奈曼超大型天然碱矿发现的意义与启示

doi:10.11867/j.issn.1001-8166.2025.097

地球科学进展 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (12): 1211 -1229. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.097

奈曼超大型天然碱矿发现的意义与启示

李清春¹(

), 杨剑²^,³^,⁴^,⁵(

), 杨雪⁶, 裴家学⁶, 郭镜², 黄勇², 葛祥英²^,⁴, 昝博文², 夏时斌², 邵建欣¹, 高畅²^,⁷, 庞力源¹, 唐永杰⁵

^1.辽河油田辽兴油气开发公司，辽宁盘锦 124010
^2.中国地质调查局成都地质调查中心（西南地质科技创新中心），四川成都 610218
^3.成都理工大学地球物理学院，四川成都 610059
^4.山东科技大学地球科学与工程学院，山东青岛 266590
^5.西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳 621010
^6.辽河油田勘探开发研究院，辽宁盘锦 124010
^7.中国地质大学（武汉）地球科学学院，湖北武汉 430074

收稿日期:2025-08-25 修回日期:2025-11-07 出版日期:2025-12-10
通讯作者: 杨剑 E-mail:liqch@petrochina.com.cn;115138871@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(U2544210)

Significance and Implications of the Discovery of the Naiman Super-Large Trona Deposit

Qingchun LI¹(), Jian YANG²^,³^,⁴^,⁵(), Xue YANG⁶, Jiaxue PEI⁶, Jing GUO², Yong HUANG², Xiangying GE²^,⁴, Bowen ZAN², Shinbin XIA², Jianxin SHAO¹, Chang GAO²^,⁷, Liyuan PANG¹, Yongjie TANG⁵

^1.Liaoxing Oil and Gas Development Company, Liaohe Oilfield, Panjin Liaoning 124010, China
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^4.College of Earth Science and Engineering, Shandong University of Science and Technology, Qingdao 266590, China
^5.College of Environment and Resources, Southwest University of Science and Technology, Mianyang Sichuan 621010, China
^6.Exploration and Development Research Institute of Liaohe Oilfield, Panjin Liaoning 124010, China
^7.School of Earth Sciences, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan 430074, China

Received:2025-08-25 Revised:2025-11-07 Online:2025-12-10 Published:2026-01-17
Contact: Jian YANG E-mail:liqch@petrochina.com.cn;115138871@qq.com
About author:LI Qingchun, research areas include exploration of petroleum, uranium, and trona deposits. E-mail: liqch@petrochina.com.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(U2544210)

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内蒙古奈曼天然碱矿是我国近年发现的超大型矿床，查明资源量约20.77亿t，是我国乃至亚洲目前探明资源量最大的天然碱矿。该矿床位于松辽盆地西南缘奈曼凹陷，赋存于下白垩统义县组—九佛堂组地层中，矿床具有品位高、矿层厚度大、埋藏较深及矿物组成复杂等特点，垂向上表现为碱矿层、盐岩层与泥岩层互层，有高达118层沉积旋回，横向上呈透镜状展布，已识别出天然碱、苏打石、碳钠钙石、氯碳钠镁石、碳钠镁石、碳酸钠和碳氢钠石7种天然碱矿物以及石盐、硬石膏、硅硼钠石、钠长石、钠沸石、淡钡钛石、霓辉石和霓石8种伴生矿物。为什么在早白垩世温室期的伸展构造背景下，奈曼天然碱矿能够大规模富集？需要从以下几个维度展开探讨：深入探究伸展构造背景下断裂系统对热液运移的通道作用及盆地持续沉降对矿层形成和保存的影响；通过地球化学示踪技术解析火山岩风化、深部岩浆热液及大气高浓度CO₂的物质贡献；结合放射性同位素定年与生物地层学方法精确约束成矿时代；综合古气候—古地理指标与沉积旋回分析，阐明古气候古环境对碱矿沉积旋回的控制机制。立足“深部结构—物质来源—成矿时间—沉积气候环境”四位一体的学术思路，开展协同耦合成矿研究，可揭示奈曼超大型天然碱矿形成机制与成矿模式，且具有重要的基础科学意义。同时，研究成果能够支撑松辽盆地及外围天然碱矿勘查，促进我国纯碱产业升级，具有重要的战略实践意义。

