西秦岭北缘漳县盐矿含盐地层沉积特征与盐矿成因

王丽丽，郭进京，胡晓隆，向光娅，惠浪波 ，王利晓

(1.天津城建大学地质与测绘学院，天津 300384；2.甘肃省地质矿产勘查开发局第一地质矿产勘查院，甘肃 天水 741020)



西秦岭北缘漳县盐矿含盐地层沉积特征与盐矿成因

王丽丽1，郭进京1，胡晓隆2，向光娅1，惠浪波1，王利晓1

(1.天津城建大学地质与测绘学院，天津 300384；2.甘肃省地质矿产勘查开发局第一地质矿产勘查院，甘肃 天水 741020)

甘肃省漳县盐矿赋存于西秦岭北缘断裂带漳县段新近纪含盐红层沉积盆地。漳县盐矿层赋存于漳县含盐红层盆地上部巨厚的灰色-灰红色泥岩-泥灰岩岩系中。通过分析含盐岩系沉积旋回序列和沉积特征，结合含盐盆地的区域地质构造背景，认为漳县岩盐矿床沉积环境具有内陆湖泊型的盐湖相特征。由灰红-灰绿色泥岩、灰色泥质灰岩、灰黑色泥灰岩及芒硝-石膏-岩盐层构成的灰色含盐岩系，沉积韵律旋回极为发育，具有大旋回套小旋回的特征，厚度达750 m，说明漳县盐矿的形成不仅与干旱-湿润气候的周期性旋回变化有关，还需有较大深度的湖盆和较大范围汇水区域的盐类物质补给。由此推断漳县岩盐矿床是内陆湖泊型盐矿，具有高山深盆成盐的特征。

漳县盐矿；含盐地层；沉积韵律；内陆湖泊型；高山深盆成盐环境；西秦岭北缘

0 引言

漳县盐矿赋存于西秦岭北缘断裂带漳县盆地中。漳县盆地主要由新近系临夏组组成，其下部为红色砾岩、砂岩和粉砂岩，中部为灰色泥岩、泥灰岩和紫红色泥岩，上部为红色泥岩与灰绿-灰黑色泥岩、泥灰岩。岩盐矿赋存在中、上部灰色泥岩、泥灰岩层系中，主要由石盐、卤水、石膏、硬石膏、钙芒硝等组成，以石盐为主，品位w(NaCl)=48.28%～96.75%[1]。含盐地层和岩盐矿床分布呈NW向，构成岩盐成矿带，呈“牛眼式”岩相分布于盆地中。钻探资料揭示,含盐岩系埋藏深度达1 100 m，岩盐矿呈多旋回赋存于巨厚灰色岩系中；地球物理探测结果表明，盐矿层赋存深度可达2 000 m，盐矿储量巨大，具有十分可观的开采价值。西秦岭北缘漳县含盐红层盆地中，巨厚的含盐灰色岩系以及巨量盐类矿床的沉积环境特征和成因是一个值得深入研究的问题，它对漳县盐矿的资源潜力评价和漳县含盐盆地性质的认识具有十分重要的意义。本文通过野外观测，结合有关盐矿勘探资料，研究了含盐灰色岩系的沉积序列与旋回、沉积岩石特征和沉积构造等，探讨了漳县盐矿的成因类型，为漳县含盐盆地性质和盐矿资源条件的研究提供了科学依据。

1 区域地质背景

漳县盆地位于西秦岭北缘构造带中部，长约45 km，宽约7 km，是一个狭长的盆地。盆地受断裂控制，其走向与西秦岭构造带基本一致，主要呈NW向。北侧断层发育，一般向S倾，倾角普遍很大[2-4]。

图1 漳县地区地质略图Fig.1 Geological sketch of Zhangxian area1.第四系全新统冲积层；2.第四系全新统洪积层；3.第四系全新统风积层；4.新近系上新统上段；5.新近系上新统中段；6.新近系上新统下段；7.古近系；8.白垩系；9.上三叠统；10.上二叠统上部；11.上二叠统中部；12.下二叠统；13.上泥盆统—下石炭统第二岩段；14.上泥盆统—下石炭统第一岩段；15.上泥盆统大草滩群；16.研究区；17.剖面位置；18.断裂和推测断裂；19.钻孔及编号

