【矿业澳洲点评】全球钾盐矿床分布广泛，总储量达35亿吨，是最重要的蒸发岩型矿床之一，主要分布在加拿大、白俄罗斯、俄罗斯、中国、美国、智利以及德国等地。文章分析了全球钾盐资源分布的时空特征，认为其主要以固体矿床形式分布于北半球海相、海陆相蒸发盐盆地中，主要成钾时期为寒武系、泥盆系、二叠系、侏罗系和白垩系。其中古生代的钾盐资源规模较大，分布于地壳相对稳定的板内坳陷区和板块边缘的坳陷带；而中新生代钾盐盆地在板内多位于拉张区域，而在板块边界上则可出现在伸展区或前陆盆地。结合古板块再造、古地理与古气候分析，认为全球钾矿资源形成和时空分布的因素包括:
(1)古气候带。全球重要的钾盐矿床均形成于干旱气候，而其它无法保持长期干旱的气候环境，难以沉积钾矿资源；
(2)全球海平面波动。海平面由高水位向低水位转换的海退环境最有利于钾盐的形成，在全球海平面处于非峰值且比较平稳的时期形成的钾盐较多；
(3)大地构造环境。全球构造比较平静的时期(造山活动初期或造山后)与地区容易形成、聚集钾盐，而在造山事件频繁发生的时期钾盐形成较少。在此基础上，进一步讨论了中国钾矿资源分布广、规模小、分布集中的原因，即在全球最重要的钾盐沉积期，中国华北、华南与塔里木三大主要板块不能同时满足干旱环境和被浅海覆盖两个条件，不利于蒸发岩的形成。
《全球钾盐资源分布规律及其构造成因》
【1 引言】
蒸发岩型矿床，又称盐类矿床，指水盆地中某些溶解度较大的无机盐类，通过蒸发作用产生各种有用盐类矿物的沉淀、富集而形成的矿床(王玉往等，2014)。常见的盐类矿物约100余种，其中有工业价值的约30余种，大部分属于K、Na、Li、Ca和Mg等碱金属、碱土金属的氯化物、硫酸盐、碳酸盐、重碳酸盐、硼酸盐、硝酸盐等化合物以及它们的复盐。在这些盐类矿物中，钾盐因其在农业与工业上的广泛用途而具有非常重要的地位。在农业上，钾是植物的主要营养元素，土壤中其供应不足将严重影响作物产量，全球90%的钾盐产量用于制造肥料(Rawashdeh and Maxwell，2014)；在工业上，钾盐广泛用于纺织染色、皮革工业、食品工业、化学制药、玻璃陶瓷、电器和冶金工业等。
据美国地调局(2015)统计，2015年全球钾盐年消耗量约为3.6亿吨，至2018年将增加至3.8亿吨左右，而全球钾盐储量则为35亿吨(表1)，可见地球的钾盐资源极为丰富。Warren(2010)指出，大规模的钾盐沉积一般伴生在以岩盐或硬石膏为主的厚层、大面积分布的大型沉积矿床中，且一般为海相蒸发盐矿床。全球钾盐资源主要分布在海相、海陆交互相蒸发盐盆地中，分为固体钾资源和液体钾资源两类，并以固体矿为主。
尽管中国的钾资源在全球的排名为第四位，但还是一个非常缺钾的国家。2013年中国钾肥量仅能保证国内需求量的50%，其缺口需要长期从国外进口(鲍荣华等，2013)。自1949年以来，尽管广大地质、矿产工作者在找钾工作中投入了大量的精力，但目前的突破仅集中在青海察尔汗盐湖和新疆罗布泊现代盐湖钾盐矿，仍缺乏储量较大的固体型矿产。2012年最大的两家钾肥企业，青海盐湖、国投罗布泊的产能分别为260亿吨和130万吨，与Urakali(1,300万吨)，PCS(1,290万吨)，Mosaic(1,040万吨)，Belarukli(920万吨)等世界巨头公司存在很大差距(黄高强等，2013)。因此，厘清全球钾盐资源分布规律及其构造成因，可用于分析中国钾盐资源的分布规律与富集规律，认清中国钾盐资源的勘探前景，为中国钾盐产业的全球布局提供参考。
【2 全球钾盐资源分布特征】
