關(guān)鍵詞 地?zé)嵯到y(tǒng)；硼同位素；水化學(xué)；富集機(jī)制；羊八井—當(dāng)雄斷裂帶

0 引言

西藏地?zé)豳Y源豐富，其溫泉數(shù)量、規(guī)模位居全國之最，其中羊八井—當(dāng)雄斷裂帶作為高溫地?zé)嵯到y(tǒng)最為發(fā)育的區(qū)域之一，建有我國目前最大、運(yùn)行最久的地?zé)犭娬?，?jīng)濟(jì)價(jià)值巨大。相比于冰島地?zé)?，西藏溫泉溫度更高，?guī)模更大，但由于地處高原，開發(fā)利用程度極低，大多數(shù)仍局限于醫(yī)療、洗浴和旅游。另外，青藏高原地?zé)岢?guī)模巨大，熱能資源豐富外，還異常富集Li、Rb、Cs等稀有金屬礦產(chǎn)，對(duì)應(yīng)泉華沉積規(guī)模大，發(fā)育時(shí)間長，很多巨厚硅華沉積異常富集Cs等金屬資源，有些鈣華沉積中富集Li等元素[1]，被評(píng)價(jià)為一種水熱成因新類型礦床[2]，具有很高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。其中，鋰作為最輕的金屬，有獨(dú)特的物理和化學(xué)性能，隨著全球新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展與電池技術(shù)的不斷突破，鋰資源的供需矛盾日趨突出。富Li地?zé)崴Ⅺ}湖鹵水型鋰礦是世界上比較獨(dú)特且重要的鋰資源組成部分[3]，其儲(chǔ)量約占世界鋰總量的69%[4]。Rb、Cs雖然在日常制造中運(yùn)用很少，但作為磁流體發(fā)電材料可以使核電站熱效率從25%～32%提升至50%～55%，并且在生物醫(yī)學(xué)、航天、電子工業(yè)等高科技產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域有著不可代替的作用。

一般對(duì)地?zé)崴性氐膩碓凑J(rèn)識(shí)大多傾向于高溫下的水—巖交換作用，特別是類似于B、Li、Rb、Cs等活動(dòng)性比較強(qiáng)的元素在高溫條件下易從巖石中遷出并富集于流體中[5]。國際上有更多研究推斷表明地?zé)崴捌涑练e物或鹽湖中B、Li等資源的罕見富集與中上地殼巖漿活動(dòng)密切相關(guān)[6]。侯增謙等[7]、趙平等[8]、Guo et al.[9]在長期從事藏—滇水熱地質(zhì)研究中也認(rèn)為地?zé)峥赡芘c近代巖漿活動(dòng)有關(guān)，特別是地殼重熔型高分異殘余巖漿可以產(chǎn)生大量富集稀有金屬元素等的熱流體。

隨著分析測(cè)試技術(shù)的進(jìn)步與提高，B、Li同位素配合其元素濃度被越來越多地應(yīng)用到物源判斷，特別是對(duì)示蹤各類地球化學(xué)反應(yīng)過程具有其他手段無可比擬的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于類似西藏地?zé)崴蠦、Li罕見富集的情形則更有獨(dú)特意義。其中，B同位素具有很寬的變化范圍，參與地殼演化的各個(gè)過程，如地幔、大陸殼、洋殼、沉積物等都具有不同的B同位素分布特征[10]，因此被作為大陸碰撞拼合和俯沖過程、或表生作用中物質(zhì)成分轉(zhuǎn)移的靈敏示蹤指標(biāo)[11]。相比之下，地?zé)崴甃i同位素及其濃度，更是熱液活動(dòng)的良好示蹤劑，被視為地?zé)嵯到y(tǒng)中不可替代的探途元素，是研究水體中Li富集來源的靈敏指標(biāo)[12?13]。

鑒于西藏地?zé)崴袠O高濃度的B、Li、Rb、Cs等本身具有潛在的綜合利用價(jià)值，且在數(shù)十萬年的演化過程中或現(xiàn)代可能為區(qū)域鹽湖資源提供了物源，但至今對(duì)青藏高原富B、Li、Rb、Cs等水體物質(zhì)來源、地球化學(xué)演化過程認(rèn)識(shí)有限，各種假說或觀點(diǎn)存在較大爭(zhēng)議。本文以西藏最有特色的羊八井—當(dāng)雄斷裂帶發(fā)育的溫泉（地?zé)峋檠芯繉?duì)象，應(yīng)用B、Li等非傳統(tǒng)同位素示蹤方法，研究地?zé)嵯到y(tǒng)B、Li元素自身來源、富集演化機(jī)制。西藏地?zé)嵯到y(tǒng)富集的B與稀有金屬元素等，雖然品位相對(duì)于藏北正在開發(fā)的鹽湖鹵水低很多，但作為重要的戰(zhàn)略儲(chǔ)備型資源，深入研究類似青藏高原地?zé)崴蠰i等稀有元素的來源以及演化富集機(jī)制，不僅具有理論意義，也對(duì)評(píng)估其潛在的資源價(jià)值具有重要指導(dǎo)作用。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 區(qū)域構(gòu)造

