纸面石膏板生产工艺技术-石膏矿的形成

第二章

石膏矿的形成

1.摘要

石膏(硫酸钙二水化合物)和硬石膏(无水硫酸钙)是被称为“蒸发岩”的矿物质家族的成员。它们是由海水蒸发而形成的沉积岩，通常还含有氯化钠、碳酸钙、硫酸镁等盐类。

当大量海水蒸发时，蒸发盐通常按溶解度增加的顺序析出。当碳酸钙的体积减小到原来体积的23%左右时，碳酸钙首先沉淀。在大约20%的体积下，石膏沉淀，在大约10%的体积下，氯化钠沉淀，在大约5%的体积下，镁和钾盐沉淀（见图1）

海水中蒸发岩的沉淀（图1）

考虑到海水的典型总含盐量，需要蒸发70米的水才能产生1米的蒸发岩。产生1米石膏需要大约1800米的海水。

当将海水的化学分析与实际蒸发岩矿床的数据进行比较时，发现了两大异常。首先，蒸发岩中硫酸钙和碳酸钙的比例高于氯化钠和钾镁盐。其次，许多蒸发岩矿床的厚度很大(高达2500米)

，需要大量深海海水的蒸发。（见图2）

758085

9095

100

1.1

1.2

1.3

1.4

Brine density

P e r c e n t s e a w a t e r e v a p o r a t e d

图2

显然，世界范围内的蒸发岩矿床不可能来自古代海洋的一次性蒸发，必须寻求其他解释。两个主要的机制被认为是最能解释大多数蒸发岩沉积的是“受限盆地”和“盐沼”模式。

2.蒸发过程

“受限盆地”模型

对于厚蒸发岩矿床的开发，显然必须蒸发大量的海水。受限制盆地的概念为这种情况的发生提供了一种解释。这些盆地的基本特征是横向收缩，并结合了一个入口槛（见图3）

图3

这样的盆地和明显可以看出，水不断地从大海通过狭窄的海峡流入泻湖，在那里发生蒸发和浓缩。目前，泻湖的浓度是这样的，一些岩盐和石膏在炎热的季节沉淀。如果运河关闭，泻湖的水蒸发到干燥，那么将会产生大约1.2米的盐沉积。

然而，如果运河一直开放到咸水湖完全被盐类填满，其厚度将限制在咸水湖的深度，目前咸水湖的深度在15到18米之间，将产生沉积物。

另一个限制盆地蒸发岩形成的例子是，有片洼地被一系列断层和附近火山熔岩的堆积与红海分隔开来，现在形成了一个覆盖着石膏的巨大的蒸发盘(第一沉积阶段)。石膏托盘的中心是20英里宽的岩盐

沉积层，由硬石膏层构成。每个盐层都有相同的碟形，而且每个碟形都比前一个小。钾盐(在60米深的地层中)位于洼地的中心。

有的盆地的原始深度不太可能超过300米，而这样的海水深度产生的盐份不足5米。在坳陷处发现的蒸发岩厚度可以解释为盆地内海水长期间歇性补给的结果。

2.2 盐场和“盐沼”模式 （见图四）

“盐沼”

构成的截面图（图四）

盐沼是一个宽(30公里)的沿海平原，其表面通常低于海平面1米。地表风蚀(风蚀)是由地下水位控制的。盐沼沉积物由碳酸盐和非碳酸盐淤泥以及潮间带环境中海藻席上的风吹沙/淤泥组成。

由于地下水位接近地表，蒸发和毛细管抽水作用十分明显。流失到大气中的水被替换为:

∙ 海水向陆地流入盐沼和以下的地下水位 ∙ 大陆地下水向海流动。

“盐沼”模型的例子在有的海岸发现的一些蒸发岩沉积。

Aragonite Dolomite

Anhy drite Gy psum Halite Calcite

Sedimentary minerals Evaporite minerals

一个典型的盐沼循环（图五）

3.世界石膏矿床的年龄和分布

最有可能形成蒸发岩和具有重要商业价值的石膏矿床的环境包括以下部分或全部特征：

•炎热干燥的气候提供高蒸发率 •间歇性或连续向受限盆地提供海水 •区域沉降促进蒸发岩的持续形成 •快速掩埋以保存可溶性蒸发岩。

从寒武纪(5.7亿年)到现在的沉积物中都有石膏矿床

部分商业性石膏矿床地质年龄

由于孔隙水通过蒸发越来越集中，石膏以晶体的形式沉积在沉积物中，尺寸从小于1毫米到超过25厘米不等。如果蒸发足够强烈，就像在暂停滑动那样，石膏晶体就可以被一团细硬石膏晶体所代替。（见图5）

m arls, claystones

enterolithic anhydrite

nodular (chicken-w ire)anhydrite

algal m at (strom atolites)+\- gypsum pseudom orphs fenestral lim estones pelleted lim estones

oolitic, bioclastic lim estones

Supratidal (sabkha)

Intertidal

Shallow subtidal Deeper-water subtidal

时代周期年龄(M years) 石膏沉积地点

新生代第四纪

第三纪

2

65

Ethiopia, Australia

Italy, France

中生代白垩纪

侏罗纪\白垩纪

侏罗纪

三叠纪136

150

190

225

USA

Morocco

Canada(Manitoba), UK

Germany, France, UK

古生代二叠纪

石炭纪

泥盆纪

泥盆纪

志留纪

寒武纪280

345

395

395

435

570

CSR, Poland, Texas, New Mexico

Canada (Nova Scotia)

USA (Montana, Wyoming)

Canada (British Columbia)

Canada (Ontario)

Pakistan, CSR