任 靜

(成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所，四川 成都 610081)

芒硝礦是一種鹽類沉積。中國芒硝礦的類型齊全，既有現(xiàn)代鹽湖礦床，也有古代的芒硝和鈣芒硝礦床，其產(chǎn)出的巖相包括陸相碎屑巖系和海相碳酸巖系;芒硝礦產(chǎn)出的物態(tài)既有液相，也有固相，還有固、液相并存。

鈣芒硝是鹽類礦物中分布最廣泛的礦物之一。不僅在現(xiàn)代鹽湖有產(chǎn)出，在古代湖相沉積中尤多。在我國，第三紀(jì)、白堊紀(jì)以及侏羅紀(jì)內(nèi)陸湖相地層中都有可觀的儲量。研究表明，海相沉積環(huán)境一般是難以滿足鈣芒硝的沉積條件，而陸源補(bǔ)給的陸相盆地比較適合鈣芒硝沉積，所以陸相盆地多為鈣芒硝比較發(fā)育的盆地?，F(xiàn)代鹽湖礦床則多分布在我國秦嶺以北的新疆、青海、寧夏、甘肅、山西、內(nèi)蒙古、黑龍江及西藏等廣大的高原或沙漠干旱氣候區(qū)內(nèi)的鹽湖中?，F(xiàn)代鹽湖芒硝礦床的另一特點(diǎn)是，除部分沙下湖和干鹽湖芒硝礦床為固相礦床外，其余大部分為固、液相并存礦床。有資料作過統(tǒng)計，鈣芒硝類型占我國硫酸鈉儲量的92%，芒硝類型占8%。

由于鹽類礦床本身具經(jīng)濟(jì)意義，而且鹽類沉積與許多金屬和非金屬礦床在時空分布上的密切關(guān)系，因此鹽類礦床成因受到了地質(zhì)界的普遍重視。最初鈣芒硝成因是國外研究者提出交代石膏而成，隨后又有人提出須經(jīng)過準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)從鹵水中蒸發(fā)沉淀出的，還有研究者通過對咸海鹵水蒸發(fā)試驗和費(fèi)爾干納含鹽系研究提出鈣芒硝是直接從硫酸鹽中晶出的。關(guān)于鹽類物質(zhì)的來源有“沙洲說”、“沙漠說”以及鹽類物質(zhì)深部來源說，多種說法綜合說明了鹽類物質(zhì)來源是多樣的［1］，這要求研究者須根據(jù)成鹽盆地的地質(zhì)構(gòu)造背景具體分析鈣芒硝的成因。山西運(yùn)城鹽湖研究資料和已有的水-鹽體系相平衡實驗資料共同表明，山西運(yùn)城鹽湖的鈣芒硝成因并非單一:原生和次生成因為主，交代成因為次，而且還須重視富含硫酸鈉溶液與富含鈣質(zhì)的淤泥發(fā)生離子交換而形成粗大自形的菱形厚板狀鈣芒硝，在中新生代地層廣泛分布的泥質(zhì)鈣芒硝礦層中的鈣芒硝均是此種成因［2］。也有人認(rèn)為運(yùn)城鹽湖鈣芒硝是富含硫酸鈉原始鹵水在冬季結(jié)晶，逐年積存而成，證據(jù)在于表部、淺部和深部礦層均有鈣芒硝分布，這違背鈣芒硝層一般介于下部石膏層與上部芒硝層之間的常理。但通過鈣芒硝的晶體形態(tài)、大小和含量分布分析，研究者［3］推測鹽湖的礦硝形成是由于歷史上大量飽和鹵水積存而成。

布賴鹽湖再生無水硝的形成和季節(jié)也有著密切關(guān)系。硫酸根含量較高的鹵水在冬季析出芒硝，來年在夏季有氯化鈉存在、合適的溫度條件下轉(zhuǎn)化為固相無水硝;楊清堂［4］通過各種產(chǎn)狀的鈣芒硝的結(jié)構(gòu)構(gòu)造分析認(rèn)為主要應(yīng)是在濃縮鹵水的淡化階段，直接從鹵水中快速結(jié)晶出來的。在羅布泊鹽湖中的巨量芒硝鈣沉積分析過程中，研究者結(jié)合地層中鹽類礦物組合推斷，鈣芒硝結(jié)晶時的鹵水組成比現(xiàn)代晶間鹵水組成更富含CaCl2，其是由深部富鈣地層水補(bǔ)給產(chǎn)生的，并且通過羅布泊鹽湖中更新統(tǒng)上部和上更新統(tǒng)中的鈣芒硝的物質(zhì)來源、氣候條件、結(jié)晶試驗、沉積化學(xué)反應(yīng)分析，表明鈣芒硝在熱氣候條件下，得到富“硫酸根”水和富“鈣”水的補(bǔ)給。鈣芒硝除直接從鹵水中析出外，在鈣芒硝晶體中發(fā)現(xiàn)石膏殘晶，反映出相當(dāng)部分鈣芒硝是交代早期先析出的石膏并繼續(xù)生長形成的［5］［6］。魏東巖綜合生物超微結(jié)構(gòu)及第四紀(jì)鹽湖中的鹵水蝦糞粒，認(rèn)為鈣芒硝的沉積與生物作用有著極為密切的關(guān)系［7］。

