傳統的鹽湖水鹽體系研究的內容有：鹵水的物理性質和化學性質以及水鹽體系相平衡等。鹵水物理性質有鹵水之顏色、混濁度、密度、鹵水分層現象等，鹵水的化學性質主要研究鹵水的成分和日曬鹽田的鹵水化學。應當指出，上述研究內容都不能回避生物和生物作用以及其對鹵水物化性質的影響。
壹、鹵水的物理性質
1.鹽湖水的顏色
鹽湖水的顏色多種多樣，計有藍綠色、微紅色、粉紅色、紅色等。同壹鹽湖不同季節其顏色亦不同。古人對鹽湖湖水的顏色早有記述。兩千多年前，北魏酈道元在其所著《水經註》中寫到：“今池水（山西運城鹽湖）東西七十裏，南北十七裏，紫色澄亭，渾而不流”。宋代沈括在其所著《夢溪筆談》中曰：“解州鹽池……鹵色正赤，在阪泉之下，俚俗謂之‘蚩尤血’……”。這裏，“紫色”、“正赤”、“蚩尤血”都指的是山西運城鹽湖鹵水的顏色。
不論是鹽湖，還是曬鹽池，我們都可以看到，隨著鹽度的逐漸升高，鹵水的顏色逐漸地加深，由綠而褐而紅。關於鹵水顏色的成因，過去人們認為與鹵水的離子成分有關，但直到現在，人們才有壹個較清楚的認識即顏色與不同鹽度中所生活的菌藻類的多寡和不同生物種屬有關。酈道元說的“紫色”、沈括說的“赤色”和“血紅色”都表明當時運城鹽湖鹵水中已生長有眾多的紅色嗜鹽細菌、嗜鹽藻類和紅色的鹵水蝦等生物。
2.混濁度
鹽湖鹵水的混濁度隨地點和時間而改變。混濁度是由藻類和懸浮的鹽類礦物以及非鹽類的礦物碎屑所決定的。以硫酸鈉鹽湖為例，當春天芒硝溶解和新孵化出的鹵水蝦和鹵水蠅幼蟲消耗藻類時，鹵水的混濁度即急速下降。生活於鹽湖之中的鹵水蝦和鹵水蠅幼蟲是天然的“清潔工”，它使鹵水的混濁度越來越小。
3.密度
鹽湖鹵水的密度是隨著季節、年度和長期的湖水位升降變化而產生的反向效應。
4.分層現象
壹般鹽湖中鹵水被分成兩個明顯的層次：上部較透明、無氣味，下部密度較大。例如，美國大鹽湖南灣中，以水深6.08～6.99m為界，分為上、下兩層，上層湖水無氣味且透明，下層則密度劇增且汙染較重。1979年在水深3m處測得密度為1.089～1.110g/cm3，7.6m處測得密度為1.166～1.170g/cm3。
5.鹵水溫度
鹵水溫度波動可導致離子飽和程度的變化，它將使鹵水中鹽類產生選擇性的析出和溶解。
鹵水溫度是可變化的，隨晝夜和季節的變化而變化。
（1）平均鹵水溫度
當鹵水蒸發時，在鹵水表面形成的壹些晶體，壹旦沈入池底，由於條件發生變化，其將會分解或溶解，而分解速率與鹵水的溫差和濃度變化等因素有關。實驗表明，池中鹵水的實際溫度是氣溫的0.6～0.8倍，且在同壹池中鹵水的上下濃度亦各不相同，許多鹽結晶並不與其所處的鹵水相平衡。因此，在預測沈積池底的鹽類結晶類型時，鹵水的平均溫度通常是最好的判斷。
（2）鹵水的晝夜溫度變化周期
鹵水晝夜溫度變化是明顯的，是有規律的。鹵水晝夜溫度變化直接影響到析鹽情況。例如，美國大鹽湖，當白日氣溫35℃時，在天然鹽田條件下，有利鉀鹽鎂礬（MgSO4·KCl·3H2O）生成，而在夜晚，當溫度降至15℃時，則有利於軟鉀鎂礬（MgSO4·K2SO4·6H2O）的形成。因 離子對溫度等敏感，故含 鹽類能在較低溫度下析出，結果在單池中同壹鹵水內可得到兩種鹽的混合物。又如，在新疆巴裏坤鹽湖，夏日早晨可見夜裏結晶的長柱狀芒硝晶體，而近中午時太陽提供的足夠活化能可使數小時前才結晶的芒硝又全部溶解。
（3）季節性溫度變化
