鹵水表面附近鹽巖結(jié)晶特征研究

馮陣東，譚浩林，周永，史淑珍，吳偉，劉惟慶，魏國營

1.河南理工大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，河南焦作 454003

2.河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南焦作 454003

3.河南理工大學(xué)建筑與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，河南焦作 454003

0 引言

將今論古是地質(zhì)學(xué)研究中的最基本方法，現(xiàn)有研究報(bào)道中，鹽湖盆地沉積模式的建立[1-8]，多以現(xiàn)代鹽湖中的水體分布及沉積特征為依據(jù)。然而，現(xiàn)代自然條件下湖盆的咸化、鹵水的濃縮、晶體的沉積，往往需要漫長的過程，野外地質(zhì)調(diào)查中觀測(cè)到的湖盆一般對(duì)應(yīng)鹽湖演化的特定階段[8-9]，演化模式是多個(gè)階段拼接之后作出的推斷[10-16]。古鹽湖的沉積過程中，可能在極度干旱后進(jìn)入干鹽湖階段，同樣也可能隨著氣候變化、淡水的注入，原先沉積的鹽巖被再度溶解[8-9]，從而導(dǎo)致部分地質(zhì)記錄的缺失。實(shí)驗(yàn)室開展的蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，可以實(shí)現(xiàn)鹽巖結(jié)晶的動(dòng)態(tài)觀測(cè)，有效彌補(bǔ)鹽湖沉積中丟失的信息。自然界中出露水面的鹽巖極易被再度溶蝕，筆者在室內(nèi)蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)中，記錄到部分形成于鹵水界面之上的晶體，對(duì)不同構(gòu)造部位、不同晶型的石鹽開展描述及分析，可以為鹽湖沉積模式、沉積動(dòng)力研究提供有益的參考。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮陂L20 cm、寬14 cm、高16 cm 規(guī)模的玻璃水槽基礎(chǔ)上改造，使用形態(tài)保持比較好的泥層對(duì)模型地貌進(jìn)行改造，整體參考東濮凹陷“兩凹一隆一斜坡”的構(gòu)造格局進(jìn)行模型設(shè)計(jì)（圖1）。模型中間設(shè)置隆起帶，被其分割開來的是兩側(cè)洼陷帶，模型右側(cè)對(duì)應(yīng)東濮凹陷東部的蘭聊斷層下降盤，北側(cè)為減少玻璃邊界影響，設(shè)置泥層用于隔絕鹵水與玻璃接觸。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)，考慮飽和鹵水分布范圍對(duì)鹽沉積位置的影響，以及不飽和水體對(duì)早期鹽層厚度的溶蝕—再沉積改造，交替使用不飽和鹵水（飽和NaCl 溶液與自來水1∶1混合溶液）、飽和鹵水進(jìn)行蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)。自鹵水注入開始計(jì)時(shí)，直至模型內(nèi)溶液完全干涸作為一個(gè)蒸發(fā)階段的結(jié)束，整組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)5 個(gè)階段，分別使用不飽和鹵水（階段1）、飽和鹵水（階段2）、不飽和鹵水（階段3）、不飽和鹵水（階段4）、飽和鹵水（階段5）進(jìn)行蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)。

圖1 常溫蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭DFig.1 Schematic diagram of room temperature evaporation experimental model

整組于2020年8月11日20∶48注入不飽和鹵水開始實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶仓糜趯?shí)驗(yàn)室內(nèi)，除短時(shí)間通風(fēng)之外基本處于相對(duì)封閉的空間，室內(nèi)溫度為自然溫度（介于25 ℃～39 ℃）。室內(nèi)濕度基本維持在35%左右，靠近鹵水界面的濕度數(shù)據(jù)未曾測(cè)試，根據(jù)現(xiàn)代湖盆氣象數(shù)據(jù)表明，氣水界面附近濕度可以增大至90%以上[17]。初始水體深度分布如圖1所示：初始鹵水界面淹沒中央隆起帶之上0.5 cm 左右，西部洼陷帶最大水深5.5 cm，東部最大水深5.0 cm，2020 年9月25 日7:19 分最后一個(gè)蒸發(fā)階段結(jié)束，完成了本次設(shè)計(jì)的5 個(gè)實(shí)驗(yàn)階段的全部?jī)?nèi)容。實(shí)驗(yàn)中記錄到的鹽層厚度遷移結(jié)果仍在整理過程中，在此僅報(bào)道鹵水界面附近的鹽巖結(jié)晶特征及分析結(jié)果。

