梁光河

(中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點實驗室/中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所/中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100029)

0 前言

氮肥、磷肥、鉀肥是三大基礎(chǔ)肥料，我國不缺氮、磷，但嚴(yán)重缺鉀。雖然我國鉀肥行業(yè)取得了長足發(fā)展，但從2008年至2015年我國鉀鹽的自給率基本維持在50%左右[1]。增加我國鉀鹽的供給，減少因國際鉀鹽價格波動帶來的影響，對于保障我國農(nóng)業(yè)安全具有重要意義。

我國鉀鹽資源儲量少，近十幾年來，國內(nèi)一些企業(yè)瞄準(zhǔn)國際資源，主動出擊，在全世界范圍內(nèi)尋找鉀鹽投資機(jī)會。老撾與中國是友好鄰邦，政治穩(wěn)定，投資條件優(yōu)越，是我國海外鉀鹽礦勘探開發(fā)項目中進(jìn)展最快的國家。到2019年，我國有10家鉀鹽開發(fā)公司在老撾開展勘探開發(fā)工作，雖然取得了一定的進(jìn)展，但大規(guī)模開發(fā)仍存在一些關(guān)鍵技術(shù)問題需要解決。

我國鉀鹽企業(yè)海外投資項目有30多個，其中老撾鉀鹽礦項目進(jìn)展最快，2017年至今有2家企業(yè)可進(jìn)行鉀肥生產(chǎn)，已建成年產(chǎn)氯化鉀750 kt的鉀鹽開發(fā)基地。自2004年開始在老撾開展鉀鹽勘探，直到近幾年才形成一定的產(chǎn)能，整個過程既有寶貴的經(jīng)驗也有慘痛的教訓(xùn)。本文主要通過梳理和總結(jié)老撾鉀鹽礦勘探開發(fā)過程，給后期的勘探開發(fā)工作提供一些借鑒。

鉀鹽的分布很不均衡，超大型鉀鹽礦床主要分布在北美洲、歐洲、南美洲、中東和亞洲等地區(qū)，其中加拿大、俄羅斯、白俄羅斯、德國等4國已探明儲量占全世界探明儲量的72%。世界產(chǎn)鉀地區(qū)主要在北美洲和前蘇聯(lián)，而消費(fèi)主要集中在亞洲、拉丁美洲和北美洲。我國是世界鉀肥第一消費(fèi)國，約占世界消耗總量的26%，但我國鉀資源占世界總儲量的2.6%[2]，其中95%分布在青海和新疆，屬于現(xiàn)代鹽湖(鹵水)鉀鹽礦。

世界鉀鹽資源極為豐富，已發(fā)現(xiàn)31個含鉀盆地，資源總量達(dá)250 000 Mt(以K2O計，下同)，絕大部分為地下固體鉀鹽，少部分為含鉀鹵水。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的統(tǒng)計和最新勘探結(jié)果，全球儲量超過5 000 Mt的含鉀盆地有6個，其中呵叻盆地覆蓋了老撾中部和泰國東北大部分地區(qū)(見圖1)。從大地構(gòu)造看，上述地區(qū)處于印支地塊中間。目前我國在老撾投資鉀鹽的10家企業(yè)中，有4家企業(yè)已取得采礦證，其中位于老撾甘蒙省的中農(nóng)鉀肥有限公司和老撾開元礦業(yè)有限公司已分別建成了年產(chǎn)250、500 kt氯化鉀中試廠。我國企業(yè)在老撾開展鉀鹽礦勘探和開發(fā)的總面積約2 000 km2，占據(jù)了老撾含鉀盆地的絕大部分。

紅色區(qū)域鉀鹽儲量5 000 Mt 綠色區(qū)域1 000～5 000 Mt 藍(lán)色區(qū)域500～1 000 Mt圖1 世界主要鉀鹽礦分布及呵叻盆地地質(zhì)略圖

1 老撾鉀鹽礦勘探開發(fā)

截至2019年6月，我國有4家企業(yè)取得了老撾鉀鹽礦的采礦權(quán)，另有6家企業(yè)獲得了老撾鉀鹽礦的探礦權(quán)，主要集中在萬象盆地和甘蒙地區(qū)，共探明氯化鉀工業(yè)儲量約8 000 Mt，鉀資源遠(yuǎn)景儲量超過10 000 Mt，含礦深度多在100～500 m，主礦體約95%為光鹵石，5%為鉀石鹽。

1.1 取得采礦證的企業(yè)

