現(xiàn)代鹽湖沉積與巖鹽析出模擬的相似性及其對(duì)成鹽模式的啟示

禚喜準(zhǔn)，張林炎，陳驍帥，閆清渙，崔建軍，楊雨

1.遼寧工程技術(shù)大學(xué)地質(zhì)系，遼寧阜新 123000 2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081

0 引言

蒸發(fā)巖主要形成于地表或近地表的飽和鹵水中，其水文條件受控于太陽(yáng)輻射引起的蒸發(fā)作用[1]。蒸發(fā)巖沉積模式的建立，主要依靠現(xiàn)代鹽湖的沉積調(diào)查和結(jié)晶析出模擬實(shí)驗(yàn)。對(duì)于古代湖盆而言，由于地質(zhì)歷史時(shí)期的演化過(guò)程十分復(fù)雜，成鹽環(huán)境難以再現(xiàn)，只能依據(jù)零星的地質(zhì)事實(shí)，從現(xiàn)實(shí)主義角度出發(fā)，參考蒸發(fā)巖礦物的結(jié)晶析出原理，或類比現(xiàn)代鹽湖的成鹽模式來(lái)推斷其成因演化。這樣勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)問(wèn)題：第一，所參考的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ突颥F(xiàn)代沉積類比模型，跟古代湖盆在成鹽機(jī)理上是否具有相似性，假如沒(méi)有相似性，將對(duì)我們的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生誤導(dǎo)；第二，采樣點(diǎn)的離散性，容易導(dǎo)致含鹽盆地在地質(zhì)模型構(gòu)建過(guò)程中，出現(xiàn)“盲人摸象”的片面性。

我國(guó)東部新生代陸相盆地中鹽巖沉積模式，為“深水”[2-5]或“淺水”[6-8]的爭(zhēng)論已久，雙方各執(zhí)己見(jiàn)，難以定論。為了驗(yàn)證東濮凹陷鹽巖的沉積環(huán)境和分布特征，有的學(xué)者開(kāi)展了巖鹽的結(jié)晶析出實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)巖鹽的析出分布特征，類比推斷鹽巖的沉積中心分布于湖盆的斜坡帶或隆起區(qū)，并非洼陷中心[7]。然而經(jīng)典的“牛眼式”化學(xué)沉積模式，則示意性的指出內(nèi)陸湖盆的巖鹽沉積體在空間上呈透鏡狀展布，暗示了洼陷中心與沉積中心的一致性[9]。巖鹽沉積中心與洼陷中心的關(guān)系，是否具有一致性？水槽模擬能否給予合理的解答？開(kāi)展類比模擬實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)代沉積調(diào)查，將今論古，是消除多解性、限定地質(zhì)模型的良好選擇。本文基于現(xiàn)代尕斯庫(kù)勒鹽湖的沉積調(diào)查，根據(jù)沉積物的分布、結(jié)構(gòu)特征、沉積界面與成鹽位置的關(guān)系，討論現(xiàn)代鹽湖與巖鹽析出模擬實(shí)驗(yàn)的相似性，總結(jié)成鹽模式，以期為我國(guó)陸相含鹽盆地的古地理和古氣候研究提供借鑒。

1 巖鹽析出模擬中的成鹽分布與結(jié)構(gòu)特征

為了將巖鹽析出模擬實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)代鹽湖進(jìn)行對(duì)比，將巖鹽析出實(shí)驗(yàn)做一簡(jiǎn)要介紹。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖怯^察巖鹽的析出過(guò)程和不同結(jié)構(gòu)晶體的分布特征，建立巖鹽的沉積模式。實(shí)驗(yàn)裝置為高75 mm，上口直徑70 mm，底部直徑 55 mm的普通紙杯，傾斜放置于桌面之上，裝置縱切面可以抽象簡(jiǎn)化為圖1a。將過(guò)飽和的巖鹽(NaCl)溶液倒入實(shí)驗(yàn)裝置，杯底深度 13 mm，向杯口逐漸減薄，剖面為楔形(圖1a)；長(zhǎng)時(shí)間靜置，觀察并記錄巖鹽析出現(xiàn)象[7]：

(1) 實(shí)驗(yàn)開(kāi)始12 h內(nèi)，肉眼觀測(cè)未見(jiàn)晶體析出現(xiàn)象，與初始狀態(tài)無(wú)明顯差別(圖1a)；