关键词: 奈曼天然碱矿, 义县组, 地质特征, 物性特征, 启示

The Naiman trona deposit in Inner Mongolia is a supergiant deposit discovered in recent years in China, with identified resources of 2.077 billion tons, making it the largest trona deposit so far discovered in China and even in Asia. The deposit is located in the Naiman Sag on the southwestern margin of the Songliao Basin and is hosted in strata of the Lower Cretaceous Yixian-Jiufotang formations. It is characterized by high ore grade, great ore-layer thickness, relatively deep burial, and complex mineralogical composition. Vertically, it consists of interbedded trona ore layers, rock-salt layers and mudstones, forming as many as 118 sedimentary cycles, while horizontally it exhibits a lenticular distribution. Seven Na-carbonate minerals, including trona, nahcolite and natrocalcite, and eight associated minerals, including halite, anhydrite and searlesite, have been identified. A key scientific question is why large-scale trona enrichment took place in the Naiman area during the Early Cretaceous greenhouse period under an extensional tectonic regime. The ore-forming mechanism may be investigated from the following aspects: conducting in-depth studies on the role of fault systems as channels for hydrothermal fluid migration in an extensional setting, and on the effects of continuous basin subsidence on the formation and preservation of ore layers; resolving the material contributions of volcanic rock weathering, deep magmatic-hydrothermal fluids and high atmospheric CO₂ concentrations by means of geochemical tracing techniques; precisely constraining the timing of mineralization by integrating radiometric dating with biostratigraphic methods; and elucidating the controlling mechanisms of paleoclimate and paleoenvironment on trona sedimentary cycles through a combination of paleoclimatic-paleogeographic proxies and sedimentary cycle analysis. Through this integrated metallogenic research framework that couples deep tectonic architecture, material sources, metallogenic timing and sedimentary paleoclimate-paleoenvironment, the formation mechanism and metallogenic model of the Naiman supergiant trona deposit can be revealed, which is of great fundamental scientific significance. Meanwhile, the research results will support exploration of trona deposits in the Songliao Basin and surrounding areas and promote the upgrading of China’s soda ash industry, thus having important strategic and practical significance.

Key words: Naiman trona deposit, Yixian Formation, Geological features, Physical characteristics, Implications.

中图分类号:

P619.21

图1 奈曼旗天然碱矿地质背景及矿体厚度图
（a）松辽盆地位置图（据参考文献［10-11］修改）；（b）奈曼凹陷构造纲要图（据参考文献［12］修改）；（c）奈曼天然碱矿体等厚度图。

Fig. 1 Geological background and orebody thickness of the Naiman Banner trona deposit
（a） The location map of Songliao Basin （modified after references ［10-11］）；（b） The structural outline map of Naiman Sag （modified after reference ［12］）；（c） The isometric map of orebody thickness of Naiman trona deposit.

图2 奈曼凹陷白垩系岩性地层综合柱状图（据参考文献［13］修改）

Fig. 2 Comprehensive stratigraphic column of cretaceous lithostratigraphy in the Naiman Sag （modified after reference ［13］）

图3 奈曼天然碱矿三维地震剖面图
（a）SE向剖面；（b）NE向剖面。

Fig. 3 Three-dimensional seismic profile of the Naiman trona deposit
（a） Southeast profile；（b） Northeast profile.

表1 奈33-2井代表碱岩和盐岩样品的品位

Table 1 Well N33-2 represents the grade of the samples of alkaline rocks and salt rocks