(1)中寮礦業(yè)開發(fā)投資有限公司。該公司是云南云天化股份有限公司的全資子公司，2004年開始在老撾萬象盆地勘探開發(fā)鉀鹽，是我國最早“走出去”的鉀資源開發(fā)公司。2004年11月，該公司與老撾政府成功簽署了《老撾萬象盆地鉀鹽礦開采生產(chǎn)協(xié)議》，并獲得了老撾政府頒發(fā)的《投資許可證》和《采礦許可證》。該公司由此獲得老撾政府授予的2張采礦證、78 km2開采區(qū)、860 Mt(以KCl計)鉀鹽礦儲量30年的采礦權(quán)。前期試驗中采用注入熱水選擇性溶解開采工藝，因成本和工藝問題沒有成功；后期與中國科學(xué)院青海鹽湖研究所共同攻關(guān)，改變采礦設(shè)計，采用豎井硐采。2008年12月19日，老撾萬象盆地50 kt/a氯化鉀中試項目試運(yùn)行并生產(chǎn)出數(shù)百噸鉀鹽，后因在生產(chǎn)過程中豎井和主巷道出現(xiàn)工程技術(shù)問題而被迫停工至今。

(2)中國水電礦業(yè)(老撾)鉀鹽有限公司。該公司是第2家在老撾獲批鉀鹽礦勘探和開采權(quán)的中國企業(yè)，共擁有老撾鉀鹽礦勘探權(quán)3個，總面積約580 km2，并獲得2張采礦證。2006年2月開始啟動一期120 kt/a氯化鉀的示范性工程建設(shè)，2009年3月完成勘探工作，由長沙化工設(shè)計研究院進(jìn)行氯化鉀產(chǎn)能120 kt/a溶解開采的初步設(shè)計，并通過了項目建設(shè)可行性研究報告的評審。2009年12月28日與老撾政府簽訂了《萬象市賽塔尼縣塔貢鉀鹽礦開采加工項目協(xié)議》，獲批39.33 km2鉀鹽礦開采權(quán)。2010年12月22日，該公司年產(chǎn)120 kt氯化鉀項目在老撾萬象市納塞通縣舉行開工典禮，采用注入熱水抽取鹵水進(jìn)行開采，2013年6月生產(chǎn)出第1批鉀鹽，2016年在生產(chǎn)出上萬噸鉀鹽后因成本過高而停工至今。

(3)中農(nóng)礦產(chǎn)資源勘探有限公司(原老撾嘉西鉀鹽開發(fā)有限公司)。該公司是第3家進(jìn)入老撾進(jìn)行鉀鹽勘探和開發(fā)的中國企業(yè)。2006年，老撾嘉西鉀鹽開發(fā)有限公司在老撾甘蒙省獲得84 km2的鉀鹽勘探權(quán)(根據(jù)勘探證坐標(biāo)圈定的面積只有75 km2，此區(qū)域是越南化工公司2004年勘探后放棄的區(qū)域)，同年與中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所合作進(jìn)行勘探，勘探后發(fā)現(xiàn)鉀鹽礦體分布范圍很大，后期根據(jù)勘探結(jié)果將探礦權(quán)擴(kuò)大至214 km2。2009年1月21日，中農(nóng)礦產(chǎn)資源勘探有限公司代表老撾嘉西鉀鹽開發(fā)有限公司與老撾計劃投資部和能源礦產(chǎn)部簽署了《老撾甘蒙省農(nóng)波縣和他曲縣鉀鹽開采和加工》合同，開發(fā)設(shè)計建設(shè)工作由中國恩菲工程技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)，于2011年底完成了一期工程的100 kt/a氯化鉀先導(dǎo)性示范項目，并實現(xiàn)了工業(yè)化量產(chǎn)。該采礦區(qū)也是依據(jù)中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所的勘探成果外擴(kuò)的區(qū)域，并不在最初的84 km2勘探證范圍內(nèi)。該項目采用傳統(tǒng)的地下開采方式，用平硐開拓，將礦石運(yùn)至地表進(jìn)行浮選。目前該項目已由中農(nóng)礦產(chǎn)資源勘探有限公司全權(quán)接手實施，2016年至今實際氯化鉀產(chǎn)能約250 kt/a，是我國第1個海外鉀鹽資源開發(fā)項目，仍在穩(wěn)定生產(chǎn)，并打算實施第2期200 kt/a氯化鉀項目。

