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溴（Br）元素是重要的化工原料，溴元素产业发展迅速，其资源开发程度和应用能力对全球产业发展的影响程度不断提高。得益于其超强的灭火能力，开发应用领域中阻燃剂占 41%，含溴阻燃剂以其高阻燃性和低成本优势广泛应用于国防原子、消防、石油、塑料工业等，在国民经济和科技发展中有着重要的价值。地壳中溴主要以离子形式存在于水圈，而实际上99%的溴都赋存在海水中，海底火山喷发携带的物质是海水中溴的重要补给来源（余疆江等，2013）。
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目前世界上生产的大部分溴资源是从海水、地下卤水、盐湖卤水、油气田水及制盐尾卤中回收的。世界上溴的大规模应用主要集中在美国、以色列、中国、约旦等国家，其中美国和以色列为溴元素主要生产国。美国最大的溴元素生产基地阿肯色州墨西哥湾盆地地下卤水和以色列死海的溴含量均达到陆地的上千倍，前者主要源于两亿年前古海水的蒸发浓缩，后者为近代海水在裂谷环境中蒸发浓缩成矿（Schubert et al.，1993; 孔维刚等，2021）。中国从20世纪80年代开始逐渐工业化开发，经过近50年研究和发展，已成为世界第三的溴生产国。中国溴元素开发利用主要集中在环渤海地区，因地下卤水开采规模大、效率低，导致资源日益匮乏，已探明中国原有最大溴元素资源——莱州湾地下卤水溴含量已经不足原有的1/2。与此同时，中国盐湖资源是世界闻名的优势资源，青海省盐湖矿产溴资源保有储量为28.27万t，居中国第二位（李冬梅，2014）。盐湖卤水溴含量虽远不及地下卤水高，但其优点在于便于开发、综合利用率高，在生产氯化钠、氯化镁、钾盐以及硼、锂资源的同时溴资源可综合回收利用。察尔汗盐湖是中国最大的钾镁盐卤水矿床，其Br资源浓度和总体含量极具发展潜力，晶间卤水Br含量最高可达55.9~60.0 mg/L（张彭熹，1987），已达到综合工业开采品位（50~60 mg/L），浓缩卤水及老卤中的Br含量可预见性的更高于工业开采品位，有望成为溴资源开发利用的“潜力股”。目前对柴达木盆地盐湖中K、Li、B等资源元素分布规律和物质来源展开过详细研究（张彭熹，1987; 张彭熹等，1993; 杨谦等，1993; 袁见齐等，1995; Fan Qishun et al.，2018; He Maoyong et al.，2020; Li Jiansen et al.，2022），然而对于盆地盐湖Br的分布规律研究较少，调查显示柴达木盆地盐湖卤水中Br平均含量为34.1 mg/L，集中分布在四个地区，以牛郎织女湖为中心的地区相对含量较高，其次为大、小柴旦盐湖区、察尔汗湖区和尕斯库勒湖区。整个盆地而言，山间盆地小盐湖含量高，而盆地中部盐湖含量低（张彭熹，1987）。对于不同盐湖或者同一盐湖不同区段卤水Br含量差异性变化的成因或物质来源鲜有报道。Br作为一种资源元素本身具有巨大的利用价值，由于特殊的来源和地球化学特征，它对盐湖钾物源和富集规律具有一定的指向性。因此，本文以察尔汗盐湖晶间卤水为例，探究不同区段卤水中Br元素分布规律和物质来源，对比分析中国其他盆地卤水中Br的含量变化和分布，量化讨论了不同盐湖卤水Br资源综合工业开采价值，为整个盐湖产业的综合性开发利用、产业结构优化和资源可持续发展提供重要的科学依据。
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1 研究区区域地质和水文背景
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柴达木盆地是在中生代断陷盆地的基础上，受新生代青藏高原隆升向北扩展、沉降而形成的山间沉积盆地（张彭熹，1987；图1）。盆地东西长轴约650 km，南北宽轴约250 km，面积约1.21×105 km2，盆地内的平均海拔为 2700 m（张彭熹，1987）。盆地周缘被昆仑山、祁连山和阿尔金山及周边断裂带所围限，以北为祁连山-南山冲断带，南以活动性超强的祁漫塔格-东昆仑断裂带为界，西以阿尔金大型左旋走滑断裂带为界（李林林等，2015），盆地东部则以北西走向的右旋走滑鄂拉山断裂带为界（段磊等，2022）。盆地整体表现为轴向为北西西—南东东方向的不规则菱形向心的汇水盆地，汇水面积可达17×104 km2（张彭熹，1987）。盆地中—新生代处于特提斯洋活动带和印度与西伯利亚两大板块碰撞构造带的前缘（吕宝凤等，2011），长期受特提斯洋闭合及青藏高原隆升的驱动，构造活动复杂（李林林等，2015）。
