新疆烏爾喀什布拉克鹽礦床地質(zhì)特征及成因分析

王倪山，楊 磊，李興斌，李篡峰

(湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三〇四大隊(duì)，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

0 引言

中國(guó)鹽湖均地處邊遠(yuǎn)地區(qū)，大多數(shù)鹽湖交通不便，鹽湖勘查程度普遍很低。新疆僅有少數(shù)大型、特大型鹽湖石鹽礦床，大多數(shù)為中、小型鹽湖石鹽礦床。烏爾喀什布拉克石鹽礦位于吐魯番市南部庫(kù)米什盆地，盆地內(nèi)近EW向分布4個(gè)大小不等的鹽湖。烏爾喀什布拉克鹽礦位于盆地中部，屬西北成鹽區(qū)[1]。區(qū)內(nèi)已探明NaCl資源量7405.28萬(wàn)噸[2]，遠(yuǎn)景資源量3億噸以上，是新疆較大的石鹽礦生產(chǎn)基地之一。烏爾喀什布拉克勘查程度較低，成因爭(zhēng)議較大。本文試圖通過(guò)總結(jié)烏爾喀什布拉克鹽湖礦床的基本特征，探討庫(kù)米什盆地內(nèi)石鹽礦成礦機(jī)理，希望能為庫(kù)米什盆地及疆內(nèi)外其他地區(qū)鹽類礦產(chǎn)勘查、開發(fā)提供思路。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

烏爾喀什布拉克鹽湖位于庫(kù)米什盆地，地處新疆托克遜縣境內(nèi)。新近系以來(lái)，該區(qū)新構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈，形成一系列縱向斷陷，庫(kù)米什盆地就是其中之一。庫(kù)米什盆地西起肖爾布拉克，東至烏勇布拉克一帶，呈NW—SE向帶狀展布，長(zhǎng)104 km，寬24 km，面積2500 km2。盆地內(nèi)自北西向南東分布著4處大小不等、形狀各異的現(xiàn)代洼地[3]，蘊(yùn)藏著豐富的鹽類礦產(chǎn)，主要為石鹽礦和鉀鹽礦(圖1)。烏爾喀什布拉克洼地位于庫(kù)米什盆地中部，地勢(shì)低洼、地形開闊，是匯水儲(chǔ)鹽的良好地段。洼地南北兩面為低山丘陵區(qū)，東西兩面為盆地內(nèi)凸起區(qū)，從而形成了良好的封閉條件，為鹽類物質(zhì)的長(zhǎng)期積聚奠定了基礎(chǔ)[4]。石鹽礦產(chǎn)于庫(kù)米什盆地中心地帶全新統(tǒng)湖相化學(xué)沉積層中，呈NW—SE向斷續(xù)帶狀展布，估算遠(yuǎn)景資源量3億噸以上。最近幾年，吐—哈盆地硝酸鹽礦床的找礦工作取得了重大突破，該地區(qū)已探明的硝酸鹽儲(chǔ)量達(dá)到2.5億噸，僅次于智利Atacama超大型硝酸鹽礦床，位居世界第二[5]。其中盆地東部的烏勇布拉克硝酸鉀礦床與本礦床相鄰，成礦環(huán)境類似，現(xiàn)已探明KNO3資源量88.40萬(wàn)噸，是目前我國(guó)發(fā)現(xiàn)最大的硝酸鹽類礦床[6]。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1.1 地層

礦區(qū)出露地層為第四系全新統(tǒng)風(fēng)積層、湖相碎屑-化學(xué)沉積層、湖相化學(xué)沉積層及上更新統(tǒng)湖積層。

圖1 新疆庫(kù)米什鹽湖盆地區(qū)域地質(zhì)簡(jiǎn)圖

全新統(tǒng)風(fēng)積層(Qheol)主要分布于洼地西南部邊緣，以粉砂為主，細(xì)砂次之，土黃色、土灰色，粉砂黏土結(jié)構(gòu)，松散狀堆積。

湖相碎屑-化學(xué)沉積層(Qhlsx-ch)主要分布于洼地南側(cè)，呈條帶狀展布，以淺灰、灰白色為主。主要為含石鹽黏土和粉砂質(zhì)黏土，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，松散狀、層狀、塊狀構(gòu)造，其成分以黏土為主，次為粉砂、石鹽。

