老挝钾盐勘探开发历史回顾及经验教训分析*

2021-07-02梁光河

肥料与健康 2021年2期

梁光河

(中国科学院矿产资源研究重点实验室/中国科学院地质与地球物理研究所/中国科学院大学北京 100029)

0 前言

氮肥、磷肥、钾肥是三大基础肥料，我国不缺氮、磷，但严重缺钾。虽然我国钾肥行业取得了长足发展，但从2008年至2015年我国钾盐的自给率基本维持在50%左右[1]。增加我国钾盐的供给，减少因国际钾盐价格波动带来的影响，对于保障我国农业安全具有重要意义。

我国钾盐资源储量少，近十几年来，国内一些企业瞄准国际资源，主动出击，在全世界范围内寻找钾盐投资机会。老挝与中国是友好邻邦，政治稳定，投资条件优越，是我国海外钾盐矿勘探开发项目中进展最快的国家。到2019年，我国有10家钾盐开发公司在老挝开展勘探开发工作，虽然取得了一定的进展，但大规模开发仍存在一些关键技术问题需要解决。

我国钾盐企业海外投资项目有30多个，其中老挝钾盐矿项目进展最快，2017年至今有2家企业可进行钾肥生产，已建成年产氯化钾750 kt的钾盐开发基地。自2004年开始在老挝开展钾盐勘探，直到近几年才形成一定的产能，整个过程既有宝贵的经验也有惨痛的教训。本文主要通过梳理和总结老挝钾盐矿勘探开发过程，给后期的勘探开发工作提供一些借鉴。

钾盐的分布很不均衡，超大型钾盐矿床主要分布在北美洲、欧洲、南美洲、中东和亚洲等地区，其中加拿大、俄罗斯、白俄罗斯、德国等4国已探明储量占全世界探明储量的72%。世界产钾地区主要在北美洲和前苏联，而消费主要集中在亚洲、拉丁美洲和北美洲。我国是世界钾肥第一消费国，约占世界消耗总量的26%，但我国钾资源占世界总储量的2.6%[2]，其中95%分布在青海和新疆，属于现代盐湖(卤水)钾盐矿。

世界钾盐资源极为丰富，已发现31个含钾盆地，资源总量达250 000 Mt(以K2O计，下同)，绝大部分为地下固体钾盐，少部分为含钾卤水。据美国地质调查局的统计和最新勘探结果，全球储量超过5 000 Mt的含钾盆地有6个，其中呵叻盆地覆盖了老挝中部和泰国东北大部分地区(见图1)。从大地构造看，上述地区处于印支地块中间。目前我国在老挝投资钾盐的10家企业中，有4家企业已取得采矿证，其中位于老挝甘蒙省的中农钾肥有限公司和老挝开元矿业有限公司已分别建成了年产250、500 kt氯化钾中试厂。我国企业在老挝开展钾盐矿勘探和开发的总面积约2 000 km2，占据了老挝含钾盆地的绝大部分。

红色区域钾盐储量5 000 Mt 绿色区域1 000～5 000 Mt 蓝色区域500～1 000 Mt图1 世界主要钾盐矿分布及呵叻盆地地质略图

1 老挝钾盐矿勘探开发

截至2019年6月，我国有4家企业取得了老挝钾盐矿的采矿权，另有6家企业获得了老挝钾盐矿的探矿权，主要集中在万象盆地和甘蒙地区，共探明氯化钾工业储量约8 000 Mt，钾资源远景储量超过10 000 Mt，含矿深度多在100～500 m，主矿体约95%为光卤石，5%为钾石盐。

1.1 取得采矿证的企业

(1)中寮矿业开发投资有限公司。该公司是云南云天化股份有限公司的全资子公司，2004年开始在老挝万象盆地勘探开发钾盐，是我国最早“走出去”的钾资源开发公司。2004年11月，该公司与老挝政府成功签署了《老挝万象盆地钾盐矿开采生产协议》，并获得了老挝政府颁发的《投资许可证》和《采矿许可证》。该公司由此获得老挝政府授予的2张采矿证、78 km2开采区、860 Mt(以KCl计)钾盐矿储量30年的采矿权。前期试验中采用注入热水选择性溶解开采工艺，因成本和工艺问题没有成功；后期与中国科学院青海盐湖研究所共同攻关，改变采矿设计，采用竖井硐采。2008年12月19日，老挝万象盆地50 kt/a氯化钾中试项目试运行并生产出数百吨钾盐，后因在生产过程中竖井和主巷道出现工程技术问题而被迫停工至今。

