【2017年整理】沉积学第七章

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1、266第七章其他沉积岩第一节 蒸发 岩海盆或湖盆水体遭受蒸发，其盐分逐渐浓缩以至发生沉淀，这样形成的化学成因的岩石叫做“蒸发岩” 。它包括氯化物岩、碘酸盐岩、硫酸盐岩、碳酸盐岩和硼酸盐岩等。因为它们的主要组分都是盐类矿物，所以又叫“盐岩” ，其中以氯化物岩和硫酸盐岩分布较广。一、天然水的化学特征和蒸发矿物的形成不同盐盆的卤水化学组成不同，形成的盐类矿物的数量和组合特征差异也很大。（一）海水的化学组成和蒸发矿物的形成海水属咸水，每升海水平均含盐类 35g，所含主要离子为钠、镁、钙、钾、氯和硫酸根，相应地构成海水蒸发矿物的主要组成是钠、镁、钙和钾的氯化物和硫酸盐，海水的化学组分详见表 71。表 7

2、1海水主要组分（标准含氯度 19）离子 % 化学组分 离子 % 化学组分 NaMg2Ca2KSr2Cl10.561.270.400.380.01318.98NaClNaFKClMgCl2MgBr2MgSO478.030.012.119.210.256.53SO42HCO3BrFH3BO32.650.140.0650.0010.026CaSO4SrSO4CaCO33.480.050.33海水蒸发时，可溶盐是按溶解度由小至大的顺序依次沉淀形成蒸发矿物的。图 71 表示海水在浓缩蒸发过程中，蒸发矿物析出的顺序和体积的变化；横坐标表示海水的密度，纵坐标表示海水的体积，曲线（1）和（2）分别说明海水浓缩

3、过程的体积变化和析出的固体盐类的体积变化，黑线表示各种蒸发矿物结晶的区域，黑线的宽窄表示在不同浓缩阶段矿物析出的强度。从图 7 一 1 中可以看出：海水略为浓缩，溶解度最小的碳酸盐主要是方解石首先沉淀；当海水蒸发浓缩到原体积的 19或浓度达到 1517（d=1.1）时，石膏类矿物开始析出；海水浓度为 26（d=1.2）时，石盐开始结晶；海水浓度为 3132（d=1.28）时，泻利盐开始析出；进一步浓缩至 3334（d=131）浓度时，钾石盐开始结晶；浓度增大至 35(d=1.34)时析出光卤石；共结点时最后析出的矿物是水氯镁石。根据上述海水浓缩过程，蒸发矿物结晶顺序，可以分为六个阶段：即碳酸盐

4、、石膏沉积阶段，石盐沉积阶段，石盐和硫酸钠镁盐沉积阶段（简称硫酸钠镁盐阶段） ；钾、镁盐沉积阶段（简称钾石盐沉积阶段） ，光卤石沉积阶段和水氯镁石沉积阶段。在蒸发岩剖面中，由下至上可以相应地划分出六个沉积带，其矿物组合详见表 7 一 2。图 71海水浓缩时体积的变化（1）和从其中析出的盐的体积的变化（2）以及各种蒸发矿物的结晶区（转引自怎样找钾盐 ）267表 72海洋蒸发岩各个沉积带中的矿物组合、蒸发矿物及其伴生的稳定矿物析出形态 成岩作用产物水氯镁石带 水氯镁石、共结硼酸盐、光卤石、六水泻盐四水化物、 石盐、石膏、碱式碳酸盐 方棚石、硫镁矾、菱镁矿、硬石膏光卤石带 光卤石、六水泻盐（和其它水

5、化物至四水化物） 、石盐、石膏（杂卤石） 、碱式碳酸镁 硫镁矾（钾盐镁矾） 、硬石膏、菱镁矿钾石盐带 钾石盐、六水泻盐、 （泻利盐） 、杂卤石、石盐、碱式碳酸镁 钾盐镁矾、无水钾镁矾、硫镁矾、菱镁矿硫酸钠、镁盐带 泻利盐、 （六水泻盐） 、 （白钠镁矾） 、 （杂卤石） 、石盐、石膏、碱式碳酸镁 硫镁矾、硬石膏、菱镁矿石盐带 石盐、石膏、方解石、碱式碳酸镁 硬石膏、白云石、菱镁矿碳酸盐石膏带 石膏、方解石、 （文石） 硬石膏、白云石、方解石注：括号中矿物只能在该带的有限地段形成（二）内陆湖盆的化学特征和蒸发矿物的形成大陆水的主要组分是 CO32 、HCO 3 、SO 42 、CI 、和 Ca2

