馬茹瑩 ,韓鳳清,馬海州,肖應(yīng)凱,馬云麒,張燕霞 ,王 騰 ,何 蕾 ,韓繼龍,韓耀宗,郭堅(jiān)峰

1)中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所,青海西寧 810008;2)中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049;3)海南省地震局,海南?？?570203

硼是微量輕元素,在自然界中主要以硼酸鹽、氫氧化物和氧化物等化合物形式存在。由于硼屬易溶元素,因此主要存在于水圈及上地殼沉積巖系中,海相沉積物、大洋熱液蝕變玄武巖及海水是硼的主要載體。在天然水體遷移過(guò)程中,硼在水體中相對(duì)富集,尤其是在海洋、湖泊中含量較高(劉衛(wèi)國(guó)等,1999)。

由于硼的兩個(gè)穩(wěn)定同位素11B和10B具有相對(duì)大的質(zhì)量差(9.1%)(肖榮閣等,1999;Barth,1993),使得自然界中硼存在較大的同位素分餾。鹽湖是一種綜合性的寶貴自然資源,蘊(yùn)藏著豐富的自然信息(鄭綿平,2001;乜貞等,2010)。多學(xué)科綜合運(yùn)用考察鹽湖中資源和形成過(guò)程,對(duì)提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值的利用具有重大意義(鄭綿平,1999)。硼作為一種成鹽元素,廣泛地存在于鹽湖鹵水及其沉積物中(Argust,1998)。在鹽湖的形成與演化過(guò)程中,受補(bǔ)給水源、蒸發(fā)作用及與周圍巖石的交換作用等因素的影響,不同鹽湖鹵水中的硼同位素組成產(chǎn)生了差異(Xiao et al.,2001)。因此,硼同位素作為地球化學(xué)研究的常用標(biāo)志,對(duì)研究鹽湖形成與演化過(guò)程提供了良好的示蹤作用。

青海可可西里地區(qū)海拔高,氣候寒冷,空氣稀薄,自然環(huán)境極端嚴(yán)酷,廣大地區(qū)至今仍為無(wú)人區(qū)。由于受人類活動(dòng)的干擾較小,大部分地區(qū)保持著其原始的狀態(tài)。但同時(shí)由于自然環(huán)境惡劣,為該地區(qū)的考察帶來(lái)了一定的困難,各類研究資料缺乏,尤其是在同位素研究方面。本文使用正熱電離質(zhì)譜法對(duì)可可西里地區(qū)鹽湖及其周圍環(huán)境水體的硼同位素組成進(jìn)行了初步的研究,揭示了其分布特征及聯(lián)系,對(duì)該地區(qū)鹽湖硼同位素組成的變化原因進(jìn)行了初步探討。

1 樣品采集及處理

1.1 研究區(qū)概況

青?？煽晌骼锏貐^(qū)處于青藏高原腹地,其南北邊緣分屬于唐古拉山脈和昆侖山脈,東至青藏公路沿線,西抵青海省省界,中部廣大地區(qū)為可可西里山等山地及其相間的寬谷盆地(鄭喜玉等,2002)。本區(qū)屬于青藏高原鹽湖區(qū),是我國(guó)主要的鹽湖分布區(qū)之一。

本區(qū)地處中亞內(nèi)流水系與太平洋水系的交匯地帶,其東部和南部是由楚瑪爾河、沱沱河和當(dāng)曲組成的長(zhǎng)江河源水系區(qū),沱沱河有冰川融水補(bǔ)給,水量較大,常年流水;而楚瑪爾河等多數(shù)河流為雨水、地下水補(bǔ)給,水量較小,為季節(jié)性河流。本區(qū)西部和北部是以湖泊為中心的內(nèi)流水系,處于羌塘內(nèi)流水系的東北部,是可可西里地區(qū)大湖最集中的地區(qū),它由一系列湖泊為中心的內(nèi)流水系構(gòu)成。本區(qū) 1 km2以上的 107個(gè)湖泊大多數(shù)集中在西部和北部,200 km2以上的烏蘭烏拉湖等7個(gè)大湖全部集中于此。

