哈薩克斯坦鉀鹽礦與老撾鉀鹽礦的對比

烏罕圖

(中哈富通鉀肥技術(shù)〔北京〕有限公司 北京 100013)

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哈薩克斯坦鉀鹽礦與老撾鉀鹽礦的對比

烏罕圖

(中哈富通鉀肥技術(shù)〔北京〕有限公司 北京 100013)

介紹了濱里海盆地的典型鉀鹽礦，如日良礦和塞梯莫拉礦，并嘗試與已進(jìn)行很多研究工作的老撾沙空那空盆地鉀鹽礦進(jìn)行對比。通過比較礦物組成、鹽背斜結(jié)構(gòu)對礦體產(chǎn)生的影響以及鉀石鹽的成礦模式，為在相關(guān)地區(qū)的研究及開發(fā)鉀資源提供參考。

濱里海盆地 沙空那空盆地 鉀鹽礦

中國是缺鉀的國家，自產(chǎn)鉀肥難以滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，每年需要大量進(jìn)口鉀肥，而鄰國哈薩克斯坦擁有豐富待開發(fā)的鉀資源。目前，已有較為全面系統(tǒng)地針對老撾沙空那空盆地鉀鹽礦的研究工作，而針對濱里海盆地的鉀鹽礦研究工作卻很少，現(xiàn)將濱里海盆地的鉀鹽礦與老撾的鉀鹽礦進(jìn)行綜合對比分析，以增強(qiáng)對這些礦的認(rèn)識，并為在相關(guān)地區(qū)的研究和開發(fā)鉀資源提供參考。

圖1 濱里海盆地位置、構(gòu)造及其東西向地質(zhì)剖面

1 濱里海盆地鉀鹽礦概況

哈薩克斯坦的鉀鹽礦產(chǎn)于濱里海盆地孔谷階含鹽層中。濱里海盆地位于里海的北部(圖1)，東西長約1 000 km，最寬處接近650 km，輪廓近似橢圓形，總面積約500 000 km2，其中80%屬于哈薩克斯坦境內(nèi)的西哈薩克斯坦州、阿特勞州、阿克托別州，其余部分(北部、西部及西南部)為俄羅斯所有[1]。

濱里海盆地內(nèi)充填了巨厚的古生代、中生代和新生代沉積物，以二疊統(tǒng)的孔谷階含鹽層為界，可分為3個構(gòu)造地層組合，即鹽下層系、含鹽層系和鹽上層系。含鹽層系為下二疊統(tǒng)上部孔谷階，全盆地廣泛發(fā)育，主要由鹽巖、硬石膏夾層構(gòu)成(夾在碎屑巖之中)，偶見陸源碳酸鹽巖，并含有鉀鹽、鎂鹽等礦物，鹽層厚度變化范圍為1～6 km，鹽的儲量相當(dāng)巨大，盆內(nèi)分布有各式各樣的鹽丘構(gòu)造超過1 500個。濱里海盆地的地層和沉積特征如表1所示[2]。

表1 濱里海盆地的地層和沉積特征

地 層界系統(tǒng)階厚度/m巖性特征描述沉積環(huán)境新生界QNEN2790碎屑巖陸相N1石灰?guī)r、碎屑巖,上、下不整合接觸淺海相中 生 界KJTK2K1J3J2J1T3T2T1阿爾必階阿普第階巴列姆階歐特里夫階凡蘭呤階拉丁階安尼階奧侖尼爾階印度階166110466050100500500500150340637石灰?guī)r、碎屑巖,上、下不整合接觸砂巖、粉砂巖、泥巖,反韻律砂巖、泥巖或砂、泥巖間互砂巖、泥巖或砂、泥巖間互砂巖、泥巖或砂、泥巖間互泥巖石灰?guī)r、泥巖泥巖、砂巖泥巖、砂巖黑色頁巖、石灰?guī)r和泥巖、粉砂巖淺海相海陸過渡相淺海相湖相湖相淺海陸棚相古 生 界PP2P1韃靼階喀山階孔谷階亞丁斯克階薩馬爾階阿舍林階98020008015060泥巖,局部有砂巖或粉砂巖夾層湖泊相鹽巖、硬石膏、石膏、白云巖潮上蒸發(fā)環(huán)境白云巖、石灰?guī)r、頁巖、硬石膏夾層、生物碎屑灰?guī)r淺海相

