剛果布谷馬西礦區(qū)鉀鹽礦北部礦段鹽類沉積缺失淺析

岳偉佳，欒元滇，周興濤

(山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，山東 濟(jì)南 250014)

0 引言

布谷馬西地區(qū)鉀鹽礦位于剛果共和國(guó)西部沿海一帶,大地構(gòu)造屬剛果盆地中部黑角次級(jí)盆地[1-4]。該區(qū)地下鉀鹽資源極其豐富，多國(guó)在此區(qū)針對(duì)鉀鹽礦開展了地質(zhì)勘查，霍利(Holle)、麥戈(Mengo)、新圖庫(kù)拉(Sintoukola)、布谷馬西(Mboukoumassi)等多處鉀鹽礦。筆者在布谷馬西地(1)剛果共和國(guó)奎盧省布谷馬西礦區(qū)南部礦段鉀鹽礦勘探報(bào)告，山東省地礦工程勘察院，2015年。(2)剛果共和國(guó)奎盧省布谷馬西礦區(qū)北部礦段鉀鹽礦普查報(bào)告，山東省地礦工程勘察院，2015年。綜合分析，發(fā)現(xiàn)該礦區(qū)南北礦段Ⅲ，Ⅳ巖性段鉀鹽礦沉積有一定差異，認(rèn)為北部礦段Ⅲ，Ⅳ巖性段存在沉積缺失。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

布谷馬西礦區(qū)位于剛果成鹽盆地中部。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和鉆探揭露，該區(qū)基底為元古界，上覆地層由老到新依次為白堊系、新近系、第四系(圖1)。

其中白堊系為該區(qū)鉀鹽礦含礦層位，厚度巨大，一般大于3000m。礦區(qū)為斷陷盆地，鹽類礦產(chǎn)形成后，構(gòu)造活動(dòng)主要以沉降為主，局部發(fā)育小的斷層、褶皺、層間柔皺及溶腔等；東部馬永背山一帶褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育。區(qū)域巖漿巖主要分布于東部，巖性主要為中細(xì)?；◢弾r，呈小巖株?duì)睢?/p>

根據(jù)鹽類礦層分布特征，布谷馬西鉀鹽礦床以奎盧河為界分為南部、北部2個(gè)礦段，北部礦段位于剛果盆地偏北部，靠近馬永背山一帶，南部礦段位于剛果盆地偏中部(圖2)。

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

依據(jù)巖石組合特征和沉積建造，該區(qū)白堊系自下而上可劃分為3部分：下部陸相沉積層、中部瀉湖相鹽類沉積層、上部海相沉積層[5]；其中中部瀉湖相鹽類沉積層根據(jù)瀝青層和溢晶石層，南部礦段可劃分為4個(gè)巖性段8個(gè)沉積旋回，北部礦段可劃分為3個(gè)巖性帶6個(gè)沉積旋回(圖3)[6-10]。

1—第四紀(jì)全新統(tǒng)；2—新近紀(jì)-第四紀(jì)更新統(tǒng)；3—白堊系；4—新元古界；5—中元古界；6—古元古界；7—花崗巖；8—地質(zhì)界線；9—斷裂；10—勘查區(qū)位置；11：鉆孔位置及編號(hào)；12—二維地震剖面線位置及編號(hào)圖1 礦區(qū)地質(zhì)圖

1—鹽層頂板等深線(m)；2—勘查區(qū)位置；3—北部礦段位置；4—南部礦段位置；5—未遭變動(dòng)鹽層的大致亞界線；6—國(guó)界線；7—鉀鹽礦圖2 剛果盆地推測(cè)鹽層頂板等深線圖(魯伊特，1979)

