剛果布谷馬西礦區鉀鹽礦北部礦段鹽類沉積缺失淺析

岳偉佳，欒元滇，周興濤

(山東省地質礦產勘查開發局八〇一水文地質工程地質大隊，山東 濟南 250014)

0 引言

布谷馬西地區鉀鹽礦位于剛果共和國西部沿海一帶,大地構造屬剛果盆地中部黑角次級盆地[1-4]。該區地下鉀鹽資源極其豐富，多國在此區針對鉀鹽礦開展了地質勘查，霍利(Holle)、麥戈(Mengo)、新圖庫拉(Sintoukola)、布谷馬西(Mboukoumassi)等多處鉀鹽礦。筆者在布谷馬西地(1)剛果共和國奎盧省布谷馬西礦區南部礦段鉀鹽礦勘探報告，山東省地礦工程勘察院，2015年。(2)剛果共和國奎盧省布谷馬西礦區北部礦段鉀鹽礦普查報告，山東省地礦工程勘察院，2015年。綜合分析，發現該礦區南北礦段Ⅲ，Ⅳ巖性段鉀鹽礦沉積有一定差異，認為北部礦段Ⅲ，Ⅳ巖性段存在沉積缺失。

1 區域地質特征

布谷馬西礦區位于剛果成鹽盆地中部。根據區域地質資料和鉆探揭露，該區基底為元古界，上覆地層由老到新依次為白堊系、新近系、第四系(圖1)。

其中白堊系為該區鉀鹽礦含礦層位，厚度巨大，一般大于3000m。礦區為斷陷盆地，鹽類礦產形成后，構造活動主要以沉降為主，局部發育小的斷層、褶皺、層間柔皺及溶腔等；東部馬永背山一帶褶皺、斷裂構造發育。區域巖漿巖主要分布于東部，巖性主要為中細粒花崗巖，呈小巖株狀。

根據鹽類礦層分布特征，布谷馬西鉀鹽礦床以奎盧河為界分為南部、北部2個礦段，北部礦段位于剛果盆地偏北部，靠近馬永背山一帶，南部礦段位于剛果盆地偏中部(圖2)。

2 礦區地質特征

依據巖石組合特征和沉積建造，該區白堊系自下而上可劃分為3部分：下部陸相沉積層、中部瀉湖相鹽類沉積層、上部海相沉積層[5]；其中中部瀉湖相鹽類沉積層根據瀝青層和溢晶石層，南部礦段可劃分為4個巖性段8個沉積旋回，北部礦段可劃分為3個巖性帶6個沉積旋回(圖3)[6-10]。

1—第四紀全新統；2—新近紀-第四紀更新統；3—白堊系；4—新元古界；5—中元古界；6—古元古界；7—花崗巖；8—地質界線；9—斷裂；10—勘查區位置；11：鉆孔位置及編號；12—二維地震剖面線位置及編號圖1 礦區地質圖

1—鹽層頂板等深線(m)；2—勘查區位置；3—北部礦段位置；4—南部礦段位置；5—未遭變動鹽層的大致亞界線；6—國界線；7—鉀鹽礦圖2 剛果盆地推測鹽層頂板等深線圖(魯伊特，1979)

1—第四系；2—新近系；3—白堊系；4—粉砂、砂、黏土質粉砂；5—藍灰色粉砂；6—藍灰色泥質粉砂巖；7—白云質砂巖、白云巖；8—硬石膏巖、石膏礫巖；9—石鹽巖與光鹵石巖互層；10—瀝青頁巖；11—溢晶石巖；12—粉砂巖、泥質粉砂巖、砂巖；13—巖性帶編號；14—旋回編號圖3 礦區南北礦段巖性柱狀對比圖

2.1 鹽類沉積特征

南、北礦段中部瀉湖相鹽類沉積厚度差別較大，但各巖性段沉積特征類似，Ⅰ，Ⅱ巖性段對應性較好，Ⅲ，Ⅳ巖性段差異較大。中部瀉湖相鹽類沉積層是鉀鹽礦的賦礦層位。其上覆為海相沉積，下伏為陸相沉積。

