布谷馬西鉀鹽礦區(qū)卜育礦段鹽系地層沉積旋回劃分

欒元滇 田寧 劉東義 岳偉佳 王宏偉

山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014

卜育礦段位于布谷馬西鉀鹽礦區(qū)西北部，剛果（布）西南沿?？R省黑角市以北約70km 處，礦區(qū)西鄰大西洋（圖1）。該區(qū)區(qū)域大地構(gòu)造屬于加蓬-安哥拉濱海盆地之下剛果盆地[1]，下伏厚度巨大的早白堊世鹽系地層。自上世紀(jì)50年代，加蓬、剛果等國家就開始在該盆地開展鉀鹽礦勘查。上世紀(jì)60年代，法國人在黑角市東約80km 處的霍利一帶勘查開采鉀鹽。自2008年以來，加拿大曼格礦業(yè)公司于曼格礦區(qū)（2008～2009年）[2]、澳大利亞的元素礦產(chǎn)有限公司于森圖科拉礦區(qū)(2009～2012年)[3]、中國的剛果魯源礦業(yè)投資有限公司于布谷馬西礦區(qū)（2008～2015年）[4]分別開展了鉀鹽礦勘查，于下伏的鹽系地層中均發(fā)現(xiàn)了鉀鹽礦。

該區(qū)鹽系地層巖性主要為光鹵石巖和石鹽巖互層[5]。下部光鹵石巖巖層相對較厚，KCl 含量較高，為光鹵石型鉀鹽礦主要含礦層位；中部巖層較薄，沉積韻律變化頻繁，KCl 含量較低；礦段中南部（ZK01-ZK251）鹽系地層上部發(fā)現(xiàn)了2～3 層含鉀石鹽石鹽巖層（鉀石鹽型鉀鹽礦層），為后生淋濾成因[6]。鹽系地層在沉積和成鹽后不同位置的地質(zhì)環(huán)境有所變化。因此有必要對卜育礦段鹽系地層沉積環(huán)境、沉積旋回、鉀鹽礦層的分布等進(jìn)行研究，以便指導(dǎo)在下剛果盆地尋找不同類型的鉀鹽礦。

圖1 卜育礦段位置圖Fig.1 Location map of Buyi ore block

1 區(qū)域盆地特征

1.1 盆地基本特征

區(qū)域上加蓬-安哥拉濱海盆地分布范圍較大，從北向南自喀麥隆至安哥拉，從東向西由陸地延伸至大西洋海底。該盆地進(jìn)一步可劃分為4 個次級盆地，即Douala 盆地、加蓬盆地、下剛果盆地、Cuanza 盆地，盆地中普遍發(fā)育鹽系地層，其中下剛果盆地鉀鹽成礦條件最好，卜育礦段即位于下剛果盆地的中部。

下剛果盆地地表普遍被第四系松散層所覆蓋，下伏依次為新近系、白堊系、新元古界、中元古界、古元古界。白堊系埋深150～3000m，厚度較大，可進(jìn)一步劃分為三部分：濱海相沉積、瀉湖相鹽類沉積（鹽系地層）、陸相沉積[7]。

1.2 鹽系地層特征

據(jù)以往資料介紹，加蓬-安哥拉濱海盆地中鹽系地層是在非洲-美洲大陸形成裂谷期后沉積的[8]，沉積時代為早白堊世晚期，為瀉湖相蒸發(fā)沉積而成。

鉆孔資料顯示，鹽系地層底部為薄層瀝青頁巖，局部夾硬石膏巖，碳酸鹽及硫酸鹽沉積很少，這與正常的瀉湖相沉積有別。可見，該區(qū)鹽系地層沉積初期，進(jìn)入盆地的海水經(jīng)過了沉積分異[9]，隨著地面沉降，海水不斷補給，蒸發(fā)量大于補給量，鹽類物質(zhì)不斷沉積，向上依次沉積了石鹽巖-光鹵石巖-溢晶石巖。

鹽系地層呈紅白相間，巖性以石鹽巖-光鹵石巖互層為主，夾瀝青頁巖和溢晶石巖。自下而上，巖層厚度不一，局部見含鉀石鹽石鹽巖，但分布位置局限。

該盆地自鹽類沉積后未見明顯的巖漿活動和構(gòu)造運動，地層整體連續(xù)性較好。據(jù)以往鉆探、物探資料編制的區(qū)域鹽層頂板等深線圖（圖2）可見，等深線深度值由陸地向海洋逐漸增加（即鹽層埋深漸趨變深），但各條等深線平面上基本為平行線。

