上扬子区寒武系蒸发岩沉积相及成钾潜力分析

王淑丽，郑绵平，焦建

(1．中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037;2．国土资源部盐湖资源与环境重点实验室，北京100037; 3．中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京100083)

上扬子区寒武系蒸发岩沉积相及成钾潜力分析

王淑丽1，2，郑绵平1，2，焦建3

(1．中国地质科学院矿产资源研究所，北京100037;2．国土资源部盐湖资源与环境重点实验室，北京100037; 3．中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院，北京100083)

寒武纪是世界上重要的成钾时代之一。早寒武世成钾的西伯利亚涅帕钾盐矿床是世界上特大型钾盐矿床之一;印度－巴基斯坦在“始寒武世”地层成钾;伊朗在寒武纪地层也有钾盐发现。与其它大陆成盐强度相比，寒武系成盐成钾成为“亚洲现象”。中国地处东亚，已发现越来越多寒武系成盐盆地。本文着重介绍上扬子区寒武系蒸发岩发育特点，指出在上扬子陆块之上，发育面积达20万km2的蒸发岩盆地，并首次圈定两个膏盐岩聚集区(次盐盆地):泸州－江津区与巫溪－建南区，该区具备有利成盐找钾条件，值得今后进一步研究探索。

上扬子区寒武系膏盐岩聚集区成盐条件成钾潜力

Wang Shu－li，Zheng Mian－ping，Jiao Jian．Sedimentary facies of the Cambrian evaporites in the upper Yangtze region and their potash－forming potential［J］．Geology and Exploration，2012，48 (5):0947－0958．

1 前言

我国是一个农业大国，钾肥是农业三大肥料之一。然而，多年来我国农用钾肥严重不足，钾肥短缺极大的制约了粮食安全。近几年来，我国钾肥对外依存度达30%～45%。据有关部门预测，2015年我国钾肥需求量达到1037万t K2O，2020年达到1054万t K2O(鲍荣华等，2008)。未来十年，我国钾肥供需缺口仍将保持在300～400万t左右，钾肥依赖进口的局面仍难改变(刘佳，2011)。

自然界中钾资源可分为固体钾资源(包括可溶性固体钾盐和不可溶性含钾岩石)和液体钾资源(包括地下卤水和第四纪盐湖卤水)。但是世界上大型的钾盐资源主要存在于古代海相蒸发岩盆地中。到目前为止，我国仅有云南一处固体钾盐矿可用于开发利用。所以从海相蒸发岩盆地着手是解决我国钾盐严重短缺问题的重要找钾途径。

寒武纪是我国重要的成盐时代之一。在华北地区、塔里木地区和扬子地区均发育有石膏、石盐或石盐假晶等盐类沉积物。华北地区中下寒武统见有多处石膏矿点，主要分布于辽宁、吉林、山东和河南等地，地表石盐假晶分布广泛(陈润业等，1987;刘群等，1994;罗大有，1998;裴永万，2007;祝有海等，2008)。塔里木含盐区主要分布于塔中－巴楚地区和柯坪地区(屈秋平等，2000;何宏，2002;高志前等，2005;吕修祥等，2009;金之钧，2010;刘雁婷，2010)，该区具有较好的成盐地质背景，是我国寒武系找钾的重要研究区之一。在扬子地区的江津－泸州与建南地区早中寒武世地层沉积石盐(黄建国，1993;魏东岩，1999;杨勤生，2009;张正禄，2010)，局部发育有单层厚度巨大的盐层，并具有较好的水化学显示，值得进行深入的找钾探索工作。

