0 引 言

全球钾盐资源储量丰富但分布极不均衡，据美国地质调查局(USGS)2011年统计，全球钾盐资源折纯总量达2500亿吨，探明钾盐储量约为95.07亿吨.其中加拿大、俄罗斯、白俄罗斯合计储量占据全球钾盐资源总储量的85%以上，其次为巴西、中国、德国和美国，但占比均很低.中国是一个钾盐资源缺乏的国家，目前远远达不到国内需求，钾盐被列为中国七大最紧缺大宗矿产之一，是世界钾盐进口的主要国家之一.为此要解决这种突出矛盾，一方面需要继续寻找和加大开发国内钾盐矿产资源，另一方面寻求国外钾盐资源供给来源也是重要的途径.由此既可以减小从国外进口的依赖性，又可以最大限度地利用国内钾盐资源，做到相互补充，以尽力满足国内需要.因此开发国外钾盐资源也得到了中国政府的重视和大力支持.

钾盐矿床的形成主要受控于成矿时代、构造条件、古地理条件、古气候、盆地位置与盐类物质来源几个条件(袁见齐，1980；钱自强等，1994；郑绵平，1999; 郑绵平等，2006；李善平等，2009).全球钾盐矿床形成时代主要在寒武纪至第三纪，产于海相沉积的层控蒸发岩中.基于板块运动和全球钾盐矿床之间的耦合关系，可将全球钾盐矿床归纳为三大成因类型①即板块离散型、稳定克拉通型和板块汇聚型.离散型钾盐矿床主要形成于大陆裂谷盆地内，钾盐沉积主要集中于大陆裂谷盆地发育的早中期(刘成林等，2006，2010; 刘成林，2013).全球裂谷成钾时期正好处于Pangea超大陆解体及新特提斯洋闭合时期，成钾的裂谷型蒸发岩盆地也主要位于这两个构造域内，也进一步表明裂谷成钾是地球板块构造运动演化历史的必然结果.刚果盆地是世界上典型的裂谷型盆地之一，是世界面积最大的盆地，也是世界上发现的30余个成盐盆地(魏东岩，1999)中的一个，其钾盐矿产资源较为丰富.刚果钾盐矿床储藏于白垩系地层中，白垩系钾盐矿床在南美洲和非洲板块分离处和亚洲多处有所发现(博歇特和缪尔，1976；魏东岩，1999).

^①中国地质科学院矿产资源研究所，中国科学院青藏高原研究所. 2012. 国家重点基础研究发展(973)计划项目(中国陆块海相成钾规律及预测研究)第七课题中间报告[R]. 北京: 中国地质科学院矿产资源研究所.

世界各国自古以来就非常重视钾盐矿产资源的勘探工作，勘探手段和方法也日益先进和科学.在早期世界各国大型古代海相固体钾盐矿床的发现方式各不相同，多数是在石油、盐岩矿、盐泉卤水等资源的勘查过程中被发现的(王春宁等，2007).随着科学技术的飞速进步和对找矿经验的不断丰富，到目前为止对钾盐矿产资源已经进入专项勘探阶段，采用了多种先进技术和方法进行综合勘探(王春宁等，2007)，如地质观察分析、地球物理探测、放射性测井、地球化学与水化学等方法综合运用，取得了较好的效果，发现并找到了一些钾盐矿床.本文重点叙述了在刚果盆地钾盐勘探项目中采用地质、地震勘探与钻探相结合的方法，取得了巨大成果.利用地震勘探资料，采用叠前深度偏移处理技术解决了深层速度分析和偏移成像问题(Claerbout，1985；杨长春等，1986；Varela et al.，1993；张宇，2006；刘洪林和朱秋影，2007；刘定进和印兴耀，2007；杨敬磊等，2008)，使深层地震信号频率低、能量弱、信噪比低及子波畸变大等问题得到了有效改善(马在田，2002；刘礼农等，2004；赵景霞等，2006；Wang，2008；Ye et al.，2009)，解释成果对指导找矿和布设钻探孔位发挥了极其重要作用并取得了理想找矿效果.地震资料分析本着由已知到未知的推断解释原则，划分了主要岩层层位、圈定了矿层，对推测结果通过钻探进行了验证，综合各项成果计算了资源量.经过几年的一系列的地质勘探工作，找到了丰富的钾盐矿产资源，估算资源量为特大型.随着分析研究程度的不断深入，对本区钾盐矿床的地质与地球物理特征有了进一步地认识和见解，对本区钾盐的成矿规律及成矿作用也进行了探讨，依此能为寻找同类矿产资源和对国内钾盐矿床的勘探提供一定的有价值的参考信息.

