哈萨克斯坦钾盐矿与老挝钾盐矿的对比.pdf
哈萨克斯坦钾盐矿与老挝钾盐矿的对比 乌罕图【摘 要】介绍了滨里海盆地的典型钾盐矿,如日良矿和塞梯莫拉矿,并尝试与已进行很多研究工作的老挝沙空那空盆地钾盐矿进行对比.通过比较矿物组成、盐背斜结构对矿体产生的影响以及钾石盐的成矿模式,为在相关地区的研究及开发钾资源提供参考.【期刊名称】化肥工业【年(卷),期】2016(043)005【总页数】6 页(P71-76)【关键词】滨里海盆地;沙空那空盆地;钾盐矿【作 者】乌罕图【作者单位】中哈富通钾肥技术北京有限公司 北京 100013【正文语种】中 文【中图分类】P619.21+1 中国是缺钾的国家，自产钾肥难以满足农业生产需求，每年需要大量进口钾肥，而邻国哈萨克斯坦拥有丰富待开发的钾资源。目前，已有较为全面系统地针对老挝沙空那空盆地钾盐矿的研究工作，而针对滨里海盆地的钾盐矿研究工作却很少，现将滨里海盆地的钾盐矿与老挝的钾盐矿进行综合对比分析，以增强对这些矿的认识，并为在相关地区的研究和开发钾资源提供参考。哈萨克斯坦的钾盐矿产于滨里海盆地孔谷阶含盐层中。滨里海盆地位于里海的北部(图 1)，东西长约 1 000 km，最宽处接近 650 km，轮廓近似椭圆形，总面积约500 000 km2，其中 80%属于哈萨克斯坦境内的西哈萨克斯坦州、阿特劳州、阿克托别州，其余部分(北部、西部及西南部)为俄罗斯所有1。滨里海盆地内充填了巨厚的古生代、中生代和新生代沉积物，以二叠统的孔谷阶含盐层为界，可分为 3 个构造地层组合，即盐下层系、含盐层系和盐上层系。含盐层系为下二叠统上部孔谷阶，全盆地广泛发育，主要由盐岩、硬石膏夹层构成(夹在碎屑岩之中)，偶见陆源碳酸盐岩，并含有钾盐、镁盐等矿物，盐层厚度变化范围为 16 km，盐的储量相当巨大，盆内分布有各式各样的盐丘构造超过 1 500个。滨里海盆地的地层和沉积特征如表 1 所示2。海西运动末期，乌拉尔褶皱隆起，形成山前坳陷带，使得地槽中的海水流入乌拉尔前缘坳陷带及邻近地区，形成东面以乌拉尔褶皱带为界，西面为波罗的地盾、澳罗涅日地块等单元为界的巨大内陆海盆。二叠纪亚丁斯克期末，俄罗斯陆台西部上升，使孔谷期海盆面积缩小，水体仅保存在乌拉尔前缘坳陷带、滨里海盆地和俄罗斯陆台东缘较狭窄的地带，盆地与大海的联系在孔谷期越来越困难，直至完全断绝，海盆进一步分异为西部微上升地带、东部弱下降地带(乌拉尔褶皱带)和南部剧烈下陷地带(滨里海盆地)3。在滨里海盆地中部坳陷区，主要发育盐株和盐墙构造，盐体聚集现象明显，盐构造规模大，孔谷阶和喀山阶盐层一起发生变形，形成巨型的盐墙构造；向盆地边缘方向，盐丘排列成盐脊，并逐渐与盆地边缘平行；在盆地东部边缘地区，盐构造隆起幅度相对较低，主要发育不对称盐墙和盐滚构造4。滨里海盆地盐构造分布示意如图 2 所示。2.1 日良钾盐矿 日良钾盐矿床位于哈萨克斯坦西部，在阿克 托别州的首府阿克托别城(旧称阿克纠宾斯克城)东南偏东 715 km 处。从大地构造上看，该矿处于滨里海盆地东部边缘，紧邻乌拉尔褶皱带，位于大体上南北走向的日良背斜构造上，矿区内的断裂带主要在 3 个方向，即西北方向断裂带、北-西北方向断裂带和近南北方向。矿区内分布着下二叠纪、上二叠纪、三叠纪、中侏罗纪、白垩纪和第四纪沉积层，钾盐所分布的上二叠纪孔谷阶沉积层可分为下方的含盐岩系和上方的硫酸陆源岩系5-6。钾盐矿位于含盐岩系中，可分为 2 层，下层为杂卤石，上层为钾石盐-光卤石(图3)。杂卤石埋深 350900 m，共有 3 个杂卤石层位，均位于二次背斜褶皱结构的围斜部分，为透镜体结构，各杂卤石层之间有岩盐夹层，下、中、上层位平均厚度分别为 25.3，22.8 和 36.9 m。