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察尔汗盐湖位于柴达木盆地东部第四纪强烈坳陷带的中心，是现代盆地内最低洼地区（图1），海拔高程2675~2680 m。湖区大致呈东西向布展的哑铃状，两端大而中间小（袁见齐等，1995），东西延长约168 km，南北宽 20~40 km，面积约 5860 km2（张彭熹等，1993）。察尔汗北界与前古生界变质岩系所组成的阿姆尼克山的山前冲洪积扇前缘接壤；西北界为第四纪晚期形成的冲积、淤积黏土所组成的平缓隆起与台吉乃尔盐湖区分开；南部与昆仑山山前冲洪积扇平原为界（张彭熹等，1993）。察尔汗盐湖汇水面积为13.2×104 km2，湖区地表水系主要发源于昆仑山系，从西往东依次发育乌图美仁河、灶火河、拖拉海河、清水河、跃进河、格尔木河、诺木洪河、察汗乌苏河等，以西南东三个方向补给湖区。湖区以北锡铁山和阿姆尼克山前仅发源一条全集河，出山十余千米后即潜入地下，并以地下水升泉的形式补给湖区（张彭熹等，1993）。此外，沿察尔汗湖区北部干盐滩边缘广泛分布上涌的泉水补给湖区。察尔汗盐湖正处于干盐滩和卤水湖并存阶段，干盐滩四周分布着大小数十个卤水湖，按其成因可分为两类：① 受河流补给控制，分布于河流入口处如涩聂湖、大别勒湖、小别勒湖、西达布逊湖、达布逊湖、南霍布逊湖、北霍布逊湖；② 受北缘断裂上涌泉水补给控制，如东陵湖和协作湖（袁见齐等，1995）。察尔汗盐湖按照地质和矿床特征，自西向东划分为别勒滩、达布逊、察尔汗、霍布逊4个连续区段（图2）。
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图1 柴达木盆地察尔汗盐湖及其他盐湖位置分布图
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Fig.1 Map showing the location of Qarhan Salt Lake and other salt lakes in the Qaidam basin
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2 样品采集和分析方法
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本次研究在察尔汗盐湖四个区段连续采样晶间卤水样品59件，其中别勒滩区段5件、达布逊区段12件、察尔汗区段26件、霍布逊区段16件（图2）。晶间卤水样品全部从抽卤井或新开采的卤水渠道中采集，保证样品的原始性。在每个样品点，用水收集在酸洗的500 mL低密度聚乙烯（LDPE）瓶中，用环境水样500 mL涮洗高密度聚乙烯塑料瓶3次，然后装满水样并用薄膜密封保存。在样品收集完成的48 h内，利用 0.45 μm Luerloch注射器过滤器（聚丙烯膜）过滤到酸洗的125 mL LDPE瓶中。
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样品采集完成后回到实验室在一周内完成水化学测试，以保证最大程度呈现水化学特征的原始性。样品分析测试在中国科学院青海盐湖研究所分析测试中心完成，微量离子Br-采用离子色谱法测定（误差小于2%）。
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3 结果与讨论
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表1分析结果显示，Br元素在察尔汗盐湖的平均含量为31.9 mg/L，变化范围跨度大，介于8.5~67.0 mg/L之间。四个区段的Br浓度呈现明显差异（图3），察尔汗盐湖西部别勒滩区段的含量在10.8~16.2 mg/L之间，平均值为13.6 mg/L；达布逊区段介于8.5~23.9 mg/L之间，平均值比别勒滩区段略高，达到16.9 mg/L。察尔汗区段与霍布逊区段的Br含量明显高于别勒滩和霍布逊，前者的浓度均值为40.4 mg/L，分布在17.2~67.0 mg/L之间，后者的平均值是35.0 mg/L，范围为17.5~45.5 mg/L。整体上，Br浓度在察尔汗盐湖东部高、西部低的趋势；细节上，东部的察尔汗区段最高，其次为霍布逊区段，往西达布逊和别勒滩区段依次递减（图3b）。
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图2 察尔汗盐湖晶间卤水采样位置图（据 Fan Qishun et al.，2018修改）
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Fig.2 Sampling locations of intercrystalline brines (yellow circles) in Qarhan Salt Lake (modified from Fan Qishun et al., 2018)
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3.1 Br的地球化学特征
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溴一般不独立成矿，主要随卤水的浓缩而富集在溶液中，其余部分则以类质同象形式置换 Cl 而进入石盐及其他氯化物型盐类矿物的晶格中形成类质同象混合物（林耀庭，1995），主要以NaBr、KBr、KMgBr3·6H2O的形式存在，分别与NaCl、KCl、KMgCl3·6H2O形成固溶体。不含氯的碳酸盐、硫酸盐、硼酸盐等矿物中不含溴，Br能赋存在盐类矿物包裹体中，盐类沉积物中黏土也能吸附痕量的溴（程怀德等，2008）。
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续表1
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注：[a]引自Fan Qishun et al.，2018。
