Закономерности размещения и критерии прогнозирования месторождений калийных солей

Материалом дли выявления закономерностей размещения месторождений калийных солей (калиеносных формаций) послужил анализ галогенных формаций бывш. СССР и особенно Русской платформы. Дополнительно использовались данные по ряду крупнейших зарубежных галогенных формаций, таких как цехштейновая Западной Европы, девонская Канады, пермская США, миоценовая Сицилии и др. На примерах этих формаций определен характер их геоструктурной и временной приуроченности, произведена их классификация на подтипы, определены характер размещения литофациальных комплексов и зависимости между составом, мощностью формации и литологией подсолевого ложа.

Галогенные формации возникали на территориях подвижных (быстро погружавшихся) тектонических элементов земной коры в послеорогенные периоды и в зонах аридного (и полуаридного) климата. Oнa известны в краевых прогибах, грабенах и синеклизах платформ, а также в межгорных впадинах. В настоящее время можно уточнить, что они приурочены к наиболее подвижным тектоническим элементам докембрийского фундамента платформ и межгорных массивов — авлакогеноподобным структурам, контролируемым протяженными разломами.

В пределах вышеуказанных подвижных структурных элементов земной коры, учитывая приуроченность галогенных формаций к послеорогенным периодам, можно прогнозировать временную их приуроченность к определенным послеорогенньга стратиграфическим единицам разреза конкретных регионов. На территории бывш. СССР эти периоды особенно четко выражены в раннем — среднем кембрии и среднем — позднем девоне Сибирской платформы, в среднем — позднем девоне, ранней и поздней перми Русской платформы, в поздней юре и частично раннем мелу, а также в неогене вдоль всей полосы альпийского пояса. Такая дифференциация галогенных формаций связана с резким изменением в послепалеозойское время структурного плана территории бывш. СССР.

Благоприятные для соленакопления периоды и структуры определяются тектоникой, т. е. ведущими для соленакопления являются тектонические критерии. Климатические критерии — местоположение аридных зон в частности — уточняют возможную территорию соленакопления; они являются, таким образом, разрешающими критериями. Следует, однако, отметить, что в практике работ часто уточняются не зоны возможного соленакопления климатическим критерием, а, наоборот, местоположение аридных зон — по наличию эвапоритов. Соленосные же отложения местами встречаются не только в аридных, но и в полуаридных (переходных) зонах.

Характер подвижности структур земной коры, благоприятных для соленакопления, в известной мере отражается в морфологии поверхности докембрийского фундамента, по которой можно судить не только о площади распространения, но также и о степени дифференциации мощностей галогенных формаций. Таким образом, тектоника определяет не только территорию, но и масштаб соленакопления. Следовательно, вышеуказанный тектонический анализ позволяет ориентировочно оценить не только возможность присутствия галогенных формаций, но также их масштаб, дифференциацию мощностей, полноту разрезов и перспективы калиеносности.

Если полнота разрезов и наличие калийных солей в галогенных формациях определяются интенсивностью и длительностью погружения структур, в пределах которых они накапливались (при прочих благоприятных для соленакопления условиях), то характер подтипов этих формаций находится в прямой связи с литологией подсолевого ложа. Состав подсолевого ложа, а также и окружавшей суши предопределяют направление метаморфизации рапы засолонявшегося бассейна. Это особенно четко проявлялось на завершающих стадиях ритмов соленакопления, когда происходила садка калийномагниевых солей.

Подсолевое ложе, сложенное карбонатными породами, способствовало образованию калиеносных формаций хлоридного подтипа. В бассейнах с терригенным подсолевым ложем возникали формации сульфатного подтипа (калиеносные, глауберитовые с тенардитом и астраханитом). При смешанном характере подсолевого ложа образовались калиеносные формации хлоридно-сульфатного подтипа. Для последних часто характерно соседство с ультраосновными массивами, чем объясняется обогащенность этих калиеносных формаций магнием, бором, фтором, литием и некоторыми другими компонентами.

Составление литофациальных карт калиеносных формаций позволило выявить закономерности размещения их литофациальных комплексов. В размещении этих комплексов обнаруживается зональность — концентрическая или более сложная. От периферии к центральной части формации терригенные и карбонатные комплексы сменяются ангидритовыми и соляными. Соляные комплексы расчленяются но наличию определяющих их калийномагниевых солей, размещающихся в этом направлении в порядке растворимости. Для хлоридно-сульфатных калиеносных формаций, к примеру, в этом направлении галитовый комплекс сменяется полигадит-галитовым, затем сильвин-галитовым, карналлит-сильвин-галитовым и, наконец, бигаофит-карналлит-сильвин-галитовым. Некоторая асимметрия в размещении лито-комплексов связана с особенностями областей сноса и миграции оси прогибавшегося солеродного бассейна.

