泰國沙空那空盆地哇倫鉀鹽礦區(qū)控礦構(gòu)造條件分析①

譚登華 李博昀 張明明 王猛 祁才吉 張旭 王淑麗 鄧宇飛 張冰冰 張海亮

1 中化地質(zhì)礦山總局，北京 100013

2 中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院，北京 100101

3 中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 濟南 250013

呵叻高原位于泰國的東北部和老撾中南部，面積約 170000km2，沉積有豐富的鉀鹽礦資源，是世界上最大的成鉀盆地之一。

沙空那空盆地位于呵叻高原北部，其西北部老撾萬象盆地鉀鹽礦勘查和研究工作程度較高。馮明剛[1]、高翔[2]等先后從鉀鹽礦的成礦條件、含礦巖系、成礦時代、礦床特征、礦物學、地球化學、找礦方法等多方面進行了較為深入的研究，王蒙[3]、曲懿華[4]等將呵叻盆地與我國云南蘭坪-思茅地區(qū)鉀鹽礦進行了對比，吳良士[5]、王少華[6]、梁光河[7]從整個盆地宏觀角度和成礦后構(gòu)造運動對鉀鹽礦體的影響改造方面進行了研究。但沙空那空盆地鉀鹽礦的勘查和研究程度總體較低，成鹽盆地內(nèi)次級凹陷對鉀鹽礦控制作用的實例研究尚未見報道。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

根據(jù)李興振等[8]、王宏[9]研究，呵叻高原在大地構(gòu)造處于中國青藏-三江帶古特提斯構(gòu)造的東南端，屬于印支地塊之萬象-昆嵩地塊，其南、西、北三面受深斷裂的控制，是在古生界基底上發(fā)育起來的中新生代盆地，NWW 向普潘隆起將盆地分割為北部的沙空那空盆地（圖1）和南部呵叻盆地。沙空那空盆地內(nèi)沉積了一套稱之為呵叻群（三疊系-古近系）的巨厚陸相含鹽紅層巖系，盆地邊緣出露上三疊統(tǒng)及侏羅系-下白堊統(tǒng)呵葛組。其中瑪哈沙拉堪組為含鹽建造，由三層膏鹽層和碎屑巖層組成三個韻律層，自下而上劃分為下、中、上三個巖性段，膏鹽層由一套硬石膏、石鹽巖、鉀鹽構(gòu)成，各段之間呈整合接觸，下段只有膏鹽層，鉀鹽礦層賦存于本層的中上部。

圖1 沙空那空盆地哇倫鉀鹽礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.1 Regional geological map of Walun potash mine area, Thailand

地層巖石構(gòu)造變形簡單，以褶皺為主，寬緩的向斜和較緊密背斜相間構(gòu)成NW向或NNW向隔擋式褶皺。

2 礦床地質(zhì)特征

礦區(qū)位于泰國東北部沙空那空府哇倫縣境內(nèi)，地貌屬盆地平原，地勢較平坦，交通便利。礦區(qū)內(nèi)已有K48和K55兩個鉆孔，在重力測量的基礎上，施工了ZK001、ZK903兩個驗證孔（圖2）。

圖2 泰國哇倫鉀鹽礦區(qū)地質(zhì)圖Fig.2 Geological map of Walun potash mine area, Thailand

2.1 地層

礦區(qū)在大地構(gòu)造上位于沙空那空盆地沉積中心部位，除在礦區(qū)西北部出露少量上白堊統(tǒng)瑪哈沙拉堪組外，地表多被第四系覆蓋。根據(jù)鉆孔資料，所見地層自下而上為下白堊統(tǒng)呵葛組、上白堊瑪哈沙拉堪組和普特組，產(chǎn)狀平緩（表1）。

表1 泰國沙空那空鉀鹽礦區(qū)地層表Table 1 Stratigraphic table of potash mine area of Nakhon,Thailand

其中瑪哈沙拉堪組為含鹽系地層，呵葛組為沉積盆地的基底。

呵葛組：僅見于K55孔，埋深達824.18m，巖性為灰綠色粉砂巖，僅揭露 3.05m，與上覆瑪哈沙拉堪組呈平行不整合接觸。

瑪哈沙拉堪組：鉆孔內(nèi)埋深在 124.66～208.56m，厚度大，只有K55孔全部揭露。下巖性段由一個膏鹽層組成，為鉀鹽礦的賦存層位，中、上巖性段由一個碎屑巖層和一個膏鹽層組成。各膏鹽層自下而上厚度變薄，其中下膏鹽層厚度最大，為437.08m，中膏鹽層厚70.37～113.65m，中碎屑巖層厚57.80～101.29m，上膏鹽層厚度變化大，在 0～65.99m，上碎屑巖層厚 63.40m～95.14m，總厚度為690.68m。

