盐湖硼、锂、锶、氯同位素地球化学研究进展

盐湖作为盐矿资源的重要载体和富集区,探讨其矿物质来源及富集规律,不仅为盐湖的形成、演化及成盐成矿规律研究奠定了基础,也为盐湖资源评价及合理的开发利用提供了科学依据,具有重要的理论和现实意义。近年来,随着同位素地球化学的发展,同位素在盐湖领域的研究成果也日益丰富,使盐湖研究的深度和广度也得到快速发展。文章简要概述了硼、锂、锶、氯同位素的分馏机理及其在盐湖研究领域的发展历程,重点介绍了国内外取得的主要成果和最新进展,探讨了存在的问题,以促进硼、锂、锶、氯同位素地球化学研究在中国盐湖领域的进一步发展。     

西藏当雄错盐湖卤水冬季日晒蒸发实验研究

西藏当雄错盐湖位于藏北高原腹地西南侧,其水化学类型属典型的中度碳酸盐型,具有很好的工业开发前景和价值.自然蒸发是盐田日晒工艺的应用基础工作,本文基于室内卤水等温蒸发实验的相关结果,在当雄错湖区现场开展了盐湖卤水冬季日晒蒸发实验,通过考察碳酸盐型盐湖卤水在现场低温条件下自然蒸发过程中液相各元素的富集规律以及矿物的结晶析盐规律,分析了锂、硼、钾等元素的集散行为,并根据卤水蒸发过程中的元素富集、蒸失水量、盐类析出顺序、矿物组合以及物化性质的变化探索了盐类分离的控制条件.以Na+,K+/CO2-3,SO2-4,Cl--H2O五元体系(25℃)介稳相图为参考依据,绘制了当雄错盐湖卤水冬季日晒蒸发的结晶析盐路线.实验结果表明,当雄错盐湖卤水在冬季日晒蒸发过程中依次析出石盐、泡碱、天然碱、硼砂、钾石盐和扎布耶石,另有少量芒硝和泡碱等低温产物会提前析出或被母液夹带析出,利用冬季低温蒸发可制取富锂卤水,蒸发后期的母卤还可用于提取硼砂和钾石盐等矿物资源.实验结果为下一步开展盐田工程设计及制卤工艺操作提供了必要的基础数据,同时也为碳酸盐型盐湖卤水的综合利用和开发提供了理论支持.     

地表过程与盐湖学中锂同位素地球化学应用

由于具有较大的相对质量差异,锂同位素在地球化学过程中分馏程度较高。尤其是在地表环境中,锂同位素分馏现象最为明显。本文介绍了锂元素的基本性质,讨论了锂同位素分馏行为以及存在的争议。其次,地表环境中河水或海水锂同位素特征作为构造事件和气候变化的地球化学响应,可反映区域构造、气候条件以及风化程度,并且有可能作为定量计算大陆硅酸盐风化CO_2消耗量的指标。另外,在现阶段盐湖学研究中,锂同位素主要用来示踪盐湖锂的物质来源,同时也应结合其它示踪元素,共同研究锂资源来源以及找矿问题。但能否利用盐湖沉积物或者卤水的锂同位素组成来定量计算硅酸盐化学风化过程CO_2消耗量,为全球碳汇及相关古气候、古环境研究提供依据,还有待做更深入的细致调查与验证。     