海西運(yùn)動末期，烏拉爾褶皺隆起，形成山前坳陷帶，使得地槽中的海水流入烏拉爾前緣坳陷帶及鄰近地區(qū)，形成東面以烏拉爾褶皺帶為界，西面為波羅的地盾、澳羅涅日地塊等單元為界的巨大內(nèi)陸海盆。二疊紀(jì)亞丁斯克期末，俄羅斯陸臺西部上升，使孔谷期海盆面積縮小，水體僅保存在烏拉爾前緣坳陷帶、濱里海盆地和俄羅斯陸臺東緣較狹窄的地帶，盆地與大海的聯(lián)系在孔谷期越來越困難，直至完全斷絕，海盆進(jìn)一步分異為西部微上升地帶、東部弱下降地帶(烏拉爾褶皺帶)和南部劇烈下陷地帶(濱里海盆地)[3]。

在濱里海盆地中部坳陷區(qū)，主要發(fā)育鹽株和鹽墻構(gòu)造，鹽體聚集現(xiàn)象明顯，鹽構(gòu)造規(guī)模大，孔谷階和喀山階鹽層一起發(fā)生變形，形成巨型的鹽墻構(gòu)造；向盆地邊緣方向，鹽丘排列成鹽脊，并逐漸與盆地邊緣平行；在盆地東部邊緣地區(qū)，鹽構(gòu)造隆起幅度相對較低，主要發(fā)育不對稱鹽墻和鹽滾構(gòu)造[4]。濱里海盆地鹽構(gòu)造分布示意如圖2所示。

A.受二疊紀(jì)和三疊紀(jì)鹽巖構(gòu)造運(yùn)動而產(chǎn)生的不對稱鹽 墻發(fā)育區(qū) B.三疊紀(jì)鹽巖運(yùn)動產(chǎn)生的巖株發(fā)育區(qū) C.三疊紀(jì)和侏羅紀(jì)鹽構(gòu)造運(yùn)動而產(chǎn)生的懸邊構(gòu)造發(fā)育 區(qū) D1.主要為受二疊紀(jì)鹽巖運(yùn)動影響的鹽滾發(fā)育區(qū) D2.受二疊紀(jì)鹽巖運(yùn)動影響的鹽墻發(fā)育區(qū) E.受三疊 紀(jì)和侏羅紀(jì)鹽巖運(yùn)動影響而產(chǎn)生的巨型對稱鹽墻發(fā)育區(qū)圖2 濱里海盆地鹽構(gòu)造分布示意

2 哈薩克斯坦代表性鉀鹽礦概況

2.1 日良鉀鹽礦

日良鉀鹽礦床位于哈薩克斯坦西部，在阿克

托別州的首府阿克托別城(舊稱阿克糾賓斯克城)東南偏東7～15 km處。從大地構(gòu)造上看，該礦處于濱里海盆地東部邊緣，緊鄰烏拉爾褶皺帶，位于大體上南北走向的日良背斜構(gòu)造上，礦區(qū)內(nèi)的斷裂帶主要在3個方向，即西北方向斷裂帶、北-西北方向斷裂帶和近南北方向。礦區(qū)內(nèi)分布著下二疊紀(jì)、上二疊紀(jì)、三疊紀(jì)、中侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)和第四紀(jì)沉積層，鉀鹽所分布的上二疊紀(jì)孔谷階沉積層可分為下方的含鹽巖系和上方的硫酸陸源巖系[5- 6]。

