陜北奧陶紀鹽田成礦條件與地質特征

吳　欣　蔣同昌　李惠娟　趙亞寧　楊文蕙

(1.陜西省地質調查中心；2.陜西煤田地質勘查研究院有限公司)

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陜北奧陶紀鹽田成礦條件與地質特征

吳欣1蔣同昌2李惠娟1趙亞寧2楊文蕙2

(1.陜西省地質調查中心；2.陜西煤田地質勘查研究院有限公司)

摘要以陜北奧陶紀鹽田為研究對象，在綜合分析巖鹽成因機制的基礎上，分別從巖礦的沉積環境、古氣候、巖相古地理條件入手，深入探討了陜北奧陶紀鹽田的成因機制。根據鉆孔資料討論了巖鹽礦賦存的地層及地質構造特征以及石鹽礦床特征，探討了奧陶紀馬家溝期地質運動、氣候變化、海水退進對鹽田沉積的作用，為區內資源勘探開發提供參考。

關鍵詞巖鹽礦成因機制地質構造特征礦床特征沉積作用

陜北地區以其豐富的煤炭、天然氣、鹽等諸多礦產資源而成為國家批準的能源重化工基地，區內石鹽礦床主要產于陜北奧陶紀，是目前我國發現的最大規模的鹽田，巖鹽礦資源量十分豐富，且鹽巖礦分布面積大，北起紅堿淖、西至清澗、南至青陽岔、東至黃河邊，總面積2.5萬km2。區內巖鹽礦含鹽品位高，巖鹽礦層NaCl含量均高于82%，鹽層較厚，平均厚度達到120 m[1-4]。為進一步指導區內資源勘探開發工作，本研究對區內奧陶紀鹽田的成礦條件及地質特征進行詳細分析。

1巖鹽礦成因

1.1沉積環境

陜北奧陶紀鹽田地層隸屬鄂爾多斯盆地，鄂爾多斯盆地位于華北地臺西部。鄂爾多斯盆地在奧陶紀之所以沉積大量的巖鹽礦與其早奧陶世經歷的海進、海退兩大沉積旋回有密切聯系。鄂爾多斯盆地發育形成以前，受坳淵疊加機制的影響，在早古生代前華北地臺西部始終保持沉降，并形成了米脂凹陷，在局限臺地低洼的地區形成了瀉湖，其四周的隆起使之與臺地邊緣形成了半隔離，海水流通不暢。數次大型的地質構造運動造成海水的入侵和退潮，形成了云泥坪、潮上鹽坪和高鹽湖的沉積，為巖鹽礦的沉積提供了封閉或半封閉的沉積環境。

1.2古氣候溫度

巖鹽是海水在強烈的蒸發作用下結晶形成的，而海水中石鹽結晶沉積則需干燥的氣候條件，確保蒸發沉積作用，天氣炎熱、氣溫較高、降水量較少，如此蒸發作用方可強烈。石鹽包裹體及碳酸鹽O同位素測定結果表明，陜北奧陶紀初期的溫度(41 ℃)高于現今的溫度，十分有利于海水的蒸發和巖鹽礦的沉積。而在奧陶紀晚期時溫度較低(10～24 ℃)，但氣候卻為南半球低緯度干旱氣候，因而海水蒸發量仍較大，隨著持續高強度蒸發作用的影響，形成了以米脂凹陷為中心的巨厚層巖鹽礦的大范圍沉積，最終形成了現今的陜北奧陶紀鹽田。

1.3巖相古地理條件

鄂爾多斯盆地中奧陶世從馬家溝一期到馬家溝六期，前后共有4次海退(馬一早期、馬二期、馬四期和馬六期)和4次海進(馬一晚期、馬三期、馬五期和馬六期末)，海進范圍逐漸增大，海退范圍亦逐漸增大。在該大起大落的環境變遷中，形成了馬一、馬三、馬五早期、馬五晚期等4次大的成鹽期和6次聚鹽期，形成了以米脂凹陷為古地理背景的陜北鹽盆。鹽盆的發展具有明顯的繼承性和收縮性，其中心位置基本不變，而鹽盆范圍由小(馬一期)變大(馬三期)再變小(馬五期)。鹽盆從西南向東北方向收縮，而鹽盆的沉降幅度則逐漸增大，馬五期沉降幅度最大，形成上下重疊的6套含鹽層系，疊合面積達4.6萬km2。

