青海黑北凹地液體鉀礦地質(zhì)特征與遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)

謝文兵，宋錄西

(青海省有色地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局 地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，青海 西寧　810007)

1　地層特征

本次工作的對(duì)象屬第四系，第四紀(jì)地層在礦區(qū)內(nèi)廣泛分布，鉆遇地層為下更新統(tǒng)阿拉爾組(Qp1a)、中更新統(tǒng)尕斯庫(kù)勒組(Qp2g)、上更新統(tǒng)察爾汗組(Qp3c)、地出露有全新統(tǒng)達(dá)布遜組(Qhd)[1]。現(xiàn)對(duì)各巖組特征敘述如下:

1.1　阿拉爾組(Qp1a)

該組地層在詳查區(qū)內(nèi)分布較多，主要分布于深部，從西向東，兩邊厚，揭露至120 m，中間薄，屬山前沖洪積相沉積，形成了一個(gè)古湖盆。在詳查區(qū)外尖頂山至長(zhǎng)尾梁一帶和紅三旱一號(hào)至東坪一帶的第三紀(jì)構(gòu)造也有分布。該地層巖性底部粉砂礫石、中粗砂卵石、粗砂卵石、含卵石的中粗砂，中部為粉砂、含粘土的粉砂、局部夾粘土層，上部為粉砂層夾粘土層，局部含石膏，沉積環(huán)境屬山前沖洪積。該層時(shí)代屬早更新世，該地層為詳查區(qū)孔隙鹵水儲(chǔ)層。受上新世末期劇烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，本組地層大部與下伏地層為角度不整合接觸。

1.2　尕斯庫(kù)勒組(Qp2g)

該組地層在詳查區(qū)深部和淺部皆有分布，部分地段裸露于地。從西向東，中間厚，兩邊薄，最后部位達(dá)88 m。根據(jù)鉆孔揭露，在該地層中，除有大量的鹽巖、芒硝、石膏層外，還夾有多層雜鹵石。同時(shí)，在鹽層中的承壓晶間鹵水中，KCl含量亦較高；從其含鹽比來(lái)看，由西向東逐漸減少，說(shuō)明西部凹地中以鹽類(lèi)沉積為主，而往東逐漸漸變?yōu)橐运樾汲练e為主。從縱向上看，由下至上鹽層逐漸增多，且下段為石膏、石鹽層，上段為芒硝、雜鹵石、石鹽層。以上化學(xué)沉積層是固體鹽類(lèi)礦的分布區(qū)，也是晶間鹵水的重要儲(chǔ)層。時(shí)代屬中更新世。該層與下伏阿拉爾組呈整合接觸關(guān)系。

1.3　察爾汗組(Qp3c)

本組地層呈不規(guī)則條帶狀分布于詳查區(qū)，由化學(xué)沉積物和湖積物組成?；瘜W(xué)沉積物巖性為含石膏的中粗砂石鹽、含砂石鹽、芒硝石鹽、含石鹽的芒硝、含淤泥的芒硝，含白鈉鎂礬的石鹽等。湖積物巖性為為含石膏的砂質(zhì)粘土、含石膏的粘土淤泥，夾石鹽、芒硝石鹽，含雜鹵石石鹽薄層等。其中，化學(xué)沉積層是固體巖鹽礦的主要分布區(qū)。該地層在詳查區(qū)分布厚度小，沒(méi)發(fā)現(xiàn)鹵水層?；瘜W(xué)沉積物厚度大于湖積物厚度為特征，時(shí)代屬晚更新世。該層與下伏尕斯庫(kù)勒組為整合接觸。

1.4　達(dá)布遜組(Qhd)

該組地層在詳查區(qū)零星分布，在山前為沖洪積扇相沉積，巖性為黃褐色粉細(xì)砂層、中細(xì)砂層、中粗砂層和砂礫石層。在凹地中心地帶為湖相—化學(xué)湖相、干鹽湖相、泥坪相沉積，巖性為粉砂粘土、粘土粉砂、含粉砂的石鹽、石鹽等。該層時(shí)代屬全更新世。

2　構(gòu)造特征

詳查區(qū)位于黑北凹地的北部沉積凹地，黑北凹地屬大浪灘凹陷區(qū)的一部分，位于其北部紅三旱一號(hào)及尖頂山、黑梁子、長(zhǎng)尾梁構(gòu)造間，由于受尖頂山北隱伏構(gòu)造的影響，形成形狀極不規(guī)則、呈狹長(zhǎng)條帶狀凹地。尖北隱伏構(gòu)造將其分割為南、北兩條不規(guī)則形的晚更新世沉積凹地，沉積厚度小。詳查區(qū)在地貌上現(xiàn)為開(kāi)闊的大灘，褶皺構(gòu)造與斷層構(gòu)造不發(fā)育。其構(gòu)造形態(tài)特征現(xiàn)為大的凹陷內(nèi)早更新世小基底隆起和中更新世—全新世沉積蓋層[1]。