本文主要對(duì)勒斜武擔(dān)湖,以及本組成員于2008—2010年在本區(qū)東部發(fā)現(xiàn)的多秀鹽湖、茶錯(cuò)、果木錯(cuò)瑪?shù)氯占安疾辂}湖等五個(gè)鹽湖(劉勇平等,2009)(圖1)進(jìn)行了初步研究,所有鹽湖海拔均在4000 m以上。

1.2 樣品采集及處理

2008年9月至2010年4月,本課題組赴可可西里地區(qū),對(duì)勒斜武擔(dān)湖、多秀鹽湖、茶錯(cuò)、布查鹽湖和果木錯(cuò)瑪?shù)氯盏?5個(gè)鹽湖及附近水體,以及本區(qū)北部位于昆侖山中段新青峰的兩個(gè)間歇噴泉進(jìn)行了考察,并采集了一部分水樣。樣品直接用塑料桶采集,采樣前,先用待取鹵水洗滌 5次,每個(gè)樣品采樣量為5 L,現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行密封。

所采集樣品分析測(cè)試項(xiàng)目包括Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl–、SO42–、CO32–、HCO3–、B2O3含量及 pH值等(表 1)。

圖1 可可西里地區(qū)鹽湖分布圖Fig.1 Distribution of salt lakes in Hoh Xil

表1 樣品分析方法及測(cè)試精度Table 1 Analytical methods and accuracies

1.3 硼同位素測(cè)定

在將樣品引入質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行硼同位素測(cè)定前,須將硼從樣品的其他雜質(zhì)離子中分離出來(lái),以除去樣品中同質(zhì)異位的干擾,避免對(duì)硼分子離子電離的抑制,并保持離子源中的應(yīng)有的高真空(肖應(yīng)凱等,1998)。本研究樣品中硼的分離純化采用離子交換法(肖應(yīng)凱等,1998)進(jìn)行;硼同位素的測(cè)定采用基于石墨存在條件下檢測(cè) Cs2BO2+的正熱電離質(zhì)譜法,并使用固體熱電離質(zhì)譜計(jì)(Triton)進(jìn)行檢測(cè),由于該法所測(cè)定離子具有較高的質(zhì)量數(shù)(308,309),使測(cè)量過(guò)程中的硼同位素分餾效應(yīng)大大降低,測(cè)定精度可達(dá)0.01%(2σ)(Spivack et al.,1986;Ishikawa et al.,1990;Leeman et al.,1991)。測(cè)得樣品的硼同位素值用δ11B值表示,相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)NIST SRM951的δ11B值計(jì)算方法如下:

δ11B(‰)=[(11B/10B)sample/(11B/10B)NIST951-1]×1000

其中,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)NIST SRM951的11B/10B推薦值為 4.04362±0.00137(Catanzaro et al.,1970)。

以上所有測(cè)試項(xiàng)目在中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所分析測(cè)試部完成(中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所分析室,1988)。

2 結(jié)果與討論

2.1 水化學(xué)特征

前人研究認(rèn)為可可西里地區(qū)礦化度>50 g/L的鹽湖有 5個(gè),分別是明鏡湖、西金烏蘭湖、勒斜武擔(dān)湖、鹽湖和蒼錯(cuò)(李炳元,1996)。經(jīng)過(guò)對(duì)本次野外樣品的分析發(fā)現(xiàn),多秀鹽湖、茶錯(cuò)、布查鹽湖和果木錯(cuò)瑪?shù)氯?個(gè)湖泊礦化度也遠(yuǎn)在50 g/L以上。這4個(gè)鹽湖鹵水中離子均以 Na+和Cl–為主,約占離子總量的90%以上;Mg2+和SO42–含量次之;K+、Ca2+和HCO3–含量均低于0.5 g/L(馬茹瑩,2011)。