(2) 24 h之后，水位明顯下降，水與杯壁界面附近有晶體析出。此外，水面上方亦見(jiàn)雪花狀晶體析出，并懸浮于液面之上(圖1b)；

(3) 48 h后，水位進(jìn)一步下降，水與杯壁界面附近的晶體增多，水面上方的懸浮晶體有增大跡象(圖1c)；

圖1 巖鹽析出實(shí)驗(yàn)過(guò)程的抽象總結(jié)a～f根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象A～F和作者描述抽象總結(jié)而成；g為作者根據(jù)巖鹽析出模擬結(jié)果推斷得出的巖鹽分布模型[7]Fig.1 An abstract summary of the experimental process of salt precipitation

(4) 48～72 h，水位繼續(xù)下降，水與杯壁界面附近的晶體厚度已經(jīng)很大；水面上方的懸浮晶體增大到一定程度，體積不再增長(zhǎng)，水面下方的容器底部開(kāi)始出現(xiàn)晶體，且晶體粒度逐漸增大，并在水底構(gòu)成薄鹽層(圖1d)；

(5) 72～96 h，水位持續(xù)下降，水與杯壁界面附近的鹽層有增厚的趨勢(shì)(圖1e)；

(6) 96～168 h，水體逐漸干涸，原最高水界面之上的暴露部位出現(xiàn)薄層、細(xì)粒巖鹽晶體(圖1f的I區(qū)、圖1g的I區(qū))，應(yīng)該為蒸發(fā)泵作用導(dǎo)致。

根據(jù)上述各階段的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以推斷裝置內(nèi)存在如下成鹽規(guī)律和沉積特征：

(1) 巖鹽形成于蒸發(fā)作用強(qiáng)烈的水位持續(xù)下降期；

(2) 巖鹽的沉積具有分帶性，按照沉積物的結(jié)構(gòu)和厚度特征，可以劃分為三個(gè)區(qū)(圖1g)，最高水平面之上暴露部位的薄層、細(xì)粒巖鹽晶體發(fā)育區(qū)(I區(qū))、巖鹽沉積厚度最大處(II區(qū))、水深最大處的自形粗粒晶體沉積區(qū)(III區(qū))。

2 現(xiàn)代內(nèi)陸鹽湖的沉積特征

開(kāi)展類比模擬實(shí)驗(yàn)，目的是從實(shí)驗(yàn)引出規(guī)律，然后把規(guī)律加諸自然[10-11]。它包含兩個(gè)過(guò)程，首先是在模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，基于大量觀察，發(fā)現(xiàn)規(guī)則性或可重復(fù)性，運(yùn)用歸納法找出規(guī)律；其次，把得到的規(guī)律，應(yīng)用于“類似”的事物[11]。巖鹽析出模擬的產(chǎn)物，是否跟現(xiàn)代鹽湖在幾何學(xué)特征和沉積機(jī)理上具有相似性？圖1g中的I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)，能否分別對(duì)應(yīng)于鹽湖的岸上蒸發(fā)區(qū)、斜坡帶和洼陷帶？從模擬實(shí)驗(yàn)中得出的規(guī)律，往往存在諸多邊界條件，而這些條件跟自然界是否相似，很難直接界定。因此，將巖鹽析出模擬得出的規(guī)律，加諸其他盆地的類比認(rèn)知，有很大程度的猜測(cè)性和不確定性，有必要基于現(xiàn)代沉積調(diào)查，評(píng)價(jià)類比模擬的有效性和局限性。

現(xiàn)代的內(nèi)陸鹽湖盆地，幾乎都位于強(qiáng)烈蒸發(fā)的地區(qū)[12-13]。在不同的含鹽盆地內(nèi)，巖鹽的單層厚度、紋層發(fā)育程度、結(jié)構(gòu)特征和橫向展布卻又千差萬(wàn)別，那么湖盆內(nèi)巖鹽的單層厚度和結(jié)構(gòu)特征跟沉積環(huán)境有何關(guān)系？巖鹽的沉積中心跟湖盆的洼陷中心是否一致？?jī)H靠礦物析出的物理化學(xué)定律，似乎難以解釋此類問(wèn)題，卻可以從現(xiàn)代沉積中獲得直觀的啟示。

