新疆艾丁湖無(wú)水芒硝成因分析

新疆艾丁湖無(wú)水芒硝成因分析

1愛(ài)丁湖礦區(qū)概況1.1地表氣候特征愛(ài)丁湖位于吐魯番盆地中部的南部。北部是火火焰山-博格達(dá)山系，擁有3000.05萬(wàn)米的海拔高度。南部是覺(jué)羅塔格山系，海拔1500米。東部是海拔300.05萬(wàn)米的科布穆塔格沙溝。礦區(qū)位于艾丁湖北巖,是一南緩傾斜的鹽堿地、鹽沼地及鹽類堆積物,海拔最高-148.28m,最低-154m。艾丁湖在獨(dú)特的地形條件控制下,形成典型的干旱荒漠氣候,是世界聞名的“火洲”。夏季高溫酷熱,冬季干冷,春秋季風(fēng)大力強(qiáng)。6～8月最低溫度平均33℃以上,時(shí)間長(zhǎng)達(dá)30～50d,極值溫度50.9℃,地面溫度最高為74.9℃,炎熱天氣長(zhǎng)達(dá)120d以上;冬季氣溫平均為-8.7℃,極值溫度-26.9℃。年降水量為10.9mm,蒸發(fā)量為4985mm以上。春秋季為大風(fēng)季節(jié),以西北風(fēng)為主,年平均風(fēng)速為2.1m/s,最大風(fēng)力可達(dá)12級(jí)。由于礦區(qū)遭遇北邊季節(jié)性地表水,特別是潛水的溶融、腐蝕、再造,使礦區(qū)成為兩種載然不同的地貌形態(tài):一種為微溶蝕鼓丘區(qū),面積為3.4km2;一種為溶蝕碟形地貌區(qū),面積為9.74km2。艾丁湖礦區(qū)水文地質(zhì)的基本模式:因地勢(shì)較低,地表水、地下水由四面八方向盆地匯聚,構(gòu)成一個(gè)以艾丁湖為中心的輻射滲透流場(chǎng),地下淺層水與深層水之間明顯有一富含粉砂和粘土的相對(duì)隔離層。淺層水為潛水系統(tǒng),潛水大量賦存于周邊土層及芒硝、石鹽層內(nèi),稱晶間鹵水;深層水為承壓系統(tǒng)。1.2在微溶蝕鼓丘區(qū)的土壤根據(jù)《新疆吐魯番縣艾丁湖礦區(qū)石鹽芒硝初步勘探地質(zhì)報(bào)告》,礦區(qū)B+C+D級(jí)無(wú)水芒硝和芒硝礦總儲(chǔ)量約2600萬(wàn)t,其中D級(jí)無(wú)水芒硝儲(chǔ)量約140萬(wàn)t。無(wú)水芒硝主要分布在微溶蝕鼓丘區(qū),呈窩狀,面積大小不等,厚度0.3～0.5m,最厚達(dá)到1.2m以上,上層是厚度為0.3～0.5m的石鹽。其次在微溶蝕鼓丘區(qū)和溶蝕碟形地貌區(qū),無(wú)水芒硝及石鹽殼下面的粉砂土中,含有大量的無(wú)水芒硝固體顆粒,顏色呈淺褐或淡灰色或條痕白色。另外,在開(kāi)采過(guò)十水芒硝后留下的硝坑內(nèi)(整個(gè)芒硝礦區(qū)有大大小小的硝坑上千個(gè)),部分硝坑有厚度3～10cm的無(wú)水芒硝板,硝板致密,硫酸鈉含量在95%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))以上,并且這些硝坑內(nèi)大都有鹵水存在,當(dāng)鹵水深度在30～60cm時(shí),鹵水下層接近芒硝板,附近溫度有35℃以上。2自然無(wú)水芒硝成因的探討2.1硫酸鈉亞型鹽水蒸發(fā)的固相艾丁湖芒硝礦鹵水組成(g/L)為:SO2?442-57.65,Cl-162.4,Ca2+5.28,Mg2+2.69,Na+141.2,K+0.46,總鹽量369.68。由此可見(jiàn),艾丁湖芒硝礦鹵水屬于硫酸鈉亞型鹵水,主要成分是氯化鈉、硫酸鈉、硫酸鎂,另外含少量鉀鹽,它在5組分體系相圖上的位置為A點(diǎn),見(jiàn)圖1。對(duì)組成點(diǎn)為A點(diǎn)的鹵水進(jìn)行蒸發(fā),首先析出石鹽,然后是無(wú)水芒硝。隨著無(wú)水芒硝的析出,鹵水的組成沿A—H′移動(dòng)。