第” 卷第期年月地球化学,青海大柴达木湖卤水、沉积物和 水源水中的锉同位素组成肖应凯祁海平王蕴慧金琳中国科学院青海盐湖研究所,西宁提要采用,的热电离质谱技术研究了青海大柴达木湖的锉同位素组成与湖底沉积物相比,卤水富集’,其平 均个值为一士,万湖水与沉积物间的 同位素分馏因素“士,来源水的个值变化范围为叉一一笼,由它们的来源所决定大柴达木湖中的铿和硼 同位素组成有着相似的变化趋势,这说明大柴达木湖中铿和硼有相同的物质来源和地球化学行为关键词铿同位素盐湖青海锉有两种稳定同位 素—和’,其平均丰度分别为多 和多,锉的这两种同位 素间较大 的质量差,可导致 自然界中埋 的同位素组成因分馏作用而发生明显的变化早期的研究表 明,在离子交换过程中会 发生明显的锉同位素分 馏此效应现已广泛用来分离铿同位素,在锉用磷酸盐或碳酸盐进行分部沉 淀和 用冠醚萃取时也发现有铿同位素的分馏现象,“,锉可 以参与各种地质过程,矿物中的可 以为衬十,十所置换,十还具有被和置换的能力洛谢夫,总结了由原子吸收法测得的变质岩 和天然水的‘’值,变质岩的是一,天然水的是总结 了过去四十年间所发表的结果,并指 出锉同位素组成的宽的变化范 围可归 因于仪 器 因素以及天然变化结果,这是因为在低质量数位置,质谱测定的精度较低。
最近,一种基于十离子测定的热 电离质谱测量锉同位素的方法已经建立我们采用此方法系统研究 了青海大柴达木湖的锉同位素组成,以便与一的结果相比较实验采样大柴达木 湖是典型 的断陷盐湖,它被 属 于柴达木盆地祁连山系的绿梁 山和高度为的达肯大坂 山所包 围大柴达木 湖海拔高度为,湖面积 为,汇水面积为,张彭熹 等,湖底的沉积物是碎屑粘土矿物和由石盐、石膏与芒硝组第一作者简介肖应凯男岁研究员地球化学本文收稿日期一一,改回日期一一地球化学年成 的蒸发盐的混合物 徐艇等,大柴达木湖形成于晚更新世是个典型 的硫酸镁亚型盐湖,平均 深度为,表面卤水面积为,,卤水具有高含盐度,并富含硼 和铿达肯大坂山的温泉水是典型的深部水,水温可达约℃卤水和温泉水的主要化学组成列于表张 彭熹等,大柴达木湖周围水系很发育,有冰雪融化水、河水和地下水等直接注人为避免采样时间 因素的影 响,我们于年月集 中采 样,从采 样到分析测定的时间间 隔为一个月,在储存时间内没有固体从溶液 中析出,可 以相信,原来的锉同位 素组成未发 生变 化共采集了个 卤水样品、个沉积物样表大柴达木湖卤水和温泉水中主要离子含皿‘司样 品摩尔比卤水温泉水。
月一与八沪七 谈“诀、达『,一鹅介妙命,‘曰‘曰丫’宁,了‘图采样位置示意 图黑点和数字分别表示采样点和编号第期肖应凯等青海大柴达木湖卤水、沉积物和水源水中的铿同位素组成品 和个来源水样品,采样位置示于 图采用射线衍射和传统 的化学分析方法测 定分析样品的矿物 组成和化学组成,样品中的铿含量用原子吸收法测 定,精度为多中国科学院青海盐湖研究所,样品制备每种卤水样品各取约,每种来源水样品各取温泉水至雨水等在交换 分离 前来源水需浓 缩至约体积为了检验在浓缩过程 中的锉同位素分馏,将林锉一标准加 到亚沸蒸馏水中,蒸发至约用质谱法测定其‘’值,测得平 均值 为士,与未经交换分离直接测定的平均值士相符,证明在浓 缩过程中没有发生分馏每种沉 积物样品各取约,首先用 甲醇洗去所沾带的母液,然后研磨至约目,用盐酸溶解,不 溶物 用过 滤法除去采用离 子交换技术从样品液中提取分离锉肖应凯等,在样品液中加人一外甲醇淋洗液,注人到装有上海阳一号树脂 的交换柱中,用淋洗液洗 脱铿,并弃去前,锉的回收大于多化学过程中的分馏可以忽略平均化学空 白为质谱分析同位 素分析在型单聚 焦热 电离质谱计上进行采用双带、样品带为担,电离带为徕,两 种带事先 均在下加热。
