山東省大汶口盆地鹽類礦床的地質(zhì)成因探討

朱猛

(山東省魯北地質(zhì)工程勘查院，山東 德州　253015)

山東省大汶口盆地鹽類礦床的地質(zhì)成因探討

朱猛

(山東省魯北地質(zhì)工程勘查院，山東 德州253015)

大汶口盆地是魯西地區(qū)最大的一個(gè)沉積賦礦盆地，盆地內(nèi)賦存豐富的礦產(chǎn)資源，巖鹽礦、石膏礦、自然硫礦等，資源儲(chǔ)量巨大。就大汶口盆地鹽類礦床的形成條件問(wèn)題，地質(zhì)專家和學(xué)者一直有著不同的看法，該文從成礦物質(zhì)來(lái)源、氣候影響、古地理和地質(zhì)構(gòu)造因素等方面，對(duì)大汶口盆地礦床形成原因進(jìn)行了探討。

鹽類礦床；沉積巖；地質(zhì)成因；大汶口盆地

引文格式：朱猛.山東省大汶口盆地鹽類礦床的地質(zhì)成因探討[J].山東國(guó)土資源，2015，31(1)：27-30.ZHU Meng.Stuty on the Origin of Salt Deposit in Dawenkou Basin in Shandong Province[J].Shandong Land and Resources,2015，31(1)：27-30.

魯西南地區(qū)在燕山運(yùn)動(dòng)末期形成的凹陷基礎(chǔ)上，經(jīng)喜馬拉雅期運(yùn)動(dòng)形成一系列內(nèi)陸斷陷盆地，接受了大量成礦物質(zhì)在內(nèi)的大量沉積物，在盆地中沉積了巨厚的官莊群地層，其中大汶口盆地是該區(qū)最典型沉積斷陷盆地。該盆地內(nèi)賦存有豐富的礦產(chǎn)資源，如巖鹽礦、石膏礦、自然硫礦等。在以往的地質(zhì)勘探工作中，地質(zhì)專家和學(xué)者就大汶口盆地的礦床成因提出了不同的看法。該文在總結(jié)前人的資料基礎(chǔ)上，從成礦物質(zhì)來(lái)源、氣候影響、古地理和地質(zhì)構(gòu)造因素等方面重新對(duì)其認(rèn)識(shí)。

1　成礦物質(zhì)來(lái)源

就蒸發(fā)巖類礦床而言成鹽物質(zhì)來(lái)源多種多樣，歸納為兩大類成因類型：其一是海相成鹽；其二是陸相成鹽[1]。根據(jù)鹽類礦床特征，表明盆地物質(zhì)成分的復(fù)雜性，認(rèn)為物質(zhì)來(lái)源是多源的，就以下幾個(gè)方面進(jìn)行討論。

(1)相鄰凹陷的補(bǔ)給。該區(qū)成鹽盆地彼此即分割又相通有汶東凹陷、蒙陰凹陷、泰萊凹陷，各鹽盆巖相不同，具有明顯的分帶性，表明自東向西有沉積分異遷移現(xiàn)象。從圖1可以看出，北部的泰萊凹陷南部的牟汶河是自東向西流淌，南部的蒙陰凹陷—汶東凹陷南部的牟汶河也是自東向西流淌，其內(nèi)部的巖性相近，說(shuō)明了是鹵水自東向西補(bǔ)給，其沉積分相帶也是自東向西演變，反映出內(nèi)陸相多級(jí)盆地的成鹽模式，使鹽類物質(zhì)最終匯集成為小盆厚鹽的特點(diǎn)。

(3)古老泰山巖群變質(zhì)巖風(fēng)化補(bǔ)給。大汶口盆地外圍廣泛分布古老泰山巖群變質(zhì)巖系(片麻巖、混合巖)，根據(jù)以往的化驗(yàn)結(jié)果，MgO含量1.81%～3.30%，Na2O含量3.65%～4.29%，K2O含量3.05%～3.60%。這些巖石風(fēng)化易溶組分會(huì)隨地表水搬運(yùn)到盆地中，成為鹽類物質(zhì)組成的一部分。

(4)海水補(bǔ)給。以往地質(zhì)資料中提及到生物化石，如在汶東盆地魯-井官二段上部發(fā)現(xiàn)有小栗蟲(chóng)、放射蟲(chóng)化石；大汶口盆地ZK5，ZK14孔官莊二段上部見(jiàn)有苔蘚蟲(chóng)化石、孔蟲(chóng)化石和海綠石礦物，ZK9孔含鹽段砂巖見(jiàn)有海綠石礦物，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的古生物化石。得出了大汶口-蒙陰斷陷內(nèi)在始新世成鹽時(shí)期經(jīng)歷過(guò)海侵。

