碳酸盐型卤水的演化和成盐序列研究

碳酸盐型卤水以泌阳凹陷最典型，目前已在6口钻井中发现有液体碱层，其中对泌2井碱卤水进行了一年时间的25℃等温蒸发试验研究，目的在于探讨碱卤水演化规律及成盐序列。

试验样品采自泌2井由2000m深处以下抽出地面井口处，卤水抽出时在浅部(900m左右)由于地层压力降低而发生盐物质结晶堵井，需定时向井内注入地表淡水，故试样是稀释、淡化后的碱卤水。卤水抽出地表后，经过与大气平衡，水盐体系中PCO2与现代大气圈相当，即与地下封存状态相比其CO2含量降低了很多，而且其含盐度也有所降低。

试样的化学成分比较简单(表8-7)。由表可知，其水化学特点一是富含CO2-3、HCO-3和Na+;二是富含F-、Li+、B+;三是SO2-4 和Cl-含量很低。含SO2-4 低是由于在还原环境中被还原而降低了。其水化学类型属于碳酸盐型。

在常温常压条件下卤水演化试验结果(表8-8)如下。

表8-7 泌阳凹陷泌2井及其他地区卤水化学成分表

注:(1)卤水1是不含结晶物的液相部分。

(2)卤水2是在25℃等温条件下将所称样品中的结晶物进行了较长时间的回溶后。

(3)泌2井卤水2的HCO-3含量明显偏低，是由于分析技术问题。

1．卤水演化及元素地球化学

试验过程中，由于蒸发分馏作用和盐类矿物的沉淀，其化学成分发生了规律性变化。

碱土金属元素Ca2+、Mg2+在初始卤水中含量就很低，其含量在分析灵敏度以下，直到干涸时均处于这种状态。这是由于早期盆地水体中富含CO2-3，使它们均以方解石继而是白云石形式沉淀。不含或少含碱土金属元素是世界古代碱卤水及现代碱湖水的一个普遍特征。

Na+是卤水的主要阳离子，它从卤水中的初始含量就低，在浓缩过程中虽不断形成钠盐富集，卤水中的Na+含量仍不断新富集，在阳离子中一直保持首位。

K+在卤水中含量低，在卤水浓缩过程中没有钾的盐类矿物结晶，一直富集在卤水中，直到卤水干涸后终结相中才见到结晶钾石盐。

CO2-3、HCO-3是卤水阳离子的主要成分，在试验过程中，它们与Na+结合成碳酸盐或重碳酸盐的单盐或复盐不断从卤水中结晶;CO2-3仍保持高集状态，HCO-3含量呈下降趋势，这与其受到分解有关。

Cl-含量之低使其在蒸发浓缩过程中不足以形成沉淀，一直富集在卤水中，从初始到终结其盐度增加了近25倍。

Br-同样不断富集于卤水中，由于结晶物中缺乏氯化物的沉淀，就决定了它没有可能进入到结晶相中。地球化学性质决定了盐沉积过程中，Br-是不能单独形成盐矿物的。

Li+和B+在卤水演化过程中亦富集在卤水中，从初始到终结其含量增加了25倍。

F-在初始卤水含量虽较高，但试验过程中未见到含氟矿物沉淀，主要还是富集在卤水中，仅在终结相中见到了呈十二面体和立方体的氟硫盐晶体［Na6(SO4)2FCl］，在我国天然卤水中见到其结晶物还是首次，氟硫盐最初发现于美国西尔斯湖。

需指出的是，在蒸发试验过程中虽未见到K+、Li+、B+的盐类结晶物，但在对卤水进行的半工业综合利用加工试验中，却成功得到了氯化钾(KCl)、氯化锂(Li Cl)和硼砂(Na BSi O6· H2O)。

2．结晶矿物的种类与组合关系

对碳酸盐型卤水来说，盐类矿物的结晶除受其成分和蒸发试验温度外，还受与水盐体系平衡的CO2分压大小因素的制约。泌2井卤水的3种主要成分是Na+、CO2-3、HCO-3(表8-8)，在25℃温度下，与之平衡的CO2的含量为300×10-6～400×10-6。当等温蒸发试验时，这样的卤水析出的矿物种类和组合，在地球化学家厘定的CO2含量与温度关系图中的位置就基本确定了，其形成序列应是天然碱(Na2CO3·Na HCO3·2H2O)—碳氢钠石(Na2CO3·3Na HCO3)—重碳钠盐(Na HCO3)(图8-7、图8-8)。

图8-7 碳酸钠和碳酸氢钠矿物的相互关系图

(据Eugster，1966;Hatch，1972) 7aq．Na2CO3·7H2O+溶液

图8-8 天然碱卤水可能的蒸发途径图

(据Eugster，1971)

试验结果表明，属于Na HCO3-Na2CO3-H2O体系的泌2井卤水，在常温常压条件下，几乎整个浓缩过程中卤水的结晶物只有苏打、碳氢钠石和天然碱3种矿物，直到卤水干涸之前。卤水干涸后，由于水分的全部丧失，原卤水中的一些微量成分在浓缩过程中浓度不断增加，在终结相中除以上3种结晶外，还出现了钾石盐、氟硫盐，它们不属于这种水盐体系的必然产物，数量微小，不能形成单独矿层。