青海上庄含碳酸岩杂岩体的地球化学特征及其地质意义

青海上庄杂岩体为磷、铁、稀土矿化岩体,且磷矿石是磷肥生产的重要材料。上庄杂岩体包括超镁铁质岩、碱性正长岩和碳酸岩,碳酸岩主要为方解石碳酸岩,次为白云石碳酸岩,前人对辉石岩进行了详细的研究,然而,辉石岩-正长岩-碳酸岩整体的岩石成因和矿化机制还不清楚。文章开展了岩相学、全岩主微量元素、C-O-Sr-Nd同位素的研究。岩相学研究表明,岩石形成顺序为辉石岩-正长岩-碳酸岩。方解石碳酸岩的Sr、Ba含量分别为10928.13×10^(-6)、14293.18×10^(-6),δ^(13)C值为-4.72‰,表明其为火成碳酸岩。辉石岩-正长岩-碳酸岩杂岩体富集轻稀土元素(LREE)和大离子亲石元素(LILE)Rb、Sr、Ba,高场强元素(HFSE)Nb、Ta、Zr、Hf亏损,相似的微量元素配分型式及Sr-Nd同位素特征表明杂岩体具有共同的地幔源区,该地幔源区曾被俯冲物质交代而富集。研究表明,上庄偏碱性辉石岩-碱性正长岩-碳酸岩杂岩体形成于俯冲向伸展环境转变的构造体制,幔源偏碱性碳酸质基性岩浆由于镁铁质矿物及磷灰石结晶形成Fe-P-REE富集的单斜辉石岩,残余熔体成分向长英质端元分异,形成正长岩,随后碳酸岩熔体可能由不混溶作用产生,形成碳酸岩,碳酸岩出溶的流体对正长岩交代可能是交代正长岩具较高稀土含量的原因。

不同时间尺度下气象-水文要素变化对察尔汗盐湖盐田蒸发作用的影响

目前对察尔汗盐湖蒸发量的研究主要集中在气象-水文因素与卤水蒸发量定量关系,缺乏在不同时间尺度下盐湖蒸发量的驱动因素动态变化研究。利用2020年11月5日—2023年5月1日察尔汗盐湖盐田的空气温度、露点温度、风速、相对湿度、总辐射日累计以及盐田的蒸发量、水温、水位等监测数据,结合获取的察尔汗盐湖补给河流格尔木河流量等水文资料,采用相关性分析、多元回归模型等方法探讨了不同时间尺度下盐田蒸发作用与气象-水文因素之间的关系。研究表明,不同盐田的水温、水位、淡水蒸发量变化保持一致,卤水蒸发量变化与盐田密度有关。随着时间尺度的增大,蒸发量与气象要素之间的相关性增强。察尔汗盐田蒸发量在逐小时与逐月尺度主要受到环境温度的影响,日尺度下主要受到太阳辐射的影响。在极端天气作用下河流水文与盐湖微气象因子呈同步变化,对蒸发量的影响具有滞后性。这一研究结果可为盐田生产工艺优化提供理论指导。

锂的圈层循环与资源富集过程:从高原盐湖到造山带伟晶岩

盐湖卤水型锂矿与富锂伟晶岩是目前最为主要的可利用锂资源,前者是经地表风化/高温水岩淋滤形成的水体通过蒸发作用浓缩而成的卤水,而后者被认为是陆表风化沉积物熔融产物经高演化形成的富锂硬岩。大陆地壳是此类表生物质循环最根本的物源,因而探究富锂地壳的形成及其表生风化剥蚀对于理解盐湖与伟晶岩锂成矿至关重要。本文将从元素循环视角切入,结合内生高温-外生低温过程中锂的元素地球化学行为,梳理锂在俯冲带各圈层的循环过程,探讨富锂地壳的形成机制及其对高原盐湖与造山带伟晶岩锂资源发育的影响。研究发现:(1)俯冲板片对弧岩浆锂的物质贡献有限;(2)厚地壳环境下的弧岩浆具有更高的锂含量;(3)造山带富锂弧岩石的循环应是盐湖与伟晶岩锂成矿的重要控制因素。

