蒸发沉积矿床

蒸发沉积矿床

一、蒸发沉积矿床的特点

蒸发沉积矿床是指地面水以真溶液状态携带某些溶解度较大的无机盐类，在比较静止的水盆地中，通过蒸发作用发生各种有用盐类矿物沉淀而形成的矿床。由于矿床中的有用组分是各种盐类，因而也称为盐类矿床。

盐类矿床种类繁多，形成条件也各不相同，但却具有共同的一些基本特点：

（1）盐类的矿物成分是钾、钠、钙、镁的氯化物、硫酸盐、碳酸盐、硼酸盐、硝酸盐以及其复盐。当前已知盐类矿物多达100余种，最主要的有：

氯化物类——石盐、钾盐、水氯镁石、光卤石等；

硫酸盐类——石膏、硬石膏、芒硝、无水芒硝等；

碳酸盐类——天然碱、水碱等；

硼酸盐类——硼砂、鹏钾镁石、硬硼钙石等；

硝酸盐类——钠硝石、钾硝石等；

复盐类：钾盐镁矾、杂卤石等。

盐类矿物均易溶于水。一般呈无色透明的结晶粒状体或板状集合体，但因不同程度地混入杂质而呈现红、灰、褐、黄等色。

（2）盐层具明显的沉积韵律结构。盐类矿物虽然均系易溶物，但不同矿物的溶解度是不同的，由于沉淀顺序的反复进行，因而在盐类矿层中常有普遍的韵律结构，一般表现为从碳酸盐、石膏或硬石膏、石盐到钾盐的沉积韵律。不过，完整无缺的韵律一般较少见，因为大多数情况下达不到钾、镁盐类沉淀所需的条件，从而形成不了完整的韵律。在许多矿床中还可以清楚地看到更小的沉积韵律，表现为粘土层和各种盐层的互层，钾盐层中常可见到石盐和钾盐的互层。这些大的韵律中发育的小的韵律，构成精美的条纹，通常认为它们是季节性变化造成的。

（3）含盐岩系的岩相岩性组合基本上有2种，即由石灰岩、白云岩组成的海相（泻湖相）碳酸盐岩和由红色碎屑岩系组成的内陆盐湖相岩石。世界上已知的巨大盐类矿床大多与碳酸盐岩有关。但在我国，内陆湖泊相红色碎屑岩系中的盐类矿床也很重要。由于成盐盆地的演化大体是蒸发的结果，水体面积缩小，水盆地变浅，盐类物质依次沉淀，最后盆地干涸，因而岩相岩性及盐类沉积物在沉积剖面上自下而上表现为粗至细粒碎屑沉积物、碳酸盐岩（白云岩、石灰岩）、钙的硫酸盐（石膏、硬石膏）、氯化物（石盐）、钾、镁盐类（钾石盐、光卤石、杂卤石等）。在平面上，按照沉积的先后次序，从盆地边缘向中心大体上作同心圆状排列：最外围为碳酸盐岩，其次为钙的硫酸盐，再次为氯化物，中心为钾镁盐类，形成所谓“牛眼式”岩相分布模式。如果盐类物质的补给在盆地的一侧，则易溶盐类将集中在盆地的另一侧，形成所谓“泪滴式”岩相分布模式（图9-6）。

（4）盐类矿体常呈层状、扁豆状产出，亦有呈液态存在的卤水层者。盐层具有很大

的可塑性，在受到构造挤压时易于发生软流，结果和围岩之间发生极不协调的形变，甚至形成盐丘构造。

（5）盐类矿床提供了工农业生产和人类日常生活所必不可少的一类矿物资源。如现代工业和尖端科学技术部门大量需要的硼、锂、铷、铯、溴、碘等元素，大部分是从盐类矿床中获得的。所以，盐类矿床在国民经济中具有重要意义。

二、蒸发沉积矿床形成和保存条件

（1）充足的物质来源：盐类物质的来源是多方面的，如大陆岩石的风化剥蚀、古盐层的溶解、来自地球深部火山喷气热液等等。上述来源的盐类物质经地面水或地下水的搬运，最后汇聚在海洋及内陆湖泊中。由于海洋面积占地球面积的72％，因此海洋被认为是盐类物质的无穷无尽的宝库。在盐度正常的海水中平均含盐量为35‰，若在封闭的海盆中则远高于此数，如红海为42‰，地中海为37‰等。据计算，如果海水中全部盐类都使其沉淀下来，可以把海底铺上一层厚达60m 的盐层。海水中还溶有70余种元素。因此，人们往往把海水看成是成盐盆地盐类物质的直接来源。至于内陆湖泊，亦是盐类物质的重要汇聚场所，它汇集着受水范围内岩石或含盐岩系风化溶解的盐类物质，如处于干旱沙漠地区，亦可形成重要的盐类堆集。