全球钾盐矿产分布很不平衡，绝大部分位于北半球，超过四分之三(统计的41处钾盐矿中有31处)的世界级钾盐盆地和大型矿床分布在北纬30-60°之间(图1两虚线之间)。按储量排名前七位的国家分别是:加拿大排第一，占世界的31.43%；白俄罗斯和俄罗斯分列第二、三位，分别占21.43%和17.14%，中国钾盐储量位居全球第四位，占6.00%；美国占5.71%，位居全球第五；智利和德国均占全球的4.29%，分列第六、七位。上述七国合计占世界总储量的90.29%(USGS，2015；图2a)。图1中各个钾盐矿床的相关信息见表2。
加拿大是世界上最大的钾盐资源国家，钾盐矿主要分布在中南部的萨斯喀彻温省(Province of Saskatchewan)和东南部的新不伦瑞克省(Province of New Brunswick)，均开采固体钾矿钾石盐，前者有10个钾矿，后者有1个钾矿在运营，2015年合计钾盐产能达3,400万吨。其中萨斯喀彻温省拥有世界最大的钾盐矿床，位于萨斯喀彻温南部平原，马尼托巴湖(Lake Manitoba)的西面，钾盐产于中泥盆统草原蒸发岩(Prairie Evaporite)岩盐建造中(Jensen et al.，2006)，钾盐储量约180亿吨、品位较高，K2O含量平均为25%-30%，盐矿层厚约7-18m，是世界最厚的钾盐含矿层(杨文光，2013)。美国境内的蒙大拿州(State of Montana)东北部和北达科他州(State of North Dakota)的盐矿为萨斯喀彻温的南部延伸，分布面积约3,110km2，埋深约1,800-3,100m，资源量约50亿吨，占据美国资源总量的约70%。
俄罗斯和白俄罗斯是世界钾盐第二大集中区，主要含钾盆地包括前乌拉尔边缘坳陷带、第聂伯—顿涅兹盆地(乌克兰—白俄罗斯)、前喀尔巴阡坳陷带、滨里海盆地、中亚含钾盆地和东西伯利亚涅帕盆地。俄罗斯乌拉尔地区的上卡姆矿山(Upper Kama，钾盐资源量129亿吨)、白俄罗斯的斯塔罗宾矿山(Starobin Mine，钾盐储量约为100亿吨)分别为世界上第二、第三大钾矿床，开采光卤石和钾石盐构成的固体钾矿(Kovin，2011)。
【3 全球钾盐形成的时空特点】
【3.1 时空分布特征】
从全球钾盐产出地层时代看，前寒武系仅有巴基斯坦(前寒武纪晚期—寒武纪早期)等地有零星报道。显生宙以来，除奥陶系没有发现中—大规模钾盐矿床外(仅有中国陕北薄层钾盐矿物沉积等零星矿体)，其余各时代地层均有产出(图2b，表3)，但在地史上钾盐矿床的分布却存在着很大的差异性(钱自强，1994；魏东岩，1999)。Warren(2010)指出，全球地质历史时期巨型盐湖的形成主要有两种环境，即①初始裂谷(刘成林，2013)与②造山带早期，板块汇聚但没有碰撞，这两个时候海水比较局限，容易形成蒸发岩。整体而言，全球古生代的钾盐资源规模较大，分布于地壳相对稳定(郑绵平等，2012)的板内坳陷区和板块边缘的坳陷带；而中新生代钾盐盆地在板内多位于拉张区域，而在板块边界上则可出现在伸展区或前陆盆地。
从钾盐矿床的时空分布来看，寒武系产出的钾盐矿床只发现于亚洲，蕴藏钾盐资源量为世界钾盐总资源量的6%；志留系、泥盆系和石炭系钾盐矿床仅见于北欧和北美洲，其中泥盆纪为全球最重要的钾盐成矿期，沉积了世界钾盐总资源量的60.147%，志留系和石炭系蕴藏的钾资源量相对较少。二叠纪至三叠纪全球大量蒸发岩的形成多与泛大陆聚合和新特提斯洋张开有关。二叠系钾盐矿床产于欧洲泽希斯坦统(Zechstein)、滨里海盆地孔谷阶和南、北美洲，蕴藏钾盐资源量为世界钾盐总资源量的7%。