新疆乌尔喀什布拉克盐矿床地质特征及成因分析

王倪山，杨 磊，李兴斌，李篡峰

(湖南省核工业地质局三〇四大队，湖南 长沙 410000)

0 引言

中国盐湖均地处边远地区，大多数盐湖交通不便，盐湖勘查程度普遍很低。新疆仅有少数大型、特大型盐湖石盐矿床，大多数为中、小型盐湖石盐矿床。乌尔喀什布拉克石盐矿位于吐鲁番市南部库米什盆地，盆地内近EW向分布4个大小不等的盐湖。乌尔喀什布拉克盐矿位于盆地中部，属西北成盐区[1]。区内已探明NaCl资源量7405.28万吨[2]，远景资源量3亿吨以上，是新疆较大的石盐矿生产基地之一。乌尔喀什布拉克勘查程度较低，成因争议较大。本文试图通过总结乌尔喀什布拉克盐湖矿床的基本特征，探讨库米什盆地内石盐矿成矿机理，希望能为库米什盆地及疆内外其他地区盐类矿产勘查、开发提供思路。

1 区域地质背景

乌尔喀什布拉克盐湖位于库米什盆地，地处新疆托克逊县境内。新近系以来，该区新构造活动强烈，形成一系列纵向断陷，库米什盆地就是其中之一。库米什盆地西起肖尔布拉克，东至乌勇布拉克一带，呈NW—SE向带状展布，长104 km，宽24 km，面积2500 km2。盆地内自北西向南东分布着4处大小不等、形状各异的现代洼地[3]，蕴藏着丰富的盐类矿产，主要为石盐矿和钾盐矿(图1)。乌尔喀什布拉克洼地位于库米什盆地中部，地势低洼、地形开阔，是汇水储盐的良好地段。洼地南北两面为低山丘陵区，东西两面为盆地内凸起区，从而形成了良好的封闭条件，为盐类物质的长期积聚奠定了基础[4]。石盐矿产于库米什盆地中心地带全新统湖相化学沉积层中，呈NW—SE向断续带状展布，估算远景资源量3亿吨以上。最近几年，吐—哈盆地硝酸盐矿床的找矿工作取得了重大突破，该地区已探明的硝酸盐储量达到2.5亿吨，仅次于智利Atacama超大型硝酸盐矿床，位居世界第二[5]。其中盆地东部的乌勇布拉克硝酸钾矿床与本矿床相邻，成矿环境类似，现已探明KNO3资源量88.40万吨，是目前我国发现最大的硝酸盐类矿床[6]。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地质特征

2.1.1 地层

矿区出露地层为第四系全新统风积层、湖相碎屑-化学沉积层、湖相化学沉积层及上更新统湖积层。

图1 新疆库米什盐湖盆地区域地质简图

全新统风积层(Qheol)主要分布于洼地西南部边缘，以粉砂为主，细砂次之，土黄色、土灰色，粉砂黏土结构，松散状堆积。

湖相碎屑-化学沉积层(Qhlsx-ch)主要分布于洼地南侧，呈条带状展布，以浅灰、灰白色为主。主要为含石盐黏土和粉砂质黏土，泥质结构，松散状、层状、块状构造，其成分以黏土为主，次为粉砂、石盐。

湖相化学沉积层-石盐矿(Qhch-Hl)主要分布于洼地中部，呈NW—SE向长条带展布。主要为粒状石盐矿层，延伸稳定，厚度大，质量好。粒状石盐矿呈灰白色，自形—半自形粒状结构、镶嵌结构，块状、孔洞状构造，粒度粗细不一，其主要成分为石盐，含少量黏土和粉砂。

上更新统湖积层(Qp3l)主要分布于洼地东部，呈孤岛状或不规则状产出，主要由黏土、粉砂质黏土构成，少数地方夹粉砂、细砂及黏土质粉砂。全新统直接覆盖于上更新统之上，两者呈平行不整合接触关系。

2.1.2 构造

矿区位于库米什盆地中部，为第四系覆盖，洼地及其边缘地带的第四系，总体为水平产状，由于原始地形影响，自丘陵山区向洼地中心，地层有一定的向心倾斜，向心倾斜角度至洼地中心，倾角逐渐减小，以至完全水平。洼地南北两侧上更新统洪积层倾角为3°～10°，各期湖积边缘相带沉积层倾角多在1°～3°之间，湖心部位沉积层基本为水平状。断裂构造、褶皱构造均不发育。