2.1 巖鹽厚度變化與相帶分布

我國(guó)的北部和西部位于副熱帶高壓區(qū)，氣候干旱，沙漠發(fā)育，分布著許多現(xiàn)代鹽湖，是研究蒸發(fā)巖成因和分布的天然實(shí)驗(yàn)室[13]。本次調(diào)查的尕斯庫(kù)勒湖，位于柴達(dá)木盆地西南緣，是一個(gè)以巖鹽沉積為主的現(xiàn)代鹽湖[14-15]。依據(jù)巖鹽分布與洼陷中心的關(guān)系，可將成鹽位置分為洼陷中心成鹽和盆地邊緣成鹽[16]，在尕斯庫(kù)勒湖的邊緣廣泛發(fā)育鹽殼、鹽盤(pán)和小鹽盆等(圖2a，b)，具有盆地邊緣成鹽的特征。

尕斯庫(kù)勒湖邊緣的小鹽盤(pán)(圖2b)，其厚度變化呈透鏡狀，如圖3d為一直徑50～80 cm的鹽盤(pán)，邊緣的P1處發(fā)育膜狀—片狀的薄層巖鹽，向P2處巖鹽厚度有增大的趨勢(shì)，巖鹽厚度最大處位于洼陷中心(圖3d中P3處)。這一厚度變化特征，與“牛眼式”化學(xué)沉積的空間構(gòu)型一致，即洼陷中心的巖鹽最厚，盆地邊緣最薄(圖3a，b)[9]，說(shuō)明湖盆內(nèi)巖鹽的形成分布和厚度變化，明顯受控于盆地的地貌特征。

規(guī)模和水深稍微大點(diǎn)的鹽盤(pán)，也具有類似的厚度變化規(guī)律。如圖3e為直徑2～3 m的鹽盤(pán)，鹽巖厚度在鹽盤(pán)邊緣為0～2 mm，到水深較大的斜坡帶變?yōu)?～10 mm，而洼陷中心的厚度大于20 mm(圖3f)。在岸上蒸發(fā)沉積區(qū)，由于蒸發(fā)泵作用也會(huì)存在巖鹽析出，如圖3e中的木棍處發(fā)育多個(gè)巖鹽片晶，呈垂向疊置的圓盤(pán)狀，但單層厚度不大，沉積規(guī)模較小，而且此類巖鹽處于湖盆內(nèi)地勢(shì)較高的位置，容易被后期的流水改造，在地質(zhì)歷史時(shí)期不易保存。

巖鹽厚度受控于沉積相帶的規(guī)律，在沉積物的產(chǎn)狀上亦有所體現(xiàn)，如鹽盤(pán)邊緣的膜狀—片狀晶體，呈階梯形傾向洼陷中心(圖3e)，說(shuō)明巖鹽的形成伴隨著湖平面的持續(xù)下降以及鹵水向洼陷中心的不斷遷移。因而從沉積物供給程度來(lái)看，洼陷中心的物質(zhì)供給最充分，同時(shí)具有最大的可容空間和保存潛力，巖鹽結(jié)晶析出作用持續(xù)最久，導(dǎo)致洼陷中心的巖鹽厚度大于鹽盤(pán)邊緣。

除了規(guī)模不一的鹽盤(pán)，尕斯庫(kù)勒湖邊緣的封閉小鹽湖，鹽巖的沉積厚度也具有明顯的分帶性(圖3g)。從遙感圖像上可以看出，濱岸帶的淺水成鹽區(qū)，巖鹽厚度較?。凰钶^大的斜坡帶，巖鹽沉積厚度明顯增大(圖3h)。此外，尕斯庫(kù)勒鹽湖從濱岸帶向深水處，巖鹽厚度也不斷增大(圖4b中的A1-A5、B1-B5)，驗(yàn)證了巖鹽沉積厚度隨水深增大的變化規(guī)律。只是緩坡帶的巖鹽分布范圍較廣(圖4b中A1-A5)，單層厚度小，而陡坡帶的巖鹽分布較窄(圖4b中B1-B5)，但單層厚度大。鹽湖內(nèi)部水深較大的斜坡帶和洼陷帶，尤其是遠(yuǎn)離沖積扇和河流作用的洼陷中心，發(fā)育厚層、質(zhì)純的巖鹽(圖4c-II區(qū)和圖4h)。

圖3 沉積物厚度與洼陷中心的關(guān)系a.牛眼式的化學(xué)沉積模式，b. a的剖面圖[9]；c.一個(gè)直徑為50～80 cm的鹽盤(pán); d.c的放大；e.現(xiàn)代尕斯庫(kù)勒湖砂泥坪沉積區(qū)內(nèi)小鹽盤(pán)的鹽巖結(jié)構(gòu)分布與沉積厚度特征，f. e中巖鹽厚度和結(jié)晶特征的抽象總結(jié)；g.圖2b中①處的小鹽湖遙感圖像；h.對(duì)應(yīng)于g的水深與沉積物分布Fig.3 Relationship between sediment thickness and depression center