1—第四系；2—新近系；3—白堊系；4—粉砂、砂、黏土質(zhì)粉砂；5—藍(lán)灰色粉砂；6—藍(lán)灰色泥質(zhì)粉砂巖；7—白云質(zhì)砂巖、白云巖；8—硬石膏巖、石膏礫巖；9—石鹽巖與光鹵石巖互層；10—瀝青頁(yè)巖；11—溢晶石巖；12—粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖；13—巖性帶編號(hào)；14—旋回編號(hào)圖3 礦區(qū)南北礦段巖性柱狀對(duì)比圖

2.1 鹽類沉積特征

南、北礦段中部瀉湖相鹽類沉積厚度差別較大，但各巖性段沉積特征類似，Ⅰ，Ⅱ巖性段對(duì)應(yīng)性較好，Ⅲ，Ⅳ巖性段差異較大。中部瀉湖相鹽類沉積層是鉀鹽礦的賦礦層位。其上覆為海相沉積，下伏為陸相沉積。

該層巖性總體上呈石鹽巖和光鹵石巖互層，其間夾多層瀝青頁(yè)巖，局部發(fā)育溢晶石巖。根據(jù)鉆孔揭露的巖性特征、鹽類礦物沉積特征、巖石組合特征，以瀝青頁(yè)巖(底)、溢晶石巖(頂)為標(biāo)志層將區(qū)內(nèi)鹽類沉積劃分為8個(gè)沉積旋回。在沉積旋回劃分的基礎(chǔ)上，根據(jù)巖性組合和鹽層空間分布特征，以穩(wěn)定連續(xù)分布的瀝青頁(yè)巖為標(biāo)志層，每?jī)蓚€(gè)沉積旋回歸并為一個(gè)巖性段，共劃分出4個(gè)巖性段：Ⅰ巖性段位于鹽類沉積的最下部，包含2個(gè)沉積旋回，以中部發(fā)育的一層瀝青頁(yè)巖為界，下部為第一旋回、上部為第二旋回；Ⅱ巖性段位于鹽類沉積的中下部，包含2個(gè)沉積旋回，以中下部發(fā)育的一層瀝青頁(yè)巖為界，其下為第三旋回，其上為第四旋回；Ⅲ巖性段位于鹽類沉積的中上部，包含2個(gè)沉積旋回，以該帶中部發(fā)育的一層瀝青頁(yè)巖(夾硬石膏巖)為界，下部為第五旋回，上部為第六旋回；Ⅳ巖性段位于鹽類沉積的上部，包含2個(gè)沉積旋回，以該帶中部發(fā)育的一層厚度較厚的瀝青頁(yè)巖為界，其下為第七旋回，其上為第八旋回。南部礦段該帶沉積較完整，發(fā)育8個(gè)沉積旋回、4個(gè)巖性段；與南部礦段對(duì)比，北部礦段僅發(fā)育6個(gè)沉積旋回、3個(gè)巖性段，局部發(fā)育5個(gè)沉積旋回，缺失第七旋回、第八旋回，局部缺失第六旋回。

2.1.1 南部礦段

Ⅲ巖性段位于鹽類沉積的中上部，上覆Ⅳ巖性段，下伏Ⅱ巖性段，均呈整合接觸，其頂板埋深311.12～463.11m，底板埋深525.20～717.80m，厚度204.87～284.99m，平均厚度252.35m。4個(gè)巖性段中該帶厚度最大，該帶是主要賦礦層位(圖4)。第五旋回總體呈薄層石鹽巖與薄層光鹵石巖交互沉積，自下而上石鹽巖漸趨變薄，而光鹵石巖漸趨變厚，發(fā)育主礦層Ⅲ-1(表1)。第六旋回總體呈3層石鹽巖夾兩層光鹵石巖，巖層厚度大，穩(wěn)定，發(fā)育主礦層Ⅲ-10，Ⅲ-11。