可可西里地區(qū)這 9個(gè)鹽湖鹵水礦化度在61.1～357.5 g/L之間,平均值為228.9 g/L(表2)。除勒斜武擔(dān)湖為氯化物型鹽湖外,其余 8個(gè)鹽湖均為硫酸鹽型鹽湖;這些鹽湖鹵水的 pH值變化范圍在6.70～8.88之間,平均值為7.44。

在考察的過(guò)程中,我們?cè)诓疾辂}湖的周圍發(fā)現(xiàn)出露有大量的鹽泉,分析結(jié)果表明,這些鹽泉在鹵水組成上與布查鹽湖有很強(qiáng)的相似性,其陰、陽(yáng)離子含量順序皆與布查鹽泉一致,各離子含量也極為接近,其礦化度平均值達(dá)到了 319.5 g/L,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可可西里地區(qū)泉水平均值(2.765 g/L)(胡東升,1997),表明這些鹽泉與布查鹽湖很可能具有同源性或者補(bǔ)給關(guān)系;從布查鹽湖有一條鹽河(YHE01)流出,另一條河水(XH01)從鹽河中上游并入而從布查鹽泉流出的鹽河(YHE01)由于受到咸水河(XH01)河水的稀釋,其水體中各離子含量迅速下降,礦化度也降低到了24.38 g/L。相對(duì)于沱沱河(礦化度為0.766 g/L(胡東生,1997))與咸水河(XH01)的高礦化度(7.3 g/L),也間接反映了周圍地層具有較高的含鹽量。

勒斜武擔(dān)湖北部湖岸有一條長(zhǎng)達(dá)約200 km的東北—西南走向的斷裂,稱為岡雜日—勒斜武擔(dān)湖—馬蘭山大斷裂,該斷裂北升南降,使湖北岸高出勒斜武擔(dān)湖湖面數(shù)十米,并在勒斜武擔(dān)湖東西部出現(xiàn)一系列泉眼。我們對(duì)勒斜武擔(dān)湖附近的三個(gè)泉水樣品(LXQ01、LXQ02、XYQ01)和一個(gè)河水樣品(LX1-1)的水化學(xué)分析結(jié)果顯示,該地區(qū)水體中離子以 Na+和 Cl–為主,K+、Ca2+、Mg2+和 SO42–含量次之,整個(gè)水域的礦化度與其Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl–和SO42–的含量呈線性關(guān)系(圖2),表明勒斜武擔(dān)湖主要以周圍泉水和河水補(bǔ)給為主,該水域泉水、河水和鹽湖可能為同源關(guān)系。

表2 鹽湖鹵水水化學(xué)特征Table 2 Hydrochemical characteristics of brine

圖2 勒斜武擔(dān)湖及其附近水體礦化度與離子含量的關(guān)系Fig.2 Relationship between element content and salinity of brine in the Lexiewudan salt lake and surrounding waters

表3 可可西里地區(qū)鹽湖鹵水硼含量及δ11B值Table 3 Boron content and δ11B values of brine in Hoh Xil

2.2 微量元素地球化學(xué)分布特征

可可西里地區(qū)9個(gè)鹽湖中微量元素的含量各有差異,其中 B、Li等元素含量較高,變化范圍分別在40～608 mg/L和11～389 mg/L之間,顯示出富集趨勢(shì)。并且B-Li元素對(duì)顯示出協(xié)同消長(zhǎng)關(guān)系,說(shuō)明在該地區(qū)鹽湖中,這兩種元素的物質(zhì)來(lái)源、搬運(yùn)條件及富集環(huán)境具有相似性。

