江苏丰县大沙河地区钾盐成矿预测

李海庆

(江苏长江地质勘查院，江苏 南京 210047)

0 前 言

我国目前氯化钾消耗量约占全球钾肥消耗量的四分之一，而国产钾肥的依存度仅占50%左右。据美国地质调查局统计，全球已探明钾盐可采储量95亿t(K2O)，但资源集中在少数国家，如加拿大、俄罗斯等，而中国的探明储量仅占世界的2.2%[1]，特别是在我国东部地区，目前仅有山东有少量探明的可溶性钾盐储量。因此，加强在中国寻找钾盐的研究和勘查工作已迫在眉睫。

本文将江苏丰县南部大沙河地区作为钾盐成矿预测区，通过对区内的沉积环境、物质来源等方面进行分析，且对比了区内及周边矿区的见盐情况，提出该地区钾盐赋存的预测及下步找矿重点区块。

1 地理位置及地质概况

预测区位于苏鲁豫皖交界之处，北至丰县沛县，东至微山湖，南至苏皖边界、西至苏皖鲁边界。区内大沙河镇位于丰县县城南18.5 km，徐州市西北65 km，南距陇海铁路36.5 km，东邻徐沛铁路15 km，西近京九铁路，徐济高速公路、322省道以及丰(县)黄(口)公路贯穿全区，东距京沪干线50 km。镇村之间、村村之间有水泥路相连，交通运输极为便利。

预测区是黄口凹陷的江苏部分。黄口凹陷位于徐州弧形构造外带的西北翼，丰(县)沛(县)断层以南，敬安断层以北，如图1所示。在江苏境内丰(县)嘉(祥县)断层将黄口凹陷分为东西两区：东区以宋楼—梁寨—敬安—魏庙一线往东入微山湖，盆地基底逐渐抬起，在微山岛古近系官庄组砾岩出露成山；西区即丰嘉断层以西至苏皖鲁边界，王沟—刘王楼一线，在安徽省砀山县的玄帝庙—周寨—葛套一线，古近系沉积仍较厚。黄口凹陷在江苏境内东西长60 km，南北宽12 km，面积约720 km2(见图1)。

图1 大沙河盆地区域构造位置

预测区北边界是贯穿东西的丰沛断层，该断层倾角大，落差数千米。断层北盘是丰沛复背斜的核部，主要由太古界片麻岩组成，在丰县华山一带还富含钾的上古生代地层。预测区南边界为侵剥边界线，侵剥基底呈缓倾斜状[2]，盆地形态与已经发现钾盐矿的山东大汶口含盐盆地相似，也是燕山晚期形成的箕状坳陷。这个时期的构造运动为盐类沉积提供盆地的同时也提供了物质来源。古近纪之后，该地区发育了一系列斜列式的断块盆地，在干旱适宜的古气候及封闭半封闭环境下堆积了含盐地层。预测区在大范围内纵向延展上有凸起凹陷相间，在单个盆地内也同样存在着高低起伏，形成低序次的周寨次凹陷—李寨低凸起—宋楼次凹陷。

区内地形平坦，地面高程为37～50 m，地面自然坡度为0.08%。地表广泛分布古黄河泛滥的砂质粘土和含粘土粉砂。

区内为典型的华北型地层，沉积盖层总厚1 km。主要有：太古界泰山群片麻岩；上元古界青白口系土门群—震旦系城山组石英砂岩、石英岩及页岩，属滨海相碎屑岩为主的沉积；震旦系赵圩组—张渠组以碳酸盐岩为主；寒武系—奥陶系以碳酸盐岩与碎屑岩交替重复分布为特征，主要分布于丰沛背斜轴部；中生界白垩系青山组—王氏组、古近系官庄组—大汶口组(为主要的含盐地层)，主要分布于预测区深部，属陆相盆地碎屑岩及火山碎屑岩沉积建造；第四系广泛分布平原区，厚度一般100～380 m不等。

2 物源特征

区内处于复合叠加盆地内，新生界为该盆地的主要沉积层，其下是具有双层基地结构的太古界—早元古界结晶基底和古生界沉积。

太古界结晶基底以泰山群片麻岩为主，古生界多为海相或海陆交互相地层，岩石化学组成中均含有较为丰富的钾离子。上述地层不仅组成盆地的基底，在盆地的相邻周边也广为发布。

在预测区北部和西部广泛分布片麻岩和新太古代五台期花岗闪长岩，都富含钾长石，其中片麻岩中K2O的含量一般3.05%～3.60%，花岗闪长岩中K2O的含量一般大于6%，最高达9.88%[3]。

在预测区北部和南部还分布较为富钾的古生界石炭二叠系地层，其中以位于丰沛断层以北的丰县华山非可溶性钾矿为代表。该矿位于丰县城东南15 km，矿体为一单斜构造，地层走向为NE-SW,倾向为NW，走向长2.2 km，倾向宽2.3 km，矿体共有14层，累计总厚度607.41 m，全区(K2O)地质储量5.897 5亿t。矿石类型为砂岩型、页岩型。矿石品位K2O 7.24%～12.71%[4]。

