地球化学1 9夕4年1 2月G E OCHIMI CA第4期我国某盐湖现代钾盐沉积的形成孙大鹏据目前所知,世界上具有现代钾盐沉积 的盐 湖甚少。国外有些盐湖一和热水泉等,尽管它 们都 有一些含钾矿物析出(表1),但均 无工业价值。因而,文献中对这些 地区的钾盐仅作了一般的介绍。表1湖表卤水化学组成及其析出物伙伙伙湖表卤水化学 组成%) ) )析出物物资料来源源N N N N Na+ + +K+ + +MgZ+ + +Ca Z+ + +CI一一50乏一一HCO了了CO考- - - - - - -英英吉尔湖湖8.58 8 80.52 2 20.87 7 70.0 6 6 616.0 0 00.4 4 4 4 4 4 4 4光卤石、石盐盐E.B.no co x oB(19 3 5) ) )MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM.I ,Ba 月只山K(1939) ) )厄厄尔顿湖湖0.157 7 70.154 4 49.05 5 5 5 52 呼.15 5 53。21 1 10.27斗斗斗水氯镁石、光卤石石全苏盐类 研究所(1949) ) )为为布拉斯加湖湖2.斗7 7 72.88 8 8 8 8 8 80。42 2 21.75 5 50。80 0 03.63 3 3碳酸钾、碳酸钙、石石J.W.Tu rren t:ne e e盐盐盐盐盐盐盐盐盐盐盐、苏打和硫酸钠钠(192 4)V.Ziegle r r r卡卡特韦湖湖142 2 245 5 5 5 5 5 51 4 8 8 8斗2 2 23 3 363 3 3石盐、天然碱、碳碳A.Ar od(196 6) ) )酸酸酸酸酸酸酸酸酸酸酸艺硝(Hanksite) ) ) ) )和和和和和和和和和和和碳酸钠矾(B盯- - - - -k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k koire) ) ) ) )毕毕斯 哥湖湖湖湖湖湖湖湖湖湖钾芒硝硝RoberNoye s(1966) ) )0 0 0.3 9 9 91.05 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5光卤石和水 氯镁石石i勺些fhins on(19 68)*该泉为富含MgCI:卤水,含KCI约2%,NaCll%o我国某湖是具有现代钾盐沉积的大陆盐 湖。有时它每 年所形 成的钾盐 沉 积 可 达XX一XXX万吨。1963年以来曾作为钾肥生产的原料进行开采。因此,对该湖钾盐沉积 形成的研究,无论在 生产利用方面,或者在研究古代大陆盐 湖钾盐形成的条件及其找矿方面,都有着一定的意义。本 文主要是根据数年来所获得的实际资料和实验结果,从水化学和物理化学角度去探讨该 盐湖现代钾盐沉 积 的形成问题。一、盐 湖概况该 盐湖位于我国西 北一大型 山间盆地 中南部的第四纪沉积拗陷中。这里,气候干燥,雨 少风 多,属大陆性干一旱气候。由于气压较低,日照时数较长,相对湿度较低,风速较大,因而,具有极高的蒸发量(表2)。主 要蒸发季节 (4一9月) 的蒸发 量占全年的 8 0 务左右,这对于该盐 湖卤水的浓缩和钾盐沉积 的形成起着重要的作用。该湖 呈一自西北向东南延伸的黄瓜状,其面积 约 为英吉尔湖的2倍。湖水的西 北侧和东侧 均 为广阔的 盐类沉积,在这些盐 层 内赋存着丰富 的高矿化度的富镁钾品 间卤水 (图1)。这些卤水长期缓慢地补给湖水,是湖水的 主要物质来源(每年约第4期孙 大鹏:我国某盐湖 现代钾盐沉积的形成表2某盐湖区气象资料(历年平均值)一一补巡 l l l2 2 23 3 34 4 45 5 56 6 67 7 78 8 89 9 9l0 0 0ll l ll2 2 2温温度() ) )一 1 0。8 8 8一6.4 4 40.5 5 56.7 7 71 2.6 6 616.8 8 819。3 3 318.3 3 312.9 9 95.1 1 1一4.4 4 4一10。0 0 0气气压(毫巴) ) )73 3 3 373 2 2 2.73 3 3 3734 4 473 4 4 473 4 4 473 4 4 4735 5 5737 7 773 8 8 873 9 9 9737 7 7降降雨量(毫米) ) )0.1 1 10.0 0 00.0 0 00。l l l2.6 6 66。6 6 65.2 2 25.4 4 44斗斗0。0 0 00。0 0 00。0 0 0日日照时数数233.3 3 3226.7 7 7271.4 4 42 8 9。2 2 23 0 9.4 4 4285.7 7 7290.8 8 87 R gn n n7石, ,275.9 9 92 48。4 4 42 3 3。2 2 2淡淡水(毫米) ) )6 2.6 6 693.5 5 52 05.6 6 613 1,0 0 04 35.4 4 449 8.2 2 2弓46.9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 97 ,q q q9 8。2 2 259.7 7 7卤卤水(毫米) ) )2 8。8 8 843 3 394。6 6 614 4 4 42 0 0。3 3 32 2 9。2 2 2251.6 6 6505.4 4 4368.6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 645.2 2 227.5 5 5相相对湿度(%) ) )2 3 3 32 O O O16 6 616 6 62 2 2 22 4 4 42 8 8 8232.5 5 51 汽Q气气In,气气27 7 726 6 6风风速(米/秒) ) )3。