普特組：分為上下兩個巖性段，下段由褐色、磚紅色粉砂巖、長石砂巖組成，含綠灰色斑塊，裂隙中可見石膏細脈；上段由褐色、磚紅色泥巖、粉砂巖組成，埋深在4.65～6.10m。總厚124.66～208.56m，與瑪哈沙拉堪組整合接觸。

第四系：地表為磚紅色含鐵錳質(zhì)結(jié)核的壤土和紅土，低洼處為粘土、沖積砂、礫石，厚 5m左右。

2.2 重力異常特征

礦區(qū)布格重力等值線總體呈NW-SE向展布，區(qū)內(nèi)重力布格異常值均為負值，場值在-60～-32mGal。礦區(qū)中部存在一北西向展布的相對重力高異常帶，該異常規(guī)模較大，穿過整個礦區(qū)，長約17km，寬約4.5～6.9km，該異常呈兩頭寬，中間窄的特征，異常未封閉，自北西和南東方向延出區(qū)外。重力場值以西北部和東南部較高，形成兩個次級相對重力高異常（G1-1、G1-2），中部較低，呈馬鞍狀，其中西北部重力場值最高為-32mGal。在該異常帶的東北、西南部為重力相對低異常區(qū)，其中東北部異常最低為-60mGal。該相對重力低高異常與相對重力高異常過渡帶等值線相對較密集，梯度變化大，東南部重力等值線寬緩；西南側(cè)相對高重力異常與低異常過渡帶等值線總體較為密集，兩側(cè)的低異常區(qū)等值線較為寬緩，延出礦區(qū)外（圖3）。

圖3 泰國哇倫鉀鹽礦區(qū)布格重力異常及鉀鹽礦層推測分布圖Fig.3 Bouguer gravity anomaly and speculated distribution of potash deposits in Walun potash mine area, Thailand

2.3 構(gòu)造特征

礦區(qū)內(nèi)地勢較平坦，地表多為第四系覆蓋。通過對區(qū)內(nèi)重力異常特征的分析及各鉆孔所揭露地層層序、產(chǎn)狀、厚度以及鉀鹽礦層分布的對比研究，認為在礦區(qū)內(nèi)存在一北西向展布的基底隆起和北東、南西兩個次級凹陷，構(gòu)造形態(tài)為一較緊密背斜和兩個寬緩向斜組成的褶皺，由于受礦區(qū)面積限制，礦區(qū)內(nèi)沒有包括各構(gòu)造單元的全部（圖4）。

圖4 礦區(qū)ZK903-K55孔剖面圖Fig.4 Section of borehole ZK903-K55 in mine area

北東側(cè)向斜：根據(jù)地層及重力異常顯示，礦區(qū)只包括了向斜的西翼，凹陷施工有ZK001、K48和K55三個鉆孔，K48和K55孔位于向斜內(nèi)，ZK001孔位于向斜的西翼，孔深分別為520.75m、763.22m和827.23m，其中K48-K55孔剖面線呈北東東向，兩孔相距4.8km，K48-ZK001孔剖面線呈北北東向，兩孔相距 4.2km，對東側(cè)凹陷的地層產(chǎn)狀有了總體的控制。由于含鹽系基底呵葛組埋深大，僅K55孔對其進行了揭露，該組埋深在 824.18m。各鉆孔均控制了含鹽系地層三個成鹽旋回，其中K48、K55孔下、中膏鹽層發(fā)育完善，下膏鹽層中均發(fā)育有鉀鹽礦層，礦體頂板埋深在393.35～407.14m，上膏鹽層中只見有薄層石膏層，ZK001孔下膏鹽層未發(fā)育鉀鹽礦層，缺失上膏鹽層（圖5）。

圖5 礦區(qū)ZK001-K48鉆孔剖面圖Fig.5 Section of borehole ZK001-K48 in mine area

從K48-K55以及ZK001-K48兩個方向的剖面圖看出，各地層產(chǎn)狀總體平緩，自K55至K48孔，地層傾角小于1°；自K48至ZK001方向，地層有抬升趨勢，下膏鹽層的鉀鹽礦層及上膏鹽層的石膏層逐漸尖滅。結(jié)合重力異常，該向斜南西翼南側(cè)產(chǎn)狀較緩，北側(cè)較陡，總體具有箱式向斜特征。