圖2 剛果盆地推測鹽層頂板等深線圖Fig.2 Conjecture salt roof isopath in Congo Basin

2 礦段巖性特征

布谷馬西礦區(qū)卜育礦段地表被第四系覆蓋，下伏為新近系、白堊系。鉀鹽礦床賦存于白堊系鹽系地層中。鹽系地層上覆巖性為硬石膏巖及白云巖，下伏巖性為砂巖、白云質(zhì)粉砂巖。鹽系地層呈光鹵石巖和石鹽巖交互沉積，二者顏色上有明顯的區(qū)別，呈互層狀分布。中間夾多層瀝青頁巖、溢晶石巖。以ZK01 孔為例，將野外觀測資料按地層自下而上描述如下。

ZK01 鉆孔剖面：總厚度620.95m。第四系松散沉積：（1）土黃色粉細(xì)砂。 164.05m整合新近系半固結(jié)碎屑巖沉積：（2）灰白色（半固結(jié)）粉砂巖。 19.18m-------------------------平行不整合-----------------------

白堊系濱海相沉積：

（3）灰白色白云質(zhì)粉砂巖。 63.07m（4）灰色白云巖夾白云質(zhì)粉砂巖。 9.86m（5）灰白色粉砂巖（松散狀）。 13.88m（6）藍(lán)灰色泥巖夾灰色白云質(zhì)粉砂巖。 3.26m（7）灰色細(xì)晶白云巖。 3.11m

（8）角礫狀硬石膏巖。 4.30m（9）瀝青頁巖夾硬石膏巖薄層。 1.50m（10）白色石膏巖。 1.70m（11）瀝青質(zhì)石膏礫巖。 3.02m整合白堊系瀉湖相鹽類沉積（鹽系地層）：12～21 層為Ⅶ旋回（12）灰黑色石鹽巖夾瀝青頁巖。 3.83m（13）青灰色石鹽巖。 5.85m（14）灰黑色石鹽巖夾瀝青頁巖。 5.17m（15）青白色石鹽巖。 5.72m（16）鉀石鹽質(zhì)石鹽巖。 1.26m（17）青白色石鹽巖。 2.96m（18）含鉀石鹽石鹽巖（Ⅳ-5 礦層）。 1.01m（19）下部青白色石鹽巖，上部夾薄層深紅色光鹵石巖和鉀石鹽質(zhì)石鹽巖。 5.74m（20）深紅色光鹵石巖，上部為含鉀石鹽石鹽巖（Ⅳ-4 礦層）。 2.31m（21）青白、青灰色石鹽巖。 31.84m 22～46 層為Ⅵ旋回（22）深紅色光鹵石質(zhì)溢晶石巖。 0.51m（23）橙黃色光鹵石質(zhì)溢晶石巖。 3.26m（24）淡黃色含光鹵石溢晶石巖。 1.23m（25）深紅色光鹵石質(zhì)溢晶石巖。 4.75m（26）淡黃色含光鹵石溢晶石巖。 2.41m（27）橙黃色光鹵石質(zhì)溢晶石巖。 4.42m（28）淡黃色含光鹵石溢晶石巖。 7.75m（29）深磚紅色光鹵石巖，上部為含鉀石鹽石鹽巖（Ⅳ-2、Ⅳ-3 礦層）。 6.58m（30）磚紅色光鹵石巖與青灰-青白色石鹽巖互層。12.34m（31）青灰色石鹽巖。 1.10m（32）磚紅色光鹵石巖與青灰-青白色石鹽巖互層。11.64m（33）青灰色石鹽巖夾薄層磚紅色光鹵石巖。 3.62m（34）磚紅色石鹽質(zhì)光鹵石巖。 0.86m（35）青灰色石鹽巖夾薄層磚紅色光鹵石巖。 1.72m（36）磚紅色光鹵石巖。 3.29m（37）青灰色石鹽巖夾薄層磚紅色光鹵石巖。 3.98m（38）磚紅色光鹵石巖。 2.35m（39）青灰色石鹽巖（薄層狀）。 4.25m（40）磚紅色光鹵石巖夾青灰色石鹽巖薄層。 5.06m（41）青灰色石鹽巖（薄層狀）。 3.31m（42）磚紅色光鹵石巖（Ⅳ-1 礦層）。 3.63m（43）青白色薄層石鹽巖。 1.35m（44）磚紅色光鹵石巖。 1.25m（45）青灰色薄層石鹽巖夾薄層瀝青頁巖。 11.82m

