劉溪溪，岳 鑫**，于小亮，馬 喆，路 亮，張曉冬，馬宗德

(1：青海省柴達(dá)木綜合地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，格爾木 816000) (2：青海省柴達(dá)木盆地鹽湖資源勘探研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，格爾木 816000) (3：青海省地質(zhì)調(diào)查局，西寧 810000) (4：青海省鹽湖地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 810000)

由于獨(dú)特的“高山深盆”環(huán)境[1]，柴達(dá)木盆地內(nèi)馬海、昆特依、察汗斯拉圖、大浪灘—黑北等次級(jí)盆地內(nèi)發(fā)育豐富的鹽類(lèi)物質(zhì)，在地表—淺地表位置發(fā)育固—液相鉀鹽礦床，自2008年深層鹵水勘查項(xiàng)目實(shí)施以來(lái)，普遍在盆地內(nèi)揭露到早更新世砂礫石孔隙鹵水. 以昆特依凹陷為例，從上世紀(jì)末至今，針對(duì)昆特依凹陷內(nèi)淺部鉀鹽礦床先后開(kāi)展過(guò)地質(zhì)特征[2-4]、古地理[5]、古氣候[6-8]、地球化學(xué)[9]、水文特征[10]和蒸發(fā)試驗(yàn)等[11]系統(tǒng)而全面的研究. 2014年首個(gè)深部鉆孔的實(shí)施，揭露了大厚度的新型砂礫孔隙鹵水礦層，具有單井涌水量大、品位高、水位埋藏淺、儲(chǔ)量大等特點(diǎn). 前人對(duì)大浪灘—黑北凹地地區(qū)砂礫孔隙鹵水相繼開(kāi)展地震[12]、測(cè)井[13]等工作手段，并進(jìn)行了水化學(xué)[14]、古環(huán)境[15]、古氣候[16]及成因方面[17]研究，初步建立了砂礫孔隙鹵水成礦模式[18]. 但對(duì)于昆特依凹陷內(nèi)深層砂礫石孔隙鹵水的研究尚未開(kāi)展，且淺部鹵水與深部鹵水的關(guān)系尚未明確，故此次研究以昆特依凹陷內(nèi)上層化學(xué)晶間鹵水及下層砂礫孔隙鹵水為研究對(duì)象，首次提出昆特依凹陷鉀鹽“雙層模式”，對(duì)柴達(dá)木盆地內(nèi)鉀鹽成鹽成礦進(jìn)行論述，為今后盆地內(nèi)鉀鹽成礦規(guī)律研究提供依據(jù).

1 地質(zhì)背景介紹

昆特依凹陷是柴達(dá)木盆地柴北緣塊斷帶的次級(jí)斷陷盆地，位于大地構(gòu)造單元-昆侖褶皺系和祁連褶皺系內(nèi)，經(jīng)歷了自呂梁至喜山長(zhǎng)期而復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)為十分發(fā)育的斷塊和強(qiáng)烈的褶皺. 凹陷北以阿爾金山為界，東臨由冷湖Ⅰ～Ⅴ號(hào)5個(gè)背斜組成的冷湖構(gòu)造帶，西接俄博梁Ⅰ～Ⅲ號(hào)背斜，受阿爾金山走滑運(yùn)動(dòng)的影響，冷湖構(gòu)造帶和鄂博梁構(gòu)造帶均表現(xiàn)為典型的反“S”型構(gòu)造(圖1)；盆地南部為葫蘆山背斜構(gòu)造帶；昆特依盆地北側(cè)的小紅山斷裂(F1)和西南側(cè)發(fā)育的雙氣泉斷裂(F9)兩條大斷裂，共同組成了昆特依盆地的邊緣斷裂.