Галогенные формации в некоторых регионах участвуют в образовании интенсивно дислоцированных солянокупольных структур, гребневидной и интенсивной внутриформационной складчатости. Местами они глубоко залегают. В случае глубокого залегания для оценки возможности практического их использования большое значение приобретает структурный анализ. Для этих целей составляются специальные тектонические и геофизические карты, а также карты изогипс кровли и почвы галогенных формаций. Эти карты дают возможность оценить характер региональной структуры галогенных формаций, локальных соляных структур, глубину залегания и доступность для разведки и эксплуатации соляных отложений.

Изучение вещественного состава галогенных формаций позволило установить, что с ними связаны не только минеральные соли, ангидрит (гипс) и карбонатные породы. Эти формации и непосредственно вмещающие их толщи сопровождаются значительным комплексом разнообразного минерального сырья. Его составляют самородная сера, бораты, целестин, барит, флюорит, бром, рубидий, марганцевые, медные и полиметаллические руды, нефть и газ, родусит-асбест и др. Определена приуроченность этих полезных ископаемых к различным типам, литокомплексам и горизонтам галогенных формаций, что позволяет использовать прогнозные карты на минеральные соли для попутного прогнозирования всего вышеуказанного комплекса минерального сырья.

Для общего прогноза минеральных солей ранее широко использовались гидрохимические признаки (соляные источники), в меньшей мере — наличие пород и минералов, характерных для различных стадий галогенеза и лишь иногда структурные особенности. Ныне на первой же стадии их прогнозирования применяются геотектонические критерии, которые являются определяющими для галогенных формаций 141. Интенсивное соленакопление происходило в крупных интенсивно прогибавшихся тектонических структурах земной коры, следовало за эпохами орогенеза и было связано с крупными регрессиями. Галогенные формации приурочены к подвижным авлакогенонодобным зонам докембрийского фундамента, глубиной погружения поверхности которого определяется возможная мощность и полнота их разрезов. Самые крупные из них распространены в краевых частях платформ и межгорных массивов, синеклизах и грабенах платформ. Для Русской платформы, структурный план которой наследовался, область возможного распространения галогенных формаций ограничивается площадью, в пределах которой поверхность кристаллического фундамента находится ниже абсолютной отметки — 3000 м (очень редко до -2000 м). Там, где его поверхность лежит выше —2000 м, соляные комплексы встречены только в пределах Московской синеклизы (рис. 58).

Дальнейшая прогнозная оценка производится последовательным применением стратиграфического, структурного, геоморфологического, литолого-фациального, палеогеографического и палеоклиматического критериев. Временные, или стратиграфические критерии прогнозирования галогенных формаций в конечном счете также определяются тектоникой (послеорогенные периоды). На территории бывш. СССР эпохами соленакопления являются ранний кембрий, средний и поздний девон, ранняя и поздняя пермь, поздняя юра и ранний мел, а также неоген.

Структурными и геоморфологическими критериями уточняются площади и распределение мощностей галогенных формаций, глубины залегания их кровли, зоны выхода к дневной поверхности. Для этого используются данные геологической съемки, геофизических исследований и бурения. Эти критерии также в основном подчинены определяющему тектоническому критерию.

Литолого-фациальные критерии особо важны при прогнозировании месторождений калийных солей. Их залежи приурочены к самым соленасыщенным центральным литофациальным комплексам галогенных свит. Изучение и сопоставление разрезов галогенных свит позволяет выявить закономерности изменения и размещения их литофациальных комплексов. Ho литологии подсолевого ложа предполагается подтип калиеносной формации. Уточняется характер зональности размещения литокомплексов, в том числе и калиеносных. Такие карты литокомплексов уже являются одновременно прогнозными картами.

Палеогеографические методы позволяют проанализировать условия формирования галогенных отложений, питания бассейна водами моря и суши. Ими определяются основные черты эволюции солеродного бассейна и площади интенсивного накопления солей.

Палеоклиматические критерии являются разрешающими для интенсивного соленакопления. Благоприятные для него аридные (иногда и полуаридные) зоны устанавливаются по особенностям состава флоры и фауны, набору полезных ископаемых и прочим данным.

Большое значение при прогнозировении имеют гидрохимические критерии и материалы о наличии калийных солей в рудниках, керне скважин и редких обнажениях. В качестве гидрохимических критериев могут использоваться лишь соленые воды и рассолы с минерализацией более 3—5 вес.%. На формирование солевого состава вод за счет растворения калийно-магниевых солей указывают значения следующих коэффициентов:

Оценка степени перспектив калиеносности различных площадей производится по положительным данным, полученным по комплексу всех перечисленных выше критериев. Надежность прогноза определяется совпадением высоких перспектив калиеносности, установленных наибольшим количеством методов. Некоторое предпочтение может быть отдано лишь структурно-тектоническим и литофациальным критериям, особенно если они подкрепляются данными гидрохимии, гамма-каротажа и бурения.

Для галогенных формаций детальные литофациальные карты, на которых дифференцирована степень засолоненности отложений и выделены калиесодержащие литофациальные комплексы, являются наиболее надежной основой для прогнозирования.