(4)老撾開元礦業(yè)有限公司。該公司于2008年11月底與老撾政府達(dá)成協(xié)議，在老撾中部甘蒙地區(qū)緊鄰中農(nóng)礦產(chǎn)資源勘探有限公司的探礦權(quán)區(qū)域先實施重力勘探，根據(jù)重力勘探結(jié)果再決定勘探證范圍。該公司首先聘請有關(guān)單位作了重力勘探設(shè)計，之后聘請筆者為技術(shù)顧問審查重力勘探設(shè)計書。筆者根據(jù)了解和掌握的相關(guān)資料，認(rèn)為原設(shè)計勘探范圍大部分已超出鉀鹽盆地邊界，進(jìn)入盆地到山地隆起的過渡區(qū)，含礦可能性不大，因此調(diào)整了原勘探范圍和面積，將原來圍繞中農(nóng)礦產(chǎn)資源勘探有限公司東側(cè)的反L形設(shè)計范圍(勘探面積199 km2)調(diào)整為反C形勘探范圍(勘探面積345 km2)，特別是增加了北部約60 km2的區(qū)域，后期證明北區(qū)是整個礦區(qū)的主要鉀鹽儲量區(qū)域。根據(jù)重力勘探結(jié)果，針對較好的重力異常區(qū)，在筆者的建議下，該公司規(guī)劃了194.8 km2的鉀鹽探礦權(quán)，并由筆者親自布置了前13口普查勘探鉆井位置。經(jīng)過1年多的普查和詳勘，探明氯化鉀儲量約300 Mt。采礦設(shè)計由長沙化工設(shè)計院承擔(dān)，采用旱采回填方式開采，設(shè)計一期工程氯化鉀產(chǎn)能500 kt/a。此項目于2010年3月正式動工建設(shè)，2012年11月20日試車，2017年至今已形成氯化鉀產(chǎn)能約500 kt/a，目前正常生產(chǎn)中。

總之，4家在老撾進(jìn)行鉀鹽實際開采的企業(yè)，目前2家已經(jīng)停產(chǎn)，另外2家生產(chǎn)正常，是中國在海外的重要鉀鹽基地。

1.2 取得勘探證的企業(yè)

(1)北京普悅老撾投資公司。2012年取得位于老撾萬象盆地的1張?zhí)降V證，勘探面積為259.4 km2。經(jīng)過數(shù)年勘探，已探明鉀鹽資源量數(shù)十億噸。目前處于可行性研究階段，正在申請采礦證。

(2)老撾海王礦業(yè)有限公司。2012年取得位于萬象盆地的1張?zhí)降V證，勘探面積174 km2。經(jīng)過數(shù)年勘探，已探明鉀鹽資源量數(shù)億噸。目前處于可行性研究階段，正在申請采礦證。

(3)亞洲鉀鹽老撾礦業(yè)公司。2014年獲得2個區(qū)塊共206 km2的探礦權(quán)，經(jīng)過數(shù)年勘探，已探明鉀鹽資源量超過1 000 Mt。

(4)四川龍蟒老撾鉀鹽公司。2012年獲得位于萬象盆地的1張?zhí)降V證，勘探面積約180 km2。經(jīng)過數(shù)年勘探，已探明鉀鹽資源量超過1 000 Mt。目前處于可行性研究階段，正在申請采礦證。

(5)云南騰邦老撾鉀鹽公司。2012年獲得位于波里莰塞省的1張?zhí)降V證，勘探面積177 km2，鉆探未見礦隨之放棄。2014年又獲得位于萬象盆地的1張?zhí)降V證，勘探面積約55 km2，勘探后探明鉀鹽資源量數(shù)億噸。目前處于可行性研究階段，正在申請采礦證。

(6)青海鑫帝老撾鉀鹽公司。2012年獲得位于波里莰塞省的1張?zhí)降V證，勘探面積161 km2。2012年打了3口鉆井，未見礦。

除了上述我國公司在老撾進(jìn)行鉀鹽礦勘探開發(fā)外，還有1家越南化工公司，2014年已取得了沙灣拿吉省196 km2的探礦權(quán)，完成了勘探和采礦設(shè)計，鉀鹽資源量數(shù)億噸，目前正在招商中。

老撾萬象盆地附近和甘蒙地區(qū)鉀鹽礦權(quán)分布見圖2和圖3，其中紅色框表示取得采礦權(quán)，黃色框表示進(jìn)入可研階段的探礦權(quán)，其他顏色表示處于不同階段的探礦權(quán)。

1、2.北京普悅老撾投資公司 4、5.亞洲鉀鹽老撾礦業(yè)公司 30.青海鑫帝老撾鉀鹽公司 39、40.東方礦業(yè)投資有限公司71、72.中寮礦業(yè)開發(fā)投資有限公司 74.老撾海王礦業(yè)有限公司 103.云南騰邦老撾鉀鹽公司 124.四川龍蟒老撾鉀鹽公司132、133.中國水電礦業(yè)(老撾)鉀鹽有限公司圖2 老撾萬象盆地附近鉀鹽礦權(quán)分布

