世界钾盐矿床

发布网友 发布时间：2022-04-19 16:23

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热心网友 时间：2023-07-01 18:38

一、内容概述

世界钾盐资源虽然非常丰富，但其分布却极不均衡。在具有工业意义钾盐矿床分布的国家中，前苏联、加拿大和德国合计储量和储量基础分别占世界总量的92%和81%，超大型钾盐矿床主要集中分布于北半球欧洲、北美洲及中亚等地区（Fuzesy，1983；Sonnenfeld，1984；Lowenstein，1988）。北美*拥有世界上最大的钾盐矿床，其储量占全球已探明钾盐储量的一半。北美含钾盆地主要有志留纪Michigan 盆地、泥盆纪Elk Point 盆地、石炭纪Maritimes 盆地、Paradox 盆地和二叠纪Delaware盆地。北美*晚古生代钾盐矿床的大规模集中成矿作用，是该时期特定的大地构造背景、沉积盆地演化、古气候条件等多种有利成钾条件耦合的结果。

（一）地质特征

世界大型超大型钾盐矿床成矿背景以前寒武纪地块为基底的沉积盆地，成矿时代以古生代为主，其次为中生代；在空间上主要分布于特提斯和劳亚两个成矿域，个别分布于冈瓦纳成矿域，环太平洋成矿域未见大型超大型钾盐矿床（裴荣富，2009）。钾盐的分布与构造环境、地质年代、古地理和全球气候变化有着密切的关系。

Warren（2010）总结世界蒸发岩沉积规律，揭示显生宙两次大盐类沉积期与*拼合-分离相对应：每次造山运动和洋盆的打开，都伴有巨量盐类沉积；构造和气候是控制大多数蒸发岩分布的首要因素，而非海平面进退，但温室效应引起的海面进退有利于台地蒸发岩形成。

欧美学者（Condie，2004；Haq et al.，2005；Hay et al.，2006）认为，巨型海相成盐盆地位于克拉通盆地内；而前苏联学者则认为地台区的台向斜和边缘坳陷是成盐最有利的地区。无论如何，其共同点表现为：国外巨型钾盐矿床形成于稳定的大型克拉通内。

Warren（2010）统计，地质历史上各时代的钾盐矿床都分布在南北纬5°～30°带内，石盐盆地可稍向外扩展一些，到35°范围内。古气候在地史时期的周期性变化，导致同一时期盐类矿床集中出现，形成成盐的高峰期。横贯欧亚*南部上万公里长的特提斯-喜马拉雅构造域（Tethys⁃Himalaya Domain）是中、新生代欧亚*最重要的构造演化单元。在构造演化过程中，气候发生了巨大变化，从古生代末—中生代初期大范围湿润气候到中生代中晚期大面积干旱和强烈的干湿波动变化，再到新生代中晚期大面积季风湿润和干旱化（Simms et al.，1989，1990；Vakhrameev，1991；Parrish，1993；Soreghan et al.，2008），这个变化过程不仅受到全球大气环流和气候变化的控制，还与构造域中块体的漂移历史和青藏高原的隆起密切相关，并可在古气候-构造最佳配合下形成巨大的钾盐矿床。

泥盆纪可能是世界上最主要的成钾盐矿期，沉积的钾资源量占世界资源量的60.47%。其次，白垩纪地层蕴藏钾盐资源量占13.44%，晚侏罗世沉积钾盐10.27%，两者构成第二个主要成钾期。二叠纪和寒武纪地层蕴藏钾盐资源量为6%～7%，属于第三位的成钾期，其他时代地层蕴藏钾盐资源量相对更少（刘成林等，2006）。在26个世界主要钾盐矿床中，石油勘探过程中发现的有10个，占38.46%；5个为根据石盐和卤水研究预测后发现的，占19.23%；有4个是在盐岩矿勘探与开采中发现的，占15.38%；2个钾盐矿床因地表有出露被发现，占7.69%；1个是在寻找地下水过程中发现的，占3.85%；其他4个矿床的发现过程因缺乏资料不清楚，占15.39%。由上可见，国外大型钾盐矿床的发现多是从含钾线索开始的，因此，应该密切关注石油和盐岩矿勘查过程中的含钾信息和线索，对已有的石油钻井岩心和岩盐矿床进行细致的矿物学与岩石学研究，从中可以获得钾盐成矿的重要线索。

（二）成钾模式

1.表生成盐成钾作用—陆表海盆成钾作用模式

Usiglio（1849）首次提出海水蒸发析盐系列：氧化铁＋碳酸钙→石膏→石膏＋石盐→石膏＋石盐＋泻利盐→石膏＋石盐＋泻利盐＋软钾镁矾→石膏＋石盐＋泻利盐＋软钾镁矾＋光卤石→石膏＋石盐＋泻利盐＋软钾镁矾＋光卤石＋水氯镁石。它首先证明，钾盐沉积作用发生于这一过程的最后阶段。奥克谢尼乌斯最早提出著名的成盐成钾理论——沙洲说，海水在被沙嘴隔离的地段发生浓缩、成盐。瓦里亚什科（1965）提出“预备盆地”、“干盐湖”等成钾说。Schmalz（1970）发表了“深水成盐”的理论模式，认为一个海就可变为盐湖，并提出了两种蒸发岩的分布模式，即“牛眼式”和“泪滴式”。许靖华（1980）以地中海为例，认为内陆海干化形成巨厚盐类沉积，由地中海突发事件引起，提出“干化深盆说”等等。

