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2016年01月13日 星期三

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一片丹心献盐湖

——郑绵平院士六十八载找钾纪实

来源:中国矿业报 作者:樊馥、邢恩袁、侯献华 发布时间:2024-06-21

1956年秋,郑绵平刚刚从南京大学毕业,意气风发地踏上北上的火车。那个时代,全体中国人民以前所未有的热情投入到新中国的建设中。郑绵平也带着资源报国的梦想到北京化工部地质矿山局报到,就此开启了郑绵平与柴达木的不解之缘,也开启了他与盐湖事业的浪漫之约。

一“闯”柴达木盐湖 

北京的秋天,是一年中最美的季节,银杏金黄,枫栌似火。郑绵平刚安顿好住处,还未领略国庆节宏伟的天安门广场,就接到了时任化工部总工李悦言下达的重要任务。李总工派郑绵平和两位同事组成盐湖普查组,去青海进行盐湖调查。当时,李总工只是简单介绍了这次任务的背景,后来郑绵平听说是源于一位西北工作的老先生给政务院提出了“西北盐湖很多,要做工作”的建议。李富春副总理下达了“要搞盐湖”的动员令。北京化工部地质矿山局积极响应国家号召,安排了这次西北盐湖调查任务。于是,郑绵平刚刚报到两三天,就和同事们踏上了前往青海柴达木盆地的漫漫征程。

郑绵平和两位同事先乘火车到达西安,并在西安排队买到了发往兰州的汽车票。到达兰州后,他们又继续排队买长途车票。那时的长途车,就是带个棚子的解放牌卡车。卡车上,大概30余人并排挤坐。沙土路起伏不平,灰土翻滚,大家每次下车都像“白毛女”一样,满脸满头都是灰。就这样,经过一路颠簸,普查组终于抵达了青海西宁。自西安出发,从车水马龙的千年古都到飞沙走石的高原,一眼望去,尽是一片秃山、黄土,呼呼的风声,夹着砂砾,许久不见一个村落。面对一片荒凉的景象,面对如此广袤却落后的祖国西北边陲,郑绵平回想起了抗美援朝报名参军时的满腔热情,想起了大学毕业时,填写志愿“到祖国最需要的地方”。如今,他终于得以所愿,心中升腾起比任何时候更强烈的建设大西北、建设祖国的责任感、使命感。

10月份,西宁的温度已到零下,普查组成员都是第一次领略西北深秋的寒冷。据当地人介绍,他们要去的柴达木盐湖-戈壁地貌区,目前只有大柴旦柴达木工作委员会有住的地方。他们在西宁做好了野外调查必要的准备工作,购置了大衣、大头毡鞋、皮帽子、行军床等。同时,为了更好地完成任务,出发之前,郑绵平专门去西宁地质局查阅资料,遗憾的是,没什么收获,只找到了632普查队曾经过并发现察尔汗有大片盐沼泽等。

从西宁到大柴旦,一共走了3天。回忆起从北京出发的这段漫长盐湖之旅,郑绵平清晰地记得光路程就用了十几天,可谓“漫漫征程”。比起现在方便的交通,真是天差地别。从西宁到大柴旦路途长,普查组在青海湖不得不入住小旅馆,旅馆的被子表面发光,已被过往的入住者“打磨”得油亮,味道更是让上海来的钱钧无法入睡,他无奈架起行军床,铺上自己带的铺盖才睡下。而郑绵平用毛巾将靠近脸的被头包住,就这样度过了在青海湖畔难忘的一夜。

到达大柴旦柴达木工作委员会所在地,映入眼帘的是黄沙漫野的戈壁滩和远处冰川盖顶的巍巍群山。虽然自然条件恶劣,但从柴达木工作委员会正在建设中的工地上,让人感受到了热闹的气息。工地已经盖了一排土坯砖砌成的房屋,第二排正在建设中。新房门窗还没有安好,他们就推着从工地上借来的小板车,绕过一个个小沙丘,把行军床和行李拉到屋内,随后就地找来一些石头把房屋的门和窗子堵住。没干多久,就感觉气喘呼呼。大柴旦海拔3000多米,队员们猜想这应该是高原反应了。

