江蘇豐縣大沙河地區(qū)鉀鹽成礦預(yù)測(cè)

李海慶

(江蘇長(zhǎng)江地質(zhì)勘查院，江蘇 南京 210047)

0 前 言

我國(guó)目前氯化鉀消耗量約占全球鉀肥消耗量的四分之一，而國(guó)產(chǎn)鉀肥的依存度僅占50%左右。據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計(jì)，全球已探明鉀鹽可采儲(chǔ)量95億t(K2O)，但資源集中在少數(shù)國(guó)家，如加拿大、俄羅斯等，而中國(guó)的探明儲(chǔ)量?jī)H占世界的2.2%[1]，特別是在我國(guó)東部地區(qū)，目前僅有山東有少量探明的可溶性鉀鹽儲(chǔ)量。因此，加強(qiáng)在中國(guó)尋找鉀鹽的研究和勘查工作已迫在眉睫。

本文將江蘇豐縣南部大沙河地區(qū)作為鉀鹽成礦預(yù)測(cè)區(qū)，通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)的沉積環(huán)境、物質(zhì)來(lái)源等方面進(jìn)行分析，且對(duì)比了區(qū)內(nèi)及周邊礦區(qū)的見(jiàn)鹽情況，提出該地區(qū)鉀鹽賦存的預(yù)測(cè)及下步找礦重點(diǎn)區(qū)塊。

1 地理位置及地質(zhì)概況

預(yù)測(cè)區(qū)位于蘇魯豫皖交界之處，北至豐縣沛縣，東至微山湖，南至蘇皖邊界、西至蘇皖魯邊界。區(qū)內(nèi)大沙河鎮(zhèn)位于豐縣縣城南18.5 km，徐州市西北65 km，南距隴海鐵路36.5 km，東鄰徐沛鐵路15 km，西近京九鐵路，徐濟(jì)高速公路、322省道以及豐(縣)黃(口)公路貫穿全區(qū)，東距京滬干線(xiàn)50 km。鎮(zhèn)村之間、村村之間有水泥路相連，交通運(yùn)輸極為便利。

預(yù)測(cè)區(qū)是黃口凹陷的江蘇部分。黃口凹陷位于徐州弧形構(gòu)造外帶的西北翼，豐(縣)沛(縣)斷層以南，敬安斷層以北，如圖1所示。在江蘇境內(nèi)豐(縣)嘉(祥縣)斷層將黃口凹陷分為東西兩區(qū)：東區(qū)以宋樓—梁寨—敬安—魏廟一線(xiàn)往東入微山湖，盆地基底逐漸抬起，在微山島古近系官莊組礫巖出露成山；西區(qū)即豐嘉斷層以西至蘇皖魯邊界，王溝—?jiǎng)⑼鯓且痪€(xiàn)，在安徽省碭山縣的玄帝廟—周寨—葛套一線(xiàn)，古近系沉積仍較厚。黃口凹陷在江蘇境內(nèi)東西長(zhǎng)60 km，南北寬12 km，面積約720 km2(見(jiàn)圖1)。

圖1 大沙河盆地區(qū)域構(gòu)造位置

預(yù)測(cè)區(qū)北邊界是貫穿東西的豐沛斷層，該斷層傾角大，落差數(shù)千米。斷層北盤(pán)是豐沛復(fù)背斜的核部，主要由太古界片麻巖組成，在豐縣華山一帶還富含鉀的上古生代地層。預(yù)測(cè)區(qū)南邊界為侵剝邊界線(xiàn)，侵剝基底呈緩傾斜狀[2]，盆地形態(tài)與已經(jīng)發(fā)現(xiàn)鉀鹽礦的山東大汶口含鹽盆地相似，也是燕山晚期形成的箕狀坳陷。這個(gè)時(shí)期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為鹽類(lèi)沉積提供盆地的同時(shí)也提供了物質(zhì)來(lái)源。古近紀(jì)之后，該地區(qū)發(fā)育了一系列斜列式的斷塊盆地，在干旱適宜的古氣候及封閉半封閉環(huán)境下堆積了含鹽地層。預(yù)測(cè)區(qū)在大范圍內(nèi)縱向延展上有凸起凹陷相間，在單個(gè)盆地內(nèi)也同樣存在著高低起伏，形成低序次的周寨次凹陷—李寨低凸起—宋樓次凹陷。