印度板塊與歐亞板塊碰撞俯沖，導(dǎo)致青藏高原隆升，地殼熔融，使青藏高原新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈，并持續(xù)至今。其強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)為整個(gè)西藏乃至青藏高原水熱活動(dòng)提供構(gòu)造背景與熱力條件[14]。本次重點(diǎn)選擇水熱活動(dòng)規(guī)模最大的羊八井—當(dāng)雄斷裂帶開展研究。相比于大多數(shù)僅能提供地?zé)崮艿牡蜏氐責(zé)崽?，該帶地?zé)崴粌H可以提供大量熱能且罕見富集一些典型礦產(chǎn)元素，例如B、Li、Rb、Cs等。羊八井—當(dāng)雄裂谷南北兩側(cè)海拔高5 500～6 000 m，內(nèi)部地勢(shì)平坦，屬西藏境內(nèi)各大近乎北東走向斷裂帶中規(guī)模最大的，發(fā)育較為完整的斷陷盆地，盆地東南部與雅魯藏布江縫合帶接觸，發(fā)育東西向逆沖推覆構(gòu)造，主要由向北傾斜的疊瓦狀逆沖推覆斷層以及多種樣式褶皺構(gòu)造組成。中部發(fā)育晚新生代盆—山構(gòu)造地貌系統(tǒng)，由念青唐古拉山脈與當(dāng)雄—羊八井地塹組成，地塹盆地與山脈之間中新世晚期—上新世發(fā)育北東向伸展型韌性剪切帶，第四紀(jì)發(fā)育張扭性邊界斷裂。該帶西北部發(fā)育納木錯(cuò)逆沖推覆構(gòu)造，呈北西向展布，由向北傾斜的逆沖斷層、兩條韌性剪切變形帶、蛇綠巖片帶與不同類型構(gòu)造巖片所組成。亞東—谷露裂谷作為在青藏高原七條主要的南北向裂谷中發(fā)育規(guī)模最大、地震活動(dòng)性最強(qiáng)的裂谷[8，15]，自有歷史記錄以來，亞東—谷露裂谷共發(fā)生了14次M6級(jí)以上的地震，其中2次為M7級(jí)以上地震。這充分說明羊八井盆地構(gòu)造活動(dòng)至今仍十分強(qiáng)烈，裂谷內(nèi)大小型深淺斷裂無數(shù)，而這些斷裂為地?zé)崴h(huán)提供了良好的條件[16]（圖1）。

1.2 地層巖性

谷露溫泉周邊廣泛分布第四系沖洪積物，為黏土細(xì)砂礫石層，頂部則為拉薩河北部支流桑曲河的河床砂礫石層；北西部分布冰川堆積物，為灰白色含泥砂礫層；中西部分布燕山晚期中酸性花崗巖；東南部大面積分布中侏羅世含黑云絹云粉砂板巖，少部分為坡積物，由礫石、黏土等組成，下伏有岡底斯巖漿巖帶的中新世花崗閃長巖和二長花崗巖侵入體。曲才溫泉地表覆蓋大面積第四紀(jì)沉積物；北西側(cè)分布中新世念青唐古拉侵入巖，主要為中細(xì)粒黑云二長花崗巖；東南部也分布大范圍含絹云板巖等變質(zhì)巖及小規(guī)模的早侏羅世白云母二長花崗巖。羊八井溫泉周邊覆蓋大面積第四紀(jì)沉積物，溫泉區(qū)兩側(cè)也分布有大面積的念青唐古拉侵入巖。

1.3 地?zé)岬刭|(zhì)

青藏高原主要地?zé)峄顒?dòng)發(fā)育在區(qū)域性EW與SN向的深大斷裂交匯位置，斷裂活動(dòng)為深部熱水上涌提供通道，地殼淺部發(fā)育的巖漿房或巖漿囊可能提供主要熱源[20]。研究區(qū)規(guī)模較大的溫泉主要位于雅江縫合帶與南北向深大斷裂交匯處，屬典型的沉積盆地巖漿型地?zé)嵯到y(tǒng)，水熱對(duì)流為主要傳熱方式，天然降水、冰川融水通過深大斷裂下滲，地表水在深循環(huán)過程中受到巖漿作用升溫上升最后排泄至地表形成天然泉水[21]。