總體來(lái)看,位于可可西里東部地區(qū)的 6個(gè)鹽湖B、Li元素平均含量要高于西部3個(gè)鹽湖B、Li元素平均含量;各鹽湖周圍環(huán)境水體中B、Li元素含量均高于本區(qū)雨水和冰川水平均值,并且形成以鹽湖為中心的含量高值區(qū);相對(duì)于海水來(lái)說(shuō),這 9個(gè)鹽湖均具有高的 B/Cl比,其變化范圍在0.325～3.386之間,指示了在鹽湖鹵水蒸發(fā)濃縮過(guò)程中B的富集過(guò)程。

表4 勒斜武擔(dān)湖及其附近水體中硼含量及δ11B值Table 4 Boron content and δ11B values in the Lexiewudan salt lake and surrounding waters

2.3 硼同位素地球化學(xué)特征

對(duì)可可西里地區(qū)5個(gè)鹽湖(勒斜武擔(dān)湖、多秀鹽湖、茶錯(cuò)、布查鹽湖和果木錯(cuò)瑪?shù)氯?鹵水進(jìn)行了硼同位素值的測(cè)定。其δ11B(‰)值列于表3,樣品皆為湖表鹵水。

本區(qū)鹽湖鹵水樣品中δ11B值的變化范圍在+4.77‰ ～ +12.52‰之間,證明這些鹽湖屬陸相成因,與前人對(duì)青藏高原區(qū)鹽湖成因的研究結(jié)果相一致(祁海平等,1993)。東部4個(gè)鹽湖鹵水δ11B值由北向南從+12.52‰(多秀鹽湖)遞減至+4.77‰(布查鹽湖)遠(yuǎn)低于海水的δ11B值(+39.5‰)(Hogan et al.,2003)。

布查鹽湖附近3個(gè)鹽泉中硼含量與布查鹽湖鹵水具有相似的硼含量值和δ11B值(鹽泉的δ11B值為+4.21‰,布查鹽湖的δ11B值為+4.77‰),進(jìn)一步說(shuō)明了其同源性;從布查鹽湖流出的鹽河δ11B值為+7.69‰,遠(yuǎn)高于布查鹽湖及鹽泉δ11B值,明顯受到了從鹽河中上游并入的西河(δ11B 值為+11.32‰)硼同位素組成的影響。西河的δ11B值又明顯高于布查鹽湖,證明布查鹽湖的補(bǔ)給來(lái)源只能是布查鹽湖周圍的鹽泉。

通過(guò)對(duì)勒斜武擔(dān)湖及其附近水體的進(jìn)一步分析,發(fā)現(xiàn)勒斜武擔(dān)湖整體硼含量值及δ11B值存在較小的差異,其附近西泉和向陽(yáng)泉泉中的硼含量接近海水硼含量平均值;而勒斜武擔(dān)湖北泉中硼含量值較高,是海水硼含量平均值的 4倍多;另外,在勒斜武擔(dān)湖附近一條河水中所取水樣的δ11B值為+7.12‰,明顯低于湖中鹵水δ11B值。其附近的三個(gè)泉水中δ11B值變化范圍也在5‰～13‰之間(表4)。說(shuō)明該鹽湖鹵水中硼同位素的組成可能受泉水的影響較大,進(jìn)一步證明了泉水與勒斜武擔(dān)湖具有同源性和補(bǔ)給關(guān)系。

