一種尋找深層富鉀鹵水礦床的礦物-化學方法及其應用
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于探礦技術領域，涉及一種尋找深層富鉀鹵水礦床的礦物-化學方法及 其應用。
【背景技術】
[0002] 中國是一個農業(yè)大國，人口眾多，糧食生產是立國之本，氮、磷、鉀肥在農業(yè)生產中 的重要性，在建國之初就被國家領導人和科學工作者所重視。由于我國耕地大規(guī)模缺鉀，大 量鉀肥需求依靠進口，國外鉀肥壟斷者看準了我們的軟肋，任意操縱鉀肥價格，在2007年 底?2008年，鉀肥從200美元/噸漲到600美元/噸。極大加重了農民的負擔，直接影響 了我國農業(yè)和國民經濟可持續(xù)發(fā)展。因此，鉀鹽礦產資源供給要立足于國內，才不至于受制 于人。目前，我國已探明鉀鹽資源相對13億人口大國需求，乃杯水車薪。我國已探明的鉀 鹽儲量主要分布在青海柴達木盆地11個現代鹽湖中，總地質儲量7. 06億噸（鄭綿平等， 2006ab);其次是新疆羅布泊羅北凹地鹽湖，初步圈定KCl地質儲量2. 5億噸（王弭力等， 2001);再次為西藏35個特種（鉀鋰硼）鹽湖KCl總地質儲量和資源量0.47億噸。以上初 步統(tǒng)計的全國KCl地質儲量約9. 9億噸，折合K20為6. 25億噸（鄭綿平等，2006ab)。此外， 云南勵野井古新世鉀鹽礦（地質儲量1402萬噸）（據云南省地礦局），是我國僅有的古代固 體工業(yè)性鉀鹽礦床。湖北潛江始新統(tǒng)上部有薄層無水鉀鎂礬和鉀芒硝（0. 26?I. 32m)，資 源量近2000萬噸（江漢石油管理局勘察開發(fā)研宄院，1984)，但埋深達3000?4000m。目 前，青海察爾汗鹽湖鉀鹽產能已達350萬噸，其東部礦區(qū)資源已近枯竭，現正在大規(guī)模開發(fā) 西部別勒灘礦區(qū)，估算可保證生產近20?30年。國家投資公司羅布泊鉀鹽項目2008年 120萬噸硫酸鉀肥投料試車，2012年生產能力達到130萬噸，目前羅布泊已成為世界最大的 硫酸鉀生產基地。但是，這樣的生產規(guī)?？赡芊€(wěn)定持續(xù)20?30年，屆時，鉀資源也將枯竭。 因此，立足國內找鉀，是保持我國農業(yè)平穩(wěn)發(fā)展的重要保證，否則，我國鉀肥的緊缺狀況和 長期受制于國外控制的局面將難以改變。
[0003] 國內外鉀鹽礦床海陸相規(guī)模對比和礦業(yè)發(fā)展，以及我國找鉀實踐和遠景研宄表 明，只有取得海相鉀鹽找礦（這些礦床大多屬于深埋的固體及液體礦床）的重大突破，才能 從根本上扭轉我國長期以來嚴重缺鉀的被動局面。我國古海相蒸發(fā)盆地時代久遠，從震旦 紀，寒武紀，奧陶紀，石炭紀，三疊紀，侏羅紀、白堊紀到古近紀均有沉積；鹽類沉積厚度從數 十米到上千米（袁見齊，1960, 1961，1980, 1988, 1995, 2007 ;鄭綿平等，1974, 1976, 1978, 19 86a, 2005, 2006ab, 2008, 2009 ;Zheng MP et al.，2010 ;劉群等，1987, 1994, 1997)。這些資 料顯示，海相蒸發(fā)巖系具有巨大的容礦空間，為海相鉀鹽找礦突破奠定了物質基礎。鑒于我 國農業(yè)發(fā)展對鉀肥的巨大需求，只有在我國古代海相地層找鉀取得重大突破，才可以從根 本上解決我國的鉀鹽自給。而由于中國大地構造環(huán)境與國外存在明顯差異，國外已有海相 成鉀理論并不完全適合中國海相盆地找鉀。因此，建立適合中國構造背景的海相成鉀理論， 提出我國海相找鉀新思路、打造鉀鹽勘查新技術指導海相鉀鹽勘查勢在必行。由于后期構 造運動受到陸陸碰撞-喜馬拉雅運動的強烈影響，古生代海相含鹽沉積建造埋深巨大。與 國外海相鉀鹽沉積盆地相比，我國古海相盆地規(guī)模較小，后期變化較大，埋藏較深-很深， 這些給中國找鉀帶來技術難題，同時鉆井成本非常大。為此，有必要研制一些尋找深埋鉀鹽 礦的技術，以較低成本獲得較為準確的鉀礦信息，為找鉀鉆探布孔提供科學依據。

【發(fā)明內容】

