察爾汗鹽湖成因研究進展

弋嘉喜

摘要：指出了蒸發巖是地球表面天然溶液的成鹽元素，是表生條件下所發生的蒸發沉積作用、成巖作用以及后生變化而形成的沉積巖中一種特殊類型。察爾汗鹽湖沉積了厚層的鹽類礦物和最大的液體鉀鎂鹽礦床，是我國重要的鉀鹽生產基地。目前已通過地貌學、礦物學、沉積學、元素地球化學和pitzer模型模擬，對察爾汗鹽湖鹽類沉積和液體鉀鹽成因進行了詳細地研究，通過總結綜述了有益的研究成果。

關鍵詞：蒸發巖;察爾汗鹽湖;鉀鹽成因

中圖分類號：X14

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）6-0136-03

1引言

蒸發巖是地球表面天然溶液的成鹽元素，在表生條件下所發生的蒸發沉積作用、成巖作用以及后生變化而形成的沉積巖中一種特殊類型。我國是一個蒸發巖比較發育的地區，雖然古代蒸發巖的發育程度不及西歐、北美等國家，但現代鹽湖蒸發巖十分發育，受干旱一半干旱氣候控制，主要分布于年降水量小于500mm范圍內。同時，鹽湖資源是我國的優勢資源之一，豐富的鉀、硼、鋰等資源是我國重要的戰略資源。察爾汗鹽湖作為正在形成的鉀鹽蒸發鹽地區，是研究非海相鉀鹽蒸發鹽的天然實驗室。

察爾汗鹽湖沉積了厚層的鹽類礦物和最大的液體鉀鎂鹽礦床，是我國重要的鉀鹽生產基地。鹽層主要沉積有石鹽而相對貧石膏礦物，其礦物組合簡單，主要是方解石、石膏、石鹽、光鹵石或少量鉀石鹽。此外，察爾汗鹽湖和非洲西部剛果（Congo）盆地早白堊世裂谷蒸發巖、泰國呵叻（Khorat）高原晚白堊世鉀鹽蒸發巖、美國新墨西哥州二疊紀沙拉多（Salado）以及加拿大薩斯喀徹溫泥盆紀草原建造（Praire Formation）鉀鹽蒸發鹽一樣，都是所謂異常的或缺少MgSO₄鹽的鉀鹽蒸發巖。鹵水普遍富鉀，有氯化物型和硫酸鎂亞型兩種不同的水化學類型，鹵水類型和湖水具有一致的水化學和空間分布特征。因此，研究察爾汗鹽湖成因不僅僅對解釋古代鉀鹽蒸發巖形成提出新的思路，而且對認識中國內陸鹽湖成鉀具有重要的理論意義。

鹽湖資源與人們的生活以及國民經濟各部門的發展密切相關。在農業方面，我國所需的鉀肥主要從察爾汗鹽湖中提取。在工業方面，鹽湖資源除了應用于制鹽工業和化學工業外，也應用于冶金、陶瓷、電子、玻璃等工藝上。同時，鹽湖中的鋰、硼作為重要的戰略物資，是我國國防工業發展的基石。因此，開展鹽湖資源研究具有遠大的實際意義。

2國內外鹽湖分布

2.1世界鹽湖

世界上現代鹽湖可分為兩個鹽湖帶和兩個鹽湖區，主要分布于南北半球的干旱帶，分別為赤道非洲鹽湖區、南半球鹽湖帶、北半球鹽湖帶以及南極鹽湖區。赤道非洲鹽湖區分布范圍為北緯5°～南緯5°，南半球鹽湖帶分布范圍為10°～50°，北半球鹽湖帶分布范圍為5°～60°，多數集中在20°～50°之間。但在北半球鹽湖帶上集中了世界上大多數鹽湖，鹽湖發育主要在亞非大陸上，而在歐洲較少有。

阿爾卑斯褶皺山系及其山前拗陷區是世界鹽湖主要分布區，如南美鹽湖區、亞非歐鹽湖區的中帶（包括我們的青藏鹽湖、巴勒斯坦的死海和俄羅斯西南部鹽湖）以及北美鹽湖區。在這些構造區域內，鹽湖資源的形成與多數火山巖和許多溫泉的發育有密切的關系。其次位于不同時代基底的有新生代地層覆蓋的活動地臺區和地臺區，如亞非歐鹽湖區的澳大利亞鹽湖區、北帶、南帶以及赤道鹽湖區等。這些構造單元的鹽湖是在古代鹽丘附近和火山巖地區第四紀盆地與洼地中形成的，也可能是新生代沉積盆地長期演化的結果。

