新疆庫米什盆地硝酸鹽型鹽湖中鍶離子遷移富集規律研究

李長忠 ，程懷德，張西營，宋建國，馬學海，蔣天明，李 俊，海擎宇

(1. 中國科學院 青海鹽湖研究所， 中國科學院鹽湖資源綜合高效利用重點實驗室， 青海 西寧 810008； 2. 青海省鹽湖地質與環境重點實驗室， 青海 西寧 810008； 3. 中國科學院大學， 北京 100049)

鍶(Sr)是第五周期ⅡA族的堿土金屬元素，廣泛分布于自然界中，但分布不均，富集成礦的難度較大(胡進武等， 2004； 陸石基等， 2020)。一般而言，含鍶或富鍶巖石為富鍶地下水的形成提供了物質來源，鍶則經過風化、淋濾后在水流作用下進行遷移和富集(葛文勝等， 2001； 崔林等， 2006； 蘇春田等， 2017； 石海巖等， 2018； 陸石基等， 2020)。研究表明，含鍶礦物和富含鍶的閃長巖、花崗巖 、粘土巖、碳酸鹽巖等是主要的富鍶母巖(劉慶宣等， 2004)。中國現代鹽湖中，新疆地區的鹽湖鹵水中Sr2+含量普遍不高，根據已有數據資料來看，其含量一般為1 mg/L或更低，但在南天山山間盆地(如庫米什盆地)的硝酸鹽型鹽湖中，Sr2+的含量卻可達10 mg/L以上(鄭喜玉等， 2002)。這些硝酸鹽型鹽湖為什么具有相對較高的Sr2+含量以及這些Sr2+是怎樣遷移和富集的等科學問題至今還不甚清楚。

庫米什盆地發育有多個硝酸鹽型鹽湖，是新疆最典型和最重要的硝酸鹽型鹽湖分布區(鄭喜玉等， 2002)。本文以庫米什盆地內高山冰雪融水形成的常年河流及硝酸鹽型鹽湖為研究對象，開展系統的地表水(河流水、井水、地表鹵水等)及水系沉積物的取樣、分析和地球化學研究，依此探討研究區鹽湖中Sr2+的物源以及Sr2+的遷移富集規律，以期對揭示硝酸鹽型鹽湖中相對富Sr2+的機制乃至硝酸鹽礦床成礦作用提供資料和依據。

1 區域地質背景

庫米什盆地位于吐哈盆地的西部，塔里木盆地的北東部(圖1)，盆地的北部、北東部、南部、西部分別與南天山、喬爾塔格山、庫魯克塔格山、克孜勒山相鄰，盆地周緣發育有托克遜斷裂、辛格爾斷裂、盆地南緣斷裂、包爾圖斷裂等構造帶。據資料，研究區內年均降水量為44.8 mm，年均蒸發量3 361.1 mm，為降水量的75倍多，年平均氣溫為10.68℃；年最低氣溫出現在12月至次年2月份，最低氣溫達 21.7℃；年最高氣溫在6～8月份出現，最高氣溫達47℃。湖區發育有狼牙狀、微波狀、平坦狀、鼓包狀的微地貌且起伏不平(黃鐵棟等， 2004)，鹽灘的組成則以堅硬的鹽殼為主，植被稀少，鹽殼表層沉積物內發育有一層較薄的鉀硝石、鈉硝石礦，以石鹽殼為儲存介質發育有豐富的晶間鹵水資源。

盆地由于受到強烈構造運動的影響，自北西至南東向分布著硝爾布拉克、烏布喀什布拉克、烏尊布拉克、烏勇布拉克、小橫山等5處形狀各異的現代洼地，硝酸鹽礦體就賦存于其內(黃鐵棟， 2005)。吳富強(1999)根據盆地主界面深度和磁力異常資料，將庫米什盆地劃分為“一隆兩凹”，即北部的硝爾凹陷帶、中部的烏尊隆起帶以及南部的帕爾沙凹陷帶，硝爾布拉克和烏布喀什布拉克分布于硝爾凹陷帶，烏尊布拉克分布于烏尊隆起帶，烏勇布拉克及小橫山則分布于帕爾沙凹陷帶內(圖1)。

古新世-上新世早期時，由于喜馬拉雅運動的影響，盆地開始沉降，在原侏羅系沉積層之上接受了一套以紅色為主的河流相沉積物，為區域性沉降階段，上新世晚期以來的新構造運動促成了盆地現今的地貌格局(胡劍風等， 2004； 陳奮雄等， 2008)。中更新世中期-晚更新世早期湖盆因受到突發性地質事件和氣候事件的影響，湖水開始咸化，湖區局部出現了鈉鈣硫酸鹽類沉積物(鄭喜玉， 2000)。距今35.0 ka時以來，庫米什盆地氣候開始持續干旱、湖水急劇濃縮，在距今30.0 ka左右湖區開始形成連續的蒸發巖化學沉積層并賦存高礦化度鹵水，表明烏尊布拉克鹽湖進入成鹽階段(梁青生， 1999)。

圖 1 庫米什盆地地質略圖和采樣點分布(據新疆維吾爾自治區地質礦產局， 1993修改)