2 石鹽結(jié)晶特征及研究意義

實(shí)驗(yàn)過程中，根據(jù)結(jié)晶位置及特征差異，結(jié)晶可以劃分為3種類型：初始飽和鹵水界面上部的片狀結(jié)晶（圖2）、初始飽和鹵水界面下部漏斗晶+人字晶、鹵水界面之上的層狀晶體。需要說明的是，實(shí)驗(yàn)雖然設(shè)計(jì)了5個(gè)實(shí)驗(yàn)階段，但鹵水頁面上部結(jié)晶特征最為典型的是采用飽和鹵水蒸發(fā)的2個(gè)階段（分別為階段2、階段5，依次對(duì)應(yīng)時(shí)間段為8 月27 日—9 月4 日、9 月16 日—9 月25 日），重點(diǎn)對(duì)如上2 個(gè)階段產(chǎn)生的現(xiàn)象進(jìn)行描述、分析。其中，初始飽和鹵水界面上部的片狀結(jié)晶因長時(shí)間暴露在鹵水界面之上，早期產(chǎn)生的晶體受潮解作用影響，透明度降低，其后的實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的片狀結(jié)晶疊合在原有晶體之上，從而干擾結(jié)晶順序的判斷，故該部分結(jié)晶現(xiàn)象的描述采用2020年8 月27 日—9 月4 日實(shí)驗(yàn)階段結(jié)果。其余兩部分晶體（初始飽和鹵水界面下部漏斗晶+人字晶、鹵水界面之上層狀晶體結(jié)晶），在不飽和鹵水注入后被重新溶解。最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)階段（第5階段：9月16日—9月25 日），能夠在保持較大水深條件下結(jié)晶，更有助于觀察層狀結(jié)晶對(duì)下部鹵水的影響、鹽層暴露后的持續(xù)變形，故該部分現(xiàn)象的描述重點(diǎn)圍繞第5 階段開展。

圖2 氣水界面上部片狀晶體生長特征（比例尺見圖1）（a）2020年8月27日15:09；（b）2020年8月30日17:33；（c）2020年8月31日18:57；（d）2020年9月2日14:30；（e）2020年9月2日18:53；（f）2020年9月4日6:51Fig.2 Growth of flake crystals at the upper part of gas-water interface (scale shown in Fig.1)

2.1 初始鹵水表面上部

初始飽和鹵水界面上部的片狀結(jié)晶，其結(jié)晶特征如下（圖2）：最早產(chǎn)生的結(jié)晶位于初始鹵水界面之上，對(duì)應(yīng)模型邊緣的淺水區(qū)域（圖2a）；早期產(chǎn)生的晶體作為晶核，其后產(chǎn)生的片狀晶體繞核生長，每天相對(duì)高溫的午后至傍晚晶體生長速度較快，而夜間結(jié)晶速度相應(yīng)減慢（圖2b～f）；石鹽可以在非滲透性的玻璃水槽內(nèi)壁生長，其上部生長界限難以突破模型的上部邊緣（圖3）；鹵水與玻璃之間被泥層隔絕的條件下（對(duì)應(yīng)圖3中圖片的上端），上部的片狀晶體容易發(fā)生脫水變形，早期形成的片狀晶容易發(fā)生褶皺變形、脫落，而后期產(chǎn)生的片狀晶體緊鄰玻璃一側(cè)（圖3b）。

圖3 片狀晶體失水后的變形特征（比例尺見圖1）（a）2020年9月17日17:53；（b）2020年9月21日13:24Fig.3 Deformation of flake crystals after water loss (scale shown in Fig.1)