对于上扬子区寒武系成盐找钾条件的分析研究工作，早在20世纪60～70年代由郑绵平等与云南第八地质队做过详细的地质调查，提出了川南－滇东北地区及城口－巫溪地区等重点找钾区域，并建议在川南－滇东北施钻验证寒武系成钾性①②，但因集中资金搞其他矿产等原因被取消。此后于20世纪80年代由四川省地质矿产局第二地质大队在四川盆地开展过相关工作，提出江津－泸州、长宁－筠连、彭水－武隆等重点成钾有利区块③，但后来未做更加深入的研究工作。如今已时隔20多年，本文在前人资料的基础上，进行了相关的野外地质调查与分析测试工作，取得了一些初步进展供参考。

2 上扬子区寒武系膏盐岩层位及岩相古地理分析

2．1 膏盐岩层位

本区寒武系前人已做了大量地层时代与对比研究工作，结合作者等取得的相关膏盐岩研究成果，着重将上扬子区寒武系含膏盐岩区地层进行对比(表1)，讨论如下。

上扬子区寒武系发育齐全，寒武系底界与震旦系灯影组为假整合接触，顶界与奥陶系为整合或假整合接触，寒武系内部各组群间基本上为连续沉积。下寒武统中下部为碎屑岩沉积，上部及中上寒武统为大套碳酸盐岩夹薄层陆源碎屑沉积(张满郎，2010)。

本区主要蒸发岩地层是中下寒武统，尤其是下寒武统清虚洞组与中寒武统覃家庙组是主要成盐层位。中下寒武统石膏、石盐和盐泉等分布较为广泛，主要分布于川东南、滇东北、川东北、黔西北和鄂西北等地(表2)。在川东南地区含盐层位主要是寒武系下统清虚洞组，川东北地区含盐层位主要是寒武系中统覃家庙组。寒武系上统娄山关群膏盐岩分布范围相对较小，主要集中分布于务川、凤岗、遵义、大方一线以北地区④，并于务川、湄潭地区钻井见到娄山关群石盐层厚2～5m(王津义等，2007)。

综上所述，从空间展布分析，该区寒武系含盐层位似乎从川东南－黔西北向川东北－鄂西北(建南地区)渐新，含盐岩发育层位有由下寒武统清虚洞组向中统覃家庙组变化的趋势(图1)。

2．2 岩相古地理分析

上扬子区寒武纪在古老基底构造控制下，承袭了震旦纪古构造、古地理格局而开始其发展演化过程。台地西侧为强烈活动的康滇古陆，南有牛首山岛陆，是主要陆源物供给区(林耀庭，2009);北为汉中岛陆，东南方有江南岛陆和相对隆起的生物礁(滩)带作为屏障，其间是广阔的台盆海域，具有一定的封闭性。在干旱气候条件配合下，有利于蒸发作用进行(图2)。对于海相成因的盐类矿床来说，海退序列有利于钾盐的生成。扬子区寒武纪地层在总体上反映了一个海退序列，在早寒武世晚期之后，海水渐向东北方向退出(郑绵平，2006)，其岩相古地理条件对成盐较有利，在川滇黔和鄂西形成局限海盆和萨布哈－泻湖沉积环境。

表1 上扬子寒武系含膏盐岩区地层对比简表Table1 Stratigraphic correlation of the Cambrian halite－bearing gypsum areas in the upper－Yangtze region

表2 上扬子区寒武系盐泉、膏盐岩矿点分布表Table2 Distribution of Cambrian brine and gypsum－halite spots in the upper Yangtze region

本区蒸发岩面积约20万km2，含盐区域主要分布于上扬子蒸发岩盆地中部。下寒武统清虚洞组是主要的成盐层位，沉积中心位于江津一带。而巫溪－建南地区的主要成盐层位为中寒武统覃家庙组，沉积中心位于建南地区。从区域上加以对比，川东南－黔西北地区膏盐岩发育层位和时间早于鄂西渝东地区，含盐层位有由南西向北东沉积演化的趋势，表明两处当时古地理环境的差异。该认识对该区寒武系找钾工作具有一定的参考意义，值得今后进一步验证。