鹽湖分布受地形和地勢變化的影響，并具有垂直地帶性特征，如從海拔最低的鹽湖—死海位于海平面以下400m到世界海拔最高的鹽湖—我國的青藏鹽湖和南美鹽湖位于海拔3000--5000m。

調查發現硫酸鹽型鹽湖和碳酸鹽型鹽湖較多，而氯化物型鹽湖較少。硫酸鹽型鹽湖主要分布在靠近海岸的地帶、內陸海及其邊部以及古生代硫酸鹽礦床附近等，如黑海一亞速海、里海等。碳酸鹽型鹽湖在火山巖和溫泉地區非常發育，如我國青藏高原鹽湖區、赤道非洲鹽湖區以及南美鹽湖區等。后來又在智利和中國等國發現硝酸鹽鹽湖，又增加了硝酸鹽型鹽湖。隨著研究的深入，鄭綿平等人又將碳酸鹽型細分為強度、中度、弱度3種類型，將硫酸鹽型和氯化物型分為硫酸鈉、鈉一鎂硫酸鹽、氯化物過渡亞型以及氯化物型。

內陸封閉區鹽湖的化學組分同周圍的地球化學背景有關，如K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl等組分主要與周圍的巖石風化淋濾有關。此外，由斷陷盆地和裂谷形成的鹽湖一般高度富集K、Cs、As、B、Li等微量元素。淺部巖漿地熱活動也是鹽湖中某些特殊組分來源的重要因素，即通過地熱水和火成巖、地殼深部巖漿的重熔、沉積巖等的溶濾水帶出。而位于外流區的鹽湖，海水對它的補給也是一重要來源。2.2 中國鹽湖

我國的鹽湖經歷近60年的探索歷程，對主要鹽湖分布區也開展了野外調查和研究，《中國鹽湖志》對我國鹽湖的基本情況已經有了較為細致的敘述，指出我國鹽湖類型齊全，包括碳酸鹽型鹽湖、硫酸鹽型鹽湖、氯化物型鹽湖，分布很不均衡。如碳酸鹽型鹽湖在內蒙古高原分布普遍，其次是西藏、新疆也有少數碳酸鹽型鹽湖，而青海卻未發現碳酸鹽型鹽湖。

中國鹽湖區分布于北緯28°～52°，東經75°～122°，位于北半球鹽湖帶東西走向的歐亞鹽湖亞帶的東端。依據鹽湖形成的地貌、地質構造條件和物質成分特點，大致以近東西走向的喜馬拉雅山脈、昆侖 阿爾金山 祁連山 六盤山、北東向的賀蘭山和太行山大興安嶺為界，將中國鹽湖區劃分為四個鹽湖區：青藏高原鹽湖區（I）、西北部鹽湖區（Ⅱ）、東北部鹽湖區（Ⅲ）和東部分散鹽湖區（Ⅳ）。張西營等從整個鹽湖分布區對我國鹽湖鹵水成礦元素進行綜合研究，揭示了我國鹵水中主要成礦元素的地球化學分布特征，成礦元素K、Li、B主要分布在青藏高原地區，但新疆一些富K、B鹽湖也具有較好的開發潛力。我國鹽湖鹵水中的Br、I、Rb、Cs呈現明顯的區域分異，富Br和I鹽湖主要分布在內蒙古的中東部，而Rb和Cs則主要分布在青藏高原地區。

3察爾汗鹽湖成因觀點

自20世紀70年代，學者們已通過地貌學、礦物學、沉積學、元素地球化學和pitzer模型模擬，對察爾汗鹽湖鹽類沉積和液體鉀鹽成因進行過詳細的研究，并取得了大量有益的研究成果。

