陜北奧陶紀(jì)鹽田成礦條件與地質(zhì)特征

吳　欣　蔣同昌　李惠娟　趙亞寧　楊文蕙

(1.陜西省地質(zhì)調(diào)查中心；2.陜西煤田地質(zhì)勘查研究院有限公司)

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陜北奧陶紀(jì)鹽田成礦條件與地質(zhì)特征

吳欣1蔣同昌2李惠娟1趙亞寧2楊文蕙2

(1.陜西省地質(zhì)調(diào)查中心；2.陜西煤田地質(zhì)勘查研究院有限公司)

摘要以陜北奧陶紀(jì)鹽田為研究對(duì)象，在綜合分析巖鹽成因機(jī)制的基礎(chǔ)上，分別從巖礦的沉積環(huán)境、古氣候、巖相古地理?xiàng)l件入手，深入探討了陜北奧陶紀(jì)鹽田的成因機(jī)制。根據(jù)鉆孔資料討論了巖鹽礦賦存的地層及地質(zhì)構(gòu)造特征以及石鹽礦床特征，探討了奧陶紀(jì)馬家溝期地質(zhì)運(yùn)動(dòng)、氣候變化、海水退進(jìn)對(duì)鹽田沉積的作用，為區(qū)內(nèi)資源勘探開發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞巖鹽礦成因機(jī)制地質(zhì)構(gòu)造特征礦床特征沉積作用

陜北地區(qū)以其豐富的煤炭、天然氣、鹽等諸多礦產(chǎn)資源而成為國(guó)家批準(zhǔn)的能源重化工基地，區(qū)內(nèi)石鹽礦床主要產(chǎn)于陜北奧陶紀(jì)，是目前我國(guó)發(fā)現(xiàn)的最大規(guī)模的鹽田，巖鹽礦資源量十分豐富，且鹽巖礦分布面積大，北起紅堿淖、西至清澗、南至青陽岔、東至黃河邊，總面積2.5萬km2。區(qū)內(nèi)巖鹽礦含鹽品位高，巖鹽礦層NaCl含量均高于82%，鹽層較厚，平均厚度達(dá)到120 m[1-4]。為進(jìn)一步指導(dǎo)區(qū)內(nèi)資源勘探開發(fā)工作，本研究對(duì)區(qū)內(nèi)奧陶紀(jì)鹽田的成礦條件及地質(zhì)特征進(jìn)行詳細(xì)分析。

1巖鹽礦成因

1.1沉積環(huán)境

陜北奧陶紀(jì)鹽田地層隸屬鄂爾多斯盆地，鄂爾多斯盆地位于華北地臺(tái)西部。鄂爾多斯盆地在奧陶紀(jì)之所以沉積大量的巖鹽礦與其早奧陶世經(jīng)歷的海進(jìn)、海退兩大沉積旋回有密切聯(lián)系。鄂爾多斯盆地發(fā)育形成以前，受坳淵疊加機(jī)制的影響，在早古生代前華北地臺(tái)西部始終保持沉降，并形成了米脂凹陷，在局限臺(tái)地低洼的地區(qū)形成了瀉湖，其四周的隆起使之與臺(tái)地邊緣形成了半隔離，海水流通不暢。數(shù)次大型的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造成海水的入侵和退潮，形成了云泥坪、潮上鹽坪和高鹽湖的沉積，為巖鹽礦的沉積提供了封閉或半封閉的沉積環(huán)境。

1.2古氣候溫度

巖鹽是海水在強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用下結(jié)晶形成的，而海水中石鹽結(jié)晶沉積則需干燥的氣候條件，確保蒸發(fā)沉積作用，天氣炎熱、氣溫較高、降水量較少，如此蒸發(fā)作用方可強(qiáng)烈。石鹽包裹體及碳酸鹽O同位素測(cè)定結(jié)果表明，陜北奧陶紀(jì)初期的溫度(41 ℃)高于現(xiàn)今的溫度，十分有利于海水的蒸發(fā)和巖鹽礦的沉積。而在奧陶紀(jì)晚期時(shí)溫度較低(10～24 ℃)，但氣候卻為南半球低緯度干旱氣候，因而海水蒸發(fā)量仍較大，隨著持續(xù)高強(qiáng)度蒸發(fā)作用的影響，形成了以米脂凹陷為中心的巨厚層巖鹽礦的大范圍沉積，最終形成了現(xiàn)今的陜北奧陶紀(jì)鹽田。