這部分晶體生長，可以為易溶性蒸發(fā)巖結(jié)晶動(dòng)力研究提供參考。前人曾經(jīng)報(bào)道過該部分晶體，但未對(duì)其沉積動(dòng)力進(jìn)行分析[18-19]。禚喜準(zhǔn)等[20]認(rèn)為該部分鹽巖是蒸發(fā)泵作用的產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)中采用的蒸發(fā)水槽為玻璃材質(zhì)，其滲透率基本為零，水槽邊界不具備毛細(xì)管力產(chǎn)生的條件；不可否認(rèn)，鹽巖的晶間空隙具備形成毛細(xì)管的可能，但在實(shí)驗(yàn)中同時(shí)發(fā)現(xiàn)片狀晶體難以突破模型上緣，如果毛細(xì)管力是該部分晶體形成的主要?jiǎng)恿Γu水干涸之前毛細(xì)管兩側(cè)液面無法達(dá)到平衡，晶體應(yīng)該持續(xù)生長，且生長至模型上緣的片狀晶不具備方向性，應(yīng)該出現(xiàn)片狀晶“溢出”水槽、沿著模型外側(cè)生長的現(xiàn)象（圖3b），事實(shí)上該現(xiàn)象并未出現(xiàn)。可見，鹵水界面之上出現(xiàn)鹽巖反重力向上生長，毛細(xì)管力并非該結(jié)晶的唯一動(dòng)力，成因機(jī)制需要進(jìn)一步探討。

筆者認(rèn)為不同階段、不同構(gòu)造位置結(jié)晶沉積的動(dòng)力可能存在如下差異。

（1）泥巖毛細(xì)管的蒸發(fā)泵作用，是影響晶核產(chǎn)生部位的主要因素，淺水蒸發(fā)量大、鹵水達(dá)到過飽和狀態(tài)的時(shí)間更早，對(duì)應(yīng)較早結(jié)晶的部位。由于實(shí)驗(yàn)中采用飽和氯化鈉溶液進(jìn)行蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，高溫（午后大于35 ℃）、快速蒸發(fā)的實(shí)驗(yàn)條件下，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生了晶體沉積，最早析出的晶體絕大部分位于空氣—鹵水—泥層—玻璃（對(duì)應(yīng)中央隆起，見圖2a）、空氣—泥層—玻璃界面附近（泥層頂面，見圖2a），另有少量分布在空氣—鹵水—玻璃界面附近（對(duì)應(yīng)洼陷帶，見圖2a）。由于鹵水大于玻璃和泥層的比熱，鹵水較淺的中央隆起帶附近，淺水升溫快、蒸發(fā)量大，是造成空氣—鹵水—泥層—玻璃界面附近石鹽率先析出的主要原因。空氣—泥層—玻璃界面位于初始飽和鹵水水面之上，結(jié)晶出的石鹽與鹵水無直接接觸，推測(cè)泥層頂面受蒸發(fā)泵作用影響，鹵水沿著毛細(xì)管向上運(yùn)移，在泥層表面失水后結(jié)晶析出，因結(jié)晶時(shí)間相對(duì)充分，可以形成自形結(jié)構(gòu)相對(duì)明顯的漏斗晶（圖4）。

圖4 泥巖表面形成的漏斗晶（比例尺見圖1）（a，b，c）2020年8月27日15:10Fig.4 Hopper crystals formed on the surface of mudstone (scale shown in Fig.1)

