技术领域
[0001] 本
发明涉及矿产开发技术，特别是涉及寻找深埋固体
钾盐矿床的方法。
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250万吨，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，规划2011年生产能力达到150万吨，2015年达到年产钾肥300万吨。届时罗布泊将成为世界最大的
硫酸钾生产基地，可有效缓解我国钾肥紧缺状况，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，只有取得海相找钾的重大突破，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。
[0004] 目前我国已查明9个时代有海相或海陆交互相盐层或卤水产出：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、晚白垩统和古近系。其中灯影组(川南)、下中寒武统(四川和塔里木盆地)、下中奥陶统(陕北盆地)、下石炭统(塔中盆地)。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、后期变质破坏强烈，而中新生代盆地，从它们形成、演化到终结的全过程，持续受到构造动力作用，发生
破碎、
变形及深埋。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。
[0005] 综上，有必要开发以较低成本获得较为准确的钾矿信息的寻找深埋钾盐矿的技术，为找钾钻探提供科学依据。
发明内容
[0006] 本发明根据上述领域的空白和需求，提供一种有效降低找矿失败率和找矿成本的寻找深埋钾盐矿床的方法，本发明的方案如下：
[0007] 一种寻找深埋钾盐矿床的方法，步骤如下：
[0008] (1)布设勘查钻井
位置：在预测钾盐矿层探区内找到背斜构造，沿所述背斜构造的轴走向确定最高点及次高点并布设钻孔；
[0009] (2)钻井取矿样：
[0010] 在含盐系埋藏浅或出露地表的预测钾盐矿层探区,钻井至或穿过浅表地层后开始取矿样；
[0011] 在存在第四系地层的预测钾盐矿层探区内，钻井穿透第四系地层后开始取矿样；
[0013] (3)判断：对矿样进行观测，判断是否遇到含钾盐脉以及出现含钾指标；
[0014] 如果步骤(3)观测的结果显示出含钾指标，可以继续往下钻进；如果未显示含钾指标则终止钻井并换一个钾盐矿层探区举行步骤(1)(2),(3)；
[0015] 所述显示出含钾指标指至少观测到以下几组情况之一：
[0016] 第一组：连续
采样过程中，泥浆样品中钾离子含量≥1％；元素分析显示泥浆中镁，锶，硼、锂离子与钾离子呈现正相关变化，且镁离子≥2％；岩芯、岩屑样品中钾离子≥1％；
[0017] 第二组：观测到岩芯、岩屑样品中出现钾石盐，且含量为1％以上；
[0018] 第三组：观测到岩芯、岩屑样品中出现光卤石，且含量为1％以上；
[0019] 第四组：观测到岩芯、岩屑样品中出现钾
石膏，且含量为1％以上；
[0020] 第五组：观测到岩芯含岩脉，钾离子≥1％；并大于围岩10倍以上。
[0021] 所述分析指X-射线分析，
电子扫描分析和/或化学定量分析。
[0022] 所述钻井穿透第四系地层后开始取矿样指穿过第四系之后，每深入90-100米进行取1次取样。
[0023] 所述钻井穿透第四系地层后开始取矿样指穿过第四系之后，每深入70-80米进行取1次取样。
[0024] 所述钻井穿透第四系地层后开始取矿样指穿过第四系之后，每深入50-60米进行取1次取样。
[0025] 所述钻井穿透第四系地层后开始取矿样指穿过第四系之后，每深入30～40米进行取1次取样。
[0026] 所述钻井穿透第四系地层后开始取矿样指穿过第四系之后，每深入6～20米进行取1次取样。
[0027] 所述钻井穿透第四系地层后开始取矿样指穿过第四系之后，每深入1-5米进行取1次取样。
[0028] 如果所述预测钾盐矿层探区在中国盆地地区，则钻井取矿样的深度为1000-3000米。
[0029] 上述任一方法在寻找深埋钾盐矿床中的应用。
[0030] 固体钾盐埋藏在地下深部(1000-5000米)，由于地
温度、地层静压力和构造