區(qū)內(nèi)地形平坦，地面高程為37～50 m，地面自然坡度為0.08%。地表廣泛分布古黃河泛濫的砂質(zhì)粘土和含粘土粉砂。

區(qū)內(nèi)為典型的華北型地層，沉積蓋層總厚1 km。主要有：太古界泰山群片麻巖；上元古界青白口系土門(mén)群—震旦系城山組石英砂巖、石英巖及頁(yè)巖，屬濱海相碎屑巖為主的沉積；震旦系趙圩組—張渠組以碳酸鹽巖為主；寒武系—奧陶系以碳酸鹽巖與碎屑巖交替重復(fù)分布為特征，主要分布于豐沛背斜軸部；中生界白堊系青山組—王氏組、古近系官莊組—大汶口組(為主要的含鹽地層)，主要分布于預(yù)測(cè)區(qū)深部，屬陸相盆地碎屑巖及火山碎屑巖沉積建造；第四系廣泛分布平原區(qū)，厚度一般100～380 m不等。

2 物源特征

區(qū)內(nèi)處于復(fù)合疊加盆地內(nèi)，新生界為該盆地的主要沉積層，其下是具有雙層基地結(jié)構(gòu)的太古界—早元古界結(jié)晶基底和古生界沉積。

太古界結(jié)晶基底以泰山群片麻巖為主，古生界多為海相或海陸交互相地層，巖石化學(xué)組成中均含有較為豐富的鉀離子。上述地層不僅組成盆地的基底，在盆地的相鄰周邊也廣為發(fā)布。

在預(yù)測(cè)區(qū)北部和西部廣泛分布片麻巖和新太古代五臺(tái)期花崗閃長(zhǎng)巖，都富含鉀長(zhǎng)石，其中片麻巖中K2O的含量一般3.05%～3.60%，花崗閃長(zhǎng)巖中K2O的含量一般大于6%，最高達(dá)9.88%[3]。

在預(yù)測(cè)區(qū)北部和南部還分布較為富鉀的古生界石炭二疊系地層，其中以位于豐沛斷層以北的豐縣華山非可溶性鉀礦為代表。該礦位于豐縣城東南15 km，礦體為一單斜構(gòu)造，地層走向?yàn)镹E-SW,傾向?yàn)镹W，走向長(zhǎng)2.2 km，傾向?qū)?.3 km，礦體共有14層，累計(jì)總厚度607.41 m，全區(qū)(K2O)地質(zhì)儲(chǔ)量5.897 5億t。礦石類(lèi)型為砂巖型、頁(yè)巖型。礦石品位K2O 7.24%～12.71%[4]。

預(yù)測(cè)區(qū)北部和西南部廣泛分布片麻巖和新太古代五臺(tái)期花崗閃長(zhǎng)巖以及富鉀的古生界石炭二疊系地層中的鉀礦物在長(zhǎng)期的風(fēng)化、溶解后很容易被搬運(yùn)到盆地內(nèi)并富集成礦。

另一方面，由于植物的生長(zhǎng)的必須依賴(lài)于鉀肥，所以鉀鹽在河水搬運(yùn)過(guò)程中會(huì)被水中或岸邊的植物逐漸吸收而遞減。因此，可以判斷鉀鹽盆地的富集地距離物源地應(yīng)該不遠(yuǎn)。

