拓展领域 融合发展——郑绵平院士纵谈盐湖学发展新变化与挑战

　　国际盐湖学会(ISSLR)是世界盐湖学研究领域最具影响力的学术组织之一。10月17日—22日，由自然资源部中国地质调查局所属的中国地质科学院矿产资源研究所（以下简称“资源所”）协办的“盐类科学发展高峰论坛——暨第十四届国际盐湖线上会议”，在西班牙主会场与北京分会场同步举办。国际盐湖学会主席、中国工程院院士郑绵平作《承前启后 发展大盐类科学》主题报告。报告回顾盐类科学发展历程、介绍中国盐湖学新的进展，剖析未来发展面临的挑战，倡议盐类科学要进一步拓展研究领域，创立盐类学，为盐类资源高效绿色开发与环境保护等作出贡献，得到与会专家学者赞同。近日，记者就有关科学话题采访了郑绵平院士。 

　　盐类科学主要研究现代盐湖、古代盐类沉积以及其他盐类聚集体。 

　　郑绵平院士首先介绍了现代盐类科学的研究对象。他说，地球上的主要盐类为：碳酸盐（碳酸氢盐）、硫酸盐、氯化物和硼酸盐等。目前已知的成盐元素有25个。从地球科学的盐类研究对象看，除了现代盐湖外，还包括古代的盐类沉积（固体盐矿和地下卤水）、其他盐类聚集体如盐沼泽、盐碱地、盐泉等以及其他行星的盐类聚集体。 

　　郑绵平院士介绍，人类对盐类的利用较早，如西方文化经典《圣经》中就有对死海盐湖利用的记录。在中国，对盐湖和井矿盐的开采历史也很悠久。而采用现代科学知识和理论来研究盐类资源，则是从19世纪的德国开始。当时由于工业对膏盐、钾盐的需求，西欧各国加强了对蒸发岩的研究，逐渐形成专门的盐类学科。1840年，德国首先发现了二叠纪钾盐，同时期在法国、意大利、西班牙等地发现第三纪钾盐矿床。1877年，奥克谢尼乌斯根据德国钾盐沉积特征，以海水蒸发试验结果为依据，形成了海相成钾的矿床成因学说——“沙洲说”，它的基本观点认为：钾盐成盐盆地是一个海湾，由于强蒸发作用，海水依次沉积，最先沉积的是白云石，依次为石膏、石盐、钾镁盐。随后，根据现代盐湖成盐研究，1894年学者沃尔瑟提出了陆相成盐“沙漠说”。“沙漠说”认为：盐分主要来自于陆源岩石的长期风化，易溶盐迁移到沙漠盆地中。由于蒸发作用，形成各种盐类物质。此后，对钾盐成因出现了许多争论，但100多年来仍以"沙洲说"占主导地位。 

　　郑绵平院士强调，蒸发沉积是盐类矿产最基本的成矿作用。蒸发岩是盐类岩中的主要类型，对蒸发岩的物理化学理论认识在发展中形成两大学派。19世纪末至20世纪初，在德国形成了范特-霍夫学派；随后，前苏联基于古代钾盐和现代盐湖的大量研究，提出了新理论认识，形成了库尔纳科夫学派。范特-霍夫学派、库尔纳科夫学派开创了盐类学术以物理化学为主导研究的阶段，产业发展进入以石盐、碱、硼小规模开发阶段。两个学派的论战推动了蒸发岩成因理论的发展。 

　　我国开发利用盐类矿床历史悠究，发展中作出了中国贡献。 

　　郑绵平院士介绍，根据考古和历史记录以及界内学者研究，中国是开发利用盐类矿床历史最为悠久的国家。中国早在4600年前就开始开采盐湖生产食盐，最初是采石盐以供食用。当时位于中原边缘的山西运城解池就是最早开发的盐湖之一。据制盐工艺考古和碳14（¹⁴C）年代学研究，该湖古代采盐后的“硝板”最厚达5.76米，其底部黏土层碳14（¹⁴C）年龄为4600多年。  

　　郑绵平院士说，在四川自贡，早在公元76-88年就开始了井盐生产。1900多年来，自贡地区钻成盐井、天然气井13000多口。在井盐开采、炼制过程中，先后发明了顿钻凿井法、薄层盐水溶连通开采技术等。钻井中，11世纪中国就采用了铁质钻头，而欧美使用铁质钻头则是在18世纪。因为四川是竹子产地，钻探材料使用上，采用的是竹子、竹蔑绳，并掌握了复杂加工工艺，1041年出现卓筒井。钻探时连接钻头上边用的材料是竹绳，因为竹绳有弹性，钻头往下冲击后可以弹回来。这种工艺可以获取岩屑，并达到较大的深度。在宋朝，卓筒井可钻凿到100-300米，在清代的1765年，可钻凿到530米。而欧洲凿井早期采用的材料是粗麻绳，深度在250多米。 