從目前研究情況來看，芒硝礦的物質(zhì)來源多樣，但成礦的盆地或鹽湖的地質(zhì)構(gòu)造、古地理和古氣候環(huán)境是影響芒硝礦物質(zhì)來源的主要因素?，F(xiàn)在已有研究者結(jié)合古生物中孢粉、相化學(xué)中相圖實驗，對芒硝礦物質(zhì)來源展開了更為深入、廣泛的探索。

作為鹽類沉積物，芒硝可以判斷古鹽湖的水質(zhì)類型。在干旱條件下，隨著氣溫高低的變化會形成不同的鹽類礦物組合。據(jù)此，可將反映不同古溫度變化的鹽類沉積組合作為恢復(fù)古氣候環(huán)境的靈敏而有效的標(biāo)志。

羅布泊鹽湖水化學(xué)類型為硫酸鹽型［8］，鹽類礦物以鈣芒硝為主，且沉積量巨大。在鈣芒硝沉積末期，出現(xiàn)了芒硝沉積，說明羅布泊地區(qū)在晚更新世末期出現(xiàn)過明顯的短期降溫事件。鉆孔芒硝層段內(nèi)及附近14C與光釋光年齡年代與末次冰期最盛期的年代吻合，證實芒硝等鹽類礦物可以作為古氣候變化的靈敏指示劑。此外，芒硝層上的地層巖性多為石膏巖及膏質(zhì)粉砂巖，說明芒硝沉積之后(全新世早期)，鹽湖經(jīng)歷了一次較大規(guī)模的淡化事件，可能與氣溫上升有關(guān);到全新世中期，沉積環(huán)境又變?yōu)辂}湖，主要為石鹽沉積。在主芒硝層沉積之前，已有少量芒硝沉積，可能說明在該區(qū)氣候明顯降溫之前，有一次強(qiáng)度較小、時間更短的降溫。甘肅鹽池［9］地區(qū)芒硝及原鹽礦床礦層晶間鹵水含水層為芒硝顆?；蛎⑾蹙w。水化學(xué)類型由重碳酸鹽類型向硫酸鹽及氯化物類型過渡。由于鹽湖地處內(nèi)陸干旱地區(qū)，湖盆又無地表水注入，在蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水量的條件下，潛水礦物質(zhì)濃度不斷增高，經(jīng)過長期濃縮積鹽過程，形成芒硝-石鹽礦床的沉積。

我國是世界上對鹽湖沉積，尤其是對現(xiàn)代鹽湖沉積與古氣候作了較多研究的國家之一。湖南咸塘［10］鈣芒硝礦在分布上具有明顯的水平和垂直分帶特征，揭示了地殼的升降變化，對應(yīng)的湖水變化過程為:湖水逐漸咸化-咸化高峰-逐漸淡化。與礦產(chǎn)共生的微量元素含量在萬分之一左右，這與海相沉積的鹽類礦床的微量元素含量變化特征有著明顯的差異，反映了內(nèi)陸湖泊相沉積和陸相物源的特征。魏東巖對四川震旦紀(jì)長寧鹽礦，四川、陜西三疊紀(jì)的鈣芒硝礦層和硬石膏-菱鎂礦層研究后認(rèn)為富含菱鎂礦的鈣芒硝礦層很可能形成于潮坪(乃至潮上)鹽湖環(huán)境。劉成林［11］通過鈣芒硝與夾在鈣芒硝層中的薄層白鈉鎂釩兩種單一液相包裹體均一溫度對比，推測更新世晚期羅布泊鹽湖鈣芒硝沉積古鹵水的水溫可達(dá)40～75℃，而更新世晚期羅布泊夏季古氣溫最高值可達(dá)58℃。因此，該區(qū)從中更新世晚期-晚更新世末期氣溫具有“熱”的特點(diǎn)。這個氣候特點(diǎn)就決定了那個時期的羅布泊鹽湖沉積礦物以鈣芒硝為主。劉成林在研究羅布泊鈣芒硝時發(fā)現(xiàn)［5］，鹵水鉀礦賦存于鈣芒硝巖晶間孔隙中，而且鹵水中 Ca2+，Na+移出促使了K+的大量聚集。鈣芒硝沉積正是通過兩種方式控制了鉀鹽礦床的形成和分布。此外劉成林還對羅布泊的鈣芒硝沉積演化做了詳細(xì)展示［12］:中更新世以來，羅布泊北部地區(qū)逐漸變?yōu)橐遭}芒硝沉積為主的鹽湖環(huán)境，到了中更新世末，北部鈣芒硝沉積區(qū)大部分抬升露出水面同時，羅北凹地等發(fā)生沉降，形成次級凹地，維持鹽湖沉積環(huán)境，鈣芒硝繼續(xù)大量析出，直到晚更新世末期停止沉積，并且強(qiáng)調(diào)了鈣芒硝沉積環(huán)境對鉀鹽成礦有重要意義。關(guān)于羅布泊鹽湖鈣芒硝與鉀鹽聚集的關(guān)系，王弭力等在2005年提出了“兩段式”成鉀論，可見相互關(guān)聯(lián)是何等密切。劉振敏等在騰格里沙漠地區(qū)，首次發(fā)現(xiàn)了鉀芒硝礦物［13］，在將兩個鹽湖的水樣和沉積樣品進(jìn)一步化學(xué)分析后證實該區(qū)具有形成鉀鹽礦床的可能性。因為在巖石風(fēng)化過程中，K+可能被遷移出來，加之該地區(qū)的氣候又是從干濕向干冷、干熱變化，這表明了該地區(qū)有較高成鉀地球化學(xué)背景，為尋找鉀鹽礦床提供新靶區(qū)。