圖1 昆特依凹陷地質(zhì)略圖(1 湖水；2 新近系；3 中下更新統(tǒng)湖積；4 上更新統(tǒng)化學(xué)沉積；5 全新統(tǒng)化學(xué)沉積；6 基底斷裂；7 斷裂；8 遙感解譯斷層；9 背斜；10 向斜；11 鉆孔編號(hào)及礦化度；12 濃縮方向)Fig.1 Geological sketch map of Kunteyi Depression(1 lake water; 2 Neogene; 3 lacustrine deposit of middle-lower Pleistocene; 4 chemical deposition of upper Pleistocene; 5 chemical deposition of Holocene; 6 basement fault; 7 fault; 8 fault of remote sensing interpretation; 9 anticline; 10 syncline; 11 drill number and TDS; 12 concentration direction)

昆特依凹陷內(nèi)大部分地表出露第四系湖積、化學(xué)沉積地層和少量風(fēng)成沉積地層. 控制凹陷邊界的冷湖、鄂博梁構(gòu)造帶以及葫蘆山背斜構(gòu)造則普遍發(fā)育新近紀(jì)地層，且地層出露完整，從上干柴溝組(N1g)至獅子溝組(N2s)均有發(fā)育，局部背斜核部出露古近紀(jì)下干柴溝組地層(E3g). 在凹陷北部、北東部分別有阿爾金山基巖巖系地層出露. 昆特依凹陷內(nèi)發(fā)育大鹽灘、大熊灘、俄博灘、北部新鹽帶、鉀湖5個(gè)礦田，尤以大鹽灘面積最廣，屬于以液體礦為主的固液并存的鹽湖礦床. 從地表向下20 m，局部可達(dá)335 m, 廣泛分布厚度穩(wěn)定的多層固體鹽類(lèi)沉積物，包括石鹽、光鹵石、芒硝、雜鹵石等，局部礦體呈似層狀、透鏡體狀展布. 液體礦層大多分布在新近系背斜構(gòu)造之間的向斜洼地中，局部在山前沖洪積平原前緣的低洼處也有分布，具有層數(shù)多的特點(diǎn)，含礦層主要為鹽巖沉積層、粗碎屑層及細(xì)碎屑層等(圖2). 此外，在昆特依凹陷四周的冷湖、俄博梁背斜構(gòu)造帶，多發(fā)育和油氣資源伴生、賦存在裂隙孔隙中的高礦化油田水.

根據(jù)液態(tài)鹵水的賦存介質(zhì)和空間不同可將凹陷內(nèi)鹵水劃分為化學(xué)巖類(lèi)晶間水、松散巖類(lèi)孔隙水、碎屑巖類(lèi)裂隙孔隙水和基巖裂隙水4類(lèi). 化學(xué)鹽類(lèi)晶間水主要分布在地表-淺地表中更新世-全新世化學(xué)鹽類(lèi)沉積層中，松散巖類(lèi)孔隙水主要賦存在山前早更新世沖洪積相粗顆粒地層內(nèi)，碎屑巖類(lèi)裂隙孔隙水則分布在凹陷邊緣新近紀(jì)背斜構(gòu)造的裂隙以及巖屑孔隙中，基巖裂隙水主要分布在阿爾金山及深大斷裂內(nèi).

圖2 昆特依凹陷剖面示意圖(1 砂礫石；2 含粉砂石鹽；3 含黏土石鹽；4 含淤泥芒硝之石鹽；5 含泥砂石鹽；6 早更新世；7 含芒硝粉砂的石鹽；8 含黏土粉砂；9 含石膏淤泥；10 含石鹽黏土；11 含芒硝黏土；12 中更新世-全新世)Fig.2 Profile schematic diagram of Kunteyi Depression (1 sandy gravel; 2 silt-bearing halite; 3 clay-bearing halite; 4 ooze-bearing mirabilite halite; 5 mud and sand bearing halite; 6 early Pleistocene; 7 mirabilite-bearing silt halite; 8 clay-bearing silt; 9 gypsum-bearing ooze; 10 halite-bearing clay; 11 mirabilite-bearing clay; 12 middle Pleistocene-Holocene)

昆特依礦區(qū)施工的3個(gè)深部鉆孔，均在150 m以下揭露到早更新世沉積的巨厚的沖洪積相沉積，與上覆沉積物整合接觸，巖性多為粉砂、細(xì)砂、中粗砂、含礫中粗砂，富含高礦化度鹵水，礦化度普遍大于250 g/L，KCl品位除個(gè)別樣品外均大于邊界品位，普遍介于0.30%～0.48%之間，且單井涌水量超過(guò)6000 m3/d，富水性強(qiáng)，具有極好的工業(yè)利用前景.

