钾盐矿资源地质特征

一、 钾盐矿床时空分布及成矿规律

（一） 矿床时空分布

    钾盐矿床是蒸发岩矿床的一种，它经常和其他盐类矿床共生在一起，如石膏、芒硝、石盐等。已知世界从古生代到现代都有蒸发岩沉积，最老的钾盐产于寒武纪，泥盆纪、石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪、白垩纪、第三纪以至第四纪各个地质时代均有钾盐矿床形成。

     我国钾盐成矿时代主要为第四纪、白垩纪和三叠纪。其代表矿床有：

    1)碎屑岩系型钾盐矿床——云南勐野井白垩纪钾盐矿床。该矿地处藏滇印支地槽褶皱带，位于兰坪-思茅盆地的东南部，是白垩纪成盐期的产物。思茅拗陷东西两侧为红河、澜沧江深大断裂夹持，向北与兰坪拗陷邻接，向南延出国境，为老挝的万象盆地和泰国的呵叻盆地。

    矿床含盐系底板是红色为主的碎屑岩。钾盐层顶底板及夹层都是红色为主的碎屑岩。属于碎屑岩型钾盐矿床。钾盐层底部与硬砂岩呈假整合接触。主要矿物为岩盐、钾石盐、硬石膏、光卤石，并富集有Br、Li等微量元素。

    2)盐湖型钾盐矿床——察尔汗盐湖钾镁盐矿床，是一个现代内陆盐湖，形成于晚更新世-全新世的成盐期。这一大型钾盐矿床是在柴达木盆地演化和成盐作用发育过程中，存在有利于钾迁移、富集的地质和水文地质条件而形成的。柴达木盆地已探明的富钾盐湖，还有东台吉乃尔、西台吉乃尔、一里坪、尕斯库勒、大浪滩、昆特依、马海、大小柴旦等诸多盐湖，它们的形成与察尔汗盐湖有着密切的联系。

    柴达木盆地自更新世以来，随着青藏高原的总体上升，一直处在沉降中，第四纪初成为规模巨大的古湖。湖水面积可达20×10⁴ km²，长期积累了包括钾在内的大量盐类组分，经过蒸发和浓缩，成盐作用是在闭流盆地中发育和演化。受新构造运动的影响，古湖的沉降中心屡经变迁，最初在盆地的西部茫崖大浪滩一带，尔后向东北方向转移，到晚更新世移向盆地的东南，即现在察尔汗盐湖。中早更新世末期的新构造运动，使柴达木古湖被分割瓦解。察尔汗盐湖是盆地中第四纪以来的沉降中心，湖盆面积大，又是盆地中地势最洼的地区，因而继承和积累柴达木古湖的盐类总量也最大。

（二）盐湖型钾盐的成矿规律

    钾盐的沉积一般在盐类矿物的后期，但盐类沉积的盆地到钾盐沉积阶段已发生变化。这时卤水浓缩很大，体积已浓缩到原水体的1%～1.5%，原来的盆地已为早先沉积的石盐基本填满，残余卤水则大部分渗入早期沉积的固相岩中，成为晶间卤水。钾盐盆地除少数形成于原来石盐盆地外，大多数则需重新形成，残余卤水及晶间卤水再汇入这个盆地中，蒸发形成钾盐矿床。

　　 
    2.钾物质来源

　　
    作为海相盐化的钾物质来源，是大洋水蒸发结晶后期阶段的产物。内陆盐湖的钾来源于残留卤水、结晶岩、火山活动、古钾盐矿床及油田水和深层地下卤水。

    3.钾盐盆地中钾的富集

    首先，成盐成钾卤水在正常封闭的盆地中，蒸发作用使盐类物质按溶解度而先后沉积。剖面上成为一个旋回性构造，钾盐分布在中上部和顶部；平面上则由盆地边缘到中心，按溶解度从小到大排列：碳酸盐-硫酸盐-石盐-钾盐。

    其次，在钾盐盆地中，尤其内陆盆地，卤水迁移对富集钾盐十分有利，因为当卤水迁移时较不容易溶的一些盐类先后在迁移途中沉淀，给剩下易溶的钾镁盐沉淀创造了条件。如察尔汗现代钾盐湖，卤水迁移过程中，湖周围就有较多可溶盐类沉积，它们主要是碳酸盐、硫酸盐、氯化钠，并按溶解度由小到大有规律地分散于迁移途中，最后剩下的卤水钾镁含量很高，给形成钾盐矿床创造了有利条件。