0 0 03。4 4 43.9 9 94.7 7 74。9 9 9多.0 0 05.0 0 027 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 73。1 1 13。8 8 84 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4。7 7 72斗斗二二二二斗斗斗斗斗斗斗斗斗斗斗。O O O O O O O O O有8 5万立方米卤水补给湖水,其 中含KC I约x万吨,含MgC 12约xx万吨)。湖 的南岸和东南岸与某河流下游的冲积 平原相接连,该河的东、西支流注人湖内,这是该湖 的主 要水源(每年注人水量 约4亿立方米,其中含KC I约X千吨,含MgC 12约X万吨)。湖表卤水平均总矿化度为31 3.2克/公升,其化学成分主要为Na+,K十、Mg2 +和C l-、_._,、二_二_.、二_/MgSO4_.离子所组成。按H.c.库尔纳科夫的分类,变质系数(兀长灭为0.0 29,湖 表卤水应为J一目-一一“叮“I j曰J“ MgC I:/“一一”明目“、z“蝇C l:ZNaCIZKCI图1某盐湖晶间 卤水化学组成分区Y25稳定相图1.北部高镁钾晶间 卤水区;2.东部 富钠晶间卤水区。硫酸盐型硫酸镁亚型。湖表卤水中钾的含量与 晶间卤水相近,为海水的32倍,不仅高于国内的一些现代盐 湖,也高于国外一些同类型 的富钾盐 湖。根据湖 表卤水化学组成的变化,自北 向南可划分为三个带:(l )北岸和东北岸湖 滨高镁钾卤水带;(H) 北部湖水高钾镁卤水带;(Hl) 南部湖水含钾镁 卤水带 (图2)。夏一秋季湖底沉积物的分布与上述湖表卤水的分带是一致的。北岸和东北岸湖 滨带 主要为光卤石沉积,北部湖水主要为石盐沉积,而南部湖水主 要 为含石膏碳酸钙质石盐淤泥沉积(图3a)。冬一春季湖底沉积物几乎均被碳酸钙质一石膏质淤泥和少量石盐沉积所代替。由上述得知,该盐湖是一个具有现代钾盐沉积的低变质系数的 硫酸镁亚型的大陆 盐MgC I之ZNaC I图2湖表卤水化 学组成分区1.北岸和东北岸湖滨地带高镁钾 卤水带;2.北部湖水高钾镁卤水带;3.南部湖水含钾镁卤水带.沙、j 了|dJ湖滨地带钾盐沉积横剖面图眯)仁二1乏列2匡里 司3图3某盐湖现代沉积物分布和钾盐 沉积剖面1.石盐:2.钾盐沉积;3.石 盐一石膏一碳酸 钙质淤泥.第斗期孙大鹏:我国某盐湖现代钾盐沉积的形成23 3根盐湖,且具高矿化度富钾镁特点。二、现代钾盐沉积 的分布及其物质成分现代钾盐沉积 主要 分布于北岸和东 北岸的湖 滨地 带,宽数 百米至数 公里,东西延伸达数十公 里。钾盐矿层最厚者靠近东北岸,向西 北和东南方向变薄或尖灭(图3。,3。)。这种变化主 要是受着湖 滨地 形所控制。层层层岩性剖面面矿物组成关关化学组成%, ,号号号价 而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而而儿儿儿儿儿儿儿儿儿CI I IK CI I I蝇C12 2 2M质0二二CaC】2 2 2CaS 04 4 4H20 0 0一一1门门门门门门门门门门(400o C 白色细粒光卤石含石盐2一5%2 0.1 1 1 119.14 4 4一25 06 6 6007 7 7尹 , 卜 洲洲0.61 1 13 9.7 6 6 62 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !白色中粒含光 卤石石盐含光卤石5一; 0%90.4 7 7 7一1.03 3 32.98 8 8 8 80.04 4 40,80 0 06.37 7 73 3 3 田田 皿皿 日日1 1 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 88.1 9 9 9一 一2.1 51 1 1 1 1户.、沪沪3.0 0 0 06.1 3 3 3尸尸工-, ,ll l ll( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 4.94 4 4 4 44.02 2 20.11 1 1 1 184 6 6 615.67 7 7J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J J月月月月.微粒状石盐光“光卤“6 0一,0%gqq 只只8.45 5 520.68 8 80.69 9 9 9 9730 0 035.70 0 06 6 6.60 0 020.2 5 5 533.12 2 20.16 6 6 6 62.44 4 4 4 4细细粒石盐含极少的光卤石石75.84 4 40.82 2 24.1 1 1 1 1 10.0 5 5 54.59 9 99.3 7 7 79 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9.41 1 120,29 9 930 89 9 90.25 5 5了、训训3.50 0 039.0 0 09 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9中中中中粒石盐盐8 7.6 6 6 6 62.55 5 5 5 5户、沪沪298 8 85.3 3 3 31 1 10 0 0! ! ! ! ! !.川川川 ! ! ! ! !