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Br在固相氯化物盐中的浓度与在母液卤水中的浓度成正相关关系（Warren，2016）。早期结晶氯化物盐的Br含量必低于晚期结晶氯化物盐（程怀德等，2008; 许建新，2008），且在母液卤水和不同结晶矿物之间的分配系数不同，因而不同盐类矿物中 Br 含量具有较明显的差别，不同阶段形成的同一原生盐类矿物中 Br 含量也各不相同（程怀德等，2008; 邵春景，2020）。通常来说，Br在石盐（NaCl）、钾石盐（KCl）、光卤石（KMgCl3·6H2O）中的含量依次增大。若盐类矿物经过重结晶作用形成，在淡化溶解和重结晶过程中Br因二次分配，使得盐类矿物中Br 含量明显降低（许建新，2008），例如石盐岩中薄层硬石膏的形成会使溴的含量急剧降低（Peryt et al.，2005）。若石盐中Br含量异常，低于20×10-6左右，指示该石盐可能经过重结晶或为受淡化溶滤所致（张从伟等，2011）。典型海相环境下蒸发形成的石盐和卤水具有较高的Br含量，大部分陆相或海陆混源环境下形成的石盐 Br 含量相对较低。因此，液相和固相中 Br 含量对成盐来源、原始成盐卤水的蒸发浓缩程度和海陆沉积环境都具有重要的指示作用（Siemann，2003; 程怀德等，2008; 许建新，2008; Warren，2016; 邵春景，2020）。
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图3 察尔汗盐湖和青海湖水矿化度（TDS）与Br含量的对比图
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Fig.3 Comparison diagram of TDS-Br concentrations of water in Qarhan Salt Lake and Qinghai Lake
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（a）—蒸发实验中青海湖湖水与察尔汗盐湖卤水的矿化度和Br浓度的变化规律对比（孙大鹏等，1995），中虚线代表青海湖湖水蒸发拟合线；（b）—察尔汗盐湖晶间卤水矿化度与Br浓度的相关关系图
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(a) —comparison of TDS and Br concentration in Qinghai Lake waters of evaporation experiment and Qarhan Salt Lake brines (Sun Dapeng et al., 1995) , the dotted line in the upper map indicates fitted evaporation curve of lake water in Qinghai Lake; (b) —correlation diagram of TDS and Br concentrations of brines in Qarhan Salt Lake
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陈郁华（1983）通过黄海海水25℃等温蒸发实验表明，当海水浓缩至矿化度为348.9 g/L时开始析出石盐，即液相中的Br开始进入固相氯化物盐，在石盐、钾石盐、光卤石及共结点阶段析出石盐时Br 含量分别为110×10-6、510×10-6、2080×10-6和4170×10-6，与上述浓缩阶段相对应的液相中Br浓度分别为651.8 mg/L、5691.0 mg/L、10504.7 mg/L和11614.2 mg/L，这些数据证明Br浓度在液相中以及进入固相氯化物中均逐渐增高，虽然部分的Br取代Cl进入到固相氯化物中，但大部分Br仍然在液相中累积（陈郁华，1983）。相似地，青海湖作为典型的大陆微咸水湖，水化学类型属硫酸钠亚型，矿化度为14.23 g/L，湖水Br含量较低（1.5 mg/L）（孙大鹏等，1995），蒸发实验数据同样表明液相中的Br浓度随矿化度的增高而明显增高，液相中Br的变化规律与海水相似（图3）。
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3.2 察尔汗盐湖晶间卤水中Br的分布规律和物质来源
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察尔汗盐湖四个区段的Br含量分布明显不均匀，最低值和最高值间相差一个数量级，达布逊和别勒滩区段卤水含量较低，接近青海湖湖水蒸发浓缩曲线，然而察尔汗和霍布逊区段卤水含量较高，稍高于青海湖湖水蒸发曲线（图3），这种差异性分布与物源补给和复杂地质作用有关。区域地质调查研究显示，察尔汗盐湖自析盐以来补给水源包括两类，即源自东昆仑山冰雪融水的河流补给和源自察尔汗北部断裂带的富钙泉水补给，这两种水源具有不同的水化学类型和离子化学组成（Lowenstein et al.，1989; 张彭熹等，1993; 袁见齐等，1995; Lowenstein and Risacher，2009; Fan Qishun et al.，2018）。