四川盆地三叠纪成盐环境、成钾条件及成因机制

摘要

钾盐是保障国家经济稳定、战略安全的重要紧缺资源，我国已探明钾盐资源相对13亿人口大国需求而言乃杯水车薪。中国大陆是由多个小陆块及其间的造山带镶嵌而成，且经历了多期离散、拼合构造旋回。这种由相对不稳定的小陆块组成的构造背景决定了我国古代蒸发盆地成盐、成钾的特殊性和复杂性，找钾难度较大，也给成盐聚钾成因模式的研究带来了很大困难。随着现代地质学的发展，有必要将层序地层学、沉积地球化学、盐类地球化学、旋回地层学等领域新的研究方法和思路引入到钾盐矿床的研究中。
　　四川盆地是具有三维空间的地貌盆地，也是具有“四维空间”即包括地质历史时间概念和沉积建造在内的沉积盆地，是在扬子克拉通台地基础上形成和发展起来的复合型或叠合型盆地。盆内中、下三叠统是一套浅海台地—蒸发岩台地沉积，一直都是中国找钾的重要层位。长期以来，由于油气、富钾卤水、石膏、杂卤石和盐矿等资源的勘探开发，关于四川盆地三叠系含盐层的研究取得了较深入的认识，涉及蒸发岩的生成模式和成盐机理、古地理环境、盐盆地的分布、岩系剖面地球化学特征、盐类矿物组合及富钾卤水成因等多个方面。但盆内尚未发现固态钾盐矿床，基础资料虽多，但不同的资料，不同的区块，层位划分体系不同，对象及目的层位不一致，成盐期次划分紊乱。富钾卤水及杂卤石是否能作为三叠系成钾的指示，以及是否存在海相固态钾盐沉积等方面仍然存在争议。
　　本文通过对四川盆地主要含盐构造野外勘查、采样分析;室内大量钻井资料的对比整理;地球化学及地球物理方法综合研究，得到了如下几点认识:
　　1、在详细研究盆地三叠系基干剖面（合川沥鼻峡剖面，渠县农乐剖面）及钻井剖面（长平3井，广参2井）的基础上，重新整理、对比找钾老井，盆内最新的盐/钾井、油/气井资料，统一了不同资料、不同区块的层位划分。认为四川盆地三叠纪从时间上可以划分为6个成盐期:嘉陵江组二段第二亚段沉积期(T1j2-2)，嘉陵江组四段第二亚段沉积期(Tij4-2)，嘉陵江组五段第二亚段沉积期(T1j5-2)～雷口坡组一段第一亚段沉积期(T211-1)（川东地区雷口坡组名为巴东组），雷口坡组一段第三亚段沉积期（T211-3），雷口坡组三段第二亚段沉积期（T213-2）以及雷口坡组四段第二亚段沉积期(T214-2)。空间上可以划分为五个成盐区:川东成盐区，川北成盐区，川西成盐区，川西南成盐区及川中成盐区，26个次级含盐构造（盐盆地）。受四川盆地及周缘古陆构造活动的影响，成盐盆地表现出逐渐向西迁移的演化过程。
　　2、通过对四川盆地典型剖面的野外观察，根据岩相组合特征、沉积构造、室内薄片鉴定等研究，建立了沉积相识别标志，划分了典型盐、钾钻井的沉积相类型。认为四川盆地早中三叠世整体属于浅水碳酸盐岩—蒸发岩台地。根据典型剖面沉积构造、生物特征、岩性组合，可划分为18种成因类型，分别形成于开阔台地相—局限台地相—蒸发台地相等3种主要的沉积相，6种沉积亚相及13种沉积微相。进一步通过四川盆地含盐层的时空分布特点，侧重于蒸发成盐过程中亚相及成盐微相的分布，编制了主要成盐期的岩相古地理图件，认为沉积相带多具有环状分布特征，盐湖微相通常处于核心位置，属于典型的“牛眼式”成盐模型，各成盐期均具有一个或多个咸化中心，古地理特征有利于成钾。
　　3、本文将旋回地层学领域的最新进展:碳酸盐岩台地高频沉积旋回的识别方法及古相对海平面变化趋势重建，运用于四川盆地含盐剖面进行实践。利用保留在自然伽玛测井数据中的旋回响应特征，模拟了台地高频沉积旋回叠加样式，反演了四川盆地早中三叠世古海平面变化趋势，讨论了典型含盐剖面的咸化过程，提出碳酸盐岩台地在海平面快速下降期或海退初期，一般不会形成盐类矿产;持续振荡的水体环境往往只能形成白云岩+石膏+少量岩盐层的组合;只有在海退的中晚期，台地长期处于低水位环境，才有可能出现石膏+岩盐+含钾矿物的组合，具备成钾潜力。并认为，蒸发岩台地含盐剖面中的富钾层段在地层沉积记录中保留着某些响应特征，研究这些旋回响应机制，可以快速锁定有利的成盐聚钾期，聚焦富钾层段，丰富了地球物理方法找钾的手段。
　　4、在四川盆地含盐层时空分布，空间演化过程研究的基础上，结合含盐层地球化学特征、地球物理特征、古地理条件、古气候背景，对四川盆地主要含盐构造，不同成盐期的成钾条件进行了评价。认为四川盆地具有3个有利的成钾时期，包括嘉四2(T1j4-2)，嘉五2～雷一1（T1j5-2～T211-1）及雷四2(T214-2)。4个有利的成钾构造，长寿双龙构造、宣汉盐盆黄金口构造、南充构造及邛崃平落坝构造。成盐聚钾过程与海平面长时期处于较低水平，卤水在极端干旱气候条件下，持续咸化浓缩有关。沉积相带多呈环带状分布，以盐湖微相为核心，成因模式属于“潮上带牛眼式干化小型盐盆（湖）成盐聚钾”。以事件成钾的观点讨论了四川盆地出现成钾事件的可能，认为:嘉四2(T1j4-2)时期的长寿双龙构造、嘉五2～雷一1(T1j5-2～T211-1)时期的宣汉盐盆黄金口构造、南充盐盆及雷四2（T214-2）时期的成都盐盆平落坝构造具备出现成钾事件的条件。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 四川盆地研究现状