微粒石盐盐81,49 9 9 9 93.98 8 80.02 2 2产、洲洲3 67 7 77.52 2 21 1 11 1 1 !川川 ! ! !l l l 中细粒石盐盐91.0 4 4 4 4 41 3 6 6 60.3 1 1 1 1 12.6 1 1 14.8 6 6 61 1 12 2 2 川川 E E E U U U 微粒石盐盐88.27 7 7 7 72.95 5 50.04 4 4 4 4268 8 83.9 0 0 01 1 1 3 3 3 3 3 3 31 1 1粗中粒石盐未见宪, , , , , , , , ,皿皿1皿1 口2田.3. .卜图斗某盐湖现代钾盐沉 积剖 面及其组成1.石 盐:2.含 光卤石石盐;3.含石盐光卤石;斗.光卤石*系镜下鉴定结果地球化学1974年矿 层 主要是由石盐和光卤石 互 层组成 (图4)。其中以下 部第I层 最厚,分布范围 较小且稳定。上部诸层常呈透镜体状,向岸边尖灭,向湖水方向 为石盐所代替,并与下伏诸层依次呈超伏关系 (图3b)。钾盐沉积的物质成分比较简单,其矿物成分主要为光卤石和石盐,尚有少量石膏等。其化 学成分主要为氯化钠、氯化钾、氯化镁和少量硫酸钙等 (图的。其中以第I和第H层光卤石较好,光卤石含 量达9 0务以上,氯化钾含量在 2 0务 左右,氯化钠含 量8一9外,氯化镁 含量 达3 0外左右。光卤石层在平面上的变化 也是比较大的。这里,以表层 为例说明之。在靠近湖水时,氯化钠含量显著增加;靠近岸边 时,氯化钾含量显著增高(表3)。这是与光卤石层本身的纵 向变化紧密联系着 的。表3湖滨地带表层 光卤石层厚度和化学组成的变化 奈登登岸边一湖水水I I I I IJI一l l l111一2 2 211一5 5 5111一7 7 711工一9 9 9厚厚度度) ) )3.5 5 52.5 5 52。5 5 5化化学学NaCI I I27.82 2 22 0.94 4 41 1.05 5 568.4 9 9 983。1 8 8 8组组成成KCI I I1746 6 61 9。9 9 92 1.27 7 77.3 斗斗3.6 6 6( ( (%) ) )MgC12 2 225.5 7 7 726.9 4 4 430.78 8 89.63 3 34.3 9 9 9由此,可以看出该 盐湖钾盐沉积 的分布是与一些古代海相成盐盆地的钾 盐沉积的分布比较相似,如苏联俄罗斯 陆台东部二迭纪 孔谷尔期成盐盆地等工ZJ,它们都是分布在远离补给水的地区,唯前者为河水补给,后者 为海水所补给。然而,象该盐 湖这种钾盐沉积 的物质成分,贝l J在 古代海相钾盐沉积中是极其罕见的。三、天然 钾盐析出的物理化学环境虽然该盐 湖 属于硫酸镁亚型,其硫酸根含量很低,而沉积物颇具有氯化物盐湖 的特点,所以我们采用Na十,K十,Mg,十/ /C l,玩0四元体系进行探讨。这里,主要是根 据湖 表卤水天然蒸发实验)、东 北岸湖 滨地带推沟裸露晶间卤水日晒析出光卤石实验、以及湖 滨地带和湖体边部天然生成光卤石 的情况进行论述。(一) 该湖钾盐开始析出时 的物理化学条件湖 表卤水天然蒸发实验结果表明,当水温在1,一2 5 范围,卤水比重浓缩到1.2 69左右(即 母液蒸发掉1 8多),开始析出钾石盐(Na cl+KC I),继续浓缩至比重为1.27 5左右(母 液蒸掉2 2呢 时),即开始析出光 卤石 (Nac l+Kc l十Kc lMgc lZ6H必)。由此可见,钾石盐 和光卤石是湖表卤水浓缩到不同阶段 的产物,乃是与不同阶段卤水的化学组成相 适应 的。1)此实验系由陈敬清等 同志进行的。第4期孙大鹏:我 国某盐湖 现代钾盐沉积 的形成该盐湖天然钾盐析出时,其比重和化学组成与上述实验结果基本是一 致的。若与Na十,K十,Mg2 +/ /c I一HZO(2 5 )四元体系溶解度概略数值相比8 ,也是极其接近的 (见表4)。表4钾盐开始析出时的物理化学条件盐盐类类比 屯/水水液相化学组戍(% ) ) )析析出阶段段温() ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )N N N N N N Na+ + +K十十Mgz+ + +CaZ十十(二l一一50乏一一蒸蒸蒸开始析出KCI I I1.269/17.1 1 11.07 7 71.78 8 86.03 3 30.0弓 6 6 62 0.61 1 10.45 5 5KCI+NaCI I I发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发发实实实开始析出出1.27 75/1斗., ,1.01 1 11.79 9 96。4 4 4 40.0 4 3 3 32 08 6 6 60.43 3 3NaCI+KCI+K CIMgC12验验验K CIMgCI,6 120 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 06H,() ) )自自自开始析出K( : 1 1 11.267/16.5 5 50.95 5 51.7 斗斗5.9 6 6 60.03夕夕2 0.4 3 3 30.47 7 7KCI十 NaCI I I然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然然盐盐盐开始 析出出1.270/2; ; ;0.71 1 1168 8 86。2 6 6 60.07 7 72087 7 7 7 7NaC I+KC I十KC卜MgC12析析析KCIMgC 126HZO O O O O O O O O O O O O O O O O6H2) ) )瓷瓷济济开始析出光卤石石25 5 50.71 1 11.75 5 56。