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一种寻找深层富 钾卤水矿床的矿物-化学方法及其应用

阅读：763发布：2020-05-21

专利汇可以提供一种寻找深层富钾卤水矿床的矿物-化学方法及其应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于探矿技术领域，涉及一种寻找深层富钾卤水矿床的矿物-化学方法及其应用。本发明方法为半穿透法，所述方法将钻孔与断层相结合，所述断层将地层深部的钾盐矿信息带到浅部的地层中。该方法不仅节约了人力物力财力而且提早为采矿预警高压高温卤水的存在，做好井控安全防范措施，以做到防止井喷等重大安全和环境事故的发生。，下面是一种寻找深层富钾卤水矿床的矿物-化学方法及其应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种寻找深层富钾卤水矿床的矿物-化学方法，所述方法为的半穿透法，所述方法利用钻井与断层相结合，所述断层将地层深部的钾盐矿信息带到浅部的地层中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钻井的深度为预测含钾地层深度的
0.3-0.7倍。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当钻井打到预测含矿地层深度的0.3-0.7倍时，还需实时钻井化学观测以预测或证实深部地层的含矿性。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述实时钻井观测包括：钻井泥浆液化学组成连续观测，或钻井岩屑矿物及化学组成连续观测，或钻井侦察取芯物及化学组成观测。
5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，其步骤为：
(1)预测矿区富钾卤水的赋存深度；
(2)钻井钻到预测富钾卤水的深度的0.3-0.7倍；
(3)实时钻井观测以得出含钾指标。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述实时钻井观测中，若发现含钾指标则继续往下钻井。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述实时钻井观测中，若没有发现含钾指标，则应停止钻井，挪一定距离重新钻井，重复步骤(2)(3)；若指标还没有达到要求，则应停止钻进，重新评估该探区的成钾远景。
8.权利要求1～7任一所述的方法在寻找深层富钾卤水矿床中的应用。
9.权利要求1～7任一所述的方法所寻找的深层富钾卤水矿床。

说明书全文

一种寻找深层富钾卤水矿床的矿物-化学方法及其应用

技术领域

[0001] 本发明属于探矿技术领域，涉及一种寻找深层富钾卤水矿床的矿物-化学方法及其应用。

背景技术

[0002] 中国是一个农业大国，人口众多，粮食生产是立国之本，氮、磷、钾肥在农业生产中的重要性，在建国之初就被国家领导人和科学工作者所重视。由于我国耕地大规模缺钾，大量钾肥需求依靠进口，国外钾肥垄断者看准了我们的软肋，任意操纵钾肥价格，在2007年底～2008年，钾肥从200美元/吨涨到600美元/吨。极大加重了农民的负担，直接影响了我国农业和国民经济可持续发展。因此，钾盐矿产资源供给要立足于国内，才不至于受制于人。目前，我国已探明钾盐资源相对13亿人口大国需求，乃杯水车薪。我国已探明的钾盐储量主要分布在青海柴达木盆地11个现代盐湖中，总地质储量7.06亿吨(郑绵平等，2006ab)；其次是新疆罗布泊罗北凹地盐湖，初步圈定KCl地质储量2.5亿吨(王弭力等，
2001)；再次为西藏35个特种(钾锂硼)盐湖KCl总地质储量和资源量0.47亿吨。以上初步统计的全国KCl地质储量约9.9亿吨，折合K2O为6.25亿吨(郑绵平等，2006ab)。此外，云南勐野井古新世钾盐矿(地质储量1402万吨)(据云南省地矿局)，是我国仅有的古代固体工业性钾盐矿床。湖北潜江始新统上部有薄层无水钾镁矾和钾芒硝(0.26～1.32m)，资源量近2000万吨(江汉石油管理局勘察开发研究院，1984)，但埋深达3000～4000m。目前，青海察尔汗盐湖钾盐产能已达350万吨，其东部矿区资源已近枯竭，现正在大规模开发西部别勒滩矿区，估算可保证生产近20～30年。国家投资公司罗布泊钾盐项目2008年
120万吨硫酸钾肥投料试车，2012年生产能力达到130万吨，目前罗布泊已成为世界最大的硫酸钾生产基地。但是，这样的生产规模可能稳定持续20～30年，届时，钾资源也将枯竭。
因此，立足国内找钾，是保持我国农业平稳发展的重要保证，否则，我国钾肥的紧缺状况和长期受制于国外控制的局面将难以改变。