南西側(cè)向斜：礦區(qū)只包括了向斜的東側(cè)，凹陷施工有ZK903一個鉆孔，孔深為600.46m，結(jié)合重力異常，ZK903孔位于向斜與背斜的過渡部位。本鉆孔對含鹽系三個膏鹽層揭露齊全，下膏鹽層見有鉀鹽礦層，上膏鹽層發(fā)育有石鹽層，且各膏鹽層的埋深較西側(cè)埋深大，其中本鉆孔鉀鹽礦層頂板埋深在512.22m，較東側(cè)礦體深約110m。結(jié)合重力異常，本向斜是一個凹陷深度較大、翼部產(chǎn)狀較陡的向斜。

背斜構(gòu)造：呈北西向展布，樞紐呈西北及東南高中間低的馬鞍形，其中西北側(cè)隆起更為明顯，其東翼產(chǎn)狀平緩，西翼產(chǎn)狀較陡，形態(tài)總體呈軸面略向南西傾的斜歪背斜。該背斜將礦區(qū)分割為兩個次級凹陷，對含鹽系的沉積及鉀鹽礦層的分布具有明顯的控制作用。

2.4 礦體特征

受基底隆起的控制，鉀鹽礦僅分布于東北和西南兩個次級凹陷內(nèi)，分為東、西兩個礦體，在隆起部位未沉積鉀鹽礦層。

2.4.1 東北側(cè)礦體

根據(jù)鉆孔揭露結(jié)合重力異常解譯，凹陷內(nèi)鉀鹽礦體邊界推測在K48與ZK001兩孔連線中間，大致在-44mGal重力等值線位置，礦體面積約40km2，向東北延出區(qū)外。礦體產(chǎn)于第一膏鹽層中上部，呈近水平厚層狀，礦體頂板埋深在393.35～407.14m，底板埋深 469.42～497.43m，厚76.08～90.29m，向隆起方向有埋深加大、厚度增加的趨勢。根據(jù)礦石類型，凹陷內(nèi)鉀鹽礦體可分為鉀石鹽和光鹵石兩個礦體。

光鹵石礦體位于鉀鹽礦層的中上部，分布廣泛，厚71.07～76.08m，底板埋深469.42～478.23m。礦石呈無色-淺粉色-橙色，中細粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，光鹵石呈半自形-它形中細粒晶，玻璃光澤，透明，味苦，含量60%左右，局部較純，幾乎全部由光鹵石組成；脈石礦物以石鹽為主，半自形晶，無色透明，解理發(fā)育，含量約30%～40%。在K48孔413.25～424.28m為較純的溢晶石夾層，溢晶石呈淺桔黃色，半透明，極易潮解。

鉀石鹽礦體僅見于K48孔，位于光鹵石礦層下部，厚19.22m，底板埋深497.43m。礦體向東推測尖滅于K48至K55孔之間，向西至凹陷邊部，分布范圍小。礦石呈無色-白色-淺褐色，中粗粒結(jié)構(gòu)，中-厚層層狀構(gòu)造，礦石礦物主要為鉀石鹽，半自形晶，可見解理，有辛辣味，含量約 40%；脈石礦物主要為石鹽，無色、灰色，透明，半自形-自形，中粗粒集合體，含量約60%，在礦層下部含量高，形成石鹽薄層，厚約30cm。

據(jù)K48孔和K55孔礦層資料，光鹵石礦石KCl含量 17.00%～18.63%，平均品位 17.82%，鉀石鹽型礦石的KCl含量在15%～45%，平均品位為38.34%。此外在中膏鹽層頂部，見有鉀石鹽礦化薄層，鉀石鹽呈2～3cm的顆粒。

2.4.2 西南側(cè)礦體

礦區(qū)西側(cè)凹陷有ZK903孔見礦，推測礦體邊界位于背斜、向斜的轉(zhuǎn)折部位（重力值趨勢、地勢陡緩過渡），大致在-40mGal重力等值線位置，結(jié)合重力異常圈定礦體面積約 20km2，向西南延出區(qū)外。該鉆孔僅見有光鹵石礦，礦體產(chǎn)于第一膏鹽層中上部，呈厚層狀，頂板埋深 512.22m，底板埋深 583.93m，礦層累計厚 67.68m，在512.94～523.95m見含光鹵石石鹽溢晶石夾層，在礦層下部565.64m以下見三層1.03～5.25m厚的含光鹵石石鹽巖夾層。