青藏高原盐湖卤水中溴的分布特征及来源初探

溴是完备工业体系的关键必备元素。盐湖卤水是溴的重要来源。青藏高原盐湖众多,富含钾、锂、硼等资源元素,开发潜力巨大。然而,目前针对青藏高原盐湖溴浓度、分布特征及其物源的研究仍然薄弱。本次研究采集了26个青藏高原盐湖表卤水样品并分析其溴浓度,进一步总结其他64个已报道盐湖数据,系统分析了青藏高原盐湖溴浓度分布特征,并进一步探讨了溴的可能物源。结果表明:青藏高原盐湖表卤水溴分布在0.5~246.8 mg/L之间,平均为41.1 mg/L,其中,碳酸盐型盐湖卤水平均溴浓度最高(47.0 mg/L),且集中分布在高原南部,而氯化物型盐湖平均溴浓度最低(30.1mg/L),盐湖溴浓度呈现自南向北降低的趋势;青藏高原盐湖中溴有多种来源,高原南部富溴盐湖溴的来源可能主要与热泉补给有关,而柴达木盆地盐湖高溴来源可能主要与深部地层水(如油田水、背斜构造裂隙孔隙水、砂砾孔隙卤水、气田水等)补给有关。

察尔汗盐湖含钾盐储层介质渗流-溶解过程中物性参数变化特征研究

察尔汗盐湖低品位固体钾盐资源丰富,是我国钾盐工业可持续发展的重要后备资源。充分了解储卤层中钾盐矿物的溶解机理有助于提高资源开采的效率。本研究以察尔汗盐湖浅部储卤层中含有不同钾盐矿物的3种典型钻孔岩芯为研究对象,通过室内渗流溶解实验,开展储卤层中固体矿物的溶解效率、孔隙度以及渗透性变化特征模拟研究。室内渗流-溶解实验结果表明,3种储卤层中的钾盐矿物溶出率皆近100%,其中主要含光卤石的岩芯样品溶解速度最快,含钾石盐岩芯次之,含杂卤石岩芯最慢。实验过程中,溶解反应后的储卤层固相骨架皆未塌陷,表明饱和NaCl卤水起到了很好的保护作用。由于石盐析出和不溶矿物的运移堵塞,3种岩芯的孔隙度皆降低,其中含光卤石岩芯孔隙度降低了26%,含钾石盐岩芯孔隙度降低了20%,含杂卤石岩芯孔隙度降低了32%。受控于盐类矿物溶解、石盐的析出和不溶矿物的运移堵塞,各储卤层岩芯渗透性降低幅度为40%~70%,降幅显著。

青海囊谦高浓度盐泉硼同位素地球化学特征及其地质意义研究

本研究基于青海囊谦盆地8个盐泉的元素组成和稳定同位素分析,研究了盆地中高浓度盐泉盐类物质的来源与形成条件。结果表明,青海囊谦盐泉的平均矿化度为254.6 g/L,在空间上矿化度从西到东逐渐升高,水化学类型为硫酸盐型,pH为中性,盐泉元素可分为三类—Na^+-Cl-^-K^+-Br^-,B^(3+)-Li^+-SO_4^(2-)-HCO_3^-,Ca^(2+)-Mg^(2+)。盆地中高浓度盐泉的大面积出现,及盐泉元素地球化学分析均表明囊谦盆地地下有丰富的含盐地层。盐泉的成因类型为溶滤盐泉,溶滤的主要矿物为石盐,其次还有少量灰岩和石膏岩。盐泉的硼同位素研究结果表明,盐泉水δ^(11)B值在+3.55‰^+35.49‰之间变化,分布范围较大,从北西向南东逐渐降低,结合盐泉的Br含量,指示该含盐地层应属陆相成因。此外,盐泉水硼含量与硼同位素呈反比关系,呈现出高B低δ11B值端元和低B高δ^(11B)值端元,盐泉的p H值与硼同位素组成也呈一定的反比关系。通过对盐泉和区域地质的综合研究,我们认为多伦多盐泉地区出露的大量火山物质可能是盐泉硼的一个重要来源。综合对比研究认为囊谦盐泉的形成条件为:(1)盆地内的含盐地层为盐类物源;(2)稳定的降水为盐泉提供了持续的水源;(3)广布的断裂构造为盐泉的发育提供了通道;(4)地形高差大为其提供了水力梯度。