预测区北部和西南部广泛分布片麻岩和新太古代五台期花岗闪长岩以及富钾的古生界石炭二叠系地层中的钾矿物在长期的风化、溶解后很容易被搬运到盆地内并富集成矿。

另一方面，由于植物的生长的必须依赖于钾肥，所以钾盐在河水搬运过程中会被水中或岸边的植物逐渐吸收而递减。因此，可以判断钾盐盆地的富集地距离物源地应该不远。

综上所述，预测区周边大量K2O含量较高的片麻岩、花岗闪长岩以及石炭二叠系砂页岩给区内钾盐的富集可以提供稳定可靠的物质来源。

3 周边矿区见盐情况

3.1 周边岩盐矿区工作概况

目前预测区内及周边的岩盐矿区主要有：江苏省丰县师砦矿区岩盐矿、江苏省沛县河口矿区三座楼块段岩盐矿、安徽省砀山县范集勘查区岩盐矿、山东单县杨楼地区岩盐矿、江苏省丰县宋楼镇油页岩(石盐)预查区(简称：丰县矿区、沛县矿区、砀山矿区、单县矿区、宋楼预查区，见图2)。这几个矿区均不同程度的发现石盐矿，见盐深度在700～1 850 m之间。其中：丰县矿区属于华北地台鲁西背斜、鱼台坳陷的次一级构造——欢口向斜的南翼，是燕山晚期形成的箕状坳陷，即欢口师砦盆地；宋楼预查区地处本预测区的西部，与其它3个矿区与同属于一个大的构造单元—黄口凹陷。

图2 预测区内及周边岩盐矿区分布

3.2 周边矿区岩盐矿层对比

通过对区内外岩盐矿区所施工钻孔的资料分析，发现在盐层厚度方面相差较大。以4盐层为例，宋楼预查区钻孔揭露厚度最大为12.31 m[5]，丰县矿区、砀山矿区、单县矿区分别厚9.32，3.30，2.20 m，厚度远小于宋楼预查区，甚至沛县矿区未发现4盐层。单就黄口凹陷来说，从砀山矿区、单县矿区、沛县矿区分别到宋楼预查区，盐层厚度都呈现逐渐递增的规律。这也说明其它3个矿区都处于黄口凹陷成盐盆地的边部，而宋楼预查区在地理位置上更接近于黄口凹陷东区盐岩矿的沉积中心。

3.3 周边矿区岩盐矿层中K+含量分析

分析了几个矿区内的钻孔化验资料，结果显示：位于丰县矿区西北角(即丰县师砦盆地中心)的ZK12-3、12-4、12-7这3个钻孔的K+含量超过边界品位(边界品位为2.622%，详见表1)。其余几个矿区施工的钻孔未见到K+含量超过边界品位的地层，说明在同一成盐盆地内，K+含量分布呈现从边部到中心递增的规律。

表1 丰县矿区钻孔K+含量统计

因此，可以估计在预测区盆地沉积中心范围内K+含量超过工业品位的可能性较大，其厚度也能超过0.5 m的最小可采厚度。

3.4 相似地层盆地钾盐的形成规律

预测区内钾盐的形成是由大陆水在的陆相盐盆地沉积而成，钾盐在其湖水蒸发到末期才能大量地结晶出来。以海水为例，当海水蒸至12%～13%盐度的时候开始沉积石膏，当海水蒸发至27.5%盐度的时候开始大量沉积石盐，当海水蒸发至33%盐度的时候才开始沉积高溶解度的钾盐。因此，通常钾盐沉积的体积只有石盐体积的十分之几至几十分之一，换言之，钾盐矿的共生矿产一般是厚层石盐矿。以山东省大汶口含盐盆地的钾盐矿作为典型范例，320 km2的盆地平面上呈环带状发布，边缘为石膏和硬石膏沉积，面积220 km2；往盆地中心依次沉积有石盐、杂卤石、钙芒硝—石盐，石盐沉积面积50 km2；近中心为钠镁盐，沉积面积20 km2；盆地中心钾镁盐面积约3 km2。其沉积剖面见图3[6]。

丰县大沙河地区含盐盆地可与山东大汶口盆地、丰县师砦盆地比较，有相类似的构造环境，较丰富的K+离子物源供给，干旱的气候，封闭—半封闭的水文地质条件，在丰县大沙河含盐地区中有汇集浓缩卤水的次级构造和凹地，主要是宋楼次凹陷。且盆地的面积在江苏省范围内就达720 km2，是山东大汶口盆地面积的2倍，远大于30 km2的丰县师砦盆地。

图3 山东大汶口含盐盆地剖面

综上所述，盆地内钾盐品位和厚度的分布规律呈现从边部到中心逐渐递增的特点，在丰县师砦矿区的西北部，钾盐的品位已超过边界品位，进一步佐证了预测区内成盐盆地中心宋楼次凹陷特别是该次凹陷的西北部块段是下步勘查钾盐矿的重点区块。这里需要说明的是，丰县师砦矿区西北部所施工的钻孔离丰嘉断层尚有2 km的空白区也是下步勘查钾盐矿的重点区块。

4 结 语

本文通过对丰县大沙河地区断陷盆地的地层、物质来源等方面的分析，认为该预测区范围较大，沉积环境比较适合钾盐的沉积，且在周边发现常与钾盐共生的厚度较大的石盐层。同时通过对比邻近矿区发现的石盐矿层情况，得出预测区盆地中心宋楼次凹陷是下步钾盐矿勘查重点区块的结论。预测区如果发现储量可观的钾盐矿产，那么该项发现不仅可以缓解中国钾肥紧张的现状，而且也可为江苏北部乃至我国东部地区相类似断陷盆地寻找钾盐矿的突破提供理论依据和现实示范。