垫江盐盆南段长寿地区三叠系嘉陵江组钾盐成矿条件分析Word下载.docx

垫江盐盆南段长寿地区三叠系嘉陵江组钾盐成矿条件分析Word下载.docx

《垫江盐盆南段长寿地区三叠系嘉陵江组钾盐成矿条件分析Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《垫江盐盆南段长寿地区三叠系嘉陵江组钾盐成矿条件分析Word下载.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

垫江盐盆；

海相钾盐；

嘉陵江组；

构造

AnalysistheFormingofMarinePotashConditionsofTrassicJialingjiangFormationinDianjiangSaltBasin,EastSichuanBasin

ZHANGXiong12,ZHUZhengJie12,ZHAOYanJun3,WEIYuYan4,MAOLinLin1,SHUANGYan1,YANGHongYong1,LIUYongWang1

（1.ChongqingKeyLaboratoryofExogenicMineralizationandMineEnvironment，ChongqingInstituteofGeologyandMineralResources，Chongqing，400042，China;

2.ChongqingResearchCenterofStateKeyLaboraryofCoalResourcesandSafeMining,Chongqing，400042，China;

3.InstituteofMineralResources,ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing100037;

4.GeochemistryExplorationBrigadeofSichuanBureauofExplorationandDecelopmentofGeologyandMineralsResources,DeyangSichuang,618000,China）

Abstract:

DianjiangsaltbasinwasoneofthemostimportantsaltbasinsintheearlymiddleTrassicineasternSichuanbasin.However,themetallogenicconditionofmarinepotasharestilldisputed.Thispaperexaminedthemicroscopicobservation,scanningelectronmicroscope,X-raypowerdiffractionandchemicalcomponentofthesaltsamplescollectedfromGaotanwell1andChangpingwell3inChangshouarea.ThesesamplesdepositedinthefourthmemberofJialingjiangformation.ResultsindicatethatthehighestconcentrationofK+isupto3.82%,whichmeettherequirementofindustrialgrade.Alargenumberofpolyhaliteandasmallamountofsylvinitewerefoundbetween1749materto2778meterdeepinChangpingwell3.ThecoefficientofBr*103/Clsuggestthatthebrinereachthedepositionstateofsylvinite.Byanalyzingthepaleoclimateconditions,materialssourceandtectonicconditions,theauthorsholdthatintheearlymiddleTrassic,theclimaticwasdry,whichwasbeneficialtotheformationofpotashore.Thematerialssourceofpotassiumsaltswasmainlyfromseawater,whichprovidedplentifulsourcesforpotassiumion.TheremightexistasecondarysaginBaohevillagearea,whichwasgoodtotheformationandpreservationofpotash.

Keywords:

SichuanBasin;

DianjiangSaltBasin;

MarinePotash;

JialingjiangFormation;

Tectonic

1序言

钾盐是中国紧缺的重要战略资源之一，国内目前已探明的钾盐资源储量仅占世界的2.2%（WangChunlianetal.,2013）。

截止2016年底，我国钾盐自给率仅50%左右，仍有约850万吨需要进口（中国无机盐工业协会钾盐（肥）行业分会，2016）。

世界上主要的钾盐矿床均为海相固体钾盐矿床，但由于中国成盐地质构造条件复杂，寻找大型的钾盐矿床一直是中国矿床学界的一大难题。

四川盆地下三叠统是我国钾盐矿产勘查的重点区域和层位。

早三叠世，四川盆地处于上扬子地台西北部，盆地内部主要由川西凹陷带、川东隆起带和颚黔坳陷带组成，各带边界均为古断裂所控制（据地矿部第二地质大队报告，1986）。

在海退过程中，广阔的台地上，由于水体浅，能量低，蒸发作用强烈，大部分地区都有膏盐层分布，但是要形成良好的成钾凹陷，必须形成一个持续浓缩的封闭空间，因此盆地内部次级洼陷的成矿条件研究至关重要。

上世纪60~80年代，前人对四川盆地东部地区开展了一系列钾盐找矿相关工作，基本理清了四川盆地盐岩赋存层位、沉积环境、古地理特征，确定了南充、宣达、成都、垫江、万县、自贡等盐盆分布，大致评价了每个盐盆成钾远景。

