破解小陆块成钾难题　为实现国家钾盐资源战略目标服务——973计划项目“中国陆块海相成钾规律及预测研究”取得重要进展

2014-12-24

钾盐被列为我国七大紧缺大宗矿产资源之一，长时间内对外依存度高达70%。目前我国钾盐探明储量占世界2%，但消费量占世界钾肥产量的1/4。经过半个多世纪的努力，如今已基本查清第四纪陆相钾盐资源与成钾规律，并在柴达木盆地和罗布泊找到具有大规模开采价值的钾盐矿（资源量9.9亿吨），但它们的服务年限仅20～30年，古代海相钾盐找矿至今没有取得重大突破。

中国大陆主要由多个小陆块及其间的造山带镶嵌而成。从古生代开始，这些陆块经历了多期次离散、拼合构造旋回。这种由活动的小陆块组成的构造背景决定了我国古代海相蒸发盆地成盐成钾的特殊性和复杂性，其找钾难度较大，形成了我国古代海相蒸发岩沉积多类型、多区域的复杂分布格局，这是我国海相找钾长期以来没有取得突破的重要原因之一。尽管我国海盆与国外巨型海盆成钾条件差异较大，但我国海相蒸发岩地质时代分布较广，具有多期持续蒸发条件，并且很多地层发现成钾显示，已勘探出小型固体钾盐矿床，表明上述构造背景下海相盆地也具有较好的成钾潜力。 
　　为了破解“中国小陆块成钾”的难题，973计划项目“中国陆块海相成钾规律及预测研究”针对中国不同构造背景海相成盐成钾盆地，重点选择鄂尔多斯盆地奥陶系、四川盆地三叠系、羌塘盆地侏罗系、兰坪–思茅盆地白垩系等进行详细剖析，并与国外典型海相钾盐矿床对比，按照物源–干旱蒸发浓缩–盆地构造分隔、迁移–卤水聚集就位–成岩改造、保存这一成钾规律与靶区预测的总体思路，多学科结合，查明不同构造背景盆地成盐成钾规律，揭示各类盆地钾盐大规模成矿的控制因素与机制，构建我国海相盆地钾盐成矿理论框架，建立海相钾盐矿产预测标志、预测理论和隐伏矿层探测方法；预测找钾战略靶区，圈定有利的钾盐富矿带，指导勘查，实现海相找钾突破。 
　　“中国陆块海相成钾规律及预测研究”项目于2011年1月正式启动，预计2015年12月完成，项目承担单位有：中国地质科学院矿产资源研究所、中科院青藏高原研究所、中石油勘探开发研究院、中科院青海盐湖所、中国地质大学（北京）、西南石油大学、中国地质科学院地质研究所、中国地质科学院矿产综合利用研究所。项目设立7个课题，分别是：（1）鄂尔多斯奥陶纪古陆表海盆成钾条件、机理和后期演化；（2）四川三叠纪古特提斯海盆成钾条件、机理和后期演化；（3）羌塘侏罗纪新特提斯海盆成钾条件、远景和后期变化；（4）兰坪–思茅中新生代残留盆地成钾条件、机理和后期演化；（5）隐伏固／液相钾盐矿床赋存特征、后期改造及探测方法；（6）中国陆块漂移与干旱–　极端干旱气候事件及其对成钾控制；（7）成钾规律综合研究、资源预测指标体系与战略靶区预测。经过近4年的科研攻关，取得主要成果如下：

1　　 中国小陆块漂移演化进展

基本查清我国主要陆块来源及离散历史、成盐成钾时期所处的古纬度与气候带的关系（图1），揭示主要海相成钾期与板块漂移和亚热带干旱带的耦合密切相关。首次揭示羌塘陆块漂移与旋转特征；高精度磁性地层测量获得兰坪-思茅盆地勐野井组钾盐层形成时的古纬度为北纬18.5°，揭示钾盐矿床形成时位于北副热带高压带内形成。

2　　 小陆块海相成钾条件研究进展

2.1　建立了鄂尔多斯盆地西缘、东缘和南缘奥陶系代表性剖面的牙形石生物地层序列（图2）。所建立的牙形石带可以很好的与国内代表性地区华北、华南和塔里木进行对比，也可以与世界上两大牙形石生物地理分区北美中大陆区和美大西洋区进行对比，为盆地的地质演化提供精确可靠的等时地层格架。