6斗斗斗19。21 1 1 1 1Na 二l+KCI+K(二lMgCIZ6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6H:O O O如果与海水浓缩过程相比,尽管海水是属于Na十,K十,MgZ+/ /c l一,5 02一、1 - - 1 20五元体系,但在钾盐开始析出时,反映在某些特征系数方面,也是比较接近的(表。)。唯旦比值Br一远远高于海水,这显示了此大陆盐湖具有低澳的特点。表5钾盐析出时的某些 特征系数 值示淤绷洲月州(二)天然钾盐析出的物理化学过程根据夏 季湖表卤水天然蒸发实 验的结果得知,其浓缩过程:原始卤水 化学组成点位于NaC j相区(图5,表6),经过短暂的钾石盐析出阶段(Na cl十KC I),通过Na c工+Kel+KelMgexZ6HZo共饱点,然后沿 着Nael与KCIMgC126HZO共饱线进行,当比 重浓缩到1.32 5时,则进入水氯镁石析出阶段(NaC I+KC IMgC 126H:0十 MgC 126H;o)。这种析盐顺序在湖体边部和 湖 滨地带表面 卤水浓缩过程中也基 本上 是 存在的(唯极少见到水氯镁石析出)(图6,表7)。根据东北岸湖滨地带v一3坑 卤水浓缩过程同样说明了此点(图7,表8),尽管这里未获得钾石盐析出阶段的样品,而位于NaC I相区大部分卤水组成点与其顶角连线的延长线都交在NaC I与KC I的共饱线上,表明在该实验坑卤水浓缩 的过程中仍有钾石盐析出阶 段存在。但是,应该指出,在上述卤水天 然浓缩过程中所析出的钾石盐,不仅其析出阶段的间隔在变化,而且它也是不稳定的,这是由该湖卤水本身的性质及其组成的变化所决定的。当钾石 盐从卤水 中析出后,卤水进入光卤石析出阶 段,此时卤水中已含有相当高的氯 化镁,钾石盐在这种卤水中便迅速地转化为光卤石。这种情况不仅在湖 滨地带可以观察到,2 3 6地球化学1 974年MgC12ZNaC图5湖表卤水天然蒸发实 验的析盐过程25 稳定相图;一一湖表卤水蒸发的结晶路线。表6湖表卤水天然蒸 发实验过程中化学组成的变化相图指数(材/10 0人 z)样品编比重/水温()固相析出物MgCI:石盐石盐十钾石盐石盐+钾石盐+光 卤石石盐十光卤石十水氯镁石了n 曰, 乙O门9, 气j了.月侍月片寸0 2了U Q 曰O L J02Lw(湖表卤水)51.227 7/2 3.61.2 695/17.11.2775/14.11.328/l亏宜竺生-二丝生一2 89 5“879 8782159 6“7 2微022MgC 12ZNaCZK C I图6某盐湖卤水天然浓缩过程第4期孙大鹏:我国某盐湖现代钾盐沉积的形成237表7卤水天然浓缩过程中化学组成变化及其所析出的盐类编号 样品卤水类别比重/水温()相图指数(M/10 0M)固相析出物ZNaCIZKCIMgC12O 曰00月1 勺一八以,了八二2了O 曰月飞.任n 乃一李O,j省传. . .l,j l/, 、一/Zn目 乃了9Q O 门O门O L J O 曰n 丫Q9 9,只,j3J侍11工j11尹0O0江且一 /了上90 00,j. .nU0 0工J妇l一t, 二曰门20峨.二湖一1湖一16 8OH一2实一1 1几一7湖一3011一1湖一2 0湖一22实一1114一3湖表 卤水同上同上湖滨 地带实验坑 卤水湖表卤水同上湖滨地 带表面 卤水同上湖滨地带实验坑 卤水1。2 491.266/2 91.270(?)/251.267/1 6.51。28 01.278/251.30/15.51.2 95/2斗1.3 3弓/3 47.307.147.1 38.857.064.520.310.630.2 4石盐石盐石盐十钾 石盐+光卤石石盐十钾石盐石盐+光卤石石盐+光卤石同上同上光卤石十水氯镁石号一MgCl艺ZK CIZJ曰/了图7某盐湖湖滨地带v一3坑卤水浓缩过程表8某盐湖 湖滨地带v一3坑卤水浓缩过程中液相和固相的变化相图指数(M/1 0 0入了)样 品 编一号取 样时间比重/水温()固相析出物ZNaCIZKCIMgC12V3一lV3一2、尸3一3V3一4V3一5、厂3一66 5年5月2 斗日65年6月7 日65年6月21日6多年7月5日6;年7月19日65年s月2日1.2 2 9/25l,253/16”1.23多/201.278/251.2 85/171.2 67/172 6.57.812 9。044.53.9 88.73石盐石盐微粒状石盐石盐+光卤石同上微粒状石盐+钾石盐( ? )41了UCfj只,JOZU,j, 白丈U口目了U C 冲02 0 曰O声6勺Z11)份,j工jl/斗:O 乃jn己一J勺乙O C地球化学1 974年同时 也曾从实验中得到证实,。所以,我们只能在达到钾石盐析出阶段的卤水中见到钾石盐,而在被高镁钾晶间卤水充满的现代钾盐沉积中(包括表 层在 内)并未发现钾石 盐存在(有时从偏光显微镜下见到钾石盐假象的光卤石)是完全可以理解的。前面所指出的现代钾盐沉 积 的物质成 分中无钾石盐存在,这就是其主要 原因。然而,这里尚有值得注意的 间题,就是在天然卤水浓缩过程中仍有缺失钾石盐析出阶段 的情况,象图7第2点就是这样。这种现象的 出现是由于湖水活动的频繁性所引起卤水组成的 多变性造成的。这是影响现代钾盐沉积 无钾石盐存在的又一原因。至于,在卤水天 然浓缩过程中极少见到水氯镁石析出(即使是在湖滨 地带 也是如 此),主要是由于表面卤水达到光卤石析出阶段 以后,在湖表卤水的影响下往往只能局限在光卤石析出阶 段的范围内变化 (图8,表9),而不能达到水氯镁石析出的浓度。