西藏结则茶卡超大型盐湖锂矿流域水化学特征及其盐类资源的形成研究
doi: 10.19762/j.cnki.dizhixuebao.2023088
马殿哲1,2 , 张智彦3 , 赵元艺1 , 郑绵平1 , 陈文西1
1. 中国地质科学院矿产资源研究所,自然资源部盐湖与环境重点实验室,北京, 100037
2. 中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京, 100083
3. 西藏国能矿业发展有限公司,西藏阿里地区, 859700
基金项目: 本文为科技部第二次青藏高原综合科学考察研究专题“青藏高原盐湖铷、铯资源现状与远景评估”(编号2022QZKK0201)和西藏国能矿业发展有限公司委托项目“西藏结则茶卡和龙木错盐湖资源动态变化与资源潜力研究”(编号HE2202)、“西藏结则茶卡和龙木错地下卤水与湖相沉积物中锂资源潜力研究”(编号HE2236)联合资助的成果
Study on hydrochemical characteristics and formation of salt resources in lithium mines of Jiezechaka super large salt lake, Xizang
MA Dianzhe1,2 , ZHANG Zhiyan3 , ZHAO Yuanyi1 , ZHENG Mianping1 , CHEN Wenxi1
1. Institute of Mineral Resources, China Academy of Geological Sciences, Key Laboratory of Saline Lake Resources and Environment, Ministry of Natural Resources, Beijing 100037 , China
2. School of Earth Science and Resources, China University of Geosicences (Beijing), Beijing 100083 , China
3. Xizang Guonneg Mining Industry Developmeng Co., Ltd, Ngari Prefecture, Xizang 859700 , China
摘要
结则茶卡盐湖位于西藏阿里地区日土县东汝乡,锂(LiCl)、硼(B2O3)达到大型矿床规模,钾(KCl)达到中型矿床规模,是西藏少数正在开发的锂矿之一。研究盐湖水及补给水的物质来源具有重要的找矿意义和科学价值,本文通过水文地球化学方法,对结则茶卡盐湖及补给水进行系统分析。共采集湖水、河水及泉水样品65件,测试其TDS、pH值及主要离子成分,通过Chadha水化学图、Piper阴阳离子三角图、Gibbs图等方法研究湖水、补给水的主要离子特征、控制机制及来源。研究表明,盐湖水化学类型为Na-CO3型,河水化学类型为Ca-Mg-HCO3、Na-HCO3型,泉水化学类型为Na-HCO3型。水化学离子组成主要受到岩石风化作用和蒸发-结晶作用影响,河水、泉水的Na+和K+主要源于岩盐等蒸发岩溶解,Ca2+、Mg2+主要源于硅酸盐岩溶解。Li、Rb、Cs等成矿物质来源于岩石风化和深部水岩反应。河边泉、东如泉及清水河年补给水量分别为160.16万m3、644.09万m3和9361.65万m3,河水补给占92.09%,河水Li、Rb、Cs年补给量约为3501.26 kg、176 kg、156.34 kg,泉水Li、Rb、Cs年补给量约为6824.18 kg、288.87 kg、691.59 kg,主要为泉水补给,分别占66%、62%和82%。结则茶卡泥田、膜田面积约10.40 km2,在经过提锂、钾后,卤水中铷铯浓度逐渐富集,达到扎布耶盐湖规范的铷铯单独开采品位要求。结则茶卡盐湖水位上涨及面积扩大,2023年4月份结则茶卡盐湖面积已达到118.07 km2,比1977年增加12.69 km2,对盐湖生产已经产生一定影响,建议持续对湖水进行动态变化监测。
Abstract
Located in Dongru Township, Ritu County, Ngari Prefecture, Xizang, the Jiezechaka Salt Lake contains substantial mineral resources, including 2.3 million tons of LiCl, 1.6 million tons of B2O3, and 9.79 million tons of KCl. As one of the few lithium mines under development in Xizang, studying the material sources of the salt lake water and