对嘉陵江组和雷口坡组这两套含盐地层进行了Sr同位素（HuangSijingetal.,2011）、杂卤石成因（WangShulietal.,2014）、卤水地球化学特征（ChuiQichenetal.,2015）、岩盐流体包裹体特征（ChenXu,2014）、成盐环境（ChenAnqingetal,.2015）、盐盆迁移特征（ZhouJiayunetal.,2015）等进行了研究。

这些研究主要集中在川东北地区或南充盐盆，对垫江盐盆成钾研究相对较少，垫江盐盆是否具备良好的成钾基础一直未能得到很好解决。

为了解决上述问题，本文在系统统计垫江盐盆南段长寿地区已有的钻孔资料基础上，选择长平3井和高探1井岩盐岩芯样品进行光薄片鉴定、XRD、扫描电镜和化学成分分析，同时结合构造-物源-气候等条件，对该地区钾盐成矿条件进行分析，旨在分析其成钾条件及潜力，以期为该区进一步开展找钾工作提供依据。

2区域地质背景

垫江盐盆位于四川盆地东部，面积约4.5×

103Km2，为一呈北东-南西向展布的椭圆形凹陷。

早三叠世嘉陵江期，地壳活动强烈，在总体为海退的环境下，水下隆起逐渐隆升，盆地内形成一套由碳酸盐岩、石膏、岩盐等组成的膏盐湖相和盐湖相沉积。

同时，武隆隆起、石柱隆起、华蓥山隆起和泸州隆起的形成和发展，以及垫江凹陷、万县凹陷等的形成，也为三叠纪形成规模巨大的盐体创造了有利条件（WangShulietal.,2014;

LiLingetal,.2012;

ZhangYanetal.,2015）。

中三叠世雷口坡期，受湖南运动的影响，泸州-开江古隆起的明显上升，两侧的凹陷则因强烈下陷形成百余米的岩盐沉积（CaiKeqingetal.,1986）。

中三叠世末海水全部退出，盆地结束了海相沉积的历史。

晚三叠世及中生代，燕山运动使盆地再次沉降，广泛接受了陆河湖相砂泥岩沉积，使早三叠世盐类沉积深埋地腹（ZhouJiayunetal.,2015）。

图1（a）-四川盆地东部含盐盆地分布示意图（据龚大兴，2016修改）；

（b）-垫江凹陷长寿地区地质简图

Fig.1（a）-DistributionmapofsaltbasinsintheeastofSichuanBasin（modifiedafterGongDaxing,2016）,（b）-SimplifiedgeologicalmapofDianjiangdepressioninChangshou

3样品采集及实验方法

样品采集主要来自长寿地区的高探1井和长平3井。

采集高探1井2824~2841m含盐段岩芯样品38件，长平3井2749~2808m含盐段岩芯样品190件，分别在国土资源部重庆矿产资源监督检测中心和中国地质科学院矿产资源研究所盐湖资源与环境重点实验室进行X衍射分析（XRD）、扫描电镜分析和耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）分析。

X衍射分析（XRD）测试仪器为X’PERT-MPD，测试的标准物质为SY/T5163~2010，测试的起止角度（2θ）为3~45°

，工作电压为40kv，电流为40mA。

扫描电镜（SEM－EDX），仪器型号Energy+JSM6610LV，加速电压为20kv，分析精度为0.01%。

耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）分析，测试仪器型号为热电iCAP6000，利用水浸取法直接溶解盐类样品后上机测试，测试误差<

5%。

4结果及讨论

4.1含盐系特征

垫江盐盆岩盐主要赋存于早三叠世嘉陵江组四段二亚段，岩性主要为硬石膏、白云岩、膏质白云岩、石盐岩等，埋深普遍在2700~3000m左右。

岩盐主要有浅灰色、无色透明和橘红色盐岩三种（图2），具有明显层理，岩芯上表现为明暗相间的盐岩层。

浅灰色岩盐以浅灰色为主，局部无色、乳白色，细-中晶结构，局部见粗-巨晶结构，他形晶-半自形晶，偶见自形晶，透明-半透明，见少量硬石膏聚集呈星点状、斑块状、条带状零星分布于岩盐中。