样品编号	取样位置		样品重量/g	样品岩性	品位/%				密度/（g/cm³）	水不溶物含量/%
样品编号	深度/m	长度/m	样品重量/g	样品岩性	ω（Na₂CO₃）	ω（NaHCO₃）	ω（Na₂CO₃+NaHCO₃）	ω（NaCl）	密度/（g/cm³）	水不溶物含量/%
NJ-01	1 550.78	0.06	520.0	盐岩	—	—	—	88.17	2.16	2.05
NJ-11	1 554.38	0.05	651.0	碱岩	51.99	24.69	76.68	—	2.16	1.16
NJ-12	1 563.65	0.06	529.0	盐岩	—	—	—	90.66	2.13	1.67
NJ-02	1 575.95	0.07	979.0	碱岩	52.67	18.24	70.91	—	2.15	5.50
NJ-03	1 638.57	0.05	739.0	碱岩	46.87	32.22	79.09	—	2.05	3.23
NJ-04	1 641.71	0.05	745.0	碱岩	49.80	28.67	78.47	—	2.07	2.58
NJ-05	1 647.94	0.07	920.0	盐岩	—	—	—	95.77	2.09	1.04
NJ-06	1 683.37	0.05	862.0	盐岩	15.08	5.03	20.11	52.96	2.28	3.89
NJ-07	1 686.80	0.06	693.0	盐岩	—	—	—	91.64	2.11	1.35
NJ-13	1 688.91	0.07	1 133.0	盐岩	16.02	8.07	24.02	45.29	2.11	5.65
NJ-08	1 703.22	0.05	978.0	碱岩	44.38	35.92	80.30	—	2.19	5.45
NJ-09	1 718.89	0.08	1 380.0	碱岩	36.26	53.77	90.03	—	2.26	1.12
NJ-10	1 737.01	0.08	1 221.0	碱岩	36.22	53.70	89.92	—	2.28	1.57
NJ-14	1 754.72	0.09	1 553.0	碱岩	19.64	23.95	43.59	—	2.28	45.42
NJ-15	1 757.40	0.08	1 281.0	碱岩	24.29	31.68	55.97	—	2.31	33.80
NJ-16	1 787.66	0.09	1 496.0	碱岩	35.90	52.23	88.13	—	2.18	3.39

表1 奈33-2井代表碱岩和盐岩样品的品位

Table 1 Well N33-2 represents the grade of the samples of alkaline rocks and salt rocks

样品编号	取样位置		样品重量/g	样品岩性	品位/%				密度/（g/cm³）	水不溶物含量/%
样品编号	深度/m	长度/m	样品重量/g	样品岩性	ω（Na₂CO₃）	ω（NaHCO₃）	ω（Na₂CO₃+NaHCO₃）	ω（NaCl）	密度/（g/cm³）	水不溶物含量/%
NJ-01	1 550.78	0.06	520.0	盐岩	—	—	—	88.17	2.16	2.05
NJ-11	1 554.38	0.05	651.0	碱岩	51.99	24.69	76.68	—	2.16	1.16
NJ-12	1 563.65	0.06	529.0	盐岩	—	—	—	90.66	2.13	1.67
NJ-02	1 575.95	0.07	979.0	碱岩	52.67	18.24	70.91	—	2.15	5.50
NJ-03	1 638.57	0.05	739.0	碱岩	46.87	32.22	79.09	—	2.05	3.23
NJ-04	1 641.71	0.05	745.0	碱岩	49.80	28.67	78.47	—	2.07	2.58
NJ-05	1 647.94	0.07	920.0	盐岩	—	—	—	95.77	2.09	1.04
NJ-06	1 683.37	0.05	862.0	盐岩	15.08	5.03	20.11	52.96	2.28	3.89
NJ-07	1 686.80	0.06	693.0	盐岩	—	—	—	91.64	2.11	1.35
NJ-13	1 688.91	0.07	1 133.0	盐岩	16.02	8.07	24.02	45.29	2.11	5.65
NJ-08	1 703.22	0.05	978.0	碱岩	44.38	35.92	80.30	—	2.19	5.45
NJ-09	1 718.89	0.08	1 380.0	碱岩	36.26	53.77	90.03	—	2.26	1.12
NJ-10	1 737.01	0.08	1 221.0	碱岩	36.22	53.70	89.92	—	2.28	1.57
NJ-14	1 754.72	0.09	1 553.0	碱岩	19.64	23.95	43.59	—	2.28	45.42
NJ-15	1 757.40	0.08	1 281.0	碱岩	24.29	31.68	55.97	—	2.31	33.80
NJ-16	1 787.66	0.09	1 496.0	碱岩	35.90	52.23	88.13	—	2.18	3.39

图4 奈33-2井钻孔岩心碱岩层和盐岩层构造特征照片

Fig. 4 Photographs of structural features of trona and halite layers in core from Well N33-2

图5 奈曼天然碱矿典型勘探线钻井剖面图

Fig. 5 Typical exploration line drilling profile of Naiman trona deposit

表2 奈曼天然碱矿测井物性响应特征

Table 2 Well logging physical property response characteristics of Naiman trona deposit

岩性	补偿密度/（g/cm³）	补偿中子/%	声波时差/（μs/ft）	自然伽马/API	PE/（b/e）	深侧向/（Ω⋅m）
石盐岩	1.91~2.41	<38	60~75	<45	2.5~4.5	>250
天然碱	1.94~2.33	>38	60~85	<10	2.0~5.0	>250
泥岩	2.12~2.32	28~50	60~80	>92	2.5~3.5	<10
粉砂岩	2.33~2.55	5~30	60~80	<60	2.5~4.5	<10
灰质泥岩	2.37~2.65	>19	60~90	<90	2.5~4.0	10~250
泥质灰岩	2.53~2.72	<28	60~70	>82	1.5~4.0	<250