　　郑绵平院士特别介绍了位于四川自贡的燊海井。“它是迄今保存最完整的井盐生产遗迹，是一口兼产天然气和黑卤的生产井，开钻于1835年，井深达1001.42米，是世界上第一口由人工钻凿的超千米深井。而同期欧洲开凿的深井井深为580米。有确凿证据证明，中国古代井盐生产历史悠久，工艺先进。” 

　　那么，当代中国在盐湖学方面作出什么贡献？ 

　　新中国成立后的1956年，化工部地质矿山局就组织郑绵平等3人为柴达木盐湖普查组，开展盐湖资源普查。1957年，中科院综合考察委员会组织了柴达木盐湖科学调查队，开展盐湖科学考察，在队长柳大纲先生领导下，郑绵平发现了察尔汗找钾线索，发现钾盐矿物新生光卤石。随后由他带领一个小组，圈定附近90km²含老光卤石的矿床，并采取了湖周不同地段的卤水样，按照柳先生的安排，由郑绵平主笔撰写了《1957年柴达木盐湖科学调查工作报告》，估算氯化钾资源量1.5亿吨。这份报告为海西地质队1958-1960年钾盐勘探提供了主要依据。 

　　郑绵平院士指出，1957年我国发现察尔汗盐湖钾盐矿床，不仅具有重要经济意义，而且也是世界上独特的内陆盐湖钾钾盐矿床实例。欧美的大型钾盐矿床几乎都产自海相地层中。而现代的内陆盐湖中也没有见过丰富的钾盐沉积，因而100多年来对钾盐矿床成因研究都集中于海相矿床。 

　　郑绵平院士还指出，在我国数十年盐类科学的发展中，袁见齐教授为代表的老一辈地质学家是创建我国盐类矿床学的杰出代表和开拓者之一。他在上世纪40年代就深入我国大西北达1年以上，期间调查盐矿、盐湖达47处。他率先对我国西北盐矿地质和成因进行了论述，“从此，我国西北丰富的盐矿资源始为世人所知。”在新中国第一个五年计划，袁先生率先在我国高校建立盐类矿床科研组织，并举办培训班等，发表了一系列相关论著，发展了我国钾盐找矿队伍，培养出新中国第一批盐类地质人才，他的贡献厥功至伟。袁先生还是做学问实事求是的典范。他对（1957年）察尔汗陆相钾盐的发现十分重视，1958年，他亲率部分学生赴现场工作。“因为按照传统的钾盐成矿理论，内陆盆地一般不易形成钾盐矿床，但他尊重事实，亲自对这个世界罕见的盐湖钾盐矿进行了周密调查，作出了科学分析。”殷维翰（1989）。他首先提出“高山深盆”成钾模式，先后发表40余篇相关论著，总结出一系列具有中国特色的内陆盐湖钾盐成矿理论认识，丰富并发展了世界钾盐成矿理论，为我国盐类学学派的创立作出了重大贡献。 

　　那么，陆相成钾理论改革开放以来在钾盐评价、勘查实践中取得哪些深化与发展呢？ 

　　郑绵平院士指出，陆相成钾理论表明，陆相卤水承袭演化亦可形成大规模钾盐矿床。这些年来主要进展为： 

　　一是提出“多级湖盆深盆成盐模式”。我们通过研究柴达木盐湖成盐元素深时演化发现，从古近纪以来，从南到北初始成盐时间分别为：狮子沟48个百万年（首次取得）、大浪滩大于5个百万年，察汗斯拉图3.6个百万年、昆特依0.83百万年。在柴中断裂以东南，达布逊湖4.75万年开始成盐。石盐/碎屑比值增大，分别在大浪滩、昆特依、察尔汗形成钾镁沉积中心、钾镁盐的次级中心、巨量石盐和最大的钾镁盐沉积中心，即“多级湖盆深盆成盐模式”。这是由于察尔汗盐湖钾物质来源于古风化盐，在长期封闭的内陆盆地中盐类在化学分异和重力场作用下聚集、承袭迁移，导致钾镁盐从分散-聚集-超常聚集。 

　　二是发现新类型资源——砂砾型含钾卤水，揭示了它的成矿机制。 柴达木盆地是全球最大的陆相成钾盆地。近年来柴达木陆相深部钾盐综合资原调查取得重大突破：建立“砂砾型承袭钾盐模式”，通过与柴综队密切合作，成功地找到新类型砂砾型含钾卤水，初步查明氯化钾资源量6.3亿吨。 

　　其他进展还有： 

　　——实现高镁锂比卤水的工业化提锂生产。青海盐湖卤水高镁锂比是世界难题。经过四个五年计划攻关，我国盐湖锂已实现了工业化生产。盐湖提锂处于国际先进水平。 

　　——通过青藏高原盐湖盐类矿物和水化学的系统研究，新发现6种新矿物（水碳硼石、章氏硼镁石、三方硼镁石、多水氯硼钙石、扎布耶石和祁连山石）；首次系统编制了1：250万青藏高原湖泊水化学分带图。 

