察爾汗鹽湖鐵礦的成因及成礦規(guī)律

查爾汗鹽湖位于柴達(dá)木盆地東南部，西北為阿爾金山，東北為祁連山，南為昆侖山。坐標(biāo)為東南地區(qū)9415'569551'45，西南地區(qū)3642'09'3712'26。這是第四紀(jì)末柴達(dá)木盆地沉降最嚴(yán)重的地區(qū)。柴達(dá)木盆地最大的洪集中心也是中國(guó)發(fā)現(xiàn)的最大鉀鎂鹽固液體礦床，以液體礦為開(kāi)發(fā)對(duì)象。固體鉀鹽礦資源量2.96×108t,液體礦資源量2.44×108t,合計(jì)5.40×108t(郭新華等,2006)。礦床東西長(zhǎng)168km,南北寬20～40km,面積5856km2。其含鹽地層主要產(chǎn)出于第四紀(jì)上更新世—全新世地層中,含鹽組分受盆區(qū)地層巖性、新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、氣候環(huán)境控制。1區(qū)域地質(zhì)1.1柴達(dá)木盆地的形成和發(fā)展柴達(dá)木盆地產(chǎn)生于印支運(yùn)動(dòng)以后的侏羅紀(jì),大體經(jīng)歷了山前拗陷、整體拗陷和隆起褶皺三個(gè)階段(張以弗,1997)。1.1.1再生商業(yè)系統(tǒng)印支運(yùn)動(dòng)以后的陸內(nèi)造山期,盆地周邊古老的造山帶在南北向擠壓應(yīng)力作用下,由于推覆、走滑及斷塊抬升,使其活化隆起,形成了一系列諸如阿爾金山、祁連山、柴北緣各山體、東昆侖山、鄂拉山等再生山脈鏈體。始新世中晚期印度古陸向北的主動(dòng)擠壓和西伯利亞古陸向南的被動(dòng)楔入,青藏高原開(kāi)始隆起,結(jié)束了海侵。為了調(diào)節(jié)來(lái)自南方和北方的雙向擠壓,阿爾金左行走滑斷裂系形成,并伴有向盆地的逆沖,與此同時(shí)活動(dòng)性加劇了柴北緣斷裂,并和東昆北斷裂一起構(gòu)成3個(gè)沖斷荷載系列作用于盆地,使其巖石圈向下彎曲沉陷,山前拗陷盆地的雛形形成。1.1.2盆山構(gòu)造輪廓該階段是盆地發(fā)展的全盛時(shí)期,由邊界斷裂分隔的盆山構(gòu)造輪廓更加清楚。因盆地整體不斷沉陷加深,拗陷中心由山前地帶遷移到盆地中心的茫崖以北至一里坪一帶(圖1),沉積物不斷加厚。1.1.3上新世晚期盆地沉積特征上新世盆地西部(茫崖以西)開(kāi)始抬升,沉積中心向東遷移,但拗陷幅度增大,最大沉積厚度可達(dá)6000m(圖2),是盆地演化進(jìn)程中沉積速度最快時(shí)期,表明周緣山區(qū)隆升幅度甚大。上新世下細(xì)上粗的進(jìn)積型地層結(jié)構(gòu),說(shuō)明上新世晚期湖水趨于退縮,沉積速度和周緣山區(qū)隆升幅度大為減小。上新世末和早更新世末的兩次構(gòu)造運(yùn)動(dòng),盆地西部沉積蓋層先后褶皺變形,褶皺構(gòu)造的性質(zhì)在盆地邊緣多為同沉積褶皺,盆地內(nèi)部以表層褶皺為主。由盆地邊緣至中心褶皺構(gòu)造的形成時(shí)間逐漸推遲,表明從沉積開(kāi)始到北西西向一系列褶皺構(gòu)造的完成,一直處在近南北向的擠壓應(yīng)力場(chǎng)中。第四紀(jì)沉積中心遷移到東部東臺(tái)吉乃爾湖以東一帶(圖3),中更新世以后盆地全面隆起和褶皺,基本進(jìn)入衰亡期(張以弗,1997)。1.2地層及侵蝕巖1.2.1盆地周邊基性巖類(lèi)巖相特征盆地周邊基巖山區(qū)除太古宙地層外,各時(shí)代地層均有出露。其中古元古代地層在盆地南、北緣均有出露,以金水口巖群、達(dá)肯大板巖群為主,巖性以中深度變質(zhì)的片麻巖、斜長(zhǎng)角閃片巖類(lèi)為主,經(jīng)后期構(gòu)造改造屬有層無(wú)序地層體;中元古代地層在盆地周邊均有出露,中晚元古代以萬(wàn)洞溝群、冰溝群、萬(wàn)保溝巖群和全克群為主,巖性以碎屑巖和碳酸鹽巖和火山巖類(lèi)為主;古生代地層在盆地周邊不甚發(fā)育,寒武系僅出露于歐龍布魯克山地區(qū),奧陶系僅發(fā)育灘間山群、鐵石達(dá)斯群和納赤臺(tái)群,泥盆系、石炭系在盆地南、北緣均有出露,巖性以碳酸鹽巖夾碎屑巖為主。