鹽湖中季節性溫度變化可影響鹽類的沈積。比如，大鹽湖於6～8月沈積的鹽類在冬季低溫和下雨時，轉化成其他鹽類，這些鹽類有可能發生全面的化學變化。例如，鉀鹽鎂礬可以轉化為硬塊狀的氯化鉀和瀉利鹽，而若與含硫酸鹽的鹵水接觸，則能轉變為軟鉀鎂礬。與此相反，芒硝卻在冬天析出，夏天重新溶解。
6.蒸發速率
蒸發作用發生於鹵水表面，鹽的結晶作用也在那裏進行。蒸發速率越高，鹵水過飽和與成鹽可能性越大。當鹵水表面鹽類結晶密度較大時，將沈於池底（或湖底）。
影響蒸發速率的因素有太陽的烤曬、風的吹揚，這是傳統的認識。近些年來，通過對鹵水嗜鹽生物的研究，結果發現，紅色的嗜鹽菌藻類及紅色的鹵水蝦等生物可使整個鹵水染為紅色，其吸收陽光，不僅使鹵水溫度增高，也增大了蒸發速率。
7.鹵水深度與鹽類結晶粒度
鹽田的深度與鹽類結晶的粒度有密切的關系。例如，在鹽田的結晶池中，在深度＜7.6cm和深度＞30.5cm情況下，其結晶出石鹽的粒度要小於深度介於7.6cm與30.5cm之間結晶的石鹽粒度。
二、鹵水的化學性質
鹽湖鹵水的化學性質主要研究鹵水中陽陰離子、微量離子、放射性化學成分等。
現代鹽湖按照鹵水的成分（湖表鹵水、晶間鹵水、淤泥鹵水）可分為氯化物型、硫酸鹽型、碳酸鹽型、硝酸鹽型（鄭喜玉，1993）四大類。不同類型的鹽湖鹵水析出的鹽類是不同的。
應當指出，上述談及的鹽湖鹵水類型不是壹成不變的，而是隨著制約的條件變化而變化。例如，新疆鹽湖水化學類型的演化就是壹個證明。基巖山區HCO3-Cl-Ca·Na型水，隨著元素的不斷溶濾遷入和吸附、交換、氧化、沈澱、析出、擴散等化學、熱動力、水動力等因素的作用，過渡為HCO3-SO4-Ca·Mg和SO4-Cl-Na·Mg型水，進而過渡為SO4-Na·Mg，乃至Cl-Na型水（張明剛，1993）。鹵水的濃度和密度由小變大，pH值亦由弱酸性變為弱堿性。
三、日曬鹽田的鹵水化學
人工鹽田實踐表明，鹽田中的化學反應受到風、雨和溫度變化等自然條件的影響。影響鹽田礦物結晶的主要因素，過去化學家和地質學家認為是蒸發速率、鹵水溫度、鹵水深度、鹵水的析鹽順序（brine seguencing）、停留時間、池子滲透性等。作者經過深入研究認為，不論是人工鹽池結晶，還是天然結晶，礦物結晶的最重要因素是生物的作用。後面的章節將會敘述之。
日曬鹽田的生產工藝是與實驗室中水鹽體系相平衡的研究有很大區別的。下文以山西運城鹽湖和美國大鹽湖鹽田生產工藝為例來說明日曬鹽田的鹵水化學。
1.山西運城鹽湖制鹽工藝
山西運城鹽湖是中國最早開發利用的鹽湖，開發史約有四五千年。該鹽湖對中華文明的發展作出了卓越貢獻。運城鹽湖是典型的Na2SO4亞型水，湖水組成屬於Na+，Mg2+/Cl-， 四元體系。從Na2SO4亞型水中制取石鹽是古人的壹個創舉，其實踐了Na+，Mg2+/Cl-， 體系介穩相圖。
運城鹽湖早期的生產方式是：天日曝曬，自然結晶，集工撈采。北魏著名的地理學家酈道元在《水經註》中記述道：“紫色澄亭，渾而不流，水中食鹽，自然印成，朝取夕復，終無減損”。然而，經過秦、漢、魏、晉、南北朝和隋代的生產實踐，勞動人民艱苦探索墾畦曬鹽法，終於在我國封建社會的鼎盛時期唐代出現了墾畦澆曬法。《大唐河東鹽池靈慶公神祠頌並序》記載有：“漬以渾流，灌以殊源，陰陽相蒸，清濯相孕”的工藝方法。
作者在20世紀60年代末曾在運城鹽湖作過考察工作。現將該鹽湖制鹽情形結合歷史上的該地曬鹽過程作壹敘述。
運城鹽湖曬制鹽的鹵水有三種：壹種是“老灘水”即較淡的湖水，壹般5～10°Be′；壹種是“滹沱水”，也是湖水，但濃度較大，壹般15～20°Be′；第三種是井水，即從鹽湖中打井泵出的鹽鹵水，其成分主要是NaCl，這是埋藏地下距地表數十米的壹層石鹽經註水溶解後的鹽鹵水。