11、130.中農(nóng)礦產(chǎn)資源勘探有限公司75.老撾開元礦業(yè)有限公司 133、146.越南化工公司圖3 甘蒙地區(qū)鉀鹽礦權(quán)分布

2 老撾鉀鹽礦勘探開發(fā)中存在的問題

前期我國在老撾進(jìn)行鉀鹽礦勘探開發(fā)的企業(yè)走了很多彎路，主要存在鉀鹽開采成本、環(huán)保問題和開發(fā)中的工程技術(shù)難題等。歸根結(jié)底是前期地質(zhì)勘探工作沒有完全到位，導(dǎo)致后期開發(fā)過程中出現(xiàn)一系列工程技術(shù)問題，從而造成開采成本的增加。另外，恰逢全球鉀鹽市場處于低谷，鉀鹽價格持續(xù)走低，使得打算大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)的企業(yè)放棄了原有的計劃。

2.1 勘探中存在的問題

老撾鉀鹽礦賦存于地下超過百米深，屬于隱伏礦床，其地表大多為第四紀(jì)覆蓋，是廣袤的森林和農(nóng)田。在這種條件下，傳統(tǒng)的地質(zhì)填圖方法無法指導(dǎo)找礦，只有物探方法才能取得較好的效果。傳統(tǒng)的物探方法包括重力、磁法、電法、地震、測井等，其基礎(chǔ)是礦體與圍巖存在物性差異。前期對老撾鉀鹽礦的勘探表明，基于重力低異常能夠預(yù)測鉀鹽礦富集的有利區(qū)域，而地震勘探是探測地下構(gòu)造的最有效方法，測井可以直接預(yù)測鉀鹽含量[3]。

圖4 萬象盆地的構(gòu)造綱要圖

老撾鉀鹽礦形成于白堊紀(jì)，后期遭受強(qiáng)烈的喜馬拉雅構(gòu)造運(yùn)動的影響，使得鉀鹽勘探開發(fā)存在不少問題，包括地下鉀鹽礦體的變化、水文地質(zhì)條件等。在老撾勘探10年的經(jīng)驗表明，地球物理勘探方法是有效的，但必須對地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動有清楚的認(rèn)識，同時也總結(jié)出了一套有效的勘探技術(shù)方法組合和流程?，F(xiàn)以萬象盆地的某鉀鹽礦為例，說明三維地震勘探的重要意義。三維地震勘探不僅能夠精確描述鉀鹽礦體的橫向變化，而且能夠準(zhǔn)確描述斷裂構(gòu)造，同時還能準(zhǔn)確預(yù)測鉀鹽礦頂?shù)装鍘r層的橫向變化，這對后期的采礦設(shè)計和大規(guī)模開發(fā)非常有用。

圖5 三維地震勘探600 m深度水平切片及鉆孔巖芯

紅色區(qū)域是鉀鹽礦層，粉紅曲線是伽馬測井曲線圖6 三維地震勘探剖面和伽馬測井約束的鉀鹽礦體外推結(jié)果

萬象盆地位于呵叻盆地的西北角，從盆地的構(gòu)造綱要圖(見圖4)可以看出：該盆地發(fā)育北西走向的褶皺，說明其曾受到北東-南西方向的擠壓；同時，盆地的邊緣發(fā)育一系列近東西走向的走滑斷裂，說明其總體受力環(huán)境是擠壓走滑環(huán)境。在宏觀尺度上，印支地塊新生代在印度板塊的擠壓下向東南方向擠出并同時發(fā)生15°的順時針旋轉(zhuǎn)[4]，造成處于其中的呵叻盆地同步發(fā)生漂移旋轉(zhuǎn)；在中觀尺度上，呵叻盆地在這個過程中處于擠壓走滑環(huán)境中，對其中的鉀鹽礦產(chǎn)生了巨大的改造，沿著盆地邊緣產(chǎn)生了一系列大型走滑斷裂，這是印支地塊在漂移過程中的差異走滑造成的[5]；在微觀尺度上，老撾鉀鹽礦詳勘中普遍存在著旋轉(zhuǎn)構(gòu)造，圖5的三維地震勘探600 mm深度水平切片顯示，在擠壓走滑宏觀構(gòu)造作用下，相對柔軟的鉀鹽礦層圍繞相對堅硬的石鹽鹽丘存在順時針旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象，鉆探巖芯也發(fā)現(xiàn)石鹽層頂部的薄石膏層發(fā)生了明顯的柔流。圖6是三維地震勘探剖面和伽馬測井約束的鉀鹽礦體外推結(jié)果，說明鉀鹽礦受后期構(gòu)造擠壓，鉀鹽礦體產(chǎn)生了顯著的塑性變形，背斜頂部鉀鹽礦厚度明顯增大，而向斜區(qū)域厚度減小，同時發(fā)育多條斷裂。這個勘探精度可以達(dá)到誤差3%以內(nèi)，是鉀鹽礦勘探開發(fā)中最有效的勘探方法。這種方法過去廣泛應(yīng)用于加拿大等地的鉀鹽礦勘探，但在老撾鉀鹽礦勘探中，目前只有北京普悅投資有限公司實施了約30 km2的三維地震勘探。

