破解小陸塊成鉀難題　為實現國家鉀鹽資源戰略目標服務——973計劃項目“中國陸塊海相成鉀規律及預測研究”取得重要進展

鉀鹽被列為我國七大緊缺大宗礦產資源之一，長時間內對外依存度高達70%。目前我國鉀鹽探明儲量占世界2%，但消費量占世界鉀肥產量的1/4。經過半個多世紀的努力，如今已基本查清第四紀陸相鉀鹽資源與成鉀規律，并在柴達木盆地和羅布泊找到具有大規模開采價值的鉀鹽礦（資源量9.9億噸），但它們的服務年限僅20～30年，古代海相鉀鹽找礦至今沒有取得重大突破。

中國大陸主要由多個小陸塊及其間的造山帶鑲嵌而成。從古生代開始，這些陸塊經歷了多期次離散、拼合構造旋回。這種由活動的小陸塊組成的構造背景決定了我國古代海相蒸發盆地成鹽成鉀的特殊性和復雜性，其找鉀難度較大，形成了我國古代海相蒸發巖沉積多類型、多區域的復雜分布格局，這是我國海相找鉀長期以來沒有取得突破的重要原因之一。盡管我國海盆與國外巨型海盆成鉀條件差異較大，但我國海相蒸發巖地質時代分布較廣，具有多期持續蒸發條件，并且很多地層發現成鉀顯示，已勘探出小型固體鉀鹽礦床，表明上述構造背景下海相盆地也具有較好的成鉀潛力。

為了破解“中國小陸塊成鉀”的難題，973計劃項目“中國陸塊海相成鉀規律及預測研究”針對中國不同構造背景海相成鹽成鉀盆地，重點選擇鄂爾多斯盆地奧陶系、四川盆地三疊系、羌塘盆地侏羅系、蘭坪–思茅盆地白堊系等進行詳細剖析，并與國外典型海相鉀鹽礦床對比，按照物源–干旱蒸發濃縮–盆地構造分隔、遷移–鹵水聚集就位–成巖改造、保存這一成鉀規律與靶區預測的總體思路，多學科結合，查明不同構造背景盆地成鹽成鉀規律，揭示各類盆地鉀鹽大規模成礦的控制因素與機制，構建我國海相盆地鉀鹽成礦理論框架，建立海相鉀鹽礦產預測標志、預測理論和隱伏礦層探測方法；預測找鉀戰略靶區，圈定有利的鉀鹽富礦帶，指導勘查，實現海相找鉀突破。

“中國陸塊海相成鉀規律及預測研究”項目于2011年1月正式啟動，預計2015年12月完成，項目承擔單位有：中國地質科學院礦產資源研究所、中科院青藏高原研究所、中石油勘探開發研究院、中科院青海鹽湖所、中國地質大學（北京）、西南石油大學、中國地質科學院地質研究所、中國地質科學院礦產綜合利用研究所。項目設立7個課題，分別是：（1）鄂爾多斯奧陶紀古陸表海盆成鉀條件、機理和后期演化；（2）四川三疊紀古特提斯海盆成鉀條件、機理和后期演化；（3）羌塘侏羅紀新特提斯海盆成鉀條件、遠景和后期變化；（4）蘭坪–思茅中新生代殘留盆地成鉀條件、機理和后期演化；（5）隱伏固／液相鉀鹽礦床賦存特征、后期改造及探測方法；（6）中國陸塊漂移與干旱–　極端干旱氣候事件及其對成鉀控制；（7）成鉀規律綜合研究、資源預測指標體系與戰略靶區預測。經過近4年的科研攻關，取得主要成果如下：

1 中國小陸塊漂移演化進展

基本查清我國主要陸塊來源及離散歷史、成鹽成鉀時期所處的古緯度與氣候帶的關系（圖1），揭示主要海相成鉀期與板塊漂移和亞熱帶干旱帶的耦合密切相關。首次揭示羌塘陸塊漂移與旋轉特征；高精度磁性地層測量獲得蘭坪-思茅盆地勐野井組鉀鹽層形成時的古緯度為北緯18.5°，揭示鉀鹽礦床形成時位于北副熱帶高壓帶內形成。

2 小陸塊海相成鉀條件研究進展

2.1　建立了鄂爾多斯盆地西緣、東緣和南緣奧陶系代表性剖面的牙形石生物地層序列（圖2）。所建立的牙形石帶可以很好的與國內代表性地區華北、華南和塔里木進行對比，也可以與世界上兩大牙形石生物地理分區北美中大陸區和美大西洋區進行對比，為盆地的地質演化提供精確可靠的等時地層格架。

