青海省柴达木盆地一里坪和东、西台吉乃尔湖地质新认识

柴达木盆地中部的一里坪和东、西台吉乃尔湖,即三湖,在晚更新世晚期以前,与察尔汗同为一统一的淡水滨浅湖。此后发生强烈的新构造运动,导至湖水四次收缩,三湖与察尔汗湖逐渐分离,那棱格勒河水系产生四期冲积扇,三湖形成相应的扇前湖。从距今约15000年开始,三湖演变成盐湖,沉积了上、下盐层,其晶间卤水及湖表卤水富含锂和硼,储量巨大。盐类物质主要来自那棱格勒河上游昆南断裂两侧与新生代火山活动有关的温泉热水的补给。     

柴达木盆地盐湖物质来源识别

柴达木盆地是我国重要的盐矿资源战略基地,深入认识其物质来源具有重要的科学及社会意义。本研究根据柴达木盆地盐湖水、晶间卤水,以及格尔木河流域地表水、地下水化学组成,利用多元统计方法,探讨盆地区盐湖物质来源。结果显示:从山前到湖区,水体溶解性总固体逐渐增大,微量组分含量也逐渐升高,二者均表现为晶间卤水盐湖水格尔木河流域水体;阳离子变化趋势为:补给源头由昆仑山雪融水以Ca2+为主过渡到格尔木河流域以Na+为主;再到盐湖区以Mg2+为主;阴离子则从以HCO-3为主逐步过渡到以Cl-为主;盐湖水和晶间卤水的化学组成差异显著。因子分析表明,对于格尔木河流域河水和地下水,岩石风化淋滤是其化学组分的主要来源。而岩石风化淋滤来源和深部水来源对柴达木盆地不同盐湖区化学组成的贡献率差异很大,该差异取决于周围岩石的化学组成和深部水的存在及其化学组成,以及断层是否导通为深部水补给盐湖提供了通道。     

从新构造运动看察尔汗盐湖的形成

通过对东昆仑山地层、地貌与新构造运动特征的研究查明,距今0.03Ma以前,该区在昆中断裂以南,西起现今那棱格勒河中、上游,东至阿拉克湖-托素湖之间,存在一系列古湖,有的还是盐湖。其中古那棱格勒湖和昆仑湖主要受与火山有关的热水补给,B、Li、K含量相对较高。距今0.03 Ma以来发生的新构造运动导致东昆仑山水系向南侵蚀,使古湖水被袭夺并补给察尔汗地区,因而在那棱格勒河上游南岸与近现代火山及断裂活动有关的热泉,就成了祭尔汗盐湖盐类物质的一个重要来源。     

阿尔金山两侧盐湖物质来源、成钾作用及其控制因素研究

塔里木盆地东部的罗布泊盐湖和柴达木盆地西部的盐湖分别位于阿尔金山两侧,均产出有大量富钾卤水,在油气藏开采中还伴随产出富钾油田水。为探讨阿尔金山两侧盐类资源富集机制及其控制因素,综合分析了罗布泊盐湖、柴达木盆地西部盐湖以及油田水的水化学和氢氧同位素地球化学特征,发现:富钾卤水的形成除依靠地表汇入水体的蒸发浓缩作用外,罗布泊晶间水、柴达木晶间水和油田水氢氧同位素均可演化至δD=-30‰,δ¹⁸O=7.5‰左右,可能是深部流体上涌补给的结果。同时,根据⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值并结合δ¹¹B、³He/⁴He同位素特征确认了盐湖成矿与深部流体有关,且指示罗布泊盐湖更具深源特征。深部流体对于两侧盆地成盐富钾有关键性作用,罗布泊盐湖可能接受深部流体补给,柴达木盆地西部富钾盐湖卤水多数可接受油田水的补给,而少部分可能接受深部流体补给。     

察尔汗干盐湖中卤水湖的现代钾盐沉积

<正> 目前,察尔汉盐湖(图1)已发展到干盐湖阶段——干盐滩与卤水湖并存。在广阔的干盐滩上分布着九个大小不等的卤水湖,它们现今正在广泛地进行着盐类物质沉积。盐湖水的补给南部来源于格尔木东,西河等地表迳流,北部、东北部有地下潜水补给。一九八四年,我们仅对察尔汉盐湖区的达布逊湖、协作湖、团结湖及对北部、东北部的盐溶洞和区内其他地区进行了考察。认为:(1)不但在达布逊湖北岸、东北岸湖滨地带,而且在达布逊湖南岸、协作湖、团结湖都有现代钾石盐和光卤石沉积分布:(2)盐湖北部     