（2）鹵水—空氣界面之上，水蒸氣含量以及濕度差異可能是控制石鹽分布范圍的主要因素。片狀晶體在玻璃容器的內(nèi)壁上反重力生長，因玻璃不具備毛細(xì)管，這部分晶體的生長難以用蒸發(fā)泵作用來解釋，片狀晶體的成因需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行探討。實(shí)驗(yàn)中玻璃水槽內(nèi)為空氣流通相對(duì)局限的環(huán)境，內(nèi)部水蒸氣主要來源于鹵水的蒸發(fā)，靠近水面濕度較大，在距離鹵水頂面增大的過程中，空氣中的相對(duì)濕度逐步降低。片狀晶晶核產(chǎn)生之后，下部仍與鹵水接觸，鹵水能夠提供晶體生長所需要的鈉離子、氯離子。在模型內(nèi)空氣濕度、石鹽吸濕特性的影響下[21-23]，凝結(jié)于晶體表面上的水蒸氣溶解部分晶體，形成飽和的氯化鈉液態(tài)薄膜，而玻璃水槽內(nèi)壁冷凝的水蒸氣與晶體表面的液態(tài)薄膜相連，在濃度差作用下，離子以晶核為中心向周邊擴(kuò)散。午后隨著室內(nèi)溫度降低，鹵水蒸發(fā)量降低到一定程度之后，水槽內(nèi)壁上液態(tài)薄膜的蒸發(fā)量大于水蒸氣的補(bǔ)給量，晶體重新結(jié)晶（因晝夜溫差存在，蒸發(fā)速度存在差異，片狀晶體內(nèi)出現(xiàn)明顯的年輪狀條紋。以圖2b 為例，右側(cè)高部位的片狀晶體中，明顯繞著27 日產(chǎn)生的晶核生長，能夠清楚看到28 日、29 日晶體生長規(guī)模）。模型中，鹵水上部距離水面越近空氣濕度越大，與鹵水直接接觸的玻璃內(nèi)壁上，晶體生長達(dá)到模型上緣以后（對(duì)應(yīng)洼陷帶上部，見圖2f、圖3），因空氣中的水蒸氣與周邊空氣快速交流，空氣濕度難以達(dá)到氯化鈉潮解所需要的相對(duì)濕度，晶體停止生長；鹵水與玻璃之間被泥層隔絕的條件下（對(duì)應(yīng)圖3 中圖片的上端），鹵水產(chǎn)生的水蒸氣一邊向上運(yùn)動(dòng)，一邊向四周濕度較低的部位擴(kuò)散，從而造成該部位的空氣相對(duì)濕度，氯化鈉僅在低部位結(jié)晶，晶體向上生長至一定高度后，因濕度降低、片狀晶體脫水并發(fā)生褶皺，從模型內(nèi)壁脫離、剝落（圖3b）。午后溫度降低的過程中，水槽內(nèi)壁上凝結(jié)的水蒸氣向下流動(dòng)，在片狀晶體與玻璃結(jié)合部溶解部分氯化鈉，并隨著溫度—濕度變化產(chǎn)生多個(gè)變形的片狀晶體薄層，從而出現(xiàn)較老的片狀晶靠近模型中心、較新的片狀晶緊鄰水槽的玻璃內(nèi)壁（圖3）。

2.2 初始鹵水表面下部

初始飽和鹵水界面下部（水面下降出露部分）漏斗晶與人字晶鑲嵌生長：本階段為使用飽和鹽水蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)，初始鹵水界面上部的玻璃水槽內(nèi)壁上布滿早期階段沉積的片狀晶體（圖5a）。隨著鹵水的蒸發(fā)，氣液界面下降，部分鹵水界面處形成的漏斗晶粘連在玻璃內(nèi)壁上（圖5b），脫離鹵水界面的漏斗晶仍有生長變大的趨勢(shì)（圖5c）。多個(gè)小型漏斗晶作為晶核，后期晶體存在明顯的繞核生長特征，沿著同一晶面生長的晶紋平行展布，漏斗晶相鄰的兩個(gè)晶面同時(shí)生長，當(dāng)生長空間受到限制后，開始形成斜交的“人字型”晶紋，人字晶尖端指向生長方向（圖5d），兩側(cè)晶紋的斜交部位，表現(xiàn)為彎曲的白色條帶，該條帶處于早期漏斗晶的對(duì)角線上（圖5d）。部分晶面的晶體生長空間受限，人字晶兩側(cè)規(guī)模大小不一，兩組晶紋的交叉線略有偏移（圖5d）。隨著蒸發(fā)進(jìn)行，人字晶生長至一定規(guī)模之后，晶體內(nèi)的條紋結(jié)構(gòu)逐漸模糊（圖5e），新的石鹽沉積以片狀晶為主。分布于鹵水之上的漏斗晶、人字晶仍受鹵水蒸發(fā)影響，溫度較低的凌晨晶體表面受冷凝水汽影響，透明度明顯偏低，溫度較高、蒸發(fā)量較大的午后，呈鑲嵌排列的漏斗晶+人字晶條紋相對(duì)清晰（圖5f）。

圖5 氣水界面下部漏斗晶與人字晶鑲嵌生長過程（比例尺見圖1）（a）2020年9月16日13:53；（b）2020年9月17日6:11；（c）2020年9月17日17:57；（d）2020年9月18日7:51；（e）2020年9月19日4:46；（f）2020年9月19日15:53Fig.5 Mosaic growth process of hopper and chevron crystals at the lower part of the gas-water interface (scale shown in Fig.1)

