察尔汗盐湖成因研究进展

弋嘉喜

摘要：指出了蒸发岩是地球表面天然溶液的成盐元素，是表生条件下所发生的蒸发沉积作用、成岩作用以及后生变化而形成的沉积岩中一种特殊类型。察尔汗盐湖沉积了厚层的盐类矿物和最大的液体钾镁盐矿床，是我国重要的钾盐生产基地。目前已通过地貌学、矿物学、沉积学、元素地球化学和pitzer模型模拟，对察尔汗盐湖盐类沉积和液体钾盐成因进行了详细地研究，通过总结综述了有益的研究成果。

关键词：蒸发岩;察尔汗盐湖;钾盐成因

中图分类号：X14

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）6-0136-03

1引言

蒸發岩是地球表面天然溶液的成盐元素，在表生条件下所发生的蒸发沉积作用、成岩作用以及后生变化而形成的沉积岩中一种特殊类型。我国是一个蒸发岩比较发育的地区，虽然古代蒸发岩的发育程度不及西欧、北美等国家，但现代盐湖蒸发岩十分发育，受干旱一半干旱气候控制，主要分布于年降水量小于500mm范围内。同时，盐湖资源是我国的优势资源之一，丰富的钾、硼、锂等资源是我国重要的战略资源。察尔汗盐湖作为正在形成的钾盐蒸发盐地区，是研究非海相钾盐蒸发盐的天然实验室。

察尔汗盐湖沉积了厚层的盐类矿物和最大的液体钾镁盐矿床，是我国重要的钾盐生产基地。盐层主要沉积有石盐而相对贫石膏矿物，其矿物组合简单，主要是方解石、石膏、石盐、光卤石或少量钾石盐。此外，察尔汗盐湖和非洲西部刚果（Congo）盆地早白垩世裂谷蒸发岩、泰国呵叻（Khorat）高原晚白垩世钾盐蒸发岩、美国新墨西哥州二叠纪沙拉多（Salado）以及加拿大萨斯喀彻温泥盆纪草原建造（Praire Formation）钾盐蒸发盐一样，都是所谓异常的或缺少MgSO₄盐的钾盐蒸发岩。卤水普遍富钾，有氯化物型和硫酸镁亚型两种不同的水化学类型，卤水类型和湖水具有一致的水化学和空间分布特征。因此，研究察尔汗盐湖成因不仅仅对解释古代钾盐蒸发岩形成提出新的思路，而且对认识中国内陆盐湖成钾具有重要的理论意义。

盐湖资源与人们的生活以及国民经济各部门的发展密切相关。在农业方面，我国所需的钾肥主要从察尔汗盐湖中提取。在工业方面，盐湖资源除了应用于制盐工业和化学工业外，也应用于冶金、陶瓷、电子、玻璃等工艺上。同时，盐湖中的锂、硼作为重要的战略物资，是我国国防工业发展的基石。因此，开展盐湖资源研究具有远大的实际意义。

2国内外盐湖分布

2.1世界盐湖

世界上现代盐湖可分为两个盐湖带和两个盐湖区，主要分布于南北半球的干旱带，分别为赤道非洲盐湖区、南半球盐湖带、北半球盐湖带以及南极盐湖区。赤道非洲盐湖区分布范围为北纬5°～南纬5°，南半球盐湖带分布范围为10°～50°，北半球盐湖带分布范围为5°～60°，多数集中在20°～50°之间。但在北半球盐湖带上集中了世界上大多数盐湖，盐湖发育主要在亚非大陆上，而在欧洲较少有。

阿尔卑斯褶皱山系及其山前拗陷区是世界盐湖主要分布区，如南美盐湖区、亚非欧盐湖区的中带（包括我们的青藏盐湖、巴勒斯坦的死海和俄罗斯西南部盐湖）以及北美盐湖区。在这些构造区域内，盐湖资源的形成与多数火山岩和许多温泉的发育有密切的关系。其次位于不同时代基底的有新生代地层覆盖的活动地台区和地台区，如亚非欧盐湖区的澳大利亚盐湖区、北带、南带以及赤道盐湖区等。这些构造单元的盐湖是在古代盐丘附近和火山岩地区第四纪盆地与洼地中形成的，也可能是新生代沉积盆地长期演化的结果。

