老撾東泰鉀鎂鹽礦床鉀鹽成生順序成因探討

亓協(xié)全，成世才，宋永芬，陳剛，馬浩寧

(1.中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 濟(jì)南 250013；2.濟(jì)南春旭化工設(shè)計(jì)有限公司,山東 濟(jì)南 250014；3.山東省核工業(yè)二四八地質(zhì)大隊(duì),山東 青島 266600)

老撾東泰礦區(qū)位于呵叻高原北部沙空那空盆地的東北緣，為以高鎂為特征的呵叻高原鉀鹽沉積的一部分。呵叻高原是世界上最大的鉀鹽沉積礦床之一。關(guān)于呵叻高原鉀鹽成因、物源等問題已有相關(guān)研究，曲懿華等認(rèn)為：構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制成鹽盆地形成，古海水作為鉀鹽來源，因此礦床成因?yàn)楹Ｔ搓懴喑梢騕1,2]。該文對(duì)東泰礦區(qū)礦層沉積次序進(jìn)行分析，對(duì)研究礦床成生機(jī)理有一定指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 巖相古地理

侏羅紀(jì)晚期燕山運(yùn)動(dòng)使呵叻高原邊緣隆起，而盆地中心則相對(duì)沉降，加之氣候炎熱、干燥，該區(qū)開始進(jìn)入成鹽階段；古新世以后，該區(qū)結(jié)束鹽類沉積；至始新世末發(fā)生區(qū)域性隆起，該區(qū)沉積歷史結(jié)束[3]。

1.2 區(qū)域構(gòu)造

區(qū)域構(gòu)造總體為一樞紐向北揚(yáng)起的復(fù)式向斜構(gòu)造[4]，研究區(qū)位于沉積盆地的東北緣，略具邊緣沉積相，如圖1。該區(qū)巖漿巖不發(fā)育，區(qū)域中新生代地層簡(jiǎn)述如表1。

2 礦區(qū)地質(zhì)

2.1 礦區(qū)地層

圖1 呵叻高原構(gòu)造略圖

根據(jù)塔杜波(Ta Duc Bon)等的資料，將該區(qū)含鹽系地層劃分為3個(gè)泥巖層和3個(gè)巖鹽層，一個(gè)巖鹽層和一個(gè)泥巖層構(gòu)成一個(gè)沉積旋回。由下而上簡(jiǎn)述如表2[3]。

表1 呵叻高原地區(qū)中新生代地層

表2 礦區(qū)地層劃分

2.2 礦區(qū)構(gòu)造

根據(jù)重力勘探推斷，該區(qū)斷裂以NW和NE兩組斷裂為主；SN向和EW向斷裂很少[3]。其中，NW向斷裂形成較早，延深約250m以上；NE向斷裂形成稍晚，延深較淺，約100m左右，多切割NW向斷裂。

2.3 礦體特征

東泰礦區(qū)鉀鹽礦礦體分布較廣，大致呈NW—SE方向展布，產(chǎn)狀近似水平，主礦體產(chǎn)于古近紀(jì)農(nóng)波組下鹽層的頂部，呈層狀、鹽丘狀產(chǎn)出，具加厚減薄現(xiàn)象，局部地段具分支復(fù)合現(xiàn)象(圖2)。個(gè)別鉆孔未見礦，說明礦層中間不連續(xù)。多數(shù)情況下，上為鉀石鹽礦層，下為光鹵石礦層。中鹽層頂部也存在小規(guī)模透鏡狀次要礦體，僅在局部地段具工業(yè)意義。

2.4 礦石特征

光鹵石(MgCl2·KCl·6H2O)：無色到淺粉紅色、紅色至肉紅色，一般呈他形、不規(guī)則粒狀集合體出現(xiàn)，粒度一般0.2～0.8cm，個(gè)別可達(dá)1cm以上。鏡下觀察：?jiǎn)纹庀聻闊o色透明、自形—半自形粒狀晶體，粒徑0.2～2mm。

鉀石鹽(KCl)：通常呈淺紅色、紅褐色、磚紅色、青灰色、無色等，該礦物一般呈粒狀，粒度隨產(chǎn)出位置不同而異，一般0.1～0.5cm，他形—半自形，少數(shù)為自形或不規(guī)則粒狀，鏡下觀察：呈自形—半自形立方晶體。

3 成生序列

3.1 礦層理論成生序列

根據(jù)鹽類礦物的沉積特征，理論上自下而上依次為：石膏—石鹽—鉀石鹽—光鹵石。

為了說明鉀石鹽及光鹵石的理論成生序列，引入程懷德等[5]鹽類沉積四元體系相圖的理論，如圖3將ADEFGA區(qū)劃分為3個(gè)區(qū)：ADI高鉀低鎂區(qū)、AIE高鉀高鎂區(qū)和AEFG低鉀高鎂區(qū)，具有這3個(gè)區(qū)體系點(diǎn)特性的母液組分分別為M1，M2和M3。對(duì)于M1組分的母液蒸發(fā)時(shí)，體系點(diǎn)由M1→P1，蒸發(fā)析鹽順序：氯化鈉→氯化鈉+氯化鉀→氯化鈉+光鹵石→氯化鈉+水氯鎂石。對(duì)于M2組分的母液

圖2 老撾東泰礦區(qū)某勘探線剖面圖

蒸發(fā)時(shí)，體系點(diǎn)由M2→P2,蒸發(fā)析鹽順序：氯化鈉→氯化鈉+氯化鉀→氯化鈉+光鹵石→氯化鈉+水氯鎂石。對(duì)于M3組分的母液蒸發(fā)時(shí)，體系點(diǎn)由M3→P3,蒸發(fā)析鹽順序：氯化鈉→氯化鈉+光鹵石→氯化鈉+水氯鎂石。從這3種蒸發(fā)析出順序可以看出，鉀石鹽始終較光鹵石先析出，即鉀石鹽層在下，光鹵石層在上。

