钾盐资源是一种重要的化工原料和肥料,与农业安全密切相关。柴达木盆地西部的砂砾型含钾卤水为一种有潜力的钾盐资源,研究柴达木盆地的黑北凹地的砂砾型含钾卤水的成因模式与析盐规律,具有重要的理论意义和现实意义。黑北凹地位于柴达木盆地西部,大浪滩干盐湖的北部,凹地的东西约34公里,南北方向约11公里宽。本文对黑北凹地的区域地质特征、含盐层位的沉积特征、水文地质特征进行了深入的总结。在此基础上,对黑北凹地的水文地质特征、矿床地质特征、成矿模式进行了研究。同时,为了了解析盐规律,为进一步开发提供理论依据,对卤水进行了夏冬季自然蒸发实验。通过本次工作,主要取得了以下几方面认识:(1)区域成盐地质条件新构造运动导致柴达木古湖逐步解体,形成各个次级成盐盆地,在干旱和半干旱的古气候影响下,湖面逐渐缩小,经淡水一微咸水湖—预备盐湖—自析盐湖—干盐湖阶段,形成现今的大浪滩干盐湖。成盐物质来源主要有四方面:周缘山地风化产物、老地层中盐分溶解、深部油田水、地热水。在气候干冷期盐湖面积缩小,盐湖卤水浓度增加,盐类沉积物增加。而在气候湿暖期盐湖淡化,湖泊面积增大,卤水浓度减小,盐类沉积物减少,碎屑沉积物增多。柴达木盆地中东部的一里坪、西台吉乃尔盐湖、东台吉乃尔盐湖、涩聂湖及达布逊湖等自4万年开始的盐类沉积,明显受到末次冰期晚期最盛期寒冷干旱气候的影响。(2)水文地质特征黑北凹地的地下水分布具有明显的分带性,地下水依其类别赋存于不同岩相带中,松散岩类孔隙水存在于下更新统冲洪积扇相地层的孔隙之中,而第四系中更新统湖相的盐岩层中含化学岩类晶间卤水。地下水严格受到构造和地貌的控制,构造和地貌条件即决定了地下水的贮存空间,又决定着地下水的赋存状态。高矿化卤水分布比较集中。根据地下水赋存条件、水力性质,研究区内的地下水可划分为基岩、碎屑岩、松散岩孔隙水三种类型。阿尔金山地区的构造裂缝及山前的冲洪积扇中的松散沉积物,为孔隙水的流动及赋存提供了空间。区内古近系—第四系中、下更新统由一套微胶结的湖泊相沉积的砂层及盐岩层构成。在受后期新构造运动的影响,裂隙孔隙发育,为碎屑岩类裂隙孔隙水的赋存提供了良好的空间。区内第四系上更新统和全新统,是一套近水平的湖泊相沉积,以石盐沉积为主,结构较为松散,晶隙发育,厚度大,赋存着浓度高、水量丰富的盐岩层晶间卤水。黑北凹地的含钾卤水的水化学类型有硫酸镁亚型与氯化物型两种,其中砂砾型含钾卤水由于表层卤水的混入,类型变为硫酸镁亚型。黑北凹地的卤水为陆相,来源于溶滤水。(3)黑北凹地钾矿床特征黑北凹地钾矿床是一个以卤水钾矿为主、固液体矿并存的盐类矿床,卤水矿产主要为KC1、NaCl、MgC12、MgS04及B203矿产,固体盐类矿产也有相当规模,固体矿产以杂卤石-软钾镁矾为主。固体盐矿中,含2层杂卤石层,分别为Z4和Z3;镁盐矿2层,分别为Mg4、Mg3;芒硝矿层2层,分别为M4和M3;石盐矿层2层,分别为S4和S3;各矿层分别产于Qp3地层和Qp2地层。研究去的卤水层分为晶间卤水与砂砾型含钾卤水两种。前者产于Qp2地层含中粗砂的粗中晶石盐、含粉砂的细晶石盐及粗中晶石盐层,矿化度大于300g/L,KCI品位大于1%,富水性差,水型为硫酸镁亚型。后者产于QP1地层中粉砂层、粉细砂层、砂砾石层、砂卵砾砂层、含砾砂层等,矿化度300g/L左右,KCI品位约0.5%,富水性中等—强,水型为氯化物型。(4)黑北凹地砂砾型含钾卤水成物质来源与成矿分析依据库尔钠可夫—瓦良什科分类,将柴达木盆地的湖泊水型划分为氯化物型、硫酸镁亚型、硫酸钠亚型、碳酸盐型三种,其中硫酸盐型可以分为硫酸钠亚型和硫酸镁亚型两种,以硫酸盐型居多。根据对河流、湖泊的系统采样分析结果,湖泊流域及盐湖水体内部存在水化学类型变化,一般由水源地至湖泊存在碳酸盐型—硫酸钠亚型—硫酸镁亚型—氯化物型的变化,与此同时,水体盐度及钾元素有升高的趋势。通过对柴达木盆地硼、锂元素浓度及其元素系数的研究,表明柴达木盆地硼锂的分布特征表现东西对称的规律,其主要来源为北部祁连山脉的泥火山及南部昆仑山脉的洪水河,为深部来源,硼锂主要富集于大柴旦湖-小柴旦区湖及东台吉乃尔-西台吉乃尔湖区。钾元素与硼锂的富集规律不同。柴达木盆地西部长期处于极端干旱气候,周围的高山融水,由阿尔金山沿断裂进入山前地带,溶滤N2中的含盐地层形成卤水,继而进入砂砾层,形成山前砂砾层富钾卤水。(5)黑北凹地砂砾型含钾卤水自然蒸发实验研究通过对黑北凹地砂砾型含钾卤水卤水进行夏季与冬季蒸发实验,认识了该卤水在夏季与冬季的蒸发结晶顺序及析盐特征。研究表明,夏季蒸发实验所得到的钾石盐和钾混盐的质量均较冬季蒸发实验所得结果为佳,因此,建议选矿工艺以夏季蒸发为主。冬季自然蒸发到钠分离点为止,再采用夏季自然蒸发得到的钾石盐和钾混盐。比蒸发系数采用夏季自然蒸发实验的数据。钾混盐矿可采用浮选的方法加工生产软钾镁矾;钾石盐矿可以利用兑卤生产光卤石,再浮选生产氯化钾。