安顿好后,郑绵平和其他两位同事就正式开始了他们的盐湖调查工作。当时普查组没有工作汽车,3个人就雇了骆驼队到大柴旦湖区调查取样。他们听说距离住处约十公里的北山有温泉,并且泉水很滑溜,在星期天搭着当地人去洗澡的卡车前往调查,经实地考察证实,泉水确实触感很滑溜,而且有些硫磺气味,还找到了一点盐华。在大柴旦湖滨一级碳酸岩黏土阶地上,他们见到废弃的铁锅和灶台。当地群众反映,大柴旦湖滨每年秋冬季岸上都会见到牧人扫硼土、熬硼砂、卖硼砂。普查成员进一步考察发现,这些硼土正是北山温泉水注入途中大柴旦湖留下的足迹,为温泉水流经湖滨碳酸盐阶地,与碳酸盐反应沉淀形成。郑绵平将这一重要找矿线索记录下来,并结合湖水和温泉水样品分析出高含硼的数据结果,得出“在湖中可能有硼矿”的推测。

普查组搭上了给修路队前往察尔汗送养的卡车,因卡车当日必须往返,他们只能在察尔汗修路地段调查采集了少量样品。

这次盐湖调查,盐湖普查组在察尔汗、大柴旦盐湖区,取得了盐湖卤水和固体盐样等宝贵的第一手野外资料。卤水样品在化工部地质矿山局实验室进行了分析,获取了盐湖卤水元素含量数据,分析结果显示,察尔汗卤水钾和大柴旦卤水硼含量都较高。与此同时,按照原地质科长陈培洛指示,由郑绵平主笔撰写了《青海省柴达木盆地硼砂、钾矿调查报告(1957年1月)》(手写稿,化工部内部资料),这份报告里提供了察尔汗、大柴旦湖等地找钾、硼线索。也多亏钱钧的父亲是新闻记者,借给了儿子照相机,因此留下了这次考察的珍贵照片。经过六十余载岁月的洗礼,这几张黑白照片已经微微发黄,它承载了新中国成立初期,盐湖地质工作者勇闯高原戈壁,在盐湖生命禁区为祖国寻宝的大无畏精神,更记录了郑绵平等老一辈盐湖地质工作者战天斗地、甘于奉献的像火一样燃烧的青春岁月。

郑绵平(左)在青海大柴旦盐湖取样

二“探”柴达木盐湖 

青海柴达木盐湖调查任务结束回京后,1957年初,郑绵平先跟化工部苏联专家舒金和李悦言总工一起到东北调查硼镁石,随即又转战连云港考察前寒武纪磷矿和安徽向山硫铁矿。在向山调查时,郑绵平接到上级电报,让他赶紧回京,参加中国科学院青海盐湖科学调查队。郑绵平了解到,这次中国科学院考察,已经正式任命柳大纲先生为调查队长。回北京后,他立刻到柳大纲处报到,他向柳先生汇报了1956年盐湖调查中关于察尔汗、大柴旦等盐湖的一些情况。柳大纲听后,甚感欣慰,增添了对即将开展的柴达木盐湖考察工作的信心,他语重心长地对郑绵平说:“这次考察,地质可就靠你了。”同时,柳先生向郑绵平进一步介绍了盐湖考察队人员组成情况,除了中国科学院化学研究所牵头外,考察队汇集了化工部地质矿山局、上海化工研究院、天津化工研究院、轻工部自贡盐务局和北京盐勘队等单位的相关人员。

在此次交谈中,柳大纲提到本想让袁见齐先生担任副队长,但袁见齐当时还兼任北京地质学院院长助理,学校工作太忙,暂脱不开身,最后韩沉石(中国科学院总务处处长)被任命为副队长。队伍中配备了各学科专业人才,但地质专业主要成员袁见齐不能参加。因此,柳大纲特意嘱咐郑绵平出发前去袁见齐处请教,征求一下袁见齐的意见。

听到是要拜访袁见齐先生,郑绵平特别高兴,他清晰地记得,在南京大学读书时,中国钨矿专家徐克勤针对盐类矿床给大家讲了一节课,其中就提到了李悦言和袁见齐。到北京工作后,很有幸先后见了这两位大家,获得向他们学习请教的机会。柳大纲比袁见齐大几岁,柳大纲曾在东南大学化学系当助教,是袁见齐的老师,先辈熏陶,使郑绵平受益良多。

郑绵平拜见了袁见齐老师,袁先生对柴达木盆地找硼抱有很大希望,因为青藏高原历史上有出产硼砂的报道,藏族同胞很早便发现并用于治病和焊接金属。而对于是否存在钾盐矿床,袁见齐则持比较谨慎的态度,认为找钾希望不大。