无色透明岩盐主要为无色，局部浅灰色，中-粗晶结构、局部巨晶结构，透明，胶结较差，盐质纯。

桔红色-浅桔红色岩盐以桔红色、浅桔红色为主，细晶-中晶结构，他形晶-半自形晶，可见少量硬石膏聚集呈星点状、斑块状、条带状零星分布于岩盐中，薄片中可见杂卤石分布。

硬石膏和白云岩普遍可见细纹层构造，层理清晰，是原生沉积的标志，表明没有经历后期热卤水溶虑作用。

纵向上，嘉陵江组四段二亚段普遍为白云岩-硬石膏-岩盐-硬石膏-白云岩剖面结构类型，上下为碳酸盐段，中部为含盐段，含盐层剖面结构相对简单，反映了盐湖从发生、发展到消亡，即淡-咸-淡的演化、发展过程，形成多个咸化成盐旋回。

图2长寿地区岩盐照片

（a）-长平3井橘红色岩盐；

（b）-长平3井灰色岩盐；

（c）-高探1井橘红色岩盐；

（d）-兴盐1井灰色岩盐

Fig.2HalitephotosinChangshouarea

（a）-orange-colouredhaliteinChangpingwell3;

（b）-grayhaliteinChangpingwell3;

（c）-orange-colouredhaliteinGaotanwell1;

（d）-grayhaliteinGaotanwell1

通过系统收集长寿地区已有钻孔资料，发现嘉陵江组四段二亚段岩盐厚度3~62m不等，主要包含三个比较稳定盐组。

下部第一盐组在双盐1井盐厚度最大，从南向北盐岩厚度减小，第二和第三盐组在长平3井盐岩厚度最大，向南北两侧逐渐厚度逐渐减小（图3），杂卤石主要出现在第二盐组，岩石组合特征与赵宪福和刘成林（2012）提出的钾盐沉积“三盐组”模式相似。

在双龙镇-合兴乡一带嘉陵江组地层厚度达到最大，厚度超过200米，钻孔资料显示双龙地区盐岩厚度普遍在20米以上，最高达到60米以上，结合长寿地区嘉陵江组四段地层岩盐厚度等值线图（图4），可以发现盐岩厚度在双龙镇向合兴乡一带有增大趋势；

双龙地区地层含盐率普遍高于45%，最高可达65%左右，结合长寿地区嘉陵江组四段地层含盐率等值线图（图5），在双龙镇向合兴乡一带地层含盐率也有增大趋势。

反映嘉陵江组四段时期，在双龙镇-保合村-合兴乡一带可能存在次级凹陷，该区是当时垫江盐盆盐岩主要浓缩中心之一。

图3垫江盐盆南部长寿地区部分含盐钻孔连井剖面图

Fig.3welltiesectionofsaltbearingboreholeinChangshouareaDianjiangbasin

图4长寿地区嘉陵江组四段地层岩盐厚度等值线图图5长寿地区嘉陵江组四段地层含盐率等值线图

Fig.4saltthicknesscountermapofJialingjiangformationinchangshouarea;

Fig.5saltcontentcountermapofJialingjiangformationinchangshouarea

4.2矿物成分及化学成分特征

高探1井样品矿物成分主要为石盐和硬石膏，石盐含量普遍在80%以上，未发现杂卤石等含钾矿物，化学成分分析显示K+含量较低，在0.041%~0.081%之间，平均值为0.053%；

Mg2+含量在0.001%~1.489%，平均值为0.12%；

Br-含量在0.016%~0.031%之间，平均值为0.022%；

Cl-含量在49.61%~62.62%之间，平均值为57.69%；

溴氯比值（Br*103/Cl）在0.29~0.50之间，平均值为0.38。

长平3井样品矿物成分主要为石盐、硬石膏、杂卤石、钾石盐等矿物，其中杂卤石主要分布在2749~2778m盐段，LG34、LG43、LG135样品杂卤石含量达到了35%，同时在LG82-2样品发现有钾石盐矿物。

