马海盐湖深部卤水钾盐勘查与研究进展
焦鹏程1,张建伟2,姚佛军1,赵龙3

(1 中国地质科学院矿产资源研究所 国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室, 北京 100037; 2 青岛大学环境科学与工程学院, 山东 青岛266071; 3 青海中航资源有 限公司, 青海 德令哈817099)

        钾盐是中国紧缺的战略资源矿种。据统计(亓昭英等,2009),2008年,中国钾肥消费量已 高达1300万吨,而生产能力不足400万t,对外依存度达70%;此后,随着罗布泊盐湖钾盐的 开发及青海盐湖扩大产能等,对外依存度有所下降,目前对外依存度仍达50%(邢万里等,2 013)。
        马海盐湖位于柴达木盆地东北部,北起赛什腾山前,南至茶冷口、南八仙,西北至冷湖,东 至马海,面积约3700 km2;受多期构造运动的影响,马海盆地自马海古隆起形成的印支运 动 时期,一直持续受多种构造应力的联合作用(马长玲等,2012;何照等,2016)。马海盐湖 蕴藏丰富的钾盐资源,其中深部卤水KCl资源量5330万t(马金元等,2010)。以往的钾矿 开采主要在地表钾矿层,经过20多年的开发,地表富钾矿石已消耗殆尽。而潜卤水含水层的 持续开采,使潜水位普遍下降,以采卤工程为中心形成覆盖全区的的降落漏斗。2002年至20 09年,水位埋深平均下降了2.43 m,在采卤渠附近地段水位下降超过5 m。一般认 为,马海 盐湖等深度40 m以下的深部承压储层,尽管氯化钾资源量储量巨大,但因其富水性差,属于 “呆矿" ,不具开采价值。 然而,2010年马海盐湖深部钻探(K1,位置参见图1),井深10 0~120 m,单井涌水量可达8000 m3/d,卤水KCl品位大于1.20%,揭示出深部储 层卤水富 钾且水量丰富,显示其深部层卤水开发的良好前景。但对深部承压储层的富水特征、机理等 认识不足,需进一步勘查、研究。
        近年来,参考罗布泊盐湖遥感解译断陷带分布规律(刘成林,2010a)、含水墙成钾模式( 刘成林,2010b),在马海盐湖开 展的遥感地质解译、水文地质物探及钻探、地球化学分析 等工作,在深层储层特征、富钾卤水的赋存规律及构造控矿理论等方面取得了新进展、新成 果。
1矿床特征
        马海盐湖是一个固、液并存的中(大)型盐湖矿。固体钾矿主要分布于矿区北部,目前在20 m深度范围内,固体KCl平均品位在5%~8%的资源储量为137.4万t,开采的保有资源储量总 计841.06万t;卤水钾矿5层,包括1个潜卤水层和4个承压卤水层,潜卤水层岩性为化学沉 积 的含粉砂(黏土)的石盐,厚度1.61~14.78 m,富水性强,矿化度308.20~416.84 g/ L, 水化学类型属硫酸镁亚型水,局部为氯化物型水。承压卤水(即本文所述深层卤水)主要有 4层(编号WⅡ~WⅤ),其特征见表1。
2遥感地质解译
利用高精度、高分辨率、多尺度光学遥感(WorldView2、ASTER、ETM)与雷达遥感(PALSAR )相结合,实现盐湖区1∶5万和1∶1万比例尺的多层次“立体”探测。 
表 1马海盐湖承压(深层)卤水层特征    
图 1马海盐湖物探剖面及探测构造    
         综合利用光线遥感和PALSAR雷达遥感L波段的穿透性、断裂线性及其回波弱于周围岩体的特 征、不同时段的干涉雷达图像等,重点对构造及隐伏构造进行探测。如阻水断裂,遥感影像 显示暗色线性特征,断裂两侧植被形态和地形特征也具有明显的差别:一侧植被发育,说明 地下水水质较淡,水量相对丰富,另一侧没有植被,地下水为富钾卤水。
从解译结果来看(图2),主要断裂15条,呈北西向断裂和北东向断裂共轭展布,2组压性断 裂(F7、F9等)控制马海盐湖钾盐富集区,受其影响,形成了断裂坳陷区,即张性断裂区域 (F10、F11、F12等),目前出水量较大的钻井与该断裂系有密切关系。根据构造几何形态 分析,推测北西向的为张性断裂,为主要的富钾卤水构造带。
3地面地球物理探测