2 漳县盐矿含盐地层沉积特征

2.1 临夏组中段的沉积特征

实地观测到的临夏组中段，主要岩石类型为泥岩、泥灰岩和钙芒硝。该段地层的泥岩单层厚度多为15～30 cm，泥岩中有机质含量较高，故颜色较深，多为灰绿、灰黑色，粉砂碎屑含量极少，发育水平层理。红褐色泥岩作为夹层产出，层厚极不稳定，部分地段可见泥岩的球状风化现象。泥岩与泥灰岩两者呈互层状产出，连续性较好。泥灰岩为灰绿、灰黑色，具泥质结构、层状构造，有机质丰富，层厚相对较均匀，为20～30 cm，部分地段层厚可达35 cm。芒硝层多夹在泥岩、泥灰岩层之间，芒硝品位较高，层厚15～20 cm，单层最厚可达25 cm，整体层厚均匀，未见明显断裂，局部见有蜂窝状构造，推测为芒硝风化后残留的石膏核。

图2 漳县盐井沟新近系临夏组实测剖面Fig.2 The measured section of the Neogene Linxia formation at Yanjinggou area, Zhangxian county1.页岩；2.砂岩；3.砂砾岩；4.砂质泥岩；5.含芒硝泥灰岩；6.泥岩；7.泥灰岩；8.芒硝层；9.含砾砂岩；10.岩盐层；11.断裂；12.角度不整合

综上所述，临夏组中段下部厚约150 m，为泥岩、泥灰岩不等厚互层，中夹约60 m厚的红褐色泥岩；中部厚约280 m，为泥岩、泥灰岩和芒硝构成的多个小型韵律层；上部厚约110 m，为泥岩、泥灰岩互层，有较厚的红褐色泥岩产出，含钙芒硝夹层(图3)。

图3 临夏组中段地层柱状图Fig.3 Column of the Middle Linxia formation1.泥岩；2.红褐色泥岩；3.泥灰岩；4.芒硝

2.2 临夏组上段的沉积特征

临夏组上段出露的岩性以灰绿色、灰黑色的泥岩、泥灰岩为主。泥岩和泥灰岩呈层状，单层厚度较大，泥岩的薄层平直并与层面平行。大概有4层红褐色泥岩夹于泥岩和泥灰岩中。根据盐1井和盐7井的钻井资料，推测被覆盖的厚度约为350 m。被掩盖的地层主要由杂色泥岩、粉砂质泥岩及含有芒硝、岩盐的泥岩所组成。顶层的灰绿色、红褐色泥岩并不含岩盐，且结构致密，可作为良好的隔水层。杂色泥岩中夹有多层的岩盐，部分地层中还夹有高品位芒硝层。根据钻井资料和实地资料所绘的岩性柱状图(图4)可以看出，临夏组上段由下至上的岩性呈泥岩-泥灰岩-岩盐-泥灰岩-泥岩的韵律性变化，可划分出多个沉积旋回。该时期的盆地在构造作用下不断震荡，湖盆范围不断缩小，湖水不断浓集，最终盐矿赋存在盆地的稳定区段。

图4 临夏组上段地层柱状图Fig.4 Column of the Upper Linxia formation1.泥岩；2.泥灰岩；3.岩盐；4.芒硝

3 漳县含盐地层沉积环境和盐矿成因

蒸发盐岩类矿床成因多样，前人曾提出了沙洲说、沙漠说、萨布哈式成盐说、干化深盆成盐说、高山深盆成盐说、深水深盆成盐说等[5-7]。大多数含盐红盆是以红色为主色调的陆相碎屑沉积岩系[8]，这类红色地层必须有足够的三价铁聚集。因此，总体上高温氧化环境是红层盆地形成的必要条件，并且盆地的深度不能太大。漳县含盐盆地虽然也被称为红层盆地，但其上部发育较厚的灰色泥岩-泥灰岩含盐岩系，不仅指示了漳县盐矿成矿与干旱的气候有关，还表明需要有相当深度的盆地空间和周缘水体盐类物质的补给方可形成。

图5 新近系临夏组中-上段沉积韵律和岩石特征Fig.5 Sedimentary rhythm and rock characteristics of Middle-Upper Neogene Linxia Ftormation1.临夏组中段紫红色泥岩、灰色泥灰岩夹次生石膏层；2.临夏组上段紫红-灰-灰绿色-灰黄色泥岩、泥灰岩构成沉积韵律层；3.灰色-土黄色泥岩球状风化，夹板状次生石膏脉；4.灰色-灰绿色泥岩-泥灰岩(含盐)与红色泥岩构成的小型底辟构造；5.灰色岩盐层；6.岩心中的芒硝层；7.岩心中的岩盐层

