李 政 徐爭啟 張成江

(1.成都理工大學地球化學與核資源工程系，四川成都610059;2.成都理工大學地球科學學院，四川成都610059)

1 地質(zhì)背景

川西坳陷位于青藏高原東側(cè)，構(gòu)造部位屬于上揚子地臺川西低隆構(gòu)造單元，介于龍泉山構(gòu)造與龍門山推覆帶之間，中南部構(gòu)造以NE向為主，往北至綿陽逐漸轉(zhuǎn)為EW向，南端與峨眉山、涼山塊斷帶接壤［1］。平落壩構(gòu)造處于川西坳陷南段，主要受龍門山推覆帶構(gòu)造控制。上三疊統(tǒng)須家河組為陸相沉積，中三疊統(tǒng)雷口坡組與下三疊統(tǒng)嘉陵江組地層巖性主要為海相碳酸鹽巖、膏巖和鹽巖沉積［2］。綿竹至平落壩之間第四系沉積廣泛分布，白堊系環(huán)繞第四系分布，侏羅系分布于霧中山背斜和軸部和龍泉山褶皺帶附近［3］。

上世紀90年代初，在川西坳陷平落壩構(gòu)造上開發(fā)的平落4井鉆得高礦化度富鉀鹵水。豐鹵1井位于平落4井西南側(cè)，因此對豐鹵1井的三疊紀地層研究具有十分重要的意義。

2 樣品與實驗

樣品采于鴻豐公司豐鹵1井巖屑樣品百盒箱。樣品從雷口坡組第四段采至雷口坡組第二段，全部為沉積巖，其中雷四段21個，雷三段12個，雷二段4個，共37件樣品。

將樣品送至核工業(yè)北京地質(zhì)研究院進行常量元素分析。使用儀器為飛利浦PW2404 X射線熒光光譜儀，部分分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 豐鹵1井雷口坡組樣品常量元素含量Table1 Sheet of average data in leikoupo formation

3 常量元素特征

3.1 鉀元素特征

鉀是典型的親石元素，能與多種離子發(fā)生類質(zhì)同像作用，作為一種典型的成鹽元素，鉀含量的高低可以相對判斷成鉀條件的好壞，含鹽巖系鉀含量的多寡可以作為找鉀的直接標志［4］。研究表明，當石鹽中鉀含量大于0.09%時，成鹵母液中開始有鉀石鹽析出，繼續(xù)蒸發(fā)就進入鉀鹽沉積階段［5］。

雷口坡組鉀含量變化情況見圖1。由圖可知，不同層段樣品的鉀含量差別較大，最高含量可以達到0.78%，最低含量則為0.012%。鉀含量的變化隨著層位的變化有著明顯的規(guī)律性，總體趨勢是隨著采樣深度的加深，鉀含量呈增高的趨勢。

圖1 雷口坡組鉀含量變化Fig.1 The change of K Content in leikoupo formation

3.2 w(FeO)/w(Fe2O3)值特征

Fe是一種比較活潑的金屬元素，作為一種變價元素，F(xiàn)e能形成多種氧化物(FeO、Fe2O3、Fe3O4)，其中以Fe3+最為穩(wěn)定［6］。Fe元素對于氧化還原環(huán)境有很強的指示作用，一般認為其濕冷氣候條件下的氧化性要比干熱氣候條件下低［7］。在干熱氣候條件下，F(xiàn)eO容易被氧化成Fe2O3，這時w(FeO)/w(Fe2O3)值會顯著降低(小于1)。通過分析樣品，得出 w (FeO)/w(Fe2O3)值的變化情況，見圖2。

圖2 雷口坡組w(FeO)/w(Fe2 O3)變化情況Fig.2 The change of w(FeO)/w(Fe2 O3) in leikoupo formation

從圖中可以看出，整個樣品的 w(FeO)/w (Fe2O3)變化有一個從雷四到雷二緩慢降低的趨勢，且比值都小于1，到雷二段為0.25。說明雷二段沉積期的氣候條件相對來說更加干燥、炎熱。

3.3 w(M nO)/w(FeO+Fe2O3)值特征

Mn是一種過渡金屬，跟Fe一樣也是一種變價元素，所以對氧化還原反應(yīng)同樣敏感，Mn2+相對較為穩(wěn)定。在干熱氣候條件下，Mn、Fe都具有較強的氧化性，但由于Mn與O的親和力要明顯低于Fe與O的親和力，所以在沉積過程中Mn與Fe會發(fā)生分離，導致Fe先沉淀，w(MnO)/w(FeO+Fe2O3)值則會明顯降低(小于1)，所以w(MnO)/w(FeO+Fe2O3)值能夠反映沉積環(huán)境的水深情況，一般來說淺水條件的w (MnO)/w(FeO+Fe2O3)值要比深水條件低得多［8］。w(MnO)/w(FeO+Fe2O3)值變化情況見圖3。

圖3 雷口坡組w(M nO)/w(FeO+Fe2 O3)變化情況Fig.3 The change of w(M nO)/w(FeO+Fe2 O3) in leikoupo formation

根據(jù)圖3中反映的情況不難發(fā)現(xiàn)，w(MnO)/w (FeO+Fe2O3)比值都小于0.025，從雷四到雷二有略微下降的趨勢，顯示一種干熱淺水沉積環(huán)境。由于鉀鹽礦床出現(xiàn)鹵水沉積演化的最后階段，一般認為鉀鹽的沉積受干燥、炎熱的氣候條件與次級地質(zhì)構(gòu)造單元控制，當沉積發(fā)展到后期時，沉積盆地會分化成更多的次級單元，這種次級淺水條件更有利于鉀礦層的形成。

