蒸發(fā)沉積礦床

1、蒸發(fā)沉積礦床、蒸發(fā)沉積礦床的特點(diǎn)蒸發(fā)沉積礦床是指地面水以真溶液狀態(tài)攜帶某些溶解度較大的無機(jī)鹽類，在比較靜止的 水盆地中，通過蒸發(fā)作用發(fā)生各種有用鹽類礦物沉淀而形成的礦床。由于礦床中的有用組分 是各種鹽類，因而也稱為鹽類礦床。鹽類礦床種類繁多，形成條件也各不相同，但卻具有共同的一些基本特點(diǎn)：（1）鹽類的礦物成分是鉀、鈉、鈣、鎂的氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽、硼酸鹽、硝酸鹽 以及其復(fù)鹽。當(dāng)前已知鹽類礦物多達(dá)100余種，最主要的有：氯化物類一一石鹽、鉀鹽、水氯鎂石、光鹵石等；硫酸鹽類石膏、硬石膏、芒硝、無水芒硝等；碳酸鹽類天然堿、水堿等；硼酸鹽類硼砂、鵬鉀鎂石、硬硼鈣石等；硝酸鹽類鈉硝石、鉀硝石等；復(fù)鹽類

2、：鉀鹽鎂磯、雜鹵石等。鹽類礦物均易溶于水。一般呈無色透明的結(jié)晶粒狀體或板狀集合體，但因不同程度地混 入雜質(zhì)而呈現(xiàn)紅、灰、褐、黃等色。（2）鹽層具明顯的沉積韻律結(jié)構(gòu)。鹽類礦物雖然均系易溶物，但不同礦物的溶解度是 不同的，由于沉淀順序的反復(fù)進(jìn)行，因而在鹽類礦層中常有普遍的韻律結(jié)構(gòu)，一般表現(xiàn)為從 碳酸鹽、石膏或硬石膏、石鹽到鉀鹽的沉積韻律。不過，完整無缺的韻律一般較少見，因?yàn)?大多數(shù)情況下達(dá)不到鉀、鎂鹽類沉淀所需的條件，從而形成不了完整的韻律。在許多礦床中 還可以清楚地看到更小的沉積韻律，表現(xiàn)為粘土層和各種鹽層的互層，鉀鹽層中?？梢姷绞?鹽和鉀鹽的互層。這些大的韻律中發(fā)育的小的韻律，構(gòu)成精美的條紋，

3、通常認(rèn)為它們是季節(jié) 性變化造成的。（3）含鹽巖系的巖相巖性組合基本上有2種，即由石灰?guī)r、白云巖組成的海相（瀉湖相） 碳酸鹽巖和由紅色碎屑巖系組成的內(nèi)陸鹽湖相巖石。世界上已知的巨大鹽類礦床大多與碳酸 鹽巖有關(guān)。但在我國(guó)，內(nèi)陸湖泊相紅色碎屑巖系中的鹽類礦床也很重要。由于成鹽盆地的演 化大體是蒸發(fā)的結(jié)果，水體面積縮小，水盆地變淺，鹽類物質(zhì)依次沉淀，最后盆地干涸，因 而巖相巖性及鹽類沉積物在沉積剖面上自下而上表現(xiàn)為粗至細(xì)粒碎屑沉積物、碳酸鹽巖（白 云巖、石灰?guī)r）、鈣的硫酸鹽（石膏、硬石膏）、氯化物（石鹽）、鉀、鎂鹽類（鉀石鹽、 光鹵石、雜鹵石等）。在平面上，按照沉積的先后次序，從盆地邊緣向中心大體上作

4、同心圓 狀排列：最外圍為碳酸鹽巖，其次為鈣的硫酸鹽，再次為氯化物，中心為鉀鎂鹽類，形成所 謂“牛眼式”巖相分布模式。如果鹽類物質(zhì)的補(bǔ)給在盆地的一側(cè)，則易溶鹽類將集中在盆地 的另一側(cè)，形成所謂“淚滴式”巖相分布模式（圖9-6）。（4）鹽類礦體常呈層狀、扁豆?fàn)町a(chǎn)出，亦有呈液態(tài)存在的鹵水層者。鹽層具有很大A國(guó)1國(guó)2 口3 B圖9-6假設(shè)的蒸發(fā)巖分布類型（據(jù)施馬爾茲，1970）1.碳酸鹽；2.石膏；3.石鹽；a.剖面圖；b.平面圖 A.牛眼式巖相分布模式；B.淚滴式巖相分布模式的可塑性，在受到構(gòu)造擠壓時(shí)易于發(fā)生軟流，結(jié)果和圍巖之間發(fā)生極不協(xié)調(diào)的形變，甚至形 成鹽丘構(gòu)造。（5）鹽類礦床提供了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和

