盐湖沉积是一种以沉积蒸发盐矿物为主要特征的沉积现象,尤其以
硫酸盐和
氯化物盐类矿物为特色。这种沉积现象通常发生在干旱气候条件下,特别是在湖盆发育的深陷期和衰亡期。
形成机制
在干旱气候下,当湖水蒸发量超过湖区降雨量、周围地表径流和地下水输入量时,湖水逐渐浓缩,盐度升高,直至达到某一盐类的饱和度时,该盐类矿物便会沉淀出来。盐类矿物通常按照
阴离子可分为
碳酸根、硫酸盐和氯化物三大类别,这也大致反映了不同盐类的溶解难度和沉淀的先后顺序。
分类
盐湖沉积可以出现在湖盆发育的不同阶段,包括深陷期和衰亡期。有些
盐湖在其生命周期的某个阶段或晚期,由于湖水干涸或盐度升高,也可能形成盐湖。从盐类分布环境来看,有些盐类沉积在深水湖区,而另一些则属于
浅水湖甚至是
干盐湖沉积。
深水盐湖相
在中国东部的一些沉积盆地中,深水盐湖相均有发育。盐类丰富的层位多数位于盆地的深陷期或前期,也就是生油期或前期。例如,
渤海湾盆地的沙三段、沙四段和孔店组等地,盐类沉积和砂泥沉积在平面分布上呈现出明显的分带性,从湖心向外依次出现膏盐沉积区、膏盐和泥质沉积区以及砂泥沉积区。
浅水盐湖相
浅水盐湖相多发育在某些盆地演化的坳陷阶段和衰亡阶段。由于受到其所处的
自然地理环境影响,入流量和降水量较少,一般湖水深度较小。例如,
柴达木盆地的盐湖水深通常只有数厘米。在这些盐湖中,不同成分盐类的分布状况大多不呈现同心环带状。
干盐湖相
干盐湖通常分布于盐湖的外围或盐湖发育的晚期,它是盐湖湖水被蒸干或基本蒸干而暴露在地表的干盐滩。Surdam和Wolfbauer (1975)通过研究Green River组,认为Gosiute湖是一个干盐湖复合体。Gosiute湖内的沉积岩层可分为三种不同的岩相:边缘
粉砂和
砂岩相、
碳酸根泥坪相以及湖相。各相都有
文石的组合特征。边缘相以含
方解石结核和钙质胶结物为特征;泥坪相以方解石和
白云石为特征;湖相则以
碱石(
碳酸钠)或
油母页岩(方解石或白云石质)为特征。岩相的平面分布呈同心带状:中心的湖相被泥坪相所包围,而泥坪相又被边缘相所环绕,油页岩形成于湖泊高水位期,而天然碱则形成于湖泊的低水位期。刘群等(1987)根据我国大部分中、
新生代盐湖的特征,同样划分出三个岩相:I-下
碎屑岩带;II-边缘初始成盐洼带(含膏泥岩);III-浓缩
卤水汁中心成盐带(
石盐)。
模式
在盐湖蒸发形成沉积的过程中,有两种常见的成矿模式:牛眼模式和泪滴模式。
牛眼模式
在缺乏外界河流补给的情况下,随着湖水的蒸发,
溶解度较低的
碳酸根类最先析出并沉积到湖底。由于湖中湖水的含盐度比较平均,因此这些
沉积物会均匀地分布在湖底各处,于是乎,整个湖底都铺满了一层碳酸盐矿物。由于湖水不断蒸发,湖面范围逐渐向心缩减,之前沉积在湖底边缘地带的
文石就露出了水面形成了一个包围圈。如果湖水继续蒸发,比碳酸盐溶解度再高一些的
硫酸盐也会析出,形成
石膏和
芒硝等矿物(不过也不一定哈),沉积在湖底的碳酸盐层之上。随着湖面的继续缩小,硫酸盐层的外圈也露出了水面,在
碳酸根圈内部形成了第二道包围圈。此刻的
盐湖已经走到了它生命的最后阶段,湖水进一步蒸发后,就会析出常温下
溶解度较高的氯化钠,形成第三层包围圈。从空中俯瞰,这一环套一环的盐类沉积就像一个巨大的牛眼。
泪滴模式
泪滴模式是与牛眼式相对应的一种沉积模式。由于受河流补给的影响,湖水的含盐度并不均匀——盐湖入口处的湖水浓度往往较低,只有溶解度最低的碳酸盐能在这里析出,溶解度较高的氯化钠会在距离补给水源较远的一侧沉积下来,而溶解度最高的钾、镁盐类则会沉积在更远的位置,形成
光卤石等矿物,从湖泊入口的方向看去,就像是一颗泪滴(但前提是一定要有外界水源补给)。
研究现状
自20世纪50年代沉积学复兴以来,盐湖沉积研究作为沉积学的一部分,虽然未受到足够的关注,但国内外研究表明,盐湖沉积研究具有独特的特性和广泛的
地球科学应用价值。
盐湖作为一种特殊的湖泊类型,因其复杂的成因和特殊的大地构造-气候条件,其
沉积物具有与其他湖泊不同的特点。盐湖沉积是特定地理和地质环境条件下的产物,其相对封闭的地理位置缓冲了频繁气候变化的影响,使其能够记录长时间跨度、高精度且全息的气候变化信息,是大自然的信息宝库和良好的天然实验室。自20世纪90年代起,随着全球变化研究的需求,古盐湖和现代盐湖的沉积学研究得到了发展,并逐渐变得更加有价值,成为了研究古气候、古环境和地质构造事件以及预测未来全球变化的重要研究对象。此外,盐湖沉积研究对于沉积理论与模式研究、
成岩作用、盐类矿床与油气资源勘探开发研究具有至关重要的作用。
盐湖在全球多个地区有所分布,盐湖沉积研究有助于
地球科学理论发展与经济社会可持续增长,应给予足够的重视。
研究特点与进展
随着盐湖沉积研究在地学中的重要性日益提升,原有的理论得到了科学验证和完善,新的理论不断出现,新的方法得到了很好的应用。新模式的不断提出,使得研究更为广泛和微观,深入盐湖沉积模式对学科研究起到了支撑和引导的作用。环境指标的不断完善,研究手段方法的不断增加,使得盐湖的沉积演化过程被多种环境指标记录,利用各项环境指标重建古气候、反演盐湖沉积等成为盐湖沉积学研究的核心。高精度、定量化研究,加强学科之间的联系,探索多学科交叉研究,已经成为盐湖沉积学研究的重要发展趋势。盐湖沉积学不仅仅是研究盐湖沉积理论,也注重解决
地球科学的重大科学应用问题,如基础地质、环境灾变事件、资源勘查等。
研究展望
盐湖沉积学的基础理论研究将继续受到重视,朝着精细化、定量化方向发展。室内外分析与野外长期观测相结合,加强
盐湖沉积
动力学研究,建立国际盐湖数据库,客观掌握盐湖沉积学信息数据等,都将成为未来盐湖沉积学发展的重点。加强多学科交叉,重视人才队伍建设,深入国际合作,将是盐湖沉积学发展的关键。面向重大科学问题,致力于人类社会可持续发展,盐湖沉积学将继续服务人类社会发展。