1—巖鹽相區(qū)；2—石膏巖相區(qū)；3—泥巖泥質(zhì)碳酸巖相區(qū)；4—碎屑巖相區(qū)；5—二級(jí)斷層；6—三級(jí)斷層；7—物質(zhì)來(lái)源方向圖1　泰萊凹陷—汶蒙凹陷帶官莊群碎屑巖—蒸發(fā)巖分布示意圖

但是，根據(jù)馮曉杰、渠永宏等人在西安工程學(xué)院學(xué)報(bào)發(fā)表的“中國(guó)東部早第三紀(jì)海侵問(wèn)題的研究”論文，否定了上述結(jié)論。列舉了國(guó)內(nèi)外的一些專著，說(shuō)明了在遠(yuǎn)離海洋的內(nèi)陸沉積盆地地區(qū)也發(fā)現(xiàn)過(guò)一些類似的生物化石，指出這些生物只是一些非海相生物，屬于氯化鈉型鹽水生物或是以往老地層的生物化石的殘留體[2]。因此，可以得出大汶口-蒙陰斷陷內(nèi)未出現(xiàn)過(guò)海侵。

2　古氣候條件

植物對(duì)氣候、環(huán)境的改變較為敏感，有效地指示當(dāng)時(shí)的溫度和濕度的變化。孢粉作為植物的繁殖器官，因數(shù)量大、個(gè)體小而易于保存，成為恢復(fù)古氣候理想指標(biāo)。

根據(jù)收集的大汶口盆地內(nèi)大量孢粉分析的資料，該區(qū)自中生代侏羅—白堊紀(jì)已是陸相干旱氣候條件，沉積了以紅色碎屑巖為主夾灰綠色泥巖和粉砂巖陸相地層，內(nèi)含陸相淡水瓣鰓類和介形類化石。因此，到始新世早期氣候是中生代以來(lái)干旱氣候繼續(xù)向更趨干旱方向演化的結(jié)果。

始新世初期(大汶口組一段時(shí)期)沉積了一套紫紅色砂巖、砂礫巖、礫巖等，在盆地內(nèi)覓得較豐富的孢粉化石，有被子植物花粉、裸子植物花粉、蕨類孢子等，其中被子植物花粉占57%，裸子植物占22%，蕨類孢子占21%。根據(jù)孢粉組合特征分析，認(rèn)為是熱帶的干旱植物群，結(jié)合沉積特征分析，始新世早期氣候炎熱而干燥。

始新世中期(大汶口組二段時(shí)期)，水域逐漸擴(kuò)大，沉積為一套灰色巨厚層泥灰?guī)r(部分為含白云質(zhì)泥灰?guī)r—泥質(zhì)白云巖)，并含有石膏團(tuán)塊，局部形成了硬石膏礦層。說(shuō)明此時(shí)湖水已向咸化發(fā)展，對(duì)植被生長(zhǎng)十分不利，植物生長(zhǎng)受到限制，但從孢粉組合來(lái)看，有少量的裸子植物花粉，及個(gè)別被子植物，主要為喜干熱的麻黃屬和松、榆、棟屬等，及大量生長(zhǎng)在水中的輪藻化石。根據(jù)上述孢粉組合和沉積物特征，認(rèn)為始新世中期氣候演變得更干旱炎熱。

晚始新世的極度干旱氣候，是始新世以來(lái)干旱氣侯背景上持續(xù)演化的結(jié)果，區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育含膏鹽沉積，巨厚的石鹽層。孢粉組合以麻黃屬、杉粉屬、單束、雙束松粉屬為主和落葉、闊葉植物花粉(棟屬、榆粉屬)含量較多的特征，此時(shí)的植物群景觀，有大量喜干旱氣候條件下生長(zhǎng)的麻黃屬植物，也有喜暖熱濕潤(rùn)的氣候條件生長(zhǎng)的杉屬植物，反映始新世末期主要是干旱與暫時(shí)相對(duì)暖熱濕潤(rùn)的交替氣候條件。

到漸新世早期，即大汶口組三段沉積時(shí)期，主要以灰、深灰、灰綠色泥灰?guī)r，鈣質(zhì)泥巖為主，夾少量砂巖，上部夾薄層石膏，含淡水型的瓣鰓類，介形類化石豐富，植物化石常見(jiàn)，孢粉化石較為豐富，組合特征是:被子植物花粉占優(yōu)勢(shì)，含量一般為41.8%～96%；藻類一般含量為4.4%～22%，個(gè)別高達(dá)72%；裸子植物花粉較少。上述組合以小亨氏棟粉十分發(fā)育和藻類繁盛為其特點(diǎn)，是潮濕植物群，結(jié)合沉積特征，反映了漸新世早期氣候暖熱潮濕亞熱帶型氣候，但有時(shí)變?yōu)槎虝r(shí)的干旱氣候條件，沉積薄層石膏。

