泰安市大汶口盆地巖鹽沉積相區(qū)探析

張樹(shù)淇,郝瑞娥,王浩

(中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 泰安　271000)

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泰安市大汶口盆地巖鹽沉積相區(qū)探析

張樹(shù)淇,郝瑞娥,王浩

(中化地質(zhì)礦山總局山東地質(zhì)勘查院，山東 泰安271000)

東向洼地是位于大汶口凹陷西部的構(gòu)造洼地，有利的構(gòu)造條件、古氣候古地理?xiàng)l件、周邊豐富的物源，形成了盆地內(nèi)的巖鹽礦床。區(qū)域構(gòu)造演化，造成洼地內(nèi)構(gòu)造沉積幅度、鹵水濃度差異，從而巖鹽沉積相也有了一定的演化，主要趨勢(shì)為沉積中心自沉積中心自東向洼地西北部沿走向SWW向向洼地中西部轉(zhuǎn)移，沉積厚度也隨之變化。

巖鹽；沉積相區(qū)；大汶口盆地；泰安市

引文格式：張樹(shù)淇,郝瑞娥,王浩.泰安市大汶口盆地巖鹽沉積相區(qū)探析[J].山東國(guó)土資源，2015，31(9)：26-29.ZHANG Shuqi，HAO Rui'e，WANG Hao.Primary Analysis on Rock Salt Sedimentary Facies Area of Dawenkou Basin in Tai'an City[J].Shandong Land and Resources,2015，31(9)：26-29.

大汶口盆地位于大汶口-蒙陰斷陷西端，盆地內(nèi)部及周邊構(gòu)造切割盆地，其不均衡活動(dòng)形成了盆地內(nèi)的次級(jí)凸起和洼地。其中，東向洼地由于沉積幅度較大，沉積了巨厚的大汶口組二段，內(nèi)部賦存了巨厚的巖鹽礦層。

1　盆地特征

1.1地層

大汶口盆地位于汶口凹陷西部，其形成主要受構(gòu)造影響，面積約320km2。內(nèi)部共生礦產(chǎn)巖鹽礦、石膏礦、鉀鹽礦、自然硫等，其中以巖鹽、石膏為主，目前累計(jì)查明巖鹽礦75億t[1]。

盆地內(nèi)地層自盆地外側(cè)到內(nèi)側(cè)由老到新依次為新太古代泰山巖群、寒武--奧陶系、石炭--二疊系、古近系、新近系、第四系。其中古近紀(jì)官莊群大汶口組為一套河湖相碎屑巖--化學(xué)巖-碎屑巖沉積建造[2]，分為3段，其巖鹽賦存于大汶口組二段中，主要為灰色巨厚層泥灰?guī)r(部分為含白云質(zhì)泥灰?guī)r--泥質(zhì)白云巖)、蒸發(fā)巖沉積。該段在盆地中發(fā)育廣泛，沉積厚度>1000 m，沉積時(shí)代為始新--早漸新世。

1.2構(gòu)造

大汶口盆地位于大汶口-蒙陰斷陷西端，是區(qū)域上受構(gòu)造控制的箕狀斷陷地。該盆地與周邊的汶東凹陷、蒙陰凹陷、泰萊凹陷受斷裂構(gòu)造控制既分割又相通。盆地周邊有南留弧形斷裂(包含南留斷層Fn、故縣店斷層Fg、王莊斷層Fw)，盆地內(nèi)部有NW--NWW向、NNE向2組同生斷層，同生斷層切割了盆地，其不均衡活動(dòng)改造著盆地的生成和發(fā)展，形成了盆地內(nèi)的凸起和洼地，根據(jù)大汶口地區(qū)剩余重力異常分布和地震資料及地層展布特征，盆地內(nèi)共劃出6個(gè)構(gòu)造洼地和1個(gè)基巖隆起①(圖1)。

圖1　汶口盆地構(gòu)造及沉積巖相圖

其中，東向洼地由F2,F3,F4,Fg斷層分割形成;沉降幅度最大、形成的洼地最深，沉降過(guò)程中鹵水向該洼地聚集，封閉良好的東向洼地為鹽類的聚集和保存形成提供了良好場(chǎng)所，形成了多層巖鹽及其他巖類沉積，是巖鹽沉積的主要區(qū)域。

2　礦層特征

大汶口巖鹽礦床是山間斷陷湖盆地化學(xué)沉積礦床，受控Fg,F2,F3和F4斷層控制形成于東向洼地內(nèi)。巖鹽沉積相其平面上呈蠶繭狀，長(zhǎng)軸方向?yàn)镹WW向，長(zhǎng)約11.5 km，寬3～5 km，面積約40～50 km2，在空間上整個(gè)含鹽段似一個(gè)向N緩傾的巨大透鏡體，累計(jì)查明巖鹽礦資源量75 t。