环境温度对盐湖卤水化学组成及储卤层渗透性变化的制约

柴达木盆地昆特依盐湖浅部储卤层是一个多场耦合的动态平衡系统,受到水动力、气候、化学等多种因素控制。本文对昆特依盐湖浅部储卤层不同季节(夏季和冬季)卤水组成和储卤层渗透性特征进行了分析研究。结果表明:卤水中的主要离子含量从夏季到冬季发生了明显的变化,其中,K、Mg、Ca、Cl的含量都相应增加,增加幅度为:Cl、Mg、K、Ca;而SO_4^(2-)和Na的含量却均有下降,且SO_4^(2-)下降更显著;抽水试验计算结果发现,从夏季到冬季,钻孔ZK08渗透系数K由178m/d降至97m/d。本文研究表明,随着环境温度的降低,芒硝(Na_2SO_4)从卤水中结晶析出,是以上现象发生的主要原因,随着芒硝的析出,促进了含K、Mg、Ca等硫酸盐矿物(杂卤石)的溶解,使得卤水中K、Mg、Ca浓度增加;另一方面,析出的芒硝一定程度上堵塞了储卤层的孔隙,卤水的粘度也因温度降低而增加,这两个因素共同作用降低了储卤层渗透性。

青海柴达木盆地盐湖区5种盐生植物根-土复合体抗剪强度影响因素及评价

为探讨高寒干旱环境下盐生植物根—土复合体抗剪强度影响因素以及复合体抗剪强度特征,选取了位于柴达木盆地西北部的尕斯库勒盐湖区作为研究区,筛选出芦苇、海韭菜、无脉苔草、赖草和洽草5种优势盐生植物作为试验供试种,对其进行了室内根—土复合体原状试样直剪试验,分析了复合体容重、含水量、根长密度(RLD)、根重密度(RWD)和根面积比(RAR)5种因素对根—土复合体抗剪强度影响;在此基础上,采用灰色关联法进一步评价了上述5种因素对复合体抗剪强度的影响程度,结果表明:盐生植物根—土复合体粘聚力c值、摩擦角φ值与影响因素间的灰色关联度容重为0.740,0.879,含水量为0.698,0.849,根重密度为0.692,0.609,根长密度为0.655,0.519,根面积比为0.631,0.569;5种盐生植物根—土复合体粘聚力c值与5种影响因素容重之间的关系相对较为显著。其中芦苇根系增强土体粘聚力c值作用相对较为显著,其根系在土体中呈近似垂直状分布,故在试样中根系多数穿过剪切面,即当复合体发生剪切变形时,试样中根系基本均能起到抵抗剪切变形作用。该研究成果对研究区及其周边地区有效防治坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害现象发生具有一定理论研究价值和实际指导意义。

昆特依盐湖杂卤石矿“焙烧-热浸”溶钾实验研究

以柴达木盆地昆特依盐湖大盐滩矿区杂卤石矿为原料,进行"焙烧-热浸"溶浸实验,研究300~500℃杂卤石矿的焙烧和焙烧产物90℃热水浸钾效果。结果表明:不同温度下焙烧过程中杂卤石质量减少,是由于杂卤石结构遭受破坏而失去两个结构水;温度越高,杂卤石结构破坏越严重,最低的焙烧温度不低于350℃;焙烧产物在90℃热水中热浸钾收率超过95%,较90℃热水溶杂卤石钾收率(31.23%)和常温21℃溶杂卤石钾收率(23.56%)提高了3倍以上;浸取液钾含量和钾收率随焙烧温度增加而增加。