（2）气候条件：成盐的必要气候条件是干旱或极端干旱，水的蒸发量必须远远超过补给量。只有在此条件下，水体才能浓缩，使盐分达到过饱和而发生沉淀。现代地球上干旱成盐的气候带主要分布在南纬和北纬15°~35°之间。各地质时代的干旱带的分布，经地磁校正表明与近代基本一致。

（3）地理条件：盐类的沉积一般仅发生在干旱地区盐源丰富且较闭塞的盆地中，如内陆不泄湖泊、与大洋联系受到限制的内陆海、海湾、泻湖等。盆地的封闭情况，是保证盐类物质持续积聚得以形成大规模盐矿床的重要条件。与大洋有联系的成盐盆地，在大洋与盆地之间通常有一个狭窄而类似“门槛”的屏障，这种屏障可允许海水源源不断地流入盆地，又能阻止浓卤水的流出。它们一般由沙洲、环海珊瑚礁、海底山脊等构成。

（4）保存条件：盐类矿床形成以后，由于构造、地形、气候、水文条件等的急剧变化，可能盐层要遭受破坏，盐类矿床的后期破坏主要是淡水的溶解作用，特别是地表水的渗入造成的溶解作用。因此，盐类矿床形成后需要有不透水层（如粘土层）加以覆盖，才能保存下来。页岩是最有利于保存盐类的覆盖层。如果成盐盆地干涸了，则盐层之上一般有风成砂覆盖，也可以起到保护作用。石灰岩是易于破碎和溶解的，所以盐层近地表常发育盐溶角砾岩。

图 9-6 假设的蒸发岩分布类型（据施马尔兹，1970）

1. 碳酸盐；

2. 石膏；

3. 石盐；a. 剖面图；b. 平面图 A. 牛眼式岩相分布模式；B. 泪滴式岩相分布模式

A

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三、蒸发沉积矿床的类型及特征

盐类矿床按其沉积环境的不同，可分为海相沉积盐类矿床和陆相沉积盐类矿床两类。

1. 海相盐类矿床

世界上绝大多数规模巨大的盐类矿床为海相沉积形成的。海相盐类矿床主要形成于海湾、泻湖及内陆海盆地中。盐层与碳酸盐岩系（石灰岩、白云岩等）共生，海相盐类矿床的盐类矿物成分复杂，常由多种盐类矿物共生产出，主要包括石膏-硬石膏、石膏-硬石膏-石盐、石膏-硬石膏-石盐-钾盐等。可见，这类矿床产出钾盐的几率，较陆相盐类矿床为大，如加拿大萨斯卡切温钾盐矿床已探明储量达几百亿吨之巨，是世界上最大的钾盐矿床。

关于海相盐矿床的形成作用，早在1877年德国学者奥克谢尼乌斯（Ochsenius ）就提出“沙洲说”加以解释。在以后的数十年中，沙洲说成为成盐的经典理论。沙洲说认为，成盐盆地原系一个海湾，海湾的出口处有沙洲的形成，它把海湾与大洋在很大程度上加以隔开。在此条件下，由于蒸发作用很强，海湾中水面低于大洋海面，大洋的水通过很狭窄的海峡经常地或周期性地流入海湾以供给盐分，由于气候干旱而蒸发强烈，以促使海湾水的盐分不断增高，最后成为卤水，卤水继续蒸发，盐类矿物依次沉淀，就形成了海相盐类矿床（图9-7）。 另外，许多海相盐类矿床的成盐盆地并不是海湾，而是面积几十万平方公里的内陆海，其盆地和大洋之间存在一个构造隆起带，盆地内部常由于礁体的发育而起了分隔作用，盆地的持续沉降，有利于礁体的

