華南陸塊富鉀鋰多元素鹵水資源的發(fā)現(xiàn)

宣之強，劉成林，徐海明，王春連，余小燦，王九一

(1.中化地質(zhì)礦山總局地質(zhì)研究院 河北涿州 072754； 2.中國地質(zhì)科學院礦產(chǎn)資源研究所 北京 100037)

2 300年前，我國華南陸塊西南四川省自貢等地發(fā)現(xiàn)了深埋地下的“鹵水礦”礦產(chǎn)資源，開創(chuàng)了我國井鹽開發(fā)歷史。400年前，湖北應城相繼發(fā)現(xiàn)石膏、鈣芒硝及石鹽礦。20世紀60年代，在湖北江漢盆地潛江、江陵等地發(fā)現(xiàn)石油之后，開展了“油鉀兼探”，發(fā)現(xiàn)了古代巖鹽及鉀芒硝礦層和熱鹵水資源。此外，江西、湖南等地也相繼發(fā)現(xiàn)古代石鹽礦等。

為了探索這些古代鹵水和鹽礦聚集在華南陸塊的原因以及可能產(chǎn)生的新發(fā)現(xiàn)，筆者重點探討了華南陸塊中江漢盆地、吉泰盆地、衡陽盆地等裂谷盆地在白堊-古近紀時形成的鉀鋰多元素鹵水資源特征及其成因。

1 華南陸塊鉀鋰多元素鹵水礦的發(fā)現(xiàn)

我國從湖北到湖南、江西等地，發(fā)育了眾多凹陷或盆地，近半個世紀以來在找鹽礦研究和開發(fā)中陸續(xù)發(fā)現(xiàn)其地下鹵水中富含鉀、鋰、銣、銫、鍶、溴、碘、硼等復合元素資源。這些元素已達到工業(yè)利用品位或綜合利用價值，經(jīng)地質(zhì)及化工專家研究，認識到其是具有高附加值的新型戰(zhàn)略型復合礦產(chǎn)資源[1]。

2 鉀鋰銣銫鍶溴碘硼復合型鹵水礦資源特征

鉀是生產(chǎn)化肥的緊缺資源，鋰、銣、銫、鍶是戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)稀有金屬，溴、碘、硼等非金屬是重要的化工原料，它們能共生地下鹵水礦中就是一個重要的特征和奇跡。它深埋千米火山巖或碎屑巖層中，是非常規(guī)型鹵水資源，被鉆井打穿露出井口時的溫度高達97 ℃，若不及時加以處理，井口將很快被鹽礦結晶封堵。與青海、新疆等地的鹽湖鹵水相比，江陵凹陷復合型鹵水中缺乏硫酸根和鎂元素，但其中的鋰等稀有金屬容易被工藝提取。以上特征說明它可能是外生和內(nèi)生的地質(zhì)作用耦合成礦，值得深入探索。

3 裂谷“成鹽聚鉀”成因探討

在華南陸塊的中生代-新生代盆地形成的液體鉀、鋰、銣、銫、鍶、溴、碘、硼等資源成礦區(qū)，成礦物質(zhì)受到6 500～2 300萬年前白堊紀-古近紀火山活動帶來的深源物質(zhì)鋰、鉀、銣、銫及海侵事件帶來的鉀、溴、碘、硼等多源補給，表明鹵水富集鉀、鋰多元素礦產(chǎn)資源的成因為構造-火山-海侵-氣候等耦合作用的結果，是復雜的內(nèi)生與外生地質(zhì)動力作用的結果。地質(zhì)學家稱之為“裂谷成鉀”成因，地質(zhì)史中則是處在新特提斯洋域的新華夏裂谷構造和華南陸塊交匯處，同時也是華南火成巖省和新華夏裂谷玄武巖的分布區(qū)[1]。

“裂谷”地區(qū)發(fā)育出眾多較大盆地和呈串珠狀、衛(wèi)星狀的湖泊，是地球負地貌形態(tài)。因此，在漫長的地質(zhì)歷史演化中，因內(nèi)生和外生地質(zhì)作用可以充填大量碎屑沉積，并在不同時間和地點形成巨量石油、天然氣及金屬或非金屬鹽類礦產(chǎn)資源，是個聚寶盆，深受地學界和企業(yè)、政府重視[1]。

4 華南陸塊“裂谷成鉀”模式研究

早在6 500萬年前早白堊紀開始，我國東部板塊運動造成構造反轉(zhuǎn)，在我國中東南部形成的中、新生代盆地規(guī)模小，屬于典型的“箕狀斷陷”盆地。此時，發(fā)生了全球最大規(guī)模的海侵事件，到晚白堊紀全球海平面可能比現(xiàn)今高出250 m左右，華南斷陷盆地也長期廣泛遭到海水侵入。經(jīng)古生物研究表明，古氣候多屬熱帶或亞熱帶干旱或半干旱類型，經(jīng)石鹽巖流體包裏體的溫度檢測，平均值為43.3 ℃[2]。

長期的干旱古氣候和海侵古地理是形成鹽類礦產(chǎn)的重要條件，地表鹽湖在太陽能作用下，完成了該地成鹽作用中第1階段蒸發(fā)沉積作用過程。第2階段是盆地經(jīng)埋藏-巖漿熱能作用下，鹽類沉積遭沉積淋濾和變質(zhì)改造作用，表明鹵水資源形成沉積環(huán)境從地表太陽能驅(qū)動轉(zhuǎn)為巖漿熱能驅(qū)動。隨著地層壓力的增大，富鉀鹵水向壓力小的斷裂處遷移而轉(zhuǎn)移至孔隙及裂隙發(fā)育的地層中儲藏，形成如今的斷裂帶型、火山巖型和碎屑巖型鹵水資源儲藏類型。

5 湖北江陵凹陷“崗鉀、沙鉀”等井資源及開發(fā)研究概況[1]

江陵凹陷富鉀鋰多元素鹵水資源東北部多玄武巖型儲層，中北部多碎屑巖型儲層，構造劃分為孔隙和裂縫斷裂帶型儲鹵層。

“崗鉀1”井深在3 000 m以上，井口壓力為35 MPa，屬于自噴高溫熱鹵水礦，井口鹵水溫度97 ℃，預測深度-3 800 m處鹵水溫度在130 ℃，含氯化鉀質(zhì)量濃度平均值為19.53 g/L。

預測江陵凹陷資源量，氯化鉀達億噸，氧化硼超過20 000 kt，氧化鋰達百萬噸，溴素達2 000 kt，氧化銣達600 kt，氧化銫超過200 kt，還有百億噸的石鹽等。

根據(jù)化工科研綜合利用提純試驗結果，江陵鹵水礦可以做到“吃干榨盡”，化工產(chǎn)品有石鹽、氯化鉀、硼砂、硼酸鈉、硼酸鉀、氯化銣、氯化銫、碳酸鋰等。

6 結語

我國華南陸塊富鉀鋰多元素鹵水復合礦的發(fā)現(xiàn)，拓展了鉀鹽等找礦新途徑。經(jīng)研究，其資源量達到超大型或大型規(guī)模，是我國新型“戰(zhàn)略型礦產(chǎn)”重要的潛在資源，已經(jīng)獲得政府和企業(yè)界的重視[3]。