柴达木盆地北缘水量增补对盐湖资源及生态环境的影响

柴达木盆地是我国盐湖资源集中分布区,受21世纪暖湿化气候和水量增补的影响,盆地多个盐湖呈现湖面扩张趋势,该过程开始影响盐湖资源离子含量和湖泊生态环境,也对湖区沿线公共基础设施造成一定影响。为了研究湖泊水量增补对盐湖资源及生态环境的影响,选取了柴北缘山前5个湖泊(苏干湖、德宗马海湖、巴仑马海湖、小柴旦湖和托素湖)作为研究对象,开展了2017~2021年湖泊扩张、典型盐湖矿化度和资源元素变化趋势以及对周边基础设施影响的研究。结果表明:1)资源型湖泊湖水淡化和资源品位下降;2)生态型湖泊周边植物群落发生变化(水生植物芦苇扩张、旱生植物白刺和梭梭衰退);3)淹没湖区房屋和旅游道路,危及周边的高速公路等公共基础设施。该研究结果不仅具有为柴达木盆地乃至青藏高原盐湖资源开采和生态环境治理提供科学依据的理论意义,而且具有为青海省基础设施保护和建设提供决策依据的现实意义。

基于GIS空间管理系统的中国盐湖资源与环境数据平台

长期以来我国盐湖科学数据存在分散、局限于单学科领域、多元异构、数据共享性差等问题,不利于引导盐湖科学领域的重大和协同产出。为进一步促进盐湖科学数据的信息化,更好地服务于盐湖科学研究,在国家科技部基础性工作专项、中科院百人计划等项目的支持下,课题组从分析盐湖科学数据特点、数据现状和用户需求入手,对多学科多源数据整合、数据质量控制、软件协同、各主题数据库结构和逻辑关系、数据挖掘等关键性问题进行研究,充分利用GIS空间管理信息系统的优势,完成了盐湖资源与环境数据平台的设计及功能开发。该平台实现了对历史与现在的、分散与多元的盐湖科学数据的有效整合。通过将盐湖领域科学数据资源聚集、挖掘和融合,以期达到用数据和信息的杠杆引导盐湖科学向符合信息时代特征方向发展,建立以数据驱动的科研创新范式,为我国盐湖科研创新奠定坚实的数据基础。

中国盐湖资源与环境地理信息系统设计与实现

科学数据不仅是科研活动的产出物,更是开展科研创新的必备基础。针对以往中国盐湖科学数据分散、多元异构、数据共享性差,不利于引导重大科学产出的问题,中科院青海盐湖研究所历时5年,设计并构建了中国盐湖资源与环境地理信息系统数据平台,旨在通过盐湖资源环境领域科学数据资源的聚集、挖掘和融合,用数据和信息的杠杆作用引导盐湖科学研究向符合信息时代特征的方向发展。本文从分析盐湖科学研究的数据特点、数据现状和数据用户需求入手,对在该系统建设过程中涉及到的多源数据整合、数据质量控制、软件协同、各主题数据库结构和逻辑关系、数据挖掘等关键性问题进行了分析,提出了解决思路,并对科学数据中心的可持续发展机制进行了思考。

青海囊谦盆地始新世石膏层沉积环境研究

囊谦盆地出露有晚始新世贡觉组石膏—红色泥岩沉积旋回,对研究古气候演化和沉积环境提供了良好的素材。以往的研究仅限于膏盐地层海陆相判定,而对其形成过程未有报道。采集囊谦盆地的盐泉水、贡觉组第三段的石膏和碎屑沉积物样品,并分析锶同位素比值和孢粉组合特征。结果表明,囊谦盆地盐泉水和石膏87 Sr/86 Sr比值分布在0.70853~0.70898之间,且位于陆源水的比值范围内;红色碎屑层孢粉组合主要以麻黄—白刺—栎粉为主,其中干旱成分占到45%,主要以麻黄粉(30%)和白刺粉(13%)为主,指示了干旱的气候环境;裸子植物杉粉在红色泥岩中的含量有所波动,最高含量达到36%,平均含量为9%,指示气候干湿交替变化。综合Sr同位素分析和孢粉分析认为,在全球中纬度干旱的大背景下,囊谦盆地石膏层形成于相对干旱和相对湿润的气候环境交替变化的陆相环境。