三叠系钾盐矿床仅限于沿西地中海国家，蕴藏的钾资源量相对较少。侏罗纪—白垩纪为全球次重要的钾资源成矿期，泛大陆裂解是导致大量蒸发岩沉积的重要原因。其中侏罗系产出的钾盐矿床只发现于亚洲，多分布在上侏罗统，贮藏了世界钾盐总资源量的10.127%；白垩系钾盐矿床在南大西洋两岸的南美洲和非洲板块的被动大陆边缘盆地，并在亚洲多处有所发现(魏东岩，1999)，合计贮藏了世界钾盐总资源量的13.144%(刘成林等，2006)。新生代的钾盐矿床分布比较广泛，在北美(大盐湖、西尔斯湖)、欧洲(西西里盆地、东喀尔巴阡、莱茵地堑、埃布罗盆地)、亚洲(死海、马蛮地区、江汉盆地、江城盆地)和非洲(埃塞俄比亚)均有分布，但相对规模较小，很多为液体钾资源。
在寒武纪、泥盆纪、二叠纪、侏罗纪和白垩纪这些全球重要的成钾时期，处于干旱带且被浅海覆盖的板块往往形成钾矿富集(表3)。其中，寒武纪时期，西伯利亚板块位于干旱带且被浅海覆盖，形成了涅帕钾盐，其下寒武统安加拉组中岩盐层总厚超过600m，钾盐层厚70-150m(刘群，1995)；泥盆纪时期北美板块位于干旱带且被浅海覆盖，从而形成了萨斯喀彻温省钾盐矿等全球最著名、资源最丰富的钾盐矿产；二叠纪时期，波罗的板块位于干旱带且被浅海覆盖，从而在欧洲泽希斯坦统贮藏了大量的钾矿资源；侏罗纪时期，图兰地块位于干旱带且被浅海覆盖，其上侏罗统中贮藏了大量的钾矿资源；白垩纪时期，南美板块位于干旱带且被浅海覆盖，从而在其被动大陆边缘盆地沉积了大量的钾盐资源(图3)。
【3.2 与气候、海平面和大地构造的耦合关系】
世界主要钾盐矿床均为海相沉积环境，其时空分布具有以下特征:
(1)全球重要的钾盐矿床均形成于其所处板块处于干旱带气候的时期，这是由于钾盐盆地形成于蒸发岩盆地演化的最终阶段，热带、温带环境下无法保持长期干旱；
(2)在全球海平面处于非峰值且比较平稳的时期，易形成钾盐，在海平面处在整个地质时期的较高或较低时期，钾盐形成较少(图4)，造成这一现象的原因，是由于在海平面由高水位向低水位转换的海退环境最有利于钾盐的形成(郑大中和郑若锋，2006；龚大兴等，2014)；
(3)在造山活动初期或造山后、全球构造比较平静的时期与地区，容易形成钾盐沉积，在造山事件频繁发生的时期钾盐形成较少。石炭纪和泥盆纪、二叠纪海平面差不多，却未发育大量钾盐，即是源于该时期是海西活动的主造山期:非洲西北部与劳俄大陆东南缘沿南阿巴拉契亚山和Mese吨a山缝合，波罗的大陆与南欧小型陆块之间的海西造山带形成，西哈萨克斯坦与波罗的拼接形成乌拉尔造山带，南美与劳亚大陆碰撞形成阿巴拉契亚山最南部分和Ouachita山脉。
【4 对中国钾盐资源调查的指导意义】
从盆地分布情况看，中国蒸发岩分布广泛，但面积并不巨大。膏盐岩分布的层位主要有中下寒武统、奥陶系、石炭系、中—下三叠统、白垩系和古近系。广泛分布于塔里木盆地、江汉盆地、渤海湾盆地、四川盆地及鄂尔多斯盆地等(表4)。
中国的钾盐资源主要集中在西北和西南地区的第四纪内陆盐湖、干盐湖中，主要包括新疆罗布泊(含钾硫酸镁亚型卤水，储量折合KCL为2.99亿吨)、托克逊石盐芒硝矿，青海察尔汗盐湖(中国最大的干涸内陆盐湖，KCl表内储量为5.4亿吨，占全国已探明储量的97%)、大浪滩盐湖、柴达木一里坪盐湖、柴达木东台吉乃尔盐湖、大柴旦马海钾矿区，四川自贡邓井关；固体钾盐矿仅有云南省思茅和山东省泰安大汶口两地，这与世界钾盐资源以固体矿为主(占98%)的状况刚好相反(李文光，2010)。
中国钾资源相对匮乏(仅占全球的6%)，主要是在全球最为重要的钾盐沉积期，中国三大主要板块，华北、华南与塔里木不能同时满足处于干旱环境且被浅海覆盖两个条件，不利于蒸发岩的形成。