實(shí)驗(yàn)記錄了漏斗晶—人字晶鑲嵌生長的動(dòng)態(tài)過程，可以為不同沉積環(huán)境下的鹽巖晶型研究提供參考。前人研究一般認(rèn)為，漏斗晶晶核形成于鹵水界面之上[12-15]，多個(gè)漏斗晶聯(lián)合可以形成漂浮于鹵水界面之上的晶筏，當(dāng)晶體生長到一定大小之后，在湖面波浪等動(dòng)力作用下，晶體下沉至湖盆底部，并在鹵水底部進(jìn)一步生長；人字晶是湖盆萎縮至一定程度之后[10-12]，多個(gè)漏斗晶之間的橋接部分。基于以上認(rèn)識(shí)，部分學(xué)者提出漏斗晶（特別是大晶粒漏斗晶）反應(yīng)的水體深度大于人字晶[5,7]。依據(jù)本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以作出如下推斷：（1）漏斗晶與人字晶伴生的鹽層中，漏斗晶一般形成時(shí)間較早，人字晶中斜交的晶紋是繞不同漏斗晶核生長，空間受到限制后的產(chǎn)物；（2）鹵水蒸發(fā)，漏斗晶產(chǎn)生一定量之后，晶核之間的空間變小，其后必然產(chǎn)生人字晶，而漏斗晶+人字晶的組合可以出現(xiàn)在任何水深環(huán)境下，除了前人提出的淺水環(huán)境外，還可能出現(xiàn)在水面之上。

2.3 鹽層封鎖鹵水頂面

在鹵水蒸發(fā)到一定程度后，鹵水之上逐步形成層狀晶體，該現(xiàn)象在使用飽和鹵水開展蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)（階段2、階段5）時(shí)更明顯，以實(shí)驗(yàn)階段5 表現(xiàn)出的特征為例對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行說明（圖6），其特征如下：（1）晶體層出現(xiàn)在鹵水過飽和階段，此時(shí)鹵水界面上部可見漂浮的漏斗晶，實(shí)驗(yàn)中飽和鹵水在9月16日13:53注入（圖6a），9 月17 日下午鹵水界面處可以觀測(cè)到漂浮的漏斗晶（圖6b），對(duì)應(yīng)的鹵水邊界出現(xiàn)類似水體結(jié)冰的層狀晶體，泥層上部早期蒸發(fā)成因的鹽可以作為鹵水進(jìn)一步結(jié)晶的晶核，晶體沿著鹵水頂面層狀生長，由于玻璃水槽內(nèi)壁存在漏斗晶與人字晶鑲嵌生長，推測(cè)水上鹽層內(nèi)同樣可能捕獲漏斗晶；（2）成層分布的晶體從邊界向中心逐步生長（圖6b～f），鹵水與空氣接觸面積縮小，實(shí)驗(yàn)中9月17日—9 月19 日，可以觀測(cè)到層狀晶體自邊界向鹵水中心逐步生長，鹵水界面之上的鹽層具有較高的透明度；（3）層狀晶體出現(xiàn)封鎖界面之后，局部晶體層與鹵水脫離，鹽層與鹵水之間混入空氣的部位常表現(xiàn)為白色，與鹵水接觸的部位厚度持續(xù)增加，并可能造成水面晶體層的厚度不均；（4）成層晶體并不能完全封閉鹵水，常殘留氣孔（圖6e，f），實(shí)驗(yàn)中9月19日鹵水之上絕大部分被層狀晶體覆蓋，僅靠近玻璃水槽內(nèi)壁，裸露的小范圍內(nèi)鹵水界面與空氣接觸，按照層狀晶體的生長速度，9 月20 日應(yīng)該實(shí)現(xiàn)對(duì)鹵水界面的全面覆蓋，然而9月21日21∶03仍然能夠觀測(cè)到殘余氣孔（圖6f）。水上鹽層逐步與鹵水脫離，可能是造成氣孔無法完全封閉的原因。