光鹵石礦石呈無色、淺褐色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，光鹵石呈半自形粒狀，透明-半透明，含量在 55%左右；石鹽呈中粗粒-巨粒半自形晶，玻璃光澤，透明，含量在45%左右。含光鹵石溢晶石呈淺桔黃色，細晶，溢晶石含量 70%左右，局部較純，極易溶；光鹵石呈淺桔紅色，半自形粒狀，粒徑多在 2～6mm，油脂光澤，貝殼狀斷口，含量約10%；石鹽含量約30%。

光鹵石礦層 KCl平均含量 14.14%，MgCl2平均含量20.54%，NaCl平均含量39.46%左右；局部CaCl2較高，可達5%左右，NaCl含量相應降低。含光鹵石溢晶石層KCl平均含量3.72%，MgCl2平均含量25.88%，NaCl平均含量27.98%；CaCl2平均含量11.08%左右，屬礦化層。

在中膏鹽層頂部見厚約5m的鉀石鹽礦化層，鉀石鹽呈薄層狀，厚0.5～2cm，多呈中-粗粒半自形晶，粒徑0.5～1cm，無色為主，偶見淺桔紅色，含量在4.37%左右。

3 討論

3.1 基底背斜的確認

由于沙空那空成鹽盆地內(nèi)第一膏鹽層的沉積厚度大，特別是在盆地中心更厚，K55孔該層厚達437.1m，從勘探的角度，一般不打穿該層。主要依據(jù)重力資料的分析及驗證鉆孔所揭露地層情況綜合判斷。

重力測量在萬象盆地的鉀鹽礦勘查中已得到廣泛應用，主要根據(jù)含礦巖系石鹽巖、鉀鎂鹽礦與泥巖之間存在的密度差區(qū)分鹽類礦床的埋深、厚度。鉀鎂鹽礦多賦存于巨厚石鹽層的上部，形成重力負異常，與鉀鹽礦層的對應性好，經(jīng)鉆探驗證，取得了良好的找礦效果。

據(jù)段建華等[10]對萬象盆地含礦巖系不同巖性密度資料研究，石鹽巖密度在1.93～2.18g/cm3，平均2.10g/cm3，鉀鎂鹽巖密度在1.72～1.93g/cm3，平均1.82g/cm3，均為低密度鹽巖體；泥巖密度在2.31～2.37g/cm3，平均2.34g/cm3。石鹽巖、鉀鎂鹽巖與泥巖之間存在0.3～0.6g/cm3的密度差，當盆地內(nèi)鹽巖層厚度存在明顯差異時，可顯示出明顯的重力場差異，即石鹽巖、鉀鎂鹽巖礦層厚度越大，重力場值越低，反之重力場值相對較高。

礦區(qū)位于沙空那空盆地的中心部位，且礦區(qū)面積相對較小，但礦區(qū)重力場存在明顯的規(guī)律性高低差異，是由礦區(qū)內(nèi)膏鹽層厚度存在較明顯差異所致。在礦區(qū)的中部存在一北西向相對高重力異常帶，說明該異常帶范圍內(nèi)膏鹽巖層沉積厚度薄，而碎屑巖沉積厚度則相對較厚；在礦區(qū)東北及西南兩側(cè)為重力低異常帶，表明這兩個地區(qū)的膏鹽層厚度大，碎屑巖層則相對較薄。

關于重力低異常帶是由成礦后構(gòu)造運動形成的隆起所致還是由原始沉積厚度的差異引起，通過分析鉆孔膏鹽層的厚度、產(chǎn)狀可知。東側(cè)低異常區(qū)巖層及礦層產(chǎn)狀平緩，未見鹽背斜構(gòu)造，同時根據(jù)靠近隆起核部的ZK001孔資料，該處的膏鹽層沉積厚度變薄或缺失、埋深變淺，且未沉積鉀鹽礦層，說明該區(qū)處于基底構(gòu)造的隆起部位，相當于次級凹陷的邊部。另外兩側(cè)凹陷內(nèi)含鹽系地層的發(fā)育程度存在較明顯差別，北東側(cè)凹陷下中膏鹽層發(fā)育齊全，上膏鹽層只沉積3m多的石膏層，而南西側(cè)ZK903孔上膏鹽層厚度達65.99m，并以石鹽層厚為主，進一步說明兩個凹陷的規(guī)模、深度存在較大差異，為兩個相對獨立的次級凹陷。