該層巖性總體上呈石鹽巖和光鹵石巖互層，其間夾多層瀝青頁巖，局部發育溢晶石巖。根據鉆孔揭露的巖性特征、鹽類礦物沉積特征、巖石組合特征，以瀝青頁巖(底)、溢晶石巖(頂)為標志層將區內鹽類沉積劃分為8個沉積旋回。在沉積旋回劃分的基礎上，根據巖性組合和鹽層空間分布特征，以穩定連續分布的瀝青頁巖為標志層，每兩個沉積旋回歸并為一個巖性段，共劃分出4個巖性段：Ⅰ巖性段位于鹽類沉積的最下部，包含2個沉積旋回，以中部發育的一層瀝青頁巖為界，下部為第一旋回、上部為第二旋回；Ⅱ巖性段位于鹽類沉積的中下部，包含2個沉積旋回，以中下部發育的一層瀝青頁巖為界，其下為第三旋回，其上為第四旋回；Ⅲ巖性段位于鹽類沉積的中上部，包含2個沉積旋回，以該帶中部發育的一層瀝青頁巖(夾硬石膏巖)為界，下部為第五旋回，上部為第六旋回；Ⅳ巖性段位于鹽類沉積的上部，包含2個沉積旋回，以該帶中部發育的一層厚度較厚的瀝青頁巖為界，其下為第七旋回，其上為第八旋回。南部礦段該帶沉積較完整，發育8個沉積旋回、4個巖性段；與南部礦段對比，北部礦段僅發育6個沉積旋回、3個巖性段，局部發育5個沉積旋回，缺失第七旋回、第八旋回，局部缺失第六旋回。

2.1.1 南部礦段

Ⅲ巖性段位于鹽類沉積的中上部，上覆Ⅳ巖性段，下伏Ⅱ巖性段，均呈整合接觸，其頂板埋深311.12～463.11m，底板埋深525.20～717.80m，厚度204.87～284.99m，平均厚度252.35m。4個巖性段中該帶厚度最大，該帶是主要賦礦層位(圖4)。第五旋回總體呈薄層石鹽巖與薄層光鹵石巖交互沉積，自下而上石鹽巖漸趨變薄，而光鹵石巖漸趨變厚，發育主礦層Ⅲ-1(表1)。第六旋回總體呈3層石鹽巖夾兩層光鹵石巖，巖層厚度大，穩定，發育主礦層Ⅲ-10，Ⅲ-11。

Ⅳ巖性段：該帶位于鹽類沉積的上部，上覆海相沉積層，下伏Ⅲ巖性段，均呈整合接觸。其頂板埋深198.46～285.50m，底板埋深311.12～463.11m，厚度83.69～189.23m，平均厚度131.10m。該帶總體石鹽巖厚度較大，光鹵石厚度較小(圖5)，兩者累計厚度比約為4∶1。第七旋回總體呈中厚層石鹽巖夾薄層光鹵石巖的特征，自下而上，石鹽巖厚度漸趨變薄。光鹵石巖共發育7～8層，厚度普遍較薄，多在0.7～3m，只有中部發育一層厚度10m左右的光鹵石巖，為主礦層Ⅳ-2。第八旋回僅發育一厚層石鹽巖，個別鉆孔頂部發育光鹵石巖層、鉀石鹽層。