礦床賦存于古近紀(jì)官莊群大汶口組二段中，礦帶頂板埋深671.20～1 470.24 m，底界埋深687.85～1731.44 m，礦帶厚67.15～345.10 m，總體為中部厚，周邊薄。礦層呈單斜層狀，延伸穩(wěn)定，產(chǎn)狀與賦礦地層基本一致，走向NEE，傾向305°～345°，傾角4°～11°。已查明巖鹽礦層共計(jì)32層，自下而上依次統(tǒng)一編號(hào)。礦層單層厚度0.30～16.53 m，各礦層厚度變化一般均勻--較均勻，單層品位變化一般均勻，均為簡(jiǎn)單類型。

3　巖鹽沉積相特征

3.1蒸發(fā)鹽韻律的劃分

大汶口盆地內(nèi)大汶口組二段上部為一個(gè)完成的沉積旋回，是鹵水由淡化--濃縮--淡化含鹽沉積旋回組成，共分為5個(gè)巖性段，自上而下為鹽上泥灰?guī)r段、鹽上膏層段、含鹽段、鹽下膏層段和雜色粘土巖段，其中蒸發(fā)鹽為中間的鹽上膏層段、含鹽段、鹽下膏層段3個(gè)巖性段[3]。根據(jù)盆地水平方向和垂直方向上的巖相變化，將盆地內(nèi)蒸發(fā)巖在水平方向上劃分為膏鹽相區(qū)、巖鹽相區(qū)、鈉鎂鹽相區(qū)、鉀鎂鹽相區(qū)共計(jì)4個(gè)相區(qū)(圖1)。巖鹽相區(qū)位于膏巖相區(qū)內(nèi)側(cè)，垂向上夾于上下膏巖段之間。主要分布在東向洼地內(nèi)，在含鹽系內(nèi)夾硬石膏和泥灰?guī)r等淡化層。根據(jù)成鹽期不同階段和不同的鹽類組合，可將整個(gè)蒸發(fā)鹽韻律劃分9個(gè)Ⅱ級(jí)韻律，其中含鹽系為4個(gè)，分別為Ⅱ1-1，Ⅱ2-1，Ⅱ2-2，Ⅱ2-3。其Ⅱ級(jí)韻律段對(duì)應(yīng)的含鹽層分別為：Ⅱ1-1為1～10鹽層，Ⅱ2-1為11～15鹽層，Ⅱ2-2為16～24鹽層，Ⅱ2-3為25～32鹽層。

3.2巖鹽相演變

巖鹽相區(qū)展布于大汶口凹陷的東向洼地內(nèi)，分布面積約50.12km2，其中巖鹽礦資源量估算面積約36.44km2。其平面呈似蠶繭狀，空間展布似透鏡狀，其中北部較陡立，鉆孔揭露的最大沉積厚度為186.71m，其沉積中心為ZK6，ZK8和肥鉀3處(圖2)。

以盆地內(nèi)32個(gè)見(jiàn)鹽勘查孔為基礎(chǔ)，對(duì)4個(gè)Ⅱ級(jí)韻律段，進(jìn)行巖鹽相平面、空間形成和演變過(guò)程進(jìn)行分析。

圖2　大汶口盆地巖鹽沉積等厚線圖

Ⅱ1-1韻律段：沉積相平面展布面積為41.90 km2，鉆孔揭露的最大沉積厚度為60.81 m，沉積中心位于東向洼地東北部的ZK6905孔附近，沉積等厚線圖顯示沉積相在東北部較陡立，西南部較緩，整體呈現(xiàn)貝殼狀(圖3)。

圖3　巖鹽Ⅱ1-1沉積韻律等厚線圖

Ⅱ2-1韻律段：沉積相平面展布面積為41.42 km2，鉆孔揭露的最大沉積厚度為60.71 m，沉積中心位于東向洼地中南部的ZK203孔附近，沉積等厚線圖顯示空間上沉積相在東北部、西南部較陡立(圖4)。

圖4　巖鹽Ⅱ2-1沉積韻律等厚線圖

Ⅱ2-2韻律段：沉積相平面展布面積為42.13 km2，鉆孔揭露的最大沉積厚度為44.37 m(ZK8)，沉積中心位于東向洼地中部的ZK8孔附近，沉積等厚線圖顯示空間上沉積相呈較平緩的山丘狀，西部稍陡(圖5)。