[0003] 国内外钾盐矿床海陆相规模对比和矿业发展，以及我国找钾实践和远景研究表明，只有取得海相钾盐找矿(这些矿床大多属于深埋的固体及液体矿床)的重大突破，才能从根本上扭转我国长期以来严重缺钾的被动局面。我国古海相蒸发盆地时代久远，从震旦纪，寒武纪，奥陶纪，石炭纪，三叠纪，侏罗纪、白垩纪到古近纪均有沉积；盐类沉积厚度从数十米到上千米(袁见齐,1960,1961,1980,1988,1995,2007；郑绵平等,1974,1976,1978,1986a,2005,2006ab,2008,2009；Zheng MP et al.,2010；刘群等,1987,1994,1997)。这些资料显示，海相蒸发岩系具有巨大的容矿空间，为海相钾盐找矿突破奠定了物质基础。鉴于我国农业发展对钾肥的巨大需求，只有在我国古代海相地层找钾取得重大突破，才可以从根本上解决我国的钾盐自给。而由于中国大地构造环境与国外存在明显差异，国外已有海相成钾理论并不完全适合中国海相盆地找钾。因此，建立适合中国构造背景的海相成钾理论，提出我国海相找钾新思路、打造钾盐勘查新技术指导海相钾盐勘查势在必行。由于后期构造运动受到陆陆碰撞-喜马拉雅运动的强烈影响，古生代海相含盐沉积建造埋深巨大。与国外海相钾盐沉积盆地相比，我国古海相盆地规模较小，后期变化较大，埋藏较深-很深，这些给中国找钾带来技术难题，同时钻井成本非常大。为此，有必要研制一些寻找深埋钾盐矿的技术，以较低成本获得较为准确的钾矿信息，为找钾钻探布孔提供科学依据。

发明内容

[0004] 根据上述领域的需求和不足，本发明提供一种寻找深层富钾卤水(液体)矿床的方法，所述方法为D+F“穿透”矿物-化学法，也称半穿透法，该方法可以提早预警高压高温卤水的存在，做好井控安全防范措施，以做到防止井喷等重大安全和环境事故的发生。

[0005] 本发明的技术方案如下：

[0006] 一种寻找深层富钾卤水矿床的矿物-化学方法，所述方法为的半穿透法，所述方法利用钻井与断层相结合，

[0007] 所述断层将地层深部的钾盐矿信息带到较浅部的地层中。

[0008] 所述钻井的深度为预测含钾地层深度的0.3-0.7倍。

[0009] 当钻井打到预测含矿地层深度的0.3-0.7倍时，还需实时钻井化学观测以预测或证实深部地层的含矿性。

[0010] 所述实时钻井观测包括：钻井泥浆液化学组成连续观测，或钻井岩屑矿物及化学组成连续观测，或钻井侦察取芯物及化学组成观测。

[0011] 上述的方法，其特征在于，其步骤为：

[0012] (1)预测矿区富钾卤水的赋存深度；

[0013] (2)钻井钻到预测富钾卤水的深度的0.3-0.7倍；

[0014] (3)实时钻井观测以得出含钾指标。

[0015] 所述实时钻井观测中，若发现含钾指标则继续往下钻井。

[0016] 所述实时钻井观测中，若没有发现含钾指标，则应停止钻井，挪一定距离重新钻井，重复步骤(2)(3)；若指标还没有达到要求，则应停止钻进，重新评估该探区的成钾远景。

[0017] 上述的方法在寻找深层富钾卤水矿床中的应用。

[0018] 上述的方法所寻找的深层富钾卤水矿床。

[0019] 深层卤水特征

[0020] 目前我国已发现多个海相或海陆交互相高矿化度卤水及富钾卤水，氯化钠均达到工业开采品位，并富含经济价值更大的钾、溴、碘、锂、硼、銣和铯等元素。这些资源主要分布于四川盆地、塔里木盆地、江汉盆地、渤海湾盆地等，地层有震旦纪灯影组、下中寒武统、下中奥陶统、下石炭统、下二叠统(卤水)、三叠系、中上侏罗统、晚白垩统、古近系、新近系。这些卤水因埋藏深、具有承压性等，统称深层卤水。它们大多是古盐湖沉积时期形成的，以后埋藏经过变质改造，硫酸根被还原、镁离子进入碳酸盐矿物，成为氯化钙型水，阴离子主要以氯离子，阳离子主要是钠，其次为钙，而钾、溴离子等就是上述重要的资源。

