青海囊謙高濃度鹽泉硼同位素地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義研究

韓鳳清, 陳彥交, 韓繼龍*, 韓文霞, 馬云麒, 年秀清, 楊修猛

1)中國科學(xué)院青海鹽湖研究所, 青海省鹽湖地質(zhì)與環(huán)境重點實驗室, 青海西寧 810008; 2)中國科學(xué)院大學(xué), 北京 101408

青海囊謙高濃度鹽泉硼同位素地球化學(xué)特征及其地質(zhì)意義研究

韓鳳清1), 陳彥交1,2), 韓繼龍1,2)*, 韓文霞1), 馬云麒1), 年秀清1,2), 楊修猛1,2)

1)中國科學(xué)院青海鹽湖研究所, 青海省鹽湖地質(zhì)與環(huán)境重點實驗室, 青海西寧 810008; 2)中國科學(xué)院大學(xué), 北京 101408

本研究基于青海囊謙盆地8個鹽泉的元素組成和穩(wěn)定同位素分析, 研究了盆地中高濃度鹽泉鹽類物質(zhì)的來源與形成條件。結(jié)果表明, 青海囊謙鹽泉的平均礦化度為254.6 g/L, 在空間上礦化度從西到東逐漸升高, 水化學(xué)類型為硫酸鹽型, pH為中性, 鹽泉元素可分為三類—Na+-Cl--K+-Br-, B3+-Li+-SO2-4-HCO-3, Ca2+-Mg2+。盆地中高濃度鹽泉的大面積出現(xiàn), 及鹽泉元素地球化學(xué)分析均表明囊謙盆地地下有豐富的含鹽地層。鹽泉的成因類型為溶濾鹽泉, 溶濾的主要礦物為石鹽, 其次還有少量灰?guī)r和石膏巖。鹽泉的硼同位素研究結(jié)果表明, 鹽泉水δ11B值在+3.55‰ ～ +35.49‰之間變化, 分布范圍較大, 從北西向南東逐漸降低, 結(jié)合鹽泉的Br含量, 指示該含鹽地層應(yīng)屬陸相成因。此外, 鹽泉水硼含量與硼同位素呈反比關(guān)系, 呈現(xiàn)出高B低δ11B值端元和低B高δ11B值端元, 鹽泉的pH值與硼同位素組成也呈一定的反比關(guān)系。通過對鹽泉和區(qū)域地質(zhì)的綜合研究, 我們認(rèn)為多倫多鹽泉地區(qū)出露的大量火山物質(zhì)可能是鹽泉硼的一個重要來源。綜合對比研究認(rèn)為囊謙鹽泉的形成條件為: (1)盆地內(nèi)的含鹽地層為鹽類物源; (2)穩(wěn)定的降水為鹽泉提供了持續(xù)的水源; (3)廣布的斷裂構(gòu)造為鹽泉的發(fā)育提供了通道; (4)地形高差大為其提供了水力梯度。

高濃度鹽泉; 硼同位素; 囊謙盆地; 水化學(xué); 地質(zhì)意義

硼(B)是自然界同位素相對質(zhì)量差最大的元素之一, 因此許多的化學(xué)反應(yīng)及地質(zhì)過程都存在硼同位素的分餾(肖應(yīng)凱等, 2000)。自然界的硼同位素組成變化很大, 其δ11B變化達(dá)到90‰, 最低的δ11B約為-36‰, 見于非海相的蒸發(fā)鹽礦物和某些電氣石;最高的δ11B約為60‰, 見于死海和澳大利亞鹽湖(鄭永飛和陳江峰, 2000; 圖1)。此外, B作為巖漿活動后期的特征性元素, 可以由地下水熱系統(tǒng)、地表徑流等作用帶至地表(吳俐俐等, 1984)。巖漿的淋濾實驗表明硼可以在較低溫度下(小于巖石熔融溫度)從圍巖中淋濾出來(Ellis and Mahon, 1964), 甚至可以在低溫條件下(20～22℃)淋濾出巖漿巖B總量的50％(Sauerer et al., 1990)。對于水巖相互作用成因的B, 硼同位素主要取決于原巖硼同位素特征(如: 碳酸巖、蒸發(fā)巖、花崗巖和玄武巖等)(Millot et al., 2007)。氣-液相分離過程和次生礦物沉積等因素會引起一定的硼同位素分餾(Spivack and Edmond, 1987), 但這些過程產(chǎn)生的分餾不足以影響和改變鹽泉B同位素對物源B同位素信息的記錄和表達(dá)(Palmer and Sturchio, 1990; 呂苑苑等, 2014)。硼同位素結(jié)合水化學(xué)數(shù)據(jù)判斷鹵水的物質(zhì)來源及鹵水補(bǔ)給情況前人也做了很多的研究(馬茹瑩等, 2015)。

