腾格里沙漠地区砂质管状物的发现及其地质意义

徐少康宫天志

中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州，072754

腾格里沙漠地区砂质管状物的发现及其地质意义

徐少康*宫天志

中化地质矿山总局地质研究院，河北涿州，072754

砂质管状物，浅褐色，管状，致密，硬脆，中空，内孔贯通。长度3.4～18.1cm,外径1.55～3.5cm，内径0.6～1.9 cm, 壁厚1～11mm。随着长度由长到短，外径、内径及壁厚均逐渐变小。管内孔壁上时有白色微晶方解石薄膜，或有管孔被白色微晶方解石半堵塞。有的管子上有与主孔相通的小孔，小孔与管壁垂直、呈 30°交角或近于相切。按砂粒粒度，管子分为粗砂型和细砂型两种，其中粗砂型管子暗色砂粒含量略多。砂粒成分主要为硅质，胶结物主要为微晶方解石，孔隙式胶结。说明在地表砂层之下存在弱承压碳酸盐型咸水，这种水的上涌、渗透作用及沙漠特有干旱、风力等条件，是其主要成因。显示古腾格里湖在干涸过程中，湖水经历了“碳酸盐型→硫酸盐型→氯化物型”的浓缩过程。如果在古代砂岩中发现相同或类似的管状物，可进一步推断，该砂岩形成环境为古沙漠、有在同一套地层中存在蒸发盐矿产的可能。

砂质管状物，成因，地质意义，腾格里沙漠

继在中国青海省柴达木盆地东北缘托素湖一带古近系砂岩中发现的铁质管状物之后，笔者在腾格里沙漠地区又发现了一种形状奇特的“砂质管状物”（照片2～8），并对其进行了研究。现就有关情况介绍如下。

1 腾格里沙漠概况

腾格里沙漠位于中国北部，平面形态呈近圆形，面积约 3.14×104km2,海拔高度一般 1300～1400m。四面环山，山区海拔高度一般 1700～4000m（图1）。沙漠区被黄褐色砂子覆盖，沙丘、沙梁一望无际、蜿蜒起伏、连绵不断；一般无植物生存，在局部沙丘、沙梁之间的凹地中可见天然生长的杂草（照片1），偶见生长茂盛、高度数米的树木。

沙漠气候极度干旱，降水量极小，一般40～150mm/a，主要集中于6～9月份。蒸发量大，一般1400～2000 mm/a。年均气温低于0 ℃，昼夜温差大。冬季西北风盛行，其它季节主要为东南风。

沙漠地区有较多现代盐湖，规模均不大、面积一般数至十余平方公里，最大的 30km2，有的已干涸、成为砂下湖，有的仍有地表卤水、正在沉积盐类矿物。据主要盐类矿物成分特征，可分为 4种类型：石盐（NaCl）型，石盐（NaCl）+白钠镁矾（Na2Mg（SO4）2·4H2O）型，石盐（NaCl）+芒硝（Na2SO4·H2O）型，芒硝（Na2SO4·H2O）型。上述各类盐湖分布于沙漠的不同位置（图1）【1】。

2 砂质管状物的特征

2.1 砂质管状物发现时间及产出位置

发现时间为2000年10月21日下午，晴天，微风。砂质管状物，约20余根，散乱地分布于约0.16(0.4m×0.4m)m2范围内,笔者随机地取了8根(照片2)。

图1 腾格里沙漠地质略图Fig.1 Geological schedule of Tengery desert

产地位于腾格里沙漠中部，民勤东南约21.4km处，地理座标为：E103°24′50.40″，N38°30′44.68″，H1358m(测量仪器为：手持GPS定位仪器，北京合众思壮科技有限责任公司产，型号 eTrex summit，误差10m以内)。

砂质管状物产于两沙梁之间、长条形凹地迎风坡下部近脚处。凹地大致呈北东—南西向延伸，目估长约 1000m、宽约 200m，整个凹地被松散的沙子覆盖。在产出处南西约100m处，有一片面积不大（约几十平方米）、较茂盛的杂草，草深约 0.30～1m左右。整个凹地内未见地表水，地表沙子干（产出处的实际地貌，由于相机原因当时未能拍下，与照片1所示的情形大致相似）。