湖相化學(xué)沉積層-石鹽礦(Qhch-Hl)主要分布于洼地中部，呈NW—SE向長(zhǎng)條帶展布。主要為粒狀石鹽礦層，延伸穩(wěn)定，厚度大，質(zhì)量好。粒狀石鹽礦呈灰白色，自形—半自形粒狀結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)，塊狀、孔洞狀構(gòu)造，粒度粗細(xì)不一，其主要成分為石鹽，含少量黏土和粉砂。

上更新統(tǒng)湖積層(Qp3l)主要分布于洼地東部，呈孤島狀或不規(guī)則狀產(chǎn)出，主要由黏土、粉砂質(zhì)黏土構(gòu)成，少數(shù)地方夾粉砂、細(xì)砂及黏土質(zhì)粉砂。全新統(tǒng)直接覆蓋于上更新統(tǒng)之上，兩者呈平行不整合接觸關(guān)系。

2.1.2 構(gòu)造

礦區(qū)位于庫(kù)米什盆地中部，為第四系覆蓋，洼地及其邊緣地帶的第四系，總體為水平產(chǎn)狀，由于原始地形影響，自丘陵山區(qū)向洼地中心，地層有一定的向心傾斜，向心傾斜角度至洼地中心，傾角逐漸減小，以至完全水平。洼地南北兩側(cè)上更新統(tǒng)洪積層傾角為3°～10°，各期湖積邊緣相帶沉積層傾角多在1°～3°之間，湖心部位沉積層基本為水平狀。斷裂構(gòu)造、褶皺構(gòu)造均不發(fā)育。

2.1.3 巖漿巖

礦區(qū)內(nèi)均為第四系覆蓋，未見侵入巖出露。

2.2 礦體地質(zhì)特征

烏爾喀什布拉克鹽湖屬以石鹽為主的多種鹽類礦產(chǎn)共生復(fù)合型陸成鹽湖礦床，分固相和液相兩種類型，固相為陸成湖泊化學(xué)蒸發(fā)氯化鈉礦床，液相主要為晶間鹵水，空間分布與固相石鹽礦體相同。

固相礦體呈近EW向，是賦存在近地表的近水平狀礦床。礦床平面上呈不規(guī)則港灣狀，剖面上呈層狀，受地形地貌制約。礦體總體長(zhǎng)約7 km，近南北平均寬1.5 km，走向約300°，近似水平(圖2)。石鹽以分散粒狀或?qū)訝町a(chǎn)于上更新統(tǒng)湖積層(Qp3l)底板上部，呈自形—半自形晶，粒狀結(jié)構(gòu)、層狀構(gòu)造。礦體具垂直分帶特征，上部主要為粒狀石鹽礦，下部為芒硝礦。NaCl一般含量為43.11%～90.95%，平均品位為65.22%[2]。其變化規(guī)律：靠近礦體邊緣和中央殘丘部位NaCl含量低，多小于60%。礦體厚大的中心部位NaCl含量高，多大于60%。

圖2 烏爾喀什布拉克鹽礦地質(zhì)圖

2.3 礦石特征

礦石礦物成分的組成：礦物以石鹽(NaCl)為主，局部見有少量無(wú)水芒硝(Na2SO4)。

石鹽：灰白色、灰褐色，結(jié)晶粒狀結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造。石鹽呈自形—半自形晶，粒徑多在2～8 mm之間，最大可達(dá)20 mm。石鹽晶體內(nèi)偶見溶蝕空洞，晶體解理發(fā)育。

芒硝：呈無(wú)色—乳白色，自形—半自形晶粒狀、雙錐狀，粒徑為2～3 mm。

礦石結(jié)構(gòu)：主要有半自形—自形結(jié)構(gòu)、斑點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)、鑲嵌結(jié)構(gòu)等。

礦石構(gòu)造：主要有蜂窩狀構(gòu)造、孔洞狀構(gòu)造、塊狀構(gòu)造等。

3 礦床成因分析

烏爾喀什布拉克鹽湖礦床的形成是構(gòu)造和古地理?xiàng)l件、物質(zhì)來(lái)源、氣候條件、封閉條件等多種條件下共同作用的結(jié)果。這一點(diǎn)與古盆地陸相成因的石鹽礦的形成條件[7-8]相似。