1.3巖相古地理?xiàng)l件

鄂爾多斯盆地中奧陶世從馬家溝一期到馬家溝六期，前后共有4次海退(馬一早期、馬二期、馬四期和馬六期)和4次海進(jìn)(馬一晚期、馬三期、馬五期和馬六期末)，海進(jìn)范圍逐漸增大，海退范圍亦逐漸增大。在該大起大落的環(huán)境變遷中，形成了馬一、馬三、馬五早期、馬五晚期等4次大的成鹽期和6次聚鹽期，形成了以米脂凹陷為古地理背景的陜北鹽盆。鹽盆的發(fā)展具有明顯的繼承性和收縮性，其中心位置基本不變，而鹽盆范圍由小(馬一期)變大(馬三期)再變小(馬五期)。鹽盆從西南向東北方向收縮，而鹽盆的沉降幅度則逐漸增大，馬五期沉降幅度最大，形成上下重疊的6套含鹽層系，疊合面積達(dá)4.6萬km2。

2地質(zhì)構(gòu)造特征及巖鹽礦沉積過程

奧陶紀(jì)巖鹽礦位于鄂爾多斯盆地東緣，地層區(qū)劃屬華北地層區(qū)、鄂爾多斯地層分區(qū)、東勝—子午嶺—延河地層小區(qū)，主要為下奧陶系至第四系的沉積，中間缺失下石炭系、泥盆系、志留系和上奧陶系的沉積。地層由老至新依次為奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、新近系、第四系等地層。陜北奧陶紀(jì)成鹽盆地鹽系地層為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組地層，奧陶系中統(tǒng)馬家溝組地層可分為6個(gè)巖層段。奧陶紀(jì)馬家溝一段時(shí)期，華北地臺(tái)海侵開始，氣候炎熱干燥，蒸發(fā)量大，海平面較低，海水鹽度較高，且向北有趨高的趨勢(shì)，使早奧陶世亮甲山期大片內(nèi)陸主要萎縮至陜甘寧盆地中央隆起一帶，米脂凹陷出現(xiàn)了早期淺水環(huán)境的馬家溝一期沉積。隨著源自東方及南方海水入侵的擴(kuò)大，馬一段沉積期的部分陸地被海水淹沒，形成了開闊海域，開始了馬家溝二期的沉積，該期為1套開闊臺(tái)地相的沉積，此時(shí)海水鹽度含量低于一期，盆地中心也向東側(cè)發(fā)生了偏移，該期為潮下或潮間低能環(huán)境，整個(gè)鹽湖位于海平面以下。馬家溝三期時(shí)賀蘭裂谷的擴(kuò)張迅猛、劇烈，裂谷肩部位置抬升尤為突出，導(dǎo)致鄂爾多斯盆地西翼地區(qū)較陡，而周邊凹陷的盆地下降幅度相對(duì)增大，沉積區(qū)又成為深坳盆地，此時(shí)氣候更為炎熱、干燥，蒸發(fā)量急劇增大，海水不斷退縮，含鹽量也不斷提高，巖鹽沉積不斷加厚，形成了蒸發(fā)臺(tái)地相的膏巖湖沉積。馬家溝四期時(shí)期發(fā)生了華北地臺(tái)最大的海侵，海水不僅從東方和南方入侵，而且西方也有大量海水入侵，使得整個(gè)研究區(qū)幾乎都被海水覆蓋，此時(shí)氣候也發(fā)生了變化，較濕熱，海水蒸發(fā)量也相對(duì)較低，因此海水的含鹽量也急劇降低，導(dǎo)致沉積主要為白云巖和灰?guī)r，膏巖和巖鹽沉積較少，所以該期不利于巖鹽礦的沉積。馬家溝五期米脂膏鹽盆環(huán)境再次呈現(xiàn)，但范圍小于馬家溝一期、三期。由于發(fā)生了大范圍的海退，海平面降低，許多被淹沒的盆地基底再次發(fā)生抬升，氣候又轉(zhuǎn)為炎熱、干燥型，海水的蒸發(fā)量逐漸增大，海水的含鹽量也隨之逐漸增高，又出現(xiàn)了以米脂凹陷為中心的巖鹽礦的沉積時(shí)期。由于該期的鹽湖成鹽期較長(zhǎng)，因此該期的巖鹽礦的沉積量較大，是鄂爾多斯盆地在馬家溝五期巖鹽礦資源沉積量最大的時(shí)期。