6、 、Mg 2 、Na 、K ，由于湖盆所处地理位置、地质条件、气候条件和补给条件的不同，大陆水的矿化度和化学组成有很大差异。就化学组分而言，湖盆水体可分为碳酸盐型、硫酸盐型和氯化物型三种卤水，不同类型的湖水，浓缩后形成的蒸发矿物及其组合特征很不一样（表 73） 。1.碳酸盐型卤水的特征及其形成的蒸发矿物水体的主要离子是 CO32 、HCO 3 、SO 42 、CI 、Na 、和（ K ） 。主要化学组分是NaCI、Na 2CO3 和 Na2SO4，钙、镁的碳酸盐含量极低，相应地形成的主要蒸发矿物为石盐、天然碱和芒硝。表 73不同类型卤水的矿物组合碳酸盐型 硫酸盐型主要矿物硫酸钠亚型 硫酸镁亚型

7、 氯化物型钙镁碳酸盐石膏或硬石膏 CaSO42H2O 或 CaSO4钙芒硝 Na2SO4CaSO4天然碱 Na3H(CO3)22H2O苏打 Na2CO310H2O水碱 Na2CO32H2O碳酸芒硝 Na22K(SO4)9(CO3)2CI芒硝或无水芒硝 Na2(SO4) 10H2O 或 Na2SO4石盐 NaCI白钠镁矾 NaSO4MgSO44H2O泻利盐 Mg(SO4) 7H2O钾芒硝 Na2SO43K2SO4钾盐镁矾 KCIMgSO43H2O钾石盐 KCI光卤石 KCIMgCI26H2O水氯镁石 MgCI26H2O2.硫酸盐型卤水的特征及其形成的蒸发矿物水体的主要离子是 SO42 、Ci 、

8、Na 、K 、Mg 2 ，主要化学组分是 NaCi 和 MgSO4，不含Na2CO3。根据水体是否含 Na2SO4 或 MgSO4 或 MgCI2, 又可分为硫酸钠和硫酸镁两个亚型。硫酸钠亚型卤水浓缩过程产生的主要蒸发矿物是芒硝、钙芒硝、石盐、白钠镁矾和泻利盐等，含钾高时还能生成钾芒硝。硫酸镁亚型水的主要组分与海水近似，浓缩过程产生的蒸发矿物亦与海水相似。3氯化物型卤水的特征及其形成的蒸发矿物水体的主要离子是 Ci 、Na 、K 、Mg 2 和 Ca2 ，水体的特点是缺失 MgSO4，溶解的组分都是高溶解度的 MgCi2 和 KCi，相应地形成的蒸发矿物都是蒸发较高的矿物如钾石盐、光卤石和水氯

9、镁石等。（三）蒸 发 矿 物自然界的蒸发矿物有一百多种，较常见的约四、五十种。其化学成分比较简单。组成蒸发矿物的主要离子有 K 、Na 、Mg 2 、Ca 2 、CI 、SO 42 和 CO32 七种，次要的有 Sr2 、Ba 2 、Fe 2 、OH 、NO 3 和 H3BO3 等。由于这些阴、阳离子相互化合组成单盐矿物或复盐矿268物。有的矿物在不同条件下含有不同数量的结晶水，故盐类矿物种类很多。1.主要的蒸发矿物氯化物类：石盐（NaCI） 、钾石盐（KCI ） 、水氯镁石（MgCI 26H2O） 、光卤石（KCIMgCI 26H2O） 。硫酸盐类：硬石膏 （ CaSO4） 、石膏（CaSO

10、 42H2O） 、无水芒硝 （Na 2SO4） 、芒硝（Na 2SO410H2O）和泻利盐（ MgSO47H2O） 。氯化物和硫酸盐的复盐类：钾盐镁矾（KCI MgSO43H2O） 、 钙芒硝（Na 2SO4CaSO4） 、杂卤石（2CaSO 4K2SO4MgSO42H2O） 、无水钾镁矾（K 2SO42MgSO4） 、白钠镁矾（MgSO 4Na2SO44H2O）和软钾镁矾（K 2SO4MgSO46H2O） 。碳酸盐类：水碱即苏打（Na 2CO310H2O）和天然碱（Na 2CO3NaHCO32H2O） 。硝酸盐类：钾硝石（KNO 3）和智利硝石(NaNO 3)。硼酸盐类：硼砂（Na 2B4O

11、7， 10H2O） 、钠硼解石（NaCaB 5O9。8H 2O） 、硬硼钙石（Ca 2B6O1115H2O）和柱硼镁石（MgB 2O43H2O） 。2.蒸发岩中的其它矿物粘土是蒸发岩中的常见的混入物，含量多时，可使蒸发岩逐渐过渡为盐质粘土岩或盐质泥灰岩。混入的碎屑物质常见的有绿泥石、云母、长石、石英和副矿物等。有时还有稀有元素矿物以及有机物等混入物。二、蒸发岩的成因（一）海洋蒸发岩的成因一个多世纪来，海水浓缩成盐的机理不断发展，流行着若干假说，现择其主要者介绍于后。1.砂坝说砂坝说是为了解释巨厚盐类沉积而提出的。砂坝说认为盐类包括钾盐沉积是海水中的溶解盐分在泻湖或海湾中蒸发浓缩形成的。使泻湖或