中生代三疊系主要發(fā)育于宗務(wù)隆山一帶,侏羅系在盆地北緣及歐龍布魯克山出露較廣泛,白堊紀(jì)地層在盆地西部及北緣分布較廣;新生代古近系、新近系在盆地西部及北緣廣泛分布,巖性為沉積巖。柴達(dá)木盆地周邊基巖山區(qū)侵入巖帶是青海省侵入巖最發(fā)育、侵入活動(dòng)最頻繁的地區(qū),從超基性巖-酸性巖均有產(chǎn)出,其中以中—酸性巖最為發(fā)育,出露面積約32000km2,約占全省同類(lèi)巖體總面積(46600km2)的69%;基性-超基性巖分布較少,出露總面積約275.6km2,占全省同類(lèi)巖體總面積(767km2)的36%。侵入巖從元古宙到新生代均有發(fā)育。其中,加里東期侵入巖一般為蛇紋石化橄欖巖、蛇紋巖、輝橄巖、純橄欖巖、閃長(zhǎng)巖、花崗巖;華力西—喜山期侵入巖多以花崗巖、石英閃長(zhǎng)巖類(lèi)為主。1.2.2古湖盆群的組成特點(diǎn)盆地內(nèi)第四紀(jì)地層分布廣泛,但發(fā)育程度不一,以沉積序列完整、鹽類(lèi)礦產(chǎn)豐富為特點(diǎn),自早更新統(tǒng)開(kāi)始即為大型古湖盆,一直到全新統(tǒng)才全面干涸形成多元結(jié)構(gòu)的鹽湖沉積盆地。(1)中心地帶沉積相主要分布于盆地西北部和東北部,近盆地邊緣區(qū)為不整合接觸,不整合于上新統(tǒng)獅子溝組之上。盆地邊緣向中心地帶由河流相沉積逐漸過(guò)渡到湖相沉積,盆地邊緣河流相沉積巖性以礫巖、砂礫巖為主夾砂巖、泥巖,中心地帶湖相沉積巖性為砂質(zhì)泥巖、泥巖夾少量粉砂巖、砂巖、碳質(zhì)泥巖、泥灰?guī)r及石膏、芒硝等,厚度300～1100m。(2)地表內(nèi)表面結(jié)構(gòu)在盆地內(nèi)分布廣泛,除堿山、紅三旱三號(hào)、四號(hào)、俄博梁三號(hào)以北大面積出露外,在大浪灘、察汗斯拉圖、昆特依等洼地邊部和各構(gòu)造冀部外圍凹陷部位都有出露。地貌特征平坦開(kāi)闊,地層產(chǎn)狀近于水平,局部形成平緩背斜構(gòu)造,沉積物以湖相沉積為主,局部夾有鹽類(lèi)化學(xué)沉積,巖性以泥巖為主夾粉砂巖、砂巖,局部夾礫巖、泥灰?guī)r、石膏和芒硝,與下伏下更新統(tǒng)七個(gè)泉組整合接觸,厚度27～387m。(3)、東南角阿木南山山地從盆地邊緣向中心地帶由洪積逐漸過(guò)渡為湖積、化學(xué)混合沉積。洪積不整合于不同時(shí)代的地層之上,分布于油泉子西北、大風(fēng)山、俄博梁三號(hào)西南、鴨子墩四號(hào)西側(cè)、黃風(fēng)山、東臺(tái)吉乃爾湖南、無(wú)柴溝、綠梁山-阿木尼克山山前等地,由山前至洪積前緣平原地層巖性由以礫石層為主,局部夾黏土層過(guò)渡到粉細(xì)砂砂質(zhì)黏土。湖積、化學(xué)沉積與中更新統(tǒng)湖積連續(xù)沉積,分布于大浪灘、察汗斯拉圖、昆特依、大熊灘、紅南洼地、鴨湖、西臺(tái)吉乃爾湖西、甘森泉湖西周及澀北構(gòu)造外圍等地,察汗斯拉圖地層巖性以含石膏、石鹽粉砂層夾含芒硝石鹽、雜鹵石石鹽,昆特依地層巖性以含芒硝、白鈉鎂礬、雜鹵石粉砂石鹽層夾含石膏淤泥、黏土和碳質(zhì)淤泥層,鉆孔揭露厚度一般在15～203m。(4)河流兩岸地貌廣布于盆地邊緣山前地帶及那陵郭勒、格爾木河等現(xiàn)代河流兩岸,在地貌上形成沖洪積扇、山前-河谷平原、河漫灘及低階地。地層巖性由礫石、砂礫石、粉細(xì)砂及黏土組成,厚度一般在20m左右。(5)盆地內(nèi)化學(xué)沉積主要分布于盆地南部地區(qū),成因類(lèi)型復(fù)雜,有湖積-化學(xué)沉積、湖積-沼澤沉積、湖積、沼澤、化學(xué)沉積和風(fēng)積等。