1 区域地质概况

工作区位于刚果成盐盆地的中部，非洲大陆西侧，区域上出露地层(Martiniand and Bowles，1994；李如满等，2009)(见图 1)有元古界、白垩系、新近系、第四系.盆地内新生代松散沉积广泛分布，其东部为马永背山脉，出露元古界沉积变质地层，岩性主要为二云片岩、细粒大理岩、滑石片岩、石英岩、黑云片岩、黑云变粒岩等.白垩系在该区属陆相—浅海相交替沉积层，根据沉积环境和岩性不同，自下而上可划分为三段即下部陆相沉积、中部盐类沉积和上部海相沉积.新近系出露于西部沿海一带，多被第四系覆盖，厚度100~200 m，岩性主要为弱固结和半固结的粉砂岩、粘土质粉砂、粉砂质粘土.第四系在区内普遍分布，厚度0～300 m不等，在奎卢河附近厚度较大，多大于100 m.

东部马永背山一带褶皱、断裂构造发育.断裂多呈北西向展布，以逆冲断裂为主.工作区为断陷盆地，在盐类沉积形成后，构造活动不强烈，主要以沉降为主，仅局部发育小的断层和揉皱.

岩浆岩主要分布于东北部，岩性主要为中细粒花岗闪长岩.呈小岩株状、脉状侵入于古元古界二云片岩中，其侵入时代为古生代早期，属马永背山形成期.

区域矿产资源较为丰富(见图 1).区内及附近钾盐、石盐、石膏、磷酸盐、铁矿等资源较丰富.南部蕴藏着丰富的石油、天然气等资源.北部、东部一带金、铝、铜、铅、锌、钨、稀土、钻石等资源有一定远景.

刚果盆地范围较广，是一个近南北向带状分布的巨型盆地单元.自北向南又可划分为多个小盆地，包括喀麦隆盆地、加蓬盆地、刚果盆地(刚果)、安哥拉盆地等，盆地中普遍发育盐系地层，其中刚果盆地钾盐成矿条件最好.

2 矿床地质特征 2.1 地 层

勘探区地表被第四系松散沉积物覆盖，下伏地层为新近系和白垩系.

2.1.1 白垩系

在区内近水平层状分布且较稳定，属陆相—浅海相交替沉积层.依据岩性特征和岩石组合特征不同，将本区的白垩系划分为三段：下部陆相沉积、中部盐类沉积、上部海相沉积.

(1) 下部陆相沉积：与上覆的盐类沉积呈整合接触，岩性主要为灰绿色砂岩、粉细砂岩及灰色含砾砂岩等，其顶板埋深765.57～829.03 m.

(2) 中部盐类沉积：是本次工作的重点，也是钾盐矿的赋矿层位所在.其上覆为海相沉积，下伏为陆相沉积，均为整合接触.其顶板埋深226.93～267.50 m，底板埋深为765.57～829.03 m，自北向南、自东向西略有变深的趋势，但深度变化不大.平均厚度为549.32 m.

该段岩性总体为石盐岩和光卤石岩互层，其间夹多层沥青页岩，局部发育水氯镁石岩.依据钻孔揭露岩性特征，经综合分析对比，以沥青页岩作为标志层，将区内盐类沉积划分为四个岩性带(见图 2)，每一个带底部均为沥青页岩，向上依次为石盐岩-光卤石岩，二者呈韵律状产出，有的岩性带顶部出现水氯镁石岩.每一个岩性带代表一次大的沉积事件.

(3) 上部海相沉积：隐伏于新近系之下，与新近系呈平行不整合接触，与下伏盐类沉积呈整合接触.该段顶板埋深130.12～210.10 m，厚度50.55～137.38 m之间.上部岩性以细砂岩、粉砂岩为主，局部夹泥灰岩，有的孔中见有含砾砂岩，反映其沉积环境为滨海相沉积.