2 樣品采集與測(cè)試

本次野外考察主要沿羊八井—當(dāng)雄斷裂帶進(jìn)行，在該帶上選取了谷露沸泉（S1）、曲才沸泉（S2）與羊八井355#、357#、13#地?zé)峋邷厮w（S3～S5），以及受到地?zé)崴判褂绊戯@著的拉薩河河流分別記為R1～R8，包括桑曲河支流（上段、谷露溫泉區(qū)段、下段）、堆龍德慶河支流（羊八井熱田區(qū)及上、下段、堆龍德慶縣前段），澎羊玉曲支流。在勘查采樣過程中，選取溫泉區(qū)流量最大的主泉口作為采樣點(diǎn)，盡可能代表淺層或地表環(huán)境影響相對(duì)較弱的深部地?zé)崴畼悠?。此次所采集的液體樣品均是在野外現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)0.45 μm醋酸纖維膜過濾后裝入預(yù)先處理的250 mL聚乙烯采樣瓶中（HNO3浸泡24 h后并用超純水淋洗多次），并且使用電工膠布進(jìn)一步封口，防止由于氣壓驟變導(dǎo)致樣品泄漏。測(cè)試基本陽離子和微量元素的水樣酸化處理至pH小于2，以防止微生物作用及因溫度、壓力變化發(fā)生沉淀的影響，測(cè)試陰離子的水樣不需要酸化處理。所有樣品在野外現(xiàn)場(chǎng)采用哈希產(chǎn)HQ40d 便攜式數(shù)字化多參數(shù)分析儀測(cè)試：溫度（T）、酸堿度（pH）值等。采集水樣的SO24 -、Cl-采用離子色譜儀（DIONECICS-2100）測(cè)試，各離子測(cè)試誤差控制在±2%。Ca2+ 、Mg2+ 、Na+ 、K+ 等采用美國熱電（Termo）公司生產(chǎn)的電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES）測(cè)定，經(jīng)陰陽離子電荷平衡估算，對(duì)誤差大于±5%的樣品重新測(cè)定，確保誤差小于水化學(xué)平衡規(guī)定的±5%。樣品中微量元素在貴州同微測(cè)試科技有限公司采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（X-SeriesICP-MS）測(cè)定，經(jīng)內(nèi)標(biāo)控制測(cè)試誤差小于±5%。

樣品中B同位素測(cè)試在南京大學(xué)內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。主要測(cè)試方法與流程為：通過B特效樹脂（Amberlite IRA 743B）對(duì)樣品中的B進(jìn)行分離與提純，然后將樣品在ESI PFA霧化器中處理為氣溶膠形式，最后導(dǎo)入德國產(chǎn)高分辨率電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（Neptune Plus MCICP-MS）中進(jìn)行B同位素測(cè)試。其中，法拉第杯H3和L3分別用來檢測(cè)11B和10B。Li同位素委托澳實(shí)礦物實(shí)驗(yàn)室代理，在瑞士相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室采用多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（MC-ICP-MS，NeptunePlus，Thermo Scientific）進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試前水體樣品采用Li特效樹脂進(jìn)行分離和純化，儀器測(cè)試前先用Li標(biāo)準(zhǔn)溶液 NIST SRM-8545進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)置。

3 結(jié)果分析

3.1 水化學(xué)特征

3.1.1 基本水化學(xué)組成

研究區(qū)溫泉出口溫度都高于當(dāng)?shù)胤悬c(diǎn)（表1）。地?zé)崴畃H值都大于8，平均為9.05，屬于堿性水。從地?zé)崴净瘜W(xué)成分圖解分析（圖2），由于地?zé)崴哂休^高的Cl-含量（452～819.8 mg/L），水化學(xué)類型分為Cl·HCO3-Na和Cl-Na型兩種，Na+為主要陽離子，Cl-、HCO-3 為主要陰離子。

在世界上大多數(shù)的地?zé)嵯到y(tǒng)中，雖然不同系統(tǒng)的水化學(xué)組成不同，但是碳酸鹽隨著溫泉溫度上升而溶解度下降，泉口溫度相對(duì)較低的低溫溫泉陽離子組成中具有更高的Ca2+離子含量。而此次研究區(qū)地?zé)崴疁囟冉源笥诋?dāng)?shù)胤悬c(diǎn)（gt;78 ℃），在沸騰時(shí)大量Ca2+離子形成泉華沉淀下來，導(dǎo)致熱泉水中的Ca2+離子濃度較低，同樣的，地?zé)崴蠱g2+濃度也隨著溫度升高而降低，在高溫條件下的地?zé)嵯到y(tǒng)中，Mg2+離子與圍巖中離子交換速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Na+與K+。所以研究區(qū)五個(gè)高溫地?zé)崴械年栯x子大多是Na+、K+，而Ca2++Mg2+的比例都小于20%（meq%）。