圖1　自然界中硼同位素組成(肖軍等, 2012)Fig. 1　The boron isotope composition in the nature (XIAO et al., 2012)

目前國內(nèi)外對于鹽泉的研究主要集中在利用鹽泉來尋找地下含鹽礦床(譚紅兵等, 2004; 伯英等, 2013; 牛新生等, 2013; 張玉淑等, 2013), 以及通過分析鹽泉水化學(xué)及同位素特征, 結(jié)合地質(zhì)條件探討鹽泉的鹽類物質(zhì)來源和鹵水的成因類型(Uma, 1998; Eseme et al., 2002, 2006)。近年來我國對于鹽泉的研究日漸重視, 鹽泉水化學(xué)特征研究比較成熟的地區(qū)有西藏羌塘地區(qū)和昌都鹽井地區(qū), 新疆塔里木盆地和羅布泊地區(qū)以及云南思茅盆地等(錢琳等, 2007;錢琳, 2007; 漆繼紅, 2008; 周旭東等, 2011; 牛新生等, 2013; 張玉淑等, 2013)。然而對于地處青藏高原腹地, 海拔較高的囊謙盆地鹽泉研究較少, 該地區(qū)鹽泉以礦化度高為特征, 屬高濃度鹽泉。

基于此, 本文使用常規(guī)化學(xué)分析方法和正熱電離質(zhì)譜法對囊謙盆地出露的鹽泉進(jìn)行了水化學(xué)和硼同位素組成的初步研究, 揭示了其分布特征及聯(lián)系,對該地區(qū)鹽泉水硼同位素組成變化的原因進(jìn)行了初步探討。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

青海玉樹囊謙地區(qū)位于青藏高原腹地, 海拔在3 500～4 500 m, 地形高差大, 在數(shù)百至1 000 m之間, 降雨量穩(wěn)定, 是青海省降雨量較多的地區(qū)。它是在印度與歐亞板塊碰撞以及中生代基底經(jīng)歷長期隆升剝蝕的基礎(chǔ)上經(jīng)早期逆沖推覆和晚期走滑-拉分作用形成的(王世峰等, 2002; 杜后發(fā)等, 2011; 姜勇彪等, 2011)。研究區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育, 盆地內(nèi)出露大量的火山巖, 前人對其形成時代進(jìn)行了相關(guān)研究(鄧萬明等, 2001; 朱麗等, 2006)。由于自然環(huán)境惡劣, 該地區(qū)的研究有待進(jìn)一步深入。

囊謙盆地出露有石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系及第四系地層。石炭系由濱岸淺海相碎屑巖、碳酸鹽巖夾火山巖系和海陸交互相含煤地層組成; 二疊系由淺灰、深灰色灰?guī)r、粉砂質(zhì)板巖夾含燧石條帶硅質(zhì)灰?guī)r組成, 屬海相地層; 三疊系主要為濱海-淺海相碎屑巖-碳酸鹽巖層系和海相碎屑巖、碳酸鹽巖及海陸交互相的含煤碎屑巖沉積; 侏羅系為海相、海陸交互相沉積,以砂巖和灰?guī)r為主; 白堊系為紫紅色厚層礫巖夾砂巖; 古近系及新近系為一套紅色碎屑巖夾泥灰?guī)r和膏巖層, 局部有少量火山巖夾層; 第四系以砂礫為主, 夾粉砂、砂質(zhì)黏土的河湖相沉積。古近系貢覺組為含鹽地層, 主要發(fā)育紅色碎屑巖建造, 其間有石膏沉積并含鹽, 盆地內(nèi)地層連續(xù)沉積, 出露完整,并伴有大量的火山巖(青海省地質(zhì)礦產(chǎn)局, 1991; 姜勇彪等, 2011)。盆地在構(gòu)造上介于怒江縫合帶和金沙江縫合帶之間, 邊界受北西—南東向斷裂控制,該構(gòu)造對囊謙地區(qū)火山巖分布有一定的影響作用(圖2)。