its recharge water holds significant scientific and practical importance. This paper systematically analyzes the hydrogeochemical characteristics of Jiezechaka Salt Lake and its recharge water sources. A total of 65 samples, comprising lake water, river water, and spring water were collected and analyzed for TDS, pH, and main ion composition. Using Chadha hydrochemical diagrams, Piper cation-anion ternary plots, and Gibbs diagrams, we investigated the main ion characteristics, controlling mechanisms, and material sources of the lake and recharge water. The results show that the salt lake water exhibit an Na-CO3 hydrochemical type, while river water is classified as Ca-Mg-HCO3 and Na-HCO3, and the hydrochemical type of spring water is Na-HCO3. The hydrochemical composition is mainly affected by rock weathering and evaporation-crystallization processes. In river and spring water, Na+ and K+ are mainly derived from evaporative karst decomposition such as rock salt, whereas Ca2+ and Mg2+ are mainly derived from the dissolution of silicate rock. Metallogenic elements such as Li, Rb and Cs are sourced from rock weathering and deep water-rock reactions. The annual recharge volumes of Hebian spring, Dongru Spring, and Qingshui River are 1601600, 6440900 and 93616500 m3, respectively, with river water accounting for 92.09% of the total recharge. The annual replenishment of Li, Rb, and Cs in river water is about 3501.26 kg, 176 kg and 156.34 kg, respectively. The annual replenishment of Li, Rb and Cs in spring water is about 6824.18 kg, 288.87 kg and 691.59 kg, respectively, representing 66%, 62% and 82% of the total recharge for these elements, respectively. The Chaka mud fields and membrane fields, covering an area of about 10.40 km2, exhibit progressive enrichment of Rb and Cs in the brine following lithium and potassium extraction. This enrichment has reached concentrations sufficient for separate Rb and Cs mining, comparable to the industrial grade observed in Zabye Salt Lake. The water level of Jiezechaka Salt Lake has risen, and its area has expanded. By April 2023, the lake covered 118.07 km2, making an increase of 12.69 km2 since 1977. This expansion has implications for salt lake production, underscoring the need for continuous monitoring of lake water dynamics to assess long-term impacts.
