布谷马西钾盐矿区卜育矿段盐系地层沉积旋回划分

栾元滇 田宁 刘东义 岳伟佳 王宏伟

山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014

卜育矿段位于布谷马西钾盐矿区西北部，刚果（布）西南沿海奎卢省黑角市以北约70km 处，矿区西邻大西洋（图1）。该区区域大地构造属于加蓬-安哥拉滨海盆地之下刚果盆地[1]，下伏厚度巨大的早白垩世盐系地层。自上世纪50年代，加蓬、刚果等国家就开始在该盆地开展钾盐矿勘查。上世纪60年代，法国人在黑角市东约80km 处的霍利一带勘查开采钾盐。自2008年以来，加拿大曼格矿业公司于曼格矿区（2008～2009年）[2]、澳大利亚的元素矿产有限公司于森图科拉矿区(2009～2012年)[3]、中国的刚果鲁源矿业投资有限公司于布谷马西矿区（2008～2015年）[4]分别开展了钾盐矿勘查，于下伏的盐系地层中均发现了钾盐矿。

该区盐系地层岩性主要为光卤石岩和石盐岩互层[5]。下部光卤石岩岩层相对较厚，KCl 含量较高，为光卤石型钾盐矿主要含矿层位；中部岩层较薄，沉积韵律变化频繁，KCl 含量较低；矿段中南部（ZK01-ZK251）盐系地层上部发现了2～3 层含钾石盐石盐岩层（钾石盐型钾盐矿层），为后生淋滤成因[6]。盐系地层在沉积和成盐后不同位置的地质环境有所变化。因此有必要对卜育矿段盐系地层沉积环境、沉积旋回、钾盐矿层的分布等进行研究，以便指导在下刚果盆地寻找不同类型的钾盐矿。

图1 卜育矿段位置图Fig.1 Location map of Buyi ore block

1 区域盆地特征

1.1 盆地基本特征

区域上加蓬-安哥拉滨海盆地分布范围较大，从北向南自喀麦隆至安哥拉，从东向西由陆地延伸至大西洋海底。该盆地进一步可划分为4 个次级盆地，即Douala 盆地、加蓬盆地、下刚果盆地、Cuanza 盆地，盆地中普遍发育盐系地层，其中下刚果盆地钾盐成矿条件最好，卜育矿段即位于下刚果盆地的中部。

下刚果盆地地表普遍被第四系松散层所覆盖，下伏依次为新近系、白垩系、新元古界、中元古界、古元古界。白垩系埋深150～3000m，厚度较大，可进一步划分为三部分：滨海相沉积、泻湖相盐类沉积（盐系地层）、陆相沉积[7]。

1.2 盐系地层特征

据以往资料介绍，加蓬-安哥拉滨海盆地中盐系地层是在非洲-美洲大陆形成裂谷期后沉积的[8]，沉积时代为早白垩世晚期，为泻湖相蒸发沉积而成。

钻孔资料显示，盐系地层底部为薄层沥青页岩，局部夹硬石膏岩，碳酸盐及硫酸盐沉积很少，这与正常的泻湖相沉积有别。可见，该区盐系地层沉积初期，进入盆地的海水经过了沉积分异[9]，随着地面沉降，海水不断补给，蒸发量大于补给量，盐类物质不断沉积，向上依次沉积了石盐岩-光卤石岩-溢晶石岩。

盐系地层呈红白相间，岩性以石盐岩-光卤石岩互层为主，夹沥青页岩和溢晶石岩。自下而上，岩层厚度不一，局部见含钾石盐石盐岩，但分布位置局限。

该盆地自盐类沉积后未见明显的岩浆活动和构造运动，地层整体连续性较好。据以往钻探、物探资料编制的区域盐层顶板等深线图（图2）可见，等深线深度值由陆地向海洋逐渐增加（即盐层埋深渐趋变深），但各条等深线平面上基本为平行线。

图2 刚果盆地推测盐层顶板等深线图Fig.2 Conjecture salt roof isopath in Congo Basin

2 矿段岩性特征

布谷马西矿区卜育矿段地表被第四系覆盖，下伏为新近系、白垩系。钾盐矿床赋存于白垩系盐系地层中。盐系地层上覆岩性为硬石膏岩及白云岩，下伏岩性为砂岩、白云质粉砂岩。盐系地层呈光卤石岩和石盐岩交互沉积，二者颜色上有明显的区别，呈互层状分布。中间夹多层沥青页岩、溢晶石岩。以ZK01 孔为例，将野外观测资料按地层自下而上描述如下。

ZK01 钻孔剖面：总厚度620.95m。第四系松散沉积：（1）土黄色粉细砂。 164.05m整合新近系半固结碎屑岩沉积：（2）灰白色（半固结）粉砂岩。 19.18m-------------------------平行不整合-----------------------