杂卤石在镜下多呈显微粒状-微粒状结构、纤维放射状结构、不等粒结构。

化学成分分析显示K+含量在0.022%~3.82%之间，平均值为0.53%；

有10m左右的岩盐层达到钾盐边界品位要求，最高含量达到钾盐工业品位要求。

Mg2+含量在0.002%~1.29%，平均值为0.20%；

Br-含量在0.004%~0.31%之间，平均值为0.028%；

Cl-含量在31.2%~95.5%之间，平均值为55.3%；

溴氯比值（Br*103/Cl）在0.06~5.49之间，平均值为0.51。

图6长平3井含杂卤石岩盐样品扫描电镜照片（（a）-LG43;

（b）-LG82-2）

Fig.6SEMphotosofsaltsamplescontaininghalidesinchangpingwell3（（a）-LG43;

在海水蒸发、浓缩和盐类矿物结晶时，水溶液中溴的浓度逐渐增加，沉积石盐层中的溴含量也逐渐增加。

此外，溴呈类质同象进入氯的矿物中，溴离子半径为0.196nm，略大于氯离子半径（0.181nm），故应在较晚结晶作用期聚集，根据溴的这个地球化学习性，可以利用岩盐的溴氯系数（Br*103/Cl）来判断石盐的沉积阶段、成盐条件等（Cartwrightetal.,2006）。

Valyashko（1956）提出石盐中溴氯系数大于0.31表明古卤水已达到钾石盐沉积阶段；

溴氯系数大于0.45，古卤水达到光卤石析出阶段；

溴氯系数大于0.68，古卤水达到共结阶段。

许建新（2008）研究勐野井钾盐矿床时认为当石盐岩中的Br*103/Cl系数达到0.30时石盐沉积过程中就可能会出现钾矿化，而Br*103/Cl≥0.49时指示钾盐层的形成。

高探1井和长平3井中大部分盐岩样品溴氯系数超过0.31，甚至有一部分样品溴氯系数超过0.68，反映长寿地区三叠纪嘉陵江组四段岩盐沉积过程达到了钾石盐的矿化阶段（图7），勘探外围地区的嘉四段可能存在钾盐层。

图7长寿地区盐岩样品溴氯系数（（a）-高探1井样品;

（b）-长平3井样品）

Fig.7coefficientofBr*103/ClofsaltsamplesinChangshou（（a）-samplesingaotanwell1;

（b）-samplesinchangpingwell3）

4.3成钾条件分析

钾盐成矿是地球表生环境中“气候－物源－构造”三要素耦合的作用，极端干旱气候是成钾的前提，海水等富钾物质来源和构造凹地是成钾的必要条件（LiuChenglinetal.,2015）。

垫江盐盆地区早-中三叠世位于古特提斯洋东部，其时位于北纬0°

~20°

之间（WanTianfengetal.,2007），属于有利成钾的副热带高压带气候区。

汪明泉（2016）对川东地区岩盐流体包裹体研究表明嘉陵江期古海水的温度为17.7℃~63.5℃，平均温度为33.7℃，证实当时气候条件炎热，古海水温度较高，有利于古海水蒸发浓缩，为钾盐形成奠定了良好的气候条件。

四川盆地富钾卤水、含钾盐岩的主要物质来源存在多种观点。

黄建国等（1998）认为富钾卤水中的钾主要来自硫酸钾盐的深滤，其次来自蒸发浓缩卤水及火山灰吸附钾的释放；

郑绵平等（2015）认为在四川盆地三叠系大规模分布的杂卤石资源是深层富钾卤水中钾的重要来源；

王敬时等（2011）认为钾元素的一部分来源是原始卤水溶滤绿豆岩；

宋鹤彬（1997）认为四川盆地富钾卤水具有海-陆相混合型卤水特征；

崔启晨（2015）认为四川盆地三叠系含钾盐岩卤水，成因绝大多数属于海相沉积-大气降水叠加型，其成因既与大气降水的渗入有关，也与海水的补给有关。

长寿地区嘉陵江组四段纵向含盐剖面普遍由多个碳酸盐岩（白云岩）-硫酸盐岩（硬石膏）-氯化物岩（石盐岩）韵律组成，显示沉积卤水从“淡化-咸化”的不断重复发展和变化的记录，这与早、中三叠世成盐期，整个四川盆地虽然经历了多旋回的海平面升降变化一致。