近年来,伴随着资源与环境等问题日益突出、战略性新兴产业成为未来产业发展的增量所在,锂矿等被厘定为“不可替代性”矿产能源,成为市场需求增量最快的“高科技金属”,我国的锂资源供应结构已由国内供应转变为国际进口(高峰等,2011韩佳欢等,2021鞠建华等,2022)。目前全球锂矿资源主要分为盐湖卤水型锂矿等三种类型,其中盐湖卤水型锂资源占比最大,并且开采时具有环境污染小、开发成本低等优点,将成为未来锂资源提取的重要方向(刘丽君等,2017伍倩等,2017李玉龙等,2021)。青藏高原是世界上海拔最高的盐湖区,湖泊内组分独特,蕴含有丰富的钾硼锂镁铷铯等资源(郑绵平等,20062016汪傲等,2016)。
结则茶卡盐湖位于藏北高原西部,是西藏目前正在开发的盐湖锂矿之一,年产碳酸锂混盐约200 t。目前其研究工作主要集中在盐湖卤水资源提取、开发试验,通过卤水自然蒸发、实验室等温、变温蒸发试验及兑卤试验等,得出盐湖卤水蒸发、冷冻浓缩析盐规律,对综合利用开发提供理论基础(王正丽等,2005;郝勇等,2013张宁等,2013崔玉虎等,2014李武等,2017),另外,前人工作中并未注意到盐田中的铯铷资源。
本文对结则茶卡盐湖湖水、盐田卤水及周边补给水进行了野外考察及采样分析,通过Piper阴阳离子三线图、Gibbs法、离子比例图等分析结则茶卡湖区水化学特征、水化学类型,藉此探讨该盐湖Li、Rb、Cs等成矿物质来源及富集特征,为该湖区系统研究及资源潜力分析提供基础资料,对青藏高原盐湖区稀散元素富集机制研究具有重要的科学价值。
1 地质特征
结则茶卡盐湖位于西藏自治区阿里地区日土县境内,距离东汝乡10 km左右,有柏油公路通过,交通较为便利,湖面最长轴达16 km,短轴长约9 km,呈椭圆状自北西-南东向展布,湖水最大深度接近33 m,平均水深17 m,湖面海拔4524 m,2023年4月湖面面积约118.07 km2。水化学类型为碳酸盐型,矿化度介于117.86~126.45 g/L之间,属于低矿化度,蕴藏有丰富的液体锂、钾、硼矿(张晓明等,2010),锂(LiCl)、硼(B2O3)资源量为230.29万t、160.40万t,以达到大型矿床规模,钾(KCl)资源量979.94万t,达到中型矿床规模(尚红林等,2019)。
结则茶卡属于典型的湖盆地貌,湖区地处群山环抱之中,成为周边水系的汇集中心,是常年性积水湖泊。湖水主要补给来源为大气降水,7~9月进入雨季后,湖区地势低使流域面积扩张至方圆800多平方公里,雨水通过地表径流汇入湖中,湖水水位上涨0.5 m,盐湖另一个补给水源为结则茶卡西北角的东如泉,海拔4528 m,主要为钾、钠、钙、镁等矿物成分,但其涌出量较小,对盐湖水位几乎无影响。此外,盐湖四周发育众多的河流冲沟,多数为季节性冲沟,少数溪沟长期有水流。本文作者于2022年6月在盐湖北方对河流及泉水进行了流速流量测量工作,其中清水河流量较大,可达2.97 m3/s,但在下游变为地下径流,以潜水形式流入盐湖(赵元艺等,2022)。研究区属于高原亚寒带气候区,寒冷干燥,日照充足,常有霜、雹、风等自然灾害,年均降水量约70 mm,蒸发量可达2065~2300 mm,蒸发量约为降水量的30倍。
研究区位于班公湖-怒江缝合带以北,区内地层隶属羌南-昌都-思茅地层区赤布张错分布地层区,出露地层从晚古生代到第四纪均有发育,晚古生代包括石炭系、二叠系,其中石炭系—二叠系霍尔巴错群(CPH)主要以板岩、变砂岩和千枚岩组成,且研究区内广泛出露二叠系吞龙共巴组(P2t)(岩性以碳酸盐和岩屑砂岩为主)和龙格组(P2lg)(岩性以灰岩和砂岩为主);中生代包括以灰岩为主的欧拉组(T1-2o)、以灰岩和砂岩为主的色洼组下段(J1-2s)及白垩系欧利组(K1o);古近系牛堡组(E1-2n)以条带状分布在结则茶卡盐湖西南部,岩性以砾岩、岩屑砂岩为主,新近系康托组(Nk)呈不整合覆盖于龙格组(P2lg)之上,以灰岩为主,研究区第四系发育,多分布于结则茶卡盐湖周围,大致呈NW-SE向展布,主要为湖积物、洪积物和化学沉积物。区域内岩浆岩不发育,主要出露于结则茶卡北侧,岩性为喜山早期黑云母二长花岗岩体(杨俊峰等,2005)。
2 样品与测试
2.1 样品采集