本區(qū)北部位于昆侖山中段的布喀達(dá)坂峰(即新青峰)的兩個(gè)噴泉δ11B值分別為–26.72‰和–3.22‰,明顯低于該考察區(qū)其它鹽湖和泉水δ11B值。首先,當(dāng)流體發(fā)生沸騰時(shí),由于 B(OH)3更易進(jìn)入蒸汽相,而造成水體中10B的濃度增大,導(dǎo)致沸泉δ11B值降低;其次,根據(jù)陳墨香等人(陳墨香,1992;葉建青,1994)對(duì)新青峰沸泉群地區(qū)的調(diào)查發(fā)現(xiàn),該沸泉群位于昆南斷裂帶上,區(qū)內(nèi)巖漿活動(dòng)表現(xiàn)為發(fā)育有大面積的酸性侵入巖,如馬蘭山、新青峰等主要山峰均由花崗巖所構(gòu)成,另?yè)?jù)潘維良等人(潘維良等,2005)對(duì)布喀達(dá)坂峰巖石地球化學(xué)特征及元素分布規(guī)律的研究,發(fā)現(xiàn)該區(qū)以中基性—酸性火山巖—火山碎屑巖建造為主,其中三疊系為一套陸相中酸性火山巖建造,以貧化Hg、Ca、B和Pb等元素為其地球化學(xué)特征。而火山巖和花崗巖本身具有較低的δ11B 值,分別為–5.3‰～+6.4‰和+1.6‰(Schreyer et al.,1987),因此,新青峰兩個(gè)噴泉的低δ11B值,可能也與該區(qū)酸性火山巖的交換作用有關(guān)。

3 結(jié)論

本文對(duì)可可西里地區(qū)9個(gè)鹽湖鹵水的水化學(xué)特征和硼同位素地球化學(xué)特征進(jìn)行了初步研究,得出結(jié)論如下。

(1)本區(qū)9個(gè)鹽湖鹵水礦化度為61.1～357.5 g/L,平均值為228.9 g/L,最高為357.5 g/L;鹽湖水化學(xué)類型以硫酸鎂亞型為主,個(gè)別為氯化物型;鹽湖鹵水的 pH值變化范圍在 6.70～8.88之間,平均值為7.44。總的來(lái)說(shuō),該區(qū)大多數(shù)湖泊還處于從咸水湖向鹽湖演化的階段,與其相鄰的柴達(dá)木盆地比較(柴達(dá)木盆地西部鹵水樣礦化度在 197.8～485.7 g/L之間)(樊啟順等,2007),本區(qū)湖泊成鹽強(qiáng)度較弱。

(2)本區(qū)鹽湖鹵水樣品中δ11B值的變化范圍在+4.77‰ ～ +12.52‰之間,遠(yuǎn)低于海水δ11B 值,且較柴達(dá)木盆地鹽湖鹵水δ11B 值分布范圍(–6.1‰ ～+31.4‰)(肖應(yīng)凱等,1999)窄,證明這些鹽湖也屬陸相成因,與前人對(duì)青藏高原區(qū)鹽湖成因的研究結(jié)果相一致。本區(qū)鹽湖鹵水δ11B值總體上低于其北部柴達(dá)木盆地鹽湖鹵水δ11B值,且其東部4個(gè)鹽湖鹵水δ11B 值由北向南從 12.52‰(多秀鹽湖)遞減至4.77‰(布查鹽湖),這種區(qū)域性的分布特征與其地質(zhì)背景有很大關(guān)系。

(3)本區(qū)東部鹽湖B、Li元素平均含量要高于西部鹽湖B、Li元素平均含量,且與各鹽湖周圍水體形成以鹽湖為中心的含量高值區(qū),且B-Li元素對(duì)顯示出協(xié)同消長(zhǎng)關(guān)系,說(shuō)明在該地區(qū)鹽湖中,這兩種元素的物質(zhì)來(lái)源、搬運(yùn)條件及富集環(huán)境具有相似性。

(4)根據(jù)區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征和硼同位素地球化學(xué)數(shù)據(jù),可判斷出新青峰噴泉中的硼主要來(lái)自于深部火山巖溶濾。

(5)布查鹽湖和勒斜武擔(dān)湖分別與各自周圍泉水具有顯著的同源性。

致謝:中國(guó)科學(xué)院貴陽(yáng)地球化學(xué)研究所的羅重光和中國(guó)科學(xué)院青海鹽湖研究所的張艷靈對(duì)同位素的測(cè)定給予了很多幫助,特此致謝！

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