鲁西南黄岗潜凹陷岩盐矿地质特征及找矿远景

唐璐璐，张尚坤，于学峰，田京祥，杨斌，罗文强，陈文韬，梁吉坡，马祥县，仵康林

(山东省地质科学研究院，国土资源部金矿成矿过程与资源利用重点实验室，山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，山东 济南 250013)

0 引言

自20世纪60年代以来，许多科研院所及地勘单位在鲁西南地区开展了大量基础地质及针对石油、煤炭、钾盐等矿产的勘查工作。1980—1984年，由山东省地矿局负责，武汉地质学院北京研究生部钾盐研究室、中国地科院矿床所五室、地矿部第三地质大队山东区队、山东省地矿局第一地质大队及物探队等单位合作完成了“鲁西南地区下第三系成钾条件研究”项目，系统阐述了鲁西南地区成盐成钾地质条件，总结了区域盐类矿床找矿前景(1)山东省地质矿产局第一地质队，鲁西南地区下第三系成钾条件研究报告，1984年。。2005—2007年，山东省地质科学研究院在单县南部地区开

展煤炭预查，通过地震勘查，初步了解了区内的地层层序和构造格架，揭示古近纪官庄群大汶口组在黄岗潜凹陷内发育良好，为后续岩盐矿勘查提供了重要基础资料。2009年，山东省地质科学研究院在单县蔡堂—朱集—杨楼—高韦庄一带开展了岩盐矿预查，通过地震及可控源音频大地电磁测深等物探工作，为区内岩盐矿勘查提供了重要的可对比资料。

2010—2020年，山东省地质科学研究院依托省级财政地勘资金的大力支持，在单县南部黄岗潜凹陷开展岩盐矿普查，通过地震、可控源音频大地电磁测深、钻探、测井及岩矿测试等综合工作手段，相继发现了单县杨楼、单县黄岗2个大型岩盐矿产地，提交岩盐矿总资源量241.61×108t，其中单县杨楼岩盐矿提交资源量93.28×108t(2)山东省地质科学研究院，山东省单县杨楼地区岩盐矿普查(续作)报告，2018年。；单县黄岗岩盐矿提交资源量148.33×108t(3)山东省地质科学研究院，山东省单县黄岗地区油页岩及岩盐矿普查(续作)报告，2020年。。岩盐矿层厚、质纯、埋深适中，开发利用前景广阔，为山东省实施“突破菏泽、鲁西崛起”战略提供了充沛的资源保障。此外，初步评价该矿床具备建设盐穴储气储能库的地质条件，为开展盐穴储气储能相关研究提供了绝佳场所[1-10]。

本文在总结黄岗潜凹陷岩盐矿勘查成果的基础上，对区内岩盐矿沉积地质特征及成矿规律、岩相分布规律等进行了初步分析，可为后续勘查及矿床规划开发利用提供参考。

1 成矿地质背景

黄岗潜凹陷位于山东省单县南部，为一Ⅴ级构造单元，大地构造位置位于华北板块(Ⅰ)鲁西隆起区(Ⅱ)鲁西南潜隆起(Ⅲ)菏泽-兖州潜断隆(Ⅳ)南缘(图1)[11]，东西分别与龙王庙潜凸起、青堌集潜凸起相邻。

1—Ⅱ级单元界线；2—Ⅲ级单元界线；3—Ⅳ级单元界线；4—Ⅴ级单元界线；5—推测断层；6—不整合界线；7—凹陷及编号；8—凸起及编号；9—研究区；①—东明潜凹陷；②—菏泽潜凸起；③—汶上-宁阳潜凹陷；④—嘉祥潜凸起；⑤—成武潜凹陷；⑥—金乡潜凹陷；⑦—青堌集潜凸起；⑧—黄岗潜凹陷；⑨—龙王庙潜凸起；⑩—时楼潜凹陷；—鱼台潜凹陷；—济宁潜凹陷；—兖州潜凸起；—滕州潜凹陷图1 黄岗潜凹陷构造位置图