继续发展，也有利于巨厚盐

层的形成。 从上可见，沙洲说极其

生动地解释了海水的成盐过

程，为盐类矿床的成因研究

奠定了基础。但是，沙洲说的不足之处在于不能很好地

解释那些巨厚盐层的成因。

于是，有人提出“浅水浅盆

地沉降”理论加以补充和修正。成盐是在浅水盆地中进

行的，随着盐类的不断沉淀，

盆底相应地也发生连续沉降，

这样就可解释巨大厚度（数千米）盐层形成的盆深问题。许靖华根据1972年在地中海进行的深海钻探的资料，提

出“浅水深盆地干涸说”，用以解释巨厚盐层的形成。他认为成盐盆地底部应低于海平面几千米，在与大洋隔绝以后，因蒸发而干涸，以后海水通过周期性的溢流或

渗漏以供给盐类物质，并在浅水条件下发生沉淀。由于盆地很深，因而可以容纳巨厚盐层的沉积。

图9-7 沙洲说的成盐过程图解（转引自姚凤良等，1983

） 1-海水蒸发，在盐湾中沉淀石膏；2-蒸发更强烈，沉淀石盐，其上位母液；3-母液外溢，海水流入，上层母液淡化，沉淀硬石膏；

4-沙洲上升露出水面，盐湾与大洋隔绝；从母液中相继沉淀钾石盐、光卤石等钾盐矿物，其上为盐泥层覆盖。G-石膏；S-石盐；M-母液；A-硬石膏；VM-淡化母液；C-光卤石；T-盐泥盖层

另外，还有“深大断裂成盐说”，认为成盐物质是由深大断裂或裂谷带上升的地壳较深部物质所提供，如东非大裂谷带的某些盐度高达260‰~310‰，在裂谷过渡到非洲大陆地段的丹钠基尔盐谷内，发现了厚达1000m的地球上最年轻的钾盐层。

而波斯湾海边的潮线上海滨地区（萨布哈），石膏和硬石膏在沉积物中形成，于是另一种盐类沉积模式被提出，即“萨布哈成盐说”。该假说认为海水和陆源地下水补给地下水，蒸发作用使地下水盐度增加，其中镁离子交代石灰岩中的钙，形成白云岩，而被置换出来的一部分钙和SO42-离子结合形成石膏和硬石膏。

总之，海相盐类矿床的虽然成因复杂，其根本因素是蒸发作用。

加拿大萨斯卡切温钾盐矿床该矿床发现于1943年，已探明储量达数百亿吨，是世界上最大的钾盐矿床。矿床位于加拿大陆台区，在前寒武纪基底之上发育新的沉积盖层，其中泥盆系较厚，含盐层赋存于中泥盆统埃尔克点组中，盐盆地长1500km，宽300km，其中又分为3个小盆地，西北部小盆地盐层厚度不大，中部小盆地中有3层石膏，没有钾盐，南部的萨斯卡切温盆地中盐层发育最好，其内埃尔克点组中部的草原蒸发岩厚0~230m，主要由钾盐、石盐、硬石膏和少量白云岩组成，钾盐位于盐层上部，与不含钾盐或含钾盐很少的石盐互层，一般厚0.8~4.6m。

德国斯塔斯孚特钾盐矿床该矿床可以见到完整的海相盐类沉积，沉积从石膏和硬石膏开始，接着是石盐，然后是钾盐，海水再次进入，上述沉积顺序再次发生。全部盐层的总厚度大约为340m，矿床的特点表明海水是完全蒸发了，在石膏层、石盐层形成以后，剩余的海水都集中在巨大蒸发盆地的最低处。在钾盐沉积的过程中，钠盐和钾盐也同时沉积，所以纯的钾盐层不多。盐层因受强烈褶皱，使具塑性的硬石膏层和石盐层局部增厚和变薄。

山西石膏-硬石膏矿床在山西汾河地堑以西山区，中奥陶统地层出露地区，广泛分布有石膏矿床。据目前资料已知有4个含矿段，矿石质量甚佳，储量丰富，矿层直接出露地表，开采方便。太原西山和灵石等地开采历史悠久，为我国最重要的石膏产地。

2. 湖相盐类矿床

地球上的干旱和沙漠地区是形成内陆闭流盆地和各种盐湖、盐滩的最有利环境。对于这部分成盐环境，1871年瓦尔特提出了盐类矿床形成的“沙漠说”，认为分布于沙漠地区的闭流盆地接受了来自地表水和地下水带入的各种盐类物质，湖中的含盐量随着蒸发作用的进行而不断增高，原先的淡水湖逐渐发展成为咸水湖。湖水因干旱而继续浓缩，至盐类矿物沉淀，就进入了所谓自析盐湖阶段；最后盐类矿物填满盐湖，就成为干盐湖。现代地球表面干旱和沙漠地区约占1/5，在各地质历史时期中同样存在着大面积的干旱和沙漠区，因此内陆湖泊成盐也是一种重要的方式。特别是第四纪的成盐作用正在各洲大陆内部盆地及其边缘进行。