3.1 構(gòu)造及古地理?xiàng)l件

烏爾喀什布拉克鹽湖形成于庫(kù)米什盆地中部，呈SWW—NEE向延伸，長(zhǎng)約20 km，寬5～8 km。盆地相對(duì)高差80～120 m，湖盆相對(duì)高差5～9 m。盆地基底為泥盆系灰?guī)r、細(xì)砂巖，蓋層為第四系全新統(tǒng)洪積、風(fēng)積層、湖相碎屑-化學(xué)沉積層及上更新統(tǒng)湖積層。其中全新統(tǒng)為洪積砂礫石、風(fēng)積粉細(xì)砂及湖相干旱環(huán)境形成的各類鹽類化學(xué)沉積上更新統(tǒng)為湖積黏土、粉細(xì)砂等(圖3)。

圖3 烏爾喀什布拉克鹽湖盆地沉積剖面圖

上新世(N2)末期，受喜山運(yùn)動(dòng)的影響，本區(qū)全面升起。在進(jìn)入更新世后，局部發(fā)生一些升降運(yùn)動(dòng)。這種差異運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致庫(kù)米什東部發(fā)生的坳陷和沉降中心北移，形成了庫(kù)米什盆地。上更新世末期，庫(kù)米什盆地基底上升，湖水枯竭，湖積層暴露于地表，這以后，南天山一帶風(fēng)蝕作用強(qiáng)烈，在庫(kù)米什盆地形成蝕壟槽，局部風(fēng)蝕作用強(qiáng)烈，形成風(fēng)蝕洼地。全新統(tǒng)石鹽礦形成于這些洼地之中，洼地內(nèi)地勢(shì)低洼、地形開闊，是匯水儲(chǔ)鹽的良好地段，有利于成鹽物質(zhì)的富集、儲(chǔ)存。

3.2 氣候條件

新近紀(jì)早期該盆地發(fā)生了強(qiáng)烈地殼運(yùn)動(dòng)，隨著古地中海消失，歐亞大陸與太平洋印度洋的海陸間熱力作用的差異，初步建立起東亞季風(fēng)環(huán)流[4]。根據(jù)羅布泊地區(qū)鉆孔孢粉組合(表1)，大約120萬(wàn)年以來(lái)，羅布泊地區(qū)一直是干旱的荒漠草原景觀，其間經(jīng)歷溫、涼的變化和干旱、半干旱的變化，并有短期的半濕潤(rùn)環(huán)境，總體趨勢(shì)是向干旱化方向發(fā)展[9]。1998年中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所對(duì)盆地內(nèi)沉積物進(jìn)行了14C測(cè)定，年齡大于4萬(wàn)年，說(shuō)明該湖4萬(wàn)年前，還處于淡水—咸水湖發(fā)展階段[10-11]。

表1 羅布泊K1孔孢粉帶、自然景觀和古氣候[9]

第四紀(jì)以來(lái)，南天山地區(qū)總體上處于干旱時(shí)期。主要表現(xiàn)：古近系以前的地層組成的山脈均為基巖裸露的禿山，除極少數(shù)低洼處沖溝和洪積扇邊緣的小片耐堿蘆葦和灌木叢外，大多數(shù)第四紀(jì)堆積物都是由砂、礫組成的，無(wú)腐殖土[12]。這些都是炎熱干旱氣候區(qū)的特征。從廣泛分布的第四系風(fēng)積物和洪積物看，本區(qū)在第四紀(jì)另一氣候特征多風(fēng)，偶有陣雨。干旱多風(fēng)造成了蒸發(fā)量大于降水量的條件。這種氣候環(huán)境有利于湖泊趨于干涸，湖水咸化，最終形成石鹽礦床[13]。