當(dāng)然，在一些巖鹽不飽和的咸水湖，甚至處于碳酸鹽增生階段的淡水湖中，湖盆邊緣的瀉湖、湖灣等局限水域以及濱岸帶附近，由于水流不暢或蒸發(fā)泵作用的存在，也會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)巖沉積[17-18]。但這并不能否定巖鹽厚度受控于湖盆相帶的總體規(guī)律，只是將沉積厚度隨水深的變化規(guī)律復(fù)雜化。因?yàn)閺拈L(zhǎng)期看，鹵水中溶解的鹽類物質(zhì)將隨著湖平面的下降不斷向地勢(shì)低洼的深水區(qū)遷移，最終在洼陷帶的鹵水—湖底沉積物界面大量析出，使得鹵水剖面厚度最大的洼陷中心成為鹽類物質(zhì)的匯集中心。由此可見(jiàn)，規(guī)模較大的含鹽盆地既存在湖盆邊緣成鹽，也會(huì)出現(xiàn)洼陷中心成鹽，只是前者出現(xiàn)較早，而后者意味著鹽湖演化的終極階段。總之，從寬淺的鹽盤(pán)、局限小鹽湖到規(guī)模較大的過(guò)飽和鹽湖，巖鹽單層厚度跟水深具有正相關(guān)性，洼陷中心與巖鹽沉積中心一致。

2.2 鹽巖的結(jié)構(gòu)特征與相帶分布

除了巖鹽厚度跟水深有關(guān)，巖鹽的結(jié)構(gòu)也明顯受控于沉積環(huán)境。在湖盆邊緣，鹽類物質(zhì)供給不足，受陸源碎屑注入的影響，鹵水中的碎屑顆粒和黏土物質(zhì)含量較高(圖5a)，此類雜質(zhì)的存在也不利于晶體的生長(zhǎng)。湖盆邊緣的濱岸帶(圖5b)以及鹽盤(pán)邊緣(圖3e鹽巖厚度為0～2 mm的區(qū)域)，巖鹽為薄層片狀—?dú)?；而沉積厚度大于20 mm的區(qū)域，晶體粒徑一般大于4 mm，為自形程度較高的立方體狀。從結(jié)晶學(xué)角度看，濱岸帶在湖平面下降后，由于成鹽物質(zhì)難以持續(xù)補(bǔ)給，晶體生長(zhǎng)的時(shí)間短，晶粒一般細(xì)小(圖4c～f)；而長(zhǎng)時(shí)間位于湖平面之下的深水洼陷帶，鹵水剖面厚度較大，幾乎沒(méi)有陸源碎屑物質(zhì)的摻和作用，水體成分較為純凈，晶體可以不斷增生，晶粒粗大，自形程度高，而且晶粒之間孔隙發(fā)育，甚至有鹽巖洞穴出現(xiàn)(圖4h)。湖平面之上的砂泥坪沉積區(qū)，由于蒸發(fā)泵作用的存在，在湖緣的粗碎屑沉積物表面，也發(fā)育少量的薄膜狀—鐘乳狀的蒸發(fā)巖(圖4e，f，g)，但相對(duì)于洼陷帶的巖鹽體積，此類沉積規(guī)模一般較小。

2.3 蒸發(fā)條件與成鹽界面

石膏、巖鹽等礦物組成的巖石常被稱為蒸發(fā)巖，原因在于它們主要形成于蒸發(fā)量大于降水量的氣候相對(duì)干旱的地區(qū)，要求低鹽度水體的輸入不能過(guò)多，蒸發(fā)作用能夠使鹵水不斷濃縮[12]。只有當(dāng)湖水濃縮到一定程度，達(dá)到石膏(CaSO4·2H2O)、石鹽(NaCl)等礦物的飽和度，鹽類物質(zhì)才按照溶解度從小到大的順序逐一析出[19](圖3a，b、圖6a～d)。當(dāng)然，即使達(dá)到飽和度，礦物的大量結(jié)晶析出也離不開(kāi)蒸發(fā)作用的持續(xù)進(jìn)行(圖6e)。