（46）灰黑色瀝青頁巖偶夾薄層石鹽巖。 3.72m 47～54 層為Ⅴ旋回（47）橙黃色含光鹵石溢晶石巖夾薄層光鹵石巖、石鹽巖及瀝青頁巖。樣品H100～H104。 6.41m（48）黃色溢晶石巖，取樣品H105、H106。 2.13m（49）磚紅色光鹵石巖。 2.11m（50）磚紅色光鹵石巖與灰色石鹽巖互層。 11.42m（51）磚紅色光鹵石巖。 2.86m（52）灰色薄層石鹽巖。 1.57m（53）磚紅色光鹵石巖與灰色石鹽巖互層。 18.00m（54）灰黑色瀝青頁巖夾薄層石鹽巖。 6.89m 55～59 層為Ⅳ旋回（55）磚紅色光鹵石巖與灰色石鹽巖。 12.00m（56）灰色薄層石鹽巖。 1.21m（57）磚紅色光鹵石巖夾青灰色石鹽巖。 4.00m（58）灰色薄層石鹽巖。 4.99m（59）黑色瀝青頁巖夾薄層磚紅色光鹵石巖、灰色石鹽巖。 6.37m 60～62 層為Ⅲ旋回（60）灰色薄層石鹽巖夾薄層光鹵石巖。 5.26m（61）磚紅色光鹵石巖夾薄層灰色石鹽巖。 2.57m（62）灰色薄層石鹽巖夾瀝青頁巖。 3.92m 63～65 層為Ⅱ旋回（63）磚紅色光鹵石巖（Ⅱ-1 礦層）。 4.63m（64）灰色石鹽巖。 3.94m（65）青灰色石鹽巖與瀝青頁巖互層。 3.33m 66～72 層為Ⅰ旋回（66）磚紅色光鹵石巖夾薄層青灰-青白色石鹽巖。9.57m（67）青灰色薄層石鹽巖。 1.03m（68）磚紅色含石鹽光鹵石巖（Ⅰ-1 礦層）。 12.67m（69）青灰色石鹽巖。 16.82m（70）灰黑色瀝青頁巖夾薄層硬石膏礫巖。 0.62m（71）灰色白云巖。 1.31m（72）灰黑色瀝青頁巖。 1.10m整合白堊系陸相沉積：（73）灰綠色白云質(zhì)粉砂巖與白云質(zhì)中的砂巖互層（未見底）。 ＞15.40m

3 沉積旋回劃分及特征

3.1 旋回劃分

卜育礦段共施工8 個鉆孔，其中ZK371、ZK372、ZK251、ZK01 等4 個鉆孔揭穿鹽系地層底板。由ZK01 可知，該區(qū)鹽系地層巖性呈石鹽巖和光鹵石巖韻律沉積，其間夾7 層瀝青頁巖和2 層溢晶石巖。瀝青頁巖為水體較深、陸源碎屑影響少、表層生物生產(chǎn)力高、缺氧還原環(huán)境下的產(chǎn)物，為水進(jìn)體系域末期[10]，代表一次大的海侵事件結(jié)束。根據(jù)鹽類礦物的沉積演化規(guī)律，溢晶石為鹽類沉積演化末端的產(chǎn)物[11]，表示鹽類沉積達(dá)到晚期。

經(jīng)對各鉆孔巖性特征橫向?qū)Ρ?、分析研究，把瀝青頁巖和溢晶石巖作為標(biāo)志層，將卜育礦段鹽系地層劃分為七個沉積旋回（圖3），瀝青頁巖作為每一個沉積旋回底部巖性，代表一個沉積旋回的開始；而溢晶石巖則作為沉積旋回的終結(jié)巖性，代表一沉積旋回的結(jié)束，位于沉積旋回的頂部。每一個沉積旋回即代表一次大的沉積事件。