綜上所述，預(yù)測(cè)區(qū)周邊大量K2O含量較高的片麻巖、花崗閃長(zhǎng)巖以及石炭二疊系砂頁(yè)巖給區(qū)內(nèi)鉀鹽的富集可以提供穩(wěn)定可靠的物質(zhì)來(lái)源。

3 周邊礦區(qū)見(jiàn)鹽情況

3.1 周邊巖鹽礦區(qū)工作概況

目前預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)及周邊的巖鹽礦區(qū)主要有：江蘇省豐縣師砦礦區(qū)巖鹽礦、江蘇省沛縣河口礦區(qū)三座樓塊段巖鹽礦、安徽省碭山縣范集勘查區(qū)巖鹽礦、山東單縣楊樓地區(qū)巖鹽礦、江蘇省豐縣宋樓鎮(zhèn)油頁(yè)巖(石鹽)預(yù)查區(qū)(簡(jiǎn)稱(chēng)：豐縣礦區(qū)、沛縣礦區(qū)、碭山礦區(qū)、單縣礦區(qū)、宋樓預(yù)查區(qū)，見(jiàn)圖2)。這幾個(gè)礦區(qū)均不同程度的發(fā)現(xiàn)石鹽礦，見(jiàn)鹽深度在700～1 850 m之間。其中：豐縣礦區(qū)屬于華北地臺(tái)魯西背斜、魚(yú)臺(tái)坳陷的次一級(jí)構(gòu)造——?dú)g口向斜的南翼，是燕山晚期形成的箕狀坳陷，即歡口師砦盆地；宋樓預(yù)查區(qū)地處本預(yù)測(cè)區(qū)的西部，與其它3個(gè)礦區(qū)與同屬于一個(gè)大的構(gòu)造單元—黃口凹陷。

圖2 預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)及周邊巖鹽礦區(qū)分布

3.2 周邊礦區(qū)巖鹽礦層對(duì)比

通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)外巖鹽礦區(qū)所施工鉆孔的資料分析，發(fā)現(xiàn)在鹽層厚度方面相差較大。以4鹽層為例，宋樓預(yù)查區(qū)鉆孔揭露厚度最大為12.31 m[5]，豐縣礦區(qū)、碭山礦區(qū)、單縣礦區(qū)分別厚9.32，3.30，2.20 m，厚度遠(yuǎn)小于宋樓預(yù)查區(qū)，甚至沛縣礦區(qū)未發(fā)現(xiàn)4鹽層。單就黃口凹陷來(lái)說(shuō)，從碭山礦區(qū)、單縣礦區(qū)、沛縣礦區(qū)分別到宋樓預(yù)查區(qū)，鹽層厚度都呈現(xiàn)逐漸遞增的規(guī)律。這也說(shuō)明其它3個(gè)礦區(qū)都處于黃口凹陷成鹽盆地的邊部，而宋樓預(yù)查區(qū)在地理位置上更接近于黃口凹陷東區(qū)鹽巖礦的沉積中心。

3.3 周邊礦區(qū)巖鹽礦層中K+含量分析

分析了幾個(gè)礦區(qū)內(nèi)的鉆孔化驗(yàn)資料，結(jié)果顯示：位于豐縣礦區(qū)西北角(即豐縣師砦盆地中心)的ZK12-3、12-4、12-7這3個(gè)鉆孔的K+含量超過(guò)邊界品位(邊界品位為2.622%，詳見(jiàn)表1)。其余幾個(gè)礦區(qū)施工的鉆孔未見(jiàn)到K+含量超過(guò)邊界品位的地層，說(shuō)明在同一成鹽盆地內(nèi)，K+含量分布呈現(xiàn)從邊部到中心遞增的規(guī)律。

表1 豐縣礦區(qū)鉆孔K+含量統(tǒng)計(jì)

因此，可以估計(jì)在預(yù)測(cè)區(qū)盆地沉積中心范圍內(nèi)K+含量超過(guò)工業(yè)品位的可能性較大，其厚度也能超過(guò)0.5 m的最小可采厚度。