学者们对于察尔汗盐湖卤水K、Li、B、Sr资源元素分布和物质来源已开展过详细研究，提出河水是察尔汗盐湖的主要补给源，K元素主要源自于昆仑山富钾花岗岩的风化淋滤经河水携带汇入湖区（陈克造等，1981; 张彭熹，1987; 袁见齐等，1995; Zhang Xiangru et al.，2019）；别勒滩区段卤水Li、B资源主要源自东昆仑山布喀达板峰下出露的数百口富Li、B热泉（庞小朋，2009），经洪水河携载汇入那陵格勒河补给到一里坪、西台吉乃尔盐湖、东台吉乃尔盐湖、察尔汗盐湖富集成矿（朱允铸等，1989; 李庆宽等，2021; 李建森等，2022）；察尔汗和霍布逊区段卤水明显受北缘断裂带高Ca、Sr泉水补给，改变了盐湖卤水水化学类型和地层析盐序列（Lowenstein et al.，1989; 张彭熹等，1993; Fan Qishun et al.，2018）。
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然而，对于察尔汗盐湖卤水Br元素不均匀分布尚未开展物质来源的系统研究。前人的研究总结，昆仑山冰川积雪、格尔木河水及那陵格勒河水的Br含量低（袁见齐等，1995; 李建森等，2022），经蒸发浓缩为察尔汗盐湖提供了部分Br源，对应于别勒滩和达布逊区段卤水Br含量接近青海湖湖水蒸发曲线的事实（图3a），说明察尔汗湖区较低Br含量是来自河水携带和后期蒸发富集（图3b）；然而，察尔汗和霍布逊区段更高的Br含量远离于青海湖湖水蒸发曲线（图3a、b），是否与北部断裂带泉水补给有关？卤水Ca2+与Br-含量对比显示，别勒滩和达布逊区段卤水具有低Ca、Br特征，而察尔汗和霍布逊区段卤水具有高Ca、Br特征，四个区段总体上二者具有良好的正相关性（图4），指示二者具有相似的物质来源，即Br的物源主要受控于湖区北部的富钙流体补给。Fan Qishun et al.（2018）对察尔汗盐湖系统研究表明，北部泉水具有高87Sr/86Sr 比值、高Ca和Sr浓度的特征，Sr在各区段的分布规律与Br高度相似，再次证明二者具有相似物源补给，经历相似的水体演化和元素迁移的地球化学过程。
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3.3 其他盆地盐湖卤水和深部卤水Br含量及物质来源对比
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Br在中国柴达木盆地、塔里木盆地、江汉盆地、吉泰盆地、四川盆地、鄂尔多斯盆地等多个含盐盆地的卤水中均有赋存且差异很大（图5）。总体而言，青海柴达木盆地盐湖晶间卤水和深部卤水、新疆库车盆地盐泉水具有较低的Br含量变化，而潜江凹陷和江陵凹陷深部卤水Br含量明显高，四川盆地和鄂尔多斯盆地深部卤水Br含量异常高。其中，柴达木盆地昆特依晶间卤水Br含量是一个异常高值区，含量变化幅度大且部分数据接近潜江和江陵凹陷深部卤水值（图5）。
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图4 察尔汗盐湖晶间卤水Br与Ca浓度对比图
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Fig.4 Comparison diagram between Br and Ca concentrations of intercrystalline brines in Qarhan Salt Lake
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图5 中国不同含盐盆地卤水Br含量分布图
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Fig.5 Br contents in different brines of salt-bearing basins in China
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数据来源：库车盆地盐泉水（伯英等，2015）；柴达木盆地南翼山和油砂山油田水（Fan Qishun et al.，2010; Tan Hongbing et al.，2011; Li Jiansen et al.，2021）；柴达木盆地昆特依晶间卤水（李玉文，2018; 刘溪溪等，2020）；柴达木盆地马海和尕斯库勒砂砾孔隙卤水（岳鑫等，2019，2021）；江汉盆地潜江凹陷（薛燕等，2022）和江陵凹陷（王春连等，2021）；吉泰盆地（王春连等，2020）；鄂尔多斯盆地（覃伟，2011）；四川盆地（宋鹤彬，1997; 林耀庭等，2002; 王凯莹，2019）