受多期復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響，在凹陷北部邊緣發(fā)育北西-東西向深大斷裂，在凹陷內(nèi)部新近紀(jì)背斜構(gòu)造帶發(fā)育系列近南北向斷裂[19]，這些豐富的斷裂不僅和新近系背斜構(gòu)造帶一起控制著凹陷內(nèi)鹽巖層的空間分布，也為大氣降水、油田水和深部水的運(yùn)移及物質(zhì)交換的發(fā)生提供良好運(yùn)移通道和存儲(chǔ)空間，并在一定程度上影響凹陷內(nèi)鹵水的演化. 因第四紀(jì)干冷和濕暖交替的古氣候特點(diǎn)[20]，昆特依凹陷內(nèi)呈現(xiàn)多期的沉積旋回，每個(gè)旋回有一層或多層的石鹽和泥巖層[8]，具體表現(xiàn)為碎屑巖層、含鹽碎屑巖層與固、液態(tài)礦體的互層，這也是昆特依凹陷內(nèi)多礦層的成因. 盡管經(jīng)歷了多次干冷和暖濕的氣候波動(dòng)，但是由于“高山深盆”環(huán)境，加之日趨干旱的氣候條件，強(qiáng)烈蒸發(fā)是影響昆特依凹陷鹽湖演化的主要因素.

昆特依凹陷內(nèi)鹵水沉積礦層可分為上下兩層，上部為中更新世-全新世化學(xué)沉積晶間層，下部為早更新世砂礫石孔隙層:

1)上部化學(xué)沉積晶間層:上部化學(xué)沉積晶間鹵水是鹵水演化至后期的產(chǎn)物，賦存在中更新統(tǒng)-全新統(tǒng)湖相-鹽湖相之間的鹽巖晶隙和裂隙中，埋藏深度不超過(guò)95 m，自上而下按產(chǎn)出時(shí)代、賦存條件等可劃分為4個(gè)鹵水礦層，主要呈層狀、似層狀、條帶狀展布，局部呈透鏡體狀(圖2)，其儲(chǔ)鹵介質(zhì)主要為石鹽、含粉砂的石鹽、含芒硝的石鹽、含黏土(淤泥)的石鹽和含石鹽的芒硝等，其間有較穩(wěn)定的隔水層. 凹陷中心大鹽灘、鄂博灘水化學(xué)類(lèi)型主要為硫酸鎂亞型，在邊緣北部新鹽帶、鉀湖等地水化學(xué)類(lèi)型多為氯化物型.

2)下部砂礫石孔隙層: 在地表136 m以下，高礦化度鹵水賦存在早更新世沖洪積相砂礫石孔隙、構(gòu)造裂隙中，含水層厚度最小為248.56 m，最大可達(dá)805.00 m，巖性為砂、礫石互層(夾卵石、漂石)，中細(xì)砂、粗砂，含黏土的砂礫石等. 彼此之間為漸變接觸關(guān)系，上下并沒(méi)有穩(wěn)定的隔水層，僅有少量薄層黏土層分布于其間. 水化學(xué)類(lèi)型均為氯化物型. 下部砂礫石孔隙鹵水層賦存的沖洪積相沉積與上覆化學(xué)沉積晶間層賦存的湖相-鹽湖相沉積之間呈整合接觸，上下兩層鹵水雖然儲(chǔ)鹵介質(zhì)不同，但是并不排除通過(guò)斷層或越流補(bǔ)給等方式發(fā)生物質(zhì)的交換的可能.

2 樣品采集及測(cè)試

3 結(jié)果

3.1 主要離子組成

鉀湖晶間鹵水樣品中δ18O分布集中在-8.20‰～-7.80‰之間，大鹽灘晶間鹵水的δ18O分布較為集中，在-4.20‰～4.60‰之間，δD分布范圍較大，最小值為-53.50‰，最大值為-6.10‰，油田水的δD分布區(qū)間較寬，為-75.60‰～-32.5‰，δ18O分布在-6.50‰～-6.06‰之間.