    第三，当石盐晶间或层间的卤水回流入钾盐盆地时，其运移过程中晶间卤水或层间卤水便可选择性溶解石盐岩中的钾镁盐或浸染状的钾盐，使卤水变富。如在青海现代钾盐湖中，在湖水水位较高，也是盆内卤水浓度较淡的时候，卤水渗入到石盐岩中，对其中的钾镁盐进行选择性溶解，由于蒸发作用湖水位下降使晶间卤水回流入低凹处，这种回流的卤水很快便形成光卤石，说明经过这个过程卤水富集了钾镁盐。

    综上所述，钾盐矿床的形成，必须具备成钾的盆地、高浓度的卤水和持续蒸发的条件。

二、 矿 床 类 型

　　
    可溶性钾盐矿床分类有以下几种分法。

    (1)按成矿时代划分，可分为第四纪以前形成的古代钾盐矿床（包括中新生代陆相碎屑岩型钾盐矿床）和第四纪形成的现代钾盐矿床(盐湖型钾盐矿床)；

    (2)按赋存状态可分为固体层状矿床和液体矿床。

    (3)按矿石化学组成划分可分为：

    1)氯化物型矿床：察尔汗盐湖钾镁盐矿床和勐野井钾盐矿床均属此类型；

    2)硫酸盐型：大浪滩钾盐矿床属此类型；

    3)混合型矿床：既有氯化物又有硫酸盐的矿床；

    4)硝酸盐型：新疆鄯善地区的钾硝石矿属此类型。

    (4)按矿床成因分类：可分为海相成因、陆相成因和深层卤水补给三种类型。

三、 典 型 矿 床

(一) 云南江城勐野井钾盐矿床

    勐野井钾盐矿床系古代固体钾盐矿床。氯化物型陆相沉积。物质来源也有深成卤水沿深大断裂补给的可能。含矿层为下第三系勐野井组。

    矿区出露地层，自下而上有：白垩系中统(K₂)、白垩系上统(K₃)、下第三系(E)、上第三系(N)。

    下第三系自下而上划分为勐野井组、等黑组和勐腊组。勐野井组(古新统E1m)下段为主含盐层，地表为棕红色、杂色泥砾岩，夹少量泥质粉砂岩、粉砂岩，深部为各种类型的石盐岩夹粉砂岩、钾盐岩。厚度9～682 m。上部棕红色泥岩、粉砂岩，普遍含石膏。厚度10～224 m。等黑组(始新统-渐新统E₂～₃d)以紫红色粉砂岩、泥岩为主，厚169 m。勐腊组(渐新统E₃ml)为红色砾岩、砂砾岩，夹砂岩、粉砂岩，厚度529～1 592 m。

    矿区主体为一个四周被断层围限的轴向北西的向斜构造(图4.9.2)，延长约10 km，宽4 km。两翼地层倾角30°～40°。由于后期构造和风化剥蚀残存的勐野井组分布面积仅10 km²，盐体位于矿区中部次级背斜内，残存面积3.2 km²，中央最厚达411 m，向四周变薄尖灭，西北侧为断层F₃所限，因断距大,盐体突然消失。全区石盐层平均厚度196.4 m，含NaCl平均71.67%，区内见盐深度最浅26 m，最深901 m，盐层表生淋滤带深度一般26～60 m。

图4.9.2勐野井钾盐矿床岩相略图    

1.钾盐+石盐分布范围；2.石盐分布范围；3.泥岩、粉砂岩夹泥砾岩和细砂岩，含石膏团块和石膏细脉；4.泥岩、粉砂岩夹泥砾岩和细砂岩，含碳酸盐胶结物和团块；5.扒沙河组砂岩；6.曼岗组；7.断裂；8.隐伏成盐同生断裂；9.岩相界线；10.钻孔位置（矿区共有钻孔88个，图中未全部标出）；11.盐泉；12.钾盐矿山 据颜仰基资料，1982，略有修改）