圖4 現(xiàn)代尕斯庫(kù)勒鹽湖區(qū)的沉積物分布與結(jié)構(gòu)特征a,b.濱岸帶成鹽分布與結(jié)構(gòu)特征(濱湖緩坡帶：A1,A2,A3,A4為鹵水過(guò)飽和之后逐漸降低的各個(gè)時(shí)期湖平面，A5.現(xiàn)今的湖平面；濱湖陡坡帶：B1,B2,B3,B4為鹵水過(guò)飽和之后逐漸降低的各個(gè)時(shí)期湖平面，B5為現(xiàn)今的湖平面)；c.鹽湖的濱湖區(qū)巖鹽沉積物，厚度小于10 cm，與陸源碎屑共生；d.c的放大圖像，顯示濱湖巖鹽為細(xì)粒結(jié)構(gòu)；e.湖盆邊緣的薄層片狀巖鹽，與礫石等粗碎屑共存；f.湖盆邊緣的薄層片狀巖鹽，礫石上的巖鹽呈鐘乳狀；g. f的放大照片；h.湖盆底部，在鹵水—沉積物界面上見(jiàn)大量立方體狀巖鹽晶體，粒徑大于1 cmFig.4 Distribution and structural characteristics of sediments in the modern Gasikule Salt Lake area

圖5 不同環(huán)境中巖鹽的結(jié)構(gòu)和沉積特征a.湖盆邊緣的白色片狀巖鹽與陸源碎屑沉積物共生；b.湖盆邊緣的白色片狀巖鹽，向洼陷中心厚度增大，產(chǎn)狀傾向洼陷中心；c.深度為30 cm的塑料盆，用來(lái)模擬湖底沉積物—鹵水界面成鹽；d.圖片c的放大，見(jiàn)片狀連晶內(nèi)的個(gè)體仍為立方體狀；e.湖盆邊緣的薄層狀巖鹽與陸源碎屑沉積物互層，被后期的河流沖洗溶解；f.為圖片e的放大，薄層狀巖鹽與砂泥巖互層Fig.5 Structure and sedimentary characteristics of rock salt in different environments

鹵水持續(xù)濃縮的過(guò)程中，通常伴隨著湖平面的不斷下降(圖6a～d)，從圖4b也可以看出，在湖平面高于A1之前，巖鹽沉積很微弱；湖平面從A1下降到A5，巖鹽厚度逐漸增大，說(shuō)明當(dāng)鹵水過(guò)飽和之前(圖4b中湖平面高于A1時(shí))，即使有零星巖鹽出現(xiàn)，也主要位于湖平面附近，為蒸發(fā)泵作用產(chǎn)生的薄層狀片晶。鹵水過(guò)飽和之后(圖4b中湖平面低于A1時(shí))，巖鹽才會(huì)大量析出，而且向洼陷中心有厚度增大的趨勢(shì)，原因在于湖平面下降到A2時(shí)，A1附近只能通過(guò)蒸發(fā)泵作用提供少量鹽源，鹽類沉積難以繼續(xù)；而A4、A5等靠近斜坡下部的沉積區(qū)，鹵水剖面厚度大，可以長(zhǎng)時(shí)間接受巖鹽沉積，最終A5-B5之外洼陷帶的巖鹽厚度比A1、A2等淺水沉積區(qū)要大。成鹽分布與湖平面變化的這一關(guān)系表明，巖鹽形成于湖平面下降期，而湖泛過(guò)程不利于巖鹽析出。由于巖鹽沉積過(guò)程中，可能會(huì)有短期的淡水注入或突發(fā)的洪水，湖盆邊緣的濱岸帶淺水成鹽沉積區(qū)(A1-A2淺水區(qū))，容易受到后期沖洗、溶蝕改造(圖5e，f)，在地質(zhì)歷史中不易保存。

圖6 封閉湖盆濃縮的礦物析出順序?yàn)榱吮阌诒磉_(dá)沉積分異和濱岸帶片狀巖鹽的穿時(shí)特征，將d和e的垂向比例尺放大顯示，a、b、c、d據(jù)文獻(xiàn)[19]修改，e為根據(jù)現(xiàn)代鹽湖的湖平面變化、巖鹽結(jié)構(gòu)、厚度和沉積方式抽象而成Fig.6 Closed lake basin concentrated mineral precipitation sequence