[0004] 根據上述領域的需求和不足，本發(fā)明提供一種尋找深層富鉀鹵水（液體）礦床的 方法，所述方法為D+F "穿透"礦物-化學法，也稱半穿透法，該方法可以提早預警高壓高溫 鹵水的存在，做好井控安全防范措施，以做到防止井噴等重大安全和環(huán)境事故的發(fā)生。
[0005] 本發(fā)明的技術方案如下：
[0006] -種尋找深層富鉀鹵水礦床的礦物-化學方法，所述方法為的半穿透法，所述方 法利用鉆井與斷層相結合，
[0007] 所述斷層將地層深部的鉀鹽礦信息帶到較淺部的地層中。
[0008] 所述鉆井的深度為預測含鉀地層深度的0. 3-0. 7倍。
[0009] 當鉆井打到預測含礦地層深度的0. 3-0. 7倍時，還需實時鉆井化學觀測以預測或 證實深部地層的含礦性。
[0010] 所述實時鉆井觀測包括：鉆井泥漿液化學組成連續(xù)觀測，或鉆井巖肩礦物及化學 組成連續(xù)觀測，或鉆井偵察取芯物及化學組成觀測。
[0011] 上述的方法，其特征在于，其步驟為：
[0012] (1)預測礦區(qū)富鉀鹵水的賦存深度；
[0013] (2)鉆井鉆到預測富鉀鹵水的深度的0. 3-0. 7倍；
[0014] (3)實時鉆井觀測以得出含鉀指標。
[0015] 所述實時鉆井觀測中，若發(fā)現含鉀指標則繼續(xù)往下鉆井。
[0016] 所述實時鉆井觀測中，若沒有發(fā)現含鉀指標，則應停止鉆井，挪一定距離重新鉆 井，重復步驟（2)(3);若指標還沒有達到要求，則應停止鉆進，重新評估該探區(qū)的成鉀遠 景。
[0017] 上述的方法在尋找深層富鉀鹵水礦床中的應用。
[0018] 上述的方法所尋找的深層富鉀鹵水礦床。
[0019] 深層鹵水特征
[0020]目前我國已發(fā)現多個海相或海陸交互相高礦化度鹵水及富鉀鹵水，氯化鈉均達到 工業(yè)開采品位，并富含經濟價值更大的鉀、溴、碘、鋰、硼、銣和銫等元素。這些資源主要分布 于四川盆地、塔里木盆地、江漢盆地、渤海灣盆地等，地層有震旦紀燈影組、下中寒武統(tǒng)、下 中奧陶統(tǒng)、下石炭統(tǒng)、下二疊統(tǒng)（鹵水）、三疊系、中上侏羅統(tǒng)、晚白堊統(tǒng)、古近系、新近系。這 些鹵水因埋藏深、具有承壓性等，統(tǒng)稱深層鹵水。它們大多是古鹽湖沉積時期形成的，以后 埋藏經過變質改造，硫酸根被還原、鎂離子進入碳酸鹽礦物，成為氯化鈣型水，陰離子主要 以氯離子，陽離子主要是鈉，其次為鈣，而鉀、溴離子等就是上述重要的資源。
[0021] 本發(fā)明方法的原理
[0022] 盆地深層富鉀鹵水通常埋藏在地下深部（深度3000-5000米）（圖1)，由于地層溫 度、地層靜壓力和構造應力的作用，鹵水極易向壓力小的構造部位流動，這種構造部位通常 背斜為軸部。因為背斜受到擠壓，在軸部形成順其走向展布的張性斷裂（圖2)，灌入背斜上 部的張性斷裂內（見圖3AB)。由于深層富鉀鹵水為富鈣離子的氯化物型鹵水，當它沿斷裂 上升到上覆地層，與地層中孔隙水相遇，由于后者多為淡水或低鹽度水，其富含碳酸根、碳 酸氫根或硫酸根離子，就會發(fā)生如下化學反應：
[0023] (1)盆地深層富鉀鹵水（氯化鈣型水，富鈣離子）與較淺部的、低鹽度的碳酸鹽型 水（含碳酸根、碳酸氫根離子）發(fā)生反應，形成方解石沉積（圖4)。
[0024] Ca2+ (來自深部水）+CO廣（來自淺部水）=CaCO3 (方解石）I
[0025] (2)深層富鉀鹵水（氯化鈣型水，富鈣離子）與較淺部的、硫酸鹽型水（富含硫酸 根離子）發(fā)生反應，形成石膏沉積（圖5)。
[0026] Ca2+ (深部水）+S042_ (淺部水）=CaSO4 (石膏沉淀）
[0027] 反應結果是出現方解石或石膏沉淀，充填裂隙或斷裂，裂縫被密封，保護鹵水不再 外泄；另一方面，礦物脈保留下深部地層存在鹵水的信息。
[0028] 這種地質作用，自然地就將深部的鉀鹽礦信息從較深部地層被帶到較淺的地層中 (圖2)。這類含鉀鹽裂隙充填脈的圍巖地層通常是泥巖、粉砂質泥巖、泥灰?guī)r、白云質泥巖、 膏質泥巖等。此類巖石的隔水性、封蓋性很好，且對下部的富鉀鹵水礦層具有注明作用。