選取上游不受溫泉影響的背景河流拉薩河支流，以及周邊年楚河，西藏境內(nèi)最大的雅魯藏布江干流水化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合對(duì)比（表2）。由于豐水期河流數(shù)據(jù)變化較大，故以枯水期數(shù)據(jù)為主。支流拉薩河、年楚河以及干流雅魯藏布江流量巨大，可以代表溫泉水影響較小的區(qū)域主體水化學(xué)類型。背景區(qū)河流水（雅江干流及支流）全部位于菱形左上角，代表HCO3-Ca-Mg型，而溫泉區(qū)或流經(jīng)沸泉區(qū)后的河水，卻位于菱形區(qū)域下方，作為常溫河水，水—巖作用不足以使水化學(xué)類型從HCO3-Ca-Mg型完全轉(zhuǎn)化為HCO3-Cl-Na型，特別是其主要陽離子從Ca2+、Mg2+變?yōu)镹a+，因地?zé)崴写罅緾l-輸入河流，主要陰離子從HCO-3變?yōu)镃l-。由此可見，溫泉大規(guī)模排泄對(duì)區(qū)域水體水化學(xué)產(chǎn)生了極大的影響，如桑曲河等流量并不小，水化學(xué)類型完全改變，也反過來暗示區(qū)域溫泉排泄輸入的化學(xué)成分對(duì)地表水體影響顯著（圖2）。

3.1.2 B、Li、Rb、Cs濃度分布范圍

B、Li是地球上常見但相對(duì)保守的元素，在自然界大部分物質(zhì)中含量很低，如海水中Li的質(zhì)量濃度為0.130 mg/L，一般在天然淡水中的濃度更低，如世界平均河流Li含量為0.023 mg/L[22]。羊八井—當(dāng)雄斷裂帶沸泉中不僅B（10.16～52.13 mg/L）、Li（1.67～24.22 mg/L）濃度很高（表1），遠(yuǎn)高于海水，數(shù)百—上千倍于天然淡水，且變化范圍很大。

世界各地以淋濾巖石為主的地?zé)崛蠖郥DS較高且Rb、Cs濃度較低，位于南澳大利亞Paralana非巖漿型地?zé)釁^(qū)，淋濾變質(zhì)巖和花崗巖的裂隙地?zé)崴瓹s、Rb含量分別小于17.5 μg/L和205 μg/L，其Rb/Cs比值變化范圍較大（10～1 000），顯示為富Rb貧Cs的特征[23]。對(duì)歐洲60個(gè)地?zé)釁^(qū)的研究也表明，通過淋濾周邊巖石的地?zé)嵯到y(tǒng)，地?zé)崴瘜W(xué)組成中普遍表現(xiàn)為Cs、Rb含量很低，且顯著富Rb貧Cs[24]。與淋濾周邊巖石的地?zé)崛啾?，研究區(qū)溫泉TDS普遍比較低，屬于淡水— 微咸水，但Cs（895～5 762 μg/L）、Rb（178.8～2 618 μg/L）濃度高數(shù)十上百倍，乃至數(shù)千倍以上。雖然谷露（S1）、曲才（S2）中Rb/Cs比值相對(duì)較大（0.45、0.33），但所有樣品Rb/Cs比值遠(yuǎn)小于世界上絕大多數(shù)高溫地?zé)崴憩F(xiàn)為顯著的貧Rb富Cs的水化學(xué)特征（圖3）。

3.2 泉華地球化學(xué)特征

一般來說，西藏高溫地?zé)嵯到y(tǒng)所生成的泉華分為硅華和鈣華兩種，相比于形成溫度較低的鈣華（T≈70 ℃），硅華一般形成于儲(chǔ)層溫度大于175 ℃的高溫地?zé)嵯到y(tǒng)中[25]。當(dāng)深部富Si4+流體上升至近地表后，如果SiO2 達(dá)到過飽和狀態(tài)，就會(huì)膠結(jié)成蛋白石等非晶質(zhì)體隨著時(shí)間推移形成硅華結(jié)晶[26]。此次采集的谷露硅華剖面中的Li（3.13～21.36 mg/kg）、B（143.00～460.85 mg/kg）、Cs（202.20～376.97 mg/kg）相比于谷露現(xiàn)代主泉口硅華中的Li（52.41～65.09mg/kg）、B（603.30～1 940.61 mg/kg）、Cs（536.36～1 255.75 mg/kg）低數(shù)倍，甚至數(shù)十倍，且除剖面2的B之外，上層或中層相對(duì)較新的硅華沉積Li、Rb、Cs含量遠(yuǎn)高于下層相對(duì)較老的沉積（表3）?？傮w而言，現(xiàn)代泉華B、Li、Rb、Cs等元素含量普遍高于古泉華沉積，且泉華越新含量相對(duì)越高，趙元藝等[27]也曾觀測(cè)到西藏泉華沉積這一普遍現(xiàn)象，可能預(yù)示著水熱活動(dòng)的加強(qiáng)。