Ⅳ巖性段：該帶位于鹽類沉積的上部，上覆海相沉積層，下伏Ⅲ巖性段，均呈整合接觸。其頂板埋深198.46～285.50m，底板埋深311.12～463.11m，厚度83.69～189.23m，平均厚度131.10m。該帶總體石鹽巖厚度較大，光鹵石厚度較小(圖5)，兩者累計(jì)厚度比約為4∶1。第七旋回總體呈中厚層石鹽巖夾薄層光鹵石巖的特征，自下而上，石鹽巖厚度漸趨變薄。光鹵石巖共發(fā)育7～8層，厚度普遍較薄，多在0.7～3m，只有中部發(fā)育一層厚度10m左右的光鹵石巖，為主礦層Ⅳ-2。第八旋回僅發(fā)育一厚層石鹽巖，個(gè)別鉆孔頂部發(fā)育光鹵石巖層、鉀石鹽層。

1—石鹽巖；2—光鹵石巖；3—瀝青頁(yè)巖；4—溢晶石巖；5—主礦層位置及編號(hào)圖4 南部礦段Ⅲ巖性段沉積特征

表1 南部礦段Ⅲ，Ⅳ巖性段主礦層特征

2.1.2 北部礦段

Ⅲ巖性段位于鹽類沉積的上部，與上覆海相沉積層呈平行不整合接觸，與下伏Ⅱ巖性段呈整合接觸。頂板埋深259.84～414.21m，底板埋深425.16～465.23m，厚度43.67～194.31m，平均厚度111.13m[11]。其頂部為鉀石鹽型鉀鹽礦層賦礦層位。該段礦區(qū)范圍內(nèi)沉積厚度變化較大，不穩(wěn)定，總體上呈石鹽巖與光鹵石巖互層沉積，巖性主要為光鹵石巖、石鹽巖，局部發(fā)育水氯鎂石巖、鉀石鹽巖、硬石膏巖、粉砂巖。該帶頂板僅有ZK251，ZK311，ZK372，ZK292等4孔發(fā)育硬石膏巖，多為石膏礫石，ZK371，ZK252，ZK431等3孔缺失硬石膏層；該段頂部發(fā)育3層鉀石鹽型鉀鹽礦層(表2)，部分鉆孔缺失(圖6)；ZK01，ZK251，ZK311，ZK372發(fā)育，ZK252，ZK292，ZK371，ZK431缺失。中部發(fā)育一層約20m的水氯鎂石巖層，各孔發(fā)育厚度不均，多數(shù)鉆孔缺失。下部光鹵石巖與石鹽巖呈薄層互層狀，層厚多在2～6m，巖性較雜，KCl含量較低，底部為一層厚度較穩(wěn)定的10m左右的石鹽巖和6～10m的瀝青頁(yè)巖。第五旋回在北部礦段東北部及東部發(fā)育不完全，部分缺失。該旋回總體呈石鹽巖與光鹵石巖交互沉積，自下而上石鹽巖漸趨變薄，光鹵石巖漸趨變厚，發(fā)育一層厚度較大的鉀石鹽型鉀鹽礦層Ⅲ-3和兩層光鹵石型鉀鹽礦層Ⅲ-1，Ⅲ-2。第六旋回僅在北部礦段的西南部(ZK01，ZK251，ZK311，ZK372)發(fā)育。該旋回厚度在北部礦段范圍內(nèi)差異明顯，自北向南逐漸變厚。巖性自北向南變化同樣明顯，北部ZK372孔僅發(fā)育一層16.60m的石鹽巖，中部ZK311孔石鹽巖層厚度達(dá)到54.84m并出現(xiàn)0.92m的鉀石鹽質(zhì)石鹽巖，中南部ZK251，ZK01孔旋回上部出現(xiàn)光鹵石巖和鉀石鹽巖沉積，發(fā)育兩層鉀石鹽巖型鉀鹽礦層Ⅲ-4，Ⅲ-5。