2地質構造特征及巖鹽礦沉積過程

奧陶紀巖鹽礦位于鄂爾多斯盆地東緣，地層區劃屬華北地層區、鄂爾多斯地層分區、東勝—子午嶺—延河地層小區，主要為下奧陶系至第四系的沉積，中間缺失下石炭系、泥盆系、志留系和上奧陶系的沉積。地層由老至新依次為奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、新近系、第四系等地層。陜北奧陶紀成鹽盆地鹽系地層為奧陶系中統馬家溝組地層，奧陶系中統馬家溝組地層可分為6個巖層段。奧陶紀馬家溝一段時期，華北地臺海侵開始，氣候炎熱干燥，蒸發量大，海平面較低，海水鹽度較高，且向北有趨高的趨勢，使早奧陶世亮甲山期大片內陸主要萎縮至陜甘寧盆地中央隆起一帶，米脂凹陷出現了早期淺水環境的馬家溝一期沉積。隨著源自東方及南方海水入侵的擴大，馬一段沉積期的部分陸地被海水淹沒，形成了開闊海域，開始了馬家溝二期的沉積，該期為1套開闊臺地相的沉積，此時海水鹽度含量低于一期，盆地中心也向東側發生了偏移，該期為潮下或潮間低能環境，整個鹽湖位于海平面以下。馬家溝三期時賀蘭裂谷的擴張迅猛、劇烈，裂谷肩部位置抬升尤為突出，導致鄂爾多斯盆地西翼地區較陡，而周邊凹陷的盆地下降幅度相對增大，沉積區又成為深坳盆地，此時氣候更為炎熱、干燥，蒸發量急劇增大，海水不斷退縮，含鹽量也不斷提高，巖鹽沉積不斷加厚，形成了蒸發臺地相的膏巖湖沉積。馬家溝四期時期發生了華北地臺最大的海侵，海水不僅從東方和南方入侵，而且西方也有大量海水入侵，使得整個研究區幾乎都被海水覆蓋，此時氣候也發生了變化，較濕熱，海水蒸發量也相對較低，因此海水的含鹽量也急劇降低，導致沉積主要為白云巖和灰巖，膏巖和巖鹽沉積較少，所以該期不利于巖鹽礦的沉積。馬家溝五期米脂膏鹽盆環境再次呈現，但范圍小于馬家溝一期、三期。由于發生了大范圍的海退，海平面降低，許多被淹沒的盆地基底再次發生抬升，氣候又轉為炎熱、干燥型，海水的蒸發量逐漸增大，海水的含鹽量也隨之逐漸增高，又出現了以米脂凹陷為中心的巖鹽礦的沉積時期。由于該期的鹽湖成鹽期較長，因此該期的巖鹽礦的沉積量較大，是鄂爾多斯盆地在馬家溝五期巖鹽礦資源沉積量最大的時期。

陜北奧陶紀馬家溝組沉積巖的巖性變化較大。其中馬家溝一期、三期和五期分別為海退期，氣候相對炎熱、干燥，蒸發量相對較大，海平面下降，有利于巖鹽礦的沉積，膏巖發育也較多。而馬家溝二期、四期為海進期，海水大范圍入侵，氣候較溫濕，所以蒸發量較低，海平面上升，較不利于巖鹽礦的沉積，廣海臺地相的灰巖和白云巖質灰巖較發育。同為利于成鹽的馬家溝一期、三期和五期地理和氣候條件也存在諸多區別：①馬一期時含膏云巖雖然發育面積較大，但厚度不大，所以該期巖鹽礦沉積量并非最大；②馬三期時含膏云巖雖然厚度明顯增大，但發育面積較小，因此巖鹽礦沉積亦非最大；③馬五期含膏云巖范圍明顯小于馬一期和馬三期，但其厚度遠大于馬一期和馬三期，因此馬五期巖鹽礦資源儲量最佳且最大。

陜北奧陶紀馬家溝組是由諸多海侵及海退旋回組成，其中馬家溝一期、三期和五期以臺地蒸發巖相為主；馬家溝二期、四期沉積發育類型為開闊臺地相。鹽盆自身沉降和沉積物補償關系基本平衡，而由于海水注入，帶來的物質成分和數量的變化，引起了化學分異中斷即咸化、淡化的多次重復，形成了厚度較大且完整的碳酸石鹽(灰巖、白云巖)、硫酸石鹽(石膏)、鹵化物(主要為石鹽)的沉積韻律。馬家溝六期又成為開闊海的碳酸石鹽沉積。馬家溝組區域上相當于Ⅲ級沉積旋回，從馬一段至馬六段分為4個IV級沉積旋回和8個次一級V級旋回，其中IV3沉積旋回為區內最重要的成鹽旋回，又可將IV3旋回劃分為4個V級成鹽旋回，即V5～V8。

3石鹽礦床特征

4結語

陜北地區是集石油、天然氣、煤炭、巖鹽礦、油頁巖等各種礦產資源于一體的資源綜合開發基地。區內公路、鐵路交錯發展，交通較方便。區內擁有多條河流，可滿足后續石鹽礦開發時的生活和生產用水需求，電力資源供應也十分充足，為巖鹽礦的勘探開發及其下游化工產品的生產提供了有利保障。陜北奧陶紀巖鹽礦是目前我國發現最大的巖鹽礦，其地層穩定、地質構造簡單，鹽層厚度較大且在區域上變化不大，石鹽礦層純鹽厚度較大，總純鹽厚度約40m，石鹽礦層NaCl含量也較高(高于83%)。陜北奧陶紀鹽田的成礦條件、地質特征分析表明，區內奧陶紀巖鹽礦的勘探開發及綜合利用對于陜北地區礦產資源的優化配置具有重要意義。

參考文獻

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[2]陳西文，袁鶴然.陜北奧陶紀鹽盆的區域成礦地質條件分析[M].北京：地質出版社，2010.

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(收稿日期2015-03-02)

吳欣(1979—)，女，工程師，710068 陜西省西安市。