圖5　巖鹽Ⅱ2-2沉積韻律等厚線圖

Ⅱ2-3韻律段：沉積相平面展布面積為30.47 km2，鉆孔揭露的最大沉積厚度為87.46 m，沉積中心位于東向洼地中西部的肥鉀3孔附近，沉積等厚線圖顯示空間上沉積相在西部較陡立，東部較緩，整體呈現(xiàn)桃核狀(圖6)。

圖6　巖鹽Ⅱ2-3沉積韻律等厚線圖

綜合分析，大汶口盆地巖鹽沉積初期東北部較西南部巖鹽沉積厚度大，隨沉積地質(zhì)環(huán)境改變，沉積中心自東向洼地西北部沿SWW向向洼地中西部轉(zhuǎn)移，沉積厚度也沿SWW向逐漸增大。

4　影響因素分析

大汶口盆地空間形態(tài)主要是由南留弧形斷裂所控制，盆地內(nèi)斷裂構(gòu)造對(duì)礦床起著明顯的控制作用。與盆地相通的相鄰汶蒙凹陷、凹陷周邊巖體風(fēng)化為盆地提供了較好的物源補(bǔ)給條件，盆地內(nèi)東向洼地由F2,F3,F4,Fg斷層分割形成并由其所圍限;由于其沉降幅度最大，形成洼地最深，近而導(dǎo)致了在沉降過(guò)程中鹵水自大西牛洼地沿F3斷裂向該洼地蛇曲狀匯入聚集。因巖鹽沉積旋回中汶蒙凹陷區(qū)域構(gòu)造格局、洼地構(gòu)造背景、古氣候條件、洼地中鹵水濃度不同，影響到巖鹽相的沉積形態(tài)。主要分析如下：

區(qū)域構(gòu)造格局：受燕山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)繼承改造，魯西地區(qū)形成由NE--NNE向、NW--NNW向斷裂控制的凸起、凹陷斷塊組成的汶蒙凹陷帶。燕山運(yùn)動(dòng)的差異性升降活動(dòng)，使斷塊南東方向應(yīng)力集中，北西方向應(yīng)力變?nèi)酰虼伺璧啬蠔|方向狹窄古近系沉積厚度薄，北西方向開(kāi)闊，古近系沉積厚度大[3]。汶口凹陷位于汶蒙凹陷帶的北西端，得益于區(qū)域構(gòu)造格架，其古近系沉積厚度在汶蒙凹陷帶中最大。

盆地構(gòu)造背景：汶蒙凹陷帶整體沉積趨勢(shì)為由東向西依次下降，區(qū)域上該演化模式對(duì)鹽類物質(zhì)向大汶口盆地遷移創(chuàng)造了有利條件，古近紀(jì)始新--漸新世時(shí)期內(nèi)，其沉積的深度隨時(shí)間由東向西漸漸增大[4]。如大汶口組下部，汶東凹陷沉積了巨厚的紅層，厚達(dá)788 m，汶口及蒙陰凹陷分別為695 m和370 m，大汶口組上部蒙陰凹陷缺失，汶東凹陷790 m，大汶口盆地凹陷高達(dá)930 m，說(shuō)明該期沉積中心整體上自東部向西部轉(zhuǎn)移，直至大汶口凹陷內(nèi)。東向洼地位于汶口凹陷的西部，其沉積整體上也與區(qū)域沉降趨勢(shì)一致，基本上為由東向西依次下降，沉積中心也向西部轉(zhuǎn)移。巖鹽沉積初期，受區(qū)域沉降背景、F3斷層沉降影響，洼地東北部為最深區(qū)域，因此沉積中心位于ZK6905處，東部沉降大，沉積相呈現(xiàn)東部較陡立。巖鹽沉積中沉積幅度自東向西逐漸減小，洼地沉積中心沿SWW向洼地西南部轉(zhuǎn)移，洼地沉積底部逐漸成礦變緩，巖鹽相空間展布逐漸變?yōu)檩^規(guī)則的蠶繭狀。

古氣候條件：根據(jù)雷學(xué)碧通過(guò)大汶口盆地孢粉組合的研究，對(duì)盆地古氣候的恢復(fù)。盆地在中生代侏羅紀(jì)--白堊紀(jì)時(shí)期，屬于陸相干旱氣候條件，沉積了一套紅色碎屑巖為主的陸相地層。到新生代始新世早期，盆地內(nèi)的氣候變得炎熱干燥，干旱燥熱的氣候持續(xù)至更新世晚期。在這種氣候條件下，盆地內(nèi)的鹵水不斷蒸發(fā)，有利于鹽類的蒸發(fā)沉積，隨著濃度加大，鹽類結(jié)晶析出。另外，結(jié)合含鹽系剖面，其中存在多個(gè)淡化層----泥巖、泥灰?guī)r等，其特征是地層薄、具微細(xì)層理且厚度穩(wěn)定，說(shuō)明是在淡化靜水環(huán)境條件下沉積而成，標(biāo)志著在干旱成鹽過(guò)程中，也有幾次相對(duì)潮濕氣候的交替[5]。