3.3 B、Li 同位素地球化學(xué)分布特征

相對(duì)于自然界一般水體，研究區(qū)地?zé)崴瓸同位素最顯著的特征是極為偏負(fù)且變化范圍比較?。?13.83‰～-5.84‰），極其偏負(fù)B同位素分布特征在世界范圍內(nèi)的地?zé)崴卸急容^少見。世界上大多數(shù)僅淋濾海相沉積巖等物質(zhì)的地?zé)嵯到y(tǒng)中δ11B 值是極其偏正的，如墨西哥西北的Guaymas盆地地?zé)崴?0.1‰）[28]，以及土耳其西部的富B地?zé)崴?，?1B值在18‰以上，而淋濾火成巖等物質(zhì)的地?zé)崴笑?1B值相對(duì)較低（0）[29]。結(jié)合呂苑苑等[30]測(cè)試的B同位素?cái)?shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)顯著的規(guī)律：西藏各大斷裂帶高溫地?zé)崴w上普遍表現(xiàn)出B濃度越高，δ11B越偏負(fù)的分布規(guī)律。從泉華數(shù)據(jù)來看，谷露（S1）的2和3主泉口的B濃度分別為603.30 mg/kg和1 940.61 mg/kg，而δ11B值分別為3.46‰和0.97‰。仍然表現(xiàn)為B濃度越高的泉華，卻有相對(duì)較低的δ11B值。

Li同位素的分餾與溫度息息相關(guān)，在低溫條件下Li同位素保留較強(qiáng)的分餾能力，而在高溫條件下幾乎不分餾，尤其是高溫高壓驟減至低溫低壓的條件下分餾效應(yīng)往往可以忽略[31]。研究區(qū)地?zé)崴甃i同位素介于3.5‰～3.8‰，遠(yuǎn)低于海水（31‰）和全球河流輸入的變化范圍（6‰～33‰，平均值為23‰）[32?33]，也低于青藏高原一般河流值，如金沙江、瀾滄江、怒江（gt;5‰）[34]。由此可見，相對(duì)于地表風(fēng)化作用輸入河流的偏正Li同位素分布，地?zé)崴?Li值具有相對(duì)偏負(fù)的特征。

4 地?zé)崴蠦、Li、Rb、Cs等元素富集機(jī)制

4.1 B、Li、Rb、Cs 元素來源與富集過程

相比于B、Li等元素，Cl具有更好的保守性，更強(qiáng)的遷移能力，且不易被黏土礦物等吸附至表面，最重要的是，一般巖石中幾乎不含Cl。即使在高溫高壓的水巖相互作用十分強(qiáng)烈的地?zé)嵯到y(tǒng)中，Cl的賦存狀態(tài)也很難被改變。所以用Cl來間接判斷深部流體的演化特征[35]。自然界普通水體中B、Li、Cl濃度并不高，但是在不同地質(zhì)背景的地?zé)嵯到y(tǒng)中，復(fù)雜的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)造就了差距極大的地?zé)崴瘜W(xué)特征。由于圍巖成分，冷熱水循環(huán)深度以及深部流體上涌等復(fù)雜原因，地?zé)崴w這些元素濃度以及元素比值如B/Li、B/Cl、Li/Cl都會(huì)發(fā)生很大的變化，依靠這些比值，可以判斷地?zé)嵯到y(tǒng)中冷熱水混合比例以及追蹤物源并探究其富集機(jī)制[36]。由于Li不需要很大的溫壓條件變化就能與黏土礦物中Na、Mg、K等元素進(jìn)行置換，B/Li比值越高，意味著水巖交換作用越強(qiáng)烈。研究區(qū)地?zé)崴隹跍囟榷即笥诋?dāng)?shù)胤悬c(diǎn)，在溫度接近的條件下，谷露（S1）、羊八井（S3、S4）熱泉B/Li 比值明顯大于曲才（S2），說明前者水巖作用比后者更加強(qiáng)烈。

深部巖漿活動(dòng)過程中含硫的氣體（SO2、H2S等），經(jīng)歷巖漿脫氣作用上升至地表，在深部高溫高壓缺氧環(huán)境中噴涌至地表強(qiáng)氧化環(huán)境的過程中形成大量SO24 -，并溶于地表和淺層地下水，因此可以運(yùn)用B/Li、SO24 -/Cl-的比值來判斷地?zé)崴难h(huán)深度與滯留時(shí)間[37]。根據(jù)圖4可以綜合判斷羊八井（S3～S5）地?zé)崴h(huán)深度較大且水巖作用相對(duì)強(qiáng)烈。在世界上大多數(shù)的地?zé)嵯到y(tǒng)中，B/Cl 比值受到圍巖和溫度影響較大。研究表明當(dāng)溫度高于100 ℃時(shí)，地?zé)崴蠦/Cl 比值往往與其圍巖B/Cl 比值非常接近。當(dāng)溫度達(dá)到400 ℃時(shí)，地?zé)崃黧w與玄武巖、安山巖等巖漿巖相互作用后，流體中B/Cl 比值均很低[38]。如日本Yakeyama 火山附近的地?zé)崴械腂 含量小于38 mg/L，而Cl的含量是B含量的100倍左右，B/Cl比值不到0.01[39]。印度尼西亞KawahIjen火山湖水及溫泉水中B的含量小于58 mg/L，Cl的含量是B含量的350倍左右，B/Cl比值不到0.003[40]。相比之下，墨西哥Los Humeros地?zé)崴瑯右彩歉籅地?zé)崴?，該地?zé)崽镢@孔熱水中B的濃度可高達(dá)3 168 mg/L，B/Cl比值介于0.01～0.95，相關(guān)研究表明由于其混入了地下7～8 km的巖漿流體，導(dǎo)致該地?zé)崴畼O度富B的同時(shí)具有極高的B/Cl比值[41]。羊八井—當(dāng)雄斷裂帶地?zé)崴虬司⊿5）外，B/Cl比值普遍較高，皆大于0.05。這是由于研究區(qū)地?zé)崴邢鄬?duì)富B貧Cl導(dǎo)致的B/Cl比值偏大，如羊八井（S4）的B/Cl比值可達(dá)0.115。由此可見，羊八井—當(dāng)雄地?zé)釒У責(zé)崴瓸/Cl比值與受到水—巖交換作用的地?zé)嵯到y(tǒng)有顯著差別，地?zé)崴蠦源除高溫條件下的水—巖反應(yīng)外，可能與富B端元的殘余巖漿流體上涌輸入有關(guān)。