94–9ka察尔汗盐湖的气候环境演化过程

本文依托柴达木盆地中东部察尔汗盐湖沉积中心102 m长钻孔(ISL1A)岩芯,应用AMS14C和不平衡U系测年方法建立了年龄-深度框架,对岩芯开展了元素地球化学分析,利用主成分分析提取影响察尔汗盐湖沉积物化学组成的2个主控因子:入湖径流量因子和湖泊蒸发量因子,结合孢粉、粒度、沉积物中石盐含量等环境代用指标,分析讨论察尔汗盐湖晚更新世湖泊波动与环境变化过程。结果表明:察尔汗古湖在晚更新世经历多次淡化期和咸化期,94–52 ka期间察尔汗古湖为微咸水-半咸水湖,湖泊入湖径流量较大,湖区植被为草原/荒漠草原植被;约52 ka各指标均反映了察尔汗古湖环境发生了显著变化,湖泊入湖径流量减小,蒸发量增加,湖泊由咸水湖退缩演化为盐湖,湖区植被由草原/荒漠草原演替为荒漠草原/荒漠。34–24 ka期间察尔汗盐湖入湖径流量增加,湖泊有所扩张,但湖水盐度较高;24–9 ka期间在冷干气候背景下,湖泊退缩演化为干盐湖。环境指标所指示的察尔汗盐湖波动演化过程得到了柴达木盆地及其周边地区其他环境变化记录的支持。     

察尔汗盐湖的河流改道、湖泊迁移与钾盐富集

目前察尔汗盐湖正处在干盐湖早期阶段,即干盐滩与卤水湖并存的阶段。在它的周缘分布有10个大小不一的湖泊,除了东陵湖以外,各湖均依靠内陆河的补给来维持其生命,各湖的大小与汇水河的流量基本成正比。由于察尔汗的内陆河经常改变自己的河道,从而造成了湖泊的迁移,也使钾发生了富集。本文通过对比50年代和80年代,察尔汗地区的河湖分布情况,结合古湖、古河道和达布逊湖、达东古湖水化学的研究,证明河湖迁移的情况,并阐明与河湖迁移有关的钾盐富集机理。     

中国察尔汗湖钾盐蒸发泵成因

<正> 问题的提出位于中国青海省柴达木盆地的察尔汗湖盐湖的钾矿是目前中国国内最大的钾矿资源基地。中国化工部和地质矿产部的地质学家一直在这一钾矿进行地质调查工作,并已经积累了大量的地质、水文和水化学资料。笔者试图利用已有的这些资料对察尔汗湖钾盐矿床的成因和经济潜力进行新的解释和评估。察尔汗湖的钾盐矿有以下三个不寻常的特点:     

西昆仑地区苦水湖富锂盐湖水化学特征及成盐元素来源

苦水湖是近年来在青藏高原西昆仑山腹地新发现的富锂盐湖,查明其水化学组成特征对丰富青藏高原盐湖型锂矿床基础资料具有重要的现实意义.然而受区域自然地理条件限制,对包含该盐湖卤水及补给水系的基础性研究还很少.综合运用Piper三线图、Gibbs图解和离子比例关系分析方法探讨了湖表卤水及湖周补给水系水化学组成、演化及主要离子来源.结果表明,由"补给源"到"汇",各离子组成发生了显著变化,水化学类型由碳酸钙镁型向硫酸钠亚型过渡转变,水化学的演化由岩石风化控制向蒸发结晶控制演变.根据离子比例关系,识别出3个主要离子来源:东北径流补给以碳酸盐岩、硅酸岩风化溶质来源为主;南部甜水海水系以盐岩溶解补给为主;湖周冷泉中的溶质则可能主要来自于同生沉积卤水与浅层地下水混合,或长英质火山岩、碳酸盐岩等的深部水-岩作用淋滤.      

