丰县师砦坳陷石盐矿床成矿特征探讨

2022-05-09顾扣泉

中国煤炭地质 2022年4期

顾扣泉

(江苏煤炭地质勘探三队，江苏常州 213017)

0 引言

师砦坳陷为一含石盐矿资源储量20多亿吨的大型矿床，自1957年以来，由地矿、化工、煤田等多家地勘单位以找煤、找钾盐为目的在师砦坳陷进行过电法勘探80余千米、地震勘探线7条，总长度22.8 km，施工各类钻孔(井)48个，累计完成钻探工程量49 209.05 m。自2011年实施勘探以来，在本区进行了大量工作，完成二维地震测线10条，钻孔11个，采取各类样品2 142件[1]，结合以往地质资料并结合勘探阶段资料，对本区进行了详细研究。

1 构造特征

师砦坳陷位于中朝准地台(亦称华北地台)鲁西背斜、鱼台坳陷的次一级构造—欢口向斜的南翼，是燕山晚期形成的箕状坳陷[2]，这个时期的构造运动为盐类沉积提供盆地的同时也提供了物质来源，并在适宜的气候下蒸发沉积。

鱼台坳陷在古生代前，为一复式向斜构造。至古生代，广泛发育了石炭、二叠系含煤地层。古生代中后期，华力西运动使鱼台坳陷抬升，并遭受了长期的剥蚀夷平，致使石炭、二叠系及其以下地层受到了不同程度的破坏。至中生代，在印支、燕山运动影响下，太平洋板块向大陆俯冲，伴随着一系列的运动，本区强烈下沉。特别是在燕山运动晚期，东西向的丰沛、凫山断裂构造活动有所加强，且又产生了南北向的峄山、师砦和嘉祥断裂，控制了中生代沉积。

欢口向斜，位于鱼台坳陷南翼，为次一级构造单元，其东西走向长约12 km，南北宽约10 km，主要受东西向构造控制。受东西向及南北向次级断裂切割，从古近纪开始，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的断块盆地，师砦坳陷即为其中之一(图1)。

图1 师砦坳陷构造纲要图Figure 1 Structural outline map of Shizhai depression

师砦坳陷南北两侧为近东西向的区域性大断层所控制，在紧邻北部边缘的鸳楼正断层，走向近东西，断层面南倾，落差大于2 000 m；其南部为丰县城北正断层，北升南降，断层落差大于750 m；东西两侧被师砦断层和嘉祥支断层所切割，两断层分别为东升西降和西升东降，落差较大，形成一个较封闭的南浅北深的断陷盆地(师砦坳陷)，并在盆地内保留了含盐系蒸发岩地层。根据最新二维地震资料分析，本区石盐矿层主要分布于勘查区西北部，含盐系地层总体为一轴向北西西向的向斜构造(图2)，其向斜南翼地层平缓，呈单斜构造。

图2 师砦坳陷9盐层底板构造线图Figure 2 Halite layer No.9 floor lineament mapin Shizhai depression

2 物源特征

如果说构造为成盐提供了场所的话，那么卤水则提供了盐类物质来源。卤水的来源地表岩石风化、深部古卤水、海侵[3]。

2.1 风化的盐类物质

师砦坳陷的石盐主要存在于古近系官庄组中段，其化石群主要为轮藻、非海相介形虫和孢粉。

基士京横棒轮藻Rhabdocharakisgyonensis

横棒轮藻未定种Rhabdocharasp.

哈氏轮藻未定种Harrisicharasp.

异星介？未定种Heterocypris? sp.

网纹中华金星介相似种Sinocypriscf.reticulata

德氏金星介Cyprisdecaryi

双束松粉属Pinuspollenites

单束松粉属Abietieaepollenites

杉科粉属Taxodiaceaepollenites

保克兹杉粉T.bockwitzensis

无口器粉属Inaperturopollenites

麻黄粉属Ephedripites

山核桃粉属Caryapollenites

拟桦粉Betulaceopollenitesbitulitus

榆粉属Ulmipollenites

栎粉属Quercoidites

楝粉属Meliaceaeoidites

从化石群来看，师砦坳陷的沉积应是湖相而非海相。伴随着构造运动，大量地表风化的盐类物质被地表径流带入坳陷[4]。官庄组中段发现的官庄组下段的孢粉就可靠地解释了这一来源。

2.2 深部古卤水

四川三叠纪卤水矿床的发现说明了深部存在古卤水的可能性[5-6]。

深部的古卤水可循同期活动的循鸳楼断层或嘉祥支断层上升，亦可随岩浆活动的通道而上升。坳陷内分布着平均厚度12.12 m的岩浆岩，且越往箕状坳陷的深处(即断裂交汇处)，岩浆岩厚度也越大(图3)。

图3 师砦坳陷控制断层及岩浆岩等厚线图Figure 3 Shizhai depression controlling faults and magmaticrock isopach

2.3 海侵

风化的盐类物质和深部古卤水两种途径所带来的盐类物质的量远非海侵所能及。虽有学者在邻近的鱼台坳陷发现了海相介形虫化石[7]，但师砦坳陷内尚未发现海相生物化石，“近海”并不意味着一定能受海水影响[8]。且有结论认为中国东部早第三纪未出现海侵,仅依靠单一的标志来判断是否发生海侵,可能会导致错误的结论[9]。因此，师砦坳陷排除海侵带来物质来源的可能。