對(duì)于湖盆具體的成鹽位置，巖鹽的沉淀析出主要分布于兩種不同的界面，一個(gè)是濱岸帶淺水區(qū)的空氣—鹵水接觸界面，另一個(gè)是水深較大的鹵水—湖底沉積物界面[1](圖6d)。從蒸發(fā)濃縮過(guò)程來(lái)看，二者所處沉積區(qū)的可容空間都隨著湖平面的下降而減小，只是后者的可容空間大于前者。從物質(zhì)供應(yīng)的角度，前者所處沉積區(qū)的物質(zhì)供應(yīng)不足，巖鹽沉積持續(xù)時(shí)間短；后者所屬沉積區(qū)的物質(zhì)供應(yīng)充分，巖鹽沉積的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。從沉淀析出方式看，前者水體淺，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，成鹽多為膜狀—薄層狀，單層厚度小，通常發(fā)育于陸源粗碎屑沉積物之上(圖3e、f的0～2 mm處可見(jiàn)薄層狀鹽晶)；后者水體較深，發(fā)育的晶體為垂向加積和自生加大，多為自形的立方體晶，通常位于灰色—黑色的細(xì)粒沉積物之上(圖4b中A6-B6以外的深水區(qū)、圖4h)。

湖盆邊緣濱岸帶的空氣—鹵水成鹽界面和洼陷帶的鹵水—湖底沉積物界面，既是對(duì)立的，又是統(tǒng)一的。假如湖平面持續(xù)下降，一個(gè)鹽湖水體將逐漸變淺，原來(lái)水深較大的洼陷帶，最終將演變?yōu)闇\水成鹽區(qū)(圖6e)，成鹽界面將由后者轉(zhuǎn)變?yōu)榍罢?。?dāng)然，這種情況只發(fā)生在湖盆萎縮接近干涸的時(shí)候，所以洼陷中心的沉積序列以粗晶、自形的巖鹽為主(圖4b的III區(qū)、圖4h、圖6e)，而湖盆邊緣則是陸源碎屑沉積物夾薄層的片狀巖鹽(圖4c的I區(qū)、圖4d、圖6e)。

3 討論

開(kāi)展類比模擬或現(xiàn)代沉積調(diào)查，建立湖盆邊緣成鹽和洼陷中心成鹽的判別標(biāo)準(zhǔn)，有助于限定古代湖盆的沉積模式。類比的前提是實(shí)驗(yàn)?zāi)M跟現(xiàn)代鹽湖的成鹽機(jī)理相似，而且要求過(guò)程容易再現(xiàn)，便于觀察，但尺度較小的析出模擬水槽，與現(xiàn)代鹽湖的成鹽界面、沉積分布和結(jié)構(gòu)特征是否相似？

3.1 實(shí)驗(yàn)材料、蒸發(fā)條件與鹽湖原型的相似性

前人將巖鹽析出模擬的結(jié)果直接跟東濮凹陷的成鹽分布與古地貌格局進(jìn)行類比，推斷認(rèn)為實(shí)驗(yàn)裝置中的鹽巖沉積厚度最大處對(duì)應(yīng)古隆起、斜坡等水體相對(duì)較淺的部位(圖1g的II區(qū))，并非水深較大的古洼陷中心(圖1g的III區(qū))[7]。這一類比意味著，作者承認(rèn)模擬裝置內(nèi)的巖鹽沉積機(jī)理和分布特征具有普遍意義，與一般鹽湖的沉積特征相似。東濮凹陷的易溶鹽類以巖鹽(NaCl)、石膏(CaSO4)為主[3,6]，而且?guī)r鹽的溶解度受溫度影響較小。為了簡(jiǎn)化模型，可以選擇巖鹽作為溶解物質(zhì)，在不考慮溫度變化的常溫下進(jìn)行析出模擬。析出模擬的實(shí)驗(yàn)裝置是滲透能力較低的紙杯，為不良的滲濾介質(zhì)，而東濮凹陷的巖鹽與泥巖或膏泥巖竹節(jié)狀互層，此類細(xì)粒泥質(zhì)沉積物的滲透率也較低，所以二者的濃縮動(dòng)力皆以空氣—鹵水界面的蒸發(fā)作用為主。

巖鹽析出模擬實(shí)驗(yàn)顯示，巖鹽的析出伴隨著水平面的持續(xù)下降(圖1b～f)，只是在濃縮的初期巖鹽析出微弱(圖1a)。這類似于現(xiàn)代鹽湖，隨著湖平面下降，鹵水鹽度達(dá)到飽和度后(圖2b中湖平面低于A1時(shí))，巖鹽才大量析出。在湖平面高位期，水體鹽度較低，洼陷帶以粉砂—黏土沉積為主，很難出現(xiàn)易溶鹽類礦物的沉積(圖6a)。前人的析出模擬也證實(shí)，正常鹽度的海水(鹽度約35‰)，只有方解石和白云石等礦物析出(圖6b)。當(dāng)海水鹽度變?yōu)樵瓉?lái)的3.8倍，石膏礦物才能沉淀析出(圖6c)；而巖鹽析出則需要濃縮10倍以上(圖6d)[19]?？傊?，無(wú)論巖鹽析出模擬，還是現(xiàn)代鹽湖的沉積調(diào)查，存在一個(gè)共識(shí)，即成鹽期對(duì)應(yīng)于鹵水不斷濃縮的湖平面下降期。