2.1.2 新近系

新近系与上覆第四系呈整合接触，其下伏为白垩系，二者呈平行不整合接触.厚度15.43~67.78 m，岩性主要为弱固结的粉砂岩、粘土质粉砂、粉砂质粘土.

2.1.3 第四系

区内普遍分布，厚度88.93～158.55 m，根据沉积环境和岩性不同可分为更新统和全新统.

2.2 构 造

工作区属于断陷盆地，在盐类沉积形成之后，构造运动不强烈，主要以沉降为主，自东向西整体呈一单斜构造，矿区新近系至白垩系上部断裂较发育，尤其新近系至白垩系Ⅳ岩性带被大多数断裂切穿.矿区局部发育层间揉皱、溶腔等.

2.3 钾盐矿矿石类型

矿区钾盐矿矿石类型有两种即光卤石型和钾石盐型.前者岩性主要为含石盐光卤石岩，其次为光卤石岩、石盐质光卤石岩；后者岩性主要为钾石盐质石盐岩、含钾石盐石盐岩.

3 地球物理特征 3.1 二维地震勘探研究背景与地质任务

本区钾盐勘探分为普查和详查两个阶段，普查阶段主要进行了视电阻率测深法，并进行了少量EH4、重力的试验性工作，通过对工区各种资料综合分析研究，确定了两个勘探孔进行施工后，钻出了较好的钾盐矿层.但可以发现视电阻率测深法等成果不能对钾盐矿床进行分层，也不能对各种界面进行区分.在详查阶段为进一步确定钾盐矿层的分布特征和沉积规律，确定采用二维地震勘探，其主要目的和要求是对地质层位进行解释，分别是新近系顶面、白垩系顶面、白垩系石膏顶面、白垩系盐Ⅳ顶面、白垩系盐Ⅲ顶面、白垩系盐Ⅱ顶面、白垩系盐Ⅰ底面、K12顶板和K11顶板共9个，其中重点为前7个.根据地质任务，在比较分析的基础上选择了目前先进的叠前深度偏移处理技术.

本文主要分析探讨了二维地震资料反映特征与地质层位的对应关系.根据地震勘探原理等(谢里夫和吉尔达特，1999；王妙月，2003；何樵登等，2005；Hilterman，2007；陆基孟和王永刚，2011)，以先进的叠前深度偏移处理技术确定反射波异常即同向轴的连续或不连续、错断或绕射等现象追索目标层位及推断地质构造(罗银河等，2004；张进铎，2006；温铁民等，2007；吴萍等，2009；袁学城，2014).结合工作区已知钻孔资料并通过连井地震剖面进行综合分析研究，总结出本区各研究界面的反射波响应特征，形成了一般规律性认识，对寻找钾盐矿层及布设钻孔起到了至关重要的作用.

3.2 叠前深度偏移处理技术与流程 3.2.1 处理技术

叠前深度偏移一般采用Kirchhoff积分法，Kirchhoff积分法是求波动方程的积分解，对地下每一个成像点，该方法沿绕射曲线对记录的波场振幅进行求和，该绕射曲线的形状就是成像点的脉冲响应，它依赖于速度场和炮-检点几何关系.本次叠前深度偏移处理要求采用基于模型的层析成像反演方法进行速度迭代，采用克希霍夫积分法叠前深度偏移算法进行最终偏移，选用GeoDepth软件进行处理，总体指导思想为：

(1) 采用处理解释一体化运作模式，处理与解释相结合，充分使用地质、解释的速度场研究成果，约束叠前深度偏移速度场.

(2) 参考测井资料，求准初始速度，为叠前深度偏移速度场的迭代优化打下良好的基础.

(3) 采用分阶段的速度场迭代优化模式，逐步的完成叠前深度偏移速度场的优化.

3.2.2 处理流程

处理流程共分三部分即模型建立、模型优化和后续处理(图 3).