綜合上述，根據(jù)孢粉組合和反映干早氣候沉積類型，大汶口組沉積時(shí)古氣候變化，含鹽系是在始新世晚期炎熱干旱氣候條件下沉積形成的[3]。

3　成鹽盆地的古地理?xiàng)l件

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)及古地理特征，大汶口組鹽礦屬于陸相斷塊隆起上準(zhǔn)平原化的鹽湖沉積，這種古地理嚴(yán)格控制了該區(qū)巖相分布，在凹陷帶抬升的部位，堆積著始新世時(shí)期沖積相的碎屑巖，在相對(duì)低凹開(kāi)闊的部位為湖泊相或咸化湖相沉積。

從圖2可以看出，大汶口組一段時(shí)期，主要沉積一套紫紅色、紫色粗碎屑巖，巖石類型為礫巖、含礫砂巖、粗砂巖夾薄層細(xì)砂巖。礫石成分、含量因供源區(qū)剝蝕區(qū)基巖性質(zhì)不同而異，主要成分為石灰?guī)r，片麻巖、石英巖等，巖層具交錯(cuò)層，剖面結(jié)構(gòu)為下粗上細(xì)，反映大汶口組早期為干旱氣候氧化環(huán)境條件下河流沖積相。到大汶口組二段下部時(shí)期，沉積一套紫紅色、紅色粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖、粘土巖，下部夾含礫砂巖，上部夾薄層硬石膏巖，剖面結(jié)構(gòu)為下粗上細(xì)特征，反映大汶口組二段下部時(shí)期為干旱氣候氧化環(huán)境下陸上湖相沉積。到大汶口組二段上部時(shí)期為一套巨厚的鹽類沉積，巖性以氯化物(石鹽巖)為主，其次鈉-鎂硫酸鹽巖(包活硫鎂礬巖、鈉鎂礬巖、無(wú)水鈉鎂礬巖等)、鉀-鎂硫酸鹽巖(包括雜鹵石、無(wú)水鉀鎂礬巖等)、硫酸鹽巖(硬石膏巖、石膏巖)，大汶口組二段上部頂部主要為深灰色泥灰?guī)r夾薄層硬石膏巖[4-5]。

根據(jù)剖面沉積相分析，認(rèn)為該區(qū)大汶口組成鹽過(guò)程，早期(大汶口組一段時(shí)期)由于氣候干燥，沉積了以河流沖積相為主粗碎屑巖，中期(大汶口組二段下部時(shí)期)沉積了以淡水湖相為主砂巖、粉砂巖、粘土巖到中—晚期(大汶口組二段上部)氣候變得更為干燥炎熱，湖盆封閉較好，強(qiáng)烈蒸發(fā)，經(jīng)常處于半干涸，逐漸發(fā)展演化成鹽湖，沉積了一套含鹽系，之后，干旱變得相對(duì)潮濕，凹陷被湖水所覆蓋，沉積了一套泥灰?guī)r、泥巖夾硬石膏巖淡水湖相沉積，反映大汶口組成鹽作用全過(guò)程。

4　區(qū)域構(gòu)造對(duì)成鹽盆地和成鹽作用的控制

魯西地區(qū)是燕山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)繼承改造古構(gòu)造基礎(chǔ)上差異性斷塊活動(dòng)發(fā)展形成的一個(gè)正向隆起的大地構(gòu)造單元。該區(qū)由NE—NNE向、NW—NNW向區(qū)域性次級(jí)主干斷裂控制的凸起、凹陷帶組成構(gòu)造基本格架。燕山運(yùn)動(dòng)差異性升降活動(dòng)，使這種斷塊分割呈現(xiàn)南東方向應(yīng)力集中，盆地狹窄，沉降幅度相對(duì)較小，古近系厚度較薄，北西方向應(yīng)力相對(duì)變?nèi)?，盆地開(kāi)闊，下降幅度較大，古近系厚度大，并沉積大汶口組的一套蒸發(fā)巖系地層。

大汶口-蒙陰斷陷內(nèi)部還發(fā)育更次級(jí)橫向斷裂，這些斷裂具有平推性質(zhì)，導(dǎo)致凹陷帶進(jìn)一步縱向分割，于是一個(gè)斷陷又形成多個(gè)次盆地，形成串珠狀的“多級(jí)”盆地分布特征，盆地之間有地形平坦呈階梯狀狹窄通澎目串通，為成鹽時(shí)期鹵水分異作用提供了構(gòu)造條件[6]。

