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      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

      2022-01-11 07:08:48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
      化工礦產(chǎn)地質(zhì) 2021年4期
      關鍵詞:石鹽鹽層鉀鹽

      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。

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