图1 上扬子含盐岩地区寒武系中下统地层综合对比图Fig．1 Stratigraphic correlation of the middle to lower Cambrian strata in the salt－bearing areas of the upper Yangtze region

3 上扬子区寒武系膏盐岩及含钾性

根据目前所取得的阶段成果结合钻孔资料，按上扬子区含盐层位与膏盐岩的空间分布特征，将上扬子区大致划分为如下两个膏盐聚集区(次盐盆地):Ⅰ川东南－黔西北区;Ⅱ川东北－鄂西北区(图3)。川东南－黔西北区石盐主要分布于江津－泸州地区;川东北含盐地区主要位于建南地区，城口－巫溪地区与彭水地区均见有矿化度较高的盐泉。

3．1 川东南－黔西北区膏盐岩及含钾性

本区主要发育蒸发潮坪相带，在潮坪相白云岩层之中夹石膏、硬石膏及膏质白云岩层。在地表则为角砾状白云岩和溶塌角砾岩，个别地方见到盐晶印膜和石盐假晶。在江津、泸州、永川、邻水等地钻孔内见有石盐层，以临7井的石盐层发育厚度最大(表3)。

图2 上扬子区早中寒武世蒸发岩盆地古地理图(据林耀庭，2009，补充并修改膏盐岩分布)Fig．2 Paleogeographic map of the lower－mid Cambrian evaporite basin in the upper Yangtze region

表3 上扬子区钻遇寒武系盐岩钻井统计表Table3 Statisics of the drill holes penetrating the Cambrian halite in the upper Yangtze rgeion

图3 上扬子区钻遇寒武系膏盐岩地层及卤水钻孔分布图Fig．3 Map showing drill holes penetrating the Cambrian gypsum－halite in the upper Yangtze region

根据对该区的初步研究，认为该区主要含盐层位是下寒武统清虚洞组、中统高台组及石冷水组。以江津－泸州地区盐类沉积厚度最大，为当时的沉积沉积中心。在江津地区单层石盐厚度最大可达155m，结合本区的水化学统计(表4)，本区在盐层中富氯化物高矿化度沉积水，临7井与阳深2井的Br ×103/Cl比值分别为6．25与6．00，符合早期钾石盐沉积阶段指标，有较好的找钾显示。长宁－盐津地区也有一定的成钾显示，为有利的找钾区域。

3．2 川东北－鄂西北区膏盐岩及含钾性

本区主要包括城口－巫溪地区与建南－彭水地区。

3．2．1 城口－巫溪地区

该区寒武纪地层广泛出露，由北向南，由西向东埋深逐渐增大。地表盐泉广布，卤水类型为硫酸盐型，而井下多为氯化物型。区内先后共施工钻井10口③，发现石膏、硬石膏及富钾卤水(表5)，以中南部巫溪天星桥构造的天1井与天2井为代表。天1井于深度2538～3092m，基本上为碳酸盐剖面，夹少量硬石膏，钻遇高矿化度富钾卤水。中寒武统含膏岩类共15m，其中膏盐岩10m，膏质白云岩和含膏质白云岩共5m。东部以中1井为代表，井深1111m，在上寒武统碳酸盐岩中钻进，构造复杂，未见蒸发岩，见低矿化度盐水③。

巫溪天星桥天1井与天2井的水化学显示较好，矿化度一般在200～300g/L，最大可达281．17g/ L，溴氯系数大多在1～3之间，最大可达3．36;钾氯系数值相对也较高。该区溴氯系数与钾氯系数值大多已达到海相钾盐沉积指标，认为该地区有溶盐及溶钾的可能性。根据矿产资源工业要求手册(2012)，天1井与天2井的个别卤水样品(如钾离子含量3．10g/L与3．55g/L)已经达到单独开采钾盐资源的指标，其余大部分样品均达到综合开发利用的标准。相对于巫溪地区，城口的水化学显示稍差，矿化度相对较低，但是就作者所取得的卤水样品分析卤水的溴氯系数与钾氯系数相对较高，分别达到1．55与6．19，至少已经达到了溶滤含钾石盐层阶段。