盆地中由于同生斷裂活動(dòng)進(jìn)一步將盆地分割成若干個(gè)洼地，如東向、滿莊、大西牛洼地，同生斷層也控制鹽類沉積，使洼地下降過(guò)程中在深洼中聚集濃縮鹵水，沉積鹽類物質(zhì)，如東向洼地具有厚層石鹽。由于同生斷層控制的盆地多呈“箕狀”才‘單斷”形態(tài)，沉降中心多靠近斷層一側(cè)，因此，這里沉積物堆積厚度大，地層發(fā)育全，成鹽作用好，鹽類物質(zhì)沉積厚。

1—礫巖相；2—砂礫巖相；3—砂巖相；4—粘土巖相；5—泥灰?guī)r相；6—石膏巖相；7—石鹽巖相；8—硫酸鈉鎂鹽相；9—硫酸鉀鎂鹽相；10—奧陶系；11—寒武系；12—新太古代變質(zhì)巖系；13—古近紀(jì)官莊群大汶口組三段；14—大汶口組二段；15—大汶口組一段；16—官莊群朱家溝組；17—地層分界線；18—地震反射層界面及代號(hào)；19—地層不整合界線；20—實(shí)(推)測(cè)斷層圖2　泰安市大汶口盆地巖相地質(zhì)剖面圖

5　結(jié)論

(1)大汶口盆地內(nèi)的鹽類物質(zhì)來(lái)源主要為三方面：相連凹陷補(bǔ)給、凹陷周邊補(bǔ)給和老變質(zhì)巖風(fēng)化補(bǔ)給。

(2)根據(jù)孢粉組合，反映出的干早氣候沉積類型，在大汶口組沉積時(shí)古氣候是炎熱干旱，適合鹽類礦物蒸發(fā)稀釋出來(lái)。

(3)經(jīng)古地理和地質(zhì)構(gòu)造因素分析，大汶口盆地所處的位置是適合鹽類礦物質(zhì)的沉積和保存。

(4)通過(guò)從成礦物質(zhì)來(lái)源、氣候影響、古地理和地質(zhì)構(gòu)造因素等方面分析，得出大汶口盆地為內(nèi)陸湖湘沉積盆地。

致謝：感謝山東省泰安市大汶口盆地石膏、巖鹽礦成礦規(guī)律和找礦方法的基金對(duì)該研究的支持。

[1]焦養(yǎng)泉，李珍，周海民.沉積盆地物質(zhì)來(lái)源綜合研究[J].巖相古地理，1998，18(5)：16-20.

[2]馮曉杰，渠永宏，王洪江.中國(guó)東部早第三紀(jì)海侵問(wèn)題的研究[J].西安工程學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，21(3)：9-12.

[3]雷春碧.山東下第三系大墳口組孢粉組合及其地層意義[J].華東石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1998，(1)：42-55.

[4]張本書(shū)，趙追，韓朝陽(yáng)，等.鹽湖盆地層序地層學(xué)研究綜述[J].西北地質(zhì)，2005，38(1)：94-99.

[5]趙追，陳國(guó)鋒，程書(shū)香.陸相鹽湖盆地層序地層學(xué)研究綜述[J].世界地質(zhì)，2004，23(4)：338-342.

[6]余和中，呂福亮，郭慶新，等.華北板塊南緣原型沉積盆地類型與構(gòu)造演化[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，2005,27(2):111-117.

Key：Salt type deposit；sedimentary rock; geological origin; Dawenkou basin

Stuty on the Origin of Salt Deposit in Dawenkou Basin in Shandong Province

ZHU Meng

(Lubei Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Dezhou 253015, China)

Dwenkou basin is the biggest sedimentary ore-bearing basin in western Shandong province. Rich mineral resources occurred in this basin with abundant reserves, such as rock-salt deposit, gypsum deposit and native sulfur deposit. At present, geologistical experts and scholars hold different viewpoints on geological forming conditions of salt type deposits in Dawenkou basin. In this paper, from the aspects of minerals source, climate effects, paleogeography and geological structures, the forming origin of Dawenkou basin has been studied.

2014-03-27；

2014-06-12；編輯：曹麗麗

山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局資助項(xiàng)目(KY201304)

朱猛(1978—)，男，遼寧錦州人，工程師，主要從事地質(zhì)勘查工作；E-mail:zhumeng28@163.com

P619.21

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