其中,化學(xué)沉積在盆地內(nèi)隨處可見(jiàn),在現(xiàn)代湖泊及其周?chē)鼮榧小r性以鹽類(lèi)沉積為主夾淤泥、砂質(zhì)黏土、粉砂等,地表往往結(jié)成數(shù)厘米至數(shù)十厘米的鹽殼,厚度1～15m,達(dá)布遜鹽湖可達(dá)40～60m。2柴達(dá)木盆地周邊山區(qū)基巖的化學(xué)成分察爾汗鹽湖鹽類(lèi)礦產(chǎn)已發(fā)現(xiàn)有27種(陽(yáng)立剛等,2003)(表1),主要化學(xué)成分為K+、Na+、Mg2+、Ca2+、CO2?332-、SO2?442-、Cl-,與柴達(dá)木盆地周邊山區(qū)的基巖的物質(zhì)成分密不可分。2.1東侖不同巖帶巖石化學(xué)特征柴達(dá)木盆地沉積物主要來(lái)自周邊基巖山區(qū)的剝蝕,各時(shí)代的侵入巖、變質(zhì)巖、沉積巖在周邊山區(qū)均有出露。其中,以侵入巖最為發(fā)育,大面積出露的侵入巖、變質(zhì)巖中含有豐富的鉀、鈉、鈣鎂等物質(zhì)成分。柴北緣主要出露的巖石有片麻巖、碎屑巖、白云巖、石英巖、千枚巖、大理巖、碳酸巖等。東昆侖出露的主要巖石有深變質(zhì)巖、混合巖、淺變質(zhì)巖、火山巖、碎屑巖及少量碳酸巖,其不同巖帶巖石化學(xué)成分(張以弗,1997)見(jiàn)表2。從表2可以看出,柴達(dá)木盆地周邊基巖山區(qū)易溶鹽含量明顯高于其他地區(qū),東昆侖地區(qū)K2O含量最高,其次為柴北緣,其含量分別為4.07%、3.19%;與察爾汗鹽湖鉀離子含量分布情況相吻合(圖4)。柴達(dá)木盆地周邊基巖山區(qū)不同時(shí)代巖石化學(xué)成分(張以弗,1997)見(jiàn)表3,從表3可看出期印支期K2O含量最高,加里東其次,含量分別為4.48%,3.63%,柴達(dá)木盆地自盆地形成初期即為鹽類(lèi)礦產(chǎn)提供了豐富的物質(zhì)儲(chǔ)備。柴達(dá)木盆地在地史時(shí)期屬于地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)活躍區(qū)域,構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈,構(gòu)造裂隙、風(fēng)化裂隙、節(jié)理發(fā)育,印支運(yùn)動(dòng)以后的陸內(nèi)造山期,盆地周邊基巖山區(qū)即遭受強(qiáng)烈的剝蝕,大量的碎屑物隨著河水和洪水遷移至盆地,盆地沉積物與基巖山區(qū)具有相同的物質(zhì)成分(劉歡等,2007)。2.2柴達(dá)木盆地的沉積期柴達(dá)木盆地在侏羅紀(jì)前與塔里木盆地連通,盆地內(nèi)水系流向塔里木盆地,印支運(yùn)動(dòng)以后,柴達(dá)木盆地周邊造山帶的抬升,阿爾金山左行走滑,漸新世時(shí)柴達(dá)木盆地與塔里木盆地分隔,柴達(dá)木盆地水系由外流水系轉(zhuǎn)入內(nèi)流封閉水系,沉積物由淺海相-海相沉積轉(zhuǎn)為河湖相沉積。青藏高原的快速隆升阻隔了印度暖濕氣流向北部的運(yùn)移,導(dǎo)致了亞洲季風(fēng)的形成,隨著青藏高原的持續(xù)抬升,季風(fēng)不斷加強(qiáng),青藏高原更加干旱和寒冷(牟世勇等,2007),柴達(dá)木盆地進(jìn)入干旱、半干旱時(shí)期。柴達(dá)木盆地湖泊水源主要來(lái)自于周邊山區(qū)的降水,其形成中期周邊山區(qū)進(jìn)入快速隆起階段,新近紀(jì)、古近紀(jì)晚期在盆地中沉積了巨厚的含鹽砂礫層,隨著盆地西部抬升,沉降中心向東移,但沉降速度卻是柴達(dá)木盆地形成過(guò)程中沉積速率最快時(shí)期,快速沉積封存了新近紀(jì)、古近紀(jì)地層中的地下水。