孟軍海,林佳富,才智杰,薛國強，周楠楠,李洪普,馬 龍,王麗君

(1.青海省第三地質(zhì)勘查院，青海 西寧 810000;2.中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 中國科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究重點實驗室，北京 100029;3.中國科學(xué)院地球科學(xué)研究院，北京 100029;4.中國科學(xué)院大學(xué) 地球與行星科學(xué)學(xué)院，北京 100049；5.青海省柴達木盆地鹽湖資源勘探研究重點實驗室，青海 格爾木 816000)

0 引 言

鋰的化學(xué)性質(zhì)十分活潑，廣泛應(yīng)用于包括航空航天在內(nèi)的各個領(lǐng)域，被譽為“工業(yè)味精”、“21世紀(jì)的能源金屬”、“白色石油”。近年來，在高新產(chǎn)業(yè)的帶動下，鋰行業(yè)市場高速發(fā)展，其戰(zhàn)略地位逐漸凸顯。僅過去5年，全球鋰勘查投入漲幅達50倍，鋰成為全球競爭的焦點。鋰資源的重要性不亞于石油等戰(zhàn)略性資源，一旦鋰資源開采出現(xiàn)瓶頸，可能會跟石油一樣成為戰(zhàn)爭的導(dǎo)火索。

鋰礦床主要分為花崗偉晶巖型鋰礦、鹽湖(鹵水)型鋰礦和沉積型鋰礦3種類型，國內(nèi)有12個鋰重點潛力區(qū)(表1)。鹽湖鹵水型鋰礦是鋰資源的重要來源(儲量約占全球鋰資源的2/3)，也是鋰工業(yè)開采的主導(dǎo)方向，尤其是近些年來隨著鹵水提取鋰技術(shù)不斷進步，其產(chǎn)量也不斷增加。鹽湖鹵水型鋰礦集中分布在中國青藏高原和南美安第斯山脈，主要分為碳酸鹽型、硫酸鹽型和氯化物型3個亞類。青海鹽湖的鋰資源儲量居全國首位，占世界鹽湖鋰資源儲量的1/3，柴達木盆地的鹽湖型鋰儲量約占全國總儲量的48.5%。柴達木盆地中南部(圖1)產(chǎn)出一里坪鹽湖、西臺吉乃爾鹽湖和東臺吉乃爾鹽湖等重要鋰礦床，主要為硫酸鹽型。西臺吉乃爾鹽湖原勘探報告提交的氯化鋰儲量超過300×10t，其Li濃度為201.5 mg·L，鎂鋰比高達67.74，屬于硫酸鎂亞型；柴達木盆地西部南翼山、堿石山、鄂博梁等地區(qū)鋰礦主要為氯化物型，具備成為重要產(chǎn)鋰基地的潛力，極具研究價值(圖1)，但整體研究和勘探程度低。

表1 中國成鋰帶劃分表Table 1 Main Lithium Ore-forming Belts in China

圖件引自文獻[16],有所修改圖1 柴達木盆地鋰礦分布Fig.1 Distribution of Lithium Deposits in Qaidam Basin

為了更好地評價柴達木盆地鹽湖鹵水型鋰礦的找礦潛力，本文采用地質(zhì)與地球物理相結(jié)合的方法，首先總結(jié)柴達木盆地鹽湖鹵水型鋰礦的成礦地質(zhì)模型，經(jīng)綜合分析圈出成礦有利區(qū)，優(yōu)選堿石山、鄂博梁背斜構(gòu)造區(qū)，選擇有效的地球物理勘探方法進行探測，并結(jié)合鉆孔驗證結(jié)果，對物探方法的有效性進行評價。

1 鹽湖鹵水型鋰礦成礦地質(zhì)模型

柴達木盆地鹽湖鹵水型鋰礦屬柴達木盆地Li-B-K-Na-Mg-鹽類-石膏-石油天然氣成礦區(qū)Ⅳ級成礦亞帶。在阿爾金斷裂、昆北斷裂、賽南斷裂影響下，柴達木盆地沿斷裂邊界快速下陷，邊沉積邊下陷形成坳陷沉積區(qū)。地層表現(xiàn)為深水湖相、淺水湖相沉積。在氣候逐漸干燥炎熱的條件下，湖水蒸發(fā)濃縮，礦化度不斷升高，位于沉降中心的獅子溝、油泉子及南翼山一帶濃縮為高礦化度的富鉀鋰鹵水。到更新世晚期，由于新構(gòu)造運動，盆地產(chǎn)生差異性沉降，發(fā)育淺層褶皺斷裂，在坳陷中形成背斜構(gòu)造，控制了區(qū)內(nèi)含鉀鋰鹵水的分布。其成礦地質(zhì)模型如圖2所示。