    钾盐分布于石盐层中，界限不清，分布面积2.8 km²，占石盐分布面积的80%。全区有10个钾盐矿层，每个钾矿带含1～5个钾矿体。累计厚度2～81m，平均厚30m。钾矿层KCl品位一般5%～10%，全区平均8.81%，含NaCl 62.14%，水不溶物23.35%；石盐钾盐矿层含KCl 2.62%，NaCl 70.64%，水不溶物22.95%。钾盐层多在石盐层中分段富集成群，并多富集于厚度大、品位高、夹石少的盐层中、上部。

    钾盐矿石有青灰色钾盐岩(占38.45%)、灰绿色泥砾质钾盐岩(占44.33%)及棕红色或杂色泥砾钾盐岩(占17.22%)。主要矿石矿物为石盐、钾石盐、光卤石、钾镁盐，其他非盐类矿物有自生石英、黄铁矿、镜铁矿等。

    该矿品位低、质量差，大规模开采尚有困难。

(二)  青海察尔汗盐湖钾镁矿床

    察尔汗盐湖是目前已探明的几大内陆盐湖之一。盐湖东西长近200 km，南北宽30 km，海拔2 670～3 000 m。北部被祁连山系及其余脉环绕，南、东为昆仑山系，均是古老变质岩系及早古生代地层。远离山前至盐湖地层由中下更新统的沉积物、洪积、冲积的砂砾岩、粉细砂和粘土等组成。

    湖区是典型的高原干旱气候，年平均气温为0～1.4℃，年蒸发量大于降水量100多倍。湖区外围多处分布有早中更新世湖相地层(Q₁₊₂)，证明第四纪早期是柴达木古湖的一部分。

    察尔汗盐湖地表为干盐滩所覆盖，仅在干旱滩边缘分布着大小不等的9个卤水湖泊。其中达布逊湖面积最大，还在沉积光卤石，其他湖泊主要沉积石盐。干旱滩之下是结构松散的多孔石盐(孔隙度25%～27%)，孔隙间充满晶间卤水，潜水位0.05～1.5 m。从全区看，达布逊湖水位是最低的，因此晶间卤水总是缓慢地流动补给。晶间卤水面以下普遍有光卤石、钾石盐等钾盐矿物。湖的南岸受格尔木河三角洲的影响，粉砂、亚粘土沉积物和部分细碎屑层，伸入干盐滩内，与石盐层构成相间的沉积韵律，反映成盐期内湖区气候以干旱为主，但也有间断的潮湿气候变化。

    经勘察和研究发现，5 800 km²的干盐滩是多期逐次形成的。盐湖浓缩的早期，卤水湖泊面积大，干盐滩只是在湖区北部边缘出现，随着湖水面积向南收缩，干盐滩从北向南逐步扩展，覆盖了湖区的大部分。

    整个湖区按构造、石盐层分布等特点划分为4个区段，自西向东：别勒滩区段(300勘探线以西)、达布逊区段(300～176线)、察尔汗区段(176～296线)和霍布逊区段(296线以东)。

    第四系地层与岩性特征，自下而上简述如下：

    (1)中下更新统(Q₁+₂)

以绿灰、红棕色砂质粘土层为主，夹浅色粉砂岩、粘土层和碳质条带。层厚1 211 m。

    (2)上更新统(Q₃)

    下部含盐组

    下部湖积层(Q₃l¹)：以黄灰、深灰和绿灰色含石膏、石盐的细砂、粉砂为主。本层边缘厚10 m，中部仅1～2 m。

    下部石盐层(Q₃S¹)：以深灰、褐灰色含石膏、泥砂的石盐为主，中部石盐较纯，边部石膏、泥砂增多。石盐层呈薄层状、条带状。下盐层最厚可达30.20 m，一般8～22 m。别勒滩区段出现K1钾盐层。

    中部含盐组

    在别勒滩和达布逊区段内，由两个湖积层和两盐层的韵律组成。

    Q₃L²-¹：以土黄色含石盐粉细砂为主，局部含石膏，察尔汗区段则以粉砂和石盐的薄互层出现，厚度1～7 m。

    Q₃S²-¹：以黄褐色和黄白色相间的含泥砂、石膏的石盐层为主，夹有薄层粉砂，厚2～4 m。

    Q₃L²-²：以含石膏、石盐的粉砂为主，局部夹石膏、石盐的小透镜体，厚2～4 m。

    Q₃S²-²：岩性与Q₃L²-¹相同，石盐多以薄层状或条带状产出，胶结不紧密，厚10～20 m。最大厚度29.30 m。在达布逊区段出现K₂钾盐层。

    (3)全新统(Q₄)