白垩系滨海相沉积：

（3）灰白色白云质粉砂岩。 63.07m（4）灰色白云岩夹白云质粉砂岩。 9.86m（5）灰白色粉砂岩（松散状）。 13.88m（6）蓝灰色泥岩夹灰色白云质粉砂岩。 3.26m（7）灰色细晶白云岩。 3.11m

（8）角砾状硬石膏岩。 4.30m（9）沥青页岩夹硬石膏岩薄层。 1.50m（10）白色石膏岩。 1.70m（11）沥青质石膏砾岩。 3.02m整合白垩系泻湖相盐类沉积（盐系地层）：12～21 层为Ⅶ旋回（12）灰黑色石盐岩夹沥青页岩。 3.83m（13）青灰色石盐岩。 5.85m（14）灰黑色石盐岩夹沥青页岩。 5.17m（15）青白色石盐岩。 5.72m（16）钾石盐质石盐岩。 1.26m（17）青白色石盐岩。 2.96m（18）含钾石盐石盐岩（Ⅳ-5 矿层）。 1.01m（19）下部青白色石盐岩，上部夹薄层深红色光卤石岩和钾石盐质石盐岩。 5.74m（20）深红色光卤石岩，上部为含钾石盐石盐岩（Ⅳ-4 矿层）。 2.31m（21）青白、青灰色石盐岩。 31.84m 22～46 层为Ⅵ旋回（22）深红色光卤石质溢晶石岩。 0.51m（23）橙黄色光卤石质溢晶石岩。 3.26m（24）淡黄色含光卤石溢晶石岩。 1.23m（25）深红色光卤石质溢晶石岩。 4.75m（26）淡黄色含光卤石溢晶石岩。 2.41m（27）橙黄色光卤石质溢晶石岩。 4.42m（28）淡黄色含光卤石溢晶石岩。 7.75m（29）深砖红色光卤石岩，上部为含钾石盐石盐岩（Ⅳ-2、Ⅳ-3 矿层）。 6.58m（30）砖红色光卤石岩与青灰-青白色石盐岩互层。12.34m（31）青灰色石盐岩。 1.10m（32）砖红色光卤石岩与青灰-青白色石盐岩互层。11.64m（33）青灰色石盐岩夹薄层砖红色光卤石岩。 3.62m（34）砖红色石盐质光卤石岩。 0.86m（35）青灰色石盐岩夹薄层砖红色光卤石岩。 1.72m（36）砖红色光卤石岩。 3.29m（37）青灰色石盐岩夹薄层砖红色光卤石岩。 3.98m（38）砖红色光卤石岩。 2.35m（39）青灰色石盐岩（薄层状）。 4.25m（40）砖红色光卤石岩夹青灰色石盐岩薄层。 5.06m（41）青灰色石盐岩（薄层状）。 3.31m（42）砖红色光卤石岩（Ⅳ-1 矿层）。 3.63m（43）青白色薄层石盐岩。 1.35m（44）砖红色光卤石岩。 1.25m（45）青灰色薄层石盐岩夹薄层沥青页岩。 11.82m

（46）灰黑色沥青页岩偶夹薄层石盐岩。 3.72m 47～54 层为Ⅴ旋回（47）橙黄色含光卤石溢晶石岩夹薄层光卤石岩、石盐岩及沥青页岩。样品H100～H104。 6.41m（48）黄色溢晶石岩，取样品H105、H106。 2.13m（49）砖红色光卤石岩。 2.11m（50）砖红色光卤石岩与灰色石盐岩互层。 11.42m（51）砖红色光卤石岩。 2.86m（52）灰色薄层石盐岩。 1.57m（53）砖红色光卤石岩与灰色石盐岩互层。 18.00m（54）灰黑色沥青页岩夹薄层石盐岩。 6.89m 55～59 层为Ⅳ旋回（55）砖红色光卤石岩与灰色石盐岩。 12.00m（56）灰色薄层石盐岩。 1.21m（57）砖红色光卤石岩夹青灰色石盐岩。 4.00m（58）灰色薄层石盐岩。 4.99m（59）黑色沥青页岩夹薄层砖红色光卤石岩、灰色石盐岩。 6.37m 60～62 层为Ⅲ旋回（60）灰色薄层石盐岩夹薄层光卤石岩。 5.26m（61）砖红色光卤石岩夹薄层灰色石盐岩。 2.57m（62）灰色薄层石盐岩夹沥青页岩。 3.92m 63～65 层为Ⅱ旋回（63）砖红色光卤石岩（Ⅱ-1 矿层）。 4.63m（64）灰色石盐岩。 3.94m（65）青灰色石盐岩与沥青页岩互层。 3.33m 66～72 层为Ⅰ旋回（66）砖红色光卤石岩夹薄层青灰-青白色石盐岩。9.57m（67）青灰色薄层石盐岩。 1.03m（68）砖红色含石盐光卤石岩（Ⅰ-1 矿层）。 12.67m（69）青灰色石盐岩。 16.82m（70）灰黑色沥青页岩夹薄层硬石膏砾岩。 0.62m（71）灰色白云岩。 1.31m（72）灰黑色沥青页岩。 1.10m整合白垩系陆相沉积：（73）灰绿色白云质粉砂岩与白云质中的砂岩互层（未见底）。 ＞15.40m