表2 奈曼天然碱矿测井物性响应特征

Table 2 Well logging physical property response characteristics of Naiman trona deposit

岩性	补偿密度/（g/cm³）	补偿中子/%	声波时差/（μs/ft）	自然伽马/API	PE/（b/e）	深侧向/（Ω⋅m）
石盐岩	1.91~2.41	<38	60~75	<45	2.5~4.5	>250
天然碱	1.94~2.33	>38	60~85	<10	2.0~5.0	>250
泥岩	2.12~2.32	28~50	60~80	>92	2.5~3.5	<10
粉砂岩	2.33~2.55	5~30	60~80	<60	2.5~4.5	<10
灰质泥岩	2.37~2.65	>19	60~90	<90	2.5~4.0	10~250
泥质灰岩	2.53~2.72	<28	60~70	>82	1.5~4.0	<250

图6 奈曼天然碱矿奈10井测井特征曲线

Fig. 6 The logging characteristic curve of Well Nai 10 of the Naiman trona deposit

图7 含碱层系中各类碱、盐矿物显微照片
（a）和（b）天然碱呈柱状、纤维状；（c）苏打石呈板状，聚片双晶发育；（d）~（f）碳钠钙石呈半自形粒状，鲜艳干涉色，氯碳钠镁石呈放射球粒状，均质性；（g）硬石膏的鲜艳干涉色；（h）石盐的完全解理；（i）和（j）天然碱、苏打石、碳钠钙石共生；（k）和（l）天然碱与石盐共生。Tro为天然碱，Nah为苏打石，Sho为碳钠钙石，Nor为氯碳钠镁石，Anh为硬石膏，Hal为石盐。

Fig. 7 Microscopic photos of various alkali and salt minerals in the alkaline strata
（a） and （b） Trona occurs as columnar and fibrous aggregates；（c） Nahcolite is tabular with well-developed polysynthetic twinning；（d）~（f） Shortite appears as subhedral granular crystals with vivid interference colors， while northupite forms radial spherical aggregates and is isotropic；（g） Vivid interference colors of anhydrite；（h） Perfect cleavage of halite；（i） and （j） Symbiosis of trona， nahcolite， and shortite；（k） and （l） Symbiosis of trona and halite. Tro： Trona； Nah： Nahcolite； Sho： Shortite； Nor： Northupite； Anh： Anhydrite； Hal： Halite.

图8 奈曼凹陷义县组油碱共生特征
（a）原油赋存于薄层状天然碱矿和裂缝中，奈33-2井，1 511.86 m；（b）碱矿孔隙中含油，奈10井，1 486.80 m；（c）油斑碱岩常光照片，奈33-2井；（d）油斑碱岩荧光照片，奈33-2井。

Fig. 8 The oil and trona coexistence characteristics of the Yixian Formation in the Naiman Depression
（a）The crude oil is stored in thin-layered trona deposit and fractures， Well N33-2， 1 511.86 m；（b）Oil is contained within the pores of the trona deposit， Well N10， 1 486.80 m；（c）Photomicrograph （in plane-polarized light） of oil-stained trona deposit， Well N33-2；（d）Photomicrograph （fluorescence） of oil-stained trona deposit， Well N33-2.

表3 奈曼碱矿与典型碱矿床特征对比表（据参考文献［1，4，10，25］修改）

Table 3 Comparison table of characteristics between Naiman trona deposit and typical trona deposit sites （modified after references ［1，4，10，25］）