应力的作用，矿层极易发生塑性流变，向压力小的构造部位流动，这种构造部位通常背斜轴部或
断裂带。因为背斜受到
挤压，在轴部形成顺其走向展布的张性断裂地层(图1)－
断层，少部分塑性流动的含钾的盐岩就会在地下强大压力作用下，上窜灌入背斜上部的断层中，这样钾盐矿信息也就自然从深部被带到较浅的地层中(图2)。这类含钾盐的信息地层通常是泥岩、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，一方面，保护下部的钾盐矿层，另一方面，其内的含钾盐脉也容易保存下来。
[0031] 本发明结合盆地构造、沉积等规律，将钻孔与断层联合起来，在预测钾盐矿层探区内的背斜高点布设勘查钻井，打穿第四系至上第三系——即上
覆盖地层，一般1000-2000米，断层一般不能穿透第四系松散或弱固结地层，因此，这段深度需要钻探，钻井穿透第四系之后，开始取矿样举行观测。本发明将此技术称为(D+F)(Drill钻孔+Fault断层)“穿透”法。图3显示了此技术的基本原理，即钻井打到第四系至上第三系时，如果该探区有钾盐矿层，则该钻井深度大约是预测含矿地层深度的一半，根据地质运动规律，在该钻井深度能钻遇含钾盐脉(图4)。然后对钻井所得的盐矿样品进行观测，判断断层中是否出现含钾指标，从而预测或证实深部地层的含矿性。深部地层含钾矿的判辩指标如表(1)。
[0032] 由于钾盐矿通常埋藏很深，所有探井打到目的层成本很高，通过本发明的方法，如果发现上述含钾指标异常，可以继续往下钻进，如果没有发现指标异常显示，则应停止钻井。挪一定距离再布设孔位，继续开展钻进，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，或暂时放弃钻井勘查工作。通过本发明的方法可以降低找矿成本，提高找矿准确率。
[0033] 钻井取样过程中，穿过第四系地层之后，本领域技术人员可根据地质情况，设定每钻进多少米进行一次取样。例如，每深入100、90、80、70、60、50、40、30、20、10、5或1米进行1次取样，从而最大程度地提高找矿准确率。
[0034] 通常，中国盆地中含钾矿层的上覆新生代地层(即第四系地层)厚度大，一般1000-3000米，尤其在东部地区，张性断裂穿透地层的厚度有限，钻探孔需打到张性断裂穿层的上部或顶部，才可以获得深部的含矿信息。
[0035] 本发明中，预测含矿地层深度的依据如下：含钾的盐矿层(及溶解固体钾盐的
水体)在高压作用下能够发生塑性流动，一方面，可能刺穿上覆地层而上窜至较浅部地层甚至可能出露地表，另一方面，钾矿层或含钾的盐层也会以盐脉形式或溶钾盐的水体沿着已有断层上窜至较浅部地层裂隙中充填或沉淀成含钾的盐脉。因此，只要在受到挤压变形的地层拱形(即背斜)上布置钻探，打到一定深度就可以获得深部的含矿信息。因此，在含盐系埋藏浅或出露地表的预测钾盐矿层探区,钻井至或穿过浅表地层后就可以开始取矿样；在存在第四系地层的预测钾盐矿层探区内，钻井需穿透第四系地层后开始取矿样；
[0036] 本发明中出现的专有名词：
[0037] 钻井液：是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质；其主要作用是，一是给
钻头降温，二是保护井壁受损。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、
泡沫和压缩空气等。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉
块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。本发明采用本领域常规使用的钻井液，只要不含有可溶性钾离子即可。
[0038] 第四系：通常将距今250万年以来沉积的地层称为第四系。
[0039] 上第三系：从距今2300万年-250万年期间沉积的地层称为上第三系。
[0040] 背斜：背斜指地层中一种上凸的褶曲构造，其核部由老地层组成，地层时代由核部向两翼由老到新排列，背斜(Anticline)指岩层发生折曲时，形状向上凸起者在一般平地上，背斜的地层上半部受到侵蚀变平，会形成中间古老，两侧较新的地层排列方式。
[0041] XRD：X-射线衍射仪，通过测试矿物
晶体结构参数，以准确鉴定矿物质种类；
