青海黑北凹地液体钾矿地质特征与远景评价

谢文兵，宋录西

(青海省有色地质矿产勘查局 地质矿产勘查院，青海 西宁　810007)

1　地层特征

本次工作的对象属第四系，第四纪地层在矿区内广泛分布，钻遇地层为下更新统阿拉尔组(Qp1a)、中更新统尕斯库勒组(Qp2g)、上更新统察尔汗组(Qp3c)、地出露有全新统达布逊组(Qhd)[1]。现对各岩组特征叙述如下:

1.1　阿拉尔组(Qp1a)

该组地层在详查区内分布较多，主要分布于深部，从西向东，两边厚，揭露至120 m，中间薄，属山前冲洪积相沉积，形成了一个古湖盆。在详查区外尖顶山至长尾梁一带和红三旱一号至东坪一带的第三纪构造也有分布。该地层岩性底部粉砂砾石、中粗砂卵石、粗砂卵石、含卵石的中粗砂，中部为粉砂、含粘土的粉砂、局部夹粘土层，上部为粉砂层夹粘土层，局部含石膏，沉积环境属山前冲洪积。该层时代属早更新世，该地层为详查区孔隙卤水储层。受上新世末期剧烈的构造运动的影响，本组地层大部与下伏地层为角度不整合接触。

1.2　尕斯库勒组(Qp2g)

该组地层在详查区深部和浅部皆有分布，部分地段裸露于地。从西向东，中间厚，两边薄，最后部位达88 m。根据钻孔揭露，在该地层中，除有大量的盐岩、芒硝、石膏层外，还夹有多层杂卤石。同时，在盐层中的承压晶间卤水中，KCl含量亦较高；从其含盐比来看，由西向东逐渐减少，说明西部凹地中以盐类沉积为主，而往东逐渐渐变为以碎屑沉积为主。从纵向上看，由下至上盐层逐渐增多，且下段为石膏、石盐层，上段为芒硝、杂卤石、石盐层。以上化学沉积层是固体盐类矿的分布区，也是晶间卤水的重要储层。时代属中更新世。该层与下伏阿拉尔组呈整合接触关系。

1.3　察尔汗组(Qp3c)

本组地层呈不规则条带状分布于详查区，由化学沉积物和湖积物组成。化学沉积物岩性为含石膏的中粗砂石盐、含砂石盐、芒硝石盐、含石盐的芒硝、含淤泥的芒硝，含白钠镁矾的石盐等。湖积物岩性为为含石膏的砂质粘土、含石膏的粘土淤泥，夹石盐、芒硝石盐，含杂卤石石盐薄层等。其中，化学沉积层是固体岩盐矿的主要分布区。该地层在详查区分布厚度小，没发现卤水层。化学沉积物厚度大于湖积物厚度为特征，时代属晚更新世。该层与下伏尕斯库勒组为整合接触。

1.4　达布逊组(Qhd)

该组地层在详查区零星分布，在山前为冲洪积扇相沉积，岩性为黄褐色粉细砂层、中细砂层、中粗砂层和砂砾石层。在凹地中心地带为湖相—化学湖相、干盐湖相、泥坪相沉积，岩性为粉砂粘土、粘土粉砂、含粉砂的石盐、石盐等。该层时代属全更新世。

2　构造特征

详查区位于黑北凹地的北部沉积凹地，黑北凹地属大浪滩凹陷区的一部分，位于其北部红三旱一号及尖顶山、黑梁子、长尾梁构造间，由于受尖顶山北隐伏构造的影响，形成形状极不规则、呈狭长条带状凹地。尖北隐伏构造将其分割为南、北两条不规则形的晚更新世沉积凹地，沉积厚度小。详查区在地貌上现为开阔的大滩，褶皱构造与断层构造不发育。其构造形态特征现为大的凹陷内早更新世小基底隆起和中更新世—全新世沉积盖层[1]。

1)早更新世古陆(基底)：从钻孔揭露的砂砾石层沉积物分布特点看，下更新统地层厚度0～120 m，岩性为砂砾石层，代丰水期的沉积物，沉积时间早，为早更新世。后期，在其低洼地段沉积了中更新世—全新世化学湖相沉积物，现为古陆(基底)特征。