2.2　獲得了羌塘盆地雁石坪剖面索瓦組磁性地層年代序列(157-161Ma)，其干旱氣候期與中亞盆地晚侏羅世成鉀期一致。為進一步確定羌塘盆地侏羅紀含膏鹽層系高精度高分辨率磁性地層年代序列奠定堅實的基礎（圖3）。

2.3　通過蘭坪-思茅盆地勐野井組含鹽地層系統古地磁分析，以及孢粉年代學制約，初步確定了勐野井組的年代為白堊紀中晚期，結合該組地層火山凝灰巖鋯石年齡測定100-110Ma（圖4）,確定勐野井組地層為白堊紀Albian期-Cenomanian期。初步建立了蘭坪-思茅盆地成鹽成鉀時期的極端干旱氣候事件序列（圖5），確定了最佳成鹽成鉀期，其成鉀期與呵叻盆地成鉀期基本一致。

2.4　結合巖石學、碎屑地球化學和碎屑鋯石年代學分析，提出思茅盆地勐野井組主要有兩個物源區，其一為揚子地塊的再旋回沉積物，其二為哀牢山和臨滄的巖漿巖。根據前人古水流數據、古地磁結果，結合物源分析，基本可以推斷在印度–歐亞大陸碰撞擠出之前，思茅盆地與坷叻盆地位置比較鄰近，并且思茅盆地位于坷叻盆地的西側，新特提斯的海侵使得兩個盆地溝通。

3 成鉀模式研究進展

3.1　揭示了全球板塊運動控制表生成鉀的演變規律，即，古生代時期，地球表生成鉀環境主要為克拉通大型坳陷陸表海盆地，盆地面積巨大；到了中生代時期，主要為特提斯海域陸表海盆地成鉀，盆地面明顯變小；中新生代時期，主要為大陸裂谷型海相及非海相成鉀，屬于小盆地成鉀。

3.2　提出了中國海相盆地“時間窗-極旱事件成鉀”模式（圖8）：基于中國鹽盆沉積韻律非常發育，這一困擾中國古代海找鉀的重大理論問題，系統研究世界鉀鹽形成規律和中國海相蒸發沉積特征，提出了“短期極旱成鉀”，即地質歷史時期內，如果在一般干旱期內出現短期的極端干旱事件即“成鉀時間窗”，可以促使古鹽湖強烈持續蒸發濃縮，鉀鹽快速析出沉積成礦。

3.3　系統總結了裂谷盆地成鉀特征，提出裂谷成鉀模式（圖9，10）。裂谷成鉀過程可分解為“兩個階段”以及“三個成鉀作用過程”。具體來說，第一階段是地表鹽湖–太陽能作用階段，第二階段是埋藏–巖漿熱能作用。三個成鉀作用過程分別是蒸發沉積、沉積淋濾以及變質–改造。固體鉀鹽形成過程如下：（1）裂谷發育早期，地殼開始裂開、斷陷沉降，為陸相碎屑巖沉積；（2）中期，裂谷凹陷持續沉降， 湖面大多低于海平面，海水侵入；同時火山大量噴發，溫熱泉發育，帶來大量深源物質補給。由于氣候干旱–極端干旱，導致鹽湖發育。（3）裂谷后期，古鹽湖開始淡化，出現石膏和碳酸鹽巖沉積，形成鉀鹽蓋層，盆地重新開始陸相碎屑巖沉積，或者裂谷進一步裂開，轉變為大洋，結束蒸發巖沉積。

4 隱伏鉀鹽探測技術

初步建立了四川盆地固液相鉀鹽地震識別方法。充分結合四川三疊紀古特提斯海盆鉀鹽鹵水儲層碳酸鹽巖縫洞型儲層構造和沉積以及裂縫發育等地質特征，建立地質模型與地震響應模型，進行縫洞型儲層地震響應特征正演模擬分析。

5 鉀鹽資源評價理論及成果應用

5.1　建立蘭坪–思茅盆地勐野井鉀鹽沉積礦床三維地質模型及資源預測模型，預測蘭坪–思茅盆地未探明鉀鹽氯化鉀資源量1.98億噸。

5.2　基于裂谷成鉀模式指導，在江陵凹陷開展找鉀勘查，獲得深層富鉀鹵水氯化鉀預測資源量2億噸。