塔里木莎车盆地溴氯系数分布特征与找钾分析

2011-04-10

长江大学学报(自科版) 2011年31期

（油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学），湖北荆州434023）

塔里木盆地位于新疆维吾尔自治区境内，是中国面积最大的沉积盆地。从晚三叠世到中新世，在天山和昆仑山山前发育2个硕大的前陆盆地：北部的库车盆地和西南部的莎车盆地[1]。2大次级盆地沉积了厚层岩盐，具备形成钾盐的基本地质条件，一直被列为中国寻找古钾矿的重点地区。

目前在库车盆地拜城坳陷、阿瓦提坳陷及莎车盆地的南部民丰坳陷、乌克沙鲁等区域都可见晚白垩世及第三纪巨厚岩盐出露或盐矿开采。而自中生代便与莎车盆地地质古环境十分相似，均为古特提斯海水贯通，且与莎车盆地呈串珠状分布的塔吉克、费尔甘纳等盆地目前都已发现有侏罗-白垩纪地层产出的大型钾盐矿[2]。因此，莎车盆地成钾条件较充分，应该也存在形成大型钾盐矿的可能性，对该盆地进行找钾分析也是十分必要的。

1 溴氯系数(Br×103／Cl）在成盐过程中的变化规律

世界上钾盐矿床以氯化物型居多，在成盐的各个阶段都广泛沉积着氯化物型的矿物，而溴在溶液相中以Br-的形式存在，在固相中与含氯矿物形成固溶体。因此在化学沉积含氯矿物中，溴是十分重要的示踪元素，是找钾的直接标志。盐矿床中的溴含量可反映盐矿的沉积环境、物质来源、赋存规律等诸多信息，也可直接作为找钾标志。另外，溴在盐类矿物中的分布和热力学模型研究可用来分析古海水或古卤水的组分，对探究钾盐矿床的形成与演化具有重要的意义。

溴在卤水蒸发过程中主要富集在溶液中而不形成独立矿物，极少量溴与含氯盐类沉积物形成固溶体，以氯的类质同象赋存于氯化物型矿物中，不含氯的硫酸盐、碳酸盐等矿物中也不含溴。溴大部分保存在卤水溶液中，当卤水或海水继续蒸发时，卤水溶液中的Br-浓度就随之增加。随着卤水中Br-浓度的增高，进入固相盐类中的溴也越来越多，晚期结晶氯化物的溴含量必高于早期结晶的氯化物。鉴于石盐在石盐-钾石盐-光卤石各沉积阶段直至共结点皆可析出在含氯矿物中，且溴在石盐、钾石盐、光卤石中的含量依次增加，因而研究溴离子在石盐矿物中的分布规律，能够帮助判断含盐地层的咸化程度及沉积阶段，进而辅助盆地找钾。

一般来讲，水质类型为氯化物型和硫酸镁亚型对找钾有利，随着海水的浓缩发展，固、液相中的溴含量都不断增高，矿化度愈高的表示含盐性也愈高。由于盐类岩石中除氯化盐外，经常伴生有碳酸盐矿物及其他各种杂质，它们的存在必然会降低样品中Cl-和Br-的绝对含量，为消除这一不利影响，使Cl-和Br-的含量保持不变，因此一般不使用Br-的绝对含量，而引用Br×103／Cl值，这样更能反映它们浓缩的实际情况。

1．1 海相盐岩的溴氯系数变化规律

正常海水蒸发浓缩时，石膏会最先析出，之后依次析出石盐、钾石盐、光卤石等氯化物矿物。进入固相氯化物盐和残余母卤液相中的Br-含量均不断升高。鉴于石盐在石盐-钾石盐-光卤石各沉积阶段直至多种矿物共结点阶段皆可析出，因而根据石盐的Br×103／Cl值可以判断含盐地层沉积阶段，如表1所示。即使没有钾矿物出现，利用石盐的Br×103／Cl值也可判断采样区域的咸化程度，预测成钾条件[3]。