2)中更新世—全新世沉积盖层：从钻孔揭露的化学湖相沉积物特点看，厚度一般小于100 m，主要岩性为粘土层、粘土层夹盐岩层、盐岩层等，为泥坪相、干盐湖相及盐湖相沉积，是在下更新统凹陷地带，在气候变为干旱、湿冷—干旱交替的环境下的沉积物，是沉积盖层。

3　矿床特征

黑北凹地钾矿区作为一个以第四纪为主要盐类沉积期的盐湖，在固体盐类发生沉淀的同时，有大量的富钾的高浓度卤水与之伴生。前人对整个大浪滩钾镁盐矿田的卤水矿按产出时代共分为5层，编号分别为W5、W4、W3、W2、W1。在黑北凹地内产出有W3、W2二层卤水矿层。

3.1　W3卤水矿层特征

3.1.1W3卤水矿层的分布与赋卤特征

W3卤水矿层主要分布在黑北凹地的中部至西部，分布范围约60 km2。含水层由26层石盐小层组成，主要为Qp2g的含中粗砂的粗中粒石盐、含粉砂的细粒石盐及粗中粒石盐等，石盐层呈松散略胶结状，晶隙发育较好，透水性好，富水性差，石盐中间为厚度较大的粘土层(隔水层)，沉积韵律发育，厚度自西向东逐渐变薄，单层厚度0.35～3.2 m，大多数1.0 m左右，累计纯厚度2.26～20.9 m，平均厚度为6.58 m，厚度最大处位于ZK3610孔处，厚度20.9 m。含水层顶板埋深12.14～41.7 m，底板埋深69～124.8 m，比重1.18～1.23 g/cm3，平均1.21 g/cm3，水温5～12.5℃，平均7.25℃，水位埋深11.9～34.43 m。孔隙度13.12%～19.53%，平均为15.33%，给水度8.63%～16.36%，平均为10.92%。单位涌水量0.07～19.32 m3/(d·m)，平均为2.53 m3/(d·m)。渗透系数0.011～8.14 m/d，平均为0.93 m/d。

W3卤水矿层的底板岩性主要为灰黑色含石膏的淤泥、粘土等，岩性分布在平面上比较连续、稳定，因粘性和可塑性好而具有较好的隔水性，与下部W2卤水矿层的水力联系较弱。

3.1.2W3卤水矿层的水化学特征

卤水矿化度273.14～344.94 g/L，平均为313.74 g/L，pH值7.74～8.45，平均8.14。KCl含量在0.74%～1.74%之间，平均为1.23%，MgSO4含量在0～3.19%之间，平均为1.69%，NaCl含量在4.88%～23.9%之间，平均为18.53%，MgCl2含量在0.78%～16.67%之间，平均为5.32%。卤水中除了富含KCl、NaCl等盐类物质外，还伴生有LiCl、B2O3等微量元素。水化学类型依据瓦里亚什科分类方法来划分多数属于硫酸镁亚型。

W3卤水矿层中的KCl含量在水平方向上具有一定的分带性，KCl由南北两侧向中心略显浓缩的趋势，KCl含量最高达到1.74%。水化学类型自北西向南东由氯化物型水逐渐变为硫酸镁亚型水。由于W3卤水矿层的厚度较薄，据分层采样分析的结果看，各组分含自上而下均有增高的趋势[2]。

