基于Pitzer模型的柴达木盆地盐湖形成与演化的地球化学模拟

【摘要】：柴达木盆地是我国内陆大型盆地之一,盆地内众多盐湖中的盐类矿产和可利用元素十分丰富,盐湖的主要水化学类型有硫酸镁亚型和氯化物型。1973年,Pitzer提出的相互作用模型可用于强电解质溶液主要离子活度系数的计算,Pitzer模型在实际应用过程中,可用于研究不同类型盐湖的形成演化和卤水组成以及盐湖开发过程中的盐田工艺等方面上。 论文首次利用Pitzer模型,以计算模拟为主要手段,采用模拟结果同实际资料对比和综合分析的方法,对柴达木盆地盐湖的形成和演化、柴达木盆地硫酸镁亚型盐湖含钾硫酸盐矿物的析出规律及柴达木盆地通过滩晒含钾硫酸盐矿物制取硫酸钾的可行性等进行了研究和探讨。 对于柴达木盆地盐湖的形成,分别模拟研究了柴达木盆地祁连山南缘山间小盆地内分布的茶卡盐湖和大盆地范围内各盐湖的形成同水体来源的关系。结果表明,无论是山间小盆地还是大盆地范围内盐湖的形成,仅靠单一的地表水系的蒸发形成是不可能的,其形成均同深部来源的CaCl_2水体的混合掺杂作用有着密切的关系。通过对茶卡盐湖的形成模拟析盐序列同实际析盐序列的对比研究表明,茶卡盐湖形成过程中的平均温度不是很高,介于0-5℃之间。系统模拟研究了柴达木盆地内分布的具有不同水化学组成盐湖的蒸发析盐序列和途径,模拟结果同盐湖卤水随着蒸发浓缩在相图上的演化路径相比,具有很好的吻合性。针对柴达木盆地有待开发的硫酸镁亚型盐湖的析盐规律和析出的含钾硫酸盐矿物进行了比较系统的研究,结果表明,柴达木盆地硫酸镁亚型盐湖的析盐途径主要有四种,但只有东、西台吉乃尔盐湖蒸发可以析出含钾硫酸盐矿物,对于大多数硫酸镁亚型盐湖蒸发析出的含钾矿物还是以钾石盐或光卤石为主。K/Mg比值是判断硫酸镁亚型盐湖通过蒸发能否形成含钾硫酸盐的一个重要的指标,同美国大盐湖相比,柴达木盆地大多数硫酸镁亚型盐湖K/Mg比值均很低。对低K/Mg比值的硫酸镁亚型盐湖通过加入光卤石后提高卤水K/Mg比值进一步析出软钾镁矾的研究表明,这种方法对于茶卡盐湖、柯柯盐湖、柴凯盐湖和尕斯库勒盐湖在理论上仍然是不可行的,而对于大、小柴旦、大别勒滩、德宗马海盐湖(尤其是德宗马海盐湖)在理论上是可行的。 本论文是首次利用Pitzer模型对我国盐湖这种自然界存在的高浓度水盐体系进行地球化学模拟的一项具有开拓性和探索性的研究。针对柴达木盆地盐湖,从定性或定量模拟研究的角度,我们的研究丰富和发展了盐湖形成演化过程中的混合掺杂作用理论,某些研究成果可以用于柴达木盆地硫酸镁亚型盐湖钾资源开发前期选取和进行工艺路线设计的理论预判断上。