5、人類日常生活所必不可少的一類礦物資源。如現(xiàn)代 工業(yè)和尖端科學(xué)技術(shù)部門大量需要的硼、鋰、銣、艷、漠、碘等元素，大部分是從鹽類礦床 中獲得的。所以，鹽類礦床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中具有重要意義。二、蒸發(fā)沉積礦床形成和保存條件（1）充足的物質(zhì)來源：鹽類物質(zhì)的來源是多方面的，如大陸巖石的風(fēng)化剝蝕、古鹽層 的溶解、來自地球深部火山噴氣熱液等等。上述來源的鹽類物質(zhì)經(jīng)地面水或地下水的搬運(yùn)， 最后匯聚在海洋及內(nèi)陸湖泊中。由于海洋面積占地球面積的72%，因此海洋被認(rèn)為是鹽類物 質(zhì)的無窮無盡的寶庫(kù)。在鹽度正常的海水中平均含鹽量為35%。，若在封閉的海盆中則遠(yuǎn)高于 此數(shù)，如紅海為42%。，地中海為37%。等。據(jù)計(jì)算，如果海水中

6、全部鹽類都使其沉淀下來，可 以把海底鋪上一層厚達(dá)60m的鹽層。海水中還溶有70余種元素。因此，人們往往把海水看成 是成鹽盆地鹽類物質(zhì)的直接來源。至于內(nèi)陸湖泊，亦是鹽類物質(zhì)的重要匯聚場(chǎng)所，它匯集著 受水范圍內(nèi)巖石或含鹽巖系風(fēng)化溶解的鹽類物質(zhì)，如處于干旱沙漠地區(qū)，亦可形成重要的鹽 類堆集。（2）氣候條件：成鹽的必要?dú)夂驐l件是干旱或極端干旱，水的蒸發(fā)量必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過補(bǔ) 給量。只有在此條件下，水體才能濃縮，使鹽分達(dá)到過飽和而發(fā)生沉淀?，F(xiàn)代地球上干旱成 鹽的氣候帶主要分布在南緯和北緯15 35。之間。各地質(zhì)時(shí)代的干旱帶的分布，經(jīng)地磁校 正表明與近代基本一致。（3）地理?xiàng)l件：鹽類的沉積一般僅發(fā)生在干旱地區(qū)鹽

7、源豐富且較閉塞的盆地中，如內(nèi) 陸不泄湖泊、與大洋聯(lián)系受到限制的內(nèi)陸海、海灣、瀉湖等。盆地的封閉情況，是保證鹽類 物質(zhì)持續(xù)積聚得以形成大規(guī)模鹽礦床的重要條件。與大洋有聯(lián)系的成鹽盆地，在大洋與盆地 之間通常有一個(gè)狹窄而類似“門檻”的屏障，這種屏障可允許海水源源不斷地流入盆地，又 能阻止?jié)恹u水的流出。它們一般由沙洲、環(huán)海珊瑚礁、海底山脊等構(gòu)成。（4）保存條件：鹽類礦床形成以后，由于構(gòu)造、地形、氣候、水文條件等的急劇變化， 可能鹽層要遭受破壞，鹽類礦床的后期破壞主要是淡水的溶解作用，特別是地表水的滲入造 成的溶解作用。因此，鹽類礦床形成后需要有不透水層（如粘土層）加以覆蓋，才能保存下 來。頁(yè)巖是最有利