西藏当雄错盐湖卤水中硼的来源研究

当雄错盐湖为大型硼矿床。大气降水、地表径流和地下径流以及蚀源区岩石是当雄错盐湖卤水中硼等稀有、稀散元素的三个来源途径。本文通过国标法(GB/T8538-2008)、电感耦合等离子光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)对当雄错硼的这三个来源分别进行元素地球化学研究,发现:1大气降水对当雄错B_2O_3的年估算输入量约为0.05×10~(-3)t~1.5×10~(-3)t,与地表径流和地下径流893t相比可以忽略不计;2河流对当雄错B_2O_3的贡献量最大,其中湖南岸的3条河流B_2O_3的年估算输入量达10个水源的95%,这3条河流的地球化学特征与热泉马尔作相同,B同位素δ~(11)B值也与热泉马尔作相同。说明当雄错地表径流和地下径流中的B_2O_3主要来自热水;3当雄错湖周蚀源区岩石主要为二叠纪,白垩纪岩石与第四纪碳酸盐粘土与钙华。其中二叠纪与白垩纪岩层中B_2O_3的含量较中国东部同类岩石低,不是当雄错B_2O_3的主要来源。第四纪碳酸盐粘土与钙华B_2O_3含量较高,高于世界碳酸盐岩与中国东部富泥碳酸盐岩。碳酸盐粘土稀土元素分布模式与已报道的热水湖相沉积的白云岩相同,都是中稀土富集,Dy的正异常,说明碳酸盐粘土是主要受热水影响。当雄错碳酸盐粘土是热水湖相沉积的一个典型实例。综上可知,热水是当雄错硼的主要来源。这一研究不仅为探索盐湖硼的成因提供重要依据,也为扩大寻找硼酸盐矿床指明方向。     

硼同位素在矿床学中的应用研究

硼在自然界有两种稳定同位素11B和10B,常采用δ(11B)/10-3来表示不同地质体的同位素组成。由于硼同位素在不同地质体中的分馏作用大,在较大温度范围内岩浆-热液流体中的高活动性和化学性质稳定等方面的优势,使硼同位素在地球科学研究中的作用越来越广泛。控制硼同位素分馏的主要因素是硼源。一般情况下,非海相的硼酸盐矿物和与之相关的电气石的δ(11B)值为负值,而在某些盐湖卤水和与海相环境有关的硼酸盐矿物的δ(11B)值则为正值。目前,硼同位素示踪主要应用于块状硫化物矿床、与花岗岩有关的热液矿床以及盐湖矿床的研究。随着硼同位素分馏机制及其在不同环境地质样品中分布特征的深入研究,硼同位素在解决矿床的成矿物质来源、矿床成因和成矿作用等方面将发挥更大的作用。     

硫酸钠亚型盐湖卤水不同温度下Li~+富集、结晶行为研究——以西藏拉果错盐湖为例

西藏拉果错盐湖属于硫酸钠亚型盐湖,卤水含有钾、锂、硼等有价值组分,针对此类盐湖资源,研究锂的富集过程非常必要。通过硫酸钠亚型盐湖卤水的变温蒸发过程,对比了锂在不同温度下富集规律和饱和点,卤水中的锂在蒸发过程中主要以硫酸锂和锂芒硝等形式结晶,在此基础上建立了锂和硫酸根浓度与温度变化关系的相关性,根据组成和温度,计算了浓度熵,模拟了锂饱和点和浓度熵的关系方程;利用浓度熵方程,控制锂盐析出,从而实现获得高锂浓度的卤水,为硫酸钠亚型盐湖卤水天然蒸发富集锂和盐湖资源高效利用提供依据。     

西藏改则县吉布茶卡-拉果错盐湖锂矿控矿因素分析

西藏是我国内陆盐湖分布最多的省区之一,藏西北现代盐湖星罗棋布,锂资源丰富。文章简述了西藏改则县吉布茶卡-拉果错盐湖的自然地理概况,系统阐述了该区与盐湖锂矿成矿有关的区域地质背景及成矿地质特征,并通过对吉布茶卡-拉果错地区的地质、水文特征及时空关联分析,总结了该区湖盆构造、成矿物质来源、水文条件及气候条件对盐湖锂矿的成矿控制作用。     