圖2　囊謙盆地地質(zhì)略圖和采樣點分布Fig. 2　Geological sketch and sampling sites of salt springs in Nangqian Basin

2　樣品的采集與測試

2.1樣品采集與常量元素測定

鹽泉水的樣品來自于青海南部的囊謙盆地, 該地區(qū)出露大量的鹽泉。本課題組于2014年6月對囊謙盆地進(jìn)行野外踏勘, 在野外觀測的基礎(chǔ)上, 選取查哈、達(dá)改、日阿忠、牛日娃、然木、多倫多、白扎、尕羊等鹽泉作為本文主要采樣點, 共8個地點(圖2, 表1)。樣品直接用塑料瓶進(jìn)行采集, 采樣前用待取鹽泉水洗滌塑料瓶3次, 每個樣品采樣量1 000 mL, 現(xiàn)場進(jìn)行密封, 標(biāo)注編號及日期, 取回待測。

表1　采樣點坐標(biāo)Table 1　Sampling sites

樣品分析測試項目包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Li+、Cl-、SO2-4、CO2-3、HCO-3、Br-、B2O3含量的分析及pH值測試(表2, 3), 樣品分析方法和測試精度見表2。

表2　樣品分析方法及測試精度Table 2　Analytical methods and precision

2.2鹽泉水樣品中硼的純化分離及同位素測試

2.2.1試劑

(1)高純石墨懸浮液: 用來做正熱電離質(zhì)譜發(fā)射促進(jìn)劑, 由光譜純石墨與乙醇/水(體積比8:2)混合而成。(2)亞沸去硼水: 實驗過程中為降低實驗本底, 將蒸餾水經(jīng)過3次亞沸蒸餾后過硼特效樹脂柱。(3)HCl: 優(yōu)級純的鹽酸經(jīng)一次亞沸蒸餾配制而成。(4)同位素標(biāo)準(zhǔn)物: NIST SRM 951, 1.0 g/L。(5)Cs2CO3: 由純度為99.994％的試劑配成濃度12.3 g/L的溶液。(6)甘露醇: 由純度為99.994％的試劑配成1.82％溶液。(7)硼特效樹脂: 本實驗采用的硼特效樹脂為Amberlite IRA 743。(8)陰陽離子樹脂:陰離子為德國產(chǎn)弱堿型陰離子交換劑(Ion Exchanger Ⅱ), 粒度60～100目, 陽離子樹脂用HCl溶液再生, 亞沸去硼水洗至中性, 陰離子交換樹脂用飽和的NaHCO3溶液淋洗, 亞沸去硼水洗至中性,將上述陰、陽離子交換樹脂均勻混合備用。

2.2.2硼的分離和濃縮

將鹽泉樣品中硼含量控制在20～30 μg, 調(diào)pH約7～8, 以2.5 mL/min的流速通過硼特效樹脂柱吸附硼, 最后用75℃, 0.1 mol/L的平衡HCl 500 μL淋洗硼, 并收集淋洗液10 mL。在60℃的加熱板上將淋洗液濃縮到0.5 mL后再以2.5 mL/min的流速通過陰、陽離子混合交換樹脂柱去除鹽酸, 并用低硼水來淋洗收集淋洗液。最后加入合適的Cs2CO3和甘露醇(使B/Cs摩爾比為1:2, B/甘露醇摩爾比為1:l)并在60℃下濃縮至1 mg/mL, 密封待測(馬云麒等, 2011)。

圖3　鹽泉中元素及礦化度分布圖Fig. 3　The spatial distribution of elements and salinities in salt springs of the Nangqian Basin

2.2.3硼同位素質(zhì)譜測定

硼同位素的質(zhì)譜測定在中國科學(xué)院青海鹽湖研究所熱電離質(zhì)譜實驗室完成。其測試方法參照馬云麒等(2011)。硼同位素組成δ11B(‰)可用下式表示:

測量的標(biāo)樣NIST SRM 951平均11B/10B比為4.052 62±0.000 77(2σ=0.02％, n=9), 現(xiàn)代海水的δ11B是39.5‰, 測試結(jié)果見表3。