鉀鹽礦位于含鹽巖系中，可分為2層，下層為雜鹵石，上層為鉀石鹽-光鹵石(圖3)。雜鹵石埋深350～900 m，共有3個雜鹵石層位，均位于二次背斜褶皺結(jié)構(gòu)的圍斜部分，為透鏡體結(jié)構(gòu)，各雜鹵石層之間有巖鹽夾層，下、中、上層位平均厚度分別為25.3，22.8和36.9 m。雜鹵石成分比較單一，其外觀和硬度類似于硬石膏，主要為灰色，偶見淺灰-白色，肉眼很難辨別。雜鹵石礦平均礦物成分如下(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：雜鹵石80%，石鹽10%～15%，硬石膏<3%，硬石膏中還夾雜有少量鉀石鹽、碳酸鹽、鈣芒硝等雜質(zhì)。雜鹵石層上有一定程度的硼富集，硼酸鹽沉積主要成分為水方硼石，分布在硬石膏和泥質(zhì)板巖的夾層和上雜鹵石層位的上方，主要集中在巖鹽夾層中含有大量

圖3 日良鉀鹽礦剖面示意

硬石膏的石鹽或者硬石膏巖層上，很少聚集在純石鹽上，未在雜鹵石層位上出現(xiàn)。鉀石鹽-光鹵石礦層埋深250～700 m，共有2個鉀石鹽層位，分布在背斜的東翼和西翼，相互獨(dú)立，均為透鏡體結(jié)構(gòu)，且均以鉀石鹽為主，僅在東翼北部小范圍發(fā)現(xiàn)光鹵石礦體。東翼礦體傾角最大能達(dá)60°，下、上層位平均厚度分別為18.00 m和24.00 m。西翼礦體比東翼小，其形態(tài)更復(fù)雜，下、上層位平均厚度分別為37.65 m和21.10 m。鉀石鹽分為以下2種類型：①條紋狀鉀石鹽，由巖鹽及含有少量硬石膏和泥質(zhì)物質(zhì)雜質(zhì)的鉀石鹽組成，具有薄薄的層理，各夾層之間的邊界清晰可見，巖鹽夾層為無色、灰色或者藍(lán)色，泥質(zhì)物質(zhì)夾層呈黑色，鉀石鹽夾層呈紅色；②雜色鉀石鹽，由巖鹽和鉀石鹽組成，含有雜鹵石和泥質(zhì)物質(zhì)雜質(zhì)，各種成分無序分布，鉀石巖呈磚紅色或乳白色，很少見無色，巖鹽為無色、透明、藍(lán)色或灰色，含鹽泥巖和雜鹵石為綠灰色。以上2種鉀石鹽相互交錯，尚未確認(rèn)分布規(guī)律。

哈薩克斯坦國家儲量委員會所批準(zhǔn)的日良鉀鹽礦的儲量為1.5億t鉀石鹽和8.5億t雜鹵石，平均氧化鉀品位分別為18.65%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)和9.56%[7]。

2.2 賽梯莫拉鉀鹽礦

賽梯莫拉鉀鹽礦位于西哈薩克斯坦州(舊稱烏拉爾州)境內(nèi)，位于該州首府烏拉爾斯克市以南250 km處。從大地結(jié)構(gòu)上看，該礦位于濱里海盆地中部。賽梯莫拉鉀鹽礦位于賽梯莫拉鹽丘上，鹽丘的長軸大體為西北向東南方向[8]。與日良鉀鹽礦一樣，賽梯莫拉礦區(qū)分布著下二疊紀(jì)、上二疊紀(jì)、三疊紀(jì)、中侏羅紀(jì)、白堊紀(jì)和第四紀(jì)沉積層，且二疊紀(jì)孔谷階沉積層同樣可分為下方的含鹽巖系和上方的硫酸巖系。賽梯莫拉礦的鉀鹽層位于孔谷階含鹽巖系中，成礦規(guī)模遠(yuǎn)大于日良礦，其鉀鹽層埋深330～1 250 m，可分為5個礦帶，絕大部分為鉀石鹽，從下至上5個礦帶平均厚度分別為20.3，18.7，35.1，29.7和13.0 m，各個礦帶連續(xù)性好。鉀石鹽顏色多樣，分布最多的是乳白色和紅色鉀石鹽[8]。

此外，在含鹽巖系和硫酸巖系中均有達(dá)到工業(yè)規(guī)模的硼的礦化，硼酸鹽礦化可分為硫酸鹽層硼礦和鹽層硼礦(圖4)。鹽層中的硼礦化通常與鉀鹽礦化有聯(lián)系，鉀鹽礦體可向硼鉀礦或硼礦過渡，主要為硼鉀鎂石。硫酸鹽層硼礦分布于硫酸鹽殘積層中，主要為水方硼石和硼鈉鈣石，受盆地中央鹽丘構(gòu)造的影響，其硼的來源與鹽層有關(guān)聯(lián)。