2.1.3 岩浆岩

矿区内均为第四系覆盖，未见侵入岩出露。

2.2 矿体地质特征

乌尔喀什布拉克盐湖属以石盐为主的多种盐类矿产共生复合型陆成盐湖矿床，分固相和液相两种类型，固相为陆成湖泊化学蒸发氯化钠矿床，液相主要为晶间卤水，空间分布与固相石盐矿体相同。

固相矿体呈近EW向，是赋存在近地表的近水平状矿床。矿床平面上呈不规则港湾状，剖面上呈层状，受地形地貌制约。矿体总体长约7 km，近南北平均宽1.5 km，走向约300°，近似水平(图2)。石盐以分散粒状或层状产于上更新统湖积层(Qp3l)底板上部，呈自形—半自形晶，粒状结构、层状构造。矿体具垂直分带特征，上部主要为粒状石盐矿，下部为芒硝矿。NaCl一般含量为43.11%～90.95%，平均品位为65.22%[2]。其变化规律：靠近矿体边缘和中央残丘部位NaCl含量低，多小于60%。矿体厚大的中心部位NaCl含量高，多大于60%。

图2 乌尔喀什布拉克盐矿地质图

2.3 矿石特征

矿石矿物成分的组成：矿物以石盐(NaCl)为主，局部见有少量无水芒硝(Na2SO4)。

石盐：灰白色、灰褐色，结晶粒状结构、块状构造。石盐呈自形—半自形晶，粒径多在2～8 mm之间，最大可达20 mm。石盐晶体内偶见溶蚀空洞，晶体解理发育。

芒硝：呈无色—乳白色，自形—半自形晶粒状、双锥状，粒径为2～3 mm。

矿石结构：主要有半自形—自形结构、斑点状结构、镶嵌结构等。

矿石构造：主要有蜂窝状构造、孔洞状构造、块状构造等。

3 矿床成因分析

乌尔喀什布拉克盐湖矿床的形成是构造和古地理条件、物质来源、气候条件、封闭条件等多种条件下共同作用的结果。这一点与古盆地陆相成因的石盐矿的形成条件[7-8]相似。

3.1 构造及古地理条件

乌尔喀什布拉克盐湖形成于库米什盆地中部，呈SWW—NEE向延伸，长约20 km，宽5～8 km。盆地相对高差80～120 m，湖盆相对高差5～9 m。盆地基底为泥盆系灰岩、细砂岩，盖层为第四系全新统洪积、风积层、湖相碎屑-化学沉积层及上更新统湖积层。其中全新统为洪积砂砾石、风积粉细砂及湖相干旱环境形成的各类盐类化学沉积上更新统为湖积黏土、粉细砂等(图3)。

图3 乌尔喀什布拉克盐湖盆地沉积剖面图

上新世(N2)末期，受喜山运动的影响，本区全面升起。在进入更新世后，局部发生一些升降运动。这种差异运动导致库米什东部发生的坳陷和沉降中心北移，形成了库米什盆地。上更新世末期，库米什盆地基底上升，湖水枯竭，湖积层暴露于地表，这以后，南天山一带风蚀作用强烈，在库米什盆地形成蚀垄槽，局部风蚀作用强烈，形成风蚀洼地。全新统石盐矿形成于这些洼地之中，洼地内地势低洼、地形开阔，是汇水储盐的良好地段，有利于成盐物质的富集、储存。

3.2 气候条件

新近纪早期该盆地发生了强烈地壳运动，随着古地中海消失，欧亚大陆与太平洋印度洋的海陆间热力作用的差异，初步建立起东亚季风环流[4]。根据罗布泊地区钻孔孢粉组合(表1)，大约120万年以来，罗布泊地区一直是干旱的荒漠草原景观，其间经历温、凉的变化和干旱、半干旱的变化，并有短期的半湿润环境，总体趋势是向干旱化方向发展[9]。1998年中国科学院青海盐湖研究所对盆地内沉积物进行了14C测定，年龄大于4万年，说明该湖4万年前，还处于淡水—咸水湖发展阶段[10-11]。