我至今都搞不清楚，小六子這小家伙當(dāng)時(shí)不知哪來(lái)那么大的力氣。他還沒(méi)有等我把東西放在炕上，他甚至沒(méi)等我有任何條件反射的情況下，就掄起他父親的那根鎬柄……

3.2 離子特征系數(shù)

從表2可見(jiàn)，上層晶間鹵水的鈉氯系數(shù)介于0.52～0.95之間，過(guò)半的樣品脫硫系數(shù)小于1.00，多分布在凹陷邊緣地區(qū)，凹陷中心樣品脫硫系數(shù)普遍大于1.00. 下層砂礫孔隙鹵水的鈉氯系數(shù)分布于0.79～0.83之間，脫硫系數(shù)最小值為0.13，最大值為0.25，均小于0.30. 相較而言，上層晶間鹵水有更低的鈉氯系數(shù)和更高的脫硫系數(shù)比值.

Na/Br比值的變化可以用于推斷鹽類(lèi)的起源[23]. 在昆特依Cl/Br-Na/Br圖[24]中，海水點(diǎn)[25]落在靠近原點(diǎn)位置，上層鹵水分布范圍較下層鹵水分布范圍大，且研究區(qū)內(nèi)鹵水中所有樣品及冷湖Ⅲ、Ⅳ號(hào)構(gòu)造中油田水表現(xiàn)出一定的線性關(guān)系說(shuō)明區(qū)域地下鹵水礦層具有相似來(lái)源特征(圖3).

3.3 聚類(lèi)分析特征

3.4 Piper三線圖特征

3.5 氫-氧同位素特征

研究區(qū)中部大鹽灘的硫酸鎂亞型鹵水、盆地邊緣鉀湖的氯化鈉型鹵水以及深部氯化鈣型的油田水δD-δ18O(表3)關(guān)系如圖6所示. 可見(jiàn)其全部分布在大氣降水線的下方，表現(xiàn)出蒸發(fā)濃縮的特征，且這3種類(lèi)型的鹵水呈現(xiàn)出3種不同端元水的特征.

4 雙層鉀鹽模式討論

根據(jù)聚類(lèi)分析圖(圖4)可見(jiàn)石鹽溶解影響著鹵水的密度、礦化度以及pH，地表強(qiáng)烈的風(fēng)化作用帶來(lái)豐富的Ca2+、Br-以及I-. 瓦里亞什科指出，硫酸鹽水體會(huì)發(fā)生正向變質(zhì)作用：

MgSO4+Ca(HCO3)2Mg(HCO3)2+CaSO4

(1)

早-中更新世，大鹽灘為昆特依凹陷的沉積中心，在凹陷北部邊緣北部新鹽帶，油田水和上部晶間鹵水層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：

CaCl2+MgSO4CaSO4↓+MgCl2

(2)

同時(shí)沉積石膏，促進(jìn)鹵水由硫酸鹽型向氯化物型演化，而在凹陷中心大鹽灘存在NaCl-Na2SO4-H2O體系平衡，2NaCl+MgSO4MgCl2+Na2SO4，沉積芒硝、光鹵石、雜鹵石等鹽類(lèi)礦物. 晚更新世-全新世，在暖濕氣候影響下，沉積中心向北遷移，同時(shí)大氣降水溶濾周緣鹽巖補(bǔ)給至凹陷，在凹陷邊緣形成氯化物型鹵水.

表3 昆特依凹陷鹵水氫氧同位素組成*

*編號(hào)14～17數(shù)據(jù)來(lái)源于王弭力等[22].

圖3 昆特依凹陷鹵水Cl/Br-Na/Br圖Fig.3 Cl/Br-Na/Br of brine from Kunteyi Depression

圖4 昆特依凹陷上、下層離子聚類(lèi)分析Fig.4 The upper and lower brine ionic cluster analysis of Kunteyi Depression

圖5 昆特依凹陷Piper三線圖Fig.5 Piper trilinear diagram of Kunteyi Depression

圖6 昆特依凹陷氫氧同位素分布特征Fig.6 Distribution of hydrogen and oxygen isotopic compositons of brine from Kunteyi Depression

樣品在Piper圖解上方的菱形中落在右上邊界部位，代表了Na和Cl即石鹽的溶解過(guò)程，同時(shí)伴隨著礦化度的增高，昆特依凹陷上下層鹵水及油田水大致有向上硫酸鹽型和向下氯化物型兩個(gè)演化方向，因油田水和下層砂礫孔隙鹵水落在中間部位，無(wú)論向上還是向下，均演化成為上層晶間鹵水，總體體現(xiàn)為：上層晶間鹵水表現(xiàn)出下層砂礫石孔隙鹵水進(jìn)一步的演化特征，下部砂礫孔隙鹵水與上層晶間層鹽巖的溶濾密切相關(guān).