早在1946年,袁见齐在“西北盐矿概论”一文中提到:“在茶卡母液中,已证明钾之存在,但成分多寡,尚未测定,能否利用,亦未可必?”这反映袁见齐对盐湖成钾的谨慎态度。由于在德国最先发现固体钾盐,当时世界上的钾盐几乎都是产于海相固体钾盐矿床。因此,世界盐类研究领域似乎对海相成钾已形成普遍认识。一般认为,陆相沉积中主要形成石膏、芒硝、石盐等盐类矿床,不能形成工业钾矿床,理由是内陆盆地规模小,物质来源不够丰富,盆地的发育时间远不如海盆地那么悠久,可溶盐类的分异不完全,对陆相盆地中形成的盐类矿床的规模和成分起了决定性的影响,特别是钾离子容易被黏土物质所吸附,陆相盆地中的钾易被土壤和风积物所吸附而大量损失,使陆相盐类矿床中极端缺乏钾,难以形成钾盐矿床。因此,基于当时盐类矿床的认识水平及受世界流行的海相成钾理论认识影响,袁见齐认为柴达木盆地古代和第四纪气候不同,古代气候多是长期稳定,持续干热,而第四纪四季干湿变化大,钾盐溶解度大,不易沉积或保存,同时周围补给水在流动过程中,植物和土壤选择性吸附钾,流到湖水里钠多钾少,成钾可能性小,觉得找到钾盐比较难。

1957年9月出发前,盐湖调查队做了充分准备。由于此次考察涉及盐湖地质、化学、盐湖化工及工程众多相关专业,柳大纲在西宁宾馆组织了不同专业人员的交流活动,郑绵平作为地质专业且调查队中唯一开展过柴达木盐湖考察的技术人员,在交流中对1956年考察的一些地质认识和发现进行了介绍。

正式野外工作开始了,调查队先到大柴旦盐湖,然后前往察尔汗。因为是大部队,这次考察后勤保障水平相比1956年的第一次考察条件有明显提高,调查队配有多辆“嘎斯”车,考察队有了自己的汽车做交通保障,在湖区调查往返也较为方便。当时,在察尔汗湖东南的兰州航空部队在修建机场,经后勤协调,给考察队预留了几间板房。这几间板房不仅是住宿和分析实验室,还成为了此次考察的营地。

考察队全体到达察尔汗干盐湖营地的第二天早晨,郑绵平与柳大纲沿着盐湖营地附近的小路散步,发现路边每隔十来米就会出现一个浅坑,被太阳一照,亮晶晶地发着金光。基于地质工作者对盐类矿物的敏感性,郑绵平立刻趴在坑边往里看,发现坑里不但有盐湖区常见的卤水,坑壁四周还附着很多蚕豆大小的透明双锥晶体。舔之味道辣辣的,郑绵平赶紧抠出一块给柳大纲,他意识到,这就有可能是一种钾盐矿物。郑绵平当即就地进行了化学分析和镜检,结果显示,这些晶体是一种新沉积的光卤石,是当时国外专门用来生产氯化钾,也是钾肥的重要原料。

根据这一发现,由郑绵平牵头,带领高世扬等人在营地东部调查,在光卤石等沉积区扩大找矿。调查队在盐滩浅表地层中发现有大量分散的类似马铃薯的团块状老光卤石沉积。调查期间,利用航空照片拓展了考察范围,郑绵平负责圈定了面积达120平方公里的光卤石富集区。此外,又进行了环湖采样,郑绵平等人开展了察尔汗东到霍布逊、西到达布逊以西的系统调查。有一次车子陷进了沙丘,第二天才返回基地,这让柳大纲整晚惦念,他担心着郑绵平、高世阳以及同行人员的安全,并写在了日记中。

此次考察,郑绵平根据与早期航空照片对照,发现在航片上有晶间卤水的干盐滩呈现弱灰色调,而圈定了盐湖晶间卤水的边界和范围即矿体的分布范围,结合已有的浅井和浅钻的卤水分析结果,而进行全湖卤水钾(锂)资源量的匡算。

在考察队发现察尔汗钾盐当年就开始筹划提钾,根据光卤石加淡水就可析出KCl的反应,在柳大纲指导下,化工工程师曹兆汉带队建了试验厂。曹兆汉带领一批人,在察尔汗东南富钾区,聚集晶间卤水,沉积光卤石矿石,用小河淡水溶解光卤石后,就溶出氯化钾。1957年-1958年,在曹兆汉的带领下,土法上马的钾肥工艺,试产钾肥百余吨。