圖6 鹽層封鎖鹵水頂面過程（比例尺見圖1）（a）2020年9月16日13:53；（b）2020年9月17日17:57；（c）2020年9月18日7:51；（d）2020年9月18日14:35；（e）2020年9月19日15:52；（f）2020年9月21日21:03Fig.6 Process of blocking top surface of brine by salt layer (scale shown in Fig.1)

自然條件下，鹽湖強(qiáng)烈蒸發(fā)，進(jìn)入干鹽湖之前是否經(jīng)歷鹽層封鎖水面的現(xiàn)象？由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的水深較小，物理模型與鹽湖盆地的相似性，直接決定了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的參考價(jià)值。本次實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵?guī)模較小，考慮邊界的影響，鹽湖盆地中的小型洼槽經(jīng)歷鹽層封鎖相對(duì)容易理解。自然條件下的大型湖盆受風(fēng)、水流影響較大，在強(qiáng)水流的影響下，推測(cè)該現(xiàn)象仍可能出現(xiàn)，理由如下：（1）觀測(cè)鹽層逐步封鎖鹵水面，不難發(fā)現(xiàn)其過程與水面結(jié)冰十分相似。寒冷條件下，面積較小、風(fēng)浪影響較弱的水面相對(duì)容易冰封，而面積較大湖盆，受風(fēng)浪擾動(dòng)影響，雖然短時(shí)間內(nèi)難以冰封，但在溫度降低到一定程度之后，即便在強(qiáng)水流和大風(fēng)浪的干擾下，表面仍可以形成較厚的冰層，這點(diǎn)在中國東北地區(qū)的河流、湖泊中都可以得到證實(shí)。與之相類比，鹵水蒸發(fā)萎縮至一定階段后，小型的洼槽可能較早被鹽層封鎖，而大型鹽湖受風(fēng)浪影響大，水面進(jìn)一步萎縮，與之相伴隨的是湖盆面積減小、水體進(jìn)一步變淺，邊界的鹽層逐步向中心封鎖，從而出現(xiàn)鹽層封鎖湖面后，底部仍存在鹵水的現(xiàn)象。（2）形成鹽層封鎖水面的物理模型，具備的深度/寬度比值較大；現(xiàn)代鹽湖沉積進(jìn)入干鹽湖階段之前很少出現(xiàn)鹽層封鎖，可能是深度/寬度比值較小造成的，但在地質(zhì)條件下，斷陷湖盆的斷層切割之后，正斷層的下降盤可能形成相對(duì)局限且深度較大、寬度有限的水體環(huán)境。

鹽湖表面一旦形成鹽層封鎖，可能對(duì)以下沉積過程造成干擾。

（1）鹽層封鎖水面，會(huì)造成鹵水蒸發(fā)速度降低，淺水條件下漏斗晶同樣可以長時(shí)間生長，形成大晶粒的漏斗晶。傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)中，大晶粒漏斗晶需要長時(shí)間的生長，淺水蒸發(fā)環(huán)境下水體快速干涸，石鹽晶核與鹵水環(huán)境脫離后，晶粒停止生長，前期研究以此為依據(jù)推斷大晶粒漏斗晶沉積時(shí)對(duì)應(yīng)深水環(huán)境[7]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明（圖6，7）鹵水頂面層狀結(jié)晶形成以后，鹵水僅在極小范圍內(nèi)與空氣接觸，蒸發(fā)速度明顯降低。實(shí)驗(yàn)中，層狀石鹽基本完成水面封鎖的時(shí)間為9 月19 日（圖6f），從剖面上看，鹵水深度約2 cm（圖7a），9月21日鹵水仍有少量蒸發(fā)，鹵水與鹽層基本脫離，中間混入空氣（圖7b）；9 月22 日午后記錄到的鹵水深度降低至0.5 cm（圖7c），隨著鹽層氣孔進(jìn)一步減小，9 月24 日早晨記錄到的底部鹵水的深部沒有進(jìn)一步降低，反而增大到1 cm（圖7d）。推測(cè)溫度較高的午后，蒸發(fā)形成的水蒸氣向上運(yùn)動(dòng)受阻，在鹽層底部凝結(jié)，早晨溫度降低之后，鹽層下部空間內(nèi)的水蒸氣冷凝重新聚集于模型底部，從而造成水深不降反升的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)室初始鹵水深度較小的情況下，鹽層封閉水面后，底部鹵水蒸發(fā)十分緩慢，早期形成于底部的漏斗晶可以在較長時(shí)間內(nèi)保持與鹵水接觸，晶體顆粒進(jìn)一步長大。推測(cè)在自然條件下，鹽湖表面被鹽層封閉后，湖盆可能具備一定的水深，在蒸發(fā)速度極為緩慢的情況下，相對(duì)孤立的漏斗晶粒徑生長，形成2 cm 以上漏斗晶，具備可能。總之，大顆粒漏斗晶的存在僅能代表鹵水與晶核長時(shí)間接觸，但不一定指示深水沉積的環(huán)境。