中国含盐盆地卤水溴元素分布与物源

中国含盐盆地赋存丰富的盐湖卤水和深部卤水资源,卤水中富集溴(Br)元素,具有潜在的开发利用价值。Br作为盐湖卤水中重要的资源元素,目前对其分布规律和物质来源的系统对比研究鲜有报道。本文以柴达木盆地察尔汗盐湖四个区段晶间卤水为研究对象,分析整个湖区Br元素分布规律和物质来源,对比中国不同含盐盆地卤水Br资源变化和物源联系,并总结不同卤水开发利用价值。结果表明：① 察尔汗盐湖Br含量呈东高西低特征且不同区段差异明显;② 别勒滩和达布逊区段卤水低Br受河流补给并经蒸发富集,而察尔汗和霍布逊区段高Br受北部断裂带上涌富Ca泉水补给;③ 中国含盐盆地(柴达木盆地、库车盆地、江汉盆地、吉泰盆地)大部分深部卤水高Br值主要受水- 岩反应、沉积物及有机质中Br的解吸获得;④ 盐湖晶间卤水虽远不及深部卤水Br含量高,但其优点在于便于开发、综合利用率高,尤其浓缩卤水及老卤中的Br含量可预见性的高于工业开采品位,是当下和今后值得关注的资源。     

Magnetostratigraphy and ~(230)Th dating of a drill core from the southeastern Qaidam Basin:Salt lake evolution and tectonic implications

The Qarhan Salt Lake area is the Quaternary depocenter of the Qaidam Basin, and carries thick lacustrine sediments, as well as rich potassium and magnesium salt deposits. The abundant resources and thick sediments in this lake provide an ideal place for the study of biogas formation and preservation, salt lake evolution, and the uplift of the Tibetan Plateau. In this study, we attempt to construct a paleomagnetic and ~(230)Th age model and to obtain information on tectonic activity and salt lake evolution through detailed studies on a 1300-m-long drill core(15DZK01) from the northwestern margin of the Qarhan Salt Lake area(Dongling Lake). Based on gypsum ~(230)Th dating, the age of the uppermost clastic deposit was calculated to be around 0.052 Ma. The polarity sequence consist of 13 pairs of normal and reversed zones,which can be correlated with subchrons C2r.1r-C1n of the geomagnetic polarity timescale(GPTS 2012)(from ~2.070 Ma to ~0.052 Ma). Sedimentary characteristics indicate that Dongling Lake witnessed freshwater environment between ~ 2.070 Ma and 1.546 Ma. During this period, the sedimentary record reflects primarily lakeshore, shallow-water and swamp environments, representing favourable conditions for the formation of hydrocarbon source rocks. Between 1.546 Ma and ~ 0.052 Ma, the Dongling Lake was in sulphate deposition stage, which contrasts with the central Qarhan Salt Lake area, where this stage did not occur in the meantime. During this stage, Dongling Lake was in a shallow saltwater lake environment, but several periods of reduced salinity occurred during this stage. During the late Pleistocene at ~0.052 Ma, the Dongling Lake experienced uplift due to tectonic activity, and saltwater migrated through the Sanhu Fault to the central Qarhan Salt Lake area, resulting in the absence of halite deposition stage. The residual saline water was concentrated into magnesium-rich brine due to the lack of freshwater, and few potassium salt deposits occur in the Dongling Lake area.     

察尔汗盐湖霍布逊区段资源开采过程中储卤层系统变化特征研究

柴达木盆地察尔汗盐湖赋存储量可观的低品位固体钾盐矿, 其主要的开发方式为液化开采。本文对比分析了霍布逊区段盐湖资源大规模开采前(2004年)和开采后(2011年和2019年)典型钻孔岩芯孔隙度、固体钾矿含量、卤水组分变化特征, 评价了钾盐液化开采效率。结果表明: 由于大规模采卤使得大量高矿化度卤水被带出, 而低矿化度水体补给储卤层孔隙并溶解盐层中盐类矿物, 使得储卤层孔隙率有逐渐增大趋势; 卤水中主要组分KCl和NaCl浓度均出现降低现象, 而MgCl2则出现增加趋势, 这主要与补水工程及补给水体中兑卤有关。在这期间, 卤水矿中KCl品位下降幅度要小于固体矿床KCl品位下降幅度, 说明卤水溶解了石盐层中大量固体低品位钾矿, 提升了其KCl品位。本次研究对于优化霍布逊区段固体钾盐液化开采方案具有重要的指导意义。     