1957年开始的青海盐湖考察,揭开了察尔汗盐湖神秘的面纱,让世人了解了这个盐壳起伏、风沙肆虐的不毛之地,原是一个巨大的钾、镁(锂)资源宝库。考察结束后,柳大纲让郑绵平主笔撰写了《柴达木盐湖科学队工作报告简报》《柴达木盐湖科学调查报告》,报告中推算了察尔汗盐湖区钾盐和锂盐矿产的资源量:氯化钾(KCl)1.5亿吨,氯化锂(LiCl)376万吨,揭示察尔汗是个大型钾镁盐湖矿床,表明了现代盐湖亦可形成大型钾盐矿床,也首次推断该湖有锂资源。此外,郑绵平在该报告中通过大量调查实证,分析认为单一的昆仑山北麓来源河水不足以提供察尔汗-达布逊如此巨大的盐储量,亦不能解释某些微量卤素含量升高的原因。同时,报告中推断“钾盐量升高的原因应以残留古湖水的聚集以及第三纪、老第四纪含盐岩层的影响为主”的认识,现今已经越来越多地被勘查证据支持。该报告很快提供给刚成立的海西地质队,为该队开展察尔汗1959年初步勘查钾镁工作提供了最主要的依据。海西队《勘探报告》前言中特别指出:“科学院盐湖调查队1957年所进行的工作,第一次提供了较为完整的宝贵资料,它为我队初步勘探工作提出了最重要的工作依据,是使我们工作得以顺利进行的有利因素。”《勘探报告》求得氯化钾(KCl)工业储量1.48亿吨,与郑绵平调查报告对察尔汗卤水相关资源量的估算数据相近。

这次考察取得光卤石的发现和含钾卤水矿钾资源量成果,不仅让袁见齐受到极大的震动,也突破了原有海相成钾理论认识的“框架”,开始关注中国内陆盐湖成钾现象。1958年后,他多次带学生前往柴达木盐湖地区调查,依托察尔汗钾盐矿的发现,他率先论证了内陆盆地含钾沉积,以及内陆盆地钾的分异富集条件,为陆相成钾理论也做出了开拓性贡献。提起当年察尔汗液体钾盐的发现,郑绵平回忆道:当时,他观察到察尔汗卤水析出大量新生光卤石,小实验中光卤石溶解产出钾盐,特别是通过试生产,产出了钾肥产品,所以能跳出欧美和苏联“固体钾盐才是矿”的认识“框架”,将察尔汗卤水作为钾盐矿床评价,提出卤水也是矿的想法。提及袁见齐老师,郑绵平充满敬佩之情,他认为袁老师是一位求真务实的大家。1958年,在两论《矛盾论和实践论》学习中,袁见齐特意用察尔汗发现的例子,论证坚持实践第一性的重要性。

察尔汗盐湖钾盐的发现,结束了中国无钾盐和无钾肥的历史,是新中国矿床地质学的大发现,同时也揭开有中国特色陆相钾盐理论研究的序幕。

本文在成稿征求郑绵平院士意见时,他着重提出柳大纲的高瞻远见,提及锂Li6、Li7将来有大用途,所以1957年调查中在卤水测试项目中加测锂元素,而发现察尔汗卤水含锂较高,为此也对其资源量作了推算。察尔汗卤水的锂资源量,经过近期青海柴达木综合地质矿产勘查院、青海盐湖工业股份有限公司等调查评价显示,察尔汗全湖LiCl达1204万吨,也是我国第一大锂盐湖。经过青海盐湖集团等企业和研究单位等长期研发,已经攻克全球卤水超高镁锂比的难题,目前柴达木盆地年产碳酸锂达到5万多吨。

郑绵平院士在野外开展调查

六十八载奉献盐湖 

柴达木盆地察尔汗钾盐矿床的发现,并没有让郑绵平就此止步,而是继续向更高海拔的西藏高原发起了冲锋,几十年如一日,直至今天。1958年至80年代末,郑绵平通过深入西藏羌塘腹地,调查了班戈错、扎布耶、扎仓茶卡、结则茶卡等102个盐湖,收集了352个湖泊资料,获得了大量可靠、翔实的第一手数据资料,相关成果汇总于专著《青藏高原盐湖》中。

20世纪80年代末至21世纪初,他带队先后对扎仓茶卡、扎布耶盐湖、当雄错进行了勘探和详查,获得了KCl储量和资源量共计2657.2万吨。郑绵平在西藏地区主笔的各类报告,目前可查到详细数据KCl资源量/储量累计7384.74万吨。2015年以来,在郑绵平指导下,由其团队完成的相关调查报告中,获得的新增KCl资源量达609.47万吨。从1988年到2019年,郑绵平带领团队总计在西藏盐湖初步查明KCl资源量达8000万吨。此外,他主编的1∶250万青藏湖泊水化学图,已成为从事盐湖、湖泊、热水、嗜盐生物等领域调查研究学者,广为应用的盐湖成矿与水化学基础资料。