3.3 已知剖面地质层位地震响应特征

根据已知钻孔分层和地震反射波特征进行分析对比，共做3条对比剖面，现以工作区北部一条层位标定剖面B1(图 4)为例说明各地质层位地震响应特征如下：

本剖面有4口钻井，其中ZK371和ZK292只钻遇了第三系顶面，ZK372和ZK251钻遇了白垩系盐I底面，没有井钻遇K12和K11.因此本次研究工作，根据ZK371和ZK251的分层，结合地震剖面特征确定了浅层7层(包括新近系顶面、白垩系顶面、白垩系石膏顶面、白垩系盐Ⅳ顶面、白垩系盐Ⅲ顶面、白垩系盐Ⅱ顶面、白垩系盐Ⅰ底面)的解释方案，深层K12和K11按照地震反射波组特征，追踪了两个强的地震反射界面.

研究层位为新近系顶面到白垩系K11顶界的9个地质层位，由于沉积作用的影响，地震波组反射特征有所不同.根据连井地震标定剖面可知，新近系在区域上分布较均匀，由于层位较浅，地震同向轴连续性一般，其顶面为一较强的波峰反射，横向连续性一般、可以进行全区的层位追踪对比；白垩系顶面在地震剖面上为一强的波峰反射，横向连续性很好、易于进行全区的层位追踪对比；白垩系盐Ⅳ顶部的石膏层在区域上均匀分布，厚度较薄，其顶面在地震剖面上为一强的波峰反射，横向连续性很好、易于进行全区的层位追踪对比.为研究区的一个标志层；白垩系盐Ⅳ在区域上均匀分布，厚度较大，其顶面在地震剖面上为一强的波谷反射，横向连续性很好、易于进行全区的层位追踪对比；白垩系盐Ⅲ在区域上均匀分布，厚度较薄，其顶面在地震剖面上为一中等强度的波谷反射，横向连续性较差、较难进行全区的层位追踪对比；白垩系盐Ⅱ在区域上均匀分布，厚度较薄，其顶面在地震剖面上为一中等强度的波谷反射，横向连续性较差、较难进行全区的层位追踪对比；白垩系盐Ⅰ在区域上均匀分布，厚度较薄，其底面在地震剖面上为一中等强度的波谷反射，横向连续性较差、较难进行全区的层位追踪对比；白垩系盐K12在区域上均匀分布，厚度较大，其顶面在地震剖面上为一强的波峰反射，横向连续性一般—较好、可以进行全区的层位追踪对比；白垩系盐K11在区域上均匀分布，厚度较大，其顶面在地震剖面上为一强的波峰反射，横向连续性较好、易于进行全区的层位追踪对比.

3.4 实测地震剖面地质层位解释

根据层位标定的结果和对测井资料的分析认识，可以清楚地分析各层位的反射波组特征，并以此对全区施工的地震剖面进行了地质层位解释，如对工作区P7剖面的解释结果见图 5，可以看出剖面上地质层位反映明显.

4 成矿规律与成矿作用讨论

勘探区钾盐矿床位于刚果盆地内，属于大西洋裂谷形成初中期沉积形成的刚果(布)白垩系钾盐矿床.成矿作用主要有三个即蒸发沉积作用、沉积淋滤改造作用和埋藏—变质改造作用(袁见齐，1980；钱自强等，1994；刘成林，2013；王春连等，2013).

4.1 成矿规律

矿床赋存于刚果盆地的白垩系盐系地层中，盐类沉积上覆岩性为硬石膏岩及白云岩，下伏岩性为沥青页岩、白云质砂岩.盐系地层沉积以油页岩为标志层分为四个岩性带，各带均发育多层光卤石岩和石盐岩，二者交互沉积，呈互层状分布.光卤石岩呈砖红-玫瑰红色，石盐岩呈白-灰白色，二者颜色上有明显的区别，光卤石型钾盐矿层即赋存于光卤石岩层中.钾石盐型钾盐矿层分布于Ⅳ岩性带的上部，为光卤石岩经淋滤后生而成.

矿层基本平行盆地边缘，大致呈北北西-南南东方向展布，远离盆地边缘向南西方向矿层变深变厚.光卤石型钾盐矿分布范围较大，矿层呈层状、似层状分布，主矿层呈厚层状，延伸稳定，次级矿层呈薄层，延伸不稳定，沿走向或倾向有尖灭趋势.钾石盐型钾盐矿分布范围较小，矿层呈层状、似层状，延伸不稳定.该区钾盐矿矿石类型主要为光卤石型.