12、海湾与广海隔开的砂坝最初比较低，在干旱气候和蒸发量大于降雨量和淡水流入量的情况下，泻湖的水面因浓缩而降低，海水从砂坝顶部流入补给；泻湖中的水在蒸发作用下盐度不断增高，最终导致各种盐类按溶解度大小先后发生沉积；当石膏与石盐沉积以后，如果砂坝出露海面与广海隔绝，残余卤水进一步蒸发浓缩，可能逐渐有硫镁矾、光卤石等钾盐沉积（图 72） 。后经研究，起屏障作用的除砂坝外，还有构造隆起、生物礁和火山堤等。按照砂坝说，泻湖盆地是持续下沉的，而砂坝是时而隆起时而沉降的。盐盆的连续沉降为几百米厚的盐岩堆积创造了条件，砂坝的多次沉降和隆起使泻湖水也多次被冲淡和再浓缩，所以盐类沉积往往具有旋回性，它们常与泻湖沉积的

13、石灰岩白云岩泥灰岩或与红色碎屑岩组成旋回沉积，岩盐在旋回的上部。盐层中广泛发育的条带状构造，是由钾盐、石盐、硬石 膏或碳酸盐岩等不同盐类呈层状或薄互层组成的一种小韵律。 它主要是由气候变化引起的，可分为季节性韵律和由其组成 的年韵律。有的韵律据说是与十一年为周期的太阳黑子旋回有关。2.多级海盆说（19151955）多级海盆说最早由布朗生（1915）提出，他认为盐盆由两个盆地组成；后来博歇特（HBerchert ，1959）加以发展，提出盐盆地由两个以上盆地组成（图 73） 。图 73多级海盆说示意剖面（据博歇特，1959）图 72砂坝成盐说的成盐过程269海水先进入离海近的前盆地，蒸发使卤水浓

14、缩至硫酸钙饱和度时，就会沉淀石膏；缺乏硫酸钙的卤水流入后面的盆地，就可能沉淀石盐甚至钾盐。这样看来，前盆地实质上是成盐的预备盆地。例如第三纪的巴黎盆地就是一个预备盆地，海水先流到这里沉淀了石膏，然后流到了后面的莱因地堑，形成阿尔萨斯石盐和钾盐矿床。加拿大中泥盆世萨斯卡彻温盆地，我国四川盆地中三叠世的石膏和石盐沉积（图 74） ，以及某些内陆盆地，也有类似的情况。图 74四川中三叠世多级海盆示意图（据朱洪发，1989）3返（回）流假说返流假说设想，蒸发盆地的水，实质上是由位于浪基面以下的卤水和位于其上的不太深的沉积硫酸盐的表层水组成；正常的海水通过海峡表面注入盆地，补充由于蒸发而消耗的水，盆地中

15、产生的重盐水在较轻的海水之下返流入海。这样，盆地的水体将可长时间地保持一种较低浓度的稳定状态，蒸发浓缩的结果即可形成巨厚的石膏沉积。此外，返流假说还推论，在返流过程中卤水盐度会发生水平带状分异，最终形成的蒸发沉积物亦具有带状分布的特征，即近岸沉积为白云石、石膏，远岸沉积为溶解度大的石盐等矿物。4潮上盐沼地或“萨布哈”假说盐沼地或萨布哈假说是为了说明浅水或大气下蒸发岩沉积的成因。根据资料，许多古代海相蒸发岩与碳酸盐岩共生，其沉积物特征与现代盐沼地或萨布哈沉积物很相似。这类沉积形成的蒸发矿物主要是石盐和硬石膏，仅有少量白云石和钾盐；沉积速度每年数厘米至十五厘米；沉积物中有许多浅水或暴露在大气下的标

16、志。如出现流水作用形成的石盐交错层，在石膏一石盐层内出现的藻丛，鲕粒碳酸盐岩和石盐内的波痕等都是浅水标志。如硬石膏的干裂纹内有石盐充填、石盐的溶解和再沉淀 特征的“小鸡雏”状和瘤状硬石膏结核（ 7 一5）出现在潜水面附近等，是直接暴露在大气下的标志，是典型潮上环境的产物。在盐沼地和萨布哈地区，盐水的补充可由地下水供给，蒸发作用形成的重盐水下渗，孔隙间较轻的地下水通过毛细管上升以偿蒸发的损耗。此外，一次大风暴还可以将海水卷人潮上坪来补充盐水的消耗。处于这种环境中的卤水过饱和或与沉积物相互作用后，可以形成白云石、石膏和硬石膏沉积，但层状石盐和钾盐的成因与此无关。据此，人们推测古代许多与碳酸盐岩共生的蒸发岩可能也是 在盐沼地或潮上带形成的。5深水蒸发岩沉积说深盆地说深