圖4 賽梯莫拉鉀鹽礦剖面示意

哈薩克斯坦國家儲量委員會所批準(zhǔn)的賽梯莫拉鉀鹽礦的C1+C2級鉀鹽儲量為31.0億t，平均氧化鉀品位為16.89%[9]。

3 與老撾沙空那空盆地鉀鹽礦特征對比

3.1 礦物組成對比

濱里海盆地和老撾沙空那空盆地均出現(xiàn)完全的海相沉積環(huán)境所難以出現(xiàn)的礦物組成，說明這2個盆地在形成時均有龐大的非海相水體補(bǔ)給。在濱里海盆地鹽層中出現(xiàn)了大規(guī)模的硼酸鹽沉積，而海相沉積硼礦在世界范圍內(nèi)都很少見，主要是由于海水自然沉積硼酸鹽的難度很大。硼酸鹽沉積的存在證明了濱里海盆地在鹽類沉積時有大量成分與海成鹵水明顯不同且富含硼的水體進(jìn)入盆地，而水體中硼的來源很有可能是與烏拉爾造山運(yùn)動有關(guān)的火山活動[10]。

濱里海盆地和沙空那空盆地也各自出現(xiàn)了有特點(diǎn)的含鈣沉積巖，即濱里海盆地邊緣日良礦的原生雜鹵石礦層和沙空那空盆地的溢晶石，這2種礦物均很難在完全的海相沉積環(huán)境下形成。自然蒸發(fā)難以形成大規(guī)模雜鹵石的原因在于析出硫酸鈣鹽時，鉀、鎂遠(yuǎn)沒有飽和，只能析出石膏之類的硫酸鹽，而鹵水進(jìn)入鉀鎂鹽沉積階段時，已沒有足夠的鈣形成雜鹵石，故形成原生沉積雜鹵石需在鹽湖濃縮至硫酸鉀鎂鹽沉積階段時有外來鈣的補(bǔ)給，或在硫酸鈣鹽沉積階段有外來鉀、鎂的補(bǔ)給[11-12]。溢晶石作為一種極易溶解的鹽類礦物，不能從正常海水蒸發(fā)的最終產(chǎn)物中得到，現(xiàn)階段關(guān)于這些溢晶石形成的主流理論之一就是認(rèn)為溢晶石沉淀與非海相的富CaCl2鹵水熱液進(jìn)入盆地有關(guān)，并且它們都是原始沉積而非沉積后成巖轉(zhuǎn)化所致[13]。

3.2 鹽背斜對礦體的影響

沙空那空盆地在老撾境內(nèi)的部分主要是其邊緣地帶，成礦期后鹽類礦層主要受褶皺(鹽向斜、鹽背斜)控制[13-15]。對沙空那空盆地的次生盆地——農(nóng)波盆地的背斜進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)，形成鹽背斜時，鉀鹽礦同時也向其軸部流動，使得鹽背斜軸部的鉀鹽礦層比兩翼厚(圖5)。

圖5 鉀鹽集中在鹽背斜中部結(jié)構(gòu)示意

對萬象平原鹽背斜進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)，若鹽背斜刺穿了上層隔水層，則會出現(xiàn)鉀鹽礦體在背斜中部缺失并分布在兩翼的狀況[14]。鉀鹽礦體分布在鹽背斜兩翼的成因示意如圖6所示。

同樣處于盆地邊緣地區(qū)的日良礦鹽結(jié)構(gòu)也是由鹽背斜所控制，日良礦鉀鹽層同時出現(xiàn)了上述2種模式的特點(diǎn)，即上部的鉀石鹽層在背斜中部缺失并分布在兩翼，而下部的雜鹵石層集中在背斜中央。由此可以認(rèn)為日良礦鹽背斜在形成時曾經(jīng)刺穿了上層隔水層，破壞了中部的鉀石鹽，而埋藏較深且難溶的雜鹵石未受影響。