3 沉积旋回划分及特征

3.1 旋回划分

卜育矿段共施工8 个钻孔，其中ZK371、ZK372、ZK251、ZK01 等4 个钻孔揭穿盐系地层底板。由ZK01 可知，该区盐系地层岩性呈石盐岩和光卤石岩韵律沉积，其间夹7 层沥青页岩和2 层溢晶石岩。沥青页岩为水体较深、陆源碎屑影响少、表层生物生产力高、缺氧还原环境下的产物，为水进体系域末期[10]，代表一次大的海侵事件结束。根据盐类矿物的沉积演化规律，溢晶石为盐类沉积演化末端的产物[11]，表示盐类沉积达到晚期。

经对各钻孔岩性特征横向对比、分析研究，把沥青页岩和溢晶石岩作为标志层，将卜育矿段盐系地层划分为七个沉积旋回（图3），沥青页岩作为每一个沉积旋回底部岩性，代表一个沉积旋回的开始；而溢晶石岩则作为沉积旋回的终结岩性，代表一沉积旋回的结束，位于沉积旋回的顶部。每一个沉积旋回即代表一次大的沉积事件。

图3 沉积旋回划分FIG. 3 Division of sedimentary cycle

由北向南盐系地层厚度渐趋变厚（图4），其中Ⅰ、Ⅱ旋回相对稳定；Ⅲ、Ⅳ旋回岩性变化较大，ZK371 孔在Ⅲ旋回出现多段碎屑岩沉积，缺失Ⅳ旋回；Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ旋回北部明显变薄（ZK431孔缺失Ⅶ旋回）。Ⅰ、Ⅱ旋回光卤石岩较厚，发育2 层光卤石型钾盐矿；Ⅶ旋回上部，发育含钾石盐石盐岩（钾石盐型钾盐矿）。反映该处盐系地层下部是寻找光卤石型钾盐矿的有利部位，而盐系地层上部是寻找钾石盐型钾盐矿的有利部位。

3.2 各旋回特征及沉积环境分析

3.2.1 Ⅰ旋回

该旋回总体上呈两层石盐岩与两层光卤石岩互层沉积。底部为沥青页岩，沥青页岩之上为一层厚度稳定的石盐岩，厚度16.69～20.89m，晶体自形程度高；中部为一层厚度6.03～12.67m 的砖红色光卤石岩，KCl 含量较高，为矿层Ⅰ-1 赋矿层位；光卤石岩之上为一层0.80～1.03m 的薄层石盐岩；顶部为一层厚度6.99～10.05m 的薄层光卤石岩与薄层石盐岩互层。

图4 钻孔岩性对比FIG. 4 Comparison of borehole lithology

该旋回早期岩层厚度较大，反映早期沉积环境稳定，水体补给量大。至晚期，水体补给不稳定，水体化学成分开始动荡，因此上部出现薄层光卤石岩与石盐岩互层沉积。

3.2.2 Ⅱ旋回

该旋回下部为一层粗粒的石盐岩，上部为一层粗粒的光卤石岩沉积（Ⅱ-1 矿层），石盐岩与光卤石岩层厚均4m 左右。反映该旋回沉积环境相对稳定。

3.2.3 Ⅲ旋回

该旋回底部为一层厚1.82～3.92m 沥青页岩夹石盐岩，石盐岩呈微层状，细晶结构；沥青页岩之上为2～3 层薄层光卤石岩与石盐岩交互沉积，岩性较杂，石盐岩中多夹薄层沥青页岩。

反映该旋回沉积环境动荡多变，补给的海水量及成分不断发生变化，因此出现薄层石盐岩和光卤石岩交互沉积。

3.2.4 Ⅳ旋回

该旋回下部为一层4.17～5.59m 的石盐岩，厚度较稳定；中部以薄层石盐岩为主，夹多层薄层光卤石岩；上部为薄层光卤石岩与薄层石盐岩互层，平均厚度9.50m，光卤石结晶较好，而石盐岩则呈细晶结构。反映该旋回沉积时期，沉积环境变化频繁，水体补给量与海水中化学成分多变、不稳定。