2022年6月和2023年4月,对结则茶卡盐湖展开野外调查研究,采集盐湖湖水、盐田卤水及周边补给河水、泉水共65件(图1表1表2),其中河水7件,泉水8件,湖水41件,盐田卤水9件,序号1~4、22~33为2023年4月采集样品,其余均为2022年6月采集样品。采集湖水水样时使用铁皮船前往采样点,样品使用塑料瓶采集,采样前用待取水样洗涤3次,每件样品500 mL,采样后现场密封并使用GPS工具进行定位。采集河水及泉水时,采用浮标法实地测量流量参数(表1),定下投放点位置,于河水、泉水下游选定另一点,测量两点间距离,将浮标从上游点放入,记录两点间时间,多次投放后计算出平均流速;使用测绳及刻度杆测量多处横截面的水深和面宽,计算出平均截面面积,再乘以平均流速计算出平均流量。
2.2 测试方法
样品分析测试在核工业北京地质研究院分析测试研究中心和中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部盐湖与环境重点实验室完成。使用离子色谱仪测定Cl-、 SO2-4、K+、Na+、Ca2+、Mg2+的浓度,通过HCl滴定测定CO32-、HCO-3浓度,采用电极法测定样品pH值,采用电感耦合等离子体质谱法测定Li、Rb、Cs等微量元素浓度。测试离子相对偏差约1%。
2.3 盐湖水化学类型判断方法
库尔纳可夫-瓦良什科夫分类法采用Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Cl-、SO2-4、CO2-3、HCO-3等盐湖主要离子作为盐湖水化学类型判断依据,将盐湖划分为氯化物型、硫酸盐型和碳酸盐型。对于氯化物型盐湖,其代表性判别系数为KIII=MgCl2/CaCl2或K1=(Na2CO3+NaHCO3)/Na2SO4,其中Na2CO3、NaHCO3和Na2SO4代表湖水中盐的百分含量,当K1≥1时,盐湖水化学类型为碳酸盐型(郑绵平等,2010)。
1西藏结则茶卡盐湖采样位置图(据陈文西等,2023
Fig.1Sampling location map of Jiezechaka Salt Lake in Xizang (after Chen Wenxi et al., 2023)
图中8~10号为东如泉采样点,11~15号为河边泉采样点
In the figure, No.8~10 are the sampling locations of Dongru Spring, and No.11~15 are the sampling locations of Hebian spring
3 结果与分析
结则茶卡盐湖、河水和泉水样品的水化学分析结果见表1。河水整体呈弱碱性,pH范围为8.16~8.34,TDS变化范围为119.7~937.2 mg/L,属于淡水(TDS<1000 mg/L),阳离子含量顺序为Ca2+>Na+>Mg2+>K+,K+的含量相对较低,阴离子含量顺序为HCO-3>SO2-4>Cl->CO2-3;泉水呈弱碱性,pH变化范围为7.97~9.14,其中东如泉TDS变化范围在0.20~0.22 g/L之间,属于淡水(TDS<1g/L),阳离子以Na+为主,阴离子以HCO-3为主,含量都较低,河边泉的TDS变化范围在2.48~2.57 g/L之间,属于微咸水(1 g/L<TDS<3 g/L)(陈刚等,2012),阳离子含量顺序与湖水相同,为Na+>K+>Mg2+>Ca2+,主要为Na+,阴离子含量顺序HCO-3>Cl->CO2-3>SO2-4,HCO-3和Cl-含量相差较小;结则茶卡湖水呈弱碱性,pH范围为9.01~9.10,平均pH为9.05,TDS变化范围在83.46~85.91 g/L之间,属于卤水(TDS>35 g/L),阳离子含量顺序为Na+>K+>Mg2+>Ca2+,主要为Na+和K+,阴离子含量顺序为Cl->SO2-4>CO2-3>HCO-3,主要为Cl-和SO2-4
4 讨论
4.1 水化学控制及主要离子来源
Chadha(1999)的水化学图能够描绘实际的离子浓度,将碱土金属和碱金属之间的毫当量百分比差异绘制于X轴上,弱酸性阴离子和强酸性阴离子之间的毫当量百分比差异绘制于Y轴上,较为清晰、直观的反映了水化学过程。结则茶卡湖区补给水样分为以下几种水化学类型(图2):清水河上游为Ca-Mg-HCO3型,表现为碱金属含量低于碱土金属,强酸阴离子含量低于弱酸阴离子,随着像下游逐渐变为潜水形式并且靠近盐湖,最终变为Na-HCO3型,反映了河水的水化学变化过程;泉水为Na-HCO3型。盐湖卤水的水化学类型与地表水判别方式不同,利用湖水样品Na+、CO2-3、HCO-3、SO2-4等离子特征系数计算的K1均大于1,因此,结则茶卡盐湖水化学类型为碳酸盐型。
1结则茶卡盐湖清水河与东如泉、河边泉化学组分含量
Table1The contents of chemical components of Qingshui River, Dongru Spring and Hebian spring in Jiezechaka Salt Lake
注:-为未检出;/为未测试;元素含量单位:Li、Rb、Cs为μg/L,其余为mg/L。