构造形成的坳陷盆地和源源不断的盐类物质补充，加之炎热的气候使本区长期处于蒸发量大于降水量状况，盐类物质就此沉积在坳陷内[10]。

3 韵律特征

官庄组中段主要由灰—深灰色泥岩、硬石膏岩夹石盐矿层及钙芒硝岩呈不等厚、互层状组合而成。综合分析前人资料和勘探阶段钻井揭露的官庄组中段岩性、岩相组合特征及沉积韵律[11]，特别是盐层在剖面上和横向上的变化及分布规律，可将官庄组中段分为五个亚段(下石膏亚段、下盐亚段、中部淡化段、上盐亚段和上石膏亚段)，见表1。含盐地层自下而上有规律地由咸化层与淡化层反复交替组成(图4)。根据含盐沉积旋回、标志层特征及工业要求，共划分出下盐亚段(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)五个盐群和上盐亚段(Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ)三个盐群。每个盐群又由2～5个盐层组成，整个上、下盐亚段共划分出27层岩盐。

表1 官庄组中段地层划分表

从各施工钻井柱状及剖面中可以清楚地看到有共生关系的岩性或岩相呈现规律性组合和交替。它反映本区含盐地层在形成过程中一系列控制因素(如地壳运动、古地理、古气候等)的周期性变化。

根据岩石的物质岩性、成分、颜色、粒度等特征在垂直剖面上的交替变化，将含盐地层及盐矿层划分为不同的韵律级别。

官庄组下段：红色，以粉砂岩为主，夹细砂岩，底部含细砾；官庄组中段：深灰色，以泥岩、硬石膏岩为主，夹盐岩及钙芒硝岩；官庄组上段：灰-棕灰色、褐灰色，泥岩、粉砂岩、中细砂岩不等厚互层。因此，在垂直剖面上，从上到下，岩性由粗-细-粗，颜色由红-黑(深灰)-红(褐灰)，构成一个独立沉积旋回。沉积环境总的变化反映了干湿交替环境下在师砦坳陷中沉积的一套碎屑岩-蒸发岩建造。

在Ⅰ级韵律中，将各段划分为Ⅱ级韵律，那么官庄组中段就是Ⅱ级含盐韵律[12]。

下石膏亚段：红色、顶部渐变为绿灰色及深灰色，岩性为泥岩、粉砂岩，含硬石膏薄层及其团块，上部多夹硬石膏及少量钙芒硝岩。

下盐亚段：灰色、深灰色。盐岩、泥岩、硬石膏岩、钙芒硝岩不等厚互层。

中部淡化段：深灰色泥岩、含膏泥岩与浅灰色硬石膏岩不等厚互层，泥岩多含有机质及钙质，局部有岩浆岩参与。

上盐亚段：灰色、深灰色。盐岩、泥岩、硬石膏岩、钙芒硝岩不等厚互层。

上石膏亚段：浅灰—深灰色。泥岩、石膏岩、硬石膏岩夹粉砂岩、细砂岩，顶部石膏、硬石膏含量渐少，泥岩增多。

整个官庄组中段在垂直剖面上，从下到上，岩性为泥岩—硫酸盐岩—盐岩—硫酸盐岩—泥岩。总的沉积环境反映了干旱环境下古盐湖从发生、发展到消亡，即淡-咸-淡的演化层序。

在Ⅱ级含盐韵律中，将各亚段划分为Ⅲ级韵律，那么下盐亚段、上盐亚段就是Ⅲ级含盐韵律。含盐地层横向变化稳定，特征明显，对比清楚。从下到上：Ⅰ盐群，含1、2、3工业盐层。盐层结构简单，下部1、2盐层较薄，上部3盐层较厚，横向厚度较稳定，盐群底板为深灰色泥岩；Ⅱ盐群，含4、5、6、7-1、7-3工业盐层，盐层结构简单，厚度大、横向变化稳定。盐群底板为灰褐色泥岩；Ⅲ盐群，含8、9、10工业盐层，结构简单，含钙芒硝夹石。盐群底板为红棕色泥岩，且下部夹一层钙芒硝岩，上部夹一薄层棕灰色粉砂岩；Ⅳ盐群，含11、12工业盐层，结构简单，含钙芒硝夹石。盐群底板为深灰色泥岩夹硬石膏岩。直接底板为钙芒硝岩；Ⅴ盐群，含13、14工业盐层。结构简单，上部盐层特厚，盐群下部夹钙芒硝薄层。盐群底板为深灰色泥岩与硬石膏薄互层；Ⅵ盐群，含15、16、17工业盐层，简单结构，上部两层盐层薄。盐群底板为深灰色泥岩与硬石膏厚互层，总厚度大；Ⅶ盐群，含18、19-1、19-2、19-3工业盐层，结构简单，厚度大，盐群底板为硬石膏岩及灰紫色泥岩；Ⅷ盐群，含20、21、22、23工业盐层，结构简单，各盐层厚度仅次于14盐层，盐群底板厚度大，为深灰色泥岩与硬石膏岩互层，其中部夹厚层浅灰色粉、细砂岩。