破解小陸塊成鉀難題　為實(shí)現(xiàn)國家鉀鹽資源戰(zhàn)略目標(biāo)服務(wù)——973計(jì)劃項(xiàng)目“中國陸塊海相成鉀規(guī)律及預(yù)測研究”取得重要進(jìn)展

鉀鹽被列為我國七大緊缺大宗礦產(chǎn)資源之一，長時間內(nèi)對外依存度高達(dá)70%。目前我國鉀鹽探明儲量占世界2%，但消費(fèi)量占世界鉀肥產(chǎn)量的1/4。經(jīng)過半個多世紀(jì)的努力，如今已基本查清第四紀(jì)陸相鉀鹽資源與成鉀規(guī)律，并在柴達(dá)木盆地和羅布泊找到具有大規(guī)模開采價值的鉀鹽礦（資源量9.9億噸），但它們的服務(wù)年限僅20～30年，古代海相鉀鹽找礦至今沒有取得重大突破。

中國大陸主要由多個小陸塊及其間的造山帶鑲嵌而成。從古生代開始，這些陸塊經(jīng)歷了多期次離散、拼合構(gòu)造旋回。這種由活動的小陸塊組成的構(gòu)造背景決定了我國古代海相蒸發(fā)盆地成鹽成鉀的特殊性和復(fù)雜性，其找鉀難度較大，形成了我國古代海相蒸發(fā)巖沉積多類型、多區(qū)域的復(fù)雜分布格局，這是我國海相找鉀長期以來沒有取得突破的重要原因之一。盡管我國海盆與國外巨型海盆成鉀條件差異較大，但我國海相蒸發(fā)巖地質(zhì)時代分布較廣，具有多期持續(xù)蒸發(fā)條件，并且很多地層發(fā)現(xiàn)成鉀顯示，已勘探出小型固體鉀鹽礦床，表明上述構(gòu)造背景下海相盆地也具有較好的成鉀潛力。

為了破解“中國小陸塊成鉀”的難題，973計(jì)劃項(xiàng)目“中國陸塊海相成鉀規(guī)律及預(yù)測研究”針對中國不同構(gòu)造背景海相成鹽成鉀盆地，重點(diǎn)選擇鄂爾多斯盆地奧陶系、四川盆地三疊系、羌塘盆地侏羅系、蘭坪–思茅盆地白堊系等進(jìn)行詳細(xì)剖析，并與國外典型海相鉀鹽礦床對比，按照物源–干旱蒸發(fā)濃縮–盆地構(gòu)造分隔、遷移–鹵水聚集就位–成巖改造、保存這一成鉀規(guī)律與靶區(qū)預(yù)測的總體思路，多學(xué)科結(jié)合，查明不同構(gòu)造背景盆地成鹽成鉀規(guī)律，揭示各類盆地鉀鹽大規(guī)模成礦的控制因素與機(jī)制，構(gòu)建我國海相盆地鉀鹽成礦理論框架，建立海相鉀鹽礦產(chǎn)預(yù)測標(biāo)志、預(yù)測理論和隱伏礦層探測方法；預(yù)測找鉀戰(zhàn)略靶區(qū)，圈定有利的鉀鹽富礦帶，指導(dǎo)勘查，實(shí)現(xiàn)海相找鉀突破。

“中國陸塊海相成鉀規(guī)律及預(yù)測研究”項(xiàng)目于2011年1月正式啟動，預(yù)計(jì)2015年12月完成，項(xiàng)目承擔(dān)單位有：中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所、中科院青藏高原研究所、中石油勘探開發(fā)研究院、中科院青海鹽湖所、中國地質(zhì)大學(xué)（北京）、西南石油大學(xué)、中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)研究所、中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)綜合利用研究所。項(xiàng)目設(shè)立7個課題，分別是：（1）鄂爾多斯奧陶紀(jì)古陸表海盆成鉀條件、機(jī)理和后期演化；（2）四川三疊紀(jì)古特提斯海盆成鉀條件、機(jī)理和后期演化；（3）羌塘侏羅紀(jì)新特提斯海盆成鉀條件、遠(yuǎn)景和后期變化；（4）蘭坪–思茅中新生代殘留盆地成鉀條件、機(jī)理和后期演化；（5）隱伏固／液相鉀鹽礦床賦存特征、后期改造及探測方法；（6）中國陸塊漂移與干旱–　極端干旱氣候事件及其對成鉀控制；（7）成鉀規(guī)律綜合研究、資源預(yù)測指標(biāo)體系與戰(zhàn)略靶區(qū)預(yù)測。經(jīng)過近4年的科研攻關(guān)，取得主要成果如下：

1 中國小陸塊漂移演化進(jìn)展

基本查清我國主要陸塊來源及離散歷史、成鹽成鉀時期所處的古緯度與氣候帶的關(guān)系（圖1），揭示主要海相成鉀期與板塊漂移和亞熱帶干旱帶的耦合密切相關(guān)。首次揭示羌塘陸塊漂移與旋轉(zhuǎn)特征；高精度磁性地層測量獲得蘭坪-思茅盆地勐野井組鉀鹽層形成時的古緯度為北緯18.5°，揭示鉀鹽礦床形成時位于北副熱帶高壓帶內(nèi)形成。