MgCI盆图8湖滨地带表面 卤水在湖表卤水影响下发生的变化表9湖滨地带表面 卤水在湖表卤水影响下化学组成的变化相图指数(M/1 0 0M)样 品 编号S blSbZL b卤水类别比重/水温()固相析出物ZNaCIZKC I!MgC12上盐同石湖滨带表面 卤水同_湖表卤水1.307l。2 8 斗1。2283.75多.612 9。6几不厂-瓦丁“30”65。夕夕6斗.41石 盐十光卤石(三) 天然光卤石沉积析出的速度及其在析出过程中化学组成的变化和粒度变化根据野外实际观察,一般 主要蒸发季节天然析出光卤石沉积 的厚度可从5厘米到 2 0珍用比重为1.25的湖表卤水,在容器内蒸发,当析出钾石盐后未进行分离,继续蒸发,大量光卤石析出后,全部析出物通过 偏光显微镜检查,未找到钾石盐。第4期孙大鹏:我国某盐湖现代钾盐沉积的形成厘米。这种变化除了与地形有关外,主要是与卤水的浓度有关。当卤水比重在1.273一1.30范围内,其析出速度较快,一般每天析出光卤石沉积的厚度为2一5毫米。当其比重超过1.3 0以后,其析 出速度随之降低,每天析出的厚度仅 为1毫米左右,这种析出过程显然是与卤水中钾的含量不断 减少相适应的(图ga)。由于析出速度的变化,相应地也影响着析出物化学组成的变化,随着卤水浓度的升| |叫|司门川州 |引|州月|引|以呆翻划国旧鉴谊冲架T I|ls ejl| | | | | l刁|4J n,妇一次喇钾Q昌勿于书0J0图ga光 卤石沉积析出速度与卤水浓度及其中KC I含量变 化的关系I光 卤石析出速 度变化曲线;1 1卤水 中KC I含量变化 曲线。七二只113 21.331.34比币.1111一上黝1 8料拓提1 06 840 2袱加浏乙冠鱿干月室图gb析出物中KC I含量变化与 卤水浓度关系地球化学1 97斗年高,析出物中Kc l含量也随之降低(图gb)。换言之,即随着光卤石沉积析出速度的降低,其 中KC I含量也随之减少(即光 卤石含量逐渐减少)。至于,光卤石沉积析出过程中粒度的变化,也是随着卤水浓度的变化而变化着。当卤水比重为1.273一1.2 9时一,颗粒较大,粒径为2一3毫米。卤水浓度继续升高,其粒度也逐渐减小(图gC)。卜le s!华斟名翻娜旧妇扭一分今林271.2 8图gC1 291.3 01.31132光卤石沉积析出的粒 度与卤水浓度 关系33比重由此可见,光卤石沉积析出的 速度、组成和粒度变化,都是随着卤水浓度的升高而减低或变小。卤水比重在1.27 3一1.3 0之间是有利于光卤石沉积析出的良好环境。这种条件在湖 滨地带是经常存在的,这对该区大量良好光卤石层 的形成起着决定性的作用。由上所述,可以看出该湖天然钾盐析出的物理化学环境:其开始析出时的 条件与天然蒸发实验结果及Na +,K+,Mg2 +/ /C 1一6HZO(2 5 )四元体系理论数值基本上 是 一致的;其析出过程,有时缺失钾石盐析出阶段;其析出速度、组成变化和粒度变化是与卤水浓度的变化密 切相关的,卤水比重在1.273一1.3 0之间是钾盐析出的良好物理化学条件。四、现代钾盐沉积的形成钾盐沉积的形成,一般应在上述的物理化学环境中进行。如果要保持这种良好的环境,必须有充分的富钾卤水来源。我们也认为:对于形成钾盐矿床来说,应具备以下两个主要条件 2 :1.大量 的、不断补充的洋水逐渐蒸发,以及此时形成的大部分母液与全体洋水隔离;2.相当厚的、露天钾盐饱和卤水层的形成以及在继续蒸发和沉积钾盐的整个时期中这种卤水的不断补充。第一个条件是形成一般 盐类沉积和准备钾盐饱和卤水的一般性条件,而不具备第二个条件,就不可能形成钾盐沉积层。.然而,对于该盐 湖来讲,本身是一个独立 的水体,第一个条件已具备。如果满足第二第4期孙大鹏:我国某盐湖现代钾盐沉积的形成个条件,就必须具备:1.北岸、东 北 岸湖 滨地 带和湖体边部有光卤石析出阶段 的卤水(即高镁钾卤水);2.这些地带要有不断补给的卤水来源。否则,既不能保持上述良好的 物理化学环境,也不能形成良好的钾盐沉积,就是已有的钾盐 层也会遭到溶解。(一)北 岸、东北岸湖滨地带和湖体边部光卤 石阶段卤水的 形成北岸和东 北岸湖 滨地带光卤石阶段卤水是湖表卤水浓缩到一定阶段 的产物。当湖 表卤水比重达到1.2 5以上,其化学组成:N扩5.6弧,c 1一1 8务,总盐量2 8多 时,这些地带 即 出现析出光卤石阶 段 的卤水(湖体边 部 只有它本身达到光 卤石阶段 时,才能形成)。这种情况 的存在是与 湖表卤水季节性的变化和年度上的变化密切相关的。1.湖表卤水季节性变化 的影响由于主要蒸发季节(4月一9月)与非主要蒸发季节(1 0月一翌年3月)在蒸发作用强度上有着明显的差别,因而,主要蒸发季节的蒸发作用 对湖体的浓缩、湖 滨地带光卤石阶段卤水的 产生和成盐作用 的进行都起着极其重 要的作用。在主 要蒸发季节里,随着蒸发作用 的进行,湖水矿化度增高,湖水水位逐渐降低,湖体面积缩小,湖滨地带高矿化卤水随之形成。此时,湖 表卤水达到NaC I析出阶段 的后期(比重在1.2 5以上),北岸和东 北岸湖 滨地带就出现了比重在1.2 8一1.3 0的光卤石 阶 段的高筷钾 卤水。而非主要蒸发季节,随着河水补给量的增大,蒸发作用减弱,湖体面 积扩大,湖 水矿化度降低(23 4克/升一29 5克/升),北岸和东北岸湖 滨地带的光卤石阶段卤水则被低月9C 12ZNaCZKCI图1 0某盐湖湖表卤水与湖滨 地带 表面卤水季 节性 变化I主要蒸发季节卤水化学组成 变化;H非主要蒸发季节 卤水化学组成 变化。2 斗2地球化学1 97斗年互岛O争寥诫g耀汇却翅聆相界宋蒸己俐罪脸睐传书拓韧牟划杆僻酬朗娓件运写死刀。