(qū)統(tǒng)計(jì)資料，在下鹽層-8m和-28m巷道進(jìn)行探礦過程中，探礦鉆孔經(jīng)常揭露到封存水，封存水沿探礦鉆孔涌出，涌水量3～10m3/h不等，除個(gè)別涌水點(diǎn)因涌水量較大，井下排水能力不足被封閉以外，大部分涌水點(diǎn)涌水量較小，幾天后即斷流。

封存水水質(zhì)分析結(jié)果顯示（表 2），水中MgCl2含量是KCl含量的8.10倍，是NaCl含量的 18.41倍，MgCl2含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 KCl、NaCl含量。這一特征明顯區(qū)別于其他含水層段鹵水中NaCl含量明顯大于MgCl2和KCl含量的一般規(guī)律，如圖3。

表2 氯化物含量百分比平均值Table 2 The average percentage of chloride content

圖3 各賦存位置氯化物百分含量平均值對(duì)比Fig.3 comparison of The average percentage of chloride content in different locations

3 成生機(jī)理

3.1 礦層理論成生序列

根據(jù)程懷德等鹽類沉積四元體系相圖的理論，鹽類礦物的沉積次序理論（如圖 4），將ADEFGA區(qū)劃分為三個(gè)區(qū)：ADI 高鉀低鎂區(qū)、AIE 高鉀高鎂區(qū)和AEFG 低鉀高鎂區(qū)，具有這三個(gè)區(qū)體系點(diǎn)特性的母液組分分別為 M1、M2和M3。對(duì)于M1組分的母液蒸發(fā)時(shí)，體系點(diǎn)由M1→P1，蒸發(fā)析鹽順序：氯化鈉→氯化鈉+氯化鉀→氯化鈉+光鹵石→氯化鈉+水氯鎂石；對(duì)于M2組分的母液蒸發(fā)時(shí)，體系點(diǎn)由M2→P2， 蒸發(fā)析鹽順序：氯化鈉→氯化鈉+氯化鉀→氯化鈉+光鹵石→氯化鈉+水氯鎂石；對(duì)于 M3組分的母液蒸發(fā)時(shí)，體系點(diǎn)由 M3→P3， 蒸發(fā)析鹽順序：氯化鈉→氯化鈉+光鹵石→氯化鈉+水氯鎂石。從這三種蒸發(fā)析出順序可以看出，鉀石鹽始終較光鹵石先析出，即鉀石鹽層在下，光鹵石層在上【3，5～6】。

圖4 NaCl-KCl-MgCl2-H2O四元體系相圖(25℃)Fig.4 Quaternary system phase diagram of NaCl-KCl-MgCl2-H2O(25℃)

3.2 甘蒙省鉀鹽礦體賦存特征

礦區(qū)礦體賦存次序?yàn)槭? 石鹽-鉀石鹽-光鹵石，見圖2。

3.3 甘蒙省鉀鹽礦體賦存成生機(jī)理

本區(qū)域內(nèi)鉀石鹽不是原生沉積形成，它是原生光鹵石經(jīng)水解和重結(jié)晶作用而形成的次生產(chǎn)物。

以鹽背斜位置為例。在光鹵石礦形成以后，鹽背斜軸部抬升，上覆泥巖厚度變薄，并且在張力作用下形成張性節(jié)理、裂隙，加之頂部風(fēng)化剝蝕作用，導(dǎo)致地下水沿張性裂隙下滲，開始侵蝕

光鹵石礦層頂部， 從而使光鹵石慢慢溶蝕，下滲水形成層間鹵水。在溶蝕過程中溶解度相對(duì)較大的 MgCl2被帶走， 而溶解度相對(duì)較小的KCl被保留下來。再經(jīng)重結(jié)晶作用形成次生鉀石鹽層，后在區(qū)域沉降的背景下上覆泥巖繼續(xù)接受沉積，礦層得以保存【7～9】。

3.4 礦區(qū)封存水形成機(jī)理及賦存位置

通過對(duì)鉀石鹽礦層成生機(jī)理的分析，可以進(jìn)一步得出：此時(shí)的層間鹵水因溶蝕了光鹵石，水中MgCl2含量應(yīng)遠(yuǎn)大于KCl和NaCl的含量，且最后封存的位置應(yīng)主要分布于鉀石鹽礦層的底部或鉀石鹽礦層與光鹵石礦層的接觸帶。

前已述及，×××礦區(qū)探礦過程中揭露的封存水一般發(fā)現(xiàn)于鉀石鹽礦層中或鉀石鹽與光鹵石接觸帶，且水質(zhì)分析結(jié)果表明 MgCl2含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于KCl、NaCl含量。這與光鹵石礦層在層間鹵水溶濾作用下形成次生鉀石鹽礦床，層間鹵水轉(zhuǎn)變成封存水的分析過程相驗(yàn)證【10～11】。

4 結(jié)論

（1）光鹵石礦層在層間鹵水溶濾作用下形成次生鉀石鹽礦床【12～13】。

（2）層間鹵水因溶蝕了光鹵石，水中MgCl2含量應(yīng)遠(yuǎn)大于KCl和NaCl的含量。

（3）封存的位置應(yīng)主要分布于次生鉀石鹽礦層的底部或次生鉀石鹽礦層與光鹵石礦層的接觸帶，此即目前采礦活動(dòng)揭露的封存水的賦存位置。

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ANALYSIS OF THE SEALED UP BRINE FORMATION MECHANISM AND SEQUESTRATION LOCATION IN SECONDARY SYLVITE LAYER， DONGTAI MINING，LAOS

Qi Xiequan1Cheng Shicai1Duan Naijin1Song Yongfen2
1 Shandong Geological Prospecting Institute of China Chemical Geology and Mine Bureal，Jinan，Shandong，250013;
2 Jinan Chunxu Chemical Design Co.，Ltd. Jinan，Shandong，250013

Through the analysis of formation mechanism of secondary sylvite layer in Dongtai mining,we discuss this transformation of the inter-layer brine transform to sealed up brine,and verify with water quality and occurrence position of the sealed up brine which was exposed by mining activities,then,we concluded that: after the dissolution of the carnallite,MgCl2 content of the inter-layer brine should be much greater than the content of KCl and NaCl; inter-layer brine’s final sequestration location should be mainly at the bottom of sylvite layer,or the contact place between the sylvite layer and carnallite layer.

secondary sylvite，sealed up brine， re-crystallize，sequestration location，formation mechanism

P619.211

A

：1006-5296（2014）04-0007-04

* 第一作者簡(jiǎn)介：亓協(xié)全（1981～），男，主要從事水工環(huán)地質(zhì)勘查及研究工作，工程師。

2014-09-20；改回日期：2014-12-21