该凹陷为一断陷盆地，古近纪以来，广泛发育了官庄群大汶口组一套富含石盐、石膏等盐类矿物的浅湖、咸湖相沉积。区内为第四系深覆盖，隐伏地层由老到新发育有新太古代泰山岩群、奥陶纪马家沟群、石炭-二叠纪月门沟群、二叠纪石盒子群、古近纪官庄群及新近纪黄骅群(图2)。新太古代泰山岩群古老的变质岩系为区域沉积基底。早古生代，区域同步缓慢沉降，寒武系、奥陶系相继沉积，早古生代晚期至晚古生代早期，受板块汇聚俯冲作用影响，华北板块整体抬升剥蚀，表现为晚奥陶世—泥盆纪沉积缺失。晚古生代沉积始于晚石炭世，相继沉积了月门沟群含煤地层及石盒子群。二叠纪末，受华力西构造运动影响，地壳隆升，遭受剥蚀，使石炭、二叠纪地层受到不同程度的破坏。中生代，燕山早期断裂活动频繁，鲁西南菏泽-兖州断坳一带隐伏的EW向断裂与SN向断裂交切形成初步的断块局面。古近纪开始，本区以坳陷为主，构造活动继承了燕山期构造活动的特点，发育了一系列斜列式断块盆地，官庄群及新近纪黄骅群相继沉积。

1—古近纪官庄群大汶口组；2—二叠纪石盒子群；3—二叠纪山西组；4—石炭-二叠纪太原组；5—石炭纪本溪组；6—奥陶纪马家沟群；7—新太古代泰山岩群；8—隐伏地质界线(整合)；9—隐伏地质界线(不整合)；10—隐伏断层；11—行政区界线；12—研究区范围图2 黄岗潜凹陷区域地质简图

区域构造以隐伏断裂为主，发育近EW向的龙王庙断裂、莱河-蔡堂断裂、李田楼断裂、单县断裂，NE向的曹叵集断裂、天宫庙-梁堤头断裂及左行平移的终兴集断裂(图2)，其中莱河-蔡堂断裂构成含盐盆地的北边界。区域岩浆岩不发育，仅在部分钻孔中见到岩浆岩的顺层侵入，岩性以闪长岩、辉长岩、辉绿岩、蚀变闪长岩等为主。

区域重力总体表现为低异常(图3)[12]，仅在龙王庙镇一带存在局部重力高值异常，中心重力值超过18×10-5m/s2，应与区内分布的泰山岩群黑云变粒岩及含磁铁石英岩有关，是龙王庙潜凸起的重力异常反映。由重力高值异常区向西南方向重力值逐渐降低，在单县黄岗镇以南及高韦庄镇西南的河南省境内存在3个局部重力低值异常，中心重力值在(-30～-36)×10-5m/s2，应与断陷盆地沉积中心发育巨厚的古近系及新近系沉积岩有关，指示为断陷盆地沉积中心。

1—等值线及其标注(10-5m/s2)；2—推断断裂；3—研究区范围；4—省界图3 黄岗潜凹陷区域布格重力异常简图

2 矿床地质特征

2.1 地层

区内岩盐矿赋矿层位为古近纪官庄群大汶口组，其盖层为新近纪黄骅群和第四系(图2)。

2.1.1 古近纪官庄群大汶口组

该组在黄岗潜凹陷内莱河-蔡堂断裂以南广泛分布，自下而上可划分为下、中、上3个岩性段(图4)。

1—泥岩；2—砂质泥岩；3—泥质粉砂岩；4—砂岩；5—砂砾岩；6—膏质泥岩；7—含膏泥岩；8—岩盐矿图4 黄岗潜凹陷钻孔ZK01，YZK2，YZK1岩盐矿层柱状连接对比图

(1)下段：岩性以棕红色、紫红色泥岩、泥质粉砂岩为主，反映氧化环境下浅湖相沉积建造，为历次勘查钻探终孔层位，揭露最大厚度372.35m。

(2)中段：岩性为深灰色泥岩、粉砂质泥岩与灰白色膏质泥岩、石盐岩互层，是一套含石盐、石膏的浅湖—咸湖相沉积建造。自下而上大致可划分为3个岩性亚段：

下部膏质泥岩亚段：岩性为深灰色泥岩、粉砂质泥岩与灰白色膏质泥岩互层，均厚110.17m。

中部含石盐岩亚段：岩性为质纯的石盐岩与灰白色膏质泥岩互层，局部夹薄层硬石膏岩，均厚167.06m，该亚段在黄岗潜凹陷西北部及北部边缘沉积缺失。

上部膏质泥岩亚段：岩性为深灰色泥岩夹灰白色膏质泥岩，局部夹含油泥岩，硬石膏多呈条带状与泥岩互层产出，少数呈团块状与泥岩共生，均厚177.06m。

(3)上段：岩性为灰色、灰绿色、褐黄色、浅黄色泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩，底部偶见砂砾岩层，反映还原环境下的浅湖—半深湖相沉积，均厚292.57m。