3　結(jié)果與討論

3.1鹽泉水化學(xué)組成及成因分析

青海囊謙盆地鹽泉的礦化度大于150 g/L, 介于150～294 g/L之間, 是目前自然界中發(fā)現(xiàn)的濃度最高的鹽泉, 水化學(xué)類型均為硫酸鹽型, 鹽泉鹵水的pH變化范圍為6.75～7.75之間, 平均值為7.17(表3)。在空間上, 鹽泉礦化度從西到東逐漸升高, 最低的為尕羊鹽泉150 g/L, 最高的是多倫多鹽泉294 g/L(圖3, 表3)。Li+、B3+、SO2-4與礦化度變化一致, 由西到東呈升高趨勢且均以多倫多鹽泉最高,說明這些離子對礦化度有一定的影響, 是鹽泉在溶濾過程中富集形成, 反映了鹽泉溶濾的巖石特征。K+和Br-則呈現(xiàn)不同的趨勢變化, 從北西向南東逐漸降低, 以查哈泉含量最高。以往的研究表明, 隨著海水的濃縮, K和Br含量會不斷增高, 鉀石鹽沉積階段K含量為25 g/L, Br含量為5 691 mg/L(陳郁華, 1983)。該地區(qū)的Br含量在3.09～24.45 mg/L之間、K含量在72.01～369.49 mg/L之間, 含量遠(yuǎn)小于海水蒸發(fā)析鉀階段二者的含量, 可能說明囊謙盆地鹽泉的物質(zhì)來源為非海相沉積的含鹽地層。

圖4　囊謙盆地鹽泉水化學(xué)組成三角關(guān)系圖Fig. 4　Triangular diagram of salt spring compositions in the Nangqian Basin

按照瓦氏分類法(瓦里亞什科, 1965), 囊謙盆地鹽泉的水化學(xué)類型主要為硫酸鈉亞型, 個別為硫酸鎂亞型(表3)。在Piper圖中, 陽離子投點靠近Na端元(Na+K)(圖4), (Na+K)占陽離子總量的90％以上,而大部分鹽泉水陰離子投點除了一個點落于SO4-Cl線上以外其余點均靠近Cl的一端, Cl-占陰離子總量的95％以上。

圖5　囊謙盆地鹽泉水化學(xué)組成Gibbs圖解Fig. 5　Gibbs diagram for the hydrochemical compositions of salt spring in the Nangqian Basin

將鹽泉水樣數(shù)據(jù)投于Gibbs圖中(圖5), 所有鹽泉水樣數(shù)據(jù)點均處于蒸發(fā)結(jié)晶作用控制區(qū), 受強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用影響, 與塔里木盆地西南部和北部鹽泉水化學(xué)特征一致(伯英等, 2013)。

鹽泉通常出露在巖鹽分布區(qū), 反映了巖鹽沉積和演化的信息。其中常量和微量離子聚類分析, 是厘清鹵水中不同離子分類和相關(guān)程度的有效方法(樊啟順等, 2007; 伯英等, 2013)。將囊謙盆地的鹽泉水化學(xué)成分做聚類分析, 從譜系圖(圖6)中得出, B3+與SO2-4、HCO-3聚為一類(d＜2～3), 再與Li+聚為一大類(d=5), 顯示SO2-4-B3+-HCO-3-Li+同源性強(qiáng), 但Li+稍差, 說明B可能與硫酸鹽、碳酸鹽礦物的溶解有關(guān), Li+來源可能復(fù)雜一些, 而HCO-3則指示泉水很可能經(jīng)過了灰?guī)r或泥灰?guī)r等含碳酸鹽的地層; Na+、Cl-以及與礦化度之間距離系數(shù)極小, 表明礦化度受Na+、Cl-控制, 說明其溶解了石鹽; 在d＜5時K+、Br與Na+、Cl-、礦化度聚為一大類, 揭示K-Br以分散狀賦存于石鹽中, K+和Br可能分別與Na和Cl呈類質(zhì)同象形式存在; Ca2+與Mg2+在約d=12時聚為一類, 說明其可能有同源的也有異源的白云石、方解石和石膏等礦物的溶解。由以上信息可知, 研究區(qū)鹽泉水鹽演化過程較復(fù)雜, 但主要作用為巖鹽溶濾。囊謙鹽泉的Na/Cl值分布在1.0左右或略大于1.0(＞0.86, 判斷為溶濾鹵水, ＜0.86, 判斷為沉積鹵水)進(jìn)一步說明囊謙鹽泉的成因類型為溶濾型鹽泉。