2结则茶卡盐湖卤水化学组分含量
Table2The content of chemical components of brine in Jiezechaka Salt Lake
续表2
注:/为未测试;元素含量单位:Li、Rb、Cs为μg/L,其余为mg/L。
Piper阴阳离子三角图能够体现主要离子的相对丰度和分布特征,已广泛用于反映水化学组成、水化学类型和岩石风化类型(鞠建廷等,2008; 虞之锋等,2021)。河水上游阳离子落于Piper三角图中下部位,靠近Ca-Mg一侧,阴离子主要落于Piper三角图左下角,HCO-3为主要阴离子,河水下游阳离子主要为Na,阴离子靠近HCO3-Cl一侧(图3);东如泉样品在三角图中靠近Na-Mg和HCO-3一侧,HCO-3为主要阴离子(图3);河边泉样品在阳离子三角图中表现出与湖水相近的离子相对丰度,Na+为主要阳离子,在阴离子三角图中靠近Cl一侧(图3)。当阳离子偏向Na+一侧,阴离子偏向Cl-SO4一侧,水体主要受到蒸发盐岩影响;当阳离子偏向Ca-Mg一侧,阴离子多落在HCO-3端,则水体主要受到碳酸盐岩影响。综上可知,河水上游表现为碳酸盐岩风化特征,河水下游和河边泉表现为蒸发盐岩风化特征,东如泉表现为碳酸盐岩和蒸发盐岩风化特征。
2结则茶卡湖区补给水的水化学分类图
Fig.2Hydrochemical classification map of make-up water in Jiezechaka Lake area
3结则茶卡湖区湖水及补给水Piper阴阳离子三角图
Fig.3Piper anion-cation triangle diagram of lake water and recharge water in Jiezechaka Lake area
TDS-Na+/(Na++Ca2+)和TDS-Cl-/Cl-+HCO-3)比值的曲线图可以反映地表水受三种自然机制控制的程度:大气降水、岩石风化、蒸发-结晶(Gibbs,1970)。由图4可知,河流上游样品落于岩石风化区域,表明河水化学成分主要受岩石风化控制,蒸发结晶作用不明显,但随着河流逐渐变为潜水形式,明显受到蒸发结晶作用影响;东如泉样品的化学成分虽然主要受岩石风化作用控制;河边泉样品具有较高的Na++Ca2+和TDS值,主要受到蒸发-结晶作用控制,表明在上升过程中受到较强的蒸发结晶,Na+和Cl-等易溶离子浓度不断增大,Ca2+及CO2-3离子受温度作用和同离子效应作用产生碳酸钙沉淀,使得样品中CO2-3含量较低。湖水具有高的TDS值和Na++Ca2+值,与清水河自上游到下游演化趋势相近,靠近蒸发-结晶控制端元,表明湖水化学成分主要来自于清水河,受蒸发-结晶控制。
不同母岩的风化溶解作用会产生不同的阴阳离子组合,可以根据其离子间的关系推测离子来源。由图5a可知,河水、东如泉的Cl-+SO2-4和HCO-3比值几乎都在直线之下,表明河水和泉水的HCO-3离子当量均高于Cl-+SO2-4,由于HCO-3主要源于碳酸盐岩,Cl-+SO2-4主要源于蒸发盐岩(Ye Chuanyong et al.,2015),说明河水、东如泉主要受碳酸盐岩的淋滤作用;河边泉的Cl-+SO2-4和HCO-3比值都在直线之上,说明主要受蒸发盐岩淋滤作用。天然水中,Na+、K+和Cl-来自于岩盐、钾盐等矿物溶解(何天丽等,2017),SO2-4来源于硫酸型蒸发盐岩的溶解,由图5b可知,补给河水、泉水(Na++K+)与Cl比值落于等值线附近,并且具有一定的相关性,说明其Na+和K+主要源于岩盐溶解,但图5c中,Na++K+与SO2-4相关性极差,Na+和K+不源于硫酸盐岩,可能来自于其他矿物溶解。(HCO-3+SO2-4)/(Ca2++Mg2+)的毫克当量浓度比值可以判断Ca2+、Mg2+的来源,当比值大于1时,主要源于硅酸盐岩溶解,反之来自碳酸盐岩溶解,由图5d可知,河水及泉水全部落于直线上方,说明硅酸盐岩溶解是Ca2+、Mg2+的主要来源。
4结则茶卡湖区水化学Gibbs分布图
Fig.4Gibbs distribution map of hydrochemistry in Jiezechaka Lake area
5结则茶卡补给水主要离子比例图
Fig.5Proportional diagram of main ions in makeup water of Jiezechaka
4.2 锂铷铯物质来源
