氯化物盐类地下水的形成
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发布时间：2023-06-08 02:08
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时间：2024-11-03 10:33
天然水中氯化物的起源是水文地球化学中最复杂的课题之一。氯化钠、氯化镁及氯化钙属天然水中主要组分，它们之间的作用往往随着矿化度的增高而增强。在高矿化（特别是卤水）水中，氯化物含量一般居首位。有的地方可遇见氯化物类淡水及极淡水。一般认为这是水化学异常，究其成因，目前尚未得出统一的认识。
氯化钠、氯化钙及氯化镁虽然经常伴生在一起，但在大多数情况下，它们的分布及起源是不一样的。其中氯化钠分布最广，是最主要的组分。矿化度大于300g·L-1的卤水例外，其中钙与镁一般比较多。
（一）氯化钠型水
一般在重碳酸盐水及硫酸盐水中都含有少量的氯化钠，完全不含氯离子的天然水倒是应予以特别解释的异常。氯化钠水的成因类型比较多，大体可归纳为以下几种：
1.在干旱气候条件下，天然水被蒸发浓缩时，氯化物的含量与矿化度成正比。这是因为氯化物的溶解度大于硫酸盐及重碳酸盐的溶解度。
2.含盐沉积物及盐矿区，由溶滤作用而形成氯化钠地下水，高矿化水，甚至卤水。
3.氯化钠水可由不同成分的水混合而成。这与岩盐的存在与否无关。例如硫酸钠或重碳酸钠的水与氯化钙水按下列反应混合：
Na2SO4（水中）＋CaCl2（水中）＋2H2O→2NaCl（水中）＋CaSO4·2H2O↓
2NaHCO3（水中）＋CaCl2（水中）→2NaCl（水中）＋CaCO3↓＋H2O+CO2
这种方式形成氯化钠水是完全可能的，有些自然盆地可以看到氯化物—重碳酸盐水（或氯化物—硫酸盐水）带之下的氯化钠水，再下为氯化钠钙水，这种分布正好说明混合作用的存在。
4.由阳离子交替吸附作用可形成氯化钠水。即由原来水中的阳离子去交替岩石表面（特别是粘性土）所吸附的Na+，使Na+进入水中，形成氯化钠水。其交替吸附反应如下：
水文地球化学基础
5.与侵入岩风化壳有关的水经常含有一定量的氯化钠。这里，氯化钠的来源各不相同。Na+由钠质铝硅酸盐水解而进入水中，而Cl-常是含分散状Cl-或含Cl-包裹体的其它矿物的结晶格架遭到破坏时进入水中。由于侵入岩一般贫氯，因而地下水的化学成分特征一般为：γCl-＜γNa+。这类水在干旱条件下浓缩时，常形成氯化钠水，且仍保持γCl-＜γNa+。
（二）氯化镁型水
1.自然界纯氯化镁型水在地下水中见得不多，经常有别的氧化物伴生。一般情况下，当水中除氯化钠外还有MgCl2存在（无CaCl2的存在）时，就可称之为氯化镁型水。海水就是以氯化钠为主，并含有氯化镁，其平均化学成分为：
水文地球化学基础
B.A.苏林认为，地下水中出现氯化镁时，说明该地下水是海相环境形成的主要标志。事实上在大多数情况下，高矿化的氯化钠—镁地下水也正是海成的。
2.在自析盐湖中，MgCl2作为湖水深变质的产物而出现，这里促使离子成分发生变化的主要因素是盐类的析出。其第一阶段是方解石自水中析出，下一阶段的析出物为石膏。随着矿化度的增高，湖中氯化物聚积，食盐析出，最后在残余卤水中富含MgSO4及MgCl2。如果湖水的补给源中含硫酸盐不多，则残余卤水主要由氯化钠及氯化镁组成。低温时进行的下列反应亦促进了MgCl2在残余水中的聚积：