表1 罗布泊K1孔孢粉带、自然景观和古气候[9]

第四纪以来，南天山地区总体上处于干旱时期。主要表现：古近系以前的地层组成的山脉均为基岩裸露的秃山，除极少数低洼处冲沟和洪积扇边缘的小片耐碱芦苇和灌木丛外，大多数第四纪堆积物都是由砂、砾组成的，无腐殖土[12]。这些都是炎热干旱气候区的特征。从广泛分布的第四系风积物和洪积物看，本区在第四纪另一气候特征多风，偶有阵雨。干旱多风造成了蒸发量大于降水量的条件。这种气候环境有利于湖泊趋于干涸，湖水咸化，最终形成石盐矿床[13]。

3.3 成矿物质条件

3.3.1 成矿物质来源

乌尔喀什布拉克盐湖石盐矿的成矿物质来源比较广泛，可分如下几方面：

1)来自周边岩石和第四系的沉积物。库米什盆地南北两侧出露有大面积泥盆系的火山碎屑岩和海西期岩浆岩，还分布有岩浆热液产物-多金属矿床(点)，这些火山碎屑岩、岩浆岩及多金属矿床(点)和侏罗系煤层。经风化和水的溶蚀可析出硫酸根离子和氯离子[14]。

盆地南部大片侏罗系至古近系的黏土岩和南北两侧大片第四系黏土质沉积物存在有大量Ca2+、Mg2+、Na+、K+阳离子[15]。这些离子在大气降水作用下，溶于水中，潜于地下形成高矿化度潜水。在其以地下径流方式向成盐洼地流动过程中，使盐类组分自边部向中心逐渐升高。例如，乌尔喀什布拉克盐湖的固体石盐及晶间卤水，中部比边部平均品位高出60%以上[2]。地下水主要通过松散砂砾石进入洼地，形成以孔隙潜水含水层为主的石盐卤水共生矿床(图4)。

2)来自泉水。库米什盆地以南喀拉塔格一带有些咸水泉，多系山间裂隙水出露点。另外在乌尔喀什布拉克石盐矿区北部，有阿尔彼什麦布拉克、乌索布拉克、民源泉等咸水泉，泉水矿化度都很高(表2)。这些泉与库米什盆地同属一个大的水文地质单元，泉水可沿山间沟谷汇入库米什盆地。由于只有蒸发的排泄方式，这样盐分是只进不出，极为有利于盐分的富集，除去人为开采，永远为正均衡[16](表3)，有利于形成盐湖矿床。

表2 盐湖周边水质分析成果[2]

表3 库米什盆地盐湖水盐均衡统计[14]

3)来自上更新统上部的薄层石盐矿。库米什盆地南北两侧高矿化度泉水少部分沿山前沟直接进入乌尔喀什布拉克洼地，一部分潜入库米什盆地两侧松散堆积物中，与高矿化度潜水一起进入盆地内。受盆地北西高、东南低的地势影响，高矿化度潜水沿南、北、西三个方向以地下径流方式汇(渗)入乌尔喀什布拉克洼地。由于气候干旱，平时高矿化度潜水以微弱的地下径流方式汇(渗)入成盐洼地。水介质运动能量很小，难以携带泥砂，降雨时，雨水溶解矿区周围松散堆积物中的成盐离子，汇同地下潜水，携带部分泥砂，以地表和地下径流方式进入乌尔喀什布拉克洼地[2]。

3.3.2 盐湖形成过程

由于库米什盆地内气候总体上长期干旱，没有永久性地表径流。因此，乌尔喀什布拉克洼地不曾有过大面积淡水湖泊。石盐矿的形成没有经过由淡水变咸水、饱和卤水及浓缩、干枯的过程，而是随着高矿化度水质不断进入矿区，水分不断蒸发，盐类矿物不断结晶析出的。

3.4 保存(封闭)条件

乌尔喀什布拉克成盐洼地的形成与上更新统黏土质沉积物，构成了具有良好隔水性能的矿体底板，使进入洼地的高矿化度水体难以漏失。洼地四周地势较高，水体不容易向外排泄，构成了封闭条件较好的乌尔喀什布拉克洼地，石盐矿体保存条件良好。

4 结论