1—石鹽巖；2—光鹵石巖；3—瀝青頁(yè)巖；4—主礦層位置及編號(hào)圖5 南部礦段Ⅳ巖性段沉積特征

表2 北部礦段Ⅲ巖性段主礦層特征

2.2 二維地震特征

由于沉積作用的影響，不同地質(zhì)層位地震波組反射特征有所不同。研究區(qū)白堊紀(jì)的鹽系地層表現(xiàn)為石鹽巖與光鹵石巖互層狀。鉀鹽礦石類型為光鹵石型，體重為1.6t/m3，石鹽巖體重為2.1t/m3。由于光鹵石巖和石鹽巖密度差較大，速度差也較大，所以光鹵石巖和石鹽巖的分界面表現(xiàn)為一個(gè)強(qiáng)的地震反射界面，可根據(jù)地震剖面特征來(lái)初步預(yù)測(cè)主礦層在地震剖面上的連續(xù)性[12-14]。依據(jù)鉆孔分層，結(jié)合地震剖面特征，該次二維地震工作確定7個(gè)標(biāo)定層位：第三系頂界、白堊系頂界、石膏頂界、鹽Ⅳ頂界、鹽Ⅲ頂界、鹽Ⅱ頂界、鹽Ⅰ底界。

南部礦段：L3剖面為南部礦段范圍內(nèi)施工的一條NW—SE向的聯(lián)絡(luò)剖面(圖7)，根據(jù)剖面特征可見(jiàn)南部礦段礦層連續(xù)性較好，礦層厚度大，巖性段較穩(wěn)定，僅局部發(fā)育小的斷裂、溶腔等構(gòu)造。南部礦段礦層上部連續(xù)性較好，在地震剖面上較易識(shí)別，下部存在一定差異，礦層下部自南向北埋深變淺，礦層厚度自南向北逐漸變薄[15]。

1—石鹽巖；2—光鹵石巖；3—鉀石鹽巖；4—含瀝青粉砂巖；5—瀝青頁(yè)巖；6—溢晶石巖；7—光鹵石型鉀鹽礦層位置及編號(hào)；8—鉀石鹽型鉀鹽礦層位置及編號(hào)圖6 北部礦段Ⅲ巖性段沉積特征

北部礦段：NL1剖面為北部礦段范圍內(nèi)施工的一條走向NE—SW向的聯(lián)絡(luò)剖面(圖8)，根據(jù)剖面特征可見(jiàn)北部礦段斷裂、溶腔等構(gòu)造較發(fā)育，特別是北部礦段北部發(fā)育多條斷裂，礦層連續(xù)性一般。礦層在礦段中部埋深較淺，向南北兩側(cè)埋深變深，礦層厚度自南向北逐漸變薄。

通過(guò)L3剖面和NL1剖面對(duì)比可見(jiàn)，二維地震顯示南部礦段反射波較穩(wěn)定，連續(xù)性好，受構(gòu)造影響較??；北部礦段反射波較亂，連續(xù)性差，受構(gòu)造影響較大。據(jù)二維地震特征顯示北部礦段礦層上部巖性呈斷斷續(xù)續(xù)狀，明顯受構(gòu)造活動(dòng)影響較多。

3 缺失原因分析

根據(jù)鉆孔巖性對(duì)比分析，布谷馬西礦區(qū)南部礦段鹽類沉積較穩(wěn)定，施工各鉆孔可對(duì)比性較強(qiáng)；北部礦段各鉆孔之間差異較大，Ⅲ巖性段上部及Ⅳ巖性段因受不同程度侵蝕，導(dǎo)致Ⅳ巖性段缺失，Ⅲ巖性段厚度變化較大。ZK251沉積厚度最大為194.31m，ZK431厚度最小為43.67m。對(duì)于缺失原因，筆者認(rèn)為，在鹽類沉積完成后，區(qū)域上發(fā)育有斷層構(gòu)造，北部礦段位于鹽類沉積盆地的邊部，受構(gòu)造作用影響較大，而南部礦段受構(gòu)造作用影響較小，礦層得以完整保存。

區(qū)域上南部礦段與北部礦段之間為奎盧河，推測(cè)在奎盧河處發(fā)育斷層，如在奎盧河附近施工的ZK02孔礦層厚度僅有約165m，遠(yuǎn)小于南部礦段的平均厚度550m和北部礦段的平均厚度300m。