3.4 相似地層盆地鉀鹽的形成規(guī)律

預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)鉀鹽的形成是由大陸水在的陸相鹽盆地沉積而成，鉀鹽在其湖水蒸發(fā)到末期才能大量地結(jié)晶出來(lái)。以海水為例，當(dāng)海水蒸至12%～13%鹽度的時(shí)候開(kāi)始沉積石膏，當(dāng)海水蒸發(fā)至27.5%鹽度的時(shí)候開(kāi)始大量沉積石鹽，當(dāng)海水蒸發(fā)至33%鹽度的時(shí)候才開(kāi)始沉積高溶解度的鉀鹽。因此，通常鉀鹽沉積的體積只有石鹽體積的十分之幾至幾十分之一，換言之，鉀鹽礦的共生礦產(chǎn)一般是厚層石鹽礦。以山東省大汶口含鹽盆地的鉀鹽礦作為典型范例，320 km2的盆地平面上呈環(huán)帶狀發(fā)布，邊緣為石膏和硬石膏沉積，面積220 km2；往盆地中心依次沉積有石鹽、雜鹵石、鈣芒硝—石鹽，石鹽沉積面積50 km2；近中心為鈉鎂鹽，沉積面積20 km2；盆地中心鉀鎂鹽面積約3 km2。其沉積剖面見(jiàn)圖3[6]。

豐縣大沙河地區(qū)含鹽盆地可與山東大汶口盆地、豐縣師砦盆地比較，有相類(lèi)似的構(gòu)造環(huán)境，較豐富的K+離子物源供給，干旱的氣候，封閉—半封閉的水文地質(zhì)條件，在豐縣大沙河含鹽地區(qū)中有匯集濃縮鹵水的次級(jí)構(gòu)造和凹地，主要是宋樓次凹陷。且盆地的面積在江蘇省范圍內(nèi)就達(dá)720 km2，是山東大汶口盆地面積的2倍，遠(yuǎn)大于30 km2的豐縣師砦盆地。

圖3 山東大汶口含鹽盆地剖面

綜上所述，盆地內(nèi)鉀鹽品位和厚度的分布規(guī)律呈現(xiàn)從邊部到中心逐漸遞增的特點(diǎn)，在豐縣師砦礦區(qū)的西北部，鉀鹽的品位已超過(guò)邊界品位，進(jìn)一步佐證了預(yù)測(cè)區(qū)內(nèi)成鹽盆地中心宋樓次凹陷特別是該次凹陷的西北部塊段是下步勘查鉀鹽礦的重點(diǎn)區(qū)塊。這里需要說(shuō)明的是，豐縣師砦礦區(qū)西北部所施工的鉆孔離豐嘉斷層尚有2 km的空白區(qū)也是下步勘查鉀鹽礦的重點(diǎn)區(qū)塊。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)豐縣大沙河地區(qū)斷陷盆地的地層、物質(zhì)來(lái)源等方面的分析，認(rèn)為該預(yù)測(cè)區(qū)范圍較大，沉積環(huán)境比較適合鉀鹽的沉積，且在周邊發(fā)現(xiàn)常與鉀鹽共生的厚度較大的石鹽層。同時(shí)通過(guò)對(duì)比鄰近礦區(qū)發(fā)現(xiàn)的石鹽礦層情況，得出預(yù)測(cè)區(qū)盆地中心宋樓次凹陷是下步鉀鹽礦勘查重點(diǎn)區(qū)塊的結(jié)論。預(yù)測(cè)區(qū)如果發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)量可觀的鉀鹽礦產(chǎn)，那么該項(xiàng)發(fā)現(xiàn)不僅可以緩解中國(guó)鉀肥緊張的現(xiàn)狀，而且也可為江蘇北部乃至我國(guó)東部地區(qū)相類(lèi)似斷陷盆地尋找鉀鹽礦的突破提供理論依據(jù)和現(xiàn)實(shí)示范。