2.2 砂质管状物描述

颜色及形态：均呈浅褐色，管状，一般呈近圆柱状，个别细的呈扁平状，多数较直、少数略弯曲，有的表面起伏不大，有的表面略有凹凸，长短、粗细不一，最长的 18.1cm,最短的 3.4cm,最粗的外径 3.5cm, 最细的外径 1.55cm。总体变化趋势为：越长的管子外径越粗，越短的越细(照片2)。

内孔：内孔形态与管子外部形态基本一致、一般呈近圆管状（照片6）、个别细的呈扁管状（照片7），具贯通性（较直的可通视；较弯曲、不能通视的，水从一端注入，从另一端流出）。除 3号管外，有的内孔壁上有一层白色薄膜（照片5）,厚度小于1mm、1～3mm,个别细管内孔被白色粉末状物质半堵塞（8号管）。内孔直径一般0.6～1.9 cm, 总体趋势为：外径越大的管子内径也越大。

壁厚：一般 1 ～11mm，总体趋势为：越粗的管子壁也越厚。

小孔:个别中等粗细的粗砂型管壁上偶见小孔。小孔穿透主管管壁,与主内孔连通。据与主管的关系，可将小孔分为三种类型：①与主管壁垂直，形态呈近圆形或不规则状，孔径 3.5～6mm（照片2中3号管）；②与主管呈30度左右的交角，近圆形，内径 2～3mm,壁厚 0.6～1mm（照片8）；③与主管外壁大致相切，近圆形或不规则状，内径1mm±,壁厚1mm±（照片3）。

2.3 砂质管状物的简易测试特征

肉眼和放大镜下观察，管子均呈致密状。所有管状物均较硬,用手用力捏之均不变形、不破碎，用锤击之则碎，呈现硬脆的特征。将管状物（6号管—细粒型，7号管—粗粒型）放入淡水（饮用自来水）中2h50min，均丝毫无损，物质没有被溶现象。仅在刚入水的数秒内，有数个气泡出，说明管子中有少量微孔隙。将 1号管内壁带白色薄膜的一端置于淡水中92min，白色薄膜状物质及其它物质均丝毫无损、没有被溶现象。所有管状物的外壁和内壁（包括白色薄膜处），用稀盐酸（5%）滴之剧烈冒泡，用茜素红溶液滴之变红。

2.4 砂质管状物的矿物成分

砂质管状物由砂子、胶结物及内空中的白色粉末状物质组成。

据砂子的粒度，管状物可分为两种类型：粗砂型（第2～5、7、8号）和细砂型（第1、6号）（照片2、4、5）。

粗砂型管状物：砂粒呈次圆状，粒度一般0.2～2mm，少量小于0.3mm。其中，浅褐色硅质（以石英为主）砂粒占70%～87%左右，杂色砂粒占8%～17%左右（颜色包括粉红、红、紫红、黄红、灰、灰绿、黑色、灰白色等，成分主要为硅质、钾长石、角闪石、岩屑、斜长石等）。 胶结物，白色，带淡黄色色调，微晶粒状，分布于砂粒间空隙中，成分主要为方解石，含量约3%～7%。孔隙式胶结。

细砂型管状物：砂粒呈次圆状，粒度一般0.1～0.3mm，少量可达 0.5mm±；浅褐色硅质砂粒（以石英为主）80%～87%，灰绿色、黑—深灰色、黑灰色砂粒占4%～7%，其它杂色（绿、白、褐红、紫红、粉红、黄红）砂粒占3%～11%。胶结物，白色，带淡黄色色调，微晶粒状，分布于砂粒间空隙中，成分主要为方解石，含量3%～4%。孔隙式胶结。