2.1.2 新近纪黄骅群

全区分布，覆盖于官庄群大汶口组之上。岩性以褐黄、浅黄色及棕红色泥岩、砂质泥岩为主，夹褐黄色细砂岩层，局部含石膏条带，固结性一般，均厚524.35m。

2.1.3 第四系

主要为冲积相的浅黄、灰黄色粉砂质黏土、黏土质粉砂及粉、细砂层，自下而上划分为平原组、黑土湖组及黄河组。区内第四系均厚217.43m。

2.2 构造

区内含矿地层总体为走向近EW向、倾向近S向、由北往南逐渐变深且伴有宽缓起伏的单斜构造形态，倾角一般1°～3°，中北部断层附近可达8°～10°。发育孟杨庄背斜、后黄庄向斜、齐庄背斜和胡楼向斜4个规模较大的褶曲；发育龙王庙断裂、莱河-蔡堂断裂2个较大断距的断裂及其他断距较小的层间断层(图2)。

龙王庙断裂：NWW向延伸，延伸长度大于20km，其断面倾向SW—S，倾角70°，断距>1000m，为正断层，构成黄岗潜凹陷的边界断裂。

莱河-蔡堂断裂：与龙王庙断裂大致平行，延伸长度大于20km。断面倾向SW—S，倾角70°，断距>1000m，为正断层。断裂东北侧发育奥陶纪马家沟群，西南侧发育古近系，为含盐地层的分界断层。

2.3 矿层特征

根据物探解译及钻探验证，区内岩盐矿层赋存形态简单，呈层状产出，产状稳定，走向近EW向，倾向近S向，倾角平缓，一般<3°，局部断层附近可达10°。钻探揭露岩盐矿层31层，埋深1079.75～1730.86m，赋存标高-1036.29m～-1680.75m(图4)，单矿层平均厚度0.25～24.64m，单层最厚53.96m，累计平均厚度175.45m，单孔累计最大厚度320.23m，是山东迄今单孔控制最大的厚度，NaCl平均品位44.11%～96.08%。其中可采盐层21层，单层平均厚度2.68～24.64m，累计平均厚度161.51m，NaCl平均品位52.05%～92.00%。各矿层基本特征见表1。

表1 黄岗潜凹陷岩盐矿层基本特征一览表

2.4 矿石质量

2.4.1 矿石矿物成分

区内岩盐矿石矿物成分较为简单，镜下鉴定显示主要盐类矿物成分为石盐和硬石膏，杂质矿物主要为黏土质矿物(图5)。

Ih—石盐；Ah—石膏；Cla—黏土质矿物；a—含硬石膏中粗粒石盐岩；b—中粗粒石盐岩；c—含泥质硬石膏粗粒石盐岩；d—中细粒石盐岩图5 黄岗潜凹陷岩盐矿石镜下照片(斜交偏光)

石盐：形态以他形粒状为主，少许呈半自形粒状，粒径大部分在2.00～10.00mm间，构成中粗粒结构。石盐颗粒间紧密镶嵌，构成岩石主体，在岩石中多呈杂乱排列。石盐晶粒接触处分布有硬石膏晶粒和泥质，部分颗粒立方体解理发育，少部分颗粒不清楚，局部偶见有“阶梯状”构造。无色透明，很低的正突起，均质体。含量多在90%以上，质纯者>95%，少部分70%～90%。

硬石膏：形态主要呈自形—半自形板状、板柱状变晶，粒径最大约3.00mm，呈聚集状或分散状不均匀分布于石盐晶粒间或空隙中，零星分布于解理缝中。含量一般在10%以下，少数可达20%。

其他矿物：主要为黏土质矿物，分布于岩石裂隙内或石盐、硬石膏晶粒间及石盐解理缝中，褐灰色或暗灰色，分布不均，局部稍集中呈薄层状。含量一般不超过1%，少数可达5%～10%。