陜北奧陶紀(jì)馬家溝組沉積巖的巖性變化較大。其中馬家溝一期、三期和五期分別為海退期，氣候相對(duì)炎熱、干燥，蒸發(fā)量相對(duì)較大，海平面下降，有利于巖鹽礦的沉積，膏巖發(fā)育也較多。而馬家溝二期、四期為海進(jìn)期，海水大范圍入侵，氣候較溫濕，所以蒸發(fā)量較低，海平面上升，較不利于巖鹽礦的沉積，廣海臺(tái)地相的灰?guī)r和白云巖質(zhì)灰?guī)r較發(fā)育。同為利于成鹽的馬家溝一期、三期和五期地理和氣候條件也存在諸多區(qū)別：①馬一期時(shí)含膏云巖雖然發(fā)育面積較大，但厚度不大，所以該期巖鹽礦沉積量并非最大；②馬三期時(shí)含膏云巖雖然厚度明顯增大，但發(fā)育面積較小，因此巖鹽礦沉積亦非最大；③馬五期含膏云巖范圍明顯小于馬一期和馬三期，但其厚度遠(yuǎn)大于馬一期和馬三期，因此馬五期巖鹽礦資源儲(chǔ)量最佳且最大。

陜北奧陶紀(jì)馬家溝組是由諸多海侵及海退旋回組成，其中馬家溝一期、三期和五期以臺(tái)地蒸發(fā)巖相為主；馬家溝二期、四期沉積發(fā)育類型為開闊臺(tái)地相。鹽盆自身沉降和沉積物補(bǔ)償關(guān)系基本平衡，而由于海水注入，帶來的物質(zhì)成分和數(shù)量的變化，引起了化學(xué)分異中斷即咸化、淡化的多次重復(fù)，形成了厚度較大且完整的碳酸石鹽(灰?guī)r、白云巖)、硫酸石鹽(石膏)、鹵化物(主要為石鹽)的沉積韻律。馬家溝六期又成為開闊海的碳酸石鹽沉積。馬家溝組區(qū)域上相當(dāng)于Ⅲ級(jí)沉積旋回，從馬一段至馬六段分為4個(gè)IV級(jí)沉積旋回和8個(gè)次一級(jí)V級(jí)旋回，其中IV3沉積旋回為區(qū)內(nèi)最重要的成鹽旋回，又可將IV3旋回劃分為4個(gè)V級(jí)成鹽旋回，即V5～V8。

3石鹽礦床特征

4結(jié)語

陜北地區(qū)是集石油、天然氣、煤炭、巖鹽礦、油頁巖等各種礦產(chǎn)資源于一體的資源綜合開發(fā)基地。區(qū)內(nèi)公路、鐵路交錯(cuò)發(fā)展，交通較方便。區(qū)內(nèi)擁有多條河流，可滿足后續(xù)石鹽礦開發(fā)時(shí)的生活和生產(chǎn)用水需求，電力資源供應(yīng)也十分充足，為巖鹽礦的勘探開發(fā)及其下游化工產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了有利保障。陜北奧陶紀(jì)巖鹽礦是目前我國(guó)發(fā)現(xiàn)最大的巖鹽礦，其地層穩(wěn)定、地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，鹽層厚度較大且在區(qū)域上變化不大，石鹽礦層純鹽厚度較大，總純鹽厚度約40m，石鹽礦層NaCl含量也較高(高于83%)。陜北奧陶紀(jì)鹽田的成礦條件、地質(zhì)特征分析表明，區(qū)內(nèi)奧陶紀(jì)巖鹽礦的勘探開發(fā)及綜合利用對(duì)于陜北地區(qū)礦產(chǎn)資源的優(yōu)化配置具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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(收稿日期2015-03-02)

吳欣(1979—)，女，工程師，710068 陜西省西安市。