3.3 成礦物質(zhì)條件

3.3.1 成礦物質(zhì)來(lái)源

烏爾喀什布拉克鹽湖石鹽礦的成礦物質(zhì)來(lái)源比較廣泛，可分如下幾方面：

1)來(lái)自周邊巖石和第四系的沉積物。庫(kù)米什盆地南北兩側(cè)出露有大面積泥盆系的火山碎屑巖和海西期巖漿巖，還分布有巖漿熱液產(chǎn)物-多金屬礦床(點(diǎn))，這些火山碎屑巖、巖漿巖及多金屬礦床(點(diǎn))和侏羅系煤層。經(jīng)風(fēng)化和水的溶蝕可析出硫酸根離子和氯離子[14]。

盆地南部大片侏羅系至古近系的黏土巖和南北兩側(cè)大片第四系黏土質(zhì)沉積物存在有大量Ca2+、Mg2+、Na+、K+陽(yáng)離子[15]。這些離子在大氣降水作用下，溶于水中，潛于地下形成高礦化度潛水。在其以地下徑流方式向成鹽洼地流動(dòng)過(guò)程中，使鹽類組分自邊部向中心逐漸升高。例如，烏爾喀什布拉克鹽湖的固體石鹽及晶間鹵水，中部比邊部平均品位高出60%以上[2]。地下水主要通過(guò)松散砂礫石進(jìn)入洼地，形成以孔隙潛水含水層為主的石鹽鹵水共生礦床(圖4)。

2)來(lái)自泉水。庫(kù)米什盆地以南喀拉塔格一帶有些咸水泉，多系山間裂隙水出露點(diǎn)。另外在烏爾喀什布拉克石鹽礦區(qū)北部，有阿爾彼什麥布拉克、烏索布拉克、民源泉等咸水泉，泉水礦化度都很高(表2)。這些泉與庫(kù)米什盆地同屬一個(gè)大的水文地質(zhì)單元，泉水可沿山間溝谷匯入庫(kù)米什盆地。由于只有蒸發(fā)的排泄方式，這樣鹽分是只進(jìn)不出，極為有利于鹽分的富集，除去人為開采，永遠(yuǎn)為正均衡[16](表3)，有利于形成鹽湖礦床。

表2 鹽湖周邊水質(zhì)分析成果[2]

表3 庫(kù)米什盆地鹽湖水鹽均衡統(tǒng)計(jì)[14]

3)來(lái)自上更新統(tǒng)上部的薄層石鹽礦。庫(kù)米什盆地南北兩側(cè)高礦化度泉水少部分沿山前溝直接進(jìn)入烏爾喀什布拉克洼地，一部分潛入庫(kù)米什盆地兩側(cè)松散堆積物中，與高礦化度潛水一起進(jìn)入盆地內(nèi)。受盆地北西高、東南低的地勢(shì)影響，高礦化度潛水沿南、北、西三個(gè)方向以地下徑流方式匯(滲)入烏爾喀什布拉克洼地。由于氣候干旱，平時(shí)高礦化度潛水以微弱的地下徑流方式匯(滲)入成鹽洼地。水介質(zhì)運(yùn)動(dòng)能量很小，難以攜帶泥砂，降雨時(shí)，雨水溶解礦區(qū)周圍松散堆積物中的成鹽離子，匯同地下潛水，攜帶部分泥砂，以地表和地下徑流方式進(jìn)入烏爾喀什布拉克洼地[2]。

3.3.2 鹽湖形成過(guò)程

由于庫(kù)米什盆地內(nèi)氣候總體上長(zhǎng)期干旱，沒有永久性地表徑流。因此，烏爾喀什布拉克洼地不曾有過(guò)大面積淡水湖泊。石鹽礦的形成沒有經(jīng)過(guò)由淡水變咸水、飽和鹵水及濃縮、干枯的過(guò)程，而是隨著高礦化度水質(zhì)不斷進(jìn)入礦區(qū)，水分不斷蒸發(fā)，鹽類礦物不斷結(jié)晶析出的。

3.4 保存(封閉)條件

烏爾喀什布拉克成鹽洼地的形成與上更新統(tǒng)黏土質(zhì)沉積物，構(gòu)成了具有良好隔水性能的礦體底板，使進(jìn)入洼地的高礦化度水體難以漏失。洼地四周地勢(shì)較高，水體不容易向外排泄，構(gòu)成了封閉條件較好的烏爾喀什布拉克洼地，石鹽礦體保存條件良好。

4 結(jié)論