柴達(dá)木盆地地質(zhì)構(gòu)造活躍,新老構(gòu)造運(yùn)動(dòng)具有繼承性、復(fù)活性,經(jīng)歷多期次的劇烈運(yùn)動(dòng),整個(gè)柴達(dá)木盆地構(gòu)造足跡遍布,尤其是盆地西部地區(qū)新近紀(jì)、古近紀(jì)地層中構(gòu)造褶皺發(fā)育,一系列的構(gòu)造裂隙、孔隙為地下水的儲(chǔ)存提供了巨大的空間,地下水在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期不斷淋濾、溶濾新近紀(jì)、古近紀(jì)地層中的含鹽物質(zhì),在新近系中存儲(chǔ)了高礦化度鹽鹵水,其主要化學(xué)成分為Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO2-4、HCO-3、(表4)(李廷偉等,2006)。3柴達(dá)木盆地升勢(shì)柴達(dá)木盆地是一個(gè)北西西向近菱形的斷陷盆地,自印支運(yùn)動(dòng)獨(dú)立成盆后一直處于拗陷狀態(tài),第四紀(jì)時(shí)期,盆地的發(fā)展具有很強(qiáng)的繼承性。由于盆地始終處于壓扭性應(yīng)力場(chǎng)中,盆地邊部形成陡傾逆沖斷層,盆地基底在邊部深5000m左右,在中心達(dá)17000m,大多數(shù)基底斷裂呈北西向,幾乎所有現(xiàn)代鹽類(lèi)湖泊均處于基底拗陷部位(圖5)(陽(yáng)立剛等,2003)。青藏高原新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)在柴達(dá)木盆地表現(xiàn)為強(qiáng)烈的差異升降運(yùn)動(dòng),受南北斷裂帶的控制,隨著青藏高原的抬升,柴達(dá)木盆地發(fā)生強(qiáng)烈的沉降,受阿爾金山走滑斷裂和盆地內(nèi)北北東、北東向斷裂控制,盆地東、西部也發(fā)生局部的差異生降運(yùn)動(dòng)。上新世末期至下更新世初期新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使盆地西部抬升,匯水區(qū)向東遷移,在下更新世中期受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和阿爾金山左行走滑影響盆地西部進(jìn)一步抬升,并在獅子溝—油砂山—茫崖—大沙坪—斧頭山一線(xiàn)形成褶皺隆起背斜構(gòu)造帶,使昆北斷陷尕斯庫(kù)勒盆地與中央拗陷帶的大浪灘-一里坪-三湖凹陷帶相對(duì)隔離;中更新世初期柴達(dá)盆地受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)第四幕構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響,盆地西部繼續(xù)抬升次級(jí)構(gòu)造相繼露出水面,咸水泉—油泉子—開(kāi)特米里克—油墩子一線(xiàn)露出水面與南面的油砂山-茫崖構(gòu)造隆起連成一片;中更新世末期至上更新世早期盆地西部抬升進(jìn)一步加強(qiáng),在原來(lái)褶皺隆起的基礎(chǔ)上,下、中更新世全面褶皺隆升,冷湖、堿山等一系列NW—SE向背斜構(gòu)造再度隆升,導(dǎo)致柴達(dá)木盆地古湖泊解體,形成相對(duì)獨(dú)立沉積盆地。柴達(dá)木盆地位于青藏高原北部,構(gòu)造上處于塔里木-華北和羌塘-揚(yáng)子(華南)兩大古陸的裂解部位,在地質(zhì)史期中屬于構(gòu)造活動(dòng)區(qū)域,斷裂構(gòu)造十分發(fā)育,它們即具有長(zhǎng)期發(fā)育歷史,又具有繼承復(fù)活性和改造新生性,盆地內(nèi)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分發(fā)育(表5)(陽(yáng)立剛等,2003),在盆地整體發(fā)生強(qiáng)烈沉降的同時(shí),盆地內(nèi)差異升降運(yùn)動(dòng)十分活躍,控制盆地內(nèi)部地塊的抬升速率。