Evaluation of boron isotopes in halite as an indicator of the salinity of Qarhan paleolake water in the eastern Qaidam Basin,western China

In this study, nineteen brine samples from the Qarhan Salt Lake (QSL) in western China were collected and analyzed for boron (B) and chlorine (Cl) concentrations, total dissolved solids (TDS), pH values and stable B isotopic compositions. The B concentrations and δ¹¹B values of brines in the QSL range from 51.6 mg/L to 138.4 mg/L, and from +9.32‰ to +13.08‰, respectively. By comparison of B concentrations and TDS of brines in QSL with evaporation paths of brackish water, we found that B enrichment of brines primarily results from strong evaporation and concentration of Qarhan lake water. Combining with comparisons of B concentrations, TDS, pH values and δ¹¹B values of brines, previously elemental ratios (K/Cl, Mg/Cl, Ca/Cl, B/Cl) and δ¹¹B values of halite from a sediment core (ISL1A), we observe good correlations between B concentrations and TDS, TDS and pH values, pH and δ¹¹B values of brines, which demonstrate that higher B concentrations and more positive δ¹¹B values of halite indicate higher salinity of the Qarhan paleolake water as well as drier paleoclimatic conditions. Based on this interpretation of the δ¹¹B values of halite in core ISL1A, higher salinity of the Qarhan paleolake occurred during two intervals, around 46–34 ka and 26–9 ka, which are almost coincident with the upper and lower halite-dominated salt layers in core ISL1A, drier climate phases documented from the δ¹⁸O record of carbonate in core ISL1A and the paleomoisture record in monsoonal central Asia, and a higher solar insolation at 30°N. These results demonstrate that the δ¹¹B values of halite in the arid Qaidam Basin could be regarded as a new proxy for reconstructing the salinity record of paleolake water as well as paleoclimate conditions.     

再论察尔汗盐湖矿床的构造演化

柴达木盆地察尔汗盐湖的成盐建造可分为:浅部构造层(Q₂—Q₄);中部构造层(R—Q₁);深部构造层(K以前)。其成盐作用可分为:泛湖阶段(Q₁);盐渍阶段(Q₂);盐沼阶段(Q₃);干盐湖阶段(Q₄)。从地层建造、变形特征、继承关系、富盐程度讨论了构造层次的生成关系。由成盐物质侧向补给的盐筛效应、垂向补给的构造膜效应讨论了构造的成盐规律,并确立了盐湖不完全对称地堑式的沉积模式。     

柴达木盆地一里坪石膏~(230)Th定年及成盐期与第四纪冰期和构造运动的关系

本文采用多接收电感耦合等离子体质谱法(MC-ICP-MS),对柴达木盆地一里坪15YZK01钻孔中前336.2 m含石盐地层中的7个石膏样品进行230Th定年。依据年代-深度公式,获得S1-S4盐层的成盐年代分别为733.8~716.0 ka、581.9~573.8 ka、181.6~179.3 ka和158.0~154.2 ka;含芒硝粉砂地层的年代为171.6 ka。结合前人对一里坪表面盐壳的14C测年数据,证实一里坪表面盐层S5开始形成于末次冰期。15YZK01钻孔记录的成盐期与青藏高原第四纪冰期及构造运动存在一定的对应关系:石盐层S1对应于"昆黄运动"之后的望昆冰期,以及深海氧同位素第18阶段(MIS18);S2对应于大间冰期,但是该年代比较接近望昆冰期;S3和S4石盐层及含芒硝粉砂层对应于共和运动和倒数第二次冰期MIS6;S5石盐层开始形成的时代对应于末次冰期MIS2。同时,通过对柴达木盆地多个钻孔含盐地层的测年数据进行总结,证实中更新世以来青藏高原冰川活动与柴达木盆地盐类沉积存在着一定的对应关系。柴达木盆地西北部的成盐盆地中通常发于有倒数第二次冰期和末次冰期的石盐层;而盆地东南部的察尔汗盐湖区仅发现有末次冰期以来的石盐层。柴达木盆地成盐期受到青藏高原第四纪冰期和构造运动的影响,第四纪冰期中盐湖水源补给量的减少,是导致柴达木盆地成盐的重要驱动因素。     