3.2 成鹽界面和成鹽方式的差異性

實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的沉積物，盡管在結(jié)構(gòu)和厚度上具有分帶性(圖1f，g)，但由于尺度較小，巖鹽的空間構(gòu)型和成鹽界面分布跟自然界并不一致。從相帶分布的角度看，巖鹽的析出主要有濱岸帶的空氣—鹵水界面和斜坡帶、洼陷帶的鹵水—湖底沉積物界面。這兩種界面分布的多寡與湖盆底形有關(guān)，寬淺型湖盆前者多見(jiàn)(圖7a)，陡深湖盆則以后者為主(圖7b)。蒸發(fā)作用是鹵水濃縮的原動(dòng)力，巖鹽析出伴隨著蒸發(fā)作用的不斷進(jìn)行和湖平面的逐漸下降(圖1，4)，因而湖盆上方空氣—鹵水界面的面積決定著蒸發(fā)強(qiáng)度(圖7)，對(duì)等體積的鹵水而言，這一界面越大，蒸發(fā)速度越快。人工鹽池的曬鹽原理，就是盡量增大鹵水表面積與鹵水體積的比值以便快速濃縮[16]。由此可見(jiàn)，一個(gè)陡深的湖盆需要更長(zhǎng)時(shí)間的濃縮作用，才能達(dá)到巖鹽的析出條件(圖5b)。

巖鹽析出模擬裝置的最大水深為13 mm，鹵水表面積/鹵水體積的比值很大，屬于寬淺型的實(shí)驗(yàn)裝置，因而圖1g中III區(qū)的鹵水—湖底沉積物界面成鹽作用持續(xù)時(shí)間短，分布局限。水深最大處的鹵水(圖1g中III區(qū))，并未在原地結(jié)晶析鹽，而是因蒸發(fā)泵作用沿著斜坡向上遷移，導(dǎo)致斜坡處鹽巖厚度最大。圖1g中II區(qū)的成鹽方式總體上屬于濱岸帶的空氣—鹵水界面成鹽，而自然界中湖盆邊緣的淺水區(qū)，巖鹽單層厚度小，晶體粒度細(xì)小，況且容易被后期的流水沖蝕。對(duì)于水深大、坡度陡的鹽湖來(lái)說(shuō)，這一成鹽方式不占優(yōu)勢(shì)(圖5c、圖7b)。

總之，實(shí)驗(yàn)析出裝置由于尺寸太小，過(guò)于強(qiáng)調(diào)了濱岸帶的空氣—鹵水界面成鹽(圖1g中II區(qū))和蒸發(fā)泵作用(圖1g的I區(qū)出現(xiàn)薄層、細(xì)粒巖鹽晶體)，最終導(dǎo)致巖鹽的沉積厚度分布與現(xiàn)代鹽湖差異較大(圖3e、圖6e)。現(xiàn)代鹽湖濱岸帶中的巖鹽多為薄層狀，單層厚度小于10 cm，常跟砂巖伴生，而東濮凹陷的巖鹽單層厚度變化大，洼陷中心通常30～50 cm厚，有的超過(guò)1 m，主要跟暗色泥巖互層；向盆緣方向，碎屑巖與鹽巖過(guò)渡區(qū)內(nèi)，單層鹽巖厚10～30 cm[2]，說(shuō)明東濮凹陷具有洼陷中心成鹽的特征，巖鹽析出主要發(fā)生于洼陷帶的鹵水—湖底沉積物界面，有別于以空氣—鹵水界面成鹽為主的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

3.3 湖盆底形和成鹽位置的異同點(diǎn)