盐湖分布受地形和地势变化的影响，并具有垂直地带性特征，如从海拔最低的盐湖—死海位于海平面以下400m到世界海拔最高的盐湖—我国的青藏盐湖和南美盐湖位于海拔3000--5000m。

调查发现硫酸盐型盐湖和碳酸盐型盐湖较多，而氯化物型盐湖较少。硫酸盐型盐湖主要分布在靠近海岸的地带、内陆海及其边部以及古生代硫酸盐矿床附近等，如黑海一亚速海、里海等。碳酸盐型盐湖在火山岩和温泉地区非常发育，如我国青藏高原盐湖区、赤道非洲盐湖区以及南美盐湖区等。后来又在智利和中国等国发现硝酸盐盐湖，又增加了硝酸盐型盐湖。随着研究的深入，郑绵平等人又将碳酸盐型细分为强度、中度、弱度3种类型，将硫酸盐型和氯化物型分为硫酸钠、钠一镁硫酸盐、氯化物过渡亚型以及氯化物型。

内陆封闭区盐湖的化学组分同周围的地球化学背景有关，如K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl等组分主要与周围的岩石风化淋滤有关。此外，由断陷盆地和裂谷形成的盐湖一般高度富集K、Cs、As、B、Li等微量元素。浅部岩浆地热活动也是盐湖中某些特殊组分来源的重要因素，即通过地热水和火成岩、地壳深部岩浆的重熔、沉积岩等的溶滤水带出。而位于外流区的盐湖，海水对它的补给也是一重要来源。2.2 中国盐湖

我国的盐湖经历近60年的探索历程，对主要盐湖分布区也开展了野外调查和研究，《中国盐湖志》对我国盐湖的基本情况已经有了较为细致的叙述，指出我国盐湖类型齐全，包括碳酸盐型盐湖、硫酸盐型盐湖、氯化物型盐湖，分布很不均衡。如碳酸盐型盐湖在内蒙古高原分布普遍，其次是西藏、新疆也有少数碳酸盐型盐湖，而青海却未发现碳酸盐型盐湖。

中国盐湖区分布于北纬28°～52°，东经75°～122°，位于北半球盐湖带东西走向的欧亚盐湖亚带的东端。依据盐湖形成的地貌、地质构造条件和物质成分特点，大致以近东西走向的喜马拉雅山脉、昆仑 阿尔金山 祁连山 六盘山、北东向的贺兰山和太行山大兴安岭为界，将中国盐湖区划分为四个盐湖区：青藏高原盐湖区（I）、西北部盐湖区（Ⅱ）、东北部盐湖区（Ⅲ）和东部分散盐湖区（Ⅳ）。张西营等从整个盐湖分布区对我国盐湖卤水成矿元素进行综合研究，揭示了我国卤水中主要成矿元素的地球化学分布特征，成矿元素K、Li、B主要分布在青藏高原地区，但新疆一些富K、B盐湖也具有较好的开发潜力。我国盐湖卤水中的Br、I、Rb、Cs呈现明显的区域分异，富Br和I盐湖主要分布在内蒙古的中东部，而Rb和Cs则主要分布在青藏高原地区。

3察尔汗盐湖成因观点

自20世纪70年代，学者们已通过地貌学、矿物学、沉积学、元素地球化学和pitzer模型模拟，对察尔汗盐湖盐类沉积和液体钾盐成因进行过详细的研究，并取得了大量有益的研究成果。