庫米什盆地出露的主要地層為泥盆系結晶灰巖，侏羅系泥質砂巖及煤巖，第四系河湖相含礫細粉砂、粉砂粘土和含鹽巖系沉積，硝酸鹽礦床則賦存于第四系沖洪積和鹽類化學沉積物中，盆緣還廣泛分布有志留系、泥盆系、石炭系的花崗巖、鉀長花崗巖、花崗閃長巖等侵入巖。盆地的北西部發育有可可乃克和馬鞍橋兩個天青石礦床，它們的礦床類型屬于沉積改造型(折延鳳等， 2008； 肖丙建等， 2015)。湖盆內鹽類礦物的組成以石鹽、鉀硝石、鈉硝石為主，含有水硝堿鎂礬、石膏、芒硝、無水芒硝、白鈉鎂礬等礦物(王冰生等， 1992； 王冰生， 1993； 鄭喜玉， 2000)。

2 樣品采集與分析方法

2.1 樣品采集

在野外踏勘的基礎上，參照水系沉積物地球化學找礦基本原則和采樣方法，從盆地北西部的包爾圖斷裂至南東部橫穿整個盆地采集表層沉積物和河水、井水、鹵水樣品，采樣位置詳見圖1。采集的樣品包括河水(2個)、井水(2個)、微咸水(1個)、鹽湖鹵水(3個)、洪積扇沉積物(2個)和鹽湖沉積物(5個)。

樣品采集前，用待取水洗滌取樣瓶和采水器各3次，采樣后裝入取樣瓶并密封，采樣量為500 mL。洪積扇及鹽湖沉積物樣品在0～0.2 m范圍內直接用密封塑料袋進行均勻采集，現場密封保存。

2.2 分析方法

3 結果

3.1 北西至南東向水樣中離子含量變化

表 1 北西至南東向剖面水樣主要化學組分 mg/L

圖 2 北西至南東向剖面水樣離子含量變化曲線

3.2 北西至南東向表層沉積物中離子含量變化

4 討論

4.1 Sr2+與主要化學組分相關性分析

表 2 北西至南東向剖面沉積物樣主要化學組分

圖 3 庫米什盆地北西至南東向沉積物樣離子含量變化曲線

圖 4 水樣中成礦離子含量相關性分析

4.2 鹽湖中鍶的物質來源探討

庫米什盆地北東部發育有大量的泥盆系侵入巖，巖石類型以花崗巖、鉀長花崗巖和中基性巖為主。楊天南等(2006)對庫米什盆地周緣泥盆系侵入巖進行了全巖化學分析研究，侵入巖樣品中鍶的分析結果顯示，X104號樣品(中基性巖和酸性花崗巖)鍶的平均含量(1 193.60×10-6)為地殼中鍶平均含量(375×10-6)的約3.2倍(Taylor and McLennan， 1985)；X106號樣品(中基性巖)鍶的平均含量(933.33×10-6)約為地殼中鍶平均含量(375×10-6)的2.5倍。張彭熹(1987)對柴達木盆地鹽湖鹵水中鍶(Sr)的分布進行分析時，發現現代鹽湖鍶的分布與盆緣巖層中鍶鹽的溶濾風化作用有關，因而庫米什盆地周緣顯著鍶異常的侵入巖與硝酸鹽型鹽湖中Sr2+的補給源有關。

圖 5 沉積物樣中成礦離子含量相關性分析

筆者搜集整理了柴達木盆地部分鹽湖鹵水Sr2+含量(表3)，與庫米什盆地硝酸鹽型鹽湖鹵水的Sr2+含量進行對比分析。庫米什盆地硝酸鹽型鹽湖鹵水中Sr2+的平均含量(20.21 mg/L)為海洋水Sr2+平均含量(8 mg/L)的約2.5倍。柴達木盆地鹽湖鹵水中Sr2+的平均含量(82.23 mg/L)約為海洋水Sr2+平均含量的10倍。柴達木盆地鹽湖鹵水中Sr2+的平均含量(82.23 mg/L)高于庫米什盆地硝酸鹽型鹽湖鹵水中的Sr2+的平均含量(20.21 mg/L)。柴達木盆地鹽湖中Sr2+物質補給來源與盆地內深大斷裂中深部水的上升補給、第三系油田水、盆緣發育的火成巖和碳酸鹽巖以及天青石礦床等有關(葛文勝等，2001；崔林等，2006)。根據前人資料和本文研究，庫米什盆地硝酸鹽型鹽湖中Sr2+的物質補給來源主要與盆地北西部的天青石礦床、碳酸鹽巖、花崗巖以及北東部的侵入巖、碳酸鹽巖有關，盆緣巖層在風化淋溶作用下產生的Sr2+隨地表水流匯入湖區，導致硝酸鹽型鹽湖中Sr2+含量相對偏高。

表 3 柴達木盆地部分鹽湖鹵水鍶含量

綜上所述，新疆鹽湖的形成條件與柴達木盆地存在明顯差異，新疆鹽湖(包括硝酸鹽型鹽湖)中的Sr2+含量及其富集的地球化學規律與機制與柴達木盆地迥異，新疆鹽湖Sr2+的富集過程主要體現在表生作用過程，目前尚無明顯證據表明與深部流體作用有關聯。

5 結論

(2) 庫米什盆地硝酸鹽型鹽湖中Sr2+主要來源于盆地北西部的天青石礦床，北東部及北西部的碳酸鹽巖(以泥盆系灰巖為主)、盆緣的侵入巖，各物源區的貢獻度還需進一步開展工作予以確定。

致謝中國科學院青海鹽湖研究所分析測試中心的王波老師幫助完成了樣品的分析測試工作，兩位匿名審稿專家對論文提出寶貴的修改意見，在此表示衷心的感謝！