弘l卜伫巴仁止俨拓辐卜伪丫卜如厂卜坦俪一怜体辘钾一仲日日日 国口回巴r二一/,/了z抓牙一冷、陈、_、,、 厂洛l产一尸产产一.一行戈N 一一O6。声/一/、/尸r/决了之叹二一一一一、 卜口手t介、N一一厂t、乏名公侧牟级护僻链烈补牟关叼胭彬籽髯姚袅沂关袅袅胡崛邢帐。工彬它诊l/、)/、一娜娜娜相朝相 绍绍相相书书书书书牌 牌 旧澳澳闷闷咽咽车车车十+十十十目目旱旱旱冲冲 旧 闷闷闷稍稍呵呵呵咽咽咽徊徊徊架架倪倪倪口喊口,口、口口口裂裂姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚姚尸尸、口口l,卜井下不气杯一一 翅翅姚姚姚切切办O、勺: : :万、贬贬贬岁岁r门卜Jt八八J、刹刹刹. . . . .广广、r、O口,州州C: : : : :之之之之产 ,产 月卜产卜卜尸r r r r r( ( (忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿忿二二一一一一一、 一之之之一一以OC盆、哭哭哭、, ,尸 一.止产、一二二二二峨峨峨口口口口口、廿廿叼叼叼叼叼拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓拓习习口口闪 l#”1n n n n n之之、, ,口口爵勺n n n n n口口万万万,。+岭卜卜C夕夕夕C C C C C C C二、尸义夕tn n n n n n n量量】别别丙“而一一口口口裔裔里里里里里五五 蛆蛆 ;立立立口口卜一一一 已已吕吕闰答国国国厌. . . 扮扮扮和叫r闷r价,寸寸袋袋书书彝彝彝绍绍寒寒咽咽召召召闷闷但但粥粥冻冻冻相湘十绍绍抓抓艇艇澎澎澎澎澎澎牛牛牛聋聋冲冲似似似压压压压咽咽】 r闷 闷米旧旧陋陋陋书书书书书旧旧旧胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆胆、 产 、C二尸叫口,垂垂垂 、切切、八口1、口口口口卜卜卜层层., ,之之之1、尸叫r、t、, , , ,O O O O O O Or、】、以二r、已已已已已已已已已已已已已已已已已已已已已已已已已已已已已已已之之之艺艺月月惬惬惬、叫叫溉溉1、户 闷r 、,卜卜卜卜晒晒晒晒,- 州C:皿、. . . . . . .勺勺勺勺二改、I、r、丫丫一止止 C 二二二翟翟】蒸蒸尸州J 、州一1乃乃1n n n n n尸尸尸州心尸尸产产. . . . . . . . .r, , ,冤冤冤二C二曰月咬护护广门门门, , ,闷r 闷,一一! ! ! ! !l l l l l明明明。乏宋宋、右右右书书。r J、.二飞飞i i i i i讼讼尸尸O艺、, ,、, , ,档档、 曰龙石石,一一一匕匕匕匕匕匕尸尸尸尸习习习五五公 困困困回回 回 回回钱, , ,公公公公公公址址 算拱思g 营营营爵爵一一旧旧旧旧一一一一n n n沪沪川川州州州州州口口吕吕户叫川r J护户阅. . . . . . .扰扰扰扰扰扰匕搜 健叨 袭 职g 书 据萝王昌窦_._.工.最一一百一.口甲路书 二套子军关良一客一.一一一忍第4期孙大鹏:我国某盐湖现代钾盐沉积的形 成矿化度的 湖表卤水所代替。这样,一般 主要蒸发季节成为湖 滨地带和湖体边 部钾盐 的沉 积时期;非主要蒸发季节则成为石盐和石盐一石膏一碳酸钙质淤泥 的沉积 时期 (图1 0、表1 0及图1 1)。由于湖 表卤水这种季节性的变化就造成了上述的钾盐沉积中的某些光卤石 和石盐 互层的沉积川 页序2.湖表 卤水年度性变化的影响由于蒸发作用强度和河水 补给量的年度变化,不仅影响着湖表卤水水位和 矿化度的变化,也必然影响着湖 表卤水化学组成的变化。这样,在湖表卤水水位较低、矿化度较高的年度里,如1 964年、1965年、196 6年、1969年和1 970年等,在其主要 蒸发季节里北岸和东北岸湖 滨地带即出现了光卤石析出阶段的卤水,形成了丰富的钾盐沉 积。相反地,在湖表卤水水位较高、矿化度较低的年度里,北岸和东 北岸湖 滨地带则 被低矿化度的湖表 卤水所 占据,不仅无钾盐沉积形成,已有的矿 层也遭受溶解和破坏(图12)。由此可见,北岸和东 北岸湖 滨地 带光卤石阶段卤水的形成,仍是与 湖 表卤水水位较低矿 化度较高的年度相适应的。采啊书军食职聆贷库甘1IJ| | | | |洲川|泪|叫O一平断崛剩城汁书扫别l曰e e!J. . . . . .e se s w e e e e s e e e e e sJO中仅坦挂御书照 一沁| |川门 | | |叫月|月|!引汉 |泪(呆洲书仁姆公除汁书迢区曰1区三:厂口3匡奎墓4皿别5区二“图1 2某盐湖湖表 卤水年熊发量、年补给量、总矿化度与钾盐 形成的关系综上所述,可以看出该盐湖 北岸和东北 岸湖 滨地带光卤石阶 段的卤水,是在湖 表卤水水位较低矿化度较高年度里的 主要蒸发季节里,当 湖表卤水浓 缩到 一 定阶段,在 湖滨 地带形成的。(二) 湖表 卤水和外围 晶 间 卤水是 北岸和东北岸 湖滨地带的 卤水补给来源从图1 3可以看出,北岸和东北岸湖 滨地带光卤石阶 段高镁钾卤水带位 于 新老盐 沉 积分布的高镁钾卤水带与湖表卤水北 部高钾镁卤水带之间,这里不仅受着湖 表卤水的 补给,也受着外围晶间卤水的补给。地球化1 974年图1 3某盐湖 卤水水 化学分区及其等水位线1.等水 位线(间距1 0厘米);2 .湖水界线;3 .分区界线:4 .晶间卤水补给方向。I:.新老盐沉积分布的高镁钾晶间卤水区:12.新老盐沉积分布的富钠晶间卤水区;1 1.