3.2 ZK001孔膏鹽層位的識別

由于ZK001孔未完全揭露下膏鹽層，公司所聘泰國地質(zhì)專家對本鉆孔所揭露各膏鹽層的層位有不同認識，認為本鉆孔只揭露了上膏鹽層，未打穿中膏鹽層而造成漏礦，筆者認為這種認識有誤。該孔位于區(qū)內(nèi)重力相對高異常區(qū)，說明本區(qū)膏鹽層的總厚度是較薄的，如果所見的第一層膏鹽層即為區(qū)域上的上膏鹽層，其厚度達 70.37m，與東西兩側(cè)鉆孔相比，其厚度明顯加大，下一膏鹽層已鉆入129.19m仍未穿過，其厚度高于東側(cè)的中膏鹽層的112m，以此類推，未揭穿的下膏鹽層厚度應該更大，因此本區(qū)在重力場應反映出重力低值，而本區(qū)實測的重力場呈相對高值，表明本區(qū)的膏鹽層厚度較薄。

依照區(qū)域資料，中膏鹽層的頂部普遍存在鉀石鹽礦化層，該層在K48孔和ZK903孔均已見到。通過對ZK001孔開展物探測曲線的分析，未發(fā)現(xiàn)該層（圖6）。ZK001孔深391.5～515m井段自然電位、自然伽馬、聲波時差三條曲線形態(tài)均發(fā)生突變，測井曲線出現(xiàn)明顯的統(tǒng)一分界面，反映此段地層物性與上覆泥巖地層物性差異較大。自然電位曲線呈倒“J”型，整體向左偏轉(zhuǎn)，為明顯負異常，上端異常平均值為 150.2mv，中下部曲線近乎平直，幅值約為32.4mv，反映此井段上下兩端泥漿濾液電阻率Rmf大于地層水電阻率Rw，中下部Rmf≈Rw，無離子擴散，即該地層巖性致密，滲透性差；自然伽馬曲線呈“倒 L”型，近乎平直，幅值極低，一般為 0～1API，反映此井段地層巖性較純，放射性極低；聲波時差曲線亦呈“倒 L”型，異常曲線低平，異常幅值穩(wěn)定，約為279.1μs/m，反映此段地層巖性致密，局部有個別小尖峰凸起，可能由地層巖性不均勻引起。以上三條測井曲線整體形態(tài)和幅值變化呈正相關性，且曲線形態(tài)和幅值變化與220.5～290.5m井段內(nèi)石鹽巖測井曲線特征類似，結(jié)合王元昊[11]等研究，推斷此井段地層巖性為石鹽巖。

圖6 ZK001鉆孔綜合測井曲線圖Fig.6 Comprehensive logging curve of ZK001 borehole

本鉆孔無論地質(zhì)編錄及物探測井均未發(fā)現(xiàn)鉀石鹽礦化層。因此可以確定該孔缺失上膏鹽層，已穿過中膏鹽層并已進入下膏鹽層一定深度。由于受成巖盆地基底隆起構(gòu)造的控制，隆起區(qū)只沉積了石鹽，在鉀鹽沉積階段，富鉀鹵水匯集于凹陷區(qū)，本區(qū)因地勢較高未沉積鉀鹽礦層。

4 結(jié)論

（1）通過開展重力測量、鉆探驗證及物探測井等手段，基本查明了該礦區(qū)的控礦構(gòu)造。礦區(qū)北西向基底背斜將礦區(qū)分為兩個次級凹陷，其中東北側(cè)凹陷較淺，含鹽系下、中膏鹽層發(fā)育，上膏鹽層只見薄層硬石膏沉積，各層埋深較淺；西南側(cè)凹陷較深，下、中、上膏鹽層均發(fā)育，各層埋藏較深。成鹽盆地基底隆起對鉀鹽礦的沉積分布具有明顯的控制作用，鉀鹽礦僅分布于兩個次級凹陷內(nèi)，在隆起部位未沉積鉀鹽礦層。綜合分析認為，礦區(qū)內(nèi)各膏鹽層厚度、埋深的差異是由成鹽盆地基底構(gòu)造控制所致，后期構(gòu)造運動，對礦體產(chǎn)狀、厚度等影響小。以上結(jié)論為勘查工作的布置提供了依據(jù)。

（2）深化了對鉀鹽礦成礦規(guī)律的認識。本區(qū)地處沙空那空成鹽盆地的中心部位，且有施工鉆孔，見礦情況好，一般認為本區(qū)的鉀鹽礦應是連續(xù)分布的。通過驗證表明，成鹽盆地基底構(gòu)造形態(tài)較為復雜，鉀鹽礦只沉積于次級凹陷地區(qū)，這對于其他地區(qū)的鉀鹽礦的找礦工作提供了借鑒作用。在開展鉀鹽找礦時應認真研究成鹽盆地次級構(gòu)造的位置、形態(tài)等特征，進一步縮小找礦靶區(qū)，提高找礦的成功率。