3.2鹽泉硼同位素地球化學(xué)特征

對囊謙盆地八個鹽泉(達(dá)改、日阿忠、牛日娃、多倫多、白扎、然木、尕羊、查哈)進(jìn)行了硼同位素的測定, 其δ11B(‰)值見表3。本區(qū)鹽泉水硼同位素組成變化范圍在+3.55‰ ～ +35.49‰之間, 從北西向南東逐漸降低, 平均為+16.92‰, 遠(yuǎn)小于海水39.5‰。

圖6　鹽泉水基本成分聚類分析譜系圖(n=8; d=12, d為歐氏距離)Fig. 6　Diagram of cluster analysis for chemical components of salt springs (n=8, d=12, d-Euclidean distance)

表3　鹽泉鹵水水化學(xué)特征及硼同位素測試結(jié)果Table 3　Hydrochemical characteristics and δ11B values of salt springs in the Nangqian Basin

3.2.1硼同位素值與硼含量的關(guān)系

鹽泉δ11B(‰)值由北西向南東從+35.49‰(查哈)遞減至+3.55‰(多倫多泉)(圖7), 而硼含量則與其相反, 由北西向南東遞增, 從4.19 mg/L(然木)到419.68 mg/L(多倫多大泉)(圖3)。這種硼含量與其同位素值呈反比的關(guān)系, 顯示出兩個不同的端元, 一個為高硼低同位素, 一個為低硼高同位素, 這與硼的來源及硼的地球化學(xué)過程有密切的關(guān)系。

圖7　鹽泉硼同位素值變化(‰)Fig. 7　The variation of boron isotope in salt springs (‰)

3.2.2pH對硼同位素的影響

日本學(xué)者Kotaka和Kahihana根據(jù)離子交換分離11B和10B的實驗, 計算出不同溫度下的分餾系數(shù)α三次配位硼-四次配位硼=(11B/10B)三次配位硼/(11B/10B)四次配位硼, 得到α=1.020 6(0℃), α=1.017 7(60℃), 并發(fā)現(xiàn)重同位素11B富集在B(OH)3中, 而輕同位素10B富集在中(Kakihana, 1977)。Schwarcz和Palmer等對海水中硼與海相黏土之間的硼同位素分餾做了相應(yīng)的實驗, 發(fā)現(xiàn)黏土礦物對硼的吸附能力很強(qiáng),在吸附過程中會產(chǎn)生很大的硼同位素分餾,10B優(yōu)先進(jìn)入黏土礦物中, 這一過程受pH和溫度控制。pH值增高, 硼同位素分餾就會減小, 吸附系數(shù)Kd值增大(Schwarcz et al., 1969; Palmer et al., 1987)。除了溫度和pH對硼同位素的分餾產(chǎn)生影響外, 壓力也在硼同位素的分餾中起了不可忽視的作用。Palmer等人在1992年開展了電氣石-水體系的硼同位素分餾實驗研究, 結(jié)果發(fā)現(xiàn)硼同位素的分餾隨著壓力的增大α值減小(Palmer et al., 1992)。

圖8　鹽泉δ11B與pH之間的關(guān)系Fig. 8　The relationship between δ11B and pH in the salt springs

硼同位素分餾主要受控于體系中B(OH)3和的相對含量, 而體系中B(OH)3和的相對含量主要受控于體系的pH、壓力、溫度和含硼礦物的結(jié)構(gòu)(蔣少涌, 2000)。由于所采樣品為鹽泉,因此不考慮壓力的影響。鹵水pH值和溫度對鹽湖鹵水和黏土沉積物間硼同位素分餾的影響實驗研究結(jié)果發(fā)現(xiàn), 溫度的影響并不明顯, 但鹵水pH值的影響卻十分顯著(肖應(yīng)凱等, 2000)。pH的變化在一定程度上制約著水體的硼同位素特征(Palmer et al., 1987), 隨著pH增加δ11B隨之減小。囊謙盆地鹽泉中硼同位素與pH的關(guān)系大體符合前述實驗結(jié)果(圖8), 但相關(guān)系數(shù)僅為0.59, 為中度相關(guān), 說明這些鹽泉中, 除了pH值變化, 還有其他影響因素(如物質(zhì)來源, 吸附等)影響著鹽泉水硼同位素值的變化。