(2)中国水电矿业(老挝)钾盐有限公司。该公司是第2家在老挝获批钾盐矿勘探和开采权的中国企业，共拥有老挝钾盐矿勘探权3个，总面积约580 km2，并获得2张采矿证。2006年2月开始启动一期120 kt/a氯化钾的示范性工程建设，2009年3月完成勘探工作，由长沙化工设计研究院进行氯化钾产能120 kt/a溶解开采的初步设计，并通过了项目建设可行性研究报告的评审。2009年12月28日与老挝政府签订了《万象市赛塔尼县塔贡钾盐矿开采加工项目协议》，获批39.33 km2钾盐矿开采权。2010年12月22日，该公司年产120 kt氯化钾项目在老挝万象市纳塞通县举行开工典礼，采用注入热水抽取卤水进行开采，2013年6月生产出第1批钾盐，2016年在生产出上万吨钾盐后因成本过高而停工至今。

(3)中农矿产资源勘探有限公司(原老挝嘉西钾盐开发有限公司)。该公司是第3家进入老挝进行钾盐勘探和开发的中国企业。2006年，老挝嘉西钾盐开发有限公司在老挝甘蒙省获得84 km2的钾盐勘探权(根据勘探证坐标圈定的面积只有75 km2，此区域是越南化工公司2004年勘探后放弃的区域)，同年与中国科学院地质与地球物理研究所合作进行勘探，勘探后发现钾盐矿体分布范围很大，后期根据勘探结果将探矿权扩大至214 km2。2009年1月21日，中农矿产资源勘探有限公司代表老挝嘉西钾盐开发有限公司与老挝计划投资部和能源矿产部签署了《老挝甘蒙省农波县和他曲县钾盐开采和加工》合同，开发设计建设工作由中国恩菲工程技术有限公司负责，于2011年底完成了一期工程的100 kt/a氯化钾先导性示范项目，并实现了工业化量产。该采矿区也是依据中国科学院地质与地球物理研究所的勘探成果外扩的区域，并不在最初的84 km2勘探证范围内。该项目采用传统的地下开采方式，用平硐开拓，将矿石运至地表进行浮选。目前该项目已由中农矿产资源勘探有限公司全权接手实施，2016年至今实际氯化钾产能约250 kt/a，是我国第1个海外钾盐资源开发项目，仍在稳定生产，并打算实施第2期200 kt/a氯化钾项目。

(4)老挝开元矿业有限公司。该公司于2008年11月底与老挝政府达成协议，在老挝中部甘蒙地区紧邻中农矿产资源勘探有限公司的探矿权区域先实施重力勘探，根据重力勘探结果再决定勘探证范围。该公司首先聘请有关单位作了重力勘探设计，之后聘请笔者为技术顾问审查重力勘探设计书。笔者根据了解和掌握的相关资料，认为原设计勘探范围大部分已超出钾盐盆地边界，进入盆地到山地隆起的过渡区，含矿可能性不大，因此调整了原勘探范围和面积，将原来围绕中农矿产资源勘探有限公司东侧的反L形设计范围(勘探面积199 km2)调整为反C形勘探范围(勘探面积345 km2)，特别是增加了北部约60 km2的区域，后期证明北区是整个矿区的主要钾盐储量区域。根据重力勘探结果，针对较好的重力异常区，在笔者的建议下，该公司规划了194.8 km2的钾盐探矿权，并由笔者亲自布置了前13口普查勘探钻井位置。经过1年多的普查和详勘，探明氯化钾储量约300 Mt。采矿设计由长沙化工设计院承担，采用旱采回填方式开采，设计一期工程氯化钾产能500 kt/a。此项目于2010年3月正式动工建设，2012年11月20日试车，2017年至今已形成氯化钾产能约500 kt/a，目前正常生产中。