中国盐湖资源的开发利用与科技问题

我国青海、西藏、新疆、内蒙古等西部地区盐湖分布广泛,盐湖中蕴藏着丰富的钾、镁、锂、硼等盐类资源,潜在经济价值极大。开发利用这些资源对于西部地区经济发展、社会稳定和满足国家对钾、锂、镁、硼等的需求具有重要的现实意义。要认真考虑西部地区自然生态条件的脆弱性,一定要本着可持续发展原则搞好盐湖资源开发。在发展盐湖钾肥工业的同时,要高度重视和解决共生资源的综合利用。
介绍了我国盐湖资源现状,分析了国民经济发展对盐湖资源的需求情况,讨论了制约盐湖资源开发利用的重大科技问题。在介绍国内外盐湖科技发展现状与趋势的基础上,提出了盐湖资源综合利用的基本思路、科技发展目标,以及技术示范基地建设、支撑条件等方面的建议与政策措施。指出现阶段盐湖资源开发利用的主要力量应放在占我国总钾资源97%的柴达木盆地,通过加强盐湖资源开发科技攻关和加快产业化进程,解决制约盐湖钾、锂、镁、硼等资源的综合利用问题,加快盐湖资源综合利用工程示范基地的建设,在此基础上建设综合利用钾、锂、镁、硼等资源的现代化企业,为可持续开发西部资源做贡献。     

中国盐湖锂资源及其开发进程

锂资源主要分为盐湖型和花岗伟晶岩型两种。文章在作者多年从事有关研究工作的基础上，参阅大量文献，简要介绍了我国盐湖锂资源产出的地质，地理特征与相关主要盐湖锂资源的开发进程，指出我国有丰富的盐湖锂资源，近年来随着提取技术近于成熟，扎布耶盐湖已有具市场竞争的开发技术框架，相关的方法亦趋于成熟，具有变经济优势的前景；班戈湖－杜佳里湖区锂资源提取技术的研究刚刚开发，但已显良好势头，东台吉乃尔湖锂资源的提取技术需完善及改善，西藏扎仓茶卡和鄂雅错－比洛错锂资源提取技术正处于探索之中，最后提出了对我国盐湖锂资源开发的三点建议。     

本期文章导读

正非传统稳定同位素地球化学的建立与发展是本世纪地球化学领域的重要进展之一。镉(Cd)同位素分馏主要发生在蒸发/冷凝过程、无机吸附/沉淀过程及生物吸收利用过程。这些Cd同位素分馏效应被成功应用于构建海洋生物地球化学Cd循环体系、反演古海洋环境及初级生产力变化,硫化物矿床成矿流体演化、成矿物质来源示踪及不同成因矿床类型判别研究,环境体系Cd污染源的源区判别、农田面源Cd来源及其运移、循环及储存机制研究。在海洋科学、地球科学、环境科学及农业科学研究上展现出巨大的应用潜力。该文提出下一步应深入开展高精度Cd同位素分析方法研究,探讨Cd同位素分馏机制和分馏模型,尤其是应深入研究微生物作用下Cd同位素分馏效应,建立Cd同位素生物分馏地球化学示踪体系,推动非传统稳定同位素地球化学创新发展。     

硼及硼同位素地球化学在地热研究中的应用

硼稳定同位素常被用于示踪地热系统内硼的物源来源,判别热水与围岩相互作用,研究热流体汽-液分离过程,以及示踪热尾水排放引起的水环境污染。研究综合论述了近年来硼及硼同位素地球化学在地热研究中最新进展、所取得的成果及研究中存在的问题,以促进硼同位素地球化学在我国地热研究中的进一步发展。     

硼及硼同位素地球化学在地热研究中的应用

硼稳定同位素常被用于示踪地热系统内硼的物源来源,判别热水与围岩相互作用,研究热流体汽-液分离过程,以及示踪热尾水排放引起的水环境污染。研究综合论述了近年来硼及硼同位素地球化学在地热研究中最新进展、所取得的成果及研究中存在的问题,以促进硼同位素地球化学在我国地热研究中的进一步发展。     