两种管子，砂粒的成分总体上看，粗砂型管子暗色（灰、灰绿、黑色）砂粒明显较多，其它成分差别不大；胶结物成分一致，含量无明显差异；胶结方式相同。

内空中的白色粉末状物质，矿物成分主要为方解石。

3 成因分析

据管状物的特征及其本区的地理气候背景分析，笔者认为：管状物是浅层承压碳酸盐型咸水向上涌出作用的产物。

管状物的形成过程（图2）：在砂层下面存在碳酸盐型承压咸水，压力的驱动使其在上覆砂层厚度较薄处向上涌出地表。咸水在涌出程中，同时沿水平方向渗透。较深的部位，由于压力相对较大、浸泡时间相对较长，所以，咸水渗透影响的范围相对较大；反之，较浅的部位，渗透影响的范围相对较小。在咸水渗透影响范围之内，从咸水中析出的碳酸盐矿物（方解石）将砂子胶结，便形成了粗细不同的管子。

管状物上小孔的成因：咸水在上涌过程中，可形成一些次一级的通道，这些次级通道与主通道可有不同的夹角。因此，在某些管子上存在不同产状的小孔（照片2中的3号管，照片3、8）。由此可知，与主管夹角呈锐角的小孔（照片8），其锐角所指的方向应为管子的下端。

图2 腾格里沙漠地区砂质管状物形成过程示意图Fig.2 Formation process sketch map of sandy pipe-shape mineral at Tengery desert district

决定管状物砂粒粒度的因素：沙漠中不断变化的风力，使不同粒度的砂子在不同的部位沉积（野外实际观察到）。因此，在沉积剖面上，不同粒度的砂层交互出现。比重的差异，导致暗色矿物在粗砂层中相对富集。上涌的咸水，同时穿过了粗砂层和细砂层，便形成了粗砂型管和细砂型管。

管状物折断的原因：据简易测试，所有管状物均较硬、不易变形、不易破碎。从图2显示的过程分析，管状物应是完整的一根。那么，为什么是多根、并显示“越长的管子越粗，越短的越细（照片2）”的变化规律呢？主要原因是，在管子形成过程中，存在风的作用：咸水在上涌过程中形成的管子仍处于湿润状态，胶结不牢，极易受力折断；此外，风不断的将迎风坡砂子吹走，导致管状物逐渐高出地表；当高出地表的部分达到适当的长度时便被风力折断；由于“越粗管子抗折力相对较大、越细的管子抗折力相对较小”，所以便显示“越长的管子越粗，越短的越细（照片2）”的变化规律。

上涌水的特征：水的上涌，说明水本身受力，应为承压水。管状物的规模较小，显示承压水量和受力均较小，应为浅层弱承压水。胶结物为碳酸盐矿物（方解石），有的管子被白色粉末状物质半堵塞，说明水中的盐分主要为碳酸盐、且浓度相对较高。据本区地理环境分析，这种水应为：沙漠化之前盆地中的水经蒸发浓缩作用形成。

4 对比

1996年，白渔在青海省柴达木盆地东北边缘的托素湖一带新近系-古近系砂岩中发现了一种铁质管状物；2001年，由中国地震局地质研究所等单位一些专家组成的科考队对其进行了进一步的科学考察和研究，认为主要由碳和黄铁矿组成，此外还含有钾、铝、钠、铀等元素。关于其成因，主要有三种观点：①可能是外星人构建的管道群；②由从岩石裂隙中喷射出的熔岩形成；③树枝化石【2，3】。该发现曾被多家媒体报道。

本文报道的砂质管状物的成分及成因等与托素湖地区的铁质管状物显然不同。

5 地质意义

（1）砂质管状物胶结物为方解石，说明在地表砂层下面存在碳酸盐型咸水。

（2）古腾格里湖干涸过程湖水的演化过程：腾格里沙漠地区分布有较多的现代盐湖，规模均不大，有的已干涸、成为砂下湖，有的仍有地表卤水、正在沉积盐类矿物。据矿物成分特征可分为4种类型：石盐（NaCl）型，石盐（NaCl）和白钠镁矾（Na2Mg（SO4）2·4H2O）型，石盐（NaCl）和芒硝（Na2SO4·H2O）型。上述各类盐湖分布于沙漠的不同位置。综合分析上述资料可知：古腾格里湖在干涸过程中，湖水经历了“碳酸盐型→硫酸盐型→氯化物型”的浓缩过程，同时，在干涸过程中地表水在不断迁移，迁移的原因应为区域构造运动的影响。