3.2.3囊謙鹽泉硼來源分析

對囊謙鹽泉基本成分聚類分析表明, B3+與首先聚為一類, 再與聚為一大類, 說明B、Li可能來自地層中的含硫礦物。囊謙盆地古近系和新近系發(fā)育膏巖層, 因此推測該地區(qū)的硼來源與鹽泉演化過程中溶濾的膏鹽有關(guān)。

查哈、然木鹽泉硼同位素值最高, 分別為+35.49‰和+29.59‰, B/Cl比值最低(表3), 顯示B的貧化。推測導(dǎo)致其硼同位素高的原因為鹽泉演化過程中, 黏土礦物吸附硼, 且10B優(yōu)先進(jìn)入固相(肖應(yīng)凱等, 1999)導(dǎo)致鹽泉中硼同位素值較高。

日阿忠、牛日娃、白扎、尕羊鹽泉的δ11B值分別為12.7‰, 18.01‰, 12.32‰和18.27‰, 均具有鮮明的海相碳酸鹽巖來源的B同位素特征, 而囊謙盆地出露大量碳酸鹽巖, 現(xiàn)今海洋碳酸鹽的δ11B值變化為-5.5‰～20‰(重結(jié)晶的)(Hemming and Hanson, 1992; Hemming et al., 1995; Spivack and You, 1997), B含量為0.29×10-6～75.1×10-6。另外, 囊謙盆地水化學(xué)特征分析, 鹽泉在演化過程中溶濾了碳酸巖鹽。說明這些鹽泉中B的一個重要來源為鹽泉對碳酸鹽巖的溶濾作用。

多倫多鹽泉的硼含量明顯高于其它鹽泉, 為其它鹽泉的幾十倍, 但其硼同位素值卻是該地區(qū)最低值。造成該地區(qū)低硼同位素的原因可能有兩個, 一是鹽泉在形成過程中溶濾了地層中的非海相含硼鹽類, 如: 淋濾了石膏、黏土中的硼, 而黏土中硼同位素值較低; 二是從囊謙盆地的地質(zhì)資料可以發(fā)現(xiàn),該地區(qū)廣泛出露火成巖, 以白堊系居多, 鄭綿平等(1989)對青藏高原巖石地層中B含量變化進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)白堊紀(jì)末—老第三紀(jì)火山巖和高喜馬拉雅含B淡色花崗巖中硼含量較高為378×10-6～688×10-6而其δ11B值的變化范圍為-10.3‰ ～ -16.3‰, 平均值為-12.6‰(Chaussidon et al., 1992), 因此推測, 多倫多鹽泉可能溶濾了火山巖中的硼而顯示出低的硼同位素值。

4　結(jié)論

本文對囊謙盆地8個鹽泉的水化學(xué)特征和硼同位素地球化學(xué)特征進(jìn)行了初步的研究, 得出以下結(jié)論。

(1)囊謙鹽泉礦化度較高, 平均為254.6 g/L, 最低的為尕羊鹽泉150 g/L, 最高的是多倫多鹽泉294 g/L, 在空間上礦化度從西到東逐漸升高, 水化學(xué)類型均為硫酸鹽型。pH變化范圍為6.84～7.75, 平均值為7.17, 呈中性。

(2)鹽泉的出現(xiàn)以及鹽泉元素地球化學(xué)表明囊謙盆地地下有含鹽層存在, 本區(qū)鹽泉水中δ11B值變化范圍在+3.55‰ ～ +35.49‰之間, 從北西向南東逐漸降低, 平均為+16.92‰, 遠(yuǎn)小于海水39.5‰, 同時鹽泉的Br含量也遠(yuǎn)小于海相蒸發(fā)鹽的含量, 說明區(qū)域地下鹽層為陸相成因。

(3)通過對研究區(qū)鹽泉水化學(xué)聚類分析發(fā)現(xiàn)鹽泉元素大體分為三類:在Piper圖中陰陽離子分別靠近Cl端元和Na端元, Na+占陽離子總量的90％以上, Cl-占陰離子總量的95％以上, 因此推測鹽泉的成因類型為溶濾型, 溶解的主要礦物為石鹽,其次還有少量灰?guī)r和石膏巖。