圖2 柴達木盆地鹽湖鹵水型鋰礦簡化成礦地質(zhì)模型Fig.2 Simplified Metallogenic Geological Model of Salt Lake Brine-type Lithium Deposits in Qaidam Basin

柴達木盆地背斜構(gòu)造區(qū)鹵水型鋰礦以南翼山鋰礦床(圖1中藍色虛線)為代表，屬構(gòu)造裂隙孔隙型鹵水鉀鋰鹽礦。成礦時代為古近紀(jì)—新近紀(jì)，含礦鹵水最早形成于古近紀(jì)早期。該礦床位于柴達木盆地西北部坳陷，主體屬柴達木盆地地層分區(qū)。礦區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，具多樣性特點，主特征是對沉積洼地區(qū)有明顯的隆拗控制。斷裂方向以NWW、NE向為主(主要為逆斷層)，其次為NEE向。構(gòu)造活動形成的沉積地層中的斷裂裂隙和地層孔隙，是導(dǎo)致古湖水運移和賦存的空間和場所，也是鹽類鉀礦床的主要控礦條件。

含鋰鹵水主要分布于油砂山組和干柴溝組中，在油砂山組中主要分布在219.05～1 800.00 m深度段，平均厚度274.1 m，在干柴溝組中主要分布在2 943～4 578 m深度段，平均厚度353.65 m。含礦鹵水層巖性有鈣質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥灰?guī)r、藻灰?guī)r、細砂巖等。

柴達木盆地鹽湖鹵水型鋰礦的成礦物源主要來自殘留湖水、周邊巖石的風(fēng)化淋濾、火山-地?zé)崴难a給。柴達木盆地周圍山前的巖石經(jīng)過風(fēng)化，通過水的淋濾作用，將其中的鹽分溶解，補充到湖水中；同時，周緣山區(qū)的斷裂帶附近分布著許多新生代火山，火山-地?zé)崴懈缓琄、B、Li、Sr等元素，這些礦物成分以地?zé)崴疄檩d體匯集到了柴達木盆地地勢較低的西部。

2 地球物理探測實例

通過研究分析覆蓋柴達木盆地的區(qū)域重力與航空磁測、地震資料及針對勘查深層鹵水所進行的電磁類深部地球物理技術(shù)方法試驗結(jié)果可以看出，區(qū)域重力異常信息能較好地圈定背斜、斷裂構(gòu)造及基底埋深起伏，劃分出賦存深層鹵水的有利背斜構(gòu)造區(qū);航空磁測異常場平靜，未能反映出背斜構(gòu)造；地震方法探測深度大、分辨率高，能有效識別地層界面及構(gòu)造，但難以識別鹵水；瞬變電磁法、可控源音頻大地電磁法、音頻大地電磁測深法，受線框大小及電流強弱、接地電阻過大、淺部低阻層屏蔽等因素影響，雖然尋找淺層鹵水有一定效果，但探測深度限500 m以淺，且縱向上分辨能力總體較差；大地電磁測深法雖能達到1 500～2 300 m的探測深度，但效率低、縱向分辨率低；廣域電磁法則對地層、構(gòu)造、鹵水賦存區(qū)反映較為靈敏，探測深度可超過4 000 m，結(jié)合地震方法能夠在背斜構(gòu)造有利區(qū)較好地圈定深層鹵水賦存區(qū)。

2.1 電性特征

綜合分析堿石山、鄂博梁、船型丘—那北、紅三旱Ⅲ—Ⅳ號4個背斜構(gòu)造區(qū)測井資料所反映的柴達木盆地西部主要地層深側(cè)向視電阻率特征(表2),地層的沉積厚度從盆地邊緣(如鄂博梁)到中心(如堿石山)整體在逐漸增大，每套地層的綜合解釋出水層數(shù)與厚度在不同的構(gòu)造區(qū)變化較大，鹵水賦存的油砂山組儲層發(fā)育；沉積地層的視電阻率整體偏低，最大為260 Ω·m，且地層由新到老，視電阻率呈從小到大的變化趨勢，視電阻率高值對應(yīng)砂質(zhì)巖、鈣質(zhì)泥巖或干層，低值對應(yīng)泥巖層或水層。