漳县盐矿赋矿岩系可分为两种沉积类型：碎屑沉积和化学沉积。碎屑沉积岩以泥质岩为主，构成岩盐间的夹层，化学沉积岩则形成了岩盐、芒硝和钙芒硝层，泥灰岩介于二者之间，其沉积顺序是：石膏→钙芒硝→芒硝→岩盐，而在盐井乡矿体并未见到石膏层，单独的芒硝层也很少，主要是由钙芒硝和岩盐形成的小沉积韵律构成矿层，岩盐是原生结晶的，但后期又发生了变化(图5)。这与岩矿鉴定结果、形成“牛眼状”岩相分布模式以及干旱区盐湖沉积规律(溶解度小的矿物先沉积，溶解度大的矿物后沉积，一般为石膏→钙芒硝→岩盐)是完全吻合的[9-10]。临夏组中产出的特征矿物为石盐、芒硝等，并未含钾盐和钾镁矿，也恰好为含盐湖相沉积中的特征矿物[11]。

从漳县含盐红层盆地的沉积序列看，新近系临夏组总体属于一个大的沉积旋回，可分为3个沉积阶段。早阶段沉积颗粒较粗，尤在南西西方向为砾岩且沉积厚度较大，碎屑岩多为红色，水体氧化性较强，同时夹有石膏层，而石膏多产于干燥炎热环境，水体盐度较高、蒸发作用强的气候条件；中阶段的沉积以泥质岩为主，有少量化学岩相间沉积，普遍显著的水平层理和纹层构造说明处在水动力极弱的相对稳定静水沉积环境，而且该阶段沉积的岩石以灰色岩系为主，说明环境的氧化性逐渐减弱，还原性开始增强[12]，该阶段开始出现芒硝，芒硝为典型冷相盐类矿物，代表干旱寒冷的气候环境；晚阶段的沉积为泥质岩和化学岩的互层，岩盐矿主要在这一阶段产生，而岩盐层多产于灰绿色、灰黑色泥灰岩层之间，灰绿色、灰黑色泥灰岩层也为含盐层位。

上述3个沉积阶段与湖盆发展的3个阶段相对应。早阶段是湖盆的发展早期，湖盆为开放型，南西西方向为砾岩沉积且厚度较大，反映了早期湖水补给源自南西西方向，其次在李家沟一带也有一补给源；早阶段后期，盆地东部开始上升，造成东部下段厚度较小，湖盆开始呈现半封闭的状态。中阶段是湖盆的发展中期，湖盆处于半封闭状态，即丰水期方有水的流入流出，其他时期湖水呈停滞状态，此阶段湖盆发展相对稳定。晚阶段是湖盆的发展后期，湖盆处于封闭状态，丰水期偶尔有水流补充但基本不流出，其他时期处于静止蒸发状态，整体环境为水体盐度持续较高，湖泊水体持续浓缩，含盐层系可推断为浓缩型沉积序列。根据蒸发岩所在位置、厚度及其“牛眼式”分布，推测盐湖的沉积模式为“均匀补给沉积模式”，据此可以认为蒸发岩全部沉积在湖中央的深湖相内，形态与湖盆形态基本一致[11]。

岩盐的沉积旋回与气候周期变化也有很大关系，干旱-湿润气候的周期性变化是导致湖泊水体浓缩与淡化交替出现的主要原因[13-17]。丰水时段有淡水补充但基本不流出，而其他时段的湖盆处于静态蒸发状态。湖泊在枯水时段，湖水浓缩到盐类溶解饱和点时，盐类开始析出并随着厚度和质量的增加开始在湖底沉积，岩性由所沉积的泥岩、泥灰岩变化为岩盐层；有湖泊淡水注入的时候，盐类几乎不单独沉积，所沉积的地层又由岩盐层变为泥灰岩、泥岩等碎屑岩。临夏组上段的沉积韵律恰好印证了气候环境和湖相盐类沉积顺序的规律性认识。据资料分析推测，临夏组的气候环境总体属于内陆干旱蒸发型，湖水处于不断浓缩状态；同时存在小的相对湿润时期，出现周期性的淡水注入，枯水期—丰水期的循环仍旧进行。