(4)囊謙盆地鹽泉的硼含量與硼同位素組成呈明顯的反比關(guān)系, 呈現(xiàn)出高B低δ11B值端元和低B高δ11B值端元, 結(jié)合其地質(zhì)地理條件推斷富B鹽泉可能與火山巖的溶濾有關(guān); 此外, 鹽泉的pH值與硼同位素組成也呈一定的反比關(guān)系。

(5)通過研究總結(jié)出囊謙鹽泉形成的地質(zhì)地理條件為: ①區(qū)域地下含鹽地層為鹽泉提供了鹽源;②區(qū)內(nèi)穩(wěn)定的降雨量為鹽泉提供了水源; ③囊謙地區(qū)廣布的斷裂構(gòu)造為鹽泉提供了輸水通道; ④較高的地形高差為鹽泉提供了動力。

致謝: 感謝中國科學(xué)院青海鹽湖研究所副研究員樊啟順對本文提供的指導(dǎo)意見和中國科學(xué)院油氣資源研究重點實驗室孫則朋在圖件繪制過程給予的幫助！

Acknowledgements:

This study was supported by Ministry of Science and Technology (No. 2012CB426501), and Applied Basic Research Program of Qinghai Province (Nos. 2014-ZJ-702 and 2012-Z-702).

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Boron Isotope Geochemical Characteristics and Its Geological Significances of High Salinity Salt Springs in Nangqian Basin, Qinghai Province, China

HAN Feng-qing1), CHEN Yan-jiao1,2), HAN Ji-long1,2)*, HAN Wen-xia1), MA Yun-qi1), NIAN Xiu-qing1,2), YANG Xiu-meng1,2)
1) Key Laboratory of Salt Lake Geology and Environment of Qinghai Province, Qinghai Institute of Salt Lakes, Chinese Academy of Sciences, Xining, Qinghai 810008; 2) University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101408

Based on element composition and stable isotope analysis of high salinity salt springs in the Nangqian basin, the paper mainly studies sources of salt materials and their formation conditions of the springs. The results show that the average salinity of the springs in the Nangqian Basin is 254.6 g/L, with a higher salinity in the east than in the west of the basin. The hydrochemical types of the springs are all sulfate type with neutral pH value. Chemical elements in the springs can be divided into three groups: Na+-Cl--K+-Br-, B3+-Li+-SO2-4-HCO-3and Ca2+-Mg2+. High salinity and element geochemical characteristics indicate that salt strata are under the Nangqian Basin, which can provide rich salt materials for the springs. We concluded that the salts in the springs come mainly from dissolution of underground halite and a small amount of limestone and gypsum rock. The boron isotope δ11B values in the springs range from 3.55‰ to 35.49‰ with a gradual decrease from northwest to southeast, which shows that the underground salt strata had formed in continental environments combining with the data of Br content. There is an inverse relationship between δ11B values and boron content in springs with a two-end-members: high boron content versus low δ11B value and low boron content versus high δ11B value, meanwhile, another inverse relationship between δ11B and pH values was also discovered. Regional geological studies lead to the conclusion that the large amount of igneous rocks exposed in the Duolunduo area may be an important source of the boron in the springs. According to the comprehensive and comparative study, the following four factors are essential conditions for salt-spring formation in the Nangqian Basin: 1) the saliferous strata are the source of salt materials in the springs; 2) stable rainfall offers sustained water source for the spring; 3) widely distributed faults supply channels for groundwater migration; 4) large topographic altitude differences provide a stronger hydraulic gradient for groundwater flow.

salt spring; boron isotope; Nangqian Basin; hydrochemistry; geological significance

P619.211; P595

A

10.3975/cagsb.2016.06.07

本文由國家“973”前期項目(編號: 2012CB426501)和青海省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計劃(編號: 2014-ZJ-702; 2012-Z-702)聯(lián)合資助。

2016-05-30; 改回日期: 2016-08-11。責(zé)任編輯: 閆立娟。

韓鳳清, 男, 1963年生。研究員, 博士生導(dǎo)師。主要從事鹽湖地質(zhì)與礦產(chǎn)研究。通訊地址: 810008, 青海省西寧市新寧路18號。E-mail: hanfq@isl.ac.cn。

韓繼龍, 男, 1982年生。助理研究員, 博士研究生。主要從事同位素地球化學(xué)研究。E-mail: hjl@isl.ac.cn。