圖7 昆特依凹陷成礦示意圖(1 砂礫孔隙鹵水；2 化學(xué)鹽類(lèi)晶間鹵水；3 湖相沉積；4 油田水；5 水運(yùn)移方向；6 基巖裂隙；7 物質(zhì)交換；8 斷裂；9 早更新世；10 中更新世-全新世；11 大氣降水；12 蒸發(fā)作用)Fig.7 Metallogenic conventional diagram of Kunteyi Depression (1 gravel pore brine; 2 chemical salt intercrystalline brine; 3 lacustrine sediment; 4 oilfield brine; 5 migration direction of water; 6 bedrock fissure; 7 material exchange; 8 fault; 9 early Pleistocene; 10 middle Pleistocene- Holocene; 11 meteoric water; 12 evaporation)

對(duì)鹵水中的離子含量進(jìn)行特征系數(shù)分析可了解其成因及演化[31-32]. 當(dāng)鹵水不斷蒸發(fā)濃縮，氯化鈉開(kāi)始沉淀時(shí)，礦化度在250～275 g/L，此時(shí)γNa/γCl為0.82，蒸發(fā)濃縮繼續(xù)，隨著碳酸鹽、硫酸鹽的析出和氯元素進(jìn)一步富集，鈉氯系數(shù)值不斷降低，故而常把γNa/γCl小于0.85的鹵水作為具有古海水特征的沉積鹵水[33]. 昆特依凹陷內(nèi)下層鹵水的鈉氯系數(shù)多分布在0.82左右，而上層鹵水的鈉氯系數(shù)則介于0.56～0.95之間，F(xiàn)ontes等[34]則認(rèn)為，蒸發(fā)巖的溶解產(chǎn)生更多的Cl-和更少的Br-[35]，綜合考慮昆特依凹陷上層鹵水由于蒸發(fā)巖的溶解作用，導(dǎo)致更多的Cl-進(jìn)入鹵水，從而引起鈉氯系數(shù)的降低，下層鹵水的鈉氯系數(shù)雖表現(xiàn)為沉積鹵水特征，但其礦化度為287 g/L，鈉氯系數(shù)在0.82左右，在Cl/Br-Na/Br圖中均落在海水點(diǎn)的上方及右方，推測(cè)下層鹵水來(lái)源為石鹽的溶解. 上層晶間鹵水源于鹽巖的溶解，且蒸發(fā)巖溶解水對(duì)鉀ZK05、熊ZK02、鹽ZK02、ZK3208和鉀ZK03有更大的影響. 上層晶間鹵水的脫硫系數(shù)整體上大于下層砂礫石孔隙鹵水，表明下層的砂礫石孔隙鹵水還原性和封閉性優(yōu)于上層晶間鹵水，但ZK0808、俄ZK10、熊ZK02、鉀ZK03、鹽ZK02和鹽ZK10的脫硫系數(shù)小于1，尤其是鹽ZK02和鹽ZK10，脫硫系數(shù)值接近于0，很有可能是因?yàn)橹車(chē)}類(lèi)晶體致密的結(jié)構(gòu)，形成封閉性好的封存水. ZK3208則表現(xiàn)出沉積變質(zhì)鹵水[36]的特征. 此外，溴氯系數(shù)小于1，溴碘系數(shù)小于1300[33]，氯碘系數(shù)大于105，氯溴系數(shù)大于2500[37]，都表明昆特依凹陷中的鹵水屬于陸相沉積環(huán)境中形成的溶鹽鹵水.