1—石鹽巖；2—光鹵石巖；3—瀝青頁巖；4—溢晶石巖；5—主礦層位置及編號圖4 南部礦段Ⅲ巖性段沉積特征

表1 南部礦段Ⅲ，Ⅳ巖性段主礦層特征

2.1.2 北部礦段

Ⅲ巖性段位于鹽類沉積的上部，與上覆海相沉積層呈平行不整合接觸，與下伏Ⅱ巖性段呈整合接觸。頂板埋深259.84～414.21m，底板埋深425.16～465.23m，厚度43.67～194.31m，平均厚度111.13m[11]。其頂部為鉀石鹽型鉀鹽礦層賦礦層位。該段礦區范圍內沉積厚度變化較大，不穩定，總體上呈石鹽巖與光鹵石巖互層沉積，巖性主要為光鹵石巖、石鹽巖，局部發育水氯鎂石巖、鉀石鹽巖、硬石膏巖、粉砂巖。該帶頂板僅有ZK251，ZK311，ZK372，ZK292等4孔發育硬石膏巖，多為石膏礫石，ZK371，ZK252，ZK431等3孔缺失硬石膏層；該段頂部發育3層鉀石鹽型鉀鹽礦層(表2)，部分鉆孔缺失(圖6)；ZK01，ZK251，ZK311，ZK372發育，ZK252，ZK292，ZK371，ZK431缺失。中部發育一層約20m的水氯鎂石巖層，各孔發育厚度不均，多數鉆孔缺失。下部光鹵石巖與石鹽巖呈薄層互層狀，層厚多在2～6m，巖性較雜，KCl含量較低，底部為一層厚度較穩定的10m左右的石鹽巖和6～10m的瀝青頁巖。第五旋回在北部礦段東北部及東部發育不完全，部分缺失。該旋回總體呈石鹽巖與光鹵石巖交互沉積，自下而上石鹽巖漸趨變薄，光鹵石巖漸趨變厚，發育一層厚度較大的鉀石鹽型鉀鹽礦層Ⅲ-3和兩層光鹵石型鉀鹽礦層Ⅲ-1，Ⅲ-2。第六旋回僅在北部礦段的西南部(ZK01，ZK251，ZK311，ZK372)發育。該旋回厚度在北部礦段范圍內差異明顯，自北向南逐漸變厚。巖性自北向南變化同樣明顯，北部ZK372孔僅發育一層16.60m的石鹽巖，中部ZK311孔石鹽巖層厚度達到54.84m并出現0.92m的鉀石鹽質石鹽巖，中南部ZK251，ZK01孔旋回上部出現光鹵石巖和鉀石鹽巖沉積，發育兩層鉀石鹽巖型鉀鹽礦層Ⅲ-4，Ⅲ-5。

1—石鹽巖；2—光鹵石巖；3—瀝青頁巖；4—主礦層位置及編號圖5 南部礦段Ⅳ巖性段沉積特征

表2 北部礦段Ⅲ巖性段主礦層特征

2.2 二維地震特征

由于沉積作用的影響，不同地質層位地震波組反射特征有所不同。研究區白堊紀的鹽系地層表現為石鹽巖與光鹵石巖互層狀。鉀鹽礦石類型為光鹵石型，體重為1.6t/m3，石鹽巖體重為2.1t/m3。由于光鹵石巖和石鹽巖密度差較大，速度差也較大，所以光鹵石巖和石鹽巖的分界面表現為一個強的地震反射界面，可根據地震剖面特征來初步預測主礦層在地震剖面上的連續性[12-14]。依據鉆孔分層，結合地震剖面特征，該次二維地震工作確定7個標定層位：第三系頂界、白堊系頂界、石膏頂界、鹽Ⅳ頂界、鹽Ⅲ頂界、鹽Ⅱ頂界、鹽Ⅰ底界。

南部礦段：L3剖面為南部礦段范圍內施工的一條NW—SE向的聯絡剖面(圖7)，根據剖面特征可見南部礦段礦層連續性較好，礦層厚度大，巖性段較穩定，僅局部發育小的斷裂、溶腔等構造。南部礦段礦層上部連續性較好，在地震剖面上較易識別，下部存在一定差異，礦層下部自南向北埋深變淺，礦層厚度自南向北逐漸變薄[15]。

1—石鹽巖；2—光鹵石巖；3—鉀石鹽巖；4—含瀝青粉砂巖；5—瀝青頁巖；6—溢晶石巖；7—光鹵石型鉀鹽礦層位置及編號；8—鉀石鹽型鉀鹽礦層位置及編號圖6 北部礦段Ⅲ巖性段沉積特征

北部礦段：NL1剖面為北部礦段范圍內施工的一條走向NE—SW向的聯絡剖面(圖8)，根據剖面特征可見北部礦段斷裂、溶腔等構造較發育，特別是北部礦段北部發育多條斷裂，礦層連續性一般。礦層在礦段中部埋深較淺，向南北兩側埋深變深，礦層厚度自南向北逐漸變薄。