表4 川东南－黔西北地区寒武系水化学统计表Table4 Hydro－chemical composition of the Cambrian brine in Southeast Sichuan－northwest Guizhou Province

表5 城口－巫溪地区寒武系水化学统计表Table5 Hydro－chemical composition of the Cambrian brine in the Chengkou－Wuxi area

3．2．2 建南－彭水地区

建南地区共钻进见膏盐岩钻井4口，分别为建深1井、利1井、鱼1井、池7井。含膏盐岩层位主要是中寒武统覃家庙组。岩性则以白云岩为主夹膏盐岩、局部见砂岩夹膏质白云岩。利1井、鱼1井与池7井均未见石盐，仅见石膏;仅有建深1井钻遇石盐层(图4、图5)。但是据测井资料解释，利1井覃家庙组地层也存在超高电阻率且对应处井径扩径段，解释为石盐层，分析认为是由于使用淡水钻井液以致录井时未见盐层。

建深1井自覃家庙组中上部见有巨厚含膏盐岩的致密白云岩与膏盐岩互层现象，膏盐岩累计厚达622．50m，其中含膏盐岩、膏质盐岩和石盐岩累计厚度达120m。反映了本区覃家庙组中上部为局限台地膏(盐)云坪相沉积。

结合地球化学分析与岩屑复查，认为建深1井含盐层位在6340～6821m，主要含盐段为6340～6460m，在6700～6821m见石盐颗粒样品相对较少。根据本井岩屑的地球化学数据(表6)，溴氯系数值均较低，一般在0．05～0．23之间(图5);钾氯系数相对也较低，为0．2～1．5，主要集中于0．2～1(图6)。从溴氯系数与钾氯系数分析，本井盐层未达到沉积钾盐的指标。

对于务川－彭水地区，根据郁山镇盐泉水化学资料，该区具有一定的成钾显示，值得进一步做详细工作。但是根据实地考查结果，80年代时的盐泉现有些已消失或干涸，仅有个别盐泉仍有盐卤水流出。并且由于该区盐泉多是出露于断裂带，而地表多为志留系及奥陶系覆盖，野外工作较为困难。

4 上扬子区寒武系成钾条件分析

4．1 古纬度与古气候条件

海相钾盐矿是典型的蒸发沉积矿床，是卤水蒸发浓缩最后阶段的产物。成钾盆地必须要有高度浓缩的卤水和持续的蒸发条件。根据世界钾盐分布分析，钾盐矿床多形成于当时古纬度的低纬度干旱、半干旱气候带(Zharkov et al，1981;袁见齐，1975;郑绵平等，2010)。如文中所述寒武纪成盐成钾成为“亚洲现象”，虽然当时西伯利亚、印度、伊朗与巴基斯坦的成盐成钾区域并非连在一起，但有一个共同点:均位于低纬度的干旱气候带(Wensink，1972; 1975;Sankar et al，1986;梁其中等，1995;Scotese，1990;2001;Goncharenko，2006;Talbot etal，2009)。

表6 建深1井岩屑覃家庙组水溶系数统计表Table6 Hydro－chemical composition of the Qinjiamiao formation for the well Jiannan 1

我国上扬子蒸发岩盆地也不例外。据(刘椿等，1986;刘育燕，1993;白立新等，1996，1998;朱日祥等，1998;吴汉宁等，1999;杨宗让，2000)等资料，我国上扬子区在寒武纪时处于低纬度带，且大多数认为应该位于南半球低纬度地带，说明当时我国上扬子地区气候炎热干旱，有利于盐类沉积。

4．2 地质构造条件

基底构造性质对钾盐盆地形成具有关键性控制作用。稳定构造区在准稳定区有利聚钾;准稳定区在局部稳定构造区利于聚盐成钾(郑绵平等，2010)。中国主要的古代蒸发岩盆地多产于“准克拉通(陆块)”、特别是海相盐盆地均发育以于前寒武系为基底的陆块中。