    上部湖积层(Q₄L³)：以浅黄色、灰黑色含石盐、石膏的粉砂、细砂为主，北部较粗向南变细并局部夹石盐、石膏透镜体。厚度变化大，边缘厚17 m，向中部变薄为1 m左右。在别勒滩区段局部出现K₃钾盐，但分布范围不大。

    上部石盐层(Q₄S³)：以黄色、灰黄、黄褐色含泥砂、石膏的石盐层为主，夹有薄层粉砂，松散胶结。除霍布逊区段外，普遍具有K4～K7的钾盐层。本层最厚30 m，一般厚8～21 m。

    盐湖含盐层在4个区段分布是不同的。下部石盐层(Q₃S¹)由西向东变薄并尖灭，中部石盐层(Q₃S²-1、Q₃S²-²)的沉积中心位于达布逊区段，上部石盐层(Q₄S³)分布范围最大（5 200 km）沉积中心仍位于达布逊区段。盐层的空间分布，从Q₃S¹～Q₄S³说明察尔汗盐湖由晚更新世到全新世成盐作用增强，大量钾盐层出现于Q₄S³盐层，表明盐湖已发展到晚期阶段。下部含盐组的石盐层(Q₃S¹)胶结紧密,中、上含盐组盐层较松散，富含晶间卤水。

    根据钾盐的赋存状态，盐湖钾资源包括固体钾盐沉积层和卤水钾矿。前者KCl含量大于2%，包括K₁—K₇和达布逊湖新生光卤石沉积层；卤水钾矿包括表面卤水和晶间卤水钾矿。
    1.固体钾盐沉积层

　　
    (1)K₁—K₇钾盐层钾盐层的主体为含浸染状光卤石的石盐层，分布范围广泛，特别是Q₄S³盐层中几乎遍及别勒滩、达布逊、察尔汗3个区段，与不含光卤石的石盐层之间无明显的界限。仅按KCl含量大于2%来划分，大致可圈出K₁—K₇　7个含光卤石的石盐层。光卤石呈半自形晶，粒径0.3～1　cm，光卤石含量不等，一般为5%～10%，石盐达80%以上，含有少量石膏、粉砂和淤泥等。Q₄S³盐层固相钾盐沉积分布见图4.9.3。

 图4.9.3察尔汗盐湖Q₄S³盐层固相钾盐沉积分布示意图（据《中国矿床》）

 1.光卤石层分布区；2.含浸染状光卤石的石盐层分布区； 3.达布逊湖滨新生光卤石沉积分布区；4.卤水湖

     (2)达布逊湖现代光卤石沉积层察尔汗盐湖区内，除南、北霍布逊湖外，其余各湖都有不同规模的新生光卤石层出现，其中达布逊湖北岸规模最大。以1966年为例，8月以前，光卤石大量沉积于北部湖滨带，长约32 km，宽一般为1～2km，最宽3.2 km，最大厚度0.59 m，西薄东厚。KCl含量17.98%，一般为10%左右。

　  　
    2.卤水钾矿

　　
    (1)地表卤水  以达布逊湖为例，1958年11月测量，面积为354.67 km²，1966年8月再度测量，湖域面积缩小为184 km²。湖区面积随气候变化，湖水的KCl含量也随之有明显的不同。同一季节，湖区不同部位含盐量和含钾量也有差异，表现为南北方向有分带性，远离格尔木河口的北岸含盐量和含钾量高。
    (2)晶间卤水  钾矿在表层盐壳之下，从距地表0.05～0.5 m左右到Q₃S¹均充满卤水。各石盐层之间为细碎屑层所隔。含钾晶间卤水主要赋存在Q₃S²和Q₄S³内，矿化度一般为310～400 g/L。主要组分是K+、Na+、Mg²+、Cl-。盐湖卤水化学组成见表4.9.3。

表4.9.3青海察尔汗盐湖卤水化学组成

    晶间卤水在垂直方向上的变化，总的趋势是KCl含量由上向下变低，矿化度则向下增大。也有局部出现反常的，同一盐层的上部和下部浓缩中心往往不一致。

    晶间卤水是察尔汗盐湖钾盐矿床的主要开采对象，含钾高，储量大。第Ⅰ含水层和第Ⅱ含水层，卤水量约214亿m³。