新疆库米什盆地硝酸盐型盐湖中锶离子迁移富集规律研究

李长忠 ，程怀德，张西营，宋建国，马学海，蒋天明，李 俊，海擎宇

(1. 中国科学院 青海盐湖研究所， 中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室， 青海 西宁 810008； 2. 青海省盐湖地质与环境重点实验室， 青海 西宁 810008； 3. 中国科学院大学， 北京 100049)

锶(Sr)是第五周期ⅡA族的碱土金属元素，广泛分布于自然界中，但分布不均，富集成矿的难度较大(胡进武等， 2004； 陆石基等， 2020)。一般而言，含锶或富锶岩石为富锶地下水的形成提供了物质来源，锶则经过风化、淋滤后在水流作用下进行迁移和富集(葛文胜等， 2001； 崔林等， 2006； 苏春田等， 2017； 石海岩等， 2018； 陆石基等， 2020)。研究表明，含锶矿物和富含锶的闪长岩、花岗岩 、粘土岩、碳酸盐岩等是主要的富锶母岩(刘庆宣等， 2004)。中国现代盐湖中，新疆地区的盐湖卤水中Sr2+含量普遍不高，根据已有数据资料来看，其含量一般为1 mg/L或更低，但在南天山山间盆地(如库米什盆地)的硝酸盐型盐湖中，Sr2+的含量却可达10 mg/L以上(郑喜玉等， 2002)。这些硝酸盐型盐湖为什么具有相对较高的Sr2+含量以及这些Sr2+是怎样迁移和富集的等科学问题至今还不甚清楚。

库米什盆地发育有多个硝酸盐型盐湖，是新疆最典型和最重要的硝酸盐型盐湖分布区(郑喜玉等， 2002)。本文以库米什盆地内高山冰雪融水形成的常年河流及硝酸盐型盐湖为研究对象，开展系统的地表水(河流水、井水、地表卤水等)及水系沉积物的取样、分析和地球化学研究，依此探讨研究区盐湖中Sr2+的物源以及Sr2+的迁移富集规律，以期对揭示硝酸盐型盐湖中相对富Sr2+的机制乃至硝酸盐矿床成矿作用提供资料和依据。

1 区域地质背景

库米什盆地位于吐哈盆地的西部，塔里木盆地的北东部(图1)，盆地的北部、北东部、南部、西部分别与南天山、乔尔塔格山、库鲁克塔格山、克孜勒山相邻，盆地周缘发育有托克逊断裂、辛格尔断裂、盆地南缘断裂、包尔图断裂等构造带。据资料，研究区内年均降水量为44.8 mm，年均蒸发量3 361.1 mm，为降水量的75倍多，年平均气温为10.68℃；年最低气温出现在12月至次年2月份，最低气温达 21.7℃；年最高气温在6～8月份出现，最高气温达47℃。湖区发育有狼牙状、微波状、平坦状、鼓包状的微地貌且起伏不平(黄铁栋等， 2004)，盐滩的组成则以坚硬的盐壳为主，植被稀少，盐壳表层沉积物内发育有一层较薄的钾硝石、钠硝石矿，以石盐壳为储存介质发育有丰富的晶间卤水资源。

盆地由于受到强烈构造运动的影响，自北西至南东向分布着硝尔布拉克、乌布喀什布拉克、乌尊布拉克、乌勇布拉克、小横山等5处形状各异的现代洼地，硝酸盐矿体就赋存于其内(黄铁栋， 2005)。吴富强(1999)根据盆地主界面深度和磁力异常资料，将库米什盆地划分为“一隆两凹”，即北部的硝尔凹陷带、中部的乌尊隆起带以及南部的帕尔沙凹陷带，硝尔布拉克和乌布喀什布拉克分布于硝尔凹陷带，乌尊布拉克分布于乌尊隆起带，乌勇布拉克及小横山则分布于帕尔沙凹陷带内(图1)。

古新世-上新世早期时，由于喜马拉雅运动的影响，盆地开始沉降，在原侏罗系沉积层之上接受了一套以红色为主的河流相沉积物，为区域性沉降阶段，上新世晚期以来的新构造运动促成了盆地现今的地貌格局(胡剑风等， 2004； 陈奋雄等， 2008)。中更新世中期-晚更新世早期湖盆因受到突发性地质事件和气候事件的影响，湖水开始咸化，湖区局部出现了钠钙硫酸盐类沉积物(郑喜玉， 2000)。距今35.0 ka时以来，库米什盆地气候开始持续干旱、湖水急剧浓缩，在距今30.0 ka左右湖区开始形成连续的蒸发岩化学沉积层并赋存高矿化度卤水，表明乌尊布拉克盐湖进入成盐阶段(梁青生， 1999)。

图 1 库米什盆地地质略图和采样点分布(据新疆维吾尔自治区地质矿产局， 1993修改)