盐湖中Li、Rb、Cs主要源于深部地热水和岩石风化(郑绵平等,1989雒洋冰等,2017王求贵等,2017)。西藏是我国最强烈的地热异常区,这些地热水与盐湖形成有成因联系。结则茶卡位于班公湖-怒江地热带高矿化度亚带中心,以低温-高温热水富含Li、Rb、Cs等为特征。区域内复杂的断裂构造带为地表水下渗形成热对流系统提供通道(郑喜玉等,1981;刘喜方等,2007;王求贵等,2017),东如泉及河边泉均沿清水河分布,说明存在断裂,在循环过程中下渗水和深部热液与岩石发生水岩反应,携带围岩中的Li、Rb、Cs等物质以泉水形式补给盐湖。河水Li含量(平均为0.037 mg/L)高于世界主要大河的Li含量(0.0002~0.0234 mg/L)(Huh et al.,1998; Li Qingkuan et al.,2021),可能为结则茶卡盐湖北部的黑云母二长花岗岩发生风化淋滤为河水提供较多的Li物质。
4.3 锂铷铯物质补给量
根据测量的清水河上游、东如泉和河边泉流速、流量和锂铷铯含量,按照公式M=Q×T×CM是年补给资源量(kg)、Q是流量(L)、T是时间(s)、C是浓度(μg/L))计算出年补给锂铷铯量。清水河的Li、Rb、Cs平均含量分别为37.40 μg/L、1.88 μg/L、1.67 μg/L,按照年补给水量估算Li、Rb、Cs年补给量约为3501.26 kg、170.00 kg、156.34 kg;东如泉的Li、Rb、Cs平均含量分别为106.17 μg/L、1.78 μg/L、0.35 μg/L,按照年补给水量估算Li、Rb、Cs年补给量约为683.83 kg、11.46 kg、2.25 kg;河边泉的Li、Rb、Cs平均含量分别为3833.80 μg/L、173.20 μg/L、430.40 μg/L,按照年补给水量估算Li、Rb、Cs年补给量约为6140.29 kg、277.40 kg、689.34 kg;按照清水河、东如泉和河边泉的年补给量计算,Li、Rb、Cs年补给量分别为10325.38 kg、464.86 kg、847.93 kg,主要为泉水补给,Li、Rb、Cs占比分别为66%、62%、82%。
6结则茶卡湖水及盐田中Li、Rb、Cs浓度变化(mg/L)
Fig.6Changes of Li, Rb and Cs concentration (mg/L) in Jiezechaka Lake and salt pan
4.4 铷铯资源开发利用前景
我国铷铯资源丰富,主要赋存在锂云母和盐湖卤水中,占总储量的90%(刘力,2013),盐湖卤水提取铷铯工艺较为简单,只需经过分离、富集即可(郭秀红等,2008刘力,2013)。结则茶卡盐湖主要卤水资源是Li、K、B2O3,稀有元素铷、铯含量虽然较低,但在盐田提锂、钾后的卤水中含量达到高度富集,是提取铷铯资源的最佳原料。结则茶卡湖水、盐田卤水的Rb、Cs分析结果(表1)显示,湖水Rb含量2.78~6.74 mg/L(平均5.08 mg/L),Cs含量0.55~1.06 mg/L(平均0.82 mg/L),泥田及膜田(泥田是直接在湖相沉积黏土上挖掘的盐田,从盐湖中抽入卤水进行蒸发,未铺设土工膜;膜田是铺设土工膜的盐田,防止卤水下渗)中Rb含量为7.31~25.70 mg/L,Cs含量为1.02~3.15 mg/L。本次湖水及卤水样品数据(图6)显示,Rb含量已经达到扎布耶盐湖卤水边界品位(3 mg/L)的要求,10号泥田及以后的盐田卤水中Cs含量达到扎布耶盐湖Cs的边界品位(1 mg/L)(《矿产资源工业要求手册》编委会,2010)。
4.5 盐湖动态变化
盐湖是多出现在干旱区的独特湖泊,有着特殊的地质-地球化学过程,是气候变化的灵敏指示器,其动态变化过程是涉及多学科的复杂系统,也是研究现代动态变化的重要内容之一(郑绵平,1999齐文,2007闾利等,2019)。近几十年,西藏地区气温逐渐升高,降水量相对于蒸发量增加,藏北湖泊主要以冰雪融化和地表水为主要补给水源,湖泊水位呈上涨趋势(徐宗学等,2006You Qinglong et al.,2010梁斌等,2018闫立娟等,2020)。结则茶卡盐湖作为内陆湖,主要依靠地表水、泉水和大气降水补给。清水河平均流量为2.97 m3/s,年补给水量约9361.65万m3;东如泉平均流量为0.20 m3/s,年补给水量约644.09万m3;河边泉平均流量为0.05 m3/s,年补给水量约160.16万m3;主要为河水补给,占比约92.09%。1991~2013年,结则茶卡流域由于气候变暖快速冰雪融化,冰川面积减少约3.36 km2李治国等,2016),盐湖面积逐年增大,湖水面积已由105.38 km2(1977年)扩张至118.07 km2表2图7),年平均扩大0.276 km2。2000~2023年,结则茶卡呈快速扩张趋势,湖泊面积增加9.67 km2,年平均增长率达到0.42 km2/a。Li浓度已由248 mg/L(郑喜玉等,2002)降为96.73 mg/L。
7结则茶卡盐湖湖水面积变化图(1997~2017年数据引自闫立娟,2020
Fig.7Lake area change of Jiezechaka Salt Lake (data from 1997 to 2017 are quoted from Yan Lijuan, 2020)
5 结论