2.4.2 矿石化学组分

表2 黄岗潜凹陷岩盐矿石化学组分及含量统计表 单位：%

2.4.3 矿石结构构造

区内岩盐矿矿石结构主要为中粗粒他形—半自形粒状结构，也见粗巨粒他形—半自形粒状结构及中细粒他形—半自形粒状结构。矿石构造主要为块状构造，少见层状构造。

2.4.4 矿石类型

根据矿石矿物成分、化学组分及结构构造，将区内岩盐矿初步划分为结晶块状石盐矿石和石膏石盐混生石盐矿石2种自然类型。矿石工业类型初步确定为石膏质石盐矿石。

2.5 围岩夹石特征

泥岩：多为深灰色、灰绿色，仅在矿层底部见棕灰色、紫红色，质纯，含粉砂，性硬且脆，吸水性差，可塑性差，含砂泥状结构，层状构造，断口平坦状。主要矿物成分为泥质、砂屑及极少许有机质、氧化铁质等，其中泥质主要为黏土类矿物，多呈隐晶质状，致密分布，集合体在岩石中多呈定向性排列，构成薄层状构造；砂屑多呈次棱角状、次圆状、椭圆状或卵圆状，分布于泥质间隙。

膏质泥岩：灰色，泥质结构，条纹状构造，组成岩石的矿物成分较为简单，主要为泥质和少部分硬石膏等，硬石膏与泥质集合体之间基本上各自集中成层，相间分布，构成条纹状构造，其中泥质主要为黏土类矿物，多呈隐晶质状，致密分布，集合体在岩石中多呈定向性排列，构造长轴方向与岩石构造方向略近一致；硬石膏，多呈细小板状、板柱状变晶，分布于泥质间隙中，集合体基本上呈层状，与泥质集合体相间分布。

泥质硬石膏岩：多成灰色，显微鳞片变晶结构、泥质结构，块状构造、条纹状构造，组成岩石的矿物成分较为简单，主要为硬石膏和部分泥质等。其中硬石膏，形态主要呈隐晶质或显微鳞片状变晶，少许显微粒状变晶，晶粒间往往致密分布，杂乱排列，构成岩石主体，无色透明，干涉色可达三级；泥质，主要为黏土质矿物，分布于硬石膏间隙中或岩石裂隙中，不均匀，集合体往往呈聚集状或细纹状。褐灰色或暗灰色，光性不明显。

3 成盐盆地分析

成盐盆地的演化主要是水体蒸发的结果，水体面积缩小，盆地水位变浅，碎屑沉积物按粒级由粗到细，盐类物质按溶解度由小到大依次沉积，因而成盐盆地沉积物在沉积剖面上自下而上大致表现为粗—细粒碎屑沉积物—碳酸盐岩—钙的硫酸盐(石膏、硬石膏)—氯化物(石盐)—钾镁盐类(钾石盐、光卤石、杂卤石等)[14-16]；平面展布上，从盆地边缘向中心大体上作同心圆状排列，形成“牛眼式”岩相分布模式，若成盐盆地一侧存在盐类物质的补给，则易溶盐类将集中在盆地的另一侧，形成“泪滴式”岩相分布模式[17]。

3.1 含盐地层发育特征

勘查证实，黄岗潜凹陷为一大型含盐盆地，盆地内古近纪官庄群大汶口组中段为含盐层位，该段地层的沉积演化大致反映了含盐水体淡化—浓缩—淡化的蒸发沉积过程[18-24]，自下而上可划分3个岩性亚段。

(1)下部膏质泥岩亚段：岩性为深灰色泥岩、粉砂质泥岩与灰白色膏质泥岩互层，反映水体由淡化逐步浓缩，泥质岩与首先析出的石膏交互沉积。

(2)中部含盐亚段：岩性为质纯的石盐岩与灰白色膏质泥岩互层，局部夹薄层硬石膏岩，反映水体逐步浓缩至NaCl过饱和时，石盐开始析出沉积，因水体短时补给对过饱和卤水的冲淡，发育了膏质泥岩及局部硬石膏岩夹层。

(3)上部膏质泥岩亚段：岩性为深灰色泥岩夹灰白色膏质泥岩，局部夹含油泥岩，硬石膏多呈条带状与泥岩互层产出，少数呈团块状与泥岩共生，反映水体逐步淡化，再次沉积泥质岩与膏质泥岩，直至石膏不再析出，碎屑岩类依次沉积。