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Data sources: salt spring waters of Kuqa basin (Bo Ying et al., 2015) ; oilfield brines from Nanyishan and Youshashan in the Qaidam basin (Fan Qishun et al., 2010; Tan Hongbing et al., 2011; Li Jiansen et al., 2021) ; intercrystalline brines of Kunteyi in the Qaidam basin (Li Yuwen, 2018; Liu Xixi et al., 2020) ; pore brines from Mahai and Gasikule in the Qaidam basin (Yue Xin et al., 2019, 2021) ; underground brines data of Qianjiang depression (Xue Yan et al., 2022) and Jiangling depression (Wang Chunlian et al., 2021) in the Jianghan basin; Jitai basin (Wang Chunlian et al., 2020) ; Ordos basin (Qin Wei, 2011) ; Sichuan basin (Song Hebin, 1997; Lin Yaoting et al., 2002; Wang Kaiying, 2019)
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柴达木盆地不同卤水Br的分布是不均匀的，其中盐湖卤水平均含量为34.14 mg/L（张彭熹，1987），这与马海和尕斯库勒砂砾孔隙卤水的Br浓度（35.31 mg/L）是一致的（李洪普等，2014; 岳鑫等，2019，2021; 刘溪溪等，2021），稍低于盆地西部油田卤水中的Br含量（40.93 mg/L; Tan Hongbing et al.，2011; Li Jiansen et al.，2021）。柴达木盆地西部南翼山和油砂山古近系—新近系赋存油田卤水，其水化学类型为CaCl2型，起源于大气降水沿深大断裂下渗并经历深循环作用形成（樊启顺等，2007; 李建森等，2014），该区背斜构造沉积地层中碳酸盐岩等裂缝发育程度高，为油田卤水储存和迁移提供了裂隙通道（李洪普等，2015）。相比而言，南翼山和油砂山油田卤水Br浓度分布不均一，前者含量分布在13.9~537 mg/L之间，后者介于0.97~98.0 mg/L之间，明显高于察尔汗盐湖卤水Br含量值。前面的讨论总结，察尔汗盐湖卤水高Br与高Ca水体补给相关（见3.2节）。虽南翼山和油砂山油田卤水（图6）、察尔汗盐湖察尔汗区段和霍布逊区段卤水水化学类型均为CaCl2型，但油田卤水中Br含量与高Ca水体补给的相关性尚未研究报道，通过油田卤水Br-与Ca2+含量的对比，发现二者也呈现一定的正相关关系（图6）。此外，南翼山油田卤水K+、Li+、B3+与Ca2+均具有正相关关系，指示其具有与Br元素相似的来源特征。另外，昆特依盐湖位于柴达木盆地西北部，赋存浅层硫酸镁亚型卤水和少量深层氯化物型卤水，埋深介于9.8~133 m之间，卤水Br-浓度介于4.72~365.8 mg/L之间，平均值为92.9 mg/L（李玉文，2018; 刘溪溪等，2020；图7）。昆特依盐湖卤水Br含量明显高于前人报道的柴达木盆地四个湖区卤水值（张彭熹，1987），是值得关注的另一个富Br盐湖区。通过对比分析，发现硫酸镁亚型晶间卤水Ca2+含量较低，与Br-浓度无明显正相关性，似乎具有弱反相关特征（图7a），说明硫酸镁亚型卤水Br-的来源并非高Ca2+流体补给来源；同时，卤水中Br与K含量整体上也无明显的相关性特征，但详细对比可观察到卤水K+＞ 8 g/L时，卤水中Br、K具有同步升高趋势（图7b），此时卤水的高K值（＞8 g/L）符合于柴达木盆地盐湖晶间卤水的赋值范围，说明昆特依盐湖深部卤水高Br、K含量受浅层晶间卤水沿构造断裂下渗补给（李玉文，2018），而卤水K+＜8 g/L时低Br、K含量应该是其他因素控制。相似地，卤水中K、Br同步增加的特征也反映在马海和尕斯库勒砂砾孔隙卤水中（图8），但不同的是砂砾孔隙卤水中K含量（大部分＜3 g/L）比昆特依盐湖晶间卤水值明显低，而Ca含量属于同一数量级，这些对比说明深层砂砾孔隙卤水中Br含量虽然不受高Ca水体补给，但与沉积物或有机质解吸或水-岩反应有关。
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图6 柴达木盆地西部油田卤水Ca与Br含量对比图（a）； 南翼山油田卤水Ca与Br含量对比图（b）（据Tan Hongbing et al.，2011; Li Jiansen et al.，2021）
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Fig.6 Comparison diagram of Ca and Br content in oilfield brine of western Qaidam basin (a) ; comparison diagram of Ca and Br content in oilfield brine of Nanyishan (b) (after Tan Hongbing et al., 2011; Li Jiansen et al., 2021)