综上所述，漳县盐矿赋存于漳县盆地泥岩-泥灰岩组成的灰色岩系中，总体上颜色深暗，沉积韵律旋回发育，水平层理和纹层发育，盐矿层呈多旋回产出，厚度较大，且未出现较粗的碎屑岩组合，结合漳县盆地所处的区域构造背景，认为漳县盐矿形成西秦岭北缘断陷盆地演化为深凹陷盆地阶段的内陆湖泊型盐湖盆地[18-21]，属于内陆湖泊型化学沉积矿床，类似于高山深盆盐矿成因[6]。

4 结论

(1)漳县盐矿赋存在新近系临夏组上部的灰色岩系中，空间上为层状分布，连续性较强，单层厚度较为稳定，矿床为多阶段的韵律性沉积。一般一个完整的沉积旋回由下向上岩性表现为：灰色泥灰岩、灰色泥岩、杂色泥岩、棕红色泥岩、棕红色粉砂质泥岩、棕红色泥质粉砂岩。沉积结构的总体趋势表现为边缘地带为颗粒较粗的砂砾岩，中间地段是较细颗粒的粉砂质泥岩和泥岩；中心部位则为泥岩、泥灰岩及化学沉积的岩盐和芒硝，构成了“牛眼式”环状沉积。

(2)漳县盆地盐矿从渐新世初期至上新世末期，经历了湖盆发展的3个阶段，随着气候逐渐趋于干旱，湖泊水体逐渐变浅，水质开始咸化，并向盐湖过渡，最后形成了漳县盐矿。整个含盐层系为浓缩型沉积序列。整体的沉积环境呈还原性逐渐增强的趋势。漳县的岩盐矿床沉积环境是内陆湖泊型中的盐湖相，成因属内陆湖泊化学沉积型。

(3)漳县盐矿主要产于临夏组的中段和上段。多个小型沉积旋回反映了当时盐湖不断浓缩，依旧为干旱-湿润气候(即丰水期和枯水期)交替的周期性变化环境，形成了湖盆的多阶段发育和地层的多旋回沉积。

(4)漳县红层含盐地层中大量的岩盐沉积需要有一个巨大的、具有相当深度的湖盆进行不断浓缩聚集才能形成，由此认为漳县盐矿形成于高山深盆的环境。

从区域构造背景分析，漳县盆地属于于西秦岭北缘断裂带漳县—武山盆地的一部分，沿北缘断裂带不同部位都有类似的新近系出露，这些新近系中是否发育与漳县盐矿类似的沉积建造有待于进一步研究，如果沿北缘断裂带存在与漳县含盐盆地相似的沉积建造，将为区域的岩盐资源远景评价提供重要的科学依据。

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Sedimentary characteristics of salt-bearing strata and genesis of Zhangxian salt deposit in the northern margin of west Qinling

WANG Lili1, GUO Jinjing1, HU Xiaolong2, XIANG Guangya1, HUI Langbo1, WANG Lixiao1

(1.SchoolofGeologyandGeomatics,TianjinChengjianUniversity,Tianjin300384，China；2.FirstInstituteofGeologyandMineralExploration,BureauofGeologyandMineralExplorationandDevelopmentofGansuProvince,Tianshui741020,Gansu,China)

Zhangxian salt deposit in Gansu province occurs within Neogene salt-bearing red bed sedimentary basin in the Zhangxian segment of Northern Margin Fault Zone of west Qinling. The salt layer is located in the very thick grey-grey red mudstone-marl limestone series at upper part of the basin. Analysis of the sedimentary cycle sequence and sedimentary feature and regional geological tectonic background shows that the sedimentary environment of Zhangxian salt deposit is characteristic of the salt lake facies of inland lake. The grey salt-bearing rock series of grey red-grey green mudstone, grey black marl limestone and miralilite-gypsum-rock layer is 750 m thick developed with well rhythmic sedimentary cycle and small cycle is set in big cycle suggesting that formation of the salt deposit needs not only dry-wet cyclic change but also a relative deep and large catchment area to supply the salt materials thus the salt deposit is characterized by inland lake by high mountainous deep lake.

Zhangxian salt deposit; salt-bearing strata, sedimentary rhythm; inland lake; north margin of the west Qinling

2015-08-24； 责任编辑： 岳振欢

国家自然科学基金项目(编号：41340002，41072149)资助。

王丽丽(1990—)，女，硕士研究生，从事沉积地质学研究。通信地址：天津市西青区津静路26号，天津城建大学地质与测绘学院；邮政编码：300384；E-mail：wang90lili@163.com

10. 6053/j. issn.1001-1412. 2016. 03. 010

P512.2；P619.211

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