（3）本文报道的砂质管状物，虽然发现在腾格里沙漠地区，但在其它现代沙漠地区也可能存在同类型的砂质管状物。

（4）本文报道的砂质管状物虽发现于现代沙漠中，但不能排除在古代砂岩中发现的可能性。如果在古代砂岩中发现相同或类似的管状物，那么可进一步推断，该砂岩形成环境为古沙漠、在同一套地层中存在蒸发盐矿产的可能。

（5）本文报道的砂质管状物的形成过程，对“托素湖地区管状物”的成因研究，有一定的启示作用。

1 李博昀，刘振敏，徐少康，等. 腾格里沙漠地区盐湖卤水水化学特征[J]. 化工矿产地质, 2002,(1):33～38

2 白渔. 走进柴达木[M]. 西宁：青海人民出版社，1997

3 王玮. 托素湖“外星人遗址揭秘”[N]. 燕赵都市报，2003-9-28（19）

照 片 说 明

1.腾格里沙漠局部地貌，人左侧凹地中可见绿色植物

2.砂质管状物几何特征对比，总体形态均呈管状，随着长度的减小、直径也变细。3号管子上有两个小孔，形态近圆形或不规则状，孔径 3.5～6mm，均直于管子表面、与内孔相通。红色斑迹为滴茜素红溶液留下的痕迹（管子上的字符为编号，自左往右依次为：1，2，···8 号）

3.粗砂型管子（2号管），暗色砂粒明显较多；其上有一个小孔（黑箭头指处），近圆形，内径1mm,壁厚1mm，与主管外壁大致相切，与主内孔相通

4.细粗砂型管子（1号管），暗色砂粒明显较少

5.内孔壁上的白色粉末状方解石（1号管）

6.近圆柱状管子的横断面（2号管），内孔也成呈近圆形

7.扁平状管子的横断面（8号管），内孔也成呈扁平状，内孔壁上有较多白色粉末状物质

8.2号管上的小孔，与主管呈 30度左右的交角，近圆形或不规则状，内径 2～3mm,壁厚0.6～1mm

DISCOVERY OF SANDY PIPE-SHAPE MINERALS AT TENGERY DESERT DISTRICT AND ITS GEOLOGICAL SIGNIFICANCES

Xu Shaokang Gong Tianzhi
Geological Institute of China Chemical Geology and Mine Bureau ，Zhuozhou，Hebei，072754， China

The characters of sandy beige pipe-shape minerals are massive, hard, middle-hollow, and endoporus transfixion, with the length of 3.4～18.1cm and the outside diameter of 1.55～3.5cm, inside diameter of 0.6～1.9 cm, the wall thickness of 1～11mm. The wall thickness of outside and inside diameter sdwindle away with the length getting shotter. Some white microlite calcite membrane sometimes occurs at the bore wall in the tube or jam in it. Some small bores communicated with the tube upright or tangency the wall with 30°. There are two types of tubes, fine sand tubes and coarce sands with more dark silicone sand and microlite calcite cement,all of which shows that there is weak bearing carbonate salt water under ground layer formed by some conditions of the water emerge, osmosis and the drought, winder power. The Tengger lake water suffered carbonate-sulfade-chloride process. We could conclude that the sandstone were formed in ancient desert conditions if same or similar tube-shape minerals were found in ancient sandstone, and will find the evaporation minerals in the same stratum.

sandy pipe-shape mineral，formation cause，geological signifacance，Tengery desert

P941.73

：A

：1006-5296（2010）04-0221-05

* 第一作者简介：徐少康（1955～），男，地质专业，高级工程师

2010-03-30；改回日期：2010-04-26