北岸湖滨带高镁钾 卤水带;1 1 1,.北部湖水高钾镁卤水带;1 1 1:.南部湖水含钾镁卤水带。在风力作用下,使湖表卤水不断地补给湖滨地带。本区主 要蒸发季节里 多风,且以西风和西南风为主,在这种频繁的风力作用下,使湖水北部高镁钾卤水不断地补给北岸和东北岸湖滨地带,在这些地带便引起了两种不同卤水的兑 卤作用,即NaC I相区 的湖表卤水与湖 滨地带光卤石阶段 的残余卤水相互混合,一方面迅速析出些微粒状过饱和的盐类(主要 为石盐);另一方面不断增强此带光卤石 自沉淀的能力,在强烈蒸发作用的影响下,保持着析出光卤石的良好物理化学环境。这种过程不仅从自然界中可以看到,同时 也可以从实验中得到证实(图14、15,表1 1)。表1 1湖表卤水与湖滨地带表面卤水兑 卤实验结果比重/水温()相图指数。f/10 。材)卤 水 类 别兑卤后,立即析出的固相* *ZNaCIZKCIMgC121.315/2612 3 1/2 6l273/271.29 0/25.21,3 0 4/2 3微粒状石盐光卤石1一2%光卤石5一1 0%石盐 9 8一9 9%石盐 9 0一9 5%拱, .6A.,j工J3d.n曰9曰.,n U工,1工2湖表卤水湖滨带 卤水l: 2 一1: 1兑 卤样2: 31: l兑 卤样2: 4 一1: 1兑卤样*系计算数值;粉镜下鉴定结果。第4期孙大鹏:我国某盐湖现代钾盐沉积的形成N N NOI I IN 02 2 2NO3(海冰) ) )瑙瑙大风前!大风后后后后后后后后后后后后后后后后后后后后后后后后后后后后后后后 大风前前大风后后淑淑大风前前大风后后濒濒火风前前大风后后N N NaCI I I2.0 1 1 11.5 2 2 2N aCI I I1.50 0 02.0 3 3 3NaCI I I9.1 8 8 87.0 2 2 2K K KCI I I1.90 0 00.96 6 6K C I I I0.56 6 61.63 3 3KC 】2.34 4 43.7 蝇蝇C I I I28.2 4 4 43 0.3 1 1 1MgCI I I3 1.41 1 12 7.77 7 7水聪CI I I1 6.3了了2 4,.04 4 4比比贡贡1.2 8 6 6 61.298 8 8比重重1.3 0 7 7 71.2 8q q q比重重1.2 2 8 8 81.252 2 2二二、湖、广地气。2湖、。水吐吐一一一于产 产卜卜卜卜/乙娜柳伽一赫韶礴珠二漏刃一双双兑兑卤、析出物为光卤石和 石欲溶解、兑卤、析出物为析 出物为 石盐盐光光卤石 和石盐盐图1 斗北岸湖滨地带表面卤水在风力作用下受湖水影响所引起的化学组成和析出物的变化Mg( : I2ZNoC IZK(图1 5湖表卤水与湖 滨地带表面 卤水兑卤实验结 果这种作 用过程,便控制 了该湖钾盐沉积在北岸和东北岸湖 滨地带形成着,并影响着其光卤石层的 厚度和矿物组成的变化。前面,我们所述的表层光卤石以及超伏在第I层光卤石之上的诸层光 卤石沉积,基本上也是这样在不同年度里形成的。湖体边部类似这种作用也是存在的(图16,表12),所以,196 6年8月上旬的十余天内,湖体边部 (水深2 0多厘米) 就析出了 巧厘米厚的光卤石沉积。由此看来,原有钾盐沉积中分布范围较小的第I层光卤石,应该是在这种条件下形成的。外围晶间卤水在自然水力坡度的影响下补给湖 滨地带。从等水位线图看 (图13),新化学1 974年MgCI:冲Kc了图16某盐湖湖表 卤水天然浓缩过程表1 2某湖湖表 卤水天然浓缩 过程和析 出物指数材/10 0几了图一样品编号取样日期比重 水温()析出物ZNaCIZKCIMgC12盐上上石同同O口庄.峋z,、一了迁.,石门,. .,j,j11加/, 一了01/Q 八吕Q,j 只 曰/3 2n U C 己了1IL工J.661、,.者左.QO 凸曰月,1火.d二口11ng. .n 曰门丫3-j勺乙,j山.1。l66年5月底6 6年6月中佗 习6 6年6月底6 6年7月底6 6年8月8日12 1 21.2斗 91.2501.2 80光卤石+石盐光卤石+石盐老盐 沉积 分 布带的晶间卤水是氏期缓J漫地补给湖 滨地带和湖表卤水( 风力作用除外)。这祥,它不 仅对 于湖 滨 地带的钾盐形 成。而且对于已有钾盐沉积 层中的次生 结 晶作用,都有着一定 的影响。由此可见,湖表卤水和晶间卤水对 北岸和东 北岸湖滨 地带光卤石阶段的高镁钾卤水的补给作用,特别是在风力作用下 湖表卤水的 补给,这对于湖滨地带保持着析出光 卤石的良好物理化学环境,持续地形成着钾盐沉积是非常重要的。综上所述,可 以看 出该湖天然钾 盐沉积是在湖表卤水矿化度较高年度的主 要蒸发季节里,在北岸和东北岸湖 滨地带内持续地保存着光 卤石析出阶段的高镁钾卤水的条件下形成的。然而,这种条件是由于湖 表卤水处于一定的浓缩阶段,以及在风力作用 下促使湖表卤水不断地补给湖 滨地带造成的。相反地,在湖表卤水矿化度较低的年度里和非主要蒸发季节内,并不具备上述条件,湖 滨地带既无光卤石阶段 的高镁钾卤水存在,也无钾盐形成,已有矿 层尚遭溶 解。由此看来,该盐 湖现代钾盐沉积 的形成是遵循着湖表卤水变化的自然规律在发展和变化着。了扩今 士韶落儿、二曰卜自我国某盐 湖位于一大型 山间盆地中南 部的第四纪沉积拗陷中,是一个处于干旱气第4期孙大鹏:我国某盐湖现代钾盐沉积的形成候条件下具有现代钾盐沉积的高矿化度的 低变质系数的硫酸镁亚型 的大 陆盐 根盐 湖。2.该盐湖现代天然钾盐沉积分布在远离河流补给的北岸 和东北岸湖 滨地带,呈带状。其物质成分主要由光卤石和石盐组成。3.