2.2　获得了羌塘盆地雁石坪剖面索瓦组磁性地层年代序列(157-161Ma)，其干旱气候期与中亚盆地晚侏罗世成钾期一致。为进一步确定羌塘盆地侏罗纪含膏盐层系高精度高分辨率磁性地层年代序列奠定坚实的基础（图3）。

2.3　通过兰坪-思茅盆地勐野井组含盐地层系统古地磁分析，以及孢粉年代学制约，初步确定了勐野井组的年代为白垩纪中晚期，结合该组地层火山凝灰岩锆石年龄测定100-110Ma（图4）,确定勐野井组地层为白垩纪Albian期-Cenomanian期。初步建立了兰坪-思茅盆地成盐成钾时期的极端干旱气候事件序列（图5），确定了最佳成盐成钾期，其成钾期与呵叻盆地成钾期基本一致。

2.4　结合岩石学、碎屑地球化学和碎屑锆石年代学分析，提出思茅盆地勐野井组主要有两个物源区，其一为扬子地块的再旋回沉积物，其二为哀牢山和临沧的岩浆岩。根据前人古水流数据、古地磁结果，结合物源分析，基本可以推断在印度–欧亚大陆碰撞挤出之前，思茅盆地与坷叻盆地位置比较邻近，并且思茅盆地位于坷叻盆地的西侧，新特提斯的海侵使得两个盆地沟通。

3　　 成钾模式研究进展

3.1　揭示了全球板块运动控制表生成钾的演变规律，即，古生代时期，地球表生成钾环境主要为克拉通大型坳陷陆表海盆地，盆地面积巨大；到了中生代时期，主要为特提斯海域陆表海盆地成钾，盆地面明显变小；中新生代时期，主要为大陆裂谷型海相及非海相成钾，属于小盆地成钾。

3.2　提出了中国海相盆地“时间窗-极旱事件成钾”模式（图8）：基于中国盐盆沉积韵律非常发育，这一困扰中国古代海找钾的重大理论问题，系统研究世界钾盐形成规律和中国海相蒸发沉积特征，提出了“短期极旱成钾”，即地质历史时期内，如果在一般干旱期内出现短期的极端干旱事件即“成钾时间窗”，可以促使古盐湖强烈持续蒸发浓缩，钾盐快速析出沉积成矿。

3.3　系统总结了裂谷盆地成钾特征，提出裂谷成钾模式（图9，10）。裂谷成钾过程可分解为“两个阶段”以及“三个成钾作用过程”。具体来说，第一阶段是地表盐湖–太阳能作用阶段，第二阶段是埋藏–岩浆热能作用。三个成钾作用过程分别是蒸发沉积、沉积淋滤以及变质–改造。固体钾盐形成过程如下：（1）裂谷发育早期，地壳开始裂开、断陷沉降，为陆相碎屑岩沉积；（2）中期，裂谷凹陷持续沉降， 湖面大多低于海平面，海水侵入；同时火山大量喷发，温热泉发育，带来大量深源物质补给。由于气候干旱–极端干旱，导致盐湖发育。（3）裂谷后期，古盐湖开始淡化，出现石膏和碳酸盐岩沉积，形成钾盐盖层，盆地重新开始陆相碎屑岩沉积，或者裂谷进一步裂开，转变为大洋，结束蒸发岩沉积。

4　　 隐伏钾盐探测技术

初步建立了四川盆地固液相钾盐地震识别方法。充分结合四川三叠纪古特提斯海盆钾盐卤水储层碳酸盐岩缝洞型储层构造和沉积以及裂缝发育等地质特征，建立地质模型与地震响应模型，进行缝洞型储层地震响应特征正演模拟分析。

5　　 钾盐资源评价理论及成果应用

5.1　建立兰坪–思茅盆地勐野井钾盐沉积矿床三维地质模型及资源预测模型，预测兰坪–思茅盆地未探明钾盐氯化钾资源量1.98亿吨。

5.2　基于裂谷成钾模式指导，在江陵凹陷开展找钾勘查，获得深层富钾卤水氯化钾预测资源量2亿吨。