2 小陸塊海相成鉀條件研究進(jìn)展

2.1　建立了鄂爾多斯盆地西緣、東緣和南緣奧陶系代表性剖面的牙形石生物地層序列（圖2）。所建立的牙形石帶可以很好的與國內(nèi)代表性地區(qū)華北、華南和塔里木進(jìn)行對比，也可以與世界上兩大牙形石生物地理分區(qū)北美中大陸區(qū)和美大西洋區(qū)進(jìn)行對比，為盆地的地質(zhì)演化提供精確可靠的等時地層格架。

2.2　獲得了羌塘盆地雁石坪剖面索瓦組磁性地層年代序列(157-161Ma)，其干旱氣候期與中亞盆地晚侏羅世成鉀期一致。為進(jìn)一步確定羌塘盆地侏羅紀(jì)含膏鹽層系高精度高分辨率磁性地層年代序列奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)（圖3）。

2.3　通過蘭坪-思茅盆地勐野井組含鹽地層系統(tǒng)古地磁分析，以及孢粉年代學(xué)制約，初步確定了勐野井組的年代為白堊紀(jì)中晚期，結(jié)合該組地層火山凝灰?guī)r鋯石年齡測定100-110Ma（圖4）,確定勐野井組地層為白堊紀(jì)Albian期-Cenomanian期。初步建立了蘭坪-思茅盆地成鹽成鉀時期的極端干旱氣候事件序列（圖5），確定了最佳成鹽成鉀期，其成鉀期與呵叻盆地成鉀期基本一致。

2.4　結(jié)合巖石學(xué)、碎屑地球化學(xué)和碎屑鋯石年代學(xué)分析，提出思茅盆地勐野井組主要有兩個物源區(qū)，其一為揚(yáng)子地塊的再旋回沉積物，其二為哀牢山和臨滄的巖漿巖。根據(jù)前人古水流數(shù)據(jù)、古地磁結(jié)果，結(jié)合物源分析，基本可以推斷在印度–歐亞大陸碰撞擠出之前，思茅盆地與坷叻盆地位置比較鄰近，并且思茅盆地位于坷叻盆地的西側(cè)，新特提斯的海侵使得兩個盆地溝通。

3 成鉀模式研究進(jìn)展

3.1　揭示了全球板塊運(yùn)動控制表生成鉀的演變規(guī)律，即，古生代時期，地球表生成鉀環(huán)境主要為克拉通大型坳陷陸表海盆地，盆地面積巨大；到了中生代時期，主要為特提斯海域陸表海盆地成鉀，盆地面明顯變小；中新生代時期，主要為大陸裂谷型海相及非海相成鉀，屬于小盆地成鉀。

3.2　提出了中國海相盆地“時間窗-極旱事件成鉀”模式（圖8）：基于中國鹽盆沉積韻律非常發(fā)育，這一困擾中國古代海找鉀的重大理論問題，系統(tǒng)研究世界鉀鹽形成規(guī)律和中國海相蒸發(fā)沉積特征，提出了“短期極旱成鉀”，即地質(zhì)歷史時期內(nèi)，如果在一般干旱期內(nèi)出現(xiàn)短期的極端干旱事件即“成鉀時間窗”，可以促使古鹽湖強(qiáng)烈持續(xù)蒸發(fā)濃縮，鉀鹽快速析出沉積成礦。

3.3　系統(tǒng)總結(jié)了裂谷盆地成鉀特征，提出裂谷成鉀模式（圖9，10）。裂谷成鉀過程可分解為“兩個階段”以及“三個成鉀作用過程”。具體來說，第一階段是地表鹽湖–太陽能作用階段，第二階段是埋藏–巖漿熱能作用。三個成鉀作用過程分別是蒸發(fā)沉積、沉積淋濾以及變質(zhì)–改造。固體鉀鹽形成過程如下：（1）裂谷發(fā)育早期，地殼開始裂開、斷陷沉降，為陸相碎屑巖沉積；（2）中期，裂谷凹陷持續(xù)沉降， 湖面大多低于海平面，海水侵入；同時火山大量噴發(fā)，溫?zé)崛�發(fā)育，帶來大量深源物質(zhì)補(bǔ)給。由于氣候干旱–極端干旱，導(dǎo)致鹽湖發(fā)育。（3）裂谷后期，古鹽湖開始淡化，出現(xiàn)石膏和碳酸鹽巖沉積，形成鉀鹽蓋層，盆地重新開始陸相碎屑巖沉積，或者裂谷進(jìn)一步裂開，轉(zhuǎn)變?yōu)榇笱螅�結(jié)束蒸發(fā)巖沉積。

4 隱伏鉀鹽探測技術(shù)

初步建立了四川盆地固液相鉀鹽地震識別方法。充分結(jié)合四川三疊紀(jì)古特提斯海盆鉀鹽鹵水儲層碳酸鹽巖縫洞型儲層構(gòu)造和沉積以及裂縫發(fā)育等地質(zhì)特征，建立地質(zhì)模型與地震響應(yīng)模型，進(jìn)行縫洞型儲層地震響應(yīng)特征正演模擬分析。

5 鉀鹽資源評價理論及成果應(yīng)用

5.1　建立蘭坪–思茅盆地勐野井鉀鹽沉積礦床三維地質(zhì)模型及資源預(yù)測模型，預(yù)測蘭坪–思茅盆地未探明鉀鹽氯化鉀資源量1.98億噸。

5.2　基于裂谷成鉀模式指導(dǎo)，在江陵凹陷開展找鉀勘查，獲得深層富鉀鹵水氯化鉀預(yù)測資源量2億噸。