涂样时,首先在样品带上涂协浓度为的标准硼 酸溶液,蒸发至近 干,加人含一陀的样品液,通 以电流,加热使样品液蒸干装 入质谱计,当离子 源真空度达一时,在内将电离带和样品带加热 电流升至和,调节各电参数和样品带 电流,使,离子 流强度达一’ ‘,重复钡」得的铿同位 素标准溶液,的‘’值 为士多置信水平,与给出的标准值士相比,仪 器校正系数为一可 用下式对测定的‘’值进 行校正‘,品‘,定值标准样的‘’测 定值 为,比和分别测 得 的值和低,但是它与我们 以前采用相同方法和不 同仪器测得的值,以及的测定 值和的测定值接近实际样品均涂样一次,单次测 定精度一般优于多本研究用护痴形式表示相对于一一标准的同位素组成护痴互生丝些压二上些鱼公‘’标式中‘’殊地球化学年结果卤水的铿同位素组成大柴达木 湖湖表 卤水、溶洞卤水和晶间卤水的铿同位 素组成列于表表大柴达木湖卤水的铿同位紊组成取样位置样品类型铿含量 卜又一,摩尔比‘,古‘一夕,山弓︶一、一七」 ⋯‘乙月, ,山吕︸笼︸七、,扁通沼, ⋯⋯︻、︸月,弓︸笼︸之︸,月,匆矛通‘月,七工、沙 ⋯,内 、︸之一﹃自‘之︸一,, ,︸‘,工,心二‘二‘二‘几‘二‘二‘二且土一。
士,代表晶间卤水代表溶洞卤水代表湖表卤水由表可得出以下结论大柴达木湖卤水的平均护值为一士痴,明显高于 由报告的海水值一此结论与由硼 同位素获得的结论一致,明该湖的非海相成 因表在实验结果范 围内,湖表 卤水、溶洞卤水和晶间卤水之间 的护值没有明显的差别,湖表卤水的护值没有明显变化,这与该湖呈明显区域性变化的硼 同位 素行 为,不同沉积物中的樱同位素组成沉积物的取样位置与图所示 的某些卤水的位置相同盐湖沉积物 中粘土矿物的特性已由徐袒等进行过初步研究他们 指 出,大部分盐湖沉积物中粘土矿物的含量为外一多射线衍射测定的沉积物矿物组成和沉积物 中的铿同位素组成测定结果列于表粘土矿物 的主要成分是伊利石和绿泥石,还有少量的蒙脱石沉积物的扩第期肖应凯等青海大柴达木湖卤水、沉积物和水源水中的铿同位素组成的变化范 围是一痴一一痴,明显高于卤水的护,平均的分馏因数为一‘’沉积‘’卤水士表大柴达木湖沉积物的铿同位紊组成取样位置铿含量组成‘’占主要成分次要成分门‘夕月沙八‘二口且二平均一石盐石膏粘土矿物石英文石长石方解石硼酸盐水源水的裸同位紊组成大柴达木湖 周围水系十分发育,有来自达肯大坂 山的水温达℃左右的深部 温泉水,还有冰雪融化水、雨水和河水,在西北部还有许多未经研究的泉水。
这些水源水中有些富含锉,特别是温泉水,锉含量高达所有水源水均经地下潜流注人大柴达木湖这些水源水的铿含量、同位 素组成护的变化范围为一,痴一及比值列 于表表水源水的锉同位紊组成‘一 吮沙透‘︸了︸孟,白,‘‘‘连一,‘取样位置样品名称铿含量 卜摩尔比‘’占‘丹︸‘,二门了七了几内、︸已少,‘晓︸ ⋯,材甘温泉融雪大头羊沟泉水泉水泉水泉水西泉八里沟渠泉水雨水产,‘几月,‘‘了,三月‘,‘,山,山,‘,山,一,曰地球化学年讨论卤水和沉积物 间的锉同位素分馏表和的结果表 明,卤水和沉积物之间铿同位 素明显分馏大柴达木湖的沉积物主要由石盐、石膏、芒 硝和粘土矿物组成,但盐类矿物中的锉含量是很低的董 继和,张 彭熹 等指 出,盐湖沉积物 中的铿可能 以三种形式存在长石、云母和石英等中的杂质铿,被粘土矿物吸附 的铿,含锉的蒸发盐但是至今未发现富锉盐湖中有铿的蒸发盐矿物存在 张彭熹等,又因为我们 用盐酸溶解样品,长石、石 英等中的杂质铿不 可能被浸出,所以本 实验 中所测定的锉主要是被粘土矿物吸附的锉在海洋中,铿的存留时 间估计在和之间一因此,铿是一种具有相当长存 留时间 的元素但是尚未报道过锉在盐湖 中的存 留时间。