库米什盆地出露的主要地层为泥盆系结晶灰岩，侏罗系泥质砂岩及煤岩，第四系河湖相含砾细粉砂、粉砂粘土和含盐岩系沉积，硝酸盐矿床则赋存于第四系冲洪积和盐类化学沉积物中，盆缘还广泛分布有志留系、泥盆系、石炭系的花岗岩、钾长花岗岩、花岗闪长岩等侵入岩。盆地的北西部发育有可可乃克和马鞍桥两个天青石矿床，它们的矿床类型属于沉积改造型(折延凤等， 2008； 肖丙建等， 2015)。湖盆内盐类矿物的组成以石盐、钾硝石、钠硝石为主，含有水硝碱镁矾、石膏、芒硝、无水芒硝、白钠镁矾等矿物(王冰生等， 1992； 王冰生， 1993； 郑喜玉， 2000)。

2 样品采集与分析方法

2.1 样品采集

在野外踏勘的基础上，参照水系沉积物地球化学找矿基本原则和采样方法，从盆地北西部的包尔图断裂至南东部横穿整个盆地采集表层沉积物和河水、井水、卤水样品，采样位置详见图1。采集的样品包括河水(2个)、井水(2个)、微咸水(1个)、盐湖卤水(3个)、洪积扇沉积物(2个)和盐湖沉积物(5个)。

样品采集前，用待取水洗涤取样瓶和采水器各3次，采样后装入取样瓶并密封，采样量为500 mL。洪积扇及盐湖沉积物样品在0～0.2 m范围内直接用密封塑料袋进行均匀采集，现场密封保存。

2.2 分析方法

3 结果

3.1 北西至南东向水样中离子含量变化

表 1 北西至南东向剖面水样主要化学组分 mg/L

图 2 北西至南东向剖面水样离子含量变化曲线

3.2 北西至南东向表层沉积物中离子含量变化

4 讨论

4.1 Sr2+与主要化学组分相关性分析

表 2 北西至南东向剖面沉积物样主要化学组分

图 3 库米什盆地北西至南东向沉积物样离子含量变化曲线

图 4 水样中成矿离子含量相关性分析

4.2 盐湖中锶的物质来源探讨

库米什盆地北东部发育有大量的泥盆系侵入岩，岩石类型以花岗岩、钾长花岗岩和中基性岩为主。杨天南等(2006)对库米什盆地周缘泥盆系侵入岩进行了全岩化学分析研究，侵入岩样品中锶的分析结果显示，X104号样品(中基性岩和酸性花岗岩)锶的平均含量(1 193.60×10-6)为地壳中锶平均含量(375×10-6)的约3.2倍(Taylor and McLennan， 1985)；X106号样品(中基性岩)锶的平均含量(933.33×10-6)约为地壳中锶平均含量(375×10-6)的2.5倍。张彭熹(1987)对柴达木盆地盐湖卤水中锶(Sr)的分布进行分析时，发现现代盐湖锶的分布与盆缘岩层中锶盐的溶滤风化作用有关，因而库米什盆地周缘显著锶异常的侵入岩与硝酸盐型盐湖中Sr2+的补给源有关。

图 5 沉积物样中成矿离子含量相关性分析

笔者搜集整理了柴达木盆地部分盐湖卤水Sr2+含量(表3)，与库米什盆地硝酸盐型盐湖卤水的Sr2+含量进行对比分析。库米什盆地硝酸盐型盐湖卤水中Sr2+的平均含量(20.21 mg/L)为海洋水Sr2+平均含量(8 mg/L)的约2.5倍。柴达木盆地盐湖卤水中Sr2+的平均含量(82.23 mg/L)约为海洋水Sr2+平均含量的10倍。柴达木盆地盐湖卤水中Sr2+的平均含量(82.23 mg/L)高于库米什盆地硝酸盐型盐湖卤水中的Sr2+的平均含量(20.21 mg/L)。柴达木盆地盐湖中Sr2+物质补给来源与盆地内深大断裂中深部水的上升补给、第三系油田水、盆缘发育的火成岩和碳酸盐岩以及天青石矿床等有关(葛文胜等，2001；崔林等，2006)。根据前人资料和本文研究，库米什盆地硝酸盐型盐湖中Sr2+的物质补给来源主要与盆地北西部的天青石矿床、碳酸盐岩、花岗岩以及北东部的侵入岩、碳酸盐岩有关，盆缘岩层在风化淋溶作用下产生的Sr2+随地表水流汇入湖区，导致硝酸盐型盐湖中Sr2+含量相对偏高。

表 3 柴达木盆地部分盐湖卤水锶含量

综上所述，新疆盐湖的形成条件与柴达木盆地存在明显差异，新疆盐湖(包括硝酸盐型盐湖)中的Sr2+含量及其富集的地球化学规律与机制与柴达木盆地迥异，新疆盐湖Sr2+的富集过程主要体现在表生作用过程，目前尚无明显证据表明与深部流体作用有关联。

5 结论

(2) 库米什盆地硝酸盐型盐湖中Sr2+主要来源于盆地北西部的天青石矿床，北东部及北西部的碳酸盐岩(以泥盆系灰岩为主)、盆缘的侵入岩，各物源区的贡献度还需进一步开展工作予以确定。

致谢中国科学院青海盐湖研究所分析测试中心的王波老师帮助完成了样品的分析测试工作，两位匿名审稿专家对论文提出宝贵的修改意见，在此表示衷心的感谢！