8、于保存鹽類的覆蓋層。如果成鹽盆地干涸了，則鹽層之上一般有風(fēng)成砂覆 蓋，也可以起到保護(hù)作用。石灰?guī)r是易于破碎和溶解的，所以鹽層近地表常發(fā)育鹽溶角礫巖。鹽類礦床按其沉積環(huán)境的不同，可分為海相沉積鹽類礦床和陸相沉積鹽類礦床兩類。海相鹽類礦床世界上絕大多數(shù)規(guī)模巨大的鹽類礦床為海相沉積形成的。海相鹽類礦床主要形成于海灣、 瀉湖及內(nèi)陸海盆地中。鹽層與碳酸鹽巖系（石灰?guī)r、白云巖等）共生，海相鹽類礦床的鹽類 礦物成分復(fù)雜，常由多種鹽類礦物共生產(chǎn)出，主要包括石膏-硬石膏、石膏-硬石膏-石鹽、石 膏-硬石膏-石鹽-鉀鹽等。可見，這類礦床產(chǎn)出鉀鹽的幾率，較陸相鹽類礦床為大，如加拿大 薩斯卡切溫鉀鹽礦床已探明儲(chǔ)量達(dá)幾

9、百億噸之巨，是世界上最大的鉀鹽礦床。關(guān)于海相鹽礦床的形成作用，早在1877年德國(guó)學(xué)者奧克謝尼烏斯（Ochsenius）就提出 “沙洲說”加以解釋。在以后的數(shù)十年中，沙洲說成為成鹽的經(jīng)典理論。沙洲說認(rèn)為，成鹽 盆地原系一個(gè)海灣，海灣的出口處有沙洲的形成，它把海灣與大洋在很大程度上加以隔開。 在此條件下，由于蒸發(fā)作用很強(qiáng)，海灣中水面低于大洋海面，大洋的水通過很狹窄的海峽經(jīng) 常地或周期性地流入海灣以供給鹽分，由于氣候干旱而蒸發(fā)強(qiáng)烈，以促使海灣水的鹽分不斷 增高，最后成為鹵水，鹵水繼續(xù)蒸發(fā)，鹽類礦物依次沉淀，就形成了海相鹽類礦床（圖9-7）。另外，許多海相鹽類礦床的成鹽盆地并不是海灣，而是面積幾十萬平

10、方公里的內(nèi)陸海， 其盆地和大洋之間存在一個(gè)構(gòu)造隆起帶，盆地內(nèi)部常由于礁體的發(fā)育而起了分隔作用，盆地 的持續(xù)沉降，有利于礁體的 繼續(xù)發(fā)展，也有利于巨厚鹽 層的形成。圖9-7沙洲說的成鹽過程圖解（轉(zhuǎn)引自姚鳳良等，1983）1-海水蒸發(fā)，在鹽灣中沉淀石膏；2-蒸發(fā)更強(qiáng)烈，沉淀石鹽，其上位 母液；3-母液外溢，海水流入，上層母液淡化，沉淀硬石膏；4-沙洲 上升露出水面，鹽灣與大洋隔絕；從母液中相繼沉淀鉀石鹽、光鹵石 等鉀鹽礦物，其上為鹽泥層覆蓋。G-石膏；S-石鹽；M-母液；A-硬石 膏；VM-淡化母液；C-光鹵石；T-鹽泥蓋層從上可見，沙洲說極其 生動(dòng)地解釋了海水的成鹽過 程，為鹽類礦床的成因研究

11、奠定了基礎(chǔ)。但是，沙洲說 的不足之處在于不能很好地 解釋那些巨厚鹽層的成因。 于是，有人提出“淺水淺盆 地沉降”理論加以補(bǔ)充和修 正。成鹽是在淺水盆地中進(jìn) 行的，隨著鹽類的不斷沉淀， 盆底相應(yīng)地也發(fā)生連續(xù)沉降， 這樣就可解釋巨大厚度（數(shù) 千米）鹽層形成的盆深問題。 許靖華根據(jù)1972年在地中海 進(jìn)行的深海鉆探的資料，提 出“淺水深盆地干涸說”， 用以解釋巨厚鹽層的形成。 他認(rèn)為成鹽盆地底部應(yīng)低于 海平面幾千米，在與大洋隔 絕以后，因蒸發(fā)而干涸，以 后海水通過周期性的溢流或 滲漏以供給鹽類物質(zhì)，并在淺水條件下發(fā)生沉淀。由于盆地很深，因而可以容納巨厚鹽層的 沉積。另外，還有“深大斷裂成鹽說”，認(rèn)為

