陕北奥陶纪盐田成矿条件与地质特征

吴　欣　蒋同昌　李惠娟　赵亚宁　杨文蕙

(1.陕西省地质调查中心；2.陕西煤田地质勘查研究院有限公司)



陕北奥陶纪盐田成矿条件与地质特征

吴欣1蒋同昌2李惠娟1赵亚宁2杨文蕙2

(1.陕西省地质调查中心；2.陕西煤田地质勘查研究院有限公司)

摘要以陕北奥陶纪盐田为研究对象，在综合分析岩盐成因机制的基础上，分别从岩矿的沉积环境、古气候、岩相古地理条件入手，深入探讨了陕北奥陶纪盐田的成因机制。根据钻孔资料讨论了岩盐矿赋存的地层及地质构造特征以及石盐矿床特征，探讨了奥陶纪马家沟期地质运动、气候变化、海水退进对盐田沉积的作用，为区内资源勘探开发提供参考。

关键词岩盐矿成因机制地质构造特征矿床特征沉积作用

陕北地区以其丰富的煤炭、天然气、盐等诸多矿产资源而成为国家批准的能源重化工基地，区内石盐矿床主要产于陕北奥陶纪，是目前我国发现的最大规模的盐田，岩盐矿资源量十分丰富，且盐岩矿分布面积大，北起红碱淖、西至清涧、南至青阳岔、东至黄河边，总面积2.5万km2。区内岩盐矿含盐品位高，岩盐矿层NaCl含量均高于82%，盐层较厚，平均厚度达到120 m[1-4]。为进一步指导区内资源勘探开发工作，本研究对区内奥陶纪盐田的成矿条件及地质特征进行详细分析。

1岩盐矿成因

1.1沉积环境

陕北奥陶纪盐田地层隶属鄂尔多斯盆地，鄂尔多斯盆地位于华北地台西部。鄂尔多斯盆地在奥陶纪之所以沉积大量的岩盐矿与其早奥陶世经历的海进、海退两大沉积旋回有密切联系。鄂尔多斯盆地发育形成以前，受坳渊叠加机制的影响，在早古生代前华北地台西部始终保持沉降，并形成了米脂凹陷，在局限台地低洼的地区形成了泻湖，其四周的隆起使之与台地边缘形成了半隔离，海水流通不畅。数次大型的地质构造运动造成海水的入侵和退潮，形成了云泥坪、潮上盐坪和高盐湖的沉积，为岩盐矿的沉积提供了封闭或半封闭的沉积环境。

1.2古气候温度

岩盐是海水在强烈的蒸发作用下结晶形成的，而海水中石盐结晶沉积则需干燥的气候条件，确保蒸发沉积作用，天气炎热、气温较高、降水量较少，如此蒸发作用方可强烈。石盐包裹体及碳酸盐O同位素测定结果表明，陕北奥陶纪初期的温度(41 ℃)高于现今的温度，十分有利于海水的蒸发和岩盐矿的沉积。而在奥陶纪晚期时温度较低(10～24 ℃)，但气候却为南半球低纬度干旱气候，因而海水蒸发量仍较大，随着持续高强度蒸发作用的影响，形成了以米脂凹陷为中心的巨厚层岩盐矿的大范围沉积，最终形成了现今的陕北奥陶纪盐田。

1.3岩相古地理条件

鄂尔多斯盆地中奥陶世从马家沟一期到马家沟六期，前后共有4次海退(马一早期、马二期、马四期和马六期)和4次海进(马一晚期、马三期、马五期和马六期末)，海进范围逐渐增大，海退范围亦逐渐增大。在该大起大落的环境变迁中，形成了马一、马三、马五早期、马五晚期等4次大的成盐期和6次聚盐期，形成了以米脂凹陷为古地理背景的陕北盐盆。盐盆的发展具有明显的继承性和收缩性，其中心位置基本不变，而盐盆范围由小(马一期)变大(马三期)再变小(马五期)。盐盆从西南向东北方向收缩，而盐盆的沉降幅度则逐渐增大，马五期沉降幅度最大，形成上下重叠的6套含盐层系，叠合面积达4.6万km2。