圖3 NaCl-KCl-MgCl2-H2O四元體系相圖(25℃)[5]

3.2 工作區(qū)實(shí)際礦層順序

工作區(qū)及鄰區(qū)實(shí)際礦層順序與此理論序列恰恰相反，多數(shù)情況下鉀石鹽層位于光鹵石層的上面，見圖2。

4 成因分析

4.1 Br元素含量及變化規(guī)律

筆者試從地球化學(xué)的角度，從東泰礦區(qū)下鹽層Br元素隨深度的變化規(guī)律中分析該區(qū)形成鉀石鹽在上、光鹵石在下的原因。

圖4 東泰某鉆孔光鹵石中Br含量剖面圖

圖5 東泰某鉆孔鉀石鹽中Br含量剖面圖

從圖4可以看出，光鹵石中的Br在剖面上的含量自下至上逐漸增大，到303.31m，當(dāng)光鹵石含量達(dá)到55.43%時(shí)，Br含量達(dá)到最大值0.334%。這是因?yàn)殡S著古海水的蒸發(fā)，鹵水濃度越來越大，鹵水中Br含量自然也越來越大，所以，作為與Cl同族的Br在蒸發(fā)析出的鹽中的含量也越來越大。

從圖5可以看出，鉀石鹽中的Br在剖面上的變化幅度很小(Br含量0.05%～0.1%)，含量也很低，要比光鹵石層低得多。筆者推測(cè)，鉀石鹽不是原生沉積形成，它是原生光鹵石經(jīng)水解和重結(jié)晶作用而形成的次生產(chǎn)物。

隨著成鹽鹵水在演化過程中不斷蒸發(fā)濃縮，Br元素的含量是逐漸升高的過程，基本應(yīng)表現(xiàn)為自下而上平緩增加的趨勢(shì)[6]，圖4中光鹵石礦中溴在剖面上的含量自下至上逐漸增大的情況與這一推論是一致的，但在鉀石鹽礦中，溴含量在剖面的變化幅度很小，且含量很低，僅為在光鹵石中的1/5～1/3，兩者差別十分明顯，筆者推測(cè)，這是因?yàn)殁淃}礦在形成以后發(fā)生過元素遷移和重結(jié)晶作用的結(jié)果。這一推測(cè)從對(duì)老撾萬象平原鉀鹽礦床的研究中得到驗(yàn)證。

4.2 光鹵石晶體形態(tài)

在萬象平原部分礦區(qū)光鹵石礦石中，石鹽晶體被光鹵石包裹[7，8]，說明在石鹽形成以后，高鎂高鉀的層間鹵水沿石鹽層的構(gòu)造裂隙和晶間裂隙流動(dòng)，并將其填充，后來在結(jié)晶作用下形成光鹵石將石鹽晶體包裹；相反，在光鹵石礦體形成以后，層間鹵水或沿上部裂隙流下的K飽和Mg不飽和的鹵水，選擇性地溶解了光鹵石中的MgCl2[9，10]，同時(shí)帶走部分光鹵石中的Br，而溶解度相對(duì)MgCl2較小的KCl被保留下來，形成了鉀石鹽在上光鹵石在下，且光鹵石中的Br自下而上逐漸升高，鉀石鹽中的Br含量基本不變且總體較小的情況出現(xiàn)。

5 結(jié)語

根據(jù)Br元素在鉀石鹽和光鹵石中含量的差別及變化規(guī)律，結(jié)合光鹵石的晶體形態(tài)可以得出，老撾東泰及鄰區(qū)的實(shí)際層位順序?yàn)殁浭}在上，光鹵石在下這一現(xiàn)象的出現(xiàn)，是鉀鹽礦(光鹵石)在形成以后發(fā)生過元素遷移和重結(jié)晶作用的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曲懿華,袁品泉.蘭坪-思茅盆地鉀鹽成礦規(guī)律及預(yù)測(cè)[M].北京:地質(zhì)出版社，1998：76-80.

[2] 錢自強(qiáng),曲懿華,劉群，等.鉀鹽礦床[M].北京:地質(zhì)出版社,1982:223-233.

[3] 成世才，宋永芬，馬潔寧，等,老撾東泰鉀鹽礦區(qū)礦床控礦因素探析[J].山東國(guó)土資源,2012,28(4):15-18.

[4] 王少華.老撾萬象平原鉀鹽礦床控礦構(gòu)造研究[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì)，2011,33(1):41-45.

[5] 程懷德,馬海州，山發(fā)壽，等.基于相化學(xué)研究老撾萬象鉀鎂鹽礦床形成的機(jī)制[J].地球?qū)W報(bào),2010,31(2):194-202.

[6] 張西營(yíng),馬海州，譚紅兵，等.老撾東泰鉀鹽礦床地球化學(xué)及其沉積后變化初步研究[J].礦床地質(zhì),2010,29(4):714-720.

[7] 朱延浙.老撾萬象平原鉀鹽礦床[J].地質(zhì)與資源,2008，17(1):45-49.

[8] 郭遠(yuǎn)生，吳軍，朱延浙，等.老撾萬象鉀鹽地質(zhì)[M].昆明：云南科技出版社，2005：200-220.

[9] 石國(guó)成，路耀祖，徐新文，等.試探鹽背斜與固體鉀鹽礦的關(guān)系-以老撾農(nóng)波盆地鉀鹽礦為例[J].青海大學(xué)學(xué)報(bào),2010,28(6):70-72.

[10] DZ/T0212-2002.鹽湖和鹽類礦產(chǎn)地質(zhì)勘查規(guī)范[S].北京：地質(zhì)出版社，2002.