除了富B之外，羊八井—當(dāng)雄斷裂帶上地?zé)崴鼮榈湫偷奶卣魇菢O為富Li。世界著名的黃石公園地?zé)嵋愿籐i為特征，谷露（S1）沸泉中的Li濃度是黃石公園地?zé)崴膬杀禰42]，由此可見西藏地?zé)崴籐i在世界上也比較罕見。圖4所示，Li/Cl比值越大，殘余巖漿流體參與度越大。一般來說，地?zé)崴腥绱烁邼舛鹊腖i，如果僅依靠水—巖交換作用是不大可能的。首先，泉華年齡分析表明，西藏地?zé)峄顒?dòng)了至少持續(xù)了數(shù)十萬年以上[2]。如此富Li、長時(shí)間、大規(guī)模的水熱活動(dòng)需要淋濾的巖石體積將大到難以想象，所以必然存在一個(gè)除了圍巖外的非常富Li的端元。前人也普遍認(rèn)為，地?zé)嵯到y(tǒng)富集的稀有金屬元素、鹵素、揮發(fā)性元素和其他不相容元素，必然與殘余巖漿流體來源有關(guān)，不可能僅依靠水—巖作用就可以達(dá)到如此規(guī)模的富集程度[8，43]。

除B、Li之外，自然界一般水體更不會(huì)富集Rb、Cs，羊八井—當(dāng)雄斷裂帶地?zé)崴甊b、Cs顯著富集且相對(duì)貧Rb富Cs特征，必然有一個(gè)極富Cs的端元控制。Hildreth[44]研究估算的巖漿囊元素富集系數(shù)，認(rèn)為Cs和Rb都有在巖漿晚期富集的趨勢(shì)，并且地?zé)嵯到y(tǒng)中如果含有殘余巖漿流體，那么相對(duì)于水—巖作用為主的地?zé)嵯到y(tǒng)，地?zé)崴蠧s等元素的含量會(huì)顯著增加，Rb/Cs比值降低。新西蘭Taupo火山區(qū)的地?zé)崴谑艿綇?qiáng)烈的水巖交換作用的同時(shí)也受到14±5%左右的晚期巖漿的補(bǔ)給，當(dāng)巖漿流體補(bǔ)給比例不同時(shí)，地?zé)崴蠷b、Cs組分也不盡相同。巖漿補(bǔ)給比例由14±5%減少至6±2%時(shí)，地?zé)崴械腞b/Cs比值由1.03顯著增加至3.34[45]?？梢姷?zé)崴惺艿降膸r漿流體來源比例越大，Cs相對(duì)Rb越富集，Rb/Cs比值越小。按照此比例推算，羊八井—當(dāng)雄斷裂帶地?zé)崴艿綆r漿流體來源約16±2%。正是由于殘余巖漿流體的輸入與控制，研究區(qū)地?zé)嵯到y(tǒng)富集B、Li、Rb、Cs這些典型不相容元素，造成了極低的Rb/Cs和極高的B/Cl比值。

根據(jù)趙平等[8] 在羊八井地區(qū)所取ZK4002、ZK4001孔資料表明，羊八井熱田深部有兩個(gè)高溫?zé)醿?chǔ)層，深部熱儲(chǔ)層位于1 800 m 左右，其溫度大于300 ℃。多吉[15]對(duì)于鉆孔內(nèi)巖心進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)熱儲(chǔ)層內(nèi)見有綠泥石、絹云母、白云母等蝕變礦物侵入并呈細(xì)脈狀產(chǎn)出，表明其中礦物屬于熱液成因，其形成溫度約為300 ℃，與井內(nèi)實(shí)測(cè)溫度相當(dāng)。深部必定有溫度更高的熱源加熱才能達(dá)到如此高的溫度。按照這一地溫梯度估算，羊八井地下7～8 km處就有局部熔融體。而根據(jù)大地電磁顯示，地下5～15 km處有高導(dǎo)層，對(duì)應(yīng)正在冷卻的巖漿房[46]。Tan et al.[47]推測(cè)西藏規(guī)模如此巨大的裂谷中發(fā)育的高溫地?zé)崛厝慌c熱儲(chǔ)層之下存在的局部熔融巖漿供熱密不可分。國內(nèi)外早期研究也表明，如果地?zé)崴蓄愃葡∮薪饘僭氐忍厥獾幕瘜W(xué)成分沒有殘余巖漿流體的輸入，則很難用其他來源或地球化學(xué)過程解釋[6]。