大柴达木湖铿同位 素丰度的均 匀性 揭示 了铿在盐 湖 中也具有相当长的存留时间,囚此能被充分地混合测得 卤水的护值与海水的相似,湖中溶解 的盐可能来自海洋大柴达木湖卤水 的护值与海洋的明显不 同,而且它的摩尔比值是一,,大大地高于海水一一,这些都说明大柴达木湖 的溶解铿的来源是非海相的‘研 究了海洋环境中锉同位素组成的变化,并观察到海水相对于海底热液流富集’他们指出,玄武岩蚀变期间的同位素分馏,主要 是 由于键 的特性 由溶液中的水合离子态转变至粘土矿物中的八面体配位所引起的一的研究表明,溶解铿进人海洋沉积物时,铿对粘土的亲和力归 因于铿对层 状硅酸盐八面体位置中和的置换大柴达木湖卤水和沉积物 间伺位素分馏因数为这种 同位素分馏是由于铿被粘土矿物吸附 和十与间 的类质同象置换所 引起的布 洛茨基报道了铿被沸石吸附时的 同位 素分馏因数为,但后来的实验 未能证实总结指出,离子 交换过程 中的锉同位素分馏因数大部分落在士之 内本实验侧得的是,比计算的一要低,而高于的总结值这说明,大柴达木湖 的锉同位 素分馏不仅归 结于和间 的置换,还与卤水和沉积物间锉的离子交换有关虽然碱金属中铿有最大 的水合离子半径而离子交换能力最弱,但是在富锉的盐湖中,铿被 粘土矿物吸附是有可能的。
由于吸附和置换 引起的同位素分馏的不同,分馏因数将随着吸附成分的增加而 降低,因此它 的大小将会成 为盐湖中锉被粘土矿物吸附程度的指示剂,但此结论有待 于进一步研究卤水和水源水 间樱同位素组成的关系表所列 的水源水中锉同位素组成变化范 围为一知一十痴,与其来源有关它们 的硼同位素结果表 明来源水可分为具有高值的雨水来源水和具有低值的深部水,护值和值支持此结论在雨水来源的水中,大柴达木湖地区收集的雨水具有最低 的护值一痴,这表明雨水 中的部分锉或许来自海洋我们知 道,冷泉沟水和大头羊沟水分别来 自海拔的高山的冰雪融化水和第期肖应凯等青海大柴达木湖卤水、沉积物和水源水 中的铿 同位素组成雨水,但是它们的护值分别为一偏和一,痴,均比雨水的高,可能由于水在流动中溶解了岩石中具有高护值的铿在水温为℃ 的温泉沟源头采集的样品,其护值 为一殉,与水温为一℃ 的温泉水的护值一殉一痴大不相同,这说 明它来 自雨水按照值,泉水和可能与大头羊河水有关,,但铿同位素结果表 明它是大头羊河水与八里沟 渠水的 混合 物,八里 沟 渠水的护值为十偏温泉水的护值为一偏,它是典型的深部水张彭熹等,占, ,值表 明西 泉来源于深部,,它的占值为一。
也 比具有 雨水来源 的水的护值高,说明它确实来源于深部八里沟渠水的护值 为十比其他 水的护值均高,其引’值为一偏这些都说明八翼沟 渠水来源于深部,化学分析 结果表明,该水是一种富含、、、等元素的矿泉水张 彭熹等指 出,大柴达木湖 周围的各种水源水特别是该湖北侧达肯大坂 山的温泉水中的鲤是该湖 中铿的重要物质来源该温泉水 中狸的含量达终,对 大柴达木湖中锉起着重要的补给作用但是埋 同位素证据表 明,温泉水中的锉不是大柴达木埋的唯一来源,因为温泉水和卤水 的护值分别为一痴和一偏,相差达痴沉积物相对 卤水富集,分馏只达知,因此,我们 必须考 虑其他水源水中锉的补给作用大柴达木 湖的水源水中锉对 该湖铿 的补给作用应受铿的含量及水流量两个因素的控制,尽管 温 泉水 中铿含量很高,但流量却远远小 于冷泉沟融化雪水,所 以它们补给大柴达木湖 的总铿量可 能相 当少可惜的是我们不 能准确估计各种水源水的流量,因此也就不可能准确地估算出该湖 中铿的质量平衡,但是我们可 以假设大柴达木湖的各种水源水补给锉的量基本一致,可将它们 的平均护值一痴作为水源水的护值,它与卤水的护值相差与 实测的痴比较接近,说明大柴达木卤水中铿来自各种水源水。
由于我们 作 出各种水。