圖3 沉積旋回劃分FIG. 3 Division of sedimentary cycle

由北向南鹽系地層厚度漸趨變厚（圖4），其中Ⅰ、Ⅱ旋回相對穩(wěn)定；Ⅲ、Ⅳ旋回巖性變化較大，ZK371 孔在Ⅲ旋回出現(xiàn)多段碎屑巖沉積，缺失Ⅳ旋回；Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ旋回北部明顯變?。╖K431孔缺失Ⅶ旋回）。Ⅰ、Ⅱ旋回光鹵石巖較厚，發(fā)育2 層光鹵石型鉀鹽礦；Ⅶ旋回上部，發(fā)育含鉀石鹽石鹽巖（鉀石鹽型鉀鹽礦）。反映該處鹽系地層下部是尋找光鹵石型鉀鹽礦的有利部位，而鹽系地層上部是尋找鉀石鹽型鉀鹽礦的有利部位。

3.2 各旋回特征及沉積環(huán)境分析

3.2.1 Ⅰ旋回

該旋回總體上呈兩層石鹽巖與兩層光鹵石巖互層沉積。底部為瀝青頁巖，瀝青頁巖之上為一層厚度穩(wěn)定的石鹽巖，厚度16.69～20.89m，晶體自形程度高；中部為一層厚度6.03～12.67m 的磚紅色光鹵石巖，KCl 含量較高，為礦層Ⅰ-1 賦礦層位；光鹵石巖之上為一層0.80～1.03m 的薄層石鹽巖；頂部為一層厚度6.99～10.05m 的薄層光鹵石巖與薄層石鹽巖互層。

圖4 鉆孔巖性對比FIG. 4 Comparison of borehole lithology

該旋回早期巖層厚度較大，反映早期沉積環(huán)境穩(wěn)定，水體補給量大。至晚期，水體補給不穩(wěn)定，水體化學(xué)成分開始動蕩，因此上部出現(xiàn)薄層光鹵石巖與石鹽巖互層沉積。

3.2.2 Ⅱ旋回

該旋回下部為一層粗粒的石鹽巖，上部為一層粗粒的光鹵石巖沉積（Ⅱ-1 礦層），石鹽巖與光鹵石巖層厚均4m 左右。反映該旋回沉積環(huán)境相對穩(wěn)定。

3.2.3 Ⅲ旋回

該旋回底部為一層厚1.82～3.92m 瀝青頁巖夾石鹽巖，石鹽巖呈微層狀，細(xì)晶結(jié)構(gòu)；瀝青頁巖之上為2～3 層薄層光鹵石巖與石鹽巖交互沉積，巖性較雜，石鹽巖中多夾薄層瀝青頁巖。

反映該旋回沉積環(huán)境動蕩多變，補給的海水量及成分不斷發(fā)生變化，因此出現(xiàn)薄層石鹽巖和光鹵石巖交互沉積。

3.2.4 Ⅳ旋回

該旋回下部為一層4.17～5.59m 的石鹽巖，厚度較穩(wěn)定；中部以薄層石鹽巖為主，夾多層薄層光鹵石巖；上部為薄層光鹵石巖與薄層石鹽巖互層，平均厚度9.50m，光鹵石結(jié)晶較好，而石鹽巖則呈細(xì)晶結(jié)構(gòu)。反映該旋回沉積時期，沉積環(huán)境變化頻繁，水體補給量與海水中化學(xué)成分多變、不穩(wěn)定。

3.2.5 Ⅴ旋回

該旋回底部為瀝青頁巖，厚度2.69～9.01m，平均厚度4.89m；瀝青頁巖之上為厚度5m 左右的石鹽巖，粗晶結(jié)構(gòu)，多含泥質(zhì)；石鹽巖之上為一套10～20 層的薄層石鹽巖與薄層光鹵石巖韻律沉積，巖性較雜，KCl 含量普遍較低；頂部發(fā)育一層溢晶石巖，厚度在1.5～2m。該溢晶石巖成分呈分帶現(xiàn)象。

可見，該旋回早期沉積環(huán)境相對穩(wěn)定，沉積了厚層石鹽巖；中后期水體動蕩變化頻繁，補給量不穩(wěn)定，海水中的Na、K、Mg 物質(zhì)成分交替變化，出現(xiàn)了石鹽巖與光鹵石巖薄層狀交互沉積；晚期，蒸發(fā)量進(jìn)一步增大，隨著沉積分異，剩余水體中殘留的Ca、Mg 含量較高，因此沉積了溢晶石巖。溢晶石巖沉積過程中水體中的化學(xué)成分也在不斷變化，因此，在溢晶石巖中部含有光鹵石。