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Fig.7 Comparison diagram of K-Br concentrations of brines in Kunteyi Salt Lake (a) ; comparison diagram of Br-Ca concentrations of brines in Kunteyi Salt Lake (b) (after Li Yuwen, 2018; Liu Xixi et al., 2020)
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塔里木盆地库车凹陷广泛分布CaCl2型盐泉水（伯英等，2015），结合Ca2+和Br-含量的正相关特征（图9），指示该区盐泉水Br与高Ca水体补给有关。详细对比发现，库车盆地大多数地点盐泉水中Ca含量介于5~15 g/L之间，但Br含量差异显著，一部分值接近20 mg/L，而另一部分值介于50~100 mg/L之间。整体上这些盐泉水中Ca、Br含量均存在不同程度的相关关系，尤其是克拉2气井和克孜尔盐泉富K+、Br-和Ca2+（伯英等，2015）。这些对比证实了柴达木盆地察尔汗盐湖、油砂山和南翼山油田卤水、塔里木盆地盐泉水CaCl2型水补给携带Br来源，而CaCl2卤水是深部水体溶解地层碳酸盐岩、白云石化和细菌还原等作用形成的（蔡春芳等，1996; 樊启顺等，2007; Fan Qishun et al.，2010; Tan Hongbing et al.，2011），而Br可能来源于盐湖沉积物和有机质中吸附的Br的解吸作用（刘英俊，1984；张彭熹，1987）。富Ca卤水在深循环过程中获取了沉积物及有机质中的Br，并一同溢出携带至盐湖。
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Fig.8 Comparison diagram of K and Br pore brines from gravel and sand layers in Mahai and Gasikule region (after Yue Xin et al., 2019, 2021)
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江汉盆地江陵凹陷火山岩非常发育，分布面积达3527 km2，玄武岩为大陆板内裂谷盆地型拉斑玄武岩，富含钾、铷和锶等资源元素，这为江陵凹陷卤水矿床资源的富集提供物质来源。江陵凹陷深层卤水Br含量均较高，平均值为172.5 mg/L（潘源敦等，2011; 王春连等，2021; 余小灿等，2022a）（图5、图10），在整个地层中分布相对均匀（刘亚伟等，2013）。前人通过Sr-B同位素研究表明，深部卤水与玄武岩之间发生了水-岩反应（Williams et al.，2001; 彭头平等，2006）。王春连等（2022）通过对江陵凹陷卤水-玄武岩反应模拟实验证明，Br-在溶液中有显著的浸出作用，并以一定的规律波动，岩石中Br在蒸馏水中几乎不溶解，在 1 mol /L NaCl 溶液中活化效果增强（溶液中Br-浓度为3.06~4.67 mg/L），而在2 mol /L NaCl 溶液中活化效果更明显，Br浓度可达7.45~10.27 mg/L，该规律同样适用K、Ca、Mg、Sr、I、B等元素分布，说明一定盐度的流体更容易促进离子的活化，进一步揭示弱碱性的盆地卤水与玄武岩发生水-岩反应可为卤水富K、Br等提供物质来源。另外，江汉盆地潜江凹陷的Br浓度值可达371.00 mg/L（马黎春等，2015; 薛燕等，2022; 余小灿等，2022b）（图5、图10），潜江凹陷砂岩厚度大，分布范围广，其卤水矿化度在平面上的分布规律与沉积时期古地貌有密切联系（马黎春等，2015），Br浓度与矿化度形成具有一定的正相关性（黄华等，2015），而与K+、Ca2+的相关性不明显，解释为潜江凹陷Br主要来源与江陵凹陷相似，即与水-岩反应相关（薛燕等，2022）。
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图9 新疆库车盆地盐泉水Ca与Br含量对比图（据伯英等，2015）
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Fig.9 Comparison diagram of Ca and Br concentrations in salt spring water of Kuqa basin, Xinjiang (after Bo Ying et al., 2015)
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华南吉泰盆地自中新生代盆地内和盆地周缘岩浆活动频繁，玄武岩中K、Li、Rb、W、Sn、Br等元素含量丰富（Peccerillo and Taylor，1976; Risacher et al.，2003; Zhou Xinmin et al.，2006; 徐峥和郑永飞，2019），说明深部卤水中Br含量主要来自水-岩反应获得（王春连等，2020）。
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图10 中国含盐盆地卤水资源Br开采价值