表2 主要地層深側(cè)向視電阻率特征Table 2 Characteristics of Deep Lateral Apparent Resistivity of Main Strata

2.2 堿石山背斜構(gòu)造地區(qū)探測效果

堿石山背斜構(gòu)造地區(qū)(圖1中藍色虛線)位于柴達木盆地西北部一里坪地區(qū)堿石山—落雁山構(gòu)造帶中部，出露地層主要為第四系。

柴達木盆地中、新生代以來經(jīng)歷了多次強烈的構(gòu)造運動，在地震剖面上不整合現(xiàn)象明顯，成為地震層序劃分的基礎(chǔ)。由于地震資料識別層序的精細程度及可靠性取決于地震資料的分辨率，所以在地震剖面上劃分層序的能力是有限的，必須結(jié)合鉆井和地面露頭資料。本文將露頭地層、鉆井地層與地震地層三者相結(jié)合，利用地震層序的劃分對比確定柴達木盆地中新生界各套沉積蓋層的分布范圍和厚度變化。

堿石山地區(qū)地震剖面連續(xù)性較強的反射顯示地層層位整體較為穩(wěn)定。剖面主要反映一背斜構(gòu)造[圖3(a)]，背斜兩側(cè)地層產(chǎn)狀較陡，并發(fā)育多處陡產(chǎn)狀的斷裂構(gòu)造，左側(cè)地層推斷的斷裂整體向北傾，而右側(cè)斷裂傾向則相反。根據(jù)地震反射原理，能夠形成連續(xù)反射的地質(zhì)界面主要是地層界面和不整合界面。地層界面是殘留的沉積作用面，即代表等時界面，其地震響應(yīng)為年代地層界面的反射；不整合界面代表地質(zhì)歷史中的侵蝕面或無沉積作用面，是劃分層序的主要依據(jù)，其地震響應(yīng)也具有年代地層學(xué)意義。因此，能夠在地震剖面上識別層序的邊界，結(jié)合區(qū)內(nèi)鉆孔資料，對地震剖面劃分地層結(jié)果見圖3(a)。從圖3(a)可以看出，地震剖面無法識別出含鹵水地層。

為了推斷鋰礦的賦存位置，在堿石山背斜構(gòu)造地區(qū)進行了廣域電磁法探測。廣域電磁二維反演成果圖[圖3(b)]解譯的地層總體呈現(xiàn)出第四系(Q)與獅子溝組(N)地層基本水平分布、上新統(tǒng)上油砂山組(N)及中新統(tǒng)下油砂山組(N)地層顯示為微背斜構(gòu)造的產(chǎn)狀特征，這與西北近鄰的99136地震剖面解釋基本一致。在剖面2 500 m以深，地震剖面反映為一高阻層位，該層位厚度較大，反演電阻率也較大，電阻率大于20 Ω·m。以往測井物性資料顯示N地層電阻率最大26.17 Ω·m，最小1.0 Ω·m。依據(jù)物性成果，推測該高阻層為N地層。N地層在1 400～2 200 m深度段有一明顯的低阻層，電阻率小于10 Ω·m；依據(jù)物性統(tǒng)計結(jié)果，推測為N地層，并為主要含鹵水層。該層位在南、北兩側(cè)未封閉；N地層上覆有一中高電阻層，電阻率為十幾至50 Ω·m，推測為N地層；淺部低阻層為Q地層。另外，依據(jù)視電阻率異常橫向上的展布特征，推斷存在3條均延伸至N地層中的陡產(chǎn)狀斷裂，其中南側(cè)兩條斷裂北傾，北側(cè)斷裂南傾。堿石1孔[圖3(a)]的鉆孔資料表明711.5～2 506.0 m深度段存在出水層86層，累計厚度208.8 m；經(jīng)樣品分析，LiCl濃度為623.15～931.06 mg·L，驗證了物探劃分地層和推斷含礦層位的正確性(圖4)。

ρs為視電阻率圖3 堿石山地震剖面和廣域電磁法剖面Fig.3 Seismic and WFEM Profiles of Jianshishan

圖4 堿石1孔自流現(xiàn)場Fig.4 Artesian Site of Borehole Jianshi1

2.3 鄂博梁背斜構(gòu)造地區(qū)探測效果

鄂博梁構(gòu)造帶(圖1中藍色虛線)位于柴達木盆地中北部，構(gòu)造上屬于柴北緣走滑沖斷系內(nèi)部的次級走滑構(gòu)造，呈NW—SE向展布，南部與一里坪坳陷相鄰，北部與昆特依凹陷、伊北凹陷為界，包括Ⅰ號、Ⅱ號、Ⅲ號共3個構(gòu)造帶。該區(qū)地質(zhì)條件十分復(fù)雜，地史過程中沉積中心不斷變遷，后期構(gòu)造運動改造作用強烈，斷裂極為發(fā)育。