根據(jù)底形的幾何特征，湖盆可以劃分為“緩坡寬淺型”與“陡坡深水型”(圖7)，二者在洼陷中心都存在水深相對(duì)較大的洼陷帶，該區(qū)鹽類物質(zhì)供應(yīng)充分，粒度大，結(jié)晶時(shí)間長(zhǎng)，巖鹽單層厚度大，常與暗色泥巖互層；在湖盆邊緣，二者都出現(xiàn)濱岸帶成鹽，蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，物質(zhì)供應(yīng)不充分，晶粒細(xì)小，多呈薄層狀與陸源粗碎屑沉積物共存。由于兩類湖盆的坡度以及鹵水表面積/鹵水體積的比值不同，“陡坡深水型”湖盆以洼陷帶的鹵水—湖底沉積物界面成鹽為主，而緩坡寬淺型湖盆則廣泛發(fā)育濱岸帶的空氣—鹵水界面成鹽。此外，探討湖盆底形對(duì)成鹽模式的控制，應(yīng)該考慮坡度和規(guī)模的變化，例如圖1中模擬裝置盡管坡度很陡，但由于規(guī)模太小，從鹵水表面積/鹵水體積的比值來(lái)看應(yīng)為淺水型；而圖7a中湖盆的坡度小于該裝置，但鹵水表面積/鹵水體積的比值卻很小，主要為鹵水—湖底沉積物界面成鹽。

巖鹽析出模擬以及本次現(xiàn)代沉積調(diào)查的對(duì)象，均為局限蒸發(fā)環(huán)境下的“牛眼式成鹽”，沒(méi)有考慮鹽類的物質(zhì)來(lái)源與供給方式，也沒(méi)有考慮河流或海水注入作用對(duì)鹽湖沉積模式的改造。自然界中的鹽湖沉積離不開(kāi)河水的注入或海水的入侵，因而“滴淚式”的成鹽模式更為普遍。關(guān)于“滴淚式”成鹽盆地的沉積中心與洼陷中心的關(guān)系較為復(fù)雜，因?yàn)檫@將不僅涉及陸源碎屑巖—碳酸鹽巖—巖鹽的混合沉積，而且會(huì)出現(xiàn)沉積中心與洼陷中心的遷移與不一致性。本文的大量觀察事實(shí)，主要基于內(nèi)陸的寬淺型鹽湖，對(duì)“滴淚式成鹽”和“深水成鹽”的湖盆未開(kāi)展現(xiàn)代沉積調(diào)查，對(duì)其沉積特征尚不清楚。盡管“深水成鹽說(shuō)”和“淺水成鹽說(shuō)”提出已久，但由于深水與淺水本身是一個(gè)相對(duì)的概念，難以截然分開(kāi)，而且在巖鹽結(jié)晶過(guò)程中，水體鹽度、水深以及地貌學(xué)特征都在演變，最終成鹽方式也會(huì)有變化，尤其是“深水成鹽”的沉積模式缺乏現(xiàn)代沉積依據(jù)，更多的依靠推斷和猜想[20]，給成鹽模式的構(gòu)建帶來(lái)不確定性。如果能針對(duì)具有“滴淚式成鹽”或“深水成鹽”特征的現(xiàn)代湖泊開(kāi)展沉積調(diào)查，分析成鹽方式與成鹽位置的關(guān)系，弄清古地貌和湖平面變化對(duì)巖鹽結(jié)構(gòu)、空間構(gòu)型以及礦物共生組合的控制機(jī)理，系統(tǒng)建立“深水成鹽”與“淺水成鹽”的區(qū)別標(biāo)志，可以為古代鹽湖沉積模式的構(gòu)建提供指導(dǎo)。

4 結(jié)論

(1) 巖鹽析出模擬實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代沉積調(diào)查，都揭示了巖鹽的結(jié)晶析出主要發(fā)生于湖平面下降期，而且鹽巖的單層厚度和結(jié)晶粒度跟水深具有正相關(guān)性，即巖鹽的沉積中心與洼陷中心具有一致性。

(2) 成鹽界面、巖鹽分布和結(jié)構(gòu)特征具有明顯的分帶性，依據(jù)水深及其在盆地中的位置將成鹽方式劃分為濱岸帶空氣—鹵水界面的淺水成鹽和洼陷帶鹵水—湖底沉積物界面的深水成鹽。前者以粒度細(xì)小的片狀晶體為主，多呈薄層狀與陸源粗碎屑互層；后者以粗粒自形的立方體狀鹽巖為主，單層厚度大，常與細(xì)粒泥質(zhì)沉積物共存。

(3) 由于巖鹽析出模擬裝置尺度太小，對(duì)蒸發(fā)泵和滲濾作用過(guò)于強(qiáng)調(diào)，低估了洼陷帶鹵水—湖底沉積物界面的成鹽強(qiáng)度，難以再現(xiàn)“陡坡深水型”鹽湖的湖盆底形和沉積物分布特征。