礦區(qū)內(nèi)，根據(jù)鉆孔資料可見(jiàn)，南部礦段礦層頂板為一層穩(wěn)定的硬石膏巖，厚度多大于10m，而北部礦段施工的鉆孔中僅在ZK01，ZK251，ZK311，ZK292，ZK372孔中見(jiàn)有硬石膏巖及石膏礫巖分布，且厚度小于10m，在鹽層與頂板接觸部位普遍發(fā)育一層灰黑色黏土，多含石膏礫石。

北部礦段鹽類沉積上部在ZK01，ZK251，ZK311，ZK292，ZK372孔處發(fā)育鉀石鹽巖，而區(qū)內(nèi)的鉀石鹽巖成因普遍認(rèn)為是淋濾成因[16]，光鹵石巖經(jīng)上部飽和的NaCl鹽水淋濾脫鎂形成鉀石鹽巖[17-18]。經(jīng)過(guò)幾百萬(wàn)年的時(shí)間，上部來(lái)水通過(guò)孔隙或硬石膏層序中的斷裂滲入光鹵石巖層及其下面的鹽層，在滲透率較高的區(qū)域或存在構(gòu)造活動(dòng)的區(qū)域，流入率預(yù)計(jì)較高。因此認(rèn)為該區(qū)北部礦段硬石膏層及其上部發(fā)育裂隙，而此裂隙推斷為受斷裂活動(dòng)影響。

結(jié)合區(qū)域、二維地震及鉆孔資料分析認(rèn)為，北部礦段在白堊紀(jì)沉積后期更易受構(gòu)造作用影響，斷層發(fā)育，上部海水與下部鹽類沉積層位貫通，導(dǎo)致鹽類沉積上部出現(xiàn)溶蝕，隨著鹽層溶蝕，上部石膏層、白云巖層出現(xiàn)塌陷，待穩(wěn)定后繼續(xù)接受沉積，造成鹽類沉積上部及局部石膏層位出現(xiàn)沉積缺失。

4 結(jié)論

(1)北部礦段受斷裂等構(gòu)造活動(dòng)影響較大，鹽類沉積上部斷裂、溶腔等構(gòu)造較發(fā)育，而南部礦段受構(gòu)造作用影響較小，礦層得以完整保存。斷裂構(gòu)造是造成南北差異的原因之一，后期進(jìn)一步勘查和開采時(shí)，要注意構(gòu)造對(duì)礦層的影響。

1—第三系頂界；2—白堊系頂界；3—石膏頂界；4—鹽Ⅳ頂界；5—鹽Ⅲ頂界；6—鹽Ⅱ頂界；7—鹽Ⅰ底界；8—斷裂位置及編號(hào)；9—二維地震剖面線位置及編號(hào)圖7 南部礦段二維地震L3剖面圖

1—第三系頂界；2—白堊系頂界；3—石膏頂界；4—鹽Ⅳ頂界；5—鹽Ⅲ頂界；6—鹽Ⅱ頂界；7—鹽Ⅰ底界；8—斷裂位置及編號(hào)；9—二維地震剖面線位置及編號(hào)圖8 北部礦段二維地震NL1剖面圖

(2)區(qū)域資料對(duì)比分析、二維地震及鉆孔資料綜合研究表明，鹽類沉積后期，上部來(lái)水沿裂隙向下淋濾溶蝕，使Ⅲ巖性段上部及Ⅳ巖性段被侵蝕，導(dǎo)致部分鉆孔不同程度的缺失Ⅲ巖性段上部及Ⅳ巖性段，也為北部礦段優(yōu)質(zhì)鉀石鹽型鉀鹽礦的形成創(chuàng)造了條件?？蔀橄乱徊皆诒辈康V段尋找優(yōu)質(zhì)鉀石鹽型鉀鹽礦提供依據(jù)。