4.2 成矿作用

(1) 蒸发沉积作用

该区钾盐矿床属于典型的海相蒸发沉积矿床.其成因为原始海水经蒸发，部分溶解度低的物质(如碳酸盐、硫酸盐等)析离沉淀，形成富含卤化物的高浓度海水，该海水在地壳升降作用下进入该区，经进一步蒸发析离沉积，从而形成现今的矿床.

根据以往资料发现，黑角一带盐类沉积下部多为一套薄层黑色沥青页岩，局部有薄层硬石膏层，几乎未见碳酸盐和硫酸盐沉积，这与正常的海相沉积相违背.这充分说明海相沉积最初进入盆地的海水是已经经过沉积分离了的高浓度海水，且其高溶解度组分已相当丰富(Evans，1978).随着地面沉降，浓缩了的海水进一步向北部运移至黑角一带(工作区)，此时的海水已经经过沉积分离，残留了部分硫酸盐和大量的卤化物.该处的蒸发量仍大于补给量，随着水体浓缩，盐类矿物溶解度达到饱和，按溶解度不同，进一步沉积.首先沉积硬石膏，接着沉积石盐，其后是钾镁盐、镁盐.随着水体的蒸发，盐类依次沉积.随着地面不断沉降变化，高浓度海水不断补给，周而复始，因此出现了石盐—钾镁盐的韵律性沉积，每一个韵律表示一次水体的变化.这是一个正常的海退式沉积带特征.

(2) 沉积淋滤改造作用

该区钾石盐型钾盐矿的形成应为光卤石型钾盐矿经淋滤后生而成的.光卤石岩沉积后，由于受水的影响，光卤石发生溶解，由于化合物的溶解度不同及水体变动，MgCl₂被淋滤带走，而KCl、NaCl残留下来，从而形成了含钾石盐石盐岩.从含钾石盐石盐岩的赋存位置也可以看出，均赋存于光卤石型钾盐矿层的上部，而且分部局限，不连续.

(3) 埋藏—变质改造作用

随着环境的变化，一些未有经过蒸发浓缩而析出钾盐矿物的富钾卤水被埋藏起来，从地表太阳能驱动转为岩浆热能驱动环境.盐湖卤水转入同沉积期或更深部地层的盐类晶间及碎屑空隙—裂隙中(刘成林，2013).因埋藏深度增加、物理化学条件变化、成矿物质流入及岩浆热能作用，卤水中的硫酸根绝大多数被还原，变成氯化钙型卤水并储存于岩层中.如果条件发生变化热卤补给盐湖就可能形成新的地球化学循环.

5 结 论 5.1  

本次钾盐勘探区位于刚果盆地内，具备大陆裂谷型成钾条件，是典型的海相蒸发沉积矿床.钾盐矿床形成于白垩世，储藏于盐系地层中并以油页岩为标志层，具有多矿层，主矿层厚度大，矿层平行盆地边缘基本呈北北西向展布.

5.2  

钾盐矿床形成过程中经过了蒸发沉积作用、沉积淋滤改造作用，并具有一定程度的埋藏—变质改造作用.勘探区成矿条件优越，钾盐资源储量丰富，具备形成超大型钾盐矿床的潜质.本区钾盐矿床为钾盐矿和石盐矿共生矿床，矿石类型为光卤石型和石盐型并以光卤石型钾盐矿为主.

5.3  

对地震反射波合理的处理技术及其解释结果能够较好地、有效地反映岩性界面、矿层、断层与盐溶溶腔，地震反射波方法在前期勘探中发挥了重要作用，为进一步勘探开发提供了科学的、可靠的地球物理依据.本种方法也可以为寻找相同类型的盐类矿床提供借鉴.

5.4  

钾盐矿床下部具备储集油气资源的条件，在以后的工作中可做进一步地探索“盐油兼探”方式，既充分发掘本区域矿产资源，又能大大提高经济效益.

致谢 本文在写作过程中得到了有关专家的热心指导和帮助，审稿专家提出了宝贵的修改意见，在此一并致谢！