矿床名称	形成时代（层位）	矿物组成特征	规模与品位	地层特征	沉积—构造—气候背景
奈曼碱矿	早白垩世义县组—九佛堂组（约145 Ma）	主要矿物包括天然碱、苏打石、碳钠钙石、氯碳钠镁石等；伴生石盐、硬石膏；特殊矿物如钠长石、硅硼钠石和霓石等热液矿物	最大厚度>400 m；资源量巨大：20.77亿t；高品位：天然碱品位普遍大于70%，平品位42.23%（部分矿层高达90.03%，平均75.31%），埋藏深度在500~2 800 m	火山碎屑岩—富有机质页岩—天然碱—岩盐互层	沉积：封闭湖盆蒸发沉积；构造：伸展断陷盆地（松辽盆地西南缘），火山热液活动显著；气候：白垩纪温室期干旱气候，蒸发量>补给量
美国绿河组碱矿	始新世绿河组地层（480~46.5 Ma）	主体盐矿物为石盐和天然碱，并出现苏打石、碳钠钙石、碳氢钠石、淡钡钛石硅硼钠石、水硅硼钠石和碳钠镁石等富钠矿物	厚度大；巨厚蒸发岩层；规模大：全球著名矿床；碱矿共42层，深度在198~914 m，面积129~2 007 km²；总储量为1 155亿t	泥岩、粉砂岩和油页岩为主	沉积：封闭盆地蒸发；构造：伸展型断陷湖盆，盆地持续沉降；气候：新生代干旱气候促进强蒸发
泌阳安棚碱矿	始新世核桃园组核一段和核二段	苏打石、天然碱、芒硝和石膏	共17个矿层，单层厚度0.6~1.6 m，总厚度超过200 m，总储量近2亿t	砂岩—油页岩—白云岩—碱层	沉积：湖相蒸发；构造：始新世封闭裂谷湖盆；气候：气候波动导致物源断续，矿层不连续
土耳其贝帕扎碱矿	中新世21.5 Ma；河卡组	天然碱、石盐、苏打石、芒硝和石膏等	33层透镜状矿体，单层厚0.6~2 m；总储量为2.37亿t；可采储量为1.35亿t	黏土岩、油页岩和白云石灰岩；凝灰岩夹层发育；矿体呈透镜状，受断裂控制	伸展裂谷带，新近纪张扭性断裂控盆；干旱气候；火山—盐湖沉积

表3 奈曼碱矿与典型碱矿床特征对比表（据参考文献［1，4，10，25］修改）

Table 3 Comparison table of characteristics between Naiman trona deposit and typical trona deposit sites （modified after references ［1，4，10，25］）

矿床名称	形成时代（层位）	矿物组成特征	规模与品位	地层特征	沉积—构造—气候背景
奈曼碱矿	早白垩世义县组—九佛堂组（约145 Ma）	主要矿物包括天然碱、苏打石、碳钠钙石、氯碳钠镁石等；伴生石盐、硬石膏；特殊矿物如钠长石、硅硼钠石和霓石等热液矿物	最大厚度>400 m；资源量巨大：20.77亿t；高品位：天然碱品位普遍大于70%，平品位42.23%（部分矿层高达90.03%，平均75.31%），埋藏深度在500~2 800 m	火山碎屑岩—富有机质页岩—天然碱—岩盐互层	沉积：封闭湖盆蒸发沉积；构造：伸展断陷盆地（松辽盆地西南缘），火山热液活动显著；气候：白垩纪温室期干旱气候，蒸发量>补给量
美国绿河组碱矿	始新世绿河组地层（480~46.5 Ma）	主体盐矿物为石盐和天然碱，并出现苏打石、碳钠钙石、碳氢钠石、淡钡钛石硅硼钠石、水硅硼钠石和碳钠镁石等富钠矿物	厚度大；巨厚蒸发岩层；规模大：全球著名矿床；碱矿共42层，深度在198~914 m，面积129~2 007 km²；总储量为1 155亿t	泥岩、粉砂岩和油页岩为主	沉积：封闭盆地蒸发；构造：伸展型断陷湖盆，盆地持续沉降；气候：新生代干旱气候促进强蒸发
泌阳安棚碱矿	始新世核桃园组核一段和核二段	苏打石、天然碱、芒硝和石膏	共17个矿层，单层厚度0.6~1.6 m，总厚度超过200 m，总储量近2亿t	砂岩—油页岩—白云岩—碱层	沉积：湖相蒸发；构造：始新世封闭裂谷湖盆；气候：气候波动导致物源断续，矿层不连续
土耳其贝帕扎碱矿	中新世21.5 Ma；河卡组	天然碱、石盐、苏打石、芒硝和石膏等	33层透镜状矿体，单层厚0.6~2 m；总储量为2.37亿t；可采储量为1.35亿t	黏土岩、油页岩和白云石灰岩；凝灰岩夹层发育；矿体呈透镜状，受断裂控制	伸展裂谷带，新近纪张扭性断裂控盆；干旱气候；火山—盐湖沉积

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