进入21世纪后,郑绵平又带领研究团队继续发展陆相成钾理论。在中国地质大调查项目的支持下,柴达木盆地找钾又有新的进展。郑绵平研究团队与青海省柴达木综合地质矿产勘查院密切合作,于阿尔金山前发现冲洪积扇型“老盐溶滤”砂砾岩孔隙含钾卤水,增加了数亿吨钾盐资源量,这是在柴达木盆地发现的新类型陆相深层“砂砾型”卤水钾矿。通过研究,郑绵平提出“承袭式”成钾模式,创新发展了中国的陆相成钾理论。该成果荣获中国地质调查局、中国地质科学院2014年度地质科技十大进展。

欧美多国的大型钾盐矿,几乎全部来源于海相,为可溶性固体钾盐。对于中国的海相钾盐,郑绵平没有放弃希望,他认为四川、滇西南、塔里木等地还可以找一找。四川杂卤石和深层卤水,尤其是深层卤水,由于多种元素共生,也极具开发前景。目前,以柴达木盆地盐湖为代表的中国陆相钾盐矿形成,是由于岩石长期风化和深部热水等多种物质来源补给、长期聚集且经过迁移和继承的结果。加拿大海相泥盆纪钾盐矿,盐盆沉积由西向东由石膏递变为石盐、钾盐,有明显的迁移聚集。同时,在中国西南海相兰坪-思茅盆地,以及周边国家老挝、泰国,现在已多证明物质来源为海相,但却在陆相碎屑地层中定位成矿,说明也存在迁移的情况,老挝、泰国巨量钾盐的成因,仍是悬而未决的问题。他认为,钾盐成矿过程中卤水的迁移富集,不论是海相还是陆相钾盐,应该具有普适性。郑绵平在1957年第一份报告中就曾提出迁移的观点,时至今日,他还在不断地思考、探寻卤水迁移的各种证据。

从1956年、1957年先后在李悦言、柳大纲的领导下,郑绵平揭开察尔汗盐湖神秘面纱,陆相钾盐成矿理论萌芽;至1959年后,袁见齐对察尔汗钾盐成因所做的大量深邃的论述;到柴西地区郑绵平等“砂砾岩”含钾卤水新型钾盐的发现,先后提出“迁移聚钾”“承袭成钾”等模式,郑绵平等老一辈科学家用了近70年的时间,培育、浇灌了“陆相成钾理论”,让它茁壮成长,时至今日,已经使之成为可以与“海相成钾理论”比肩的参天大树。郑绵平院士以及无数科研人员为陆相成钾理论的发展做出了实质性系列贡献。依托陆相成钾理论,如今,察尔汗、罗布泊等陆相盐湖已经结出累累硕果,察尔汗也成为世界上最大的陆相盐湖钾矿。中国产陆相钾盐几十年来支撑了中国农业用钾的半壁江山,作为我国钾盐稳定的“压舱石”,维持着我国钾盐国际进口价格洼地的地位,一直保障着我国农业用钾安全。近年来,柴达木盆地盐湖更是向着“世界级盐湖产业基地”发起冲锋。

翻阅郑绵平先生从学习到工作以来的一本本野簿、笔记、论文、著作以及与之相关的数据资料等,无不体现出他一丝不苟、实事求是、探索自然的工作精神。回首1957年察尔汗盐湖路边光卤石的发现,与其说是一种偶然,不如视为一位探索自然、求真务实的年轻科研工作者在追求真理道路上的必然经历。正是他在学习国外经典教科书上的内容后,发现了中国地质构造背景的特殊之处,带着疑问去实践,才能打破框框,取得新发现,找到符合中国构造特点的钾盐矿床,由此揭开“中国陆相成钾”理论研究和找矿突破的新篇章。

郑绵平院士经常教导学生:“做科研要扎根野外一线,向大自然学习,不要拘泥于课本,要尊重客观实际;做项目要讲团结,发挥集体力量才能做出有益于国家和人民的成果。”

在新的形势下,国产钾盐在保障我国农业安全生产方面愈发重要。因地制宜,发展新质生产力,发扬柳大纲院士、郑绵平院士等老一辈科学家团结五湖四海、不断探索的精神,响应国家对盐类矿产需求,目前已经形成了全国范围内的盐类矿产开发利用队伍——中国地质科学院矿产资源所盐类研究团队。该团队正积极承担科技部“钾盐深地”及自然资源部中国地质调查局“钾盐保供”工程,并联合青海省柴达木综合地质矿产勘查院等勘查队伍和全国产学研多学科力量。这支队伍必将紧扣国家粮食安全需求,在中国海、陆相钾盐找矿和综合开发利用的新航程上,破浪前进,不负时代重托。