罗布泊蒸发岩系中重金属元素分布与赋存特征.pdf

矿 床 地 质 2012 年 MINERAL DEPOSITS 第 31 卷 增刊 罗布泊蒸发岩系中重金属元素分布与赋存特征 孙小虹1，刘成林1，宣之强2，焦鹏程1 （1 中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；2 中化地质矿山总局地质研究院，河北 涿州 072754） 在蒸发岩沉积研究中，盐类物质与金属矿床的关系已经成为研究者广泛关注的对象（袁见齐等，1982；Cao et al.，2011；许伟生等，1991） 蒸发岩一般为卤水蒸发浓缩的产物，在形成和变化过程中，卤水对金属元素的迁移和富集具有重大作用（许伟生等，1991；Warren，2000） 本文以罗布泊罗北凹地钻孔沉积物为研究对象，分析了金属元素分布特征与变化规律，对蒸发岩系中金属元素的赋存形式与赋存状态进行了初步探讨 1 地质概况 