到達(dá)H′點(diǎn)時(shí),白鈉鎂礬開(kāi)始析出,且無(wú)水芒硝回溶轉(zhuǎn)變?yōu)榘租c鎂礬。因?yàn)樽匀唤绲恼舭l(fā)過(guò)程不可能是理想的平衡過(guò)程,原來(lái)析出的無(wú)水芒硝因各種可能的原因被泥沙覆蓋,或由于來(lái)不及溶解(因?yàn)闊o(wú)水芒硝溶解是放熱的,溶解速度非常緩慢),或是在“內(nèi)部干燥作用”下,鹵水變質(zhì)在相應(yīng)的等穩(wěn)點(diǎn)上保持不變,因?yàn)檎舭l(fā)的地?zé)嶙冑|(zhì)是在鹽層固結(jié)后產(chǎn)生的,參與變質(zhì)過(guò)程的液體來(lái)源于含結(jié)晶水的礦物脫水熔融,稱為“自生變質(zhì)溶液”。在地?zé)崮艿臒嶙饔孟?這種變質(zhì)作用會(huì)產(chǎn)生與地表鹵水類似的蒸發(fā)作用,這就叫“內(nèi)部干燥作用”。這種作用使總水量不斷減少直至干涸。這樣,鹵水組成點(diǎn)沿H—S線移動(dòng)一段之后,將穿越白鈉鎂礬相區(qū),析出石鹽和白鈉鎂礬。當(dāng)鹵水組成點(diǎn)到達(dá)T′時(shí),開(kāi)始析出鉀芒硝,在鹵水組成向T′—T變動(dòng)時(shí),應(yīng)形成石鹽、白鈉鎂礬和鉀芒硝組合。鹵水組成點(diǎn)到達(dá)T時(shí),軟鉀鎂礬開(kāi)始析出,且已生成的鉀芒硝向軟鉀鎂礬轉(zhuǎn)變。鹵水組成點(diǎn)到U時(shí),鉀鎂礬析出,軟鉀鎂礬向鉀鎂礬轉(zhuǎn)變。根據(jù)相圖的聯(lián)線規(guī)則、杠桿規(guī)則、重心規(guī)則,硫酸鈉亞型鹵水的蒸發(fā)有在S、T、U點(diǎn)干涸的可能。由于艾丁湖礦區(qū)屬于典型的荒漠氣候,蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降雨量,并且艾丁湖礦區(qū)鹵水中鉀離子含量很少,因此鹵水蒸發(fā)的結(jié)果在S點(diǎn)干涸,那么,固相是石鹽和無(wú)水芒硝。艾丁湖天然無(wú)水芒硝礦床分布特征與上述理論分析基本一致。2.2無(wú)水上氣候區(qū)艾丁湖芒硝礦因地勢(shì)較低,地下水豐富,且每年春季天山上的雪溶化,最終匯聚于艾丁湖,造成部分芒硝溶化,然后夏季再生。礦區(qū)屬于典型的干旱荒漠氣候,屬于太陽(yáng)能資源豐富地區(qū),夏季氣溫較高,蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降雨量,有利于十水芒硝轉(zhuǎn)化成無(wú)水芒硝。在粉砂土中,含有大量的無(wú)水芒硝固體顆粒,是由于在“內(nèi)部干燥作用”下,十水芒硝晶體首先脫去一部分結(jié)晶水,變成含七個(gè)結(jié)晶水的七水硫酸鈉介穩(wěn)狀態(tài),使十水芒硝溶解在自身的結(jié)晶水中,然后再脫水轉(zhuǎn)化成無(wú)水芒硝。2.3鹽水—鹵水對(duì)形成太陽(yáng)池的討論本研究對(duì)一些硝坑內(nèi)鹵水上下層濃度及溫度進(jìn)行分析和測(cè)定,見(jiàn)表1。硝坑內(nèi)的鹵水可看成是一個(gè)具有一定濃度梯度的鹽水池—太陽(yáng)池。由于鹵水上下層存在濃度梯度抑制了鹵水的對(duì)流傳熱,使鹵水下層的溫度大大高于鹵水上層的溫度,當(dāng)鹵水下層的溫度大于芒硝轉(zhuǎn)化脫水的溫度時(shí),鹵水層下的芒硝就脫水轉(zhuǎn)化成無(wú)水芒硝。3水族地區(qū)型中的無(wú)水天然氣硝礦(1)艾丁湖芒硝礦鹵水屬于硫酸鈉亞型鹵水,它在5組分體系相圖上最后可能在S點(diǎn)干涸,形成固相是石鹽和無(wú)水芒硝,與艾丁湖天然無(wú)水芒硝礦床分布特征是一致的。因此在艾丁湖芒硝