鄂博梁背斜構(gòu)造區(qū)地震剖面[圖5(a)]表現(xiàn)為連續(xù)性較差的反射，地層層位顯示不明顯。背斜北部整體呈一反“S”狀皺褶構(gòu)造。鄂博梁Ⅱ、Ⅲ號油井，鄂ZK01水文地質(zhì)鉆孔調(diào)查結(jié)果顯示，在鄂博梁地區(qū)鉆遇漸新統(tǒng)上干柴溝組(N)、N、N和N地層。地震剖面解釋淺部發(fā)育1條主斷裂和2條次級斷裂，主斷裂分布于背斜構(gòu)造的核部偏北翼地區(qū)，向南緩傾，逆斷層，對背斜構(gòu)造的形成起控制作用，垂向上深部延伸約5 000 m，進入N地層，是深部鹵水向上運移的重要通道，但地震剖面無法識別出含鹵水地層。

圖5 鄂博梁地震剖面和廣域電磁法剖面Fig.5 Seismic and WFEM Profiles of Eboliang

廣域電磁法剖面[圖5(b)]整體從淺層到深部呈低、相對低、中低及高電阻的變化特征。深部高阻異常，頂部埋深2 400～3 600 m，電阻率大于100 Ω·m。根據(jù)以往測得的物性資料，推測為N地層，該地層整體顯示南部埋深大，北部埋深相對較淺；埋深800～2 200 m明顯展布一“廠”字形的似弧狀相對低阻層，電阻率小于10 Ω·m，南部規(guī)模大于北部，結(jié)合以往地質(zhì)及物性資料推測為N地層，為主要的含鹵水礦層位，且朝SW向未封閉；其上部為一中低阻電性層，明顯呈南翼陡、北翼稍緩的弧形展布，弧頂近地表，埋深0～1 200 m，電阻率10～20 Ω·m，依據(jù)地質(zhì)資料及物性推測為N地層，亦為主要的賦鹵水層位；淺部分布一低阻層，形態(tài)與下伏N地層同向展布，電阻率小于10 Ω·m，結(jié)合地質(zhì)及物性資料推斷為富含水的N地層與Q地層。另外，依據(jù)視電阻率異常橫向上的展布特征，推斷背斜構(gòu)造北翼存在兩條均南傾并延伸至N地層的斷裂，其中南側(cè)斷裂規(guī)模大于北側(cè)的隱伏斷裂。鄂ZK01(圖5)鉆孔資料顯示283.5～1 908.2 m深度段存在出水層30層，累計厚度89.8 m，且主要集中于N地層；經(jīng)樣品分析，LiCl濃度為116.08～140.51 mg·L，呈自上而下逐步增大的趨勢，表明物探劃分地層和推斷含礦層位得到了驗證。圖6顯示了同一構(gòu)造帶的鄂2井自流情況。

圖6 鄂2孔自流現(xiàn)場Fig.6 Artesian Site of Borehole E2

3 結(jié) 語

柴達木盆地鹽湖鹵水型鋰礦儲量約占全球鹵水鋰資源的1/3，在中國鹵水鋰資源的占比更是超過63%。柴達木盆地構(gòu)造復(fù)雜多樣，對沉積洼地區(qū)具有明顯的隆拗控制特點。構(gòu)造活動導(dǎo)致沉積地層的斷裂裂隙和地層孔隙，是古湖水運移和賦存的空間和場所，也是鹽類鉀礦床的主要控制條件。

如何實現(xiàn)鹽湖鋰資源的高效、精細勘查一直是困擾鹽湖鋰資源勘探開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)問題。通過堿石山和鄂博梁兩個背斜構(gòu)造區(qū)的勘探實踐，初步認(rèn)為地震方法效果較好，在劃分地層、構(gòu)造，確定產(chǎn)狀、埋深等方面效果明顯，是地表勘探深層鹵水賦礦地層最有效的地球物理手段；含礦層位的定位則需要借助廣域電磁法，含鹵水層表現(xiàn)出明顯的低阻特征，是電磁感應(yīng)類方法的理想探測目標(biāo)。