中国盐湖锂资源及其开发进程

位于西藏羊八井−谷露裂谷中的地热水锂含量高于西藏温泉平均水平,但其水化学成因仍有争议,主要原因之一为该区域地热水中锂的空间分布规律不明。常见的空间规律分析方法为普通克里金法(Ordinary Kriging)和协同克里金法(CO-Kriging),但前者精度不高,后者难以获得合适的辅助变量。为此,提出2种确定辅助变量的方法：一是采用与锂相关性最强的物理化学指标Cl⁻浓度作为辅助变量;二是采用主成分分析综合指标F作为辅助变量。将2种辅助变量分别耦合进CO-Kriging中,形成Cl⁻-CO-Kriging和F-CO-Kriging方法,用以分析西藏羊八井−谷露裂谷中的地热水锂分布规律。结果表明,相比于Ordinary Kriging,F-CO-Kriging和Cl⁻-CO-Kriging预测精度有明显提高;其中F-CO-Kriging的E_MA和E_RMS平均提高30.3%,Cl⁻-CO-Kriging的E_MA和E_RMS平均提高28.5%,而且显示地热水中的锂与断裂在空间分布上具有一致性,在谷露地热区锂有明显的富集现象。进一步采用系统聚类和因子分析方法,探究影响地热水中锂空间分布的水化学成因发现,高温、高TDS、低Ca²⁺浓度、低Mg²⁺浓度、高硼浓度的碱性环境中锂浓度更高。研究成果为探讨青藏高原地热水中的高锂乃至其他稀有金属的成因和资源评价奠定基础。

     

青海可可西里盐湖水化学及硼同位素地球化学特征

本文主要依据2009—2010年间的考察对可可西里地区盐湖进行了水化学及硼同位素分布特征研究。结果表明,除前人发现的5个盐湖外,可可西里东部新发现的多秀湖、茶错、布查湖和果木错玛德日4个湖泊也属于盐湖;勒斜武担湖为氯化物型盐湖,其余8个盐湖均为硫酸盐型盐湖;盐湖及周围水体皆富集B、Li元素,形成以盐湖为中心的含量高值区,且B-Li元素对显示出协同消长关系,表明在该地区这两种元素的物质来源、搬运条件及富集环境具有相似性;正热电离质谱法测量结果显示,本区盐湖δ11B值的变化范围在+4.77‰~+12.52‰之间,远低于海水δ11B值,证明这些盐湖均属陆相成因,与前人对青藏高原地区盐湖成因的研究结果相一致;勒斜武担湖和布查盐湖北部均出露有大量泉水,水化学分析和硼同位素分析数据表明,勒斜武担湖和布查盐湖分别与各自周围的泉水具有同源性,认为这些泉水是这两个盐湖的主要物质来源;根据区域地质构造特征和硼同位素地球化学数据,可判断出新青峰喷泉中的硼主要来自于深部火山岩溶滤。     

锂同位素与大陆风化

气候变化与大气二氧化碳浓度息息相关.大陆岩石圈风化是影响大气二氧化碳浓度的重要过程.通过还原陆壳古风化信息,我们可以有效地了解地球气候条件的演化历史.传统方法上,前人曾使用锶同位素示踪大陆风化,但其解释尚有不足.例如,海水锶同位素比值会受到海洋热液的影响,而河流锶同位素比值则易受风化岩石类型的影响.此外,只有硅酸盐风化被认为在长时间尺度控制着大气碳汇,但锶的碳酸盐风化却与硅酸盐风化很难分辨.因此,我们需要一种更理想的同位素体系作为示踪大陆风化历史的介质.锂,作为微量元素,主要集中在岩石圈的硅酸盐矿物中,在碳酸盐岩含量较少.所以,硅酸盐风化可以使用锂同位素予以记录.同时,锂同位素受生物分馏效应影响较小,可以在海相碳酸盐岩中保存良好.这些优势为海相碳酸盐岩的锂同位素信号示踪大陆风化历史提供了有力支撑,但我们仍需对风化、迁移和结晶等过程的锂同位素地球化学行为有清晰的认识.为此,本文回顾不同储库的锂同位素组成以及各物相间锂元素配分和同位素分馏特征,总结了近年来锂同位素在重建大陆风化历史方面的进展,并详述了有待解决的关键问题.     