[0021] 本发明方法的原理

[0022] 盆地深层富钾卤水通常埋藏在地下深部(深度3000-5000米)(图1)，由于地层温度、地层静压力和构造应力的作用，卤水极易向压力小的构造部位流动，这种构造部位通常背斜为轴部。因为背斜受到挤压，在轴部形成顺其走向展布的张性断裂(图2)，灌入背斜上部的张性断裂内(见图3AB)。由于深层富钾卤水为富钙离子的氯化物型卤水，当它沿断裂上升到上覆地层，与地层中孔隙水相遇，由于后者多为淡水或低盐度水，其富含碳酸根、碳酸氢根或硫酸根离子，就会发生如下化学反应：

[0023] (1)盆地深层富钾卤水(氯化钙型水，富钙离子)与较浅部的、低盐度的碳酸盐型水(含碳酸根、碳酸氢根离子)发生反应，形成方解石沉积(图4)。

[0024] Ca2+(来自深部水)+CO32-(来自浅部水)＝CaCO3(方解石)↓

[0025] (2)深层富钾卤水(氯化钙型水，富钙离子)与较浅部的、硫酸盐型水(富含硫酸根离子)发生反应，形成石膏沉积(图5)。

[0026] Ca2+(深部水)+SO42-(浅部水)＝CaSO4(石膏沉淀)

[0027] 反应结果是出现方解石或石膏沉淀，充填裂隙或断裂，裂缝被密封，保护卤水不再外泄；另一方面，矿物脉保留下深部地层存在卤水的信息。

[0028] 这种地质作用，自然地就将深部的钾盐矿信息从较深部地层被带到较浅的地层中(图2)。这类含钾盐裂隙充填脉的围岩地层通常是泥岩、粉砂质泥岩、泥灰岩、白云质泥岩、膏质泥岩等。此类岩石的隔水性、封盖性很好，且对下部的富钾卤水矿层具有注明作用。

[0029] 通常，中国盆地中含钾矿层的上覆新生代地层厚度大，一般1000-4000m，尤其在东部地区，一般较大的断裂不能穿透整个盆地的地层(图3B)，但将钻孔与断层结合起来，就可以穿透盆地中厚大的地层，进而可能探测到深部钾盐矿床，故将此方法称为D+F(Drill钻孔+Fault断层)“穿透”法，简称D+F“穿透”法，又因其只需穿透预测富钾矿床埋深的一半左右，所以又叫半穿透法。

[0030] “穿透”方法技术

[0031] 根据长期的深层富钾卤水勘探实践，结合盆地构造、地层、水化学原理等，我们提出了“半穿透”勘查深层富钾卤水的方法技术。图6显示了此技术的基本原理，即钻井打到预测含矿地层深度的0.3-0.7倍时，能钻遇碳酸盐脉或石膏脉，进行实时钻井观测以及矿物学观测的相关操作，就可以预测或证实深部地层的含矿性。

[0032] 实时钻井观测以获得找钾指标

[0033] (1)钻井泥浆液化学组成连续观测；

[0034] (2)钻井岩屑矿物及化学组成连续观测；

[0035] (3)钻井侦察取芯物及化学组成观测。

[0036] 1)矿物学观测

[0037] 主要对盐脉样品进行XRD、电子扫描分析等，观测指标：钾石盐、光卤石等矿物，含量1％以上(表1)。

[0038] D+F“穿透”方法技术找钾指标如下表1

[0039] 表1.D+F“穿透”方法技术找钾指标

[0040]

[0041] 2)地球化学监测

[0042] 岩芯样、钾离子含量≥0.1％，镁离子≥0.2％，钾离子与Mg、Sr、B、Li呈正相关。

[0043] 钻孔孔位布设：

[0044] (1)平面上探测井布置：沿着断层走向(如图7a,b,c)。

[0045] (2)剖面上钻孔布置(如图8)：正断层下降盘一侧，一定距离；逆断层或走滑断层面倾向方向一定距离；

[0046] (3)探测深度计算，计算公式：H2＝L2/tanA，注A-断裂与钻井夹角；ZK2-钻孔口到断延伸到地表的距离

[0047] D+F“穿透”方法的优点

[0048] 由于深层卤水钾盐矿通常埋藏很深，所有探井打到目的层成本很高，为此，可以在预测钾盐矿层探区内的背斜高点布设勘查钻井，打到0.3-0.7倍深度(如果矿层埋深3000-4000m，覆盖深度是1500-2000m)，开始进行实时钻井观测以及矿物学观测，如果发现上述含钾指标，可以继续往下钻进，如果没有发现指标显示，则应停止钻井。再论证布设孔位，移位钻井，利用D+F“穿透”技术继续观察，如果发现指标达到含钾盐矿，则继续钻进。
如果指标还没有达到要求，则应停止钻进，需要重新评估该探区的成钾远景，或放弃勘查工作。