據清朝蔣春芳所著《河東鹽法備覽》記載，由於制鹽的鹵水不同，所以采取的制鹽工藝也不同。例如，用井水的工藝是：
蒸發巖生物成因論
這裏說的“羅”就是蓄鹵水待蒸發的池子。“頭道羅”就是第壹蒸發池，“二道羅”就是第二蒸發池。
又如，用“滹沱水”的制鹽工藝是：
蒸發巖生物成因論
這裏所言“替死鬼”系指池子底部有硝板的蒸發池。何謂硝板?硝板是指曬鹽後余液結晶的主要由白鈉鎂礬組成的鹽層，由於日積月累，數千年積累的硝板厚達數米。蒸發池底部鋪設硝板主要是為了除掉在制鹽過程中結晶出的“粥糊狀”硫酸鹽雜質。
低濃度的“老灘水”是制鹽工藝中最復雜的，也是早在1400年前就已完善了的制鹽工藝，這是運城鹽湖古代鹽民對鹽業科學技術史的巨大貢獻。其制鹽工藝如下：
蒸發巖生物成因論
這裏說的“圈子”是指池底無硝板，只是泥底的蒸發池。
用現代的物理化學語言來理解上述古人總結的生產工藝流程是：低濃度的“老灘水”經頭道、二道、三道圈子蒸發池的蒸發，完成了鹵水蒸發濃縮的初級階段，至“替死鬼”蒸發池，這時鹵水因出現（Na，Mg）SO4，故開始有粥糊狀（濃度約為24～25°Be′）出現。這就是海水制鹽與Na2SO4亞型水制鹽的不同點，後者多了壹個硫酸鹽結晶階段，如何處理掉鹵水蒸發過程中的硫酸鹽，即（Na，Mg）SO4的粥糊狀物乃是此工藝的核心問題。古代鹽民處理“粥糊”狀硫酸鹽物質的過程是這樣的：當在“替死鬼”蒸發池出現過飽和狀態（即粥糊狀物）時，添加淡水，使過飽和狀態消除，此時鹵水稱作“陽水”，在每壹個池子適當邊部挖壹個小過壕（稱作邊壕），其深度要大於池子深度。邊壕與池中鹵水不連通，需要堤墊相隔。池中鹵水經底部硝板進行瀝濾（俗稱過籮）。瀝濾的實質是陽水中之MgSO4與硝板中之Na2SO4反應形成白鈉鎂釩（Na2SO4·MgSO4·4H2O），Na2SO4在硝板中經反應形成無水芒硝（Na2SO4），含鈣的硫酸鹽在硝板中經反應形成鈣芒硝（Na2Ca（SO4）2）。作者在顯微鏡下研究硝板組成時發現硝板的主要組成礦物是白鈉鎂礬，次為無水芒硝和鈣芒硝，這與制鹽時鹵水化學反應的結果相壹致；陽水在流經硝板的蜂窩狀孔隙時，除去硫酸鹽物質，流至邊壕，此時之水謂之陰水，陰水再以自流或泵送方式送往結晶池，最後制得純潔的食鹽。
綜上所述，用Na+，Mg2+/Cl-， 體系介穩相圖，可以解釋古人總結的山西運城鹽湖硫酸鈉亞型水制鹽的“陰陽相蒸，清濯相孕”的工藝原理。
需指出的是，硝板鏡下研究表明，白鈉鎂礬等礦物是由鹵水蝦和鹵水蠅化石所構成，這說明，生物在制鹽過程中起著重大作用。
新中國成立後，運城鹽湖不僅制鹽，還生產元明粉，且是中國元明粉的主要出口基地。
2.美國大鹽湖制鹽工藝
美國大鹽湖是北美最大的鹽湖，其物質組成見表1-1。
表1-1 大鹽湖北灣鹵水化學成分
（據F.J.Post，1975）
大鹽湖曬鹽分單池和多個鹽池串聯成池組進行。
單池曬鹽：以鹽湖鹵水為原料，Mg含量保持在7%，結晶出石鹽、光鹵石和水氯鎂石等。
4個池串聯曬鹽：生成瀉利鹽、軟鉀鎂礬、鉀鎂礬和鉀鹽鎂礬。
在曬鹽池中，有些鹽結晶所需時間比其他鹽更長些，若其在鹵水中還未結晶，就被轉移到另壹個不同濃度的鹵水池中，則該鹵水將沈積出不同的鹽組。例如，把壹種將結晶出鉀鹽鎂礬、瀉利鹽和石鹽的過飽和鹵水轉移到另壹個池中，得到的混合鹵水有利於光鹵石的結晶，而鉀鹽鎂礬將消失。以上所述可用兩個化學反應式表達出來：
反應式1：
蒸發巖生物成因論
反應式2：
蒸發巖生物成因論