青海察尔汗盐湖碳酸盐的硼同位素地球化学特征

盐湖蒸发岩的硼(B)同位素组成(δ^(11)B)对卤水古盐度变化具有一定的指示意义,但关于盐湖体系碳酸盐沉积的B同位素组成研究较少。本文对察尔汗盐湖百米钻(ISL1A)岩芯碳酸盐进行了B含量及B同位素组成的精确测定。结果表明,所测样品的B含量在10.88×10^(-6)~265.66×10^(-6)之间,δ^(11)B值的变化范围为-1.28‰^+9.94‰,B含量和δ^(11)B值呈现较明显的正相关关系。分析表明,随着盐湖卤水盐度的增大,卤水的B同位素组成也逐渐增大,这导致盐类沉积物的B同位素组成也相应增大。在天然盐湖中,不充分的沉积分异作用使得蒸发岩析出时依然可能存在碳酸盐沉积,碳酸盐的析出可能贯穿盐湖演化的各个阶段,因此可以尝试利用碳酸盐的B同位素组成分析盐湖在整个演化过程中卤水的盐度变化情况。ISL1A钻孔碳酸盐B同位素组成的变化较好地反映了察尔汗盐湖在41.8ka以来古卤水盐度的变化及其在析盐过程中经历的气候干湿波动。

青海西宁蚂蚁沟水库沉积物的重金属分布与生态风险评价研究

水库对保障人们的生产生活发挥着重要的作用。目前对青藏高原上水库沉积物中重金属的研究仍比较缺乏。位于青藏高原最大城市的蚂蚁沟水库(MR)是研究人类活动对水库环境影响的一个典型案例。文章研究了重金属(As、Cd、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Pb、Sb和Zn)在水库沉积物和表土中的分布、污染程度和生态风险。所有重金属的平均浓度都超过了其相应的背景值。Igeo(地积累指数)和EF(富集系数)表明,在22%的采样点中,Cd表现出中等程度的富集。mCd(修正后的污染程度)表明,90%的采样点为中度污染水平。RI(潜在生态风险指数)显示,近一半的采样点表现出中度的生态风险。Cd的来源与MR周围的城市地区和工业区的人类活动有一定联系。我们的研究结果表明,MR沉积物的重金属污染并不严重,但MR周围的人类活动应该在未来得到更多的关注。该研究结果将为青藏高原上水库的生态环境保护提供一定参考价值。

柴达木盆地盐湖区环境污染消纳能力分析

近年来,随着柴达木盆地盐湖资源开发的规模和强度不断增加,环境负载也逐步加大。根据柴达木盆地自然环境特征,分析了盐湖区大气、土壤、水环境污染情况及影响污染物消纳能力的主要因素。采用大气自净能力指数(ASI)、水环境自净能力等级(M)和土壤自然消减能力(NAC)等指标,从大气、土壤、水环境等方面半定量和定量评价了柴达木盆地盐湖区环境污染消纳能力。结果表明柴达木盆地盐湖区内水环境自净能力的等级系数为1.34,水环境自净能力较弱;平均大气自净能力指数是3.85 t/(d·km;),大气环境自净能力一般;土壤自然消减能力平均值为0.639,土壤自净能力中等。总体来看,降水少、风尘大等因素导致柴达木盆地自然消纳能力较低,盐湖开发过程中必须高度重视生态环境保护。

青海湖布哈河流域枯水期氢氧同位素和氡同位素分布特征及其意义

查明青海湖布哈河流域地下水-地表水相互作用对指导青海湖国家公园生态建设和生态保护具有重要意义。本文通过水化学、稳定同位素(δD和δ^(18)O)和放射性氡同位素(^(222)Rn)研究了青海湖布哈河流域地下水-地表水相互作用。结果显示,布哈河流域河水和地下水水化学主要受水岩作用影响,而孔隙水和湖水主要受蒸发结晶影响。氢氧同位素具有空间变异性。地下水与河水^(222)Rn活度中游高而上下游低;孔隙水中^(222)Rn活度值在横向上随着离岸距离的增加而降低,纵向上随着深度增加而表现出降低的趋势。地表水体的^(222)Rn活度时间分布特征表现出明显的日间高、夜间低的昼夜循环特征。表明枯水期河水主要由地下水进行补给,中上游地区和下游地区地下水补给量占比分别为96%和87%,但是降水发生时地下水-地表水相互作用发生了转换,降水前主要是地下水补给地表水,降水后则是地表水补给地下水,占比达98%。本研究为进一步开展咸水湖及世界其他地区的类似研究提供了有益借鉴和参考。