表1 海相溴氯系数沉积阶段对照表

2．2 内陆盐湖的溴氯系数变化规律

内陆盐湖物质来源较复杂，一般主要来自汇水区域岩石的风化物质，此外还有热液泉水、深层卤水及火山岩浆等的补给。因此内陆盐湖卤水的成分复杂多样，溴含量相差极大，但大多数内陆盐湖水溴含量要比海水低很多。它在蒸发成盐中，固、液相的Br×103／Cl分布虽也服从溴氯系数变化规律，但普遍低于正常海相成盐相应的值(正常海水的石盐阶段析出石盐的Br×103／Cl值为0．11～0．44）。在中国众多典型的陆相含盐盆地中，其石盐的溴含量一般为0．02‰～0．05‰，少数小于0．01‰，Br×103／Cl值也相应较低，多小于0．1，仅少数达到0．14～0．17，如表2所示[4]。

表2 中国陆相成岩盆地Br×103／Cl表

2 塔里木盆地溴氯系数(Br×103／Cl）值分析

表3是通过对塔里木盆地盐样进行水化学分析，得到的盆地不同地区的Br×103／Cl值的统计表，从表中可以看出，莎车盆地的溴氯系数整体上较库车盆地要大一些，2盆地的沉积环境和沉积气候类似，由此可以发现莎车盆地岩盐沉积阶段更晚，形成钾盐矿的可能性更大[5]。

3 莎车盆地找钾分析

从表3可以看出，就Br含量而言，所有分析样品中的Br×103／Cl值最大仅为0．044，大部分都小于0．010，而海水蒸发析出的石盐中Br×103／Cl值分布在0．110～1．030，莎车盆地岩盐的Br×103／Cl值大都比海水开始析出石盐时的值小近1个数量级，而库车盆地则普遍小2～3个数量级，可见该区巨厚岩盐层与极低的Br×103／Cl值无法按照正常海相沉积模式来解释，因此判断该区可能属于陆相成因，尝试采用陆相沉积模式来解释。

莎车盆地毗邻库车盆地，最初的成盐物质来源于同一海域，且与库车盆地具有几乎相同的古沉积环境，氯同位素应该相差不大，因此，2盆地的岩盐沉积阶段的Br×103／Cl特征值应该具有类似的特征，则此处考虑使用库车盆地的Br×103／Cl特征值对莎车盆地进行找钾分析。库车盆地的岩盐沉积的Br×103／Cl最小值为0．019（见表2），而钾盐沉积的下限值为0．024，即当盆地岩盐的Br×103／Cl值大于0．019时开始有石盐析出，而当Br×103／Cl值高于0．024时就进入了混合钾盐沉积阶段，结合表3中塔里木盆地Br×103／Cl值来分析盆地的沉积阶段及找钾远景，得到图1。从图1可以看出，莎车盆地的Br×103／Cl值整体上要比库车盆地的大，说明莎车盆地的岩盐相对库车盆地沉积阶段更晚。使用库车盆地的溴氯系数特征值对莎车盆地进行找钾分析，发现塔里木莎车盆地有多个区域的系数值显示已经到了石盐及混合钾盐的沉积阶段，且盆地内乌克沙鲁东区域古岩盐形成时卤水浓缩程度最高，推测可划分为一找钾远景区。

表3 塔里木盆地西部岩盐Br×103／Cl值分析统计表

4 结论

1）通过分析塔里木盆地的沉积环境及沉积气候，再结合莎车盆地的Br×103／Cl值，认为该盆地应该属于陆相成因，应该使用陆相溴氯系数特征值来划分该盆地的沉积阶段。而且，陆相岩盐的Br×103／Cl值虽与海相岩盐的系数相差极大，但仍具有其咸化标志意义，利用它在纵横向的变化趋势，仍可预测成钾有利层段和方向。

2）莎车盆地毗邻库车盆地，最初的成盐物质来源于同一海域，且与库车盆地具有几乎相同的古沉积环境，氯同位素应该相差不大，因此，2盆地的岩盐沉积阶段的Br×103／Cl特征值应该具有类似的特征，则此处可使用库车盆地的溴氯系数特征值对莎车盆地进行找钾分析。

3）塔里木盆地岩盐的Br×103／Cl值分异明显，莎车盆地盐矿点岩盐的Br×103／Cl值整体比库车盆地要大，说明莎车盆地的岩盐相比库车盆地沉积阶段更晚。结合陆相成因的Br×103／Cl特征系数，认为塔里木莎车盆地已浓缩到晚期成钾阶段，且盆地内乌克沙鲁东区域古岩盐形成时卤水浓缩程度最高，推测可划分为一找钾远景区。