3.3 鉀石鹽的成礦模式

對沙空那空盆地鉀鹽礦層的研究表明，該鉀鹽礦以光鹵石為主。理論上，在蒸發(fā)時若鹵水的鉀離子含量高至能析出鉀石鹽，則鉀石鹽始終先于光鹵石析出，形成鉀石鹽層在下、光鹵石層在上的分布特點(diǎn)[16]。在老撾，僅有少量區(qū)域發(fā)現(xiàn)了位于鉀鹽層底部的原生鉀石鹽[17]，多數(shù)情況下鉀石鹽層位于光鹵石層之上，這是因?yàn)檫@些鉀石鹽是

圖6 鉀鹽礦體分布在鹽背斜兩翼的成因示意

由原生光鹵石經(jīng)水解和重結(jié)晶作用的二次成礦[13-17]。根據(jù)對甘蒙省鉀鹽礦封存水的研究，提出了一種次生鉀石鹽的成礦模式：在光鹵石礦形成以后，鹽背斜軸部抬升，上覆泥巖厚度變薄，并且在張力作用下形成張性節(jié)理、裂隙，加之頂部風(fēng)化剝蝕作用，導(dǎo)致地下水沿張性裂隙下滲，開始侵蝕光鹵石礦層頂部；在溶蝕過程中，溶解度相對較大的MgCl2被帶走，而溶解度相對較小的KCl被保留下來，再經(jīng)重結(jié)晶作用形成次生鉀石鹽層，然后在區(qū)域沉降的背景下上覆泥巖繼續(xù)接受沉積，礦層得以保存[18]。

在日良礦中發(fā)現(xiàn)的條紋狀鉀石鹽和雜色鉀石鹽與俄羅斯上卡姆礦的條紋狀鉀石鹽和雜色鉀石鹽具有類似的對應(yīng)特征，由此可認(rèn)為與俄羅斯上卡姆礦一樣，條紋狀鉀石鹽為原生礦，雜色鉀石鹽為次生礦[5]。日良礦擁有符合在老撾發(fā)現(xiàn)的次生鉀石鹽的封存水成礦模式的鹽背斜構(gòu)造，有可能日良礦的次生鉀石鹽擁有同樣的成礦模式，而這2種鉀石鹽相互交錯的分布特點(diǎn)證明其在形成時鹵水的鉀離子含量變化情況遠(yuǎn)比老撾沙空那空盆地鉀鹽礦復(fù)雜。鑒于盆地邊緣的日良礦能大量形成原生鉀石鹽，并且盆地中央的賽梯莫拉礦能形成規(guī)模龐大的鉀石鹽，可以認(rèn)為濱里海盆地形成之時鹵水的鉀離子含量遠(yuǎn)高于沙空那空盆地。

4 結(jié)語

(1)濱里海盆地和沙空那空盆地均出現(xiàn)了有明顯非海相水體補(bǔ)給才能產(chǎn)生的礦物組成。

(2)日良礦的構(gòu)造特征驗(yàn)證了鹽背斜結(jié)構(gòu)控制鉀鹽分布的理論，即鹽背斜軸部的鉀鹽礦層比兩翼厚；但若鹽背斜刺穿了上層隔水層，則會使鉀鹽礦體在背斜中部缺失，剩余礦體分布在兩翼。

(3)濱里海盆地鹵水的鉀離子含量遠(yuǎn)高于沙空那空盆地。

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Comparison of Potash Deposits in Kazakhstan and Potash Deposits in Laos

Wuhantu BORJIGIN

The typical potash deposits of Precaspian Basin such as Zhilyanskoe deposit and Satimola deposit, are introduced, and a comparison is attempted with potash deposits in Sakon Nakhon basins of Laos, on which considerable research has been conducted. The effects of mineral compositions, salt anticline structure on ore body and metallogenic model of sylvite are compared, providing references for research and development of potassium resources in relevant regions.

Precaspian basin Sakon Nakhon basin potash deposit

烏罕圖(1987—)，地質(zhì)工程師；wuhantutg@hotmail.com。

P619.21+1

A

1006- 7779(2016)05- 0071- 06

2016- 05- 09)