綜上所述，典型元素濃度及其比值變化特征，以及前人大量鉆探、地球物理勘探資料一致表明，羊八井—當(dāng)雄斷裂帶地?zé)嵯到y(tǒng)中不僅水巖交換作用強(qiáng)烈，而且B、Li、Rb、Cs等特征元素富集演化過程與殘余巖漿流體來源密切相關(guān)。

4.2 B、Li 同位素對(duì)水化學(xué)演化成因機(jī)制的解釋

通過谷露（S1）沸泉與其主泉口硅華之間的B、Li同位素?cái)?shù)據(jù)對(duì)比（表3），運(yùn)用同位素分餾公式：

計(jì)算得到地?zé)崴谥魅?、2的分餾系數(shù)，結(jié)果顯示B、Li分餾系數(shù)近似等于1，所以地?zé)崴谏畈颗判怪寥跁r(shí)由于高溫高壓條件B、Li同位素幾乎不分餾。因此，地?zé)崴笑?1B、δ7Li值近似代表了深部循環(huán)時(shí)的同位素值。前文所述，僅依靠淋濾海相沉積巖等物質(zhì)的地?zé)嵯到y(tǒng)中δ11B值是極其偏正的，研究區(qū)內(nèi)地?zé)崴瓸濃度越高，δ11B值相對(duì)越偏負(fù)，說明研究區(qū)地?zé)崴芎Ｏ喑练e巖等影響不大，且除了水巖作用外有一個(gè)極其偏負(fù)的端元控制地?zé)崴蠦 同位素的組成。

前述分析表明，地殼重融的殘余巖漿流體可以解釋B、Li、Rb、Cs異常富集及其比例變化，研究區(qū)地?zé)崴瓸同位素分布范圍與地殼重熔型巖漿B同位素分布范圍也十分接近（圖5）。研究表明，當(dāng)溫度大于650 ℃時(shí)，電氣石結(jié)晶與殘余巖漿流體相分離過程B同位素分餾效應(yīng)較小，亦即電氣石中的B同位素組成可以在一定程度上代表母源巖漿B同位素組成[48]。Tonarini et al.[49]對(duì)意大利偉晶巖中電氣石的B同位素測(cè)試發(fā)現(xiàn)，其偉晶巖中電氣石δ11B值介于-8.58‰～-9.62‰，間接反映其結(jié)晶時(shí)巖漿δ11B范圍。Smith etal.[50]對(duì)英國西南部多個(gè)礦區(qū)礦物中電氣石B同位素綜合研究表明，結(jié)晶溫度介于650 ℃～750 ℃時(shí)，花崗巖中早期結(jié)晶的電氣石δ11B值介于-10‰～-8‰，而晚期結(jié)晶的電氣石δ11B 值在-13.5‰ 左右。Jiang etal.[51]測(cè)試了西藏淡色花崗巖中電氣石的δ11B值介于-13.1‰～-11.5‰，偉晶巖中電氣石的δ11B 值介于-13.5‰～-7.7‰。綜合前人測(cè)試結(jié)果，研究區(qū)水樣中δ11B值與晚期結(jié)晶的電氣石數(shù)值非常相似，結(jié)晶晚期的花崗巖，特別是電氣石花崗巖被認(rèn)為是自然界主要的硼源。

由于水—巖交換作用過程，即使淋濾偏負(fù)同位素特征的電氣石花崗巖，隨著11B同位素優(yōu)先進(jìn)入水體，導(dǎo)致水體B同位素只會(huì)向偏正趨勢(shì)發(fā)展，不可能偏負(fù)或接近母巖。因此，地?zé)崴w異常富集的B以及顯著偏負(fù)的同位素特征，進(jìn)一步證明有類似與電氣石花崗巖結(jié)晶相平衡的殘余巖漿流體的貢獻(xiàn)，如僅依靠淋濾巖石一方面不可能提供如此巨量的B，更不可能持續(xù)保持地?zé)崴笑?1B值如此偏負(fù)的特征[51]。Zhang et al.[52]也發(fā)現(xiàn)西藏地?zé)崴惓８患疊且地?zé)崴?1B值介于-16.57‰～0.52‰，認(rèn)為地?zé)崴蠦主要來自地殼重熔型殘余巖漿流體。對(duì)西藏地?zé)崴瓾、O同位素系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)地?zé)崴梢詸z測(cè)出較高濃度的放射性T，同時(shí)因水—巖作用導(dǎo)致O同位素正漂移現(xiàn)象不顯著，說明地?zé)崴h(huán)更新較快，與圍巖滯留接觸時(shí)間相對(duì)較短，難以觸發(fā)強(qiáng)烈的水巖反應(yīng)[47]。因此，結(jié)合地?zé)崴湫筒幌嗳菰馗患卣鳎芯繀^(qū)地?zé)崴?1B值顯著偏負(fù)，是由于晚期殘余巖漿流體上涌或脫氣混入地?zé)嵯到y(tǒng)，亦即水—巖反應(yīng)與殘余巖漿流體混合比例此消彼長共同作用的結(jié)果（圖5）。