柴达木盆地西部尕斯库勒盐湖280 ka以来沉积特征

以柴达木盆地西部尕斯库勒盐湖干盐滩6个钻孔岩芯为研究对象,从岩性特征、成盐期、沉积类型、沉积结构、沉积幅度等方面探讨尕斯库勒盐湖沉积特征。研究表明,自280 ka以来尕斯库勒盐湖经历相对湿润-干旱的气候波动和气候演化,在距今43.6 ka左右进入最干旱时期,可能属于柴达木盆地第二次成盐期;沉积结构层分异现象不明显;各成盐期平均沉积速率变化不大,平均沉积速率比新疆和内蒙古地区高; 该湖沉积中心在盐湖的西北部。     

地震剖面记录的柴达木盆地西部地区新生代构造变形特征

柴达木盆地被昆仑山、阿尔金山和祁连山围限,新生代盆地发育受周边山体隆升的控制。柴西地区是整个盆地内构造最复杂的地区,形成了NWW 和NEE 走向的两套断裂体系,地震剖面上明显发育生长地层。为研究柴西地区构造运动模式及期次与周边山体及断裂活动之间的关系,基于该区主干地震剖面的最新解译成果,对剖面中的断裂及生长层序进行分析。确定柴西地区新生代活动断裂集中在3 个时期,分别控制不同生长层序的发育: 早期活动的断层控制生长层序1 的发育( TR ～ T3 , 53. 5 ～ 31. 5 Ma) ,晚期活动断层控制生长层序2 的发育( T'2 ～ 现今,14. 9 ～ 0 Ma) ,新生代以来一直活动的断层也控制着一套生长层序。区内构造演化主体方向由昆仑山和阿尔金山前不断向盆内扩展并共同调节构造展布方向。     

Late Pleistocene paleoclimatic history documented by an oxygen isotope record from carbonate sediments in Qarhan Salt Lake,NE Qinghai–Tibetan Plateau

Late Pleistocene paleoclimatic variability on the northeastern Qinghai–Tibetan Plateau (NE QTP) was reconstructed using a chronology based on AMS ¹⁴C and ²³⁰Th dating results and a stable oxygen isotopic record. These are derived from lake carbonates in a 102-m-long Qarhan sediment core (ISL1A) collected from the eastern Qaidam Basin. Previous research indicates that the δ¹⁸O values of lacustrine carbonates are mainly controlled by the isotopic composition of lake water, which in turn is a function of regional P/E balance and the proportion of precipitation that is monsoon-derived on the NE QTP. Modern isotopic observations indicate that the δ¹⁸O values of lake carbonates in hyper-arid Qaidam Basin are more positive during the warm and wet period. Due to strong evaporation and continental effect in this basin, the positive δ¹⁸O values in the arid region indicate drier climatic conditions. Based on this interpretation and the δ¹⁸O record of fine-grained lake carbonates and dating results in ISL1A, the results imply that drier climatic conditions in the Qarhan region occurred in three intervals, around 90–80 ka, 52–38 ka and 10–9 ka, which could correspond to late MIS 5, middle MIS 3 and early Holocene, respectively. These three phases were almost coincided with low lake level periods of Gahai, Toson and Qinghai Lakes (to the east of Qarhan Lake) influenced by ASM on the orbital timescales. Meanwhile, there was an episode of relatively high δ¹⁸O value during late MIS 3, suggesting that relatively dry climatic condition in this period, rather than “a uniform Qarhan mega-paleolake” spanning the ∼44 to 22 ka period. These results insight into the understanding of “the Greatest Lake Period” on the QTP.     

察尔汗盐湖正构烷烃和单体碳同位素分布特征及其古植被意义

对察尔汗盐湖ISL1A钻孔沉积物样品进行了有机分子地球化学分析, 检测出了丰富的类脂物, 包括正构烷烃、一元正脂肪酸、一元正脂肪醇等, 本文主要讨论正构烷烃类脂物的分布特征。正构烷烃的分布型式表明其来源于低等菌藻类生物和陆生高等植物, 正构烷烃的高碳数部分均有显著的奇偶优势, 高碳数正构烷烃全部以C31 为主峰碳。正构烷烃分布特征表明在110.1~50.1 ka B.P.期间, 察尔汗盐湖地区为草原植被景观。对C27、C29、C31 长链正构烷烃进行了单体碳同位素测定, 利用二元模式估算了C3 和 C4 植物的相对输入贡献, 结果表明, 以C3 植物为主。