1．3 研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

1．4 完成的工作量

1．5 主要创新性认识

第2章 区域地质背景

2．1 大地构造背景

2．2 区域构造演化

2．3 区域地层

第3章 含盐层的时空分布

3．1 次级含盐构造

3．1．1 含盐构造的划分

3．1．2 典型含盐构造

3．2 成盐时间序列

3．3 岩盐空间分布

3．4 含盐构造的演化过程

第4章 含盐层盐类矿物类型

4．1 岩盐类型及特征

4．2 杂卤石类型及特征

4．3 硬石膏类型及特征

第5章 含盐层沉积环境

5．1 典型剖面概述

5．1．1 合川沥鼻峡剖面(PM-1)

5．1．2 渠县农乐剖面(PM-2)

5．1．3 广安广参2井剖面

5．2 含盐剖面类型

5．2．1 韵律结构

5．2．2 含盐剖面类型

5．3 沉积相类型

5．3．1 开阔台地相

5．3．2 局限台地相

5．3．3 蒸发台地相

5．4 古地理特征

5．4．1 古纬度与古气候

5．4．2 古地理特征

5．4．3 成盐期岩相古地理

第6章 含盐层地球化学特征

6．1 卤水地球化学特征

6．1．1 含盐构造盐溶卤水

6．1．2 地表盐泉水

6．2 岩盐地球化学特征

6．3 岩盐氯同位素特征

第7章 含盐层地球物理特征

7．1 测井识别标志

7．2 富钾层段的测井响应

7．2．1 原理和方法

7．2．2 高频沉积旋回的识别

7．2．3 古海平面变化趋势及富钾层段的响应

第8章 成盐模式、成钾条件及成因机制

8．1 成钾条件分析

8．1．1 典型杂卤石剖面的成钾指示

8．1．2 有利成钾时期

8．1．3 有利成钾位置

8．2 蒸发成盐模式与成钾事件

8．2．1 成盐聚钾模式及成因机制

8．2．2 成钾事件讨论

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果

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