杂卤石成分比较单一，其外观和硬度类似于硬石膏，主要为灰色，偶见浅灰-白色，肉眼很难辨别。杂卤石矿平均矿物成分如下(质量分数)：杂卤石 80%，石盐 10%15%，硬石膏3%，硬石膏中还夹杂有少量钾石盐、碳酸盐、钙芒硝等杂质。杂卤石层上有一定程度的硼富集，硼酸盐沉积主要成分为水方硼石，分布在硬石膏和泥质板岩的夹层和上杂卤石层位的上方，主要集中在岩盐夹层中含有大量 硬石膏的石盐或者硬石膏岩层上，很少聚集在纯石盐上，未在杂卤石层位上出现。钾石盐-光卤石矿层埋深 250700 m，共有 2 个钾石盐层位，分布在背斜的东翼和西翼，相互独立，均为透镜体结构，且均以钾石盐为主，仅在东翼北部小范围发现光卤石矿体。东翼矿体倾角最大能达 60，下、上层位平均厚度分别为 18.00 m和 24.00 m。西翼矿体比东翼小，其形态更复杂，下、上层位平均厚度分别为37.65 m 和 21.10 m。钾石盐分为以下 2 种类型：条纹状钾石盐，由岩盐及含有少量硬石膏和泥质物质杂质的钾石盐组成，具有薄薄的层理，各夹层之间的边界清晰可见，岩盐夹层为无色、灰色或者蓝色，泥质物质夹层呈黑色，钾石盐夹层呈红色；杂色钾石盐，由岩盐和钾石盐组成，含有杂卤石和泥质物质杂质，各种成分无序分布，钾石岩呈砖红色或乳白色，很少见无色，岩盐为无色、透明、蓝色或灰色，含盐泥岩和杂卤石为绿灰色。以上 2 种钾石盐相互交错，尚未确认分布规律。哈萨克斯坦国家储量委员会所批准的日良钾盐矿的储量为 1.5 亿 t 钾石盐和 8.5 亿t 杂卤石，平均氧化钾品位分别为 18.65%(质量分数，下同)和 9.56%7。2.2 赛梯莫拉钾盐矿 赛梯莫拉钾盐矿位于西哈萨克斯坦州(旧称乌拉尔州)境内，位于该州首府乌拉尔斯克市以南 250 km 处。从大地结构上看，该矿位于滨里海盆地中部。赛梯莫拉钾盐矿位于赛梯莫拉盐丘上，盐丘的长轴大体为西北向东南方向8。与日良钾盐矿一样，赛梯莫拉矿区分布着下二叠纪、上二叠纪、三叠纪、中侏罗纪、白垩纪和第四纪沉积层，且二叠纪孔谷阶沉积层同样可分为下方的含盐岩系和上方的硫酸岩系。赛梯莫拉矿的钾盐层位于孔谷阶含盐岩系中，成矿规模远大于日良矿，其钾盐层埋深 3301 250 m，可分为 5 个矿带，绝大部分为钾石盐，从下至上 5 个矿带平均厚度分别为 20.3，18.7，35.1，29.7 和 13.0 m，各个矿带连续性好。钾石盐颜色多样，分布最多的是乳白色和红色钾石盐8。此外，在含盐岩系和硫酸岩系中均有达到工业规模的硼的矿化，硼酸盐矿化可分为硫酸盐层硼矿和盐层硼矿(图 4)。盐层中的硼矿化通常与钾盐矿化有联系，钾盐矿体可向硼钾矿或硼矿过渡，主要为硼钾镁石。硫酸盐层硼矿分布于硫酸盐残积层中，主要为水方硼石和硼钠钙石，受盆地中央盐丘构造的影响，其硼的来源与盐层有关联。哈萨克斯坦国家储量委员会所批准的赛梯莫拉钾盐矿的C1+C2 级钾盐储量为31.0 亿 t，平均氧化钾品位为 16.89%9。3.1 矿物组成对比 滨里海盆地和老挝沙空那空盆地均出现完全的海相沉积环境所难以出现的矿物组成，说明这 2 个盆地在形成时均有庞大的非海相水体补给。在滨里海盆地盐层中出现了大规模的硼酸盐沉积，而海相沉积硼矿在世界范围内都很少见，主要是由于海水自然沉积硼酸盐的难度很大。硼酸盐沉积的存在证明了滨里海盆地在盐类沉积时有大量成分与海成卤水明显不同且富含硼的水体进入盆地，而水体中硼的来源很有可能是与乌拉尔造山运动有关的火山活动10。滨里海盆地和沙空那空盆地也各自出现了有特点的含钙沉积岩，即滨里海盆地边缘日良矿的原生杂卤石矿层和沙空那空盆地的溢晶石，这 2 种矿物均很难在完全的海相沉积环境下形成。