川西坳陷雷口坡组常量元素特征及其意义

李 政 徐争启 张成江

(1.成都理工大学地球化学与核资源工程系，四川成都610059;2.成都理工大学地球科学学院，四川成都610059)

1 地质背景

川西坳陷位于青藏高原东侧，构造部位属于上扬子地台川西低隆构造单元，介于龙泉山构造与龙门山推覆带之间，中南部构造以NE向为主，往北至绵阳逐渐转为EW向，南端与峨眉山、凉山块断带接壤［1］。平落坝构造处于川西坳陷南段，主要受龙门山推覆带构造控制。上三叠统须家河组为陆相沉积，中三叠统雷口坡组与下三叠统嘉陵江组地层岩性主要为海相碳酸盐岩、膏岩和盐岩沉积［2］。绵竹至平落坝之间第四系沉积广泛分布，白垩系环绕第四系分布，侏罗系分布于雾中山背斜和轴部和龙泉山褶皱带附近［3］。

上世纪90年代初，在川西坳陷平落坝构造上开发的平落4井钻得高矿化度富钾卤水。丰卤1井位于平落4井西南侧，因此对丰卤1井的三叠纪地层研究具有十分重要的意义。

2 样品与实验

样品采于鸿丰公司丰卤1井岩屑样品百盒箱。样品从雷口坡组第四段采至雷口坡组第二段，全部为沉积岩，其中雷四段21个，雷三段12个，雷二段4个，共37件样品。

将样品送至核工业北京地质研究院进行常量元素分析。使用仪器为飞利浦PW2404 X射线荧光光谱仪，部分分析数据见表1。

表1 丰卤1井雷口坡组样品常量元素含量Table1 Sheet of average data in leikoupo formation

3 常量元素特征

3.1 钾元素特征

钾是典型的亲石元素，能与多种离子发生类质同像作用，作为一种典型的成盐元素，钾含量的高低可以相对判断成钾条件的好坏，含盐岩系钾含量的多寡可以作为找钾的直接标志［4］。研究表明，当石盐中钾含量大于0.09%时，成卤母液中开始有钾石盐析出，继续蒸发就进入钾盐沉积阶段［5］。

雷口坡组钾含量变化情况见图1。由图可知，不同层段样品的钾含量差别较大，最高含量可以达到0.78%，最低含量则为0.012%。钾含量的变化随着层位的变化有着明显的规律性，总体趋势是随着采样深度的加深，钾含量呈增高的趋势。

图1 雷口坡组钾含量变化Fig.1 The change of K Content in leikoupo formation

3.2 w(FeO)/w(Fe2O3)值特征

Fe是一种比较活泼的金属元素，作为一种变价元素，Fe能形成多种氧化物(FeO、Fe2O3、Fe3O4)，其中以Fe3+最为稳定［6］。Fe元素对于氧化还原环境有很强的指示作用，一般认为其湿冷气候条件下的氧化性要比干热气候条件下低［7］。在干热气候条件下，FeO容易被氧化成Fe2O3，这时w(FeO)/w(Fe2O3)值会显著降低(小于1)。通过分析样品，得出 w (FeO)/w(Fe2O3)值的变化情况，见图2。

图2 雷口坡组w(FeO)/w(Fe2 O3)变化情况Fig.2 The change of w(FeO)/w(Fe2 O3) in leikoupo formation

从图中可以看出，整个样品的 w(FeO)/w (Fe2O3)变化有一个从雷四到雷二缓慢降低的趋势，且比值都小于1，到雷二段为0.25。说明雷二段沉积期的气候条件相对来说更加干燥、炎热。

3.3 w(M nO)/w(FeO+Fe2O3)值特征

Mn是一种过渡金属，跟Fe一样也是一种变价元素，所以对氧化还原反应同样敏感，Mn2+相对较为稳定。在干热气候条件下，Mn、Fe都具有较强的氧化性，但由于Mn与O的亲和力要明显低于Fe与O的亲和力，所以在沉积过程中Mn与Fe会发生分离，导致Fe先沉淀，w(MnO)/w(FeO+Fe2O3)值则会明显降低(小于1)，所以w(MnO)/w(FeO+Fe2O3)值能够反映沉积环境的水深情况，一般来说浅水条件的w (MnO)/w(FeO+Fe2O3)值要比深水条件低得多［8］。w(MnO)/w(FeO+Fe2O3)值变化情况见图3。

图3 雷口坡组w(M nO)/w(FeO+Fe2 O3)变化情况Fig.3 The change of w(M nO)/w(FeO+Fe2 O3) in leikoupo formation

根据图3中反映的情况不难发现，w(MnO)/w (FeO+Fe2O3)比值都小于0.025，从雷四到雷二有略微下降的趋势，显示一种干热浅水沉积环境。由于钾盐矿床出现卤水沉积演化的最后阶段，一般认为钾盐的沉积受干燥、炎热的气候条件与次级地质构造单元控制，当沉积发展到后期时，沉积盆地会分化成更多的次级单元，这种次级浅水条件更有利于钾矿层的形成。

3.4 w(FeO)－w(Fe2 O3)－w(M nO)沉积环境判别模型

通过前面的论述，总结出用Fe、Mn的氧化还原特性来判断海相沉积的原始沉积环境是否对钾盐沉积有利。为了方便归一化，采用 w(FeO)－w (Fe2O3)－w(MnO)来进行沉积环境判别模型的建立，得到w(FeO)－w(Fe2O3)－w(MnO)判别图，见图4。

图4 w(FeO)－w(Fe2 O3)－w(M nO)关系判别Fig.4 w(FeO)－w(Fe2O3)－w(M nO) relationship discrim ination

根据判断钾盐沉积的两个条件:干燥、炎热的气候条件以及次级沉积环境(越次级的构造其水深条件相应越浅)，把判别图分成3个区，Ⅰ区为湿冷深水区，Ⅱ区为干热浅水区，Ⅲ区为湿冷浅水区。将样品数据投在w(FeO)－w(Fe2O3)－w(MnO)判别图上，可以清晰地看出，样品全部落在Ⅱ区内，属于干热浅水的沉积环境，有利于钾盐的沉积。

4 结论

通过对K离子含量的研究，揭示了钾含量变化的整体趋势是随着深度增加逐步增加的，且钾离子含量普遍较高;根据Fe元素对氧化还原条件的敏感性，通过计算w(FeO)/w(Fe2O3)值，得出其比值整体偏小(小于1)的特征，很好地反映出当时的沉积环境处于炎热、干燥的气候条件下，有利于钾盐沉积;极小的w(MnO)/w(FeO+Fe2O3)值(小于0.025)反映出当时的沉积环境属于浅水沉积，满足钾盐沉积发生于次级构造的条件;通过建立w(FeO)－w(Fe2O3)－w (MnO)沉积环境判别图，清晰划分出湿冷深水区、干热浅水区、湿冷浅水区3种类型的判别区域。虽然研究中未有钾盐沉积的发现，但是标志性常量元素的离子特征很好地反映了当时的气候条件和次级构造环境，这些条件都表明该地区有着良好的成钾环境。

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