华南、华北板块以及塔里木板块的主体在寒武纪时位于干旱带以北(塔里木西北部位于干旱带并发育蒸发岩)，并逐渐由南向北漂移，在全球洋中脊扩张构造背景下，气候较温暖，冰川快速消融，海平面不断上升直至寒武纪晚期出现快速下降，中国的众多板块、陆块几乎全被海水淹没(周肖贝等，2014)。泥盆纪初期海平面明显低于早古生代，随后整体呈上升趋势直至泥盆纪末期快速下降。塔里木、华南、华北等板块位于热带，塔里木板块隆升并发育河湖相砂页岩沉积，华北板块整体抬升剥蚀；华南板块北部隆起剥蚀，板块南部为陆表海(李江海等，2013)。二叠纪早期，塔里木、华北、华南板块处于古亚洲洋和古特提斯洋之间，至泛大陆最终拼合后处于泛大陆周缘。海平面在二叠纪期间一直处于下降状态，并在晚二叠世达到整个显生宙的最低位置(李维波等，2015)。
华北、华南板块为陆表海环境，沉积碳酸盐相地层，而塔里木盆地为河湖相沉积。热带气候在古特提斯洋北缘和新特提斯洋南缘之间发育，华北、华南板块处于其中，包括塔里木板块在内的泛大陆其余部分主要为干旱带环境。侏罗纪碰撞造山活动主要集中于欧亚大陆南缘，华南、华北、阿穆尔以及西伯利亚板块之间的碰撞，造成其板块边缘广泛发育造山带(马丽亚等，2014)。侏罗纪时期全球大范围属于温带和干旱带，板块边缘发育大型浅海陆架，板块内部发育干旱带。
侏罗纪中早期的大规模海侵，使板块边缘陆架和劳亚大陆中部裂谷盆地等均被淹没，随后在晚侏罗世海平面出现了一定的下降，并形成了中亚图兰地块上的钾盐矿床。白垩纪时期全球处于高温环境，包括华北、塔里木板块在内的亚洲北部处于温带地区，华南板块处于干旱带环境。随着全球气温升高与海底火山活动，全球海平面持续上升，白垩纪时期全球海水面积最大，绝大多数陆地被海水淹没，但中国华北与华南等板块内则发育湖泊、河流相沉积。仅在奥陶纪，中国三大主要板块均处在干旱带环境且均被浅海大面积覆盖，但该时期全球海平面处于地质历史上最高水平，大量冰川淡水进入海洋导致海水盐度降低，不利于蒸发盐的形成，最终也未能形成大规模钾盐沉积。
【5 结论】
(1)全球钾盐资源分布广泛，主要钾矿床主要分布在北半球各板块之上的海相、海陆相蒸发盐盆地中。古生代的钾盐资源分布于地壳相对稳定的板内坳陷区和板块边缘的坳陷带，包括北美板块的萨斯喀彻温，波罗的板块的前乌拉尔边缘坳陷带、第聂伯－顿涅兹盆地、塔里木盆地等，主要成钾时期为泥盆系和二叠系(塔里木盆地为寒武系)；中新生代钾盐盆地在板内多位于拉张区域，而在板块边界上则可出现在伸展区(如南大西洋两岸区域)或前陆盆地(如喀尔巴阡)。
(2)造成全球钾盐矿床时空分布特征的原因在三方面，第一钾盐盆地形成于蒸发岩盆地演化的最终阶段，热带、温带环境下无法保持长期干旱，造成全球重要的钾盐矿床均形成于其所处板块处于干旱带气候的时期；第二在海平面由高水位向低水位转换的海退环境最有利于钾盐的形成，在全球海平面处于非峰值且比较平稳的时期，易形成钾盐；第三在造山活动初期或造山后、全球构造比较平静的时期与地区，容易形成钾盐沉积，在造山事件频繁发生的时期钾盐形成较少。
(3)中国钾盐资源相对贫乏且缺失大型固体矿床，主要是由于在全球最为重要的钾盐沉积期，我国华北、华南与塔里木三大主要板块不能同时满足处于干旱环境且被浅海覆盖两个条件，不利于蒸发岩的形成。
——毛翔，李江海，刘金侠
——中石化新星(北京)新能源研究院有限公司;造山带与地壳演化教育部重点实验室，北京大学地球与空间科学学院
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