在Cl/Br-Na/Br圖中，昆特依凹陷內(nèi)上、下層鹵水與油田水均均落在海水點(diǎn)的右方、上方，在海水點(diǎn)的下方和左側(cè)未有分布，這說(shuō)明昆特依凹陷中鹵水均源自于鹽巖的溶解，并無(wú)蒸發(fā)殘余鹵水的參與. 與離子特征系數(shù)的結(jié)果相一致，并且在圖3中下層鹵水樣品表現(xiàn)出更為穩(wěn)定的線性關(guān)系，推測(cè)該層鹵水源自于石鹽的溶解；上層鹵水的Cl/Br值有更大的分布范圍，雖大體上呈線性關(guān)系，但熊ZK02和鹽ZK02的Cl/Br值有更大的增幅，說(shuō)明地表蒸發(fā)巖的溶解對(duì)熊ZK02和鹽ZK02有較大的影響.

在氫氧同位素分布圖(圖6)中，鉀湖晶間鹵水接近大氣降水線，但發(fā)生了明顯的δD負(fù)漂移，究其原因，推測(cè)鉀湖晶間鹵水流體來(lái)源為大氣降水淋濾周邊鹽巖富集成礦，因其位于凹陷邊緣，有深部油田水沿著斷裂上升混入，由于油田水較好的封閉環(huán)境，蒸發(fā)量較少，濃縮了一定量的1H，呈現(xiàn)出δD較大的負(fù)值，從而導(dǎo)致鉀湖晶間鹵水的δD負(fù)漂移. 李玉文等[21]認(rèn)為133 m以淺的晶間鹵水的形成與油田水的混入有關(guān)，圖6顯示大氣降水線、油田水與大鹽灘的晶間鹵水呈現(xiàn)3種不同的端元水特征，大鹽灘晶間鹵水表現(xiàn)出大氣降水和油田水兩種不同端元水的混合特征，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮后形成如今的大鹽灘晶間鹵水. 簡(jiǎn)言之，昆特依凹陷內(nèi)的鹵水起源為早更新世時(shí)期大氣降水溶濾周緣鹽巖中的有用組分并富集在大鹽灘一帶(圖7)，其中不乏油田水的混入，經(jīng)過(guò)蒸發(fā)濃縮在早更新世晚期富集成礦，隨著高山深盆環(huán)境的形成，大氣降水溶濾圍巖及淺部巖鹽層，經(jīng)裂隙等通道運(yùn)移至下部以及盆地邊緣形成粗顆粒相砂礫石型孔隙鹵水.

5 結(jié)論

1)昆特依凹陷內(nèi)鉀鹽礦床具有“雙層”模式：上層為中晚更新世-全新世晶間鹵水，下層為早更新世砂礫石孔隙鹵水. 上層晶間鹵水的賦存在鹽湖相石鹽、含粉砂的石鹽等鹽類(lèi)、含碎屑巖類(lèi)晶體裂隙中；下層砂礫石孔隙鹵水賦存在沖洪積相孔隙度良好的砂礫石、含礫中粗砂.

2)昆特依凹陷中的上、下層鹵水屬于陸相沉積環(huán)境中形成的溶鹽鹵水，均來(lái)自于鹽巖溶解，下層鹵水來(lái)源于石鹽溶解，表現(xiàn)出對(duì)深部古巖層以及地表晶間層的繼承性. 上層鹵水還有地表風(fēng)化巖石的溶濾水的加入，局部表現(xiàn)有沉積變質(zhì)鹵水的特征.

3)上層晶間鹵水表現(xiàn)出下層砂礫石孔隙鹵水進(jìn)一步的演化特征，下部砂礫孔隙鹵水與上層晶間層鹽巖的溶濾密切相關(guān).

4)昆特依凹陷內(nèi)具有深部CaCl2特征的油田水沿張性深大斷裂上升，影響上、下層鹵水化學(xué)組成，并在某種程度上促進(jìn)上層晶間鹵水的演化，上、下層鹵水在成因上與深部油田水有緊密聯(lián)系.

致謝：感謝項(xiàng)目組野外人員汪青川、蔡進(jìn)福等人員的全力支持；文中所有測(cè)試工作由青海省柴達(dá)木綜合地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院巖礦測(cè)試中心完成，感謝各位測(cè)試人員的及時(shí)工作.