2NaCl（水中）＋MgSO4（水中）＋10H2O→MgCl2（水中）＋Na2SO4·10H2O（芒硝）
例如，某盐湖水的化学成分为：
水文地球化学基础
在古盐湖地层中，也可能出现氯化镁型水。
3.在特定的水文地球化学环境下，潜水中会出现MgCl2的成分，解释其成因，是件很困难的事，因为在MgCl2存在的水中，NaCl浓度尚未达到食盐析出阶段，仍存在于水中。究其成因可能有以下几种：
（1）在含水介质中有芒硝出现时，则可按上述反应方程式（见盐湖MgCl2水的形成）比较清楚地解释。
（2）当水中MgCl2含量不大时，可能是由阳离子交替吸附作用而形成的。如：
水文地球化学基础
（3）当海相沉积物遭受初期溶滤作用时，或直接溶滤古盐湖沉积物时，MgCl2进入水中，形成氯化镁型水。另外，由深部含水层补给的潜水，在潜水中也可能形成氯化镁型水。
氯化镁可以出现在不同类型的高矿化地下水中，但经常是次要的组分，以氯化镁为主的地下水是很少见的。海水蒸发的最后阶段可形成氯化镁卤水。同样情况可以在氯化物自析盐湖中见到。夏天，当食盐析出后，MgCl2在残卤中富集，偶而可以达到MgCl2为主的成分。在盐矿床区可见到以氯化镁为主的卤水。例如，某盐矿1090m深处地下水的化学成分为：
水文地球化学基础
另一个盐矿，1160m深处地下水的化学成分为：
水文地球化学基础
（三）氯化钙型水
氯化钙型水可以在各种不同的自然条件下形成，即有不同的成因。下面介绍几种成因：
1.由阳离子交替吸附作用而形成。即由原来水中的阳离子去交替岩石表面（特别是粘性土）所吸附的Ca2+，使Ca2+进入水中，形成氯化钙型水。如下列交替吸附反应：
水文地球化学基础
由于Ca2+被吸附的能力远强于Na+，因而只有部分Na+来替代Ca2+，而Na+的主体仍留在水中。经有关学者试验证明，阳离子交替吸附作用可以形成氯化钙水，但试验结果所得的溶液中NaCl总是较CaCl2多。
2.由白云岩化作用形成。古代盐类盆地中食盐沉淀后，残余有氯化镁质的卤水成分。在高温条件下，水中的镁离子与石灰岩中的钙离子相互作用，石灰岩被变质为白云岩，而卤水则由氯化镁质的转变为氯化钙质的水。其化学反应如下：
MgCl2（水中）＋2CaCO3（方解石）→CaCl2（水中）＋〔Ca·Mg〕CO3（白云岩）
3.由钠长石化作用形成。A.B.柯彼里奥维契提出当围岩中无白云岩或白云岩很少时，可以用钠长石化作用解释。他认为进行钠长石化作用时，钙长石的结晶格架中的Ca2+及Al3+离子相应地被Na+及Si4+离子替代，钠长石转变为钠长石。在受压条件下，从能量观点出发，这种作用是可能的，因为Ca2+及Al3+离子半径（1.04及0.57Å）比Na+及Si4++离子半径（0.95及0.39Å）要大。钙长石的钠长石化为：
水文地球化学基础
钠长石化作用一般被用来解释埋藏在火山成因沉积物中的氯化钙型卤水的形成。
以上关于氯化钙型水形成的解释，着重叙述了阳离子交替吸附，白云岩化，钠长石化等作用。但是这些作用必须在水不断地流动下，才有可能进行。这是因为CaCl2的出现，水—岩间的平衡会迅速达到，此反应就停止进行。
另外，E.B.波索霍夫认为古代海水成分与现代海水的成分不同。氯化钙型囱水虽不能说就是古代海水本身，但在一定程度上反映了古海水的成分特点，即地下卤水的化学成分整体而言具有继承性。但也应该承认，古代海水中可能Ca2+更多些，γCl-＞γ（Na+＋Mg2+），即古代海水中有氯化钙存在。