[0049] 此外，由于深层卤水压力异常高，卤水温度及盐度也很高，利用此技术方法，可以提早预警高压高温卤水的存在，做好井控安全防范措施，以做到防止井喷等重大安全和环境事故的发生。

[0050] 本发明的发明人经过长期的实践经验的积累以及大量的深入调研与分析，发现由于地层温度、地层静压力和构造应力的作用，当深层富钾卤水沿断裂上升到上覆地层，与地层中孔隙水相遇，而后者多为淡水或低盐度水，其富含碳酸根、碳酸氢根或硫酸根离子将会与卤水中的钙离子发生化学反应生成方解石或石膏沉淀，充填裂隙或断裂，矿物脉保留下深层存在卤水的信息，这样就将深部的钾盐矿信息从较深部地层被带到较浅的地层中。本发明发明人将这一规律现象应用到寻找深层富钾卤水矿床中，开发出一种新的寻找深层富钾卤水矿床的思路，将钻井钻到预测深度的0.3-0.7倍，进而进行实时预测以获得含钾指标，发明人将地层断层与钻井充分结合，不仅节约了人力物力财力而且提早为采矿预警高压高温卤水的存在，做好井控安全防范措施，以做到防止井喷等重大安全和环境事故的发生。附图说明

[0051] 图1为地层深层卤水一般分布规律图，

[0052] 其中，1-充气带；2-强烈水交换带；3-过渡带；4-稳定带(原生卤或根卤，氯化钙型水)；

[0053] 图2为背斜轴部断裂部构造发育与分布示意图；

[0054] 图3A为江陵凹陷南岗背斜构造轴部由碳酸盐(从卤水中析出)充填于高角度的地层裂隙中的方解石脉(岗钾1井)示意图；

[0055] 图3B为江陵凹陷南岗构造发育多个断裂示意图；

[0056] 图4地层裂隙中深部富钾氯化钙型水与上部地层碳酸盐型水相遇-反应，形成方解石(长方形)沉淀-充填裂隙示意图

[0057] 图5地层裂隙中深部富钾氯化钙型水与上部地层硫酸盐型水相遇-反应，形成石膏(长方形)沉淀-充填裂隙示意图

[0058] 图6为探测深层富钾卤水的D+F“穿透”技术示意图，

[0059] 其中，1-砾石层；2-砂岩；3-泥岩；4-石盐；5-石膏；6-砂砾储层(储藏富钾卤水矿)；7-碳酸盐及或石膏脉；8-钻孔；

[0060] 图7a探测钻孔在正断层下降盘上布设平面示意图

[0061] 图7b探测钻孔在走滑断层布设示意图

[0062] 图7c探测钻孔在逆断层布设平面示意图

[0063] 图8探测钻孔布设剖面图

[0064] 图9为湖北江陵凹地岗钾1井打出高产富钾卤水示意图；

[0065] 图10为湖北江陵凹地岗钾1井富钾卤水采样示意图

具体实施方式

[0066] 提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

[0067] 实施例1、D+F“穿透”方法应用实例---江陵凹陷岗钾1井深层富钾卤水找矿。

[0068] 2011年1月，岗钾1井在深3571米的钻到了深层富钾卤水。钻到1500米的深度并进行找钾指标实时钻井观测，其中实时钻井观测包括(1)钻井泥浆液连续观测；(2)钻井岩屑连续观测；(3)钻井侦察取芯观测，检测结果如下表2：

[0069] 表2.实施例1的D+F“穿透”方法技术找钾指标

[0070]

[0071]

[0072] 对盐脉样品进行观测指标：钾石盐、光卤石等矿物，含量1％以上(中国地质科学院矿产资源研究所，江陵凹陷勘查年度报告，2012，2013；刘成林，2013)。

[0073] 表3.岗钾1井深层卤水钾含量标

[0074]

[0075] 上述数据结果表明：该矿区为富钾卤水矿。继续开展钻井，最后钻到了高温高压高盐度的富钾卤水，井口异常高压，放喷卤水三天，井口压力仍不减(图6、7)。钻井溢流流速是180m3/h,每天流量可达4320方，属于高产井；放喷管口卤水温度最高97℃。卤水氯化钾含量达1.64％，超过1％的工业品位，同时富含溴、碘、锂、硼、銣和铯等元素，具有良好的开发经济价值。表3为实施例矿区深层卤水中的钾含量标。

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