总之，4家在老挝进行钾盐实际开采的企业，目前2家已经停产，另外2家生产正常，是中国在海外的重要钾盐基地。

1.2 取得勘探证的企业

(1)北京普悦老挝投资公司。2012年取得位于老挝万象盆地的1张探矿证，勘探面积为259.4 km2。经过数年勘探，已探明钾盐资源量数十亿吨。目前处于可行性研究阶段，正在申请采矿证。

(2)老挝海王矿业有限公司。2012年取得位于万象盆地的1张探矿证，勘探面积174 km2。经过数年勘探，已探明钾盐资源量数亿吨。目前处于可行性研究阶段，正在申请采矿证。

(3)亚洲钾盐老挝矿业公司。2014年获得2个区块共206 km2的探矿权，经过数年勘探，已探明钾盐资源量超过1 000 Mt。

(4)四川龙蟒老挝钾盐公司。2012年获得位于万象盆地的1张探矿证，勘探面积约180 km2。经过数年勘探，已探明钾盐资源量超过1 000 Mt。目前处于可行性研究阶段，正在申请采矿证。

(5)云南腾邦老挝钾盐公司。2012年获得位于波里莰塞省的1张探矿证，勘探面积177 km2，钻探未见矿随之放弃。2014年又获得位于万象盆地的1张探矿证，勘探面积约55 km2，勘探后探明钾盐资源量数亿吨。目前处于可行性研究阶段，正在申请采矿证。

(6)青海鑫帝老挝钾盐公司。2012年获得位于波里莰塞省的1张探矿证，勘探面积161 km2。2012年打了3口钻井，未见矿。

除了上述我国公司在老挝进行钾盐矿勘探开发外，还有1家越南化工公司，2014年已取得了沙湾拿吉省196 km2的探矿权，完成了勘探和采矿设计，钾盐资源量数亿吨，目前正在招商中。

老挝万象盆地附近和甘蒙地区钾盐矿权分布见图2和图3，其中红色框表示取得采矿权，黄色框表示进入可研阶段的探矿权，其他颜色表示处于不同阶段的探矿权。

1、2.北京普悦老挝投资公司 4、5.亚洲钾盐老挝矿业公司 30.青海鑫帝老挝钾盐公司 39、40.东方矿业投资有限公司71、72.中寮矿业开发投资有限公司 74.老挝海王矿业有限公司 103.云南腾邦老挝钾盐公司 124.四川龙蟒老挝钾盐公司132、133.中国水电矿业(老挝)钾盐有限公司图2 老挝万象盆地附近钾盐矿权分布

11、130.中农矿产资源勘探有限公司75.老挝开元矿业有限公司 133、146.越南化工公司图3 甘蒙地区钾盐矿权分布

2 老挝钾盐矿勘探开发中存在的问题

前期我国在老挝进行钾盐矿勘探开发的企业走了很多弯路，主要存在钾盐开采成本、环保问题和开发中的工程技术难题等。归根结底是前期地质勘探工作没有完全到位，导致后期开发过程中出现一系列工程技术问题，从而造成开采成本的增加。另外，恰逢全球钾盐市场处于低谷，钾盐价格持续走低，使得打算大规模扩产的企业放弃了原有的计划。

2.1 勘探中存在的问题

老挝钾盐矿赋存于地下超过百米深，属于隐伏矿床，其地表大多为第四纪覆盖，是广袤的森林和农田。在这种条件下，传统的地质填图方法无法指导找矿，只有物探方法才能取得较好的效果。传统的物探方法包括重力、磁法、电法、地震、测井等，其基础是矿体与围岩存在物性差异。前期对老挝钾盐矿的勘探表明，基于重力低异常能够预测钾盐矿富集的有利区域，而地震勘探是探测地下构造的最有效方法，测井可以直接预测钾盐含量[3]。

图4 万象盆地的构造纲要图

老挝钾盐矿形成于白垩纪，后期遭受强烈的喜马拉雅构造运动的影响，使得钾盐勘探开发存在不少问题，包括地下钾盐矿体的变化、水文地质条件等。在老挝勘探10年的经验表明，地球物理勘探方法是有效的，但必须对地质构造运动有清楚的认识，同时也总结出了一套有效的勘探技术方法组合和流程。现以万象盆地的某钾盐矿为例，说明三维地震勘探的重要意义。三维地震勘探不仅能够精确描述钾盐矿体的横向变化，而且能够准确描述断裂构造，同时还能准确预测钾盐矿顶底板岩层的横向变化，这对后期的采矿设计和大规模开发非常有用。