泄露500 d后，上覆第四系松散孔隙含水层进一步向南侧迁移，污染羽状物扩散范围有逐渐增加，而下伏岩溶含水层仍然未见受到明显污染，未出现明显污染羽状物聚集及渗漏。

3.2 含盐盆地岩相划分

根据现有地质、物探资料及勘查成果，黄岗潜凹陷在平面上大致划分为石盐岩相区和膏泥岩相区2个岩相区[22](图6)。

1—底界面等高线；2—矿区边界；3—断层及编号；4—褶曲；5—钻孔位置及孔号；6—石盐岩相区；7—膏泥岩相区；8—待验证潜力区图6 黄岗潜凹陷古近纪岩相划分图

(1)石盐岩相区：盐类物质沉积旋回较为完整，石盐岩、硬石膏岩、膏质泥岩均有沉积，平面分布上靠近成盐盆地局部沉积中心。重力资料显示，凹陷南部由东到西分布3个局部重力低值异常，推测为盆地局部沉积中心，凹陷东南部靠近东侧沉积中心，勘查证实，发育厚层岩盐矿层，为石盐岩相分布范围。

(2)膏泥岩相区：位于石盐岩相区外围，盆地边缘，为硬石膏岩、膏质泥岩与泥质岩的交互沉积，据钻探揭露，凹陷西北部含盐段地层主要为泥岩与膏质泥岩互层产出，无石盐岩沉积，应为膏泥岩相分布区。

4 找矿远景及地质意义

4.1 找矿远景

黄岗潜凹陷以莱河-蔡堂断裂为界，南部古近系发育，为含盐地层分布区；北部地层抬升遭受剥蚀，发育奥陶系。根据已有资料对岩盐矿的分布范围分析如下：

(1)齐庄背斜核部以南的区域，对应石盐岩相分布区。含盐地层总体表现以胡楼向斜核部为中心的盆状构造，向北西、南东方向抬升。钻探证实，向斜核部附近施工的ZK01钻孔见矿厚度大、埋藏深，推测该处为岩盐矿局部沉积中心，向两翼方向矿层变薄变浅。

(2)齐庄背斜核部以北至莱河-蔡堂断裂的范围，对应膏泥岩相分布区。含盐地层虽有起伏但总体表现为抬升，该范围近盆地边缘，钻探证实，含盐地层发育，但仅见膏质泥岩与泥岩互层亚段，未见中部含石盐岩亚段，综合评价该范围内岩盐矿分布的可能性较小。

(3)FD1断层西南的范围，含盐地层总体表现为向南倾伏的单斜构造，重力资料显示，该范围靠近局部重力低值异常中心，具有较大的岩盐矿找矿潜力，但该范围内尚未投入具体的勘查工作，岩盐矿赋存情况尚待验证。

4.2 地质意义

利用水溶蚀岩盐所形成的腔体建造油气储备库具有重大的战略意义。总结岩盐矿区地质条件可以分析建造盐穴储气库的适宜性。

黄岗潜凹陷盐层埋深1079.75～1730.86m，赋存标高-1036.29m～-1680.75m，其盖层为新近纪黄骅群和第四系，具有良好的密闭性、安全性，适宜建造储气库。

黄岗潜凹陷岩盐矿单矿层平均厚度0.25～24.64m，单层最厚53.96m，累计平均厚度175.45m，具有厚大的岩盐层利于建造盐穴。

矿层顶底板围岩多为泥岩、膏质泥岩及泥质硬石膏岩。夹石岩性与围岩岩性基本一致，多为泥岩、膏质泥岩、含泥质硬石膏岩，含少量石盐颗粒，充填于泥岩裂隙中。盐层及夹层中易溶成分含量较高，决定了溶腔的有效体积。

总之区内岩盐矿层厚、质纯、埋深适中，初步评价具备建设盐穴储气储能库的地质条件，矿床开发利用前景广阔。

5 结论

(1)黄岗潜凹陷为一大型含盐盆地，初步查明其古近纪官庄群大汶口组中段赋存岩盐矿层31层，累计平均厚度175.45m，预测岩盐矿总资源量超过240×108t，可为地方经济发展提供充沛的资源保障。

(2)官庄群大汶口组为一套浅湖—咸湖相沉积，含矿段地层垂向上可划分下部膏质泥岩亚段、中部含盐亚段、上部膏质泥岩亚段3个岩性亚段，大致反映了含盐水体淡化—浓缩—淡化的蒸发沉积过程。平面上初步划分石盐岩相区和膏泥岩相区2个岩相分布区，其中石盐岩相区靠近成盐盆地局部沉积中心，发育厚层岩盐矿。

(3)黄岗潜凹陷西南部含盐地层总体表现为向南倾伏的单斜形态，区域重力资料显示，该区靠近盆地局部沉积中心，具有较大的岩盐矿找矿潜力。

(4)区内岩盐矿层厚、质纯、埋深适中，初步评价具备建设盐穴储气储能库的地质条件，矿床开发利用前景广阔。