基于盆地地貌学和不同地段盐类沉积学证据（图1），陈克造和BowlerⅢ提出察尔汗盐湖是柴达木古湖由西向东迁移浓缩形成的，其依据的沉积学特征为：①盐类沉积发育在碎屑岩系中，碳酸盐和硫酸盐都不发育;②沉积分异不充分。石盐层几乎都不同程度地含泥砂、碳酸盐和石膏等;碎屑沉积物也都掺杂膏盐，从而形成一套化学岩和碎屑岩的混杂沉积。从整个柴达木盆地地形来看，西高东低，早期常见的硫酸盐矿物在盆地西部的大浪滩和察汗斯拉图盐湖等地大量析出;至盆地中部的一里坪和台吉乃尔盐湖，出现硫酸盐型和氯化物型盐湖的过渡类型;在盆地东部的察尔汗盐湖一带，富集氯化物型的钾镁盐矿床，形成厚层的盐类沉积物。同时，石盐层中夹杂的碎屑沉积物14C测年显示西部盐湖开始成盐年龄明显老于东部察尔汗盐湖。

朱允铸则主张察尔汗盐湖是由“新构造运动袭夺古湖水”形成的，其认为在东昆仑山系发育有古昆仑湖、古那棱湖、古秀沟湖、古霍兰湖和古阿拉克湖，以及在柴北缘地区的古托素湖，有的已发育成了盐湖。距今3万年左右的新构造运动使东昆仑山剧烈上升，导致古湖水被袭夺并补给察尔汗地区，使察尔汗盐湖地区突然进入成盐期，并形成氯化物型盐湖。

许靖华提出察尔汗盐湖“蒸发泵”成因。由于察尔汗盐湖地表并无钾源，注入湖中的河水也不特别富钾。察尔汗盐湖为什么沉积有最大的液体钾镁盐矿床？他们认为盐湖在蒸发泵吸过程中，首先造成盐类矿物的沉淀，然后形成富钾卤水，并且随着深度变浅K+含量逐渐增加。

张彭熹提出察尔汗盐湖是由河水和深部CaCI2型水混合形成的。袁见齐也提出察尔汗盐湖是由来白南部硫酸镁亚型的河水和北缘深部CaCI。型水混合掺杂作用下形成的。刘兴起根据Pitzer模型模拟结果也显示察尔汗盐湖的形成与盆地内存在的两种水体地表河水和深部来源的CaCI，型水体混合有关，模拟蒸发路径与达布逊湖水和察尔汗晶间卤水的蒸发析盐路径是一致的。

察尔汗湖区主要分布有两部分水体，一部分是源于南部昆仑山区河水，通过河流补给察尔汗地区，该水体水。另一部分为察尔汗盐湖北缘沿断裂带上涌的深部水，在地表形成宽约几十至数百米的盐喀斯特水，这种水体是深部水体通过断裂返回地表并溶解地表盐类矿物后形成的，其水化学特征表现为：几乎不含现察尔汗盐湖沉积的晶间卤水和表面湖水具有不同的水化学类型，并与上述两种补给水体（河水和深部CaCI₂水）具有一致的空间分布。

张彭熹等通过察尔汗湖区河水与深部水的化学化物型湖水靠近察尔汗盐湖北缘断裂带CaCI。型水一端，而硫酸镁亚型湖水靠近河流补给水的一端，說明察尔汗盐湖是由河水和深部CaCI₂型水混合形成的。Pitzer模型模拟结果表明，察尔汗盐湖的形成与盆地内存在的两种水体地表河水和深部来源的CaCI₂，型水体混合有关。综合比较各学者的研究结果，发现其中不同水体的混合理论对察尔汗盐湖卤水的水化学类型和空间分布特征能做出较为合理的解释。

从湖区补给来源分析，南部和西部补给察尔汗的河水主要为硫酸盐型水，其特点是含量高，Mg²⁺相对高;而且湖区南部和西部的表面卤水湖为硫酸镁型，接受来自南部和西部河水的补给。湖区北部补给源主要是来自断裂深部的CaCI₂型水，其特点是究表明各区段石膏平均含量白西向东明显下降，含镁矿物平均含量白西南向东北明显下降。基本符合盐湖北实，进一步说明盐湖北部和东北部卤水和盐类沉积受深源特征盐泉水补给影响。