2.异常海相蒸发成钾模式

Lowenstein et al.（1989）提出，一些异常海相蒸发岩（钾盐）可能形成于非海相卤水而不是海水。柴达木盆地卤水起源于大气降水（河水、溪水），混合有少量氯化钙型泉水（其成分与很多深部建造卤水和地下热卤类似）（Lowenstein et al.，2009）。富含泉水的径流蒸发作用产生光卤石、水氯镁石和溢晶石，这与几个异常海相蒸发岩矿床一致，河水和泉水的其他混合也产生与海水蒸发形成的盐类矿物组合。具有泉水混合的水蒸发依次沉积出：碳酸盐、石膏-硬石膏、石盐，接着是光卤石、水氯镁石和溢晶石。这种矿物序列可在巴西和刚果的早白垩世裂谷蒸发岩矿床中发现（Arod，1969；Borchert，1977），也可在泰国呵勒高原的晚白垩世蒸发岩（钾盐）中发现（Hite et al.，1979；Uth- Aroon，1993），这些所谓的异常钾盐矿床可能形成于陆相卤水。其他古代钾盐矿床沉积于海相环境中，但是缺乏现代海水蒸发析出的矿物序列，例如，二叠纪的萨拉多和泥盆纪草原组的蒸发岩（钾盐）（Lowenstein，1988），可能有少量陆相卤水加入（其成分与柴达木盆地氯化钙泉水相近）。一些异常海相蒸发岩（钾盐）可能形成于陆相卤水的事实，说明它们的物质来源比海水更加富含钾离子，有异常补给来源。

3.裂谷成钾模式

埃塞俄比亚盐湖（属于红海裂谷系）主要分布于达纳基尔坳陷中段的黑山和圆山附近，是由于地下冒出的热卤水泉形成的一些卤水池，同时伴随着很多钾盐等盐类析出（Holmearda et al.，1968），黑山热卤水泉由高温（达130℃）饱和卤水构成，氯化钾含量约2%，卤水冒出后立即析出水氯镁石和光卤石；圆山卤泉卤水化学分析，KCl为1.69%，NaCl为11.70%，MgCl₂为6.49%，CaCl₂为6.45%。上述热卤泉应该与该区火山活动有关。此外，埃及苏伊士湾捷穆萨钾盐矿床，它们的盐类物质主要靠地下卤水沿大断裂上升补给。在美国加利福尼亚州索尔顿海湖东南的科学钻探中，曾钻遇高温（270～370℃）热卤，盐度达332g/L，Na为5.2%，Ca为2.6%，K为1.6%，Cl为15.3%（Lowenstein et al.，2009）。巨型钾盐（国外古生代）成矿属于巨型陆表海盆的海水蒸发事件成矿，自中生代以后，在裂谷盆地或*裂开初期，可能因深源补给在世界范围内出现“裂谷成钾”，地球表生成钾模式发生了重大转变，海相盐盆地从海水表生作用成钾转变，以海水补给为主、内生来源为辅的新状况，是地球演化历史所决定的大趋势。

二、应用范围及应用实例

呵叻高原位于泰国东北部和老挝中部，由于被近东西走向的普潘隆起隔离而分为2个盆地，北部的沙空那空盆地和南部的呵叻盆地（图1），2个盆地蕴含丰富的钾盐资源，是世界上最大的钾盐沉积矿床之一。20世纪50年代，寻找地下水时发现厚层岩盐；70年代，分析岩盐中的溴值变化规律，然后布钻井打到了光卤石。钾盐主要赋存于马哈萨拉堪组。马哈萨拉堪组含盐系包括3个蒸发岩碎屑沉积旋回，自上而下完整的序列为：上碎屑层、上盐层（硬石膏层）、中碎屑层、中盐层、下碎屑层、下盐层、基底硬石膏层，钾盐矿层赋存于下盐层最上部（图2）。虽然对呵叻盆地已开展近100年的勘探和研究，但在一些重大科学问题上，如成盐时代、成盐物源、沉积环境等，至今仍存在争议。硫和氧同位素对比年龄及光卤石中的放射性同位素（K/Ar，K/C和⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）测年结果显示，该含盐建造形成于晚白垩世赛诺曼期（Hansen B T et al.，2002）。

图1 呵叻高原地质构造简图

（据张西营等，2012）

图2 马哈萨拉堪组岩性柱状图

（据张西营等，2012）

关于呵叻高原盐岩的物质来源和沉积环境一直存在海、陆源（相）之争。但目前多把呵叻高原的钾盐沉积作为白垩纪（晚白垩世）海相蒸发岩放在显生宙的框架内加以研究（Siemann，2003；Eastoe et al.，2007）。根据矿层的矿物学及地球化学特征分析，Hite et al.（1989）提出不均匀交代模式来解释呵叻高原钾盐沉积后的变化，他认为矿层顶部钾石盐沉积是光卤石被淋滤或不均匀交代作用的结果，而 Warren（1999）则认为钾石盐的沉积与积极的回流有关，矿层底部钾石盐是由于凸起的盐隆出露地表后被截顶所致，即光卤石被大气水淋溶后在地表凹陷处再沉积而形成钾石盐层，实际上二者代表了不同的钾石盐成矿模式，但不均匀交代模式得到了多数学者的赞同，并在呵叻高原区域成钾盆地的研究中得到广泛应用（Crosby，2005，2007）。

该矿床主要特点为：①矿床形成于晚白垩世海相沉积，主要矿物为光卤石、钾石盐，与之共生的矿物有溢晶石、硬石膏以及硼酸盐矿物等；②发育蒸发岩和硅质碎屑红层沉积序列；③从找矿实践看，钾盐矿床为找水过程中所发现，今后水钾、水油兼探应成为钾盐勘探的主要途径。

三、资料来源

裴荣富，D.V荣奎斯特，梅燕雄等，2009.1∶25000000世界大型矿床成矿图.北京：地质出版社

齐文.2010.北美地质演化与钾盐成矿.地质学报，84（11）：1576～1584

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