西藏盐湖沉积物:一种潜在的铷、铯资源

铷、铯是我国战略性关键矿产资源。西藏盐湖卤水中赋存着丰富的铷、铯资源,但是品位普遍低于10 mg/L。根据热泉与盐湖锂、铷、铯等元素的补给关系和含量差异特征及铷、铯极易被黏土矿物吸附等特点,推测盐湖沉积物中赋存一定规模的铷、铯资源。为验证该推测,本文选取西藏拉果错、聂尔错、依布茶卡、当穹错、扎布耶茶卡等5个典型盐湖,采集卤水和沉积物样品各5件,开展水体中铷、铯含量和沉积物矿物成分分析,结合沉积物分相淋滤实验,得出如下结论:西藏拉果错、当穹错、聂尔错盐湖卤水铷、铯含量和资源量与其补给量差异显著,大量的铷、铯资源消耗于盐湖沉积物中;盐湖沉积物中的铷、铯含量远高于卤水。铷、铯在沉积物水溶相、碳酸盐相中含量较低,主要以吸附形式赋存于黏土矿物(主要为伊利石),吸附点位包括基面位置、难解吸的磨损边缘及层间位置。盐湖沉积物铷、铯资源量远超大型矿床规模,黏土矿物中铷、铯含量高达100 n×10^(-6),超过固体盐类矿产综合评价指标,相较于现有盐湖钾产品中的铷资源、含铯硅华中的铯资源开发,具有较好的开发利用性,是一种潜在的铷、铯资源。本研究成果有助于完善盐湖铷、铯富集成矿机制,并为高效开发盐湖中的铷、铯资源提供理论支撑。

老挝万象海夏峰钾盐矿床水不溶矿物及其对沉积环境的约束

【研究目的】老挝钾盐矿床是世界上重要的钾盐矿床之一,开展该矿床钾盐析出阶段沉积环境研究对于深入理解钾盐成矿作用具有重要意义。【研究方法】钾盐矿层中的水不溶矿物比可溶盐类矿物保存了更多的原始信息,是研究成矿卤水演化的重要载体。本文以老挝万象盆地海夏峰矿区ZK16钻孔为研究对象,利用镜下鉴定、XRD及SEM等方法对该钻孔钾盐矿层的水不溶矿物开展了系统研究。【研究结果】分析结果表明,水不溶物中的主要矿物为硬石膏、方硼石、水氯硼钙石、石英、白云石、菱镁矿、方解石、白云母等,其中以硬石膏、方硼石是主要的水不溶矿物。自生石英及碎屑白云母的存在及其分布特征指示了钾盐在沉积过程中不同程度地受到陆相水体的影响。【结论】综合研究揭示,研究区钾盐沉积可以分为波动沉积、浅水沉积、稳定沉积和改造作用等4个不同阶段。

察尔汗盐湖主要补给水体不同温度下水文地球化学模拟初步研究

察尔汗盐湖是世界上最典型的现代陆相盐湖之一,该盐湖的成盐流体演化过程迄今尚存在较大争议。利用EQL/EVP水文地球化学模拟软件,对察尔汗盐湖主要补给水系在不同温度条件下进行了蒸发析盐实验模拟。研究结果表明,察尔汗北部深部卤水蒸发析出的盐类矿物与察尔汗盐湖地层中盐类矿物差异性很大。但格尔木河水则具有较好的一致性,在一些盐类矿物含量(如杂卤石)上与察尔汗地区实际情况存在明显差异,不同温度下模拟析出的盐类矿物组成存在一定差别。研究揭示出深部卤水和格尔木河水均是察尔汗盐湖的补给源之一,格尔木河水是主要物源但也并非唯一来源,察尔汗盐湖是多源流体混合掺杂作用的结果。模拟演化结果显示,深部卤水和格尔木河水中硼和锂均随蒸发作用呈现逐步增加的趋势,未见矿物析出,二者在蒸发过程中一直赋存在溶液中。