4柴達(dá)木盆地西部陸相結(jié)合區(qū)察爾汗鹽湖湖區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,構(gòu)造裂隙、節(jié)理發(fā)育,增加了降水、融雪水、地表水和地下水與巖石面的接觸面積,為地表水、地下水溶液、溶濾巖石的易溶鹽成分提供了豐富的空間。察爾汗鹽湖湖區(qū)水源均來(lái)自于盆地周邊的基巖山區(qū)的天然降水和融雪水,尤其南部昆侖山區(qū)是湖區(qū)主要補(bǔ)給水源。察爾汗鹽湖源匯區(qū)地表水、地下水在盆地侵蝕區(qū)即開(kāi)始溶濾巖石中的易溶鹽分,徑流過(guò)程中隨著地下水的匯聚與沉積盆地中的沉積物不斷發(fā)生溶濾、溶解、淋溶作用,使巖石中的易溶組分富集在地表水和地下水中,最終匯入湖區(qū)。盆地的北部和西部新近系、古近系含鹽地層大面積出露,受新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響,構(gòu)造裂隙發(fā)育,其含鹽地層中的鹽分被地下水或地表水溶淋帶入湖區(qū)。盆地中新近紀(jì)、古近紀(jì)地層中的高礦化度鹵水通過(guò)構(gòu)造裂隙、孔隙及構(gòu)造天窗向湖區(qū)補(bǔ)給。柴達(dá)木盆地屬大陸性干旱氣候,寒冷多風(fēng)少雨,晝夜溫差大,年平均氣溫1.1～3.9oC,最低氣溫-26.5～-34.3oC,最高氣溫27.7～31.2oC,全年盛行西北風(fēng),最大風(fēng)速為40m/s(柳大綱等,1996),年均降水量21.9mm,年均蒸發(fā)量3560.1mm,具備鹵水形成的氣候環(huán)境。柴達(dá)達(dá)盆地下部發(fā)現(xiàn)寬300km、厚80km的地震波低速異常層體,該地震低速異常層與可可西里深部大型低速異常體組成地幔羽相連(許志琴等,2004),表明柴達(dá)木盆地深部有熱結(jié)構(gòu),相對(duì)于其他地區(qū)來(lái)說(shuō)具有區(qū)域熱源背景。察爾汗鹽湖沉積物的主要物質(zhì)來(lái)源為周邊山區(qū)的火山巖帶,盆地沉積物比周?chē)鶐r山區(qū)更富放射性元素,其所產(chǎn)生的熱會(huì)逐漸聚集(張以弗,1997),從而使盆地內(nèi)的地溫梯度相對(duì)高于其他地區(qū),加劇湖區(qū)地表水和地下水的蒸發(fā)。察爾汗鹽湖新老構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,受南北向擠壓應(yīng)力場(chǎng)作用,斷裂面摩擦剪切累加生熱(李廷偉等,2006)提高盆地地溫梯度。察爾汗鹽湖成鹽盆地位于柴達(dá)木盆地東南部,是第四紀(jì)期間柴達(dá)木盆地沉降最強(qiáng)烈的地區(qū),也是柴達(dá)木盆地最大的匯水中心,大量的易溶鹽被地表水、地下水?dāng)y帶徑流至察爾汗鹽湖。匯入察爾汗鹽湖湖區(qū)的湖水在地質(zhì)歷史時(shí)期穿越不同的氣候環(huán)境,干旱寒冷環(huán)境期湖泊補(bǔ)給量小于蒸發(fā)量,經(jīng)長(zhǎng)期蒸發(fā)和高地溫的烘托濃縮形成巨大的鹽湖礦床(表6)(陽(yáng)立剛等,2003)。5察爾汗鹽湖的沉積成巖模式柴達(dá)木盆地第四紀(jì)古氣候是干冷濕暖交替,為柴達(dá)木盆地鹽類(lèi)礦物的沉積和鹵水礦的形成提供了條件,柴達(dá)木盆地第四紀(jì)古氣候經(jīng)歷3次干旱寒冷氣候環(huán)境,第一次發(fā)生在上新世晚期3.30～3.00Ma,第二次始于第四紀(jì)初期2.48～0.03Ma,第三次始于0.03Ma至今(沈振樞等,1993)。察爾汗鹽湖鹽類(lèi)礦產(chǎn)的形成,受上述因素控制之外