湖相沉积盐类矿床主要可分为3类：

（1）现代湖相盐类矿床：矿床的盐类物质固相和液相并存，两者均可开采利用。这类矿床有单一的天然碱、芒硝、石盐、硼酸盐等盐类矿床，也有复合型盐类矿床。这类矿床在我国主要分布在柴达木、塔里木、准噶尔等盆地以及河西走廊低地中，面积从几平方公里至几千平方公里不等，盐湖卤水一般只有几十厘米至几米深，有的已成为干盐湖。著名的柴达木察尔汗盐湖是柴达木盆地一百多个盐湖中最大的一个，面积5856 km2，干盐滩石盐层厚达20~40m，在石盐层的最上部还见钾盐富集。此外，如达布逊盐湖等，都是规模可观的现代内陆盐湖矿床。

（2）古代湖相盐类矿床：此类盐矿床多分布在中、新生代的陆相红色盆地中，矿床与陆相红色碎屑岩系共生。按其组成特征和形成条件的不同，可以分为石膏-硬石膏矿床、石膏-芒硝矿床、石盐矿床、硼酸盐矿床、石盐-钾盐矿床等。

（3）地下盐卤和盐丘矿床：地下盐卤多分布于陆台边缘凹陷-褶皱区的前缘凹陷和山间盆地中，地下卤水中含有多种有用元素，如钾、硼、锂、碘、铷、铯、锶等，这些有用元素

或是被保存在地层之下的曾被蒸发浓缩了的卤水中，或是被保存在由古盐层再溶解的卤水中，如美国安纳达科盆地的下石炭统宾夕法尼亚组中发现的地下盐卤，其卤水中以碘的高含量闻名于世。另外，由于盐类物质具有溶解性和塑性流变性，因此地层深部的盐层往往像侵入岩体那样具有“侵入”能力，特别是当地层受到构造挤压或发生断层作用时，深部盐层往往向减压方向流动，形成盐丘、盐穹或底劈构造。

在我国还有天然卤水和盐泉矿床，这是一种赋存于地下的盐类溶液及其露头。其中一部分是原生的，称为原生卤水或封存卤水，是保存在地层中的古代残余海水和盐湖水；有些是次生的，即古代盐矿或含盐岩石经地下水溶解而成。海相沉积形成的卤水，其成分与海水近似，如四川自贡自流井的黑卤。陆相含盐层中的卤水，含杂质较多，成分复杂，其中常含多量的硫酸盐，如四川自贡的黄卤和云南中西部的卤水都属这类卤水矿床。

柴达木察尔汗盐湖该盐湖是一个典型的内陆盐湖钾矿床。有用元素以钾为主，镁、硼和锂等都有工业价值，除固体钾盐外，还有大量卤水，其南部的达布逊湖现在还在沉积光卤石。察尔汗盐湖位于柴达木盆地的南东部，面积5856km2，除边部还残存湖水（达布逊湖就是其中之一）外，基本上已成干湖，湖面被黄沙和石盐胶结层覆盖，盖层下30~50m处，即为晶间卤水盐层，平均厚30m，最大厚度可达70m。盐层自下而上分为4层，各层均为碎屑粘土沉积物隔开。钾盐层位于最上层的盐层中，矿石主要是光卤石-石盐组合，有时有钾石盐和石膏，呈层状，二者之间无明显界线。另外，钾矿石还可呈浸染状赋存于最上层石盐层中。在达布逊湖北岸及北东岸的湖水边缘，正在沉积光卤石层，每年沉积厚度可达20~30cm （图9-8），有明显

的石盐-光卤石韵律

结构。

实际上，晶间

卤水是察尔汗盐湖

中更易利用的钾盐

资源，是当前开采的主要对象，约占总储量的2/3，固体钾盐矿层仅占总储量的1/3。图9-8 察尔汗干盐湖、达布逊盐湖中现代钾盐（光卤石）沉积示意

图

（转引自姚凤良等，1983）

1-基岩；2-第四系沉积物；3-石盐沉积；4-新盐沉积；5-光卤石沉积；6-地表水补给方向；7-旱季晶间卤水补给湖中

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