        在马海盐湖采用音频大地电磁法(EH4)、地震法、重力法、地质雷达法、核磁共振法等物 探技术方法,基于区域构造和富卤带控制规律(黄华等,2014),实施了先导性试验勘查, 取得了较好的效果。
通过 EH-4 勘查分析了控水构造和储卤层分布状况, 显示有3条近于平行的张性构造带穿 过矿区; 地震剖面表现出含水构造的弹性波振幅、 频率和相位的明显差异; 高精度重 力探测表明矿区上下层之间的继承性很好。 物探推测出4条富水断裂 (图2)。
4储层物性分析
        马海ZKT1钻孔的地层岩性主要有石盐、黏土、粉细砂、石膏,总体来看,黏土、粉细砂层与 石盐层交替出现,其中石盐层在钻孔的上、中、下均有出现,且在27~68 m和107~127 m两 个层段出现了纯石盐层,其他层段石盐层均含有少量黏土、石膏、粉细砂等。
孔隙度是储层评价的重要参数之一。笔者根据 ZKT1孔20件岩芯物性实测数据发现(图3):孔隙
图 2马海盐湖遥感构造解译结果    
图 3马海盐湖ZKT1孔孔隙度、给水度随深度的    
    变化规律度最大为17.13%,最小为13.08%,平均为14.67%;深部(40 m以下)层段孔隙度均 大于13%(最大值15.89%),给水度大于6.39%(最大值13.72%),揭示出ZKT1孔深部储 层有利于富钾卤水的储集与运移,富水性好。
5构造控矿模式与开发前景
        通常将沉积盆地沉降中心和蒸发浓缩中心(石盐沉积厚度最大)确定为富钾卤水的找矿靶区 ,即寻找沉降中心较厚的晶间含水层,其储卤模式为“水平层状储卤”模式。通过遥感、物 探、地球化学等研究,笔者提出了马海盐湖深部承压富钾卤水存在另一种赋存模式——陡倾 集水廊道储卤模式,即区域条带深层构造控水模式。“陡倾集水廊道储卤模式 ”与“水平层 状储卤模式”相比的优势在于:陡倾集水廊道(断裂带)孔隙度大、能够储集相当的水量, 既是集水空间,又是导水通道,其综合功能更接近于盐湖开 采工程系统中的采卤渠,是天然的“采卤渠”,能大大 提高给水的能力,有效解决深部卤水开发“两低一难”(低孔隙度、 低渗透率、难开发利用)问题。
马海深部承压卤水具有KCl品位高(>1.0%)、埋藏浅(<150 m)等特征,且资源丰富, 盐 田日晒条件好、提钾工艺成熟。应用构造控矿理论,探测构造发育规律,圈定富水性,预测 可采资源量为3.14×104 m3/d。
6结论
通过在马海盐湖开展遥感地质解译、水文地质物探及钻探、地球化学分析等工作,基本查明 构造分布规律,综合研究认为,马海钾矿区深部承压卤水富集受到张性构造带的控制作用。 
基于马海盐湖的找矿实践,提出了“陡倾集水廊道储卤模式”,也是深部卤水可开资源的主 要赋存模式,涌水量通常很大,应作为马海盐湖深部富钾卤水勘查和开发优先考虑的方向。
参考文献
     何照, 张西营, 黄聿铭, 马海州, 李永寿, 苗卫良. 2016. 柴达木盆地北部新生代 构造运动及其对盐湖演化的影响[J]. 盐湖研究, 24(1): 1_7.
     黄华, 刘成林, 张士万, 徐海明, 叶建中, 王春连, 彭伟, 文辉. 2014. 深层富钾卤水的地 球物理探测技术及应用——以江陵凹陷为例[J]. 矿床地质, 33(5): 1101_1107.
     刘成林, 焦鹏程, 王弭力. 2010a. 盆地钾盐找矿模型探讨[J]. 矿床地质, 29(4): 581_5 92.
     刘成林, 焦鹏程, 陈永志, 王弭力. 2010b. 罗布泊断陷带内形成富钾卤水机理研究[J]. 矿床地质, 29(4): 602_608.
     马长玲, 李科. 2012. 柴北缘马海古隆起形成机制数值模拟分析[J]. 中国煤炭地质, 24( 8): 12_15.
     马金元, 胡生忠, 田向东. 2010. 柴达木盆地马海钾盐矿床沉积环境与开发[J]. 盐湖研 究, (3): 9_17.
     亓昭英, 马金元. 2009. 我国一次钾肥的生产现状与未来展望[J]. 磷肥与复肥, 24(1): 13_17.
     邢万里, 陈其慎. 2013. 中国钾资源安全分析[J]. 中国矿业, 22(12): 11_14.