12、成鹽物質(zhì)是由深大斷裂或裂谷帶上升的地殼較深 部物質(zhì)所提供，如東非大裂谷帶的某些鹽度高達(dá)260%。310%。，在裂谷過渡到非洲大陸地段 的丹鈉基爾鹽谷內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了厚達(dá)1000m的地球上最年輕的鉀鹽層。而波斯灣海邊的潮線上海濱地區(qū)(薩布哈)，石膏和硬石膏在沉積物中形成，于是另一 種鹽類沉積模式被提出，即“薩布哈成鹽說”。該假說認(rèn)為海水和陸源地下水補(bǔ)給地下水， 蒸發(fā)作用使地下水鹽度增加，其中鎂離子交代石灰?guī)r中的鈣，形成白云巖，而被置換出來的 一部分鈣和SO42-離子結(jié)合形成石膏和硬石膏?？傊?，海相鹽類礦床的雖然成因復(fù)雜，其根本因素是蒸發(fā)作用。加拿大薩斯卡切溫鉀鹽礦床該礦床發(fā)現(xiàn)于1943年，已探明儲(chǔ)量達(dá)

13、數(shù)百億噸，是世界上 最大的鉀鹽礦床。礦床位于加拿大陸臺(tái)區(qū)，在前寒武紀(jì)基底之上發(fā)育新的沉積蓋層，其中泥 盆系較厚，含鹽層賦存于中泥盆統(tǒng)埃爾克點(diǎn)組中，鹽盆地長(zhǎng)1500km，寬300km，其中又分 為3個(gè)小盆地，西北部小盆地鹽層厚度不大，中部小盆地中有3層石膏，沒有鉀鹽，南部的薩 斯卡切溫盆地中鹽層發(fā)育最好，其內(nèi)埃爾克點(diǎn)組中部的草原蒸發(fā)巖厚0230m，主要由鉀鹽、 石鹽、硬石膏和少量白云巖組成，鉀鹽位于鹽層上部，與不含鉀鹽或含鉀鹽很少的石鹽互層， 一般厚0.84.6m。德國(guó)斯塔斯孚特鉀鹽礦床 該礦床可以見到完整的海相鹽類沉積，沉積從石膏和硬石膏 開始，接著是石鹽，然后是鉀鹽，海水再次進(jìn)入，上述沉積順

14、序再次發(fā)生。全部鹽層的總厚 度大約為340m，礦床的特點(diǎn)表明海水是完全蒸發(fā)了，在石膏層、石鹽層形成以后，剩余的 海水都集中在巨大蒸發(fā)盆地的最低處。在鉀鹽沉積的過程中，鈉鹽和鉀鹽也同時(shí)沉積，所以 純的鉀鹽層不多。鹽層因受強(qiáng)烈褶皺，使具塑性的硬石膏層和石鹽層局部增厚和變薄。山西石膏-硬石膏礦床 在山西汾河地塹以西山區(qū)，中奧陶統(tǒng)地層出露地區(qū)，廣泛分布 有石膏礦床。據(jù)目前資料已知有4個(gè)含礦段，礦石質(zhì)量甚佳，儲(chǔ)量豐富，礦層直接出露地表， 開采方便。太原西山和靈石等地開采歷史悠久，為我國(guó)最重要的石膏產(chǎn)地。湖相鹽類礦床地球上的干旱和沙漠地區(qū)是形成內(nèi)陸閉流盆地和各種鹽湖、鹽灘的最有利環(huán)境。對(duì)于這 部分成鹽環(huán)境

15、，1871年瓦爾特提出了鹽類礦床形成的“沙漠說”，認(rèn)為分布于沙漠地區(qū)的閉 流盆地接受了來自地表水和地下水帶入的各種鹽類物質(zhì)，湖中的含鹽量隨著蒸發(fā)作用的進(jìn)行 而不斷增高，原先的淡水湖逐漸發(fā)展成為咸水湖。湖水因干旱而繼續(xù)濃縮，至鹽類礦物沉淀， 就進(jìn)入了所謂自析鹽湖階段；最后鹽類礦物填滿鹽湖，就成為干鹽湖?，F(xiàn)代地球表面干旱和 沙漠地區(qū)約占1/5,在各地質(zhì)歷史時(shí)期中同樣存在著大面積的干旱和沙漠區(qū)，因此內(nèi)陸湖泊 成鹽也是一種重要的方式。特別是第四紀(jì)的成鹽作用正在各洲大陸內(nèi)部盆地及其邊緣進(jìn)行。湖相沉積鹽類礦床主要可分為3類：現(xiàn)代湖相鹽類礦床：礦床的鹽類物質(zhì)固相和液相并存，兩者均可開采利用。這類 礦床有單一