同时，在长寿地区嘉陵江组四段二亚段盐岩中发现大量杂卤石矿物，这些杂卤石主要为粒状和柱状，存在于石盐晶体内部或附近，甚至发现有少量钾石盐矿物。

但是在石膏中却没有发现杂卤石，反映这种杂卤石为原生杂卤石（LinYaotingetal.,1998;

NiuXueetal.,2015）。

这种原生杂卤石的出现反映当时古卤水的咸化阶段在石盐沉淀的后期，卤水富含K+、Mg2+等离子。

结合前文对长寿地区溴氯系数的分析，可以认为古卤水沉积阶段已进入现代海水浓缩过程中的正常混合钾镁盐沉积阶段，表明长寿地区嘉陵江组四段含钾物质并非来自硫酸钾盐的深滤或原始卤水溶滤绿豆岩等，应该主要来自海水。

构造凹陷的分布及性质对成盐起着控制作用，在海退过程中，上扬子广阔的台地上，由于水体浅，能量低，蒸发作用强烈，大部分地区都有膏盐层分布。

早中三叠世时期泸州-开江古隆起的形成，对垫江盐盆形成封闭条件起到了重要作用（ZhaoYanjunetal.,2015）。

古隆起相对周缘地形较高，其内部及边缘发育的小盐洼，如长寿双龙-合兴地区，由于其水浅、盆小、蒸发速率快，有利于卤水浓缩，形成次级凹陷，从而满足钾盐形成的条件。

川东北华蓥山隔档式褶皱区，多由狭窄的背斜和宽缓的向斜组成，三叠系相对暴露较少，向斜或背斜的倾末端具有岩体较好的保存条件（ZhouJiayunetal.,2015）。

长寿合兴场一带位于双龙构造北倾末端北西区域，区域上由双龙背斜北倾末端、焦家场向斜北倾末端、丹渡背斜北倾末端、菩提山向斜北倾末端、卧龙河背斜南倾末端、梁平向斜南倾末端以及明月峡背斜东翼共同围陷，形成一良好的圈闭构造，同时区域内无断裂发育，为钾盐储存提供了良好的场所。

从以上分析可以发现，四川盆地东部垫江凹陷具备“气候－物源－构造”三要素耦合，具备成钾的良好条件。

垫江盐盆长寿地区嘉四段（T1j4）以厚层硬石膏、岩盐、膏质云岩、灰岩、灰色白云岩、膏质云岩为主，部分层位见杂卤石，区内沉积环境主要为台地蒸发岩相，进一步细分为云坪-膏云坪、膏湖、盐湖、富钾盐湖等微相环境。

盐湖主要分布在白云村、合兴乡-双龙镇一带，盐岩厚度大于10米，地层含盐率在20%以上。

长寿双龙-合兴一带地层厚度、盐岩厚度和地层含盐率等均指示该地区可能存在次级凹陷，且在长寿双龙长平3井中发见有赋存于石岩盐中的杂卤石层和少量钾石盐，暗示其属于小的沉积咸化中心，是找钾的有利区。

5结论

四川盆地东部垫江盐盆长寿地区长平3井K+含量最高达到3.82%，已达到工业品位要求，在2749~2778m盐段发现有大量杂卤石和少量钾石盐矿物。

高探1井和长平3井中绝大部分岩盐样品溴氯系数大于0.31，甚至一部分样品溴氯系数超过0.68，反映古卤水浓缩已达到钾盐析出阶段。

长寿地区三叠纪嘉陵江组时期古海水温度较高，气候条件炎热，成盐和成钾物质主要来自海水，物质来源丰富，在保合村一带可能存在次级凹陷，古构造条件优越，后期构造形成良好圈闭，保存条件良好，综合分析认为长寿地区钾盐成矿条件优越，具有很好的成钾潜力。

References

CartwrightI,WeaverTRandFifieldLK.2006.Cl/Brratiosandenvironmentalisotopesasindicatorsofrechargevariabilityandgroundwaterflow:

AnexamplefromthesoutheastMurrayBasin,Australia[J].ChemicalGeology,231（1~2）:

38~56.

CaiKeqinandYuanJianqi.1986.MetallogenicconditionsandprospectingdirectionofTriassicpotashinSichuan[J].GeologyofChemicalMinerals,

（2）:

1~9（inChinesewithEnglishabs