1)早更新世古陸(基底)：從鉆孔揭露的砂礫石層沉積物分布特點(diǎn)看，下更新統(tǒng)地層厚度0～120 m，巖性為砂礫石層，代豐水期的沉積物，沉積時(shí)間早，為早更新世。后期，在其低洼地段沉積了中更新世—全新世化學(xué)湖相沉積物，現(xiàn)為古陸(基底)特征。

2)中更新世—全新世沉積蓋層：從鉆孔揭露的化學(xué)湖相沉積物特點(diǎn)看，厚度一般小于100 m，主要巖性為粘土層、粘土層夾鹽巖層、鹽巖層等，為泥坪相、干鹽湖相及鹽湖相沉積，是在下更新統(tǒng)凹陷地帶，在氣候變?yōu)楦珊?、濕冷—干旱交替的環(huán)境下的沉積物，是沉積蓋層。

3　礦床特征

黑北凹地鉀礦區(qū)作為一個(gè)以第四紀(jì)為主要鹽類(lèi)沉積期的鹽湖，在固體鹽類(lèi)發(fā)生沉淀的同時(shí)，有大量的富鉀的高濃度鹵水與之伴生。前人對(duì)整個(gè)大浪灘鉀鎂鹽礦田的鹵水礦按產(chǎn)出時(shí)代共分為5層，編號(hào)分別為W5、W4、W3、W2、W1。在黑北凹地內(nèi)產(chǎn)出有W3、W2二層鹵水礦層。

3.1　W3鹵水礦層特征

3.1.1W3鹵水礦層的分布與賦鹵特征

W3鹵水礦層主要分布在黑北凹地的中部至西部，分布范圍約60 km2。含水層由26層石鹽小層組成，主要為Qp2g的含中粗砂的粗中粒石鹽、含粉砂的細(xì)粒石鹽及粗中粒石鹽等，石鹽層呈松散略膠結(jié)狀，晶隙發(fā)育較好，透水性好，富水性差，石鹽中間為厚度較大的粘土層(隔水層)，沉積韻律發(fā)育，厚度自西向東逐漸變薄，單層厚度0.35～3.2 m，大多數(shù)1.0 m左右，累計(jì)純厚度2.26～20.9 m，平均厚度為6.58 m，厚度最大處位于ZK3610孔處，厚度20.9 m。含水層頂板埋深12.14～41.7 m，底板埋深69～124.8 m，比重1.18～1.23 g/cm3，平均1.21 g/cm3，水溫5～12.5℃，平均7.25℃，水位埋深11.9～34.43 m?？紫抖?3.12%～19.53%，平均為15.33%，給水度8.63%～16.36%，平均為10.92%。單位涌水量0.07～19.32 m3/(d·m)，平均為2.53 m3/(d·m)。滲透系數(shù)0.011～8.14 m/d，平均為0.93 m/d。

W3鹵水礦層的底板巖性主要為灰黑色含石膏的淤泥、粘土等，巖性分布在平面上比較連續(xù)、穩(wěn)定，因粘性和可塑性好而具有較好的隔水性，與下部W2鹵水礦層的水力聯(lián)系較弱。

3.1.2W3鹵水礦層的水化學(xué)特征

鹵水礦化度273.14～344.94 g/L，平均為313.74 g/L，pH值7.74～8.45，平均8.14。KCl含量在0.74%～1.74%之間，平均為1.23%，MgSO4含量在0～3.19%之間，平均為1.69%，NaCl含量在4.88%～23.9%之間，平均為18.53%，MgCl2含量在0.78%～16.67%之間，平均為5.32%。鹵水中除了富含KCl、NaCl等鹽類(lèi)物質(zhì)外，還伴生有LiCl、B2O3等微量元素。水化學(xué)類(lèi)型依據(jù)瓦里亞什科分類(lèi)方法來(lái)劃分多數(shù)屬于硫酸鎂亞型。

W3鹵水礦層中的KCl含量在水平方向上具有一定的分帶性，KCl由南北兩側(cè)向中心略顯濃縮的趨勢(shì)，KCl含量最高達(dá)到1.74%。水化學(xué)類(lèi)型自北西向南東由氯化物型水逐漸變?yōu)榱蛩徭V亞型水。由于W3鹵水礦層的厚度較薄，據(jù)分層采樣分析的結(jié)果看，各組分含自上而下均有增高的趨勢(shì)[2]。