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Fig.10 Exploitation value of brine resources in saline basins in China
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（a）—中国不同含盐盆地卤水的Br含量，数据来源于图5相同，数据同图5标注;（b）—勐野井、万象盆地和呵叻盆地中蒸发盐中的Br含量，数据来自强利刚等（2019）
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(a) —Br content of brines from different salt-bearing basins in China, the data are the same as those in Fig.5; (b) —Br content of evaporative salts in Mengyejing, Vientiane basin and Korat Ratchasima basin, data from Qiang Ligang et al. (2019)
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四川盆地卤水分布广泛，尤以中、下三叠统海相沉积层卤水分布最广。卤水主要赋存在中、下三叠统嘉陵江组碳酸盐岩储层中，该储层发育有不同程度的孔隙、晶间孔隙、层间裂隙和微细裂隙等储集空间，利于卤水的储集（林耀庭等，2002）。沉积层卤水Br的平均含量可达1436 mg/L（图10；宋鹤彬，1997; 林耀庭等，2002），远超过陆相盆地盐湖卤水和深部卤水值。四川盆地Br-含量分布不均，范围跨度较大（345~2590 mg/L；图5），深部卤水的Br元素主要源自海水，也具外来卤水和地层水流入盐盆混合溶解盐层和蒸发浓缩的混合成因的特征（宋鹤彬，1997）。此外，我国典型的海相盆地鄂尔多斯盆地其海陆过渡及海相沉积地层中也保存有富溴卤水，浓度可达516 mg/L（覃伟，2011）。
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综上所述，中国含盐盆地赋存丰富的盐湖卤水和深部卤水资源且富集溴（Br）元素，大部分深部卤水Br含量高于盐湖晶间卤水值，其物质来源为水-岩反应、沉积物及有机质中Br的解吸获得。
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4 卤水Br资源开采价值
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本文量化总结了中国含盐盆地卤水资源Br含量，以期评价资源开采价值（图10）。从卤水Br资源分布来看，四川盆地海相沉积卤水Br含量最高，达到1436 mg/L；其次为江汉盆地潜江凹陷和江陵凹陷深层卤水值，其Br含量均超过单独开采工业品位（150 mg/L）。青海柴达木盆地和新疆塔里木盆地赋存丰富的盐湖卤水资源，是我国重要的钾肥生产基地，一直保障着中国钾肥工业和国家粮食安全。其中，青海柴达木盆地是中国盐湖集中分布区，也是目前资源开发利用程度最高和世界盐湖产业基地重点建设区，盐湖卤水资源的综合利用是当下和今后资源绿色循环利用的主要目标，系统评价盐湖卤水资源元素的开采价值非常有必要。柴达木盆地察尔汗和昆特依盐湖卤水、马海和尕斯库勒深层砂砾孔隙卤水、南翼山和油砂山油田卤水中Br含量均超过40 mg/L，虽远不及其他盆地地下卤水Br含量高，但其优点在于便于开发、综合利用率高，在生产氯化钠、氯化镁、钾盐以及硼、锂资源的同时溴资源可综合回收利用，尤其浓缩卤水及老卤中的Br含量可预见性的更高于工业开采品位，是值得关注的资源。
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5 结论
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通过对柴达木盆地察尔汗盐湖晶间卤水Br元素分布和物源分析，结合昆特依盐湖卤水、油砂山和南翼山油田卤水、马海和尕斯库勒深部砂砾孔隙卤水、库车盆地盐泉水、江汉盆地潜江和江陵凹陷深部卤水、吉泰盆地深部卤水Br资源分布和地球化学特征，系统总结探讨了中国含盐盆地卤水Br分布和物源联系，主要结论如下：
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（1）柴达木盆地察尔汗盐湖Br含量呈东高西低的分布特征，且区段分布差异明显：察尔汗区段最高（40.5 mg/L），霍布逊区段次之，往西达布逊和别勒滩区段递减。别勒滩和达布逊区段Br和矿化度值接近青海湖湖水蒸发曲线指示低Br源自河流补给蒸发富集，而察尔汗与霍布逊区段Br-与Ca2+浓度的强正相关性指示Br源自北部断裂带上涌的富Ca泉水补给。
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（2）柴达木盆地盐湖晶间卤水和深部卤水及库车凹陷盐泉水Br源主要与深源富Ca流体补给有关，而其Br-主要为深部水-岩作用、沉积物及有机质中Br的解析等反应形成；江汉盆地与吉泰盆地的Br-主要源自水-玄武岩反应。综上，水-岩反应、沉积物及有机质中Br的解吸为中国含盐盆地深部卤水提供了主要Br源。