通過L3剖面和NL1剖面對比可見，二維地震顯示南部礦段反射波較穩定，連續性好，受構造影響較小；北部礦段反射波較亂，連續性差，受構造影響較大。據二維地震特征顯示北部礦段礦層上部巖性呈斷斷續續狀，明顯受構造活動影響較多。

3 缺失原因分析

根據鉆孔巖性對比分析，布谷馬西礦區南部礦段鹽類沉積較穩定，施工各鉆孔可對比性較強；北部礦段各鉆孔之間差異較大，Ⅲ巖性段上部及Ⅳ巖性段因受不同程度侵蝕，導致Ⅳ巖性段缺失，Ⅲ巖性段厚度變化較大。ZK251沉積厚度最大為194.31m，ZK431厚度最小為43.67m。對于缺失原因，筆者認為，在鹽類沉積完成后，區域上發育有斷層構造，北部礦段位于鹽類沉積盆地的邊部，受構造作用影響較大，而南部礦段受構造作用影響較小，礦層得以完整保存。

區域上南部礦段與北部礦段之間為奎盧河，推測在奎盧河處發育斷層，如在奎盧河附近施工的ZK02孔礦層厚度僅有約165m，遠小于南部礦段的平均厚度550m和北部礦段的平均厚度300m。

礦區內，根據鉆孔資料可見，南部礦段礦層頂板為一層穩定的硬石膏巖，厚度多大于10m，而北部礦段施工的鉆孔中僅在ZK01，ZK251，ZK311，ZK292，ZK372孔中見有硬石膏巖及石膏礫巖分布，且厚度小于10m，在鹽層與頂板接觸部位普遍發育一層灰黑色黏土，多含石膏礫石。

北部礦段鹽類沉積上部在ZK01，ZK251，ZK311，ZK292，ZK372孔處發育鉀石鹽巖，而區內的鉀石鹽巖成因普遍認為是淋濾成因[16]，光鹵石巖經上部飽和的NaCl鹽水淋濾脫鎂形成鉀石鹽巖[17-18]。經過幾百萬年的時間，上部來水通過孔隙或硬石膏層序中的斷裂滲入光鹵石巖層及其下面的鹽層，在滲透率較高的區域或存在構造活動的區域，流入率預計較高。因此認為該區北部礦段硬石膏層及其上部發育裂隙，而此裂隙推斷為受斷裂活動影響。

結合區域、二維地震及鉆孔資料分析認為，北部礦段在白堊紀沉積后期更易受構造作用影響，斷層發育，上部海水與下部鹽類沉積層位貫通，導致鹽類沉積上部出現溶蝕，隨著鹽層溶蝕，上部石膏層、白云巖層出現塌陷，待穩定后繼續接受沉積，造成鹽類沉積上部及局部石膏層位出現沉積缺失。

4 結論

(1)北部礦段受斷裂等構造活動影響較大，鹽類沉積上部斷裂、溶腔等構造較發育，而南部礦段受構造作用影響較小，礦層得以完整保存。斷裂構造是造成南北差異的原因之一，后期進一步勘查和開采時，要注意構造對礦層的影響。

1—第三系頂界；2—白堊系頂界；3—石膏頂界；4—鹽Ⅳ頂界；5—鹽Ⅲ頂界；6—鹽Ⅱ頂界；7—鹽Ⅰ底界；8—斷裂位置及編號；9—二維地震剖面線位置及編號圖7 南部礦段二維地震L3剖面圖

1—第三系頂界；2—白堊系頂界；3—石膏頂界；4—鹽Ⅳ頂界；5—鹽Ⅲ頂界；6—鹽Ⅱ頂界；7—鹽Ⅰ底界；8—斷裂位置及編號；9—二維地震剖面線位置及編號圖8 北部礦段二維地震NL1剖面圖

(2)區域資料對比分析、二維地震及鉆孔資料綜合研究表明，鹽類沉積后期，上部來水沿裂隙向下淋濾溶蝕，使Ⅲ巖性段上部及Ⅳ巖性段被侵蝕，導致部分鉆孔不同程度的缺失Ⅲ巖性段上部及Ⅳ巖性段，也為北部礦段優質鉀石鹽型鉀鹽礦的形成創造了條件。可為下一步在北部礦段尋找優質鉀石鹽型鉀鹽礦提供依據。