3.2　W2鹵水礦層特征

3.2.1W2鹵水礦層的分布與賦鹵特征

W2鹵水礦層在黑北凹地內(nèi)斷續(xù)分布，范圍約40 km2。分布地層為早更新世阿拉爾組，地層巖性為靠近盆地邊緣為一套灰綠、灰黃色泥巖、砂質(zhì)泥巖，夾礫狀砂(巖)層，砂(巖)層、粉砂(巖)層。韻律變化明顯，礫狀砂(巖)層，砂(巖)層、粉砂(巖)層為重要的含鹵地層，泥巖、砂質(zhì)泥巖為隔水層，含水層分為東西兩個(gè)部分。東段由20個(gè)砂礫石小層組成，編號(hào)1-20E，長(zhǎng)度2～9 km不等，寬度1.5～3 km，鹵水礦層單層厚度較小，從0.8～6.6 m不等，累計(jì)厚度46.05 m，砂礫石層中間被粘土層、泥巖等隔水層分割，頂板埋深35.2～116.3 m，底板埋深42.3～120.2 m。西段僅為1個(gè)含水層，長(zhǎng)4 km，寬1.5～3.8 km，平均3.38 km，含水層底部為礫石層，含礫砂層上部為砂層、粉砂層，中部含粘土(隔水層)夾層，單層厚度0.3～1 m，純厚度73～99.92 m，平均86.46 m，厚度最大處位于ZK2810孔處，ZK3208孔中有較多的粘土夾層。水位埋深1.61～42.15 m，平均28.64 m，比重1.14～1.21 g/cm3，平均1.15 g/cm3，水溫9～14℃，平均10.2℃，為承壓鹵水，按照詳查區(qū)附近鉆孔孔所取具半固結(jié)孔隙度樣，孔隙度一般28.7%，給水度一般17.5%。W2鹵水礦層的單位涌水量0.26～108.95 m3/(d·m)，平均25.68 m3/(d·m)，不同的孔位，變化較大，滲透系數(shù)0.029～3.86 m/d，平均為0.62 m/d，影響半徑16.62～112.5 m，平均58.67 m，富水性差[3]。

3.2.2W2鹵水礦層的水化學(xué)特征

W2礦層鹵水的礦化度196.07～335.23 g/L，平均256.14 g/L。KCl含量在0.38%～1.03%之間，平均0.44%；NaCl含量在13.49%～21.76%之間，平均16.4%；MgSO4含量在0～2.84%之間，平均0.49%；MgCl2含量在0.8%～3.17%之間，平均3.04%。鹵水中除了KCl、NaCl、MgCl2以外，還伴生有LiCl、B2O3等微量元素，水化學(xué)類(lèi)型依據(jù)瓦利亞什科分類(lèi)方法來(lái)劃分硫酸鎂亞型及氯化物型[4]。

W2鹵水礦層中的KCl含量在水平方向上具有一定的分帶性，KCl含量在水平方向上自四周向凹地中心濃縮，KCl含量最高達(dá)0.55%。水化學(xué)類(lèi)型也有一定的分帶性，在靠近地下水的來(lái)源方向的ZK2810、ZK3210孔的水化學(xué)類(lèi)型為氯化物型，在中南部水質(zhì)大部分屬硫酸鎂亞型，而在東北邊緣為硫酸鈉亞型。

4　鹽類(lèi)礦產(chǎn)資源遠(yuǎn)景評(píng)價(jià)

黑北鉀礦床是第四紀(jì)內(nèi)陸湖相成因的以液體鉀礦為主，固體鉀雜鹵石礦并存的小型鉀礦床。液體鉀礦產(chǎn)于地至地下1 250 m的范圍及以下，共分為兩個(gè)礦層，KCl品位高、儲(chǔ)量達(dá)到小型礦級(jí)別，NaCl達(dá)到小型，W3液體鉀礦層雖埋藏淺，但KCl品位大于0.1%，但富水性差，易結(jié)鹽，不易開(kāi)采；W2礦層埋藏淺，個(gè)別鉆孔涌水量較大，且W2礦層資源量占67%，在鉆孔中不結(jié)鹽，硼等經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的含量都在90%以上，具有較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[5]。

固體雜鹵石礦產(chǎn)于地至地下100 m以上的范圍，共分為二個(gè)礦層，其K2SO4資源量達(dá)到中型礦級(jí)別，芒硝礦達(dá)到大型，鎂鹽達(dá)到小型，NaCl達(dá)到中型，下部礦層中雜鹵石、石鹽、芒硝、鎂鹽等埋藏深，資源量占90%以上，但開(kāi)采難度大[6]。

5　結(jié)　論

根據(jù)礦床成礦特點(diǎn)結(jié)合已取得的資料分析，礦床鹽類(lèi)礦產(chǎn)資源有如下特點(diǎn)：

1)黑北凹地鉀礦床是以液體KCl為主的小型第四紀(jì)鹽類(lèi)礦床。礦床除主礦種KCl以外，還伴生有NaCl、MgCl2、B2O3等組份。Li、Br、I等組分的含量均未達(dá)到工業(yè)利用價(jià)值。固體雜鹵石、NaCl和Na2SO4為區(qū)內(nèi)能達(dá)到工業(yè)利用的固體礦產(chǎn)。

2)主礦種KCl以賦存于鹵水中為主要存在形態(tài)，固體礦產(chǎn)NaCl既構(gòu)成地層的主要沉積巖性，同時(shí)又是液體礦的主要載體。在將來(lái)隨著開(kāi)采技術(shù)水平的提高，采用適宜的技術(shù)手段查明深部鹵水礦資源并加以利用，必將擴(kuò)大礦床資源量的規(guī)模。