[0029] 通常，中國盆地中含鉀礦層的上覆新生代地層厚度大，一般1000-4000m，尤其在東 部地區(qū)，一般較大的斷裂不能穿透整個盆地的地層（圖3B)，但將鉆孔與斷層結合起來，就 可以穿透盆地中厚大的地層，進而可能探測到深部鉀鹽礦床，故將此方法稱為D+F(Drill 鉆孔+Fault斷層）"穿透"法，簡稱D+F "穿透"法，又因其只需穿透預測富鉀礦床埋深的 一半左右，所以又叫半穿透法。
[0030] "穿透"方法技術
[0031] 根據長期的深層富鉀鹵水勘探實踐，結合盆地構造、地層、水化學原理等，我們提 出了"半穿透"勘查深層富鉀鹵水的方法技術。圖6顯示了此技術的基本原理，即鉆井打到 預測含礦地層深度的0. 3-0. 7倍時，能鉆遇碳酸鹽脈或石膏脈，進行實時鉆井觀測以及礦 物學觀測的相關操作，就可以預測或證實深部地層的含礦性。
[0032] 實時鉆井觀測以獲得找鉀指標
[0033] (1)鉆井泥漿液化學組成連續(xù)觀測；
[0034] (2)鉆井巖肩礦物及化學組成連續(xù)觀測；
[0035] (3)鉆井偵察取芯物及化學組成觀測。
[0036] 1)礦物學觀測
[0037] 主要對鹽脈樣品進行XRD、電子掃描分析等，觀測指標：鉀石鹽、光鹵石等礦物，含 量1%以上（表1)。
[0038] D+F "穿透"方法技術找鉀指標如下表1
[0039] 表I. D+F "穿透"方法技術找鉀指標
[0040]
【主權項】
1. 一種尋找深層富鉀鹵水礦床的礦物-化學方法，所述方法為的半穿透法，所述方法 利用鉆井與斷層相結合，所述斷層將地層深部的鉀鹽礦信息帶到淺部的地層中。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述鉆井的深度為預測含鉀地層深度的 0? 3-0. 7 倍。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，當鉆井打到預測含礦地層深度的0. 3-0. 7 倍時，還需實時鉆井化學觀測以預測或證實深部地層的含礦性。
4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述實時鉆井觀測包括：鉆井泥漿液化學 組成連續(xù)觀測，或鉆井巖肩礦物及化學組成連續(xù)觀測，或鉆井偵察取芯物及化學組成觀測。
5. 根據權利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，其步驟為： (1) 預測礦區(qū)富鉀鹵水的賦存深度； (2) 鉆井鉆到預測富鉀鹵水的深度的0. 3-0. 7倍； (3) 實時鉆井觀測以得出含鉀指標。
6. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述實時鉆井觀測中，若發(fā)現含鉀指標則 繼續(xù)往下鉆井。
7. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述實時鉆井觀測中，若沒有發(fā)現含鉀指 標，則應停止鉆井，挪一定距離重新鉆井，重復步驟（2) (3);若指標還沒有達到要求，則應 停止鉆進，重新評估該探區(qū)的成鉀遠景。
8. 權利要求1?7任一所述的方法在尋找深層富鉀鹵水礦床中的應用。
9. 權利要求1?7任一所述的方法所尋找的深層富鉀鹵水礦床。
【專利摘要】本發(fā)明屬于探礦技術領域，涉及一種尋找深層富鉀鹵水礦床的礦物-化學方法及其應用。本發(fā)明方法為半穿透法，所述方法將鉆孔與斷層相結合，所述斷層將地層深部的鉀鹽礦信息帶到淺部的地層中。該方法不僅節(jié)約了人力物力財力而且提早為采礦預警高壓高溫鹵水的存在，做好井控安全防范措施，以做到防止井噴等重大安全和環(huán)境事故的發(fā)生。
【IPC分類】E21B49-00
【公開號】CN104612673
【申請?zhí)枴緾N201510020936
【發(fā)明人】劉成林, 徐海明, 王春連, 王立成, 焦鵬程, 趙艷軍, 沈立建
【申請人】中國地質科學院礦產資源研究所
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月15日