2.2 開發(fā)中存在的問題

開發(fā)中的主要問題包括兩個方面，一是尾礦回填，二是成本控制。對尾礦回填問題，前期中農(nóng)礦產(chǎn)資源勘探有限公司和北京普悅老撾投資有限公司都進(jìn)行了詳細(xì)研究，制定了一套完整的低成本方案，已在中農(nóng)礦產(chǎn)資源勘探有限公司鉀鹽開采中進(jìn)行了應(yīng)用和驗證。對成本控制問題，老撾鉀鹽的開發(fā)成本必須在不高于國際鉀鹽主流開發(fā)平均成本的條件下才能大規(guī)模開發(fā)。老撾鉀鹽礦主體是光鹵石礦，平均品位約是世界主流鉀石鹽平均品位的一半，這是其明顯劣勢。但老撾鉀鹽礦也有其優(yōu)勢：一是埋藏深度淺，開采成本低；二是厚度大，可以多層開采，也能降低成本；三是光鹵石中含有豐富的溴素和鎂元素，綜合回收利用能降低鉀鹽開發(fā)成本。但老撾鉀鹽礦埋藏深度淺同時帶來采礦頂板的穩(wěn)定性問題。事實上，只要前期勘探工作做得扎實，應(yīng)用高精度三維地震勘探可以準(zhǔn)確描述頂板的穩(wěn)定性，并通過合理的回填得到解決，三維地震和電阻率勘探對存在的水文地質(zhì)問題也能夠很好地解決。

2.3 勘探開發(fā)中取得的經(jīng)驗

筆者近13年作為6家公司的技術(shù)顧問，在老撾鉀鹽礦勘探過程中積累了豐富經(jīng)驗(見圖7)。即勘探開發(fā)過程一定要遵循科學(xué)規(guī)律，循序漸進(jìn)。必須先把地下的地質(zhì)情況了解清楚，才能進(jìn)入開發(fā)階段。而了解地下地質(zhì)情況更需要先實施比較有效的高精度重力掃描工作(比例尺1∶50 000，重點地區(qū)加密至1∶25 000)，推斷控制有利的含礦范圍；然后針對重力異常進(jìn)行普查鉆探，控制含礦范圍并推斷333+334資源量；再根據(jù)普查結(jié)果在重點區(qū)域?qū)嵤┰斂便@探，確定331+332工業(yè)儲量；接著需要針對首采區(qū)實施三維地震勘探，詳細(xì)掌握地下礦體和圍巖及斷裂的分布等地質(zhì)特征，因為該區(qū)域受新生代印度-歐亞板塊碰撞的強(qiáng)烈改造，地下構(gòu)造變化十分劇烈，這一步是非常必要的；最后進(jìn)入采礦設(shè)計階段?？碧竭^程中還需重視鉆孔的測井工作，特別是自然伽馬測井、井陘測井、電阻率測井等。

圖7 老撾鉀鹽礦經(jīng)濟(jì)有效的勘探方法

3 結(jié)語

經(jīng)過前期不斷的摸索，對老撾鉀鹽礦勘探開發(fā)中存在的關(guān)鍵問題都找到了對應(yīng)的科學(xué)解決方案?？傊碧介_發(fā)需要遵循勘探科學(xué)規(guī)律，物探先行，確定含礦有利區(qū)帶，然后逐步實施普查和詳查，在采礦之前實施三維地震勘探。無論勘探還是開發(fā)，都需要循序漸進(jìn)，聽取專家建議，不能冒進(jìn)。

雖然目前在老撾只有約750 kt/a的氯化鉀中試產(chǎn)能，但隨著鉀鹽市場的復(fù)蘇，老撾鉀鹽開發(fā)成本也在逐步降低。由于儲量巨大，而且正逢中國“一帶一路”建設(shè)，老撾鉀鹽開發(fā)公司都在計劃擴(kuò)大產(chǎn)能。相信在鉀鹽工作者的努力下，老撾會成為中國海外重要的鉀鹽供應(yīng)基地。