芒硝是干冷環(huán)境下沉積的硫酸鹽礦物，氣候越冷，越容易沉積，沉積厚度也越大。而無水芒硝層則需要在比芒硝沉積溫度高十多度的環(huán)境下沉積，屬于偏暖相。第四紀(jì)長期干旱或極干旱地區(qū)基本上是氯化物型鹽湖分帶區(qū)和含氯化物型-硫酸鹽型區(qū)。柴達(dá)木盆地(氯化物型-硫酸鎂亞型區(qū))、塔里木盆地(含氯化物型和硝酸鹽型-硫酸鹽型區(qū))為現(xiàn)代極干旱地區(qū)。硫酸鈉亞型帶是分布最廣的類型，它分布于不同氣候帶的干旱區(qū)中。海洋水也屬于該類型;中國東部分散硫酸鈉亞型帶，很可能反映更新世某些時期海面上升的影響［14］。西藏洞錯湖區(qū)一級階地的芒硝層中首次發(fā)現(xiàn)了硼砂沉積［15］，并發(fā)現(xiàn)賦存5層純芒硝層的較完整的沉積剖面，這對重建該地區(qū)的古氣候和找礦研究，均具有重要意義。通過對其中一個剖面的一段純芒硝層的沉積特征的研究以及測年，認(rèn)為這是洞錯地區(qū)經(jīng)歷全新世第一次冷期的證據(jù)。柴達(dá)木西部一塔里木東部氯化物型一硫酸鹽型區(qū)，早更新世至全新世，總的趨勢是，鹽層平均厚度、鹽巖/碎屑巖比值和最易溶鹽遞增，且在早更新世中期以來，出現(xiàn)反映極端寒冷的穩(wěn)定芒硝層和熱干標(biāo)志的無水芒硝或偏暖相白鈉鎂礬層。而自晚更新世末以來，還在鹽湖中出現(xiàn)區(qū)域性冷相芒硝沉積層。張保珍［16］根據(jù)察爾汗古湖原生石鹽包裹體流質(zhì)中Mg/Na比值激烈波動，判斷察爾汗古湖正是在此期間成為干鹽湖，并且也是柴達(dá)木盆地各主要湖區(qū)普遍形成了干鹽湖的重要時期。推測藏北高原大量芒硝沉積也是在此期形成的。雖然芒硝層的厚度，以及與其他鹽類組合差別能夠推測古氣候和古環(huán)境演化，若結(jié)合孢粉，碳酸鹽含量的變化，對氣候階段則能進(jìn)行更詳細(xì)劃分和分析，但是須注意為了更好的指示氣候，須對如溫度、礦化度、生物種類、pH值和地球化學(xué)條件要作進(jìn)一步的研究和探討［17］［18］。

芒硝礦研究在油氣勘探方面也有一定的指導(dǎo)意義。高勝利等在研究河套地區(qū)呼和坳陷第四系更新統(tǒng)時［19］就將相應(yīng)地震相轉(zhuǎn)換為沉積相，根據(jù)沉積相特征，提出大面積穩(wěn)定分布的芒硝和厚層腐殖土層是理想的區(qū)域蓋層，認(rèn)為該地區(qū)的第四系氣源層、儲層、蓋層配置良好，具有較好的生物氣勘探潛力。江漢鹽湖盆地［20］的潛江凹陷潛江組韻律鹽層間夾有復(fù)雜混合巖類，常含多層厚0.1～1.0m的無水芒硝及鈣芒硝-泥質(zhì)-碳酸鹽巖(主要為白云巖)，夾層是烴源層和初級儲集層。

綜上所述，芒硝礦作為鹽類物質(zhì)具有重大的經(jīng)濟(jì)價值。同時，芒硝礦與鹽湖水、古氣候、古環(huán)境及其有關(guān)的金屬、非金屬礦床都有著非常密切關(guān)系。通過芒硝礦床的研究，可以在古環(huán)境、古氣候及沉積環(huán)境研究及成礦作用的研究方面具有重要意義。

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