自然蒸发难以形成大规模杂卤石的原因在于析出硫酸钙盐时，钾、镁远没有饱和，只能析出石膏之类的硫酸盐，而卤水进入钾镁盐沉积阶段时，已没有足够的钙形成杂卤石，故形成原生沉积杂卤石需在盐湖浓缩至硫酸钾镁盐沉积阶段时有外来钙的补给，或在硫酸钙盐沉积阶段有外来钾、镁的补给11-12。溢晶石作为一种极易溶解的盐类矿物，不能从正常海水蒸发的最终产物中得到，现阶段关于这些溢晶石形成的主流理论之一就是认为溢晶石沉淀与非海相的富 CaCl2卤水热液进入盆地有关，并且它们都是原始沉积而非沉积后成岩转化所致13。3.2 盐背斜对矿体的影响 沙空那空盆地在老挝境内的部分主要是其边缘地带，成矿期后盐类矿层主要受褶皱(盐向斜、盐背斜)控制13-15。对沙空那空盆地的次生盆地农波盆地的背斜进行研究时发现，形成盐背斜时，钾盐矿同时也向其轴部流动，使得盐背斜轴部的钾盐矿层比两翼厚(图 5)。对万象平原盐背斜进行研究时发现，若盐背斜刺穿了上层隔水层，则会出现钾盐矿体在背斜中部缺失并分布在两翼的状况14。钾盐矿体分布在盐背斜两翼的成因示意如图 6 所示。同样处于盆地边缘地区的日良矿盐结构也是由盐背斜所控制，日良矿钾盐层同时出现了上述 2 种模式的特点，即上部的钾石盐层在背斜中部缺失并分布在两翼，而下部的杂卤石层集中在背斜中央。由此可以认为日良矿盐背斜在形成时曾经刺穿了上层隔水层，破坏了中部的钾石盐，而埋藏较深且难溶的杂卤石未受影响。3.3 钾石盐的成矿模式 对沙空那空盆地钾盐矿层的研究表明，该钾盐矿以光卤石为主。理论上，在蒸发时若卤水的钾离子含量高至能析出钾石盐，则钾石盐始终先于光卤石析出，形成钾石盐层在下、光卤石层在上的分布特点16。在老挝，仅有少量区域发现了位于钾盐层底部的原生钾石盐17，多数情况下钾石盐层位于光卤石层之上，这是因为这些钾石盐是 由原生光卤石经水解和重结晶作用的二次成矿13-17。根据对甘蒙省钾盐矿封存水的研究，提出了一种次生钾石盐的成矿模式：在光卤石矿形成以后，盐背斜轴部抬升，上覆泥岩厚度变薄，并且在张力作用下形成张性节理、裂隙，加之顶部风化剥蚀作用，导致地下水沿张性裂隙下渗，开始侵蚀光卤石矿层顶部；在溶蚀过程中，溶解度相对较大的 MgCl2 被带走，而溶解度相对较小的 KCl 被保留下来，再经重结晶作用形成次生钾石盐层，然后在区域沉降的背景下上覆泥岩继续接受沉积，矿层得以保存18。在日良矿中发现的条纹状钾石盐和杂色钾石盐与俄罗斯上卡姆矿的条纹状钾石盐和杂色钾石盐具有类似的对应特征，由此可认为与俄罗斯上卡姆矿一样，条纹状钾石盐为原生矿，杂色钾石盐为次生矿5。日良矿拥有符合在老挝发现的次生钾石盐的封存水成矿模式的盐背斜构造，有可能日良矿的次生钾石盐拥有同样的成矿模式，而这 2 种钾石盐相互交错的分布特点证明其在形成时卤水的钾离子含量变化情况远比老挝沙空那空盆地钾盐矿复杂。鉴于盆地边缘的日良矿能大量形成原生钾石盐，并且盆地中央的赛梯莫拉矿能形成规模庞大的钾石盐，可以认为滨里海盆地形成之时卤水的钾离子含量远高于沙空那空盆地。(1)滨里海盆地和沙空那空盆地均出现了有明显非海相水体补给才能产生的矿物组成。(2)日良矿的构造特征验证了盐背斜结构控制钾盐分布的理论，即盐背斜轴部的钾盐矿层比两翼厚；但若盐背斜刺穿了上层隔水层，则会使钾盐矿体在背斜中部缺失，剩余矿体分布在两翼。(3)滨里海盆地卤水的钾离子含量远高于沙空那空盆地。【相关文献】1 徐传会，钱桂华，张健球，等.滨里海盆地油气地质特征与成藏组合M.北京：石油工业出版社，2009.2 史丹妮，杨双.滨里海盆地盐岩运动及相关圈闭类型J.岩性油气藏，2007(3)：73-79.3 钱自强，曲一华，刘群.钾盐矿床M.北京：地质出版社，1994.4 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