至漸新世早期氣候逐漸變潮濕，但有時(shí)又有短暫的干旱氣候，沉積上主要體現(xiàn)為大汶口組三段沉積的薄層蒸發(fā)巖類石膏。鹵水濃度：在自然條件下，鹽類礦物可以通過(guò)水溶液的蒸發(fā)作用而析出，其沉積順序基本上決定于它們的溶解度。鹽類物質(zhì)重量較大，濃度較大的鹵水，一般位于洼地較低區(qū)域。當(dāng)鹵水濃度整體比較高時(shí)，形成結(jié)晶晶體較大、純度高、顏色透明的巨晶晶體。大汶口盆地沉積中心為肥鉀3附近，選擇肥鉀3分析其沉積厚度與鹵水濃度的關(guān)系(圖7)。經(jīng)分析，總體上在巖鹽沉積厚度較大的層位，鹵水濃度較高。

5　工作建議

圖7　肥鉀3孔鹵水濃度與沉積厚度關(guān)系圖

大汶口巖鹽相區(qū)主要受鹵水濃度、構(gòu)造背景的影響空間上呈現(xiàn)透鏡狀。鹵水濃度的不同，不同的氣候條件，同樣對(duì)礦石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造形成一定的影響，高濃度鹵水在干旱燥熱的氣候中形成的顆粒較大，其中在ZK5801、ZK4802孔的局部層位底部發(fā)現(xiàn)有巨晶礦石。其次在洼地的沉降中F3斷層起主要作用，根據(jù)目前工作，在F3斷層外的大西牛洼地中也發(fā)現(xiàn)具一定規(guī)模的巖鹽礦層，對(duì)F3斷層的具體位置及延展產(chǎn)生了質(zhì)疑。因此，在下一步工作中，應(yīng)對(duì)礦石結(jié)構(gòu)、構(gòu)造進(jìn)行詳細(xì)研究，以進(jìn)一步研究巖鹽相的特征，同時(shí)應(yīng)對(duì)F3斷層進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

[1]張樹(shù)淇，李文孟，李慶廣，等.泰安市巖鹽資源開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)工作探析[J].山東國(guó)土資源，2012，28(3)：61-64.

[2]宋紹偉.山東省泰安市大汶口盆地巖鹽礦地質(zhì)特征及開(kāi)發(fā)意義[J].化工礦產(chǎn)地質(zhì)，2009,31(1):19-24.

[3]朱猛.山東省大汶口盆地鹽類礦床的地質(zhì)成因探討[J].山東國(guó)土資源，2015，31(1):27-30.

[4]胡圣君,閻建新,武仁鳴.山東大汶口盆地東向鹽礦簡(jiǎn)介[J].中國(guó)井礦鹽，1990,(5):13-15.

[5]雷學(xué)碧.山東下第三系大汶口組孢粉組合及其地層意義[J].華東石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1984，(1)：42-55.

Primary Analysis on Rock Salt Sedimentary Facies Area of Dawenkou Basin in Tai'an City

ZHANG Shuqi，HAO Rui'e，WANG Hao

(Shandong Geological Prospecting Institute of China Chemical Geology，Shandong Tai'an 271000，China)

Dongxiang depression Is a structural depression located in the west of Dawenkou basin. Favourable structural conditions, ancient climate, geographical conditions, and the surrounding rich source formed rock salt deposit in the basin. Regional tectonic evolution caused sedimentary range and the concentration differences of brine. Thus, rock salt sedimentary facies have a certain evolution. The main tendency is along the direction of SWW from the northwest to the midwest of Dongxiang depression. The sedimentary thickness changes as well.

Rock salt；sedimentary facies; Dawenkou basin; Tai'an city

2015-02-05；

2015-05-23；編輯：王敏

張樹(shù)淇(1964--)，男，河南淇縣人，高級(jí)工程師，主要從事地質(zhì)勘查工作；E-mail：dizhifenyuan@sina.com

P619.21

A

①山東省地質(zhì)礦產(chǎn)局第一地質(zhì)大隊(duì),山東省大汶口盆地鹽類礦床(鉀鹽、巖鹽、石膏)詳查地質(zhì)報(bào)告,1982年。