(1)结则茶卡河水的水化学类型为Ca-Mg-HCO3、Na-HCO3型,阳离子含量顺序为Ca2+>Na+>Mg2+>K+,K+的含量相对较低,阴离子含量顺序为HCO-3>SO2-4>Cl->CO2-3,中上游主要受碳酸盐岩溶解控制,下游受蒸发盐岩溶解控制;东如泉为Na-HCO3型,阳离子含量顺序为Na+>Ca2+>Mg2+>K+,阴离子为HCO-3>Cl->SO2-4>CO2-3,主要受碳酸盐岩溶解控制;河边泉为Na-HCO3类型,阳离子含量顺序为Na+>K+>Mg2+>Ca2+,阴离子含量顺序HCO-3>Cl->CO2-3>SO2-4,主要受蒸发盐岩溶解控制;湖水K1值均大于1,水化学类型为碳酸盐型,阳离子含量顺序为Na+>K+>Mg2+>Ca2+,阴离子为Cl->SO2-4>CO2-3>HCO-3。河水及泉水的Na+和K+主要源于岩盐等蒸发岩溶解,Ca2+、Mg2+主要源于硅酸盐岩溶解。
(2)结则茶卡盐湖中Li、Rb、Cs物质主要来源于岩石风化和深部水岩反应;河边泉、东如泉及清水河年补给水量分别为106.16万m3、644.09万m3和9361.65万m3,河水补给量占92.09%;河水及泉水年补给Li、Rb、Cs量分别为10325.38 kg、464.86 kg、847.93 kg,多以泉水方式补给盐湖,分别占总补给量的66%、62%和82%。盐田的持续蒸发使得卤水中Rb、Cs浓度升高,在10号泥田及以后的盐田卤水均达到扎布耶盐湖边界品位,建议未来对结则茶卡盐田中Rb、Cs资源进行综合利用及开采。
(3)由于区域气候变暖,降雨量相对于蒸发量增加,冰雪融化及地表水的补给使得结则茶卡盐湖水位上涨,面积扩大,截至2023年4月,结则茶卡湖水面积已达到118.07 km2,比1977年增加12.69 km2,呈快速扩张趋势,Li等成矿物质浓度略有下降,水位变化对盐湖资源开发产生影响,建议持续进行湖水动态变化监测。
致谢:本文在野外工作过程中得到丁涛博士、宋亚超硕士、马桂良与强巴次仁两位驾驶员的大力支持,并得到西藏国能矿业有限公司伦珠、旺久多吉两位同志在野外食宿与工作过程中给予的大力支持,核工业北京地质研究院研究测试中心于阿朋老师和自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室刘冠男副研究员在样品测试时提供了极大帮助,在此表示由衷的感谢!
注释
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1西藏结则茶卡盐湖采样位置图(据陈文西等,2023
Fig.1Sampling location map of Jiezechaka Salt Lake in Xizang (after Chen Wenxi et al., 2023)
2结则茶卡湖区补给水的水化学分类图
Fig.2Hydrochemical classification map of make-up water in Jiezechaka Lake area
3结则茶卡湖区湖水及补给水Piper阴阳离子三角图
Fig.3Piper anion-cation triangle diagram of lake water and recharge water in Jiezechaka Lake area
4结则茶卡湖区水化学Gibbs分布图
Fig.4Gibbs distribution map of hydrochemistry in Jiezechaka Lake area
5结则茶卡补给水主要离子比例图
Fig.5Proportional diagram of main ions in makeup water of Jiezechaka
6结则茶卡湖水及盐田中Li、Rb、Cs浓度变化(mg/L)
Fig.6Changes of Li, Rb and Cs concentration (mg/L) in Jiezechaka Lake and salt pan
7结则茶卡盐湖湖水面积变化图(1997~2017年数据引自闫立娟,2020
Fig.7Lake area change of Jiezechaka Salt Lake (data from 1997 to 2017 are quoted from Yan Lijuan, 2020)
1结则茶卡盐湖清水河与东如泉、河边泉化学组分含量
Table1The contents of chemical components of Qingshui River, Dongru Spring and Hebian spring in Jiezechaka Salt Lake
2结则茶卡盐湖卤水化学组分含量
Table2The content of chemical components of brine in Jiezechaka Salt Lake
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