3.2　W2卤水矿层特征

3.2.1W2卤水矿层的分布与赋卤特征

W2卤水矿层在黑北凹地内断续分布，范围约40 km2。分布地层为早更新世阿拉尔组，地层岩性为靠近盆地边缘为一套灰绿、灰黄色泥岩、砂质泥岩，夹砾状砂(岩)层，砂(岩)层、粉砂(岩)层。韵律变化明显，砾状砂(岩)层，砂(岩)层、粉砂(岩)层为重要的含卤地层，泥岩、砂质泥岩为隔水层，含水层分为东西两个部分。东段由20个砂砾石小层组成，编号1-20E，长度2～9 km不等，宽度1.5～3 km，卤水矿层单层厚度较小，从0.8～6.6 m不等，累计厚度46.05 m，砂砾石层中间被粘土层、泥岩等隔水层分割，顶板埋深35.2～116.3 m，底板埋深42.3～120.2 m。西段仅为1个含水层，长4 km，宽1.5～3.8 km，平均3.38 km，含水层底部为砾石层，含砾砂层上部为砂层、粉砂层，中部含粘土(隔水层)夹层，单层厚度0.3～1 m，纯厚度73～99.92 m，平均86.46 m，厚度最大处位于ZK2810孔处，ZK3208孔中有较多的粘土夹层。水位埋深1.61～42.15 m，平均28.64 m，比重1.14～1.21 g/cm3，平均1.15 g/cm3，水温9～14℃，平均10.2℃，为承压卤水，按照详查区附近钻孔孔所取具半固结孔隙度样，孔隙度一般28.7%，给水度一般17.5%。W2卤水矿层的单位涌水量0.26～108.95 m3/(d·m)，平均25.68 m3/(d·m)，不同的孔位，变化较大，渗透系数0.029～3.86 m/d，平均为0.62 m/d，影响半径16.62～112.5 m，平均58.67 m，富水性差[3]。

3.2.2W2卤水矿层的水化学特征

W2矿层卤水的矿化度196.07～335.23 g/L，平均256.14 g/L。KCl含量在0.38%～1.03%之间，平均0.44%；NaCl含量在13.49%～21.76%之间，平均16.4%；MgSO4含量在0～2.84%之间，平均0.49%；MgCl2含量在0.8%～3.17%之间，平均3.04%。卤水中除了KCl、NaCl、MgCl2以外，还伴生有LiCl、B2O3等微量元素，水化学类型依据瓦利亚什科分类方法来划分硫酸镁亚型及氯化物型[4]。

W2卤水矿层中的KCl含量在水平方向上具有一定的分带性，KCl含量在水平方向上自四周向凹地中心浓缩，KCl含量最高达0.55%。水化学类型也有一定的分带性，在靠近地下水的来源方向的ZK2810、ZK3210孔的水化学类型为氯化物型，在中南部水质大部分属硫酸镁亚型，而在东北边缘为硫酸钠亚型。

4　盐类矿产资源远景评价

黑北钾矿床是第四纪内陆湖相成因的以液体钾矿为主，固体钾杂卤石矿并存的小型钾矿床。液体钾矿产于地至地下1 250 m的范围及以下，共分为两个矿层，KCl品位高、储量达到小型矿级别，NaCl达到小型，W3液体钾矿层虽埋藏浅，但KCl品位大于0.1%，但富水性差，易结盐，不易开采；W2矿层埋藏浅，个别钻孔涌水量较大，且W2矿层资源量占67%，在钻孔中不结盐，硼等经济价值较高的含量都在90%以上，具有较好的经济价值[5]。

固体杂卤石矿产于地至地下100 m以上的范围，共分为二个矿层，其K2SO4资源量达到中型矿级别，芒硝矿达到大型，镁盐达到小型，NaCl达到中型，下部矿层中杂卤石、石盐、芒硝、镁盐等埋藏深，资源量占90%以上，但开采难度大[6]。

5　结　论

根据矿床成矿特点结合已取得的资料分析，矿床盐类矿产资源有如下特点：

1)黑北凹地钾矿床是以液体KCl为主的小型第四纪盐类矿床。矿床除主矿种KCl以外，还伴生有NaCl、MgCl2、B2O3等组份。Li、Br、I等组分的含量均未达到工业利用价值。固体杂卤石、NaCl和Na2SO4为区内能达到工业利用的固体矿产。

2)主矿种KCl以赋存于卤水中为主要存在形态，固体矿产NaCl既构成地层的主要沉积岩性，同时又是液体矿的主要载体。在将来随着开采技术水平的提高，采用适宜的技术手段查明深部卤水矿资源并加以利用，必将扩大矿床资源量的规模。