圖7 鹽層封鎖水面對(duì)水體蒸發(fā)的影響（比例尺見圖1）（a）2020年9月19日15:53；（b）2020年9月21日21:04；（c）2020年9月22日14:42；（d）2020年9月24日7:34Fig.7 Impact of salt layer blocking water surface on water evaporation (scale shown in Fig.1)

（2）鹽層封鎖水面，可能影響其相鄰層位的碎屑巖。一方面，水體表面被鹽層封鎖之后，鹵水底部的有機(jī)質(zhì)缺乏與氧氣接觸的機(jī)會(huì)，可能為淺水條件下有機(jī)質(zhì)的保存提供便利，從而出現(xiàn)淺水成鹽與暗色頁巖互層；另一方面，鹽層封鎖水面后短時(shí)間內(nèi)形成類似“平底鍋”的古地形，攜帶碎屑物質(zhì)進(jìn)入鹽湖的不飽和水體，可以將水面鹽層再度溶解，原本處于鹽層之上的碎屑巖墜落，重新沉積形成相對(duì)孤立的砂體。方志雄[24]在潛江凹陷的研究中，將該部分砂體的成因歸結(jié)為“鹽湖密度流沉積”，并認(rèn)為是在鹽湖水體分層的基礎(chǔ)上，攜帶泥沙的水流沿著鹽躍層（溫躍層）界面流動(dòng)產(chǎn)生的。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以為該部分砂體的解釋提供一種新思路，而攜帶泥沙的水流沿著鹽層表面流動(dòng)、溶解后墜落，從而形成相對(duì)孤立于沉積體系之外的砂體，整個(gè)過程相對(duì)更容易實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)論

（1）石鹽可以在鹵水界面之上沉積，其形成的動(dòng)力除了蒸發(fā)泵作用外，還受空氣濕度和石鹽潮解共同控制：石鹽一般只在潮解的范圍內(nèi)沉積，鹵水界面附近空氣濕度較大，距離增大后相對(duì)濕度逐步降低至石鹽潮解的臨界濕度之下，晶體向上增長現(xiàn)象終止；這部分晶體的上緣受蒸發(fā)量（隨著氣溫變化）、水蒸氣補(bǔ)給等因素影響，潮解線下側(cè)一定范圍內(nèi)，濕度較大時(shí)片狀晶體溶解，濕度降低后晶體表面的溶液重新結(jié)晶，濕度進(jìn)一步降低后晶體發(fā)生脫水變形、片狀剝落。

（2）對(duì)于同一階段產(chǎn)生的漏斗晶和人字晶，一般人字晶形成于漏斗晶之后：早期產(chǎn)生的漏斗晶作為晶核，繞著不同漏斗晶核生長的晶紋因發(fā)育空間受限，紋層斜交形成“人”字，人字晶中間的斜交條紋沿著早期漏斗晶正方形對(duì)角線延展，兩種晶型可以同時(shí)沉積于水面之上。

（3）鹽湖極度萎縮過程中，在干鹽湖演化階段前，可能經(jīng)歷鹽層封鎖水面的現(xiàn)象，該現(xiàn)象可以降低湖水蒸發(fā)速度，為淺水條件下形成大顆粒漏斗晶提供便利；同時(shí)，可能造成湖盆水動(dòng)力條件發(fā)生改變，影響相鄰層位碎屑巖的沉積，鹽層下側(cè)可以形成淺水巖鹽+暗色頁巖互層，巖鹽上部可能出現(xiàn)相對(duì)孤立的砂體，這部分砂體是水上鹽層溶解、上部碎屑物質(zhì)再沉積后產(chǎn)生的。