3.4 w(FeO)－w(Fe2 O3)－w(M nO)沉積環(huán)境判別模型

通過前面的論述，總結(jié)出用Fe、Mn的氧化還原特性來判斷海相沉積的原始沉積環(huán)境是否對鉀鹽沉積有利。為了方便歸一化，采用 w(FeO)－w (Fe2O3)－w(MnO)來進行沉積環(huán)境判別模型的建立，得到w(FeO)－w(Fe2O3)－w(MnO)判別圖，見圖4。

圖4 w(FeO)－w(Fe2 O3)－w(M nO)關(guān)系判別Fig.4 w(FeO)－w(Fe2O3)－w(M nO) relationship discrim ination

根據(jù)判斷鉀鹽沉積的兩個條件:干燥、炎熱的氣候條件以及次級沉積環(huán)境(越次級的構(gòu)造其水深條件相應(yīng)越淺)，把判別圖分成3個區(qū)，Ⅰ區(qū)為濕冷深水區(qū)，Ⅱ區(qū)為干熱淺水區(qū)，Ⅲ區(qū)為濕冷淺水區(qū)。將樣品數(shù)據(jù)投在w(FeO)－w(Fe2O3)－w(MnO)判別圖上，可以清晰地看出，樣品全部落在Ⅱ區(qū)內(nèi)，屬于干熱淺水的沉積環(huán)境，有利于鉀鹽的沉積。

4 結(jié)論

通過對K離子含量的研究，揭示了鉀含量變化的整體趨勢是隨著深度增加逐步增加的，且鉀離子含量普遍較高;根據(jù)Fe元素對氧化還原條件的敏感性，通過計算w(FeO)/w(Fe2O3)值，得出其比值整體偏小(小于1)的特征，很好地反映出當時的沉積環(huán)境處于炎熱、干燥的氣候條件下，有利于鉀鹽沉積;極小的w(MnO)/w(FeO+Fe2O3)值(小于0.025)反映出當時的沉積環(huán)境屬于淺水沉積，滿足鉀鹽沉積發(fā)生于次級構(gòu)造的條件;通過建立w(FeO)－w(Fe2O3)－w (MnO)沉積環(huán)境判別圖，清晰劃分出濕冷深水區(qū)、干熱淺水區(qū)、濕冷淺水區(qū)3種類型的判別區(qū)域。雖然研究中未有鉀鹽沉積的發(fā)現(xiàn)，但是標志性常量元素的離子特征很好地反映了當時的氣候條件和次級構(gòu)造環(huán)境，這些條件都表明該地區(qū)有著良好的成鉀環(huán)境。

［1］ 蔡本俊.印支、燕山運動對四川三疊紀(鉀)鹽盆地的控礦和改造［J］.中國地質(zhì)科學院地質(zhì)力學研究所所刊，1985(5):57-63.

Cai Benjun.The control and modification of indosinian and yanshanian movement over the triassic(kalium)salt-bearing basins in Sichuan［J］.Bulletin of the Institute ofGeomechanics Cags，1985(5): 57-63.

［2］ 林耀庭，何金權(quán)，葉茂才.論四川盆地下中三疊統(tǒng)成鹽模式及找鉀方向［J］.化工礦產(chǎn)地質(zhì)，2003，25(2):76-81.

Lin Yaoting，He Jinquan，Ye Maocai.On potash-forming model and ore-hunting direction of lower-middle triassic series in Sichuan basin［J］.Geology of Chemical Minerals，2003，25(2):76-81.

［3］ 林耀庭，顏仰基.四川盆地西部富鉀鹵水水文地球化學特征及其成因意義探討［J］.鹽湖研究，1996，4(1):1-12.

Lin Yaoting，Yan Yangji.Hydrogeochemical features of K-rich brine and its genetic significance in west Sichuan basin［J］.Journal of Salt Lake Science，1996，4(1):1-12.

［4］ 黃 東，張 健，楊 光，等.四川盆地中三疊統(tǒng)雷口坡組地層劃分探討［J］.西南石油大學學報:自然科學版，2011，33(3): 89-95.

Huang Dong，Zhang Jian，Yang Guang.The discussion of stratum division and stratum for the Leikoupo formation ofmiddle triassic in Sichuan basin［J］.Journal of Southwest Petroleum University:Science＆Technology Edition，2011，33(3):89-95.

［5］ 陳郁華，袁鶴然，杜之岳.陜北奧陶系鉀鹽層位的發(fā)現(xiàn)與研究［J］.地質(zhì)評論，1988，44(1):100-106.

Chen Yuhua，Yuan Heran，Du Zhiyue.Discovery and study on ordovician potash salt horizons in northern Shanxi［J］.Geological Review，1988，44(1):100-106.

［6］ 董繼和.石鹽中微量元素的研究及其應(yīng)用［J］.礦物學報，1984 (1):573-579，610.

Dong Jihe.Mineralogical chemistry of halite in modern salt lakes of China［J］.Acta Mineralogica Sinica，1984(1):573-579.

［7］ 譚紅兵，于升松.我國湖泊沉積環(huán)境演變研究中元素地球化學的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］.鹽湖研究，1999，7(3):58-65.

Tan Hongbin，Yu Shensong.Present situation and future development of elemental geochemistry in the study of lake sediments evolution［J］.Journal of Salt Lake Science，1999，7(3):58-65.

［8］ 姚 遠，馬海州，譚紅兵，等.古鉀鹽成礦條件和塔里木盆地找鉀研究［J］.鹽湖研究，2004，12(2):11-16.

Yao Yuan，Ma Haizhou，Tan Hongbin.Potash deposit formation condition and tarim basin potash deposit exploration research［J］.Journal of Salt Lake Science，2004，12(2):11-16.