Li在流體相中極容易發(fā)生水合作用，在大多數(shù)地球化學(xué)作用中不參與氧化還原反應(yīng)，屬于強(qiáng)不相容元素[53]。Li同位素的分餾與其所處溫度有關(guān)，前文所述在高溫高壓環(huán)境中，尤其是熔融過程中，Li同位素分餾效應(yīng)較小[31]。但是在常溫條件下，地表河流受到周邊巖石風(fēng)化作用的輸入，河流沉積物或懸浮物吸附Li元素的過程中，輕同位素6Li傾向于由水合離子態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轲ね恋V物中的八面體配位，導(dǎo)致河水中δ7Li 值增加。Ma et al.[54]測(cè)試了長江源頭δ7Li 介于10.7‰～17.5‰，K?sak?rek et al.[55]測(cè)試了喜馬拉雅北坡河流δ7Li介于6.1‰～31‰，可見西藏這些大河都具有顯著偏正的Li同位素而較低的Li濃度。

相反，與巖漿活動(dòng)有關(guān)的流體Li濃度很高但其同位素卻顯著偏負(fù)[56]。當(dāng)河水或西藏地表水參與深部循環(huán)過程與深源流體混合時(shí)，會(huì)導(dǎo)致地?zé)崴wLi濃度急劇增高而Li同位素相對(duì)地表水偏負(fù)、相對(duì)殘余巖漿流體相對(duì)偏正的特征。因此，涉及到熔體、流體以及巖石之間的地球化學(xué)演化過程時(shí)，Li同位素能夠用來示蹤元素來源及其演化過程[57]。受到幔源或殼源巖漿活動(dòng)影響的地?zé)崃黧w通常具有相對(duì)較低的Li同位素組成，在含有揮發(fā)組分的巖漿流體演化過程中，不發(fā)生脫氣作用的玄武巖δ7Li值為4.5‰[57]。研究區(qū)地?zé)崴?Li值介于3.5‰～3.8‰，而上地幔巖漿δ7Li 值介于3‰～5‰，島弧重熔巖漿δ7Li 值介于2‰～6‰[58]。在深部熱水排泄至地表Li同位素分餾效應(yīng)較小的前提下，前人研究表明相對(duì)B同位素等非保守的元素地球化學(xué)行為，Li元素在水體富集過程中未發(fā)生明顯的同位素交換[54]。上述受到圍巖影響的流體Li同位素會(huì)相對(duì)偏正。因此，與B濃度及同位素指示意義相似，地?zé)崴惓８患腖i濃度和相對(duì)偏負(fù)的同位素分布特征，也表明殘余巖漿流體上涌可能是主控機(jī)制。

5 結(jié)論

（1） 相對(duì)自然界一般水體，羊八井—當(dāng)雄斷裂帶分布的溫泉普遍貧堿土金屬元素，卻顯著富集典型不相容元素B、Li、Rb、Cs等稀有堿金屬元素，且具有相對(duì)貧Rb而更富Cs的異常特征。

（2） 與圍巖及區(qū)域各類巖石或水體特征完全不同，地?zé)崴惓８患疊、Li元素的同時(shí)，具有顯著偏負(fù)的B、Li同位素分布特征，特別是具有B濃度越高，B同位素越偏負(fù)的獨(dú)特地球化學(xué)分布規(guī)律。

（3） 從水化學(xué)演化與B、Li 同位素分布特征推斷，水—巖交換作用對(duì)羊八井—當(dāng)雄斷裂帶高溫地?zé)崴wB、Li、Rb、Cs的富集具有一定的影響；但極高的B、Li濃度與極其偏負(fù)的同位素分布特征，以及結(jié)合羊八井周圍上地殼淺部各類地質(zhì)與地球物理異常特征，這些不相容元素的顯著富集可能更與地殼重熔型殘余巖漿流體上涌以及脫氣過程有關(guān)，是B、Li、Rb、Cs等特征性元素富集以及B、Li同位素相對(duì)偏負(fù)的主控物源機(jī)制。

（4） 羊八井—當(dāng)雄斷裂帶地?zé)崴w異常富集B、Li、Rb、Cs等元素，除從熱電站廢水中開發(fā)利用的B資源外，進(jìn)一步考慮綜合利用低品位Li等資源或參考現(xiàn)代鹽湖過程，進(jìn)一步蒸發(fā)濃縮提取Li等資源是值得深入探索的重要課題。