青藏高原扎布耶-班戈地区高溴盐湖的溴-氯同位素研究及物源示踪

Exploration has shown that there are many tectonic belts with extraordinarily high bromine abundances and unusual concentrations of borate, lithium, rubidium, cesium deposits in Brahmaputra River-Bangong Lake suture zone and Yambajan-Damxung fracture zone in the Tibet plateau, but the origin and evolution process of these resources are not well understood. The applications of bromine and chlorine isotope geochemistry, in conjunction with other geochemical indices, have advanced rapidly as powerful geochemical tracers to evaluate the origin of the different fluids and explore ore deposit formation and magmatic and hydrothermal processes. This project aims to develop novel, high precision analytical techniques for bromine isotopes, and explore bromine isotope fractionation mechanism during crystallization and rock leaching by using quantum mechanic calculation and caloric evaporation experiment. The research project will employ the multiple geochemical indices (δ81Br-δ37Cl) to identify the origin and evolution processes of hydrothermal, minerals and saline resources, in Zabuye/Bangor Salt Lakes, their surrounding hydrothermal springs, and the relevant input rivers on the Tibetan plateau, including the isotopic characteristics of the major end-members (saline brine, geothermal tufa, sediments, recharged rivers), and the isotopic fractionation mechanisms of Br-Cl between these end members in various geological processes (e.g. geothermal water discharge, phase separation, crystallization, wall rock leaching etc.). It is hoped that this will contribute to improved geochemical exploration of mineral deposits and resources and the evaluation of the potential of sustainable development of saline resources in Tibet and elsewhere.

我国青藏高原许多构造单元出现罕见高的溴背景异常，同时这些区域Cs、B、Li、Rb等元素也同步富集，并在盐湖富集成矿。这一背景形成的地球化学物源机制一直没有探明。本项目 将完善Br-Cl非常规同位素组成高精度测定方法和富溴卤水蒸发析盐过程中Br同位素分馏机理的实验研究和理论计算。选择青藏高原高溴背景区域为研究对象，开展扎布耶盐湖、班戈及外围地热泉、补给河流中δ81Br、δ37Cl同位素分布特征研究和两元同位素在地热水排泄、相分离、蒸发浓缩析盐、围岩淋滤等过程中的同位素分馏规律。基于新建立的溴同位素示踪方法，并结合氯同位素及其他地球化学数据（如Br/Cl比值等）来综合讨论成矿卤水来源、演化与成矿过程机理，研究富Br盐湖与富Br地热水之间的物源关系，进一步深入探究盐湖或地热水中富集的Br及其他有用金属(如Cs、B、Li、Rb)等矿产资源来源和演化过程，指导区域盐湖资源勘察评价及可持续开发利用。

我国青藏高原许多构造单元出现罕见高的溴背景异常，同时这些区域锂铯铷等元素也超常富集，并在盐湖和泉华富集成矿。这一背景形成的地球化学物源机制一直没有探明。本项目以青藏高原雅鲁藏布江-班公湖缝合带内的搭格架、色米、卡乌三个具极高的溴背景异常的地热区作为研究区域，运用挥发分和成岩元素同位素指标示踪稀有碱金属资源物源和迁移富集途径。同时结合第一性原理和分子动力学从头计算研究流体演化过程挥发分元素同位素分馏效应。深部热泉储层水岩作用动力学研究表明，色米地热储层的水岩作用速率是卡乌和塔格架热泉的两倍和五倍。实验获得塔格架、色米和卡乌三个热泉区硅华沉积速率高于世界其他地热区，进一步证实地表硅华快速沉积导致了热泉水中稀有金属在硅华中的二次富集。δ30Si结合δ18O和δD等地球化学证据一致反映了储层水岩作用对底部围岩矿物稀散元素的淋滤富集作用，并提出这一地热体系物质循环机制：持续的岩浆活动提供热能驱动了这一区域频繁的地热活动；岩浆去气使得地热水富集硼和碱金属等不相容元素资源；区域特殊的地热水化学条件（如高Cl-含量、高储层温度）加速水岩作用动力学并促进了地热水对花岗岩围岩中稀有金属元素的淋滤富集。挥发分元素同位素指标（δ11B-δ37Cl-δ81Br）以及其他地球化学指标研究表明地热水化学组分受到沉积岩蒸发岩岩层、花岗岩围岩及浅部岩浆房等多个端元的贡献。搭格架地热水组分主要受到强烈的水岩作用及沉积岩蒸发岩层溶滤作用的控制；卡乌研究区地热水组分主要来自蒸发岩及浅部岩浆房端元；色米研究区地热水组分为沉积岩蒸发岩围岩溶滤及浅层岩浆房端元的贡献。综合前人已得到的青藏高原地区地热水中稀有金属元素的富集是由于经历了地壳重熔、岩浆结晶分异及大规模水岩反应等一系列演化过程的认识基础上，本项目进一步量化富集动力学机制并综合讨论了各个研究区内地热水稀有金属资源的主要物源。基于在青藏高原南部的研究认识，项目拓展欧洲喀尔巴阡山脉中新世中期蒸发盐矿床源区及演化过程研究。本项目原创性地探索了直接示踪稀有金属资源物源和迁移富集动力学的有效指标，为推动青藏高原南部稀金属资源的进一步勘探研究奠定了基础。