3.2.5 Ⅴ旋回

该旋回底部为沥青页岩，厚度2.69～9.01m，平均厚度4.89m；沥青页岩之上为厚度5m 左右的石盐岩，粗晶结构，多含泥质；石盐岩之上为一套10～20 层的薄层石盐岩与薄层光卤石岩韵律沉积，岩性较杂，KCl 含量普遍较低；顶部发育一层溢晶石岩，厚度在1.5～2m。该溢晶石岩成分呈分带现象。

可见，该旋回早期沉积环境相对稳定，沉积了厚层石盐岩；中后期水体动荡变化频繁，补给量不稳定，海水中的Na、K、Mg 物质成分交替变化，出现了石盐岩与光卤石岩薄层状交互沉积；晚期，蒸发量进一步增大，随着沉积分异，剩余水体中残留的Ca、Mg 含量较高，因此沉积了溢晶石岩。溢晶石岩沉积过程中水体中的化学成分也在不断变化，因此，在溢晶石岩中部含有光卤石。

3.2.6 Ⅵ旋回

该旋回底部为沥青页岩夹薄层石盐岩（图5），厚度4.31～8.41m，平均厚度6.49m；沥青页岩之上为一厚层石盐岩，厚度9.50～17.01m，平均厚度11.30m；石盐岩之上为薄层光卤石岩与薄层石盐岩频繁韵律沉积，自下而上石盐岩层逐渐变薄，光卤石岩层逐渐变厚；上部为一厚层光卤石岩，厚度6.58～8.28m，平均厚度7.23m，该层光卤石岩KCl 含量较高，局部淋滤形成含钾石盐石盐岩，即钾石盐型钾盐矿层（Ⅳ-2 矿层）；顶部发育一厚度较大的溢晶石岩，溢晶石岩内部呈分带现象，为4 层橙黄色含光卤石溢晶石岩与3 层浅黄色溢晶石岩交互沉积。

该旋回沉积早期，沉积环境稳定，水体补给量大，沉积了一层厚度较稳定的石盐岩。中期海水动荡频繁，且富Na 海水渐趋减少，而富K、Mg 海水渐趋增多，出现自下而上光卤石岩逐渐变厚的特征。晚期，随着海水蒸发，浓缩的海水中Ca、Mg 含量增高，沉积了厚层溢晶石岩。

3.2.7 Ⅶ旋回

该旋回自北向南逐渐变厚，矿区北端（ZK431）缺失该旋回。旋回中下部为一厚层石盐岩，厚度31.84～38.39m，平均厚度36.35m，结晶程度高；石盐岩上部发育三层光卤石岩，光卤石岩厚度较大，南部ZK251 孔厚度大于5m，上部的两层光卤石岩，局部经淋滤脱镁形成含钾石盐石盐岩（钾石盐型钾盐）（Ⅳ-4、5 矿层）；顶部为厚层石盐岩，石盐岩中多夹薄层沥青质。

该旋回沉积早期，沉积环境稳定，因此沉积了厚层的石盐岩；中期海水补给量及成分变化，水体大范围退缩，矿区东北部不再接受沉积，中南部沉积了3 层光卤石岩；晚期，由于构造或者环境变化等原因，ZK251-ZK01 一带，局部光卤石岩经淋滤脱镁，形成了含钾石盐石盐岩。该旋回后期，海水的大规模入侵，盐系地层上部普遍沉积了厚层的石盐岩、硬石膏岩等。

至此，该区的盐类沉积告一段落。

图5 Ⅵ、Ⅶ旋回沉积特征Fig. 5 Sedimentary characteristics of Ⅵ, Ⅶ cycle

4 结语

（1）卜育矿段盐系地层岩性呈石盐岩与光卤石岩互层韵律沉积，其间夹7 层沥青页岩和2 层溢晶石岩。沥青页岩为盐类沉积前期的产物，而溢晶石为盐类沉积演化末端的产物。把沥青页岩和溢晶石岩作为标志层，将卜育一带盐系地层划分为七个沉积旋回。沥青页岩作为每一个沉积旋回底部岩性，代表一个沉积旋回的开始；溢晶石岩作为沉积旋回的终结岩性，代表一个沉积旋回的结束。每一个沉积旋回均为一次大的沉积事件。

（2）各个沉积旋回岩性成分、厚度、沉积韵律不同，反映其沉积环境及补给水体成分不同。其中Ⅰ、Ⅱ旋回分布稳定，光卤石岩层厚度大，KCl 含量高，为光卤石型钾盐矿成矿有利部位。Ⅳ、Ⅴ旋回北部缺失。Ⅵ、Ⅶ旋回自北向南呈渐趋变厚，Ⅶ旋回在矿区北部也出现缺失。由于后期构造影响或沉积环境变化，于Ⅵ、Ⅶ旋回顶部形成了含钾石盐石盐岩（钾石盐型钾盐矿层），可见Ⅵ、Ⅶ旋回顶部是钾石盐型钾盐矿的成矿有利地段。