16、的天然堿、芒硝、石鹽、硼酸鹽等鹽類礦床，也有復(fù)合型鹽類礦床。這類礦床在 我國(guó)主要分布在柴達(dá)木、塔里木、準(zhǔn)噶爾等盆地以及河西走廊低地中，面積從幾平方公里至 幾千平方公里不等，鹽湖鹵水一般只有幾十厘米至幾米深，有的已成為干鹽湖。著名的柴達(dá) 木察爾汗鹽湖是柴達(dá)木盆地一百多個(gè)鹽湖中最大的一個(gè)，面積5856 km2,干鹽灘石鹽層厚達(dá) 2040m，在石鹽層的最上部還見鉀鹽富集。此外，如達(dá)布遜鹽湖等，都是規(guī)?？捎^的現(xiàn)代 內(nèi)陸鹽湖礦床。古代湖相鹽類礦床：此類鹽礦床多分布在中、新生代的陸相紅色盆地中，礦床與 陸相紅色碎屑巖系共生。按其組成特征和形成條件的不同，可以分為石膏-硬石膏礦床、石 膏-芒硝礦床、石鹽礦床

17、、硼酸鹽礦床、石鹽-鉀鹽礦床等。地下鹽鹵和鹽丘礦床：地下鹽鹵多分布于陸臺(tái)邊緣凹陷-褶皺區(qū)的前緣凹陷和山間 盆地中，地下鹵水中含有多種有用元素，如鉀、硼、鋰、碘、銣、艷、鍶等，這些有用元素或是被保存在地層之下的曾被蒸發(fā)濃縮了的鹵水中，或是被保存在由古鹽層再溶解的鹵水中， 如美國(guó)安納達(dá)科盆地的下石炭統(tǒng)賓夕法尼亞組中發(fā)現(xiàn)的地下鹽鹵，其鹵水中以碘的高含量聞 名于世。另外，由于鹽類物質(zhì)具有溶解性和塑性流變性，因此地層深部的鹽層往往像侵入巖 體那樣具有“侵入”能力，特別是當(dāng)?shù)貙邮艿綐?gòu)造擠壓或發(fā)生斷層作用時(shí)，深部鹽層往往向 減壓方向流動(dòng)，形成鹽丘、鹽穹或底劈構(gòu)造。在我國(guó)還有天然鹵水和鹽泉礦床，這是一種賦存于

18、地下的鹽類溶液及其露頭。其中一部 分是原生的，稱為原生鹵水或封存鹵水，是保存在地層中的古代殘余海水和鹽湖水；有些是 次生的，即古代鹽礦或含鹽巖石經(jīng)地下水溶解而成。海相沉積形成的鹵水，其成分與海水近 似，如四川自貢自流井的黑鹵。陸相含鹽層中的鹵水，含雜質(zhì)較多，成分復(fù)雜，其中常含多 量的硫酸鹽，如四川自貢的黃鹵和云南中西部的鹵水都屬這類鹵水礦床。柴達(dá)木察爾汗鹽湖 該鹽湖是一個(gè)典型的內(nèi)陸鹽湖鉀礦床。有用元素以鉀為主，鎂、硼 和鋰等都有工業(yè)價(jià)值，除固體鉀鹽外，還有大量鹵水，其南部的達(dá)布遜湖現(xiàn)在還在沉積光鹵 石。察爾汗鹽湖位于柴達(dá)木盆地的南東部，面積5856km2,除邊部還殘存湖水（達(dá)布遜湖就 是其中之一）夕卜，基本上已成干湖，湖面被黃沙和石鹽膠結(jié)層覆蓋，蓋層下3050m處，即 為晶間鹵水鹽層，平均厚30m，最大厚度可達(dá)70m。鹽層自下而上分為4層，各層均為碎屑 粘土沉積物隔開。鉀鹽層位于最上層的鹽層中，礦石主要是光鹵石-石鹽組合，有時(shí)有鉀石 鹽和石膏，呈層狀，二者之間無明顯界