根据上扬子蒸发岩盆地分布特点，结合构造地质背景(王鸿祯，1981)，上扬子成盐区处于扬子陆核东南缘，地块相对较活动的拗陷带，是成钾有利区域。如著名的加拿大萨斯喀彻温中泥盆统钾盐盆地，发育于克拉通(地盾)和造山带之间的地向斜(Bear，1970)，是稳定克拉通南侧的亚稳定构造区。4．3水化学及成钾显示

根据两处重点找钾区域(江津－泸州地区与巫溪－建南地区)的水化学及成盐显示，尤其是临7井所钻遇石盐单层厚度达155m，为巨厚盐层，并结合其水化学系数Br×103/Cl达6．25，钻井泥浆滤液含钾离子达1．56g/L，表明该区已符合早期钾石盐沉积阶段的水化学指标;巫溪天星桥处也具有较好的水化学显示;而建南地区，根据目前建深1井岩屑样品复查及其分析测试结果，其成钾显示稍差，但也足够引起重视。

总之，上扬子中下寒武统已形成面积较大的蒸发岩盆地及两个膏盐岩聚集区(次盐盆地)，并发现有单层厚度较大的盐岩层和较好的找钾水化学显示。虽含盐层位埋藏较深，但随着该区大量油气勘探工作的开展，值得通过“油钾兼探”进一步开展深入的找钾探索。

［注释］

①郑绵平，唐甲酉．1977．滇东北及邻区盐泉地质水化学初查报告［R］．地质矿产研究所五室钾盐组．

②郑绵平，李银彩．1975．西南灯影－寒武系找钾可能性探讨与建议［R］．地质矿产研究所五室钾盐组．

③黄建国，熊淑君．1992．四川盆地寒武系成盐找钾预测地质报告［R］．四川省地质矿产局第二地质大队．

④陈舜牧．1983．贵州寒武系膏盐岩沉积特征［R］．贵州省地质局105地质大队．

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Sedimentary Facies of the Cambrian Evaporites in the Upper Yangtze Region and Their Potash－Forming Potential

WANG Shu－li1，2，ZHENG Mian－ping1，2，JIAO Jian3
(1．Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing100037;2．Key Laboratory of Saline Lake Resources and Environment，Ministry of Land and Resources，Beijing100037;3．China University of Mining and Technology，Beijing100038)

The Cambrian period is one of the most important potash－forming eras on the Earth．The Siberian Niepa potash deposit that formed in the late Cambrian is one of the largest potash deposits in the world．India and Pakistan also found potash deposits forming in Late Sinian．In Iran are discovered potash deposits in the Cambrian System．Contrast to the potash－forming intensity of other continents，the Cambrian period has become a special potashforming age in Asia．Recently，more and more Cambrian evaporite basins have been found in China．This study focuses on presentation of the characteristics of the upper Yangtze evaporites，and states that there is more than 200，000 km2evaporite basins in the upper Yangtze area，and delineates two most favorable areas for potash(sub－basin of gypsum－halite):i．e．the Jiangjin－Luzhou and Jiannan－Pengshui areas．These two areas are good geologic settings for further investigation．

upper Yangtze area，Cambrian，favorable areas for potash，geologic setting for salt－forming，potential of potash－forming

book=9,ebook=481

P612

A

0495－5331(2012)05－0947－12

2012－02－19;

2012－05－06;［责任编辑］郝情情。

中国地质调查局项目(编号:1212010011810)、国家自然科学重点基金项目(编号:U0833601)、重点实验室开放基金项目(编号:ZS1113)联合资助。

王淑丽(1983年－)，女，在读博士，从事盐类矿床学与盐类综合利用。E－mail:wangshuli77@126．com。