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（3）盐湖晶间卤水Br含量虽远不及深部卤水，但盐湖卤水便于开采、综合利用价值高，尤其浓缩卤水及老卤中的Br含量可预见性的更高于工业开采品位，是值得关注的资源，对国家资源安全和科技发展有着重要的作用。
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致谢：本项目的野外考察和样品的采集得到盐湖地质与环境重点实验室魏海成、山发寿、都永生、秦占杰、山俊杰、陈天源、王明祥、张湘如、万全博等老师的帮助，样品的分析测试得到分析测试部王波、李海军、薛园等老师的协助，在此一并致谢。
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摘要
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。
Abstract
The salt-bearing basins in China occurred in salt lake brine and deep brine resources and enriched in bromine (Br) elements, which have potential development and utilization value. As an important resource element in brines, systematic comparative studies on Br distribution and sources have been rarely reported. Qarhan Salt Lake (QSL) in Qaidam basin is the largest potash production base in China and a large comprehensive brine deposit with rich resources. In this paper, the intercrystalline brines of four sections of QSL was taken as the research object to analyze the distribution and source of Br in the whole lake area, and compared the change and provenance of Br in brines from different salt-bearing basins in China, and summarized the value of development and utilization. The results show that: ① the Br concentrations in QSL are high in east and low in west, and the difference is obvious in different sections; ② the lower Br in Beiletan and Dabuxun sections are recharged by rivers and enriched by evaporation, while the higher Br in Qarhan and Huobuxn sections are recharged by upwelling spring with high Ca in the northern fault zone; ③ the high Br values of most deep brines in salt-bearing basins of China (Qaidam basin, Kuqa basin, Jianghan basin, Jitan basin) are mainly obtained by leaching of water-rock reaction and desorption of Br in sediments and organic matter; ④ although the Br concentrations in brines of salt lake is far less than that in deep brine, it has the advantages of easy development and high comprehensive utilization rate. In particular, the predictability of Br in concentrated brine and old brine is higher than that of industrial grade, so it is a resource worthy of attention at present and in the future.
Keywords
Qaidam basin ； Qarhan Salt Lake ； bromine ； distribution ； source ； development and utilization value
