四川盆地中下三叠统盐卤水水文地球化学特征及成因研究

摘要

随着中国经济的快速发展，钾盐资源的需求增大，在中国的各大沉积盆地陆续都展开了钾盐资源勘探工作。四川盆地作为我国重要的沉积盆地，卤水资源丰富，特别是在三叠系地层中发现了富钾卤水，极具开发利用价值。
　　本文研究四川盆地中下三叠统盐卤水的水文地球化学特征，总结了四川盆地的演化历史以及三叠系地层岩性，地质构造等水文地质条件，分析了四川盆地中下三叠统盐卤水水化学组成，矿化度及水化学常规组分的分布特征，并按照四川盆地三叠系含水层的水文地质条件差异，将其分成了多个区域，分析了各区的水化学组成，离子比例系数，并同海水蒸发各阶段的海水水化学组成对比。然后，对四川盆地部分盐卤水的氢氧、硫、硼同位素和气体组分的特征进行了分析。最后，追溯对盐卤水的演化过程，讨论了不同的水文地球化学过程对盐卤水成分的影响。主要取得了以下几点认识:
　　1、四川盆地为一个多层岩平行叠置的自流水盆地，自上而下可以分成多个含水层，中下三叠系地层作为其中一个主要的含水层，大部分深埋盆地腹地，含水层的边界受到区域断裂控制，含水层的岩性以碳酸盐类为主，在嘉陵江和雷口坡组中有多个稳定的储卤层。
　　2、四川盆地中下三叠统盐卤水的矿化度差异较大，常规离子以氯离子、钠离子为主，硫酸根与重碳酸根含量较低，微量元素含量较高，水化学类型以Cl-Na型水主。对盆地内不同区域中下三叠统地层中盐卤水水化学组分对比分析发现，川北、川西的盐卤水矿化度、Cl-和Na+含量较高;川南与川东的SO42-的含量较高;盆地内Mg2+、HCO3-的含量都很低，盆地内各区差异不大;川北和川中的Ca2+含量较高;川西和川东北部分K+含量异常高。
　　3、通过水化学组分相关性分析发现，四川盆地中下三叠统盐卤水的矿化度与Cl-、Na+的相关性良好，而与HCO3-相关性较差，与SO42-呈现负相关。R型聚类分析表明，川西，川北、川西南地区的盐卤水具有相似的水化学成因。因子分析的结果表明，对研究区盐卤水水化学成分影响最大的是石盐、钾盐以及方解石和白云石的溶滤作用。对研究区盐卤水离子比例系数分析表明，各区卤水都显示了溶滤水的特征，川西、川中、川东北地区的盐卤水储层封闭程度较好，后期伴有强烈的变质作用。根据离子比例系数的Q型聚类分析表明，川西和川中的盐卤水的成因较为类似，而与盆地其他地区如川东和川南的成因差异较大。
　　4、同海水蒸发浓度各阶段的海水水化学组分对比发现，研究区盐卤水的Na+、Cl-、K+随矿化度变化与海水蒸发类似，说明盐卤水同海相沉积关系密切，Mg2+的含量较海水蒸发同期低，Ca2+的含量较海水蒸发同期高，说明在卤水演化过程中发生了白云岩化作用，SO42-含量较海水蒸发同期低，这是由于厌氧细菌通过生物化学作用将SO42-分解成为H2S所致。
　　5、研究区盐卤水δD值为-7～-46‰。，δ18O值为+1‰～+8‰，d值为-31～-66‰，其氢氧同位素组分接近原始海水，后期演化过程中受蒸发、地表水补给和周围石膏脱出的结晶水的影响，造成氢同位素组成略低于海水，水岩交换作用导致氧同位素组成偏高。研究区盐卤水δ34S的值为-15～-37‰，硫同位素与同层的硬石膏具有同源性，川25井的δ34S值异常高，反应了极强的生物化学作用。
　　6、研究区盐卤水方解石、白云石大多处于饱和状态，石膏、岩盐以及钾盐处于未饱和状态，反向模拟实验结果表明，形成富钾卤水需要溶滤富钾矿物。研究区盐卤水的演化可以概括为三个阶段。沉积水形成阶段:原始沉积水多源自海水，当时盆地内海水浓度程度普遍到达了泻利盐沉积阶段。封闭埋藏阶段:川南部分地区由于构造隆起，其沉积水受到了大气降水的淋滤的影响，盆地大部分地区沉积水都受到了相邻岩层石膏脱水以及白云岩化的阳离子改造作用的影响。后期改造阶段:部分构造作用强烈区域的盐卤水溶滤相邻盐层的富钾矿物形成了富钾卤水。

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 四川盆地三叠系卤水研究现状

1．3 论文主要内容及研究思路

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 研究技术路线

第2章 研究区地质背景

2．1 研究区范围

2．2 研究区自然地理特征

2．2．1 地形地貌

2．2．2 气象水文

2．3 研究区地质概况

2．3．1 盆地演化简史

2．3．2 盆地构造格局

2．3．3 地层概况

2．3．4 三叠系岩性特征及分布

2．4 研究区水文地质特征

2．4．1 边界条件

2．4．2 含水岩组隔水岩组

2．4．3 储水构造

2．4．4 水文地质旋回发展

第3章 盆地中下三叠统盐卤水水化学组成

3．1 样品采集

3．2 样品的分析测定

3．3 水化学组成

3．4 矿化度分布特征

3．5 主要组分分布特征

3．6 水化学类型

3．5 盆地各区水化学组分对比

第4章 盆地中下三叠统盐卤水水化学特征分析

4．1 盐卤水物理性质及水文地球环境

4．2 水化学成分分析

4．2．1 离子间的关系

4．2．2 矿化度与常量组分关系

4．2．3 微量组分与重金属

4．2．4 特征系数

第5章 盆地中下三叠统盐卤水同位素及气体组成

5．1 同位素特征

5．1．1 氢氧同位素特征

5．1．2 硫同位素特征

5．1．3 硼同位素特征

5．2 气体组分特征

5．2．1 气体成分分析

5．2．2 氩气分析

5．2．3 氦气分析

第6章 盆地中下三叠统盐卤水水形成条件分析

6．1 水文地球化学模拟

6．1．1 饱和指数分析

6．1．2 反向水文地球化学模拟

6．2 水文地球化学过程及作用

6．2．1 原始沉积水的形成阶段

6．2．2 沉积水的埋藏封闭阶段

6．2．3 沉积水后期改造阶段

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果