3.2.6 Ⅵ旋回

該旋回底部為瀝青頁巖夾薄層石鹽巖（圖5），厚度4.31～8.41m，平均厚度6.49m；瀝青頁巖之上為一厚層石鹽巖，厚度9.50～17.01m，平均厚度11.30m；石鹽巖之上為薄層光鹵石巖與薄層石鹽巖頻繁韻律沉積，自下而上石鹽巖層逐漸變薄，光鹵石巖層逐漸變厚；上部為一厚層光鹵石巖，厚度6.58～8.28m，平均厚度7.23m，該層光鹵石巖KCl 含量較高，局部淋濾形成含鉀石鹽石鹽巖，即鉀石鹽型鉀鹽礦層（Ⅳ-2 礦層）；頂部發(fā)育一厚度較大的溢晶石巖，溢晶石巖內(nèi)部呈分帶現(xiàn)象，為4 層橙黃色含光鹵石溢晶石巖與3 層淺黃色溢晶石巖交互沉積。

該旋回沉積早期，沉積環(huán)境穩(wěn)定，水體補給量大，沉積了一層厚度較穩(wěn)定的石鹽巖。中期海水動蕩頻繁，且富Na 海水漸趨減少，而富K、Mg 海水漸趨增多，出現(xiàn)自下而上光鹵石巖逐漸變厚的特征。晚期，隨著海水蒸發(fā)，濃縮的海水中Ca、Mg 含量增高，沉積了厚層溢晶石巖。

3.2.7 Ⅶ旋回

該旋回自北向南逐漸變厚，礦區(qū)北端（ZK431）缺失該旋回。旋回中下部為一厚層石鹽巖，厚度31.84～38.39m，平均厚度36.35m，結(jié)晶程度高；石鹽巖上部發(fā)育三層光鹵石巖，光鹵石巖厚度較大，南部ZK251 孔厚度大于5m，上部的兩層光鹵石巖，局部經(jīng)淋濾脫鎂形成含鉀石鹽石鹽巖（鉀石鹽型鉀鹽）（Ⅳ-4、5 礦層）；頂部為厚層石鹽巖，石鹽巖中多夾薄層瀝青質(zhì)。

該旋回沉積早期，沉積環(huán)境穩(wěn)定，因此沉積了厚層的石鹽巖；中期海水補給量及成分變化，水體大范圍退縮，礦區(qū)東北部不再接受沉積，中南部沉積了3 層光鹵石巖；晚期，由于構(gòu)造或者環(huán)境變化等原因，ZK251-ZK01 一帶，局部光鹵石巖經(jīng)淋濾脫鎂，形成了含鉀石鹽石鹽巖。該旋回后期，海水的大規(guī)模入侵，鹽系地層上部普遍沉積了厚層的石鹽巖、硬石膏巖等。

至此，該區(qū)的鹽類沉積告一段落。

圖5 Ⅵ、Ⅶ旋回沉積特征Fig. 5 Sedimentary characteristics of Ⅵ, Ⅶ cycle

4 結(jié)語

（1）卜育礦段鹽系地層巖性呈石鹽巖與光鹵石巖互層韻律沉積，其間夾7 層瀝青頁巖和2 層溢晶石巖。瀝青頁巖為鹽類沉積前期的產(chǎn)物，而溢晶石為鹽類沉積演化末端的產(chǎn)物。把瀝青頁巖和溢晶石巖作為標(biāo)志層，將卜育一帶鹽系地層劃分為七個沉積旋回。瀝青頁巖作為每一個沉積旋回底部巖性，代表一個沉積旋回的開始；溢晶石巖作為沉積旋回的終結(jié)巖性，代表一個沉積旋回的結(jié)束。每一個沉積旋回均為一次大的沉積事件。

（2）各個沉積旋回巖性成分、厚度、沉積韻律不同，反映其沉積環(huán)境及補給水體成分不同。其中Ⅰ、Ⅱ旋回分布穩(wěn)定，光鹵石巖層厚度大，KCl 含量高，為光鹵石型鉀鹽礦成礦有利部位。Ⅳ、Ⅴ旋回北部缺失。Ⅵ、Ⅶ旋回自北向南呈漸趨變厚，Ⅶ旋回在礦區(qū)北部也出現(xiàn)缺失。由于后期構(gòu)造影響或沉積環(huán)境變化，于Ⅵ、Ⅶ旋回頂部形成了含鉀石鹽石鹽巖（鉀石鹽型鉀鹽礦層），可見Ⅵ、Ⅶ旋回頂部是鉀石鹽型鉀鹽礦的成礦有利地段。