　　——取得稀释成盐新认识。青藏高原地质调查发现，在湖缘淡化带有大量的硼镁酸盐。实验发现，在天然的析盐过程中镁硼酸盐多聚硼氧阴离子卤水在放置过程中，稀释后反而析出硼氧酸盐，取得了“稀释成盐”新认识。 

　　——盐沉积与古气候变化研究方面：通过研究中国南岭以南古新世盐湖区分布与变迁，取得中国干早带由南往北有8个纬度的北迁。该认识成为后来古气候研究的基础格架。还有，柴达木盆地西部含盐湖相沉积与全球变化关系研究、盐湖微生物形究、盐类与类地行星研究均有新的进展。  

　　海相钾盐矿的寻找一直盐类科学中难啃是“硬骨头”。谈到海相钾盐进展问题，郑绵平院士介绍，而我国海相找钾从20世纪50年代开始做工作，一直没有大的突破。目前我国国产钾盐主要靠陆相钾盐。找钾盐需要海相、陆相并举。要突破，就需要研究海相，海相找钾得有海的背景。 

　　郑绵平院士介绍，世界上钾盐成矿有两个大的构造背景：一个是泛大洋地质背景；一个是中新生代的特提斯海地质背景。泛大洋地质背景的海相地层主要是元古代-古生代，全世界钾盐矿床也主要在产自这个时代，海相钾盐矿处于当时南北纬30度之间的干旱带，主要在亚洲，被称作“亚洲现象”，如东西伯利亚钾盐矿储量达700亿吨。而中新生代特提斯海背景下的钾盐矿，涉及中亚、我国云南及下扬子地区等。目前看来，中国泛大洋背景下形成的蒸发岩是有的，但现在埋藏太深；特提斯海背景下的蒸发岩由于中国是小板块、构造活动复杂、频繁，海相钾盐不易找到。要突破，必须下大力气对科学问题开展攻关。 

　　郑绵平院士介绍，通过十几年工作，中国在海相成钾理论上有一些新的认识：通过研究和调查，认识到四川盆地东北部钾-锂-气是“三层楼”资源架构：一层楼是天然气产层；二层楼是“新型杂卤石钾盐矿”；三层楼是富钾卤水层。在云南是“二层楼” 成钾模式，用“二层楼”成钾模式指导找矿取得了进展。 

　　盐湖学进入多学科多领域交叉融合发展新时代，展望未来，盐湖学发展面临怎样的挑战？ 

　　郑绵平院士说，盐湖处于大气圈、水圈、生物圈、岩石圈多圈层交汇处，是大气圈、水圈、生物圈、岩石圈演化的窗口。它不是一个简单的窗口：大气降水、冰雪融水、河水、地热水最后都汇集到盐湖。研究盐湖成矿规律需要对这些圈层进行长期、持续的观测。 

　　说到盐湖学发展趋势，郑绵平院士认为，现代盐类科学发展在21世纪已进入多学科、多领域交叉融合发展的崭新时代，进入到现代地质学、生物学、化学与化工等多学科研究盐湖与盐类沉积阶段。盐湖与盐类沉积研究已大大超越了矿床学和湖泊学的范畴，拓展到对盐类聚集体的研究，不但在盐类资源的地质、化学、工程技术领域日益深入，而且在生物学、医学、保健学和环境生态学领域也开展了日渐深入的探索。例如，盐类及盐碱土研究已达到综合利用、碳中和初始阶段层面。相关研究表明，碱性盐湖和盐减湿地具有碳汇功能，盐穴等具有储碳功能。我国现有的碱性盐湖（PH>7）有178个。未来，应进一步开展全球性碱性盐湖和盐碱地的碳汇研究。 

　　盐湖学面对的挑战有如下方面： 

　　挑战之一：人类对盐类的需求是重要的挑战。如现在锂矿依存度70%。预测锂的刚性需求到2025年要增加3倍碳酸锂；钾盐也是如此，且是长期刚性需求，钾盐对外依赖大。我国已解决了50%，其他50%怎么办？国内如何保障我国钾盐稳定的供给? 

　　挑战之二：当今盐类科学发展的面临最前沿问题如何破解？如，盐湖盆的演化与多层圈研究；盐资源的形成与气候、物质和构造机制的耦合研究；陆相成钾理论的深化；碎屑岩类型的海相成钾规律及其后期保存机制、海相盆地富锂机制、锂的预富集与超常富集等的研究。 

　　挑战之三：如何破解盐类技术发展的关键瓶颈。如低浓度锂资源的提取利用、超前提锂，如何发展出少用或不用盐田、保护草场的创新技术等。 

　　挑战之四：盐类与人的健康发展。在世界各地盐湖受到水污染、生物多样性丧失以及盐田建造对草场、湿地破坏情形下，如何解决盐湖生物多样性、生态环境保护、盐湖与盐碱地碳循环、盐藻与碳中和等课题。 

　　郑绵平院士最后强调说，应对当前挑战，世界盐湖科学界要加强合作交流，进一步拓展盐科学研究领域，为盐类资源高效绿色开发与环境保护、盐类产业高质量发展作出新贡献，共促盐湖事业发展繁荣！