[0042] 电子扫描分析：显微电子扫描镜，可以将岩石或矿物放大几百倍-上万倍，以观察矿物结构形态，加上能谱分析，可半定量获得扫描矿物化学元素组成。
附图说明
[0043] 图1背斜构造轴部张性断裂形成与分布示意图；
[0044] 图2江陵凹陷地层中的含钾盐矿物的盐脉(垂直层理产出的红色盐)；
[0045] 图3探测深部固体钾盐矿的D+F“穿透”技术示意图，
[0046] 其中1-砾石；2-
砂岩；3-泥岩；4-石盐；5-钾盐；6-石膏；7-砂砾岩；8-含钾石盐脉；9-钻井；
[0047] 图4地下背斜含钾的盐脉上升及钻孔布设示意图。
[0048] 图5江陵凹陷岗钾2井钻井泥浆钾离子含量分布。
具体实施方式
[0049] 以下通过
实施例和附图详细说明本发明，以下实施中采用的实验手段，如无特殊说明，均表示采用的是本领域常规实验方法。
[0050] 实施例1.钻孔+断层“穿透”寻找固体钾盐矿找矿方法
[0051] 一、设备与材料：
[0052] 1.设备：
[0058] 钻井液：不含钾离子的泥浆
[0059] 二、分析方法
[0060] 1.观测：
[0061] (1)钻井泥
浆液中钾离子连续观测---是否含钾离子，使用钾试剂。
[0062] (2)钻井岩屑岩心观测—检查是否含有盐岩屑
[0063] (3)钻井取芯观测---检查是否含有盐脉
[0064] 2.化学分析
[0065] (1)泥浆：钾镁离子含量变化观测指标
[0066] a.钾、镁离子含量同步变化或呈正相关；
[0067] b.钾离子含量是否大于1-3％，镁离子含量是否大于2-6％。
[0068] (2)盐脉：钾离子含量是否大于1％，并大于围岩10倍以上。
[0069] 3.矿物学观测
[0070] 盐脉样品：采用X-射线衍射仪进行进行X-射线衍射分析，并采用显微电子扫描镜进行电镜能谱分析，用于分析盐脉中是否出现钾石盐、光卤石、钾石膏或钾芒硝等矿物。
[0071] 三、深部地层含钾矿的指标
[0072] 表1 钻孔+断层“穿透”寻找固体钾盐矿指标
[0073]
[0074] 四、本发明的方法在江陵找钾矿的应用实例
[0075] (1)布设勘查钻井；
[0076] 为了布设探测地层深部固体钾盐矿的钻孔，首先，应根据已有的
地震及地质资料等，找到背斜构造；然后，确定背斜的高点位置；沿背斜轴走向的方向布设三个钻孔，寻找最高点及次高点布孔，获取含矿信息，如图4所示。
[0077] (2)钻井并取样：钻井深度为(预测含矿)地层系背斜上部地层顶面的埋藏深度(图4)，由于含钾矿的盐脉通常可以上窜到背斜顶部，如果所选背斜构造有较大规模的断裂，则盐脉上升的高度更大，如图5，钻探到背斜顶面附近就开始连续取样以判断该探区是否含钾盐矿床。
[0078] 岗钾2井所在地区，钻井穿过第四系后，每钻进10-100米进行1次取样，连续取样。
[0079] (3)判断：
[0080] 对钻井所取得的矿样进行上文“二、分析方法”一节中所列的3方面的分析，对钻进泥浆样品、岩屑样品和/或岩芯岩脉样品进行观测，检测和分析；看看是否出现如表1所列的含钾指标。从而判断是否遇到含钾盐脉以及出现含钾指标，如果观测结果显示出含钾指标，可以继续往下钻进；当未显示含钾指标则终止钻井；
[0081] (4)结果
[0082] 利用本发明的方法，岗钾2井钻井泥浆钾离子含量分析结果如图5所示，钻井穿过第四系地层和上第三层地层，井深约2500米和3240米等处发现了含钾指标泥：泥浆钾离子含量2-3％，预示深部地层有含钾矿层，可以继续钻进，最后在3740米附近，4127.5-4131.5米，4191-4197米，4240-4243米，4290-4252米发现钾盐矿化层。由此可见，发现含矿信息的深度比含矿层浅1500-1700米。
[0083] 可以看出，虽然各种矿区具体矿层深度受多种因素影响，尤其构造活动强度及断裂发育的规模，难以确定含矿层的深度，但是可以在预测含矿地层系的背斜高点布设钻探井以确定含矿信息的深度；如果发现含矿信息很好，就有理由加深钻的深度，从而发现深部矿层。如果含矿信息差，就果断放弃深钻，重新布设钻井位置，从而提高找矿成功率，减少损失。
[0084] 由图5我们可以给出一个简单的探矿预测深度公式：
[0085] Dp＝Dq+Dt
[0086] 其中，Dp-探矿预测深度，Dq--第四系
覆盖层厚度，Dt-第三系上部地层厚度。此计算公式原理是，断层一般不能穿透第四系松散或弱固结地层，这段深度需要钻探来弥补。