该盐 湖天然光 卤石沉积是在卤水比 重浓缩到1.27 3左右时析出的,在其浓缩过 程中钾石盐析出 阶段很短,有时甚至缺失。光卤石沉积析 出的 速度、化学组成变化和粒度变化是与卤水 的 浓度密 切相关的。卤水比重在1.273一1.30间是这种钾盐析出的良好物理化学条件。4.该盐湖 现代天然钾盐沉积是在湖表卤水 矿化度较高的不同年度里的 主 要蒸发季节。当湖 表卤水接近或达到光卤石析出阶 段,在北岸、东北岸湖滨 地 带和湖休 边部光卤石阶 段 的高镁钾卤水中形成 的。5.该盐 湖现代夭然钾盐沉积的出现,说明了现代盆地是可以形成钾盐 的,也证明了大陆盐 湖同样可以有钾盐形成。因而,今后也应把大陆 含盐盆 地作为 寻找古代钾盐 矿床的一个方句。主要参考文献,月J勺. .J飞J, e sJle sJ112 3 41夕rl卫r1r.LF. LfL)no eo xoBE.B.:1 955,Co.。月H目eosePaKa3axe Ta;工a.I诬3了 工a Te月bc ,BoAH.CC CP.eTf).1 13一1 1三.瓦里亚什科 M.r.:19 6,年,钾盐矿床形成的地球化学规律性。第18斗一185页,27 6一277页,中国工业出版社。Tur rentineJ.W.:192斗,“potash”JohnWiley&5005,INc.I、.64一6多.BorehertHe fl l , ann,MuirR ieha rd0.:19 6 斗,“saltdeposits,D.vanNostr all1e ol l lp通11y,Lr l).F).18 9.Ar odA.:1 9 69,入line r alspringands alinelakeoftheWeste rnfiftvalley,Ugan(la.Ge o eh.ete os一”。aeta,No:10,尸.1 152一1 169.Noye sRobet:196 6,Potashandpotassiurnfertil iz erNoye sde velop一 ize一 飞tco rpo r ation,p.2 4.Hol;。e a rdaJ.G.a, ldH: ;reh ioso , 、R.w.:196 8,“Porash一I,ea ringev apo r,tesinr王, 。Dar、al、11ar。 。-Ethio一)ia.”Eeon.Geol.Vol:63,p.12斗一125.3刀aHoBeKH位A.B.,J J兄xo日cl a汀E.IJ.,山zze HMo B Ht lP.3.:19弓4CnpaB o,IH工1 n oPa了T J:。p八20 卫Tl leo 月, x日b l xe“件eM.T oM.11,roe观M“ 3几盯,J le H认H rPa八,cTP.745一7斗7.袁见齐主编:196 3,钾盐专辑,第一辑,第 另 页,中国工业出版社。飞.J. IJO 乃Qr卫L十. L2 48地球化学1 97斗年T H EO R!G INO F R E C E N TPOTASHD E PO SITSINACE R TAINSAL TLA KE,CH IN ASUNTA一P ENGAbstr a etT hePurPos eoftlzisPaper15tod is eussfromahydr o ehemicalandPhysieo-。he班io alv iewPoillttl,。for且iationofr ee entPotashdePositsinas altlakel yinginaQua rterna rydoPr e 、sionofaeertaiuba sininChina.Itssurfac ebrine,w h iehva rie ss e asonallyand是tn nu几llyineomPo sition,15ofMgS O4subt yPeand15Iiiglilyminera-lizedw ithaIowmeta。一。:phieeo effieient(Mg8O4/MgCI:=0.0 29).T 蛋ie s edepo sitoa red istributedat士henortlle ri,。丑dnorthe asternba,ik、oftlielake,fa rawayfr omrive r-waters up pl了.Minorologie 奋 21eo n飞po 、itionofthedeposits15quite51班pe,。onsistingmainlyofh之 王litsan(le 月rnall ites.TheformationofnaturalPotas飞1tookPlae ea毯士he。onoentr ationofsurfa o ebrinere aohedae ertainpointduringe vap()ration.Rateofpr e eipitat ion,。o : npo、itiolio l ldgr ainsiz eoft于一 e。:lrnallites ed i皿entarelargelyde-x)endentup()n011:、 ilge s11 1brineooiio e, itr ation.Thepres enceoftli es ere oentPotashdepos itsinpr es ent一daybo sinoandeontinentals altlakesdemonstrate st hateontinentalsalt一be ari了 一9basinssliouldIikew is ebetakenaspromisinga rea sfo raneientPotassiu - msaltPr osPecting.