盐湖型富钾硝酸盐矿床钼同位素地球化学特征应用潜力

随着同位素分析测试技术的发展与精进，非传统稳定同位素地球化学得以快速发展。钼同位素在指示物源、沉积环境、约束成矿条件、解释元素循环等方面的研究中逐渐发展成熟，钼同位素地球化学将会在地球科学、生命与环境科学研究中发挥其独特的应用潜力。盐湖沉积演化过程中明显富集Mo元素，硝酸盐型盐湖钼同位素的地球化学特征及地质意义尚未见报道。新疆具有独特的多类型硝酸盐矿床，因硝酸盐来源与富集成矿机制复杂而对其形成存有争议。本文简述了硝酸盐矿床稳定同位素的应用与硝酸盐物源、富集成矿机制复杂性的原因，并探讨了钼同位素在盐湖型富钾硝酸盐矿床中的应用潜力。钼同位素地球化学特征及生物地化效应在乌勇布拉克盐湖型富钾硝酸盐矿床中的应用研究有助于进一步深入认识微生物硝化-反硝化作用对矿床硝酸盐的影响与贡献，同时也可为硝酸盐富集成矿过程提供可靠的同位素数据的支持。     

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。     

国土资源部盐湖资源与环境重点实验室简介

国土资源部盐湖资源与环境重点实验室是中国盐湖资源和环境研究的重要科技平台（挂靠单位为中国地质科学院矿产资源研究所），拥有一支由地质学、化学、生物工程学、环境学等多学科中青年科技骨干为主的科技团队。有院士1人、研究员3人、副研究员6人、助理研究员（32程师）3人，协作科研人员14人，客座研究员27人。在北京设有盐湖沉积实验室、盐湖地球化学实验室、盐类化学分析实验室、盐湖生态与活性物质实验室、盐湖生物基因工程实验室和筹建铀系法年代实验室，在郑州有矿物综合利用研究室，在野外建立了西藏扎布耶盐湖水文气象长观站和研究基地、西藏当雄错实验研究基地、新疆罗布泊研究基地。     

青藏高原盐湖资源研究的新进展

本文着重就盐湖中心“九五”研究工作进展作一简要报道。该研究以“盐湖学”(Salinology)为指导,开展基础理论研究与开发实验相结合的探索,将盐湖资源综合性调查与典型盐湖开发研究密切结合。首次揭示了环昂拉陵区为锂硼铯(钾铷)盐湖巨大成矿域;指出扎布耶超大型锂硼盐湖矿床为一陆-陆碰撞区多级浅盆成矿模式,不同于南美弧后裂谷的高深盆锂硼成矿模式;首次通过大范围盐湖综合调查,从而确认青藏高原是我国重要产卤虫盐湖远景区;以“因地制宜、就地取材、扬长避短“的原则,通过实验盐湖学研究,找到了一条适合高原特殊环境的锂盐湖开发路线。     

中国盐湖锂资源的产业化现状——以西台吉乃尔盐湖和扎布耶盐湖为例

锂对国民经济和国家安全具有重要意义,是21世纪的能源金属.近10年,中国主要从国外进口碳酸锂产品.中国是一个多盐湖的国家,盐湖锂占锂资源工业总储量的85%.现代第四纪盐湖主要分布在我国西北的青海、西藏、新疆和内蒙古四省区,具有很好的开发前景.经过多年科研后,目前国内已经在西台吉乃尔和扎布耶两个盐湖建立了卤水提锂产业.本文对比研究了这两个盐湖资源状况和地理气候条件,以及由此而决定的盐湖资源开发工艺流程,探讨了其工艺优化方向.并指出这两个盐湖具有锂资源储量大,品位高的优势,但是受盐湖类型或地理气候条件限制,工艺上有待改善.建议继续加强对盐湖开发技术优化和对盐湖提锂产业的扶持.