2地质构造特征及岩盐矿沉积过程

奥陶纪岩盐矿位于鄂尔多斯盆地东缘，地层区划属华北地层区、鄂尔多斯地层分区、东胜—子午岭—延河地层小区，主要为下奥陶系至第四系的沉积，中间缺失下石炭系、泥盆系、志留系和上奥陶系的沉积。地层由老至新依次为奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、新近系、第四系等地层。陕北奥陶纪成盐盆地盐系地层为奥陶系中统马家沟组地层，奥陶系中统马家沟组地层可分为6个岩层段。奥陶纪马家沟一段时期，华北地台海侵开始，气候炎热干燥，蒸发量大，海平面较低，海水盐度较高，且向北有趋高的趋势，使早奥陶世亮甲山期大片内陆主要萎缩至陕甘宁盆地中央隆起一带，米脂凹陷出现了早期浅水环境的马家沟一期沉积。随着源自东方及南方海水入侵的扩大，马一段沉积期的部分陆地被海水淹没，形成了开阔海域，开始了马家沟二期的沉积，该期为1套开阔台地相的沉积，此时海水盐度含量低于一期，盆地中心也向东侧发生了偏移，该期为潮下或潮间低能环境，整个盐湖位于海平面以下。马家沟三期时贺兰裂谷的扩张迅猛、剧烈，裂谷肩部位置抬升尤为突出，导致鄂尔多斯盆地西翼地区较陡，而周边凹陷的盆地下降幅度相对增大，沉积区又成为深坳盆地，此时气候更为炎热、干燥，蒸发量急剧增大，海水不断退缩，含盐量也不断提高，岩盐沉积不断加厚，形成了蒸发台地相的膏岩湖沉积。马家沟四期时期发生了华北地台最大的海侵，海水不仅从东方和南方入侵，而且西方也有大量海水入侵，使得整个研究区几乎都被海水覆盖，此时气候也发生了变化，较湿热，海水蒸发量也相对较低，因此海水的含盐量也急剧降低，导致沉积主要为白云岩和灰岩，膏岩和岩盐沉积较少，所以该期不利于岩盐矿的沉积。马家沟五期米脂膏盐盆环境再次呈现，但范围小于马家沟一期、三期。由于发生了大范围的海退，海平面降低，许多被淹没的盆地基底再次发生抬升，气候又转为炎热、干燥型，海水的蒸发量逐渐增大，海水的含盐量也随之逐渐增高，又出现了以米脂凹陷为中心的岩盐矿的沉积时期。由于该期的盐湖成盐期较长，因此该期的岩盐矿的沉积量较大，是鄂尔多斯盆地在马家沟五期岩盐矿资源沉积量最大的时期。

陕北奥陶纪马家沟组沉积岩的岩性变化较大。其中马家沟一期、三期和五期分别为海退期，气候相对炎热、干燥，蒸发量相对较大，海平面下降，有利于岩盐矿的沉积，膏岩发育也较多。而马家沟二期、四期为海进期，海水大范围入侵，气候较温湿，所以蒸发量较低，海平面上升，较不利于岩盐矿的沉积，广海台地相的灰岩和白云岩质灰岩较发育。同为利于成盐的马家沟一期、三期和五期地理和气候条件也存在诸多区别：①马一期时含膏云岩虽然发育面积较大，但厚度不大，所以该期岩盐矿沉积量并非最大；②马三期时含膏云岩虽然厚度明显增大，但发育面积较小，因此岩盐矿沉积亦非最大；③马五期含膏云岩范围明显小于马一期和马三期，但其厚度远大于马一期和马三期，因此马五期岩盐矿资源储量最佳且最大。

陕北奥陶纪马家沟组是由诸多海侵及海退旋回组成，其中马家沟一期、三期和五期以台地蒸发岩相为主；马家沟二期、四期沉积发育类型为开阔台地相。盐盆自身沉降和沉积物补偿关系基本平衡，而由于海水注入，带来的物质成分和数量的变化，引起了化学分异中断即咸化、淡化的多次重复，形成了厚度较大且完整的碳酸石盐(灰岩、白云岩)、硫酸石盐(石膏)、卤化物(主要为石盐)的沉积韵律。马家沟六期又成为开阔海的碳酸石盐沉积。马家沟组区域上相当于Ⅲ级沉积旋回，从马一段至马六段分为4个IV级沉积旋回和8个次一级V级旋回，其中IV3沉积旋回为区内最重要的成盐旋回，又可将IV3旋回划分为4个V级成盐旋回，即V5～V8。

3石盐矿床特征

4结语

陕北地区是集石油、天然气、煤炭、岩盐矿、油页岩等各种矿产资源于一体的资源综合开发基地。区内公路、铁路交错发展，交通较方便。区内拥有多条河流，可满足后续石盐矿开发时的生活和生产用水需求，电力资源供应也十分充足，为岩盐矿的勘探开发及其下游化工产品的生产提供了有利保障。陕北奥陶纪岩盐矿是目前我国发现最大的岩盐矿，其地层稳定、地质构造简单，盐层厚度较大且在区域上变化不大，石盐矿层纯盐厚度较大，总纯盐厚度约40m，石盐矿层NaCl含量也较高(高于83%)。陕北奥陶纪盐田的成矿条件、地质特征分析表明，区内奥陶纪岩盐矿的勘探开发及综合利用对于陕北地区矿产资源的优化配置具有重要意义。

参考文献

[1]冯增昭，鲍志东，张永生.鄂尔多斯奥陶纪地层岩石岩相地理[M].北京：地质出版社，1998.

[2]陈西文，袁鹤然.陕北奥陶纪盐盆的区域成矿地质条件分析[M].北京：地质出版社，2010.

[3]侯方浩，方少仙，赵敬松，等.鄂尔多斯盆地中奥陶统马家沟组沉积环境模式[J].海相油气地质，2002(1)：38-46.

[4]郑绵平，袁鹤然，张永生，等.中国钾盐区域分布与找钾前景[J].地质学报，2010，84(11)：1523-1553.

(收稿日期2015-03-02)

吴欣(1979—)，女，工程师，710068 陕西省西安市。