图5 三维地震勘探600 m深度水平切片及钻孔岩芯

红色区域是钾盐矿层，粉红曲线是伽马测井曲线图6 三维地震勘探剖面和伽马测井约束的钾盐矿体外推结果

万象盆地位于呵叻盆地的西北角，从盆地的构造纲要图(见图4)可以看出：该盆地发育北西走向的褶皱，说明其曾受到北东-南西方向的挤压；同时，盆地的边缘发育一系列近东西走向的走滑断裂，说明其总体受力环境是挤压走滑环境。在宏观尺度上，印支地块新生代在印度板块的挤压下向东南方向挤出并同时发生15°的顺时针旋转[4]，造成处于其中的呵叻盆地同步发生漂移旋转；在中观尺度上，呵叻盆地在这个过程中处于挤压走滑环境中，对其中的钾盐矿产生了巨大的改造，沿着盆地边缘产生了一系列大型走滑断裂，这是印支地块在漂移过程中的差异走滑造成的[5]；在微观尺度上，老挝钾盐矿详勘中普遍存在着旋转构造，图5的三维地震勘探600 mm深度水平切片显示，在挤压走滑宏观构造作用下，相对柔软的钾盐矿层围绕相对坚硬的石盐盐丘存在顺时针旋转现象，钻探岩芯也发现石盐层顶部的薄石膏层发生了明显的柔流。图6是三维地震勘探剖面和伽马测井约束的钾盐矿体外推结果，说明钾盐矿受后期构造挤压，钾盐矿体产生了显著的塑性变形，背斜顶部钾盐矿厚度明显增大，而向斜区域厚度减小，同时发育多条断裂。这个勘探精度可以达到误差3%以内，是钾盐矿勘探开发中最有效的勘探方法。这种方法过去广泛应用于加拿大等地的钾盐矿勘探，但在老挝钾盐矿勘探中，目前只有北京普悦投资有限公司实施了约30 km2的三维地震勘探。

2.2 开发中存在的问题

开发中的主要问题包括两个方面，一是尾矿回填，二是成本控制。对尾矿回填问题，前期中农矿产资源勘探有限公司和北京普悦老挝投资有限公司都进行了详细研究，制定了一套完整的低成本方案，已在中农矿产资源勘探有限公司钾盐开采中进行了应用和验证。对成本控制问题，老挝钾盐的开发成本必须在不高于国际钾盐主流开发平均成本的条件下才能大规模开发。老挝钾盐矿主体是光卤石矿，平均品位约是世界主流钾石盐平均品位的一半，这是其明显劣势。但老挝钾盐矿也有其优势：一是埋藏深度浅，开采成本低；二是厚度大，可以多层开采，也能降低成本；三是光卤石中含有丰富的溴素和镁元素，综合回收利用能降低钾盐开发成本。但老挝钾盐矿埋藏深度浅同时带来采矿顶板的稳定性问题。事实上，只要前期勘探工作做得扎实，应用高精度三维地震勘探可以准确描述顶板的稳定性，并通过合理的回填得到解决，三维地震和电阻率勘探对存在的水文地质问题也能够很好地解决。

2.3 勘探开发中取得的经验

笔者近13年作为6家公司的技术顾问，在老挝钾盐矿勘探过程中积累了丰富经验(见图7)。即勘探开发过程一定要遵循科学规律，循序渐进。必须先把地下的地质情况了解清楚，才能进入开发阶段。而了解地下地质情况更需要先实施比较有效的高精度重力扫描工作(比例尺1∶50 000，重点地区加密至1∶25 000)，推断控制有利的含矿范围；然后针对重力异常进行普查钻探，控制含矿范围并推断333+334资源量；再根据普查结果在重点区域实施详勘钻探，确定331+332工业储量；接着需要针对首采区实施三维地震勘探，详细掌握地下矿体和围岩及断裂的分布等地质特征，因为该区域受新生代印度-欧亚板块碰撞的强烈改造，地下构造变化十分剧烈，这一步是非常必要的；最后进入采矿设计阶段。勘探过程中还需重视钻孔的测井工作，特别是自然伽马测井、井陉测井、电阻率测井等。