基于盆地地貌學和不同地段鹽類沉積學證據（圖1），陳克造和BowlerⅢ提出察爾汗鹽湖是柴達木古湖由西向東遷移濃縮形成的，其依據的沉積學特征為：①鹽類沉積發育在碎屑巖系中，碳酸鹽和硫酸鹽都不發育;②沉積分異不充分。石鹽層幾乎都不同程度地含泥砂、碳酸鹽和石膏等;碎屑沉積物也都摻雜膏鹽，從而形成一套化學巖和碎屑巖的混雜沉積。從整個柴達木盆地地形來看，西高東低，早期常見的硫酸鹽礦物在盆地西部的大浪灘和察汗斯拉圖鹽湖等地大量析出;至盆地中部的一里坪和臺吉乃爾鹽湖，出現硫酸鹽型和氯化物型鹽湖的過渡類型;在盆地東部的察爾汗鹽湖一帶，富集氯化物型的鉀鎂鹽礦床，形成厚層的鹽類沉積物。同時，石鹽層中夾雜的碎屑沉積物14C測年顯示西部鹽湖開始成鹽年齡明顯老于東部察爾汗鹽湖。

朱允鑄則主張察爾汗鹽湖是由“新構造運動襲奪古湖水”形成的，其認為在東昆侖山系發育有古昆侖湖、古那棱湖、古秀溝湖、古霍蘭湖和古阿拉克湖，以及在柴北緣地區的古托素湖，有的已發育成了鹽湖。距今3萬年左右的新構造運動使東昆侖山劇烈上升，導致古湖水被襲奪并補給察爾汗地區，使察爾汗鹽湖地區突然進入成鹽期，并形成氯化物型鹽湖。

許靖華提出察爾汗鹽湖“蒸發泵”成因。由于察爾汗鹽湖地表并無鉀源，注入湖中的河水也不特別富鉀。察爾汗鹽湖為什么沉積有最大的液體鉀鎂鹽礦床？他們認為鹽湖在蒸發泵吸過程中，首先造成鹽類礦物的沉淀，然后形成富鉀鹵水，并且隨著深度變淺K+含量逐漸增加。

張彭熹提出察爾汗鹽湖是由河水和深部CaCI2型水混合形成的。袁見齊也提出察爾汗鹽湖是由來白南部硫酸鎂亞型的河水和北緣深部CaCI。型水混合摻雜作用下形成的。劉興起根據Pitzer模型模擬結果也顯示察爾汗鹽湖的形成與盆地內存在的兩種水體地表河水和深部來源的CaCI，型水體混合有關，模擬蒸發路徑與達布遜湖水和察爾汗晶間鹵水的蒸發析鹽路徑是一致的。

察爾汗湖區主要分布有兩部分水體，一部分是源于南部昆侖山區河水，通過河流補給察爾汗地區，該水體水。另一部分為察爾汗鹽湖北緣沿斷裂帶上涌的深部水，在地表形成寬約幾十至數百米的鹽喀斯特水，這種水體是深部水體通過斷裂返回地表并溶解地表鹽類礦物后形成的，其水化學特征表現為：幾乎不含現察爾汗鹽湖沉積的晶間鹵水和表面湖水具有不同的水化學類型，并與上述兩種補給水體（河水和深部CaCI₂水）具有一致的空間分布。

張彭熹等通過察爾汗湖區河水與深部水的化學化物型湖水靠近察爾汗鹽湖北緣斷裂帶CaCI。型水一端，而硫酸鎂亞型湖水靠近河流補給水的一端，說明察爾汗鹽湖是由河水和深部CaCI₂型水混合形成的。Pitzer模型模擬結果表明，察爾汗鹽湖的形成與盆地內存在的兩種水體地表河水和深部來源的CaCI₂，型水體混合有關。綜合比較各學者的研究結果，發現其中不同水體的混合理論對察爾汗鹽湖鹵水的水化學類型和空間分布特征能做出較為合理的解釋。

從湖區補給來源分析，南部和西部補給察爾汗的河水主要為硫酸鹽型水，其特點是含量高，Mg²⁺相對高;而且湖區南部和西部的表面鹵水湖為硫酸鎂型，接受來自南部和西部河水的補給。湖區北部補給源主要是來自斷裂深部的CaCI₂型水，其特點是究表明各區段石膏平均含量白西向東明顯下降，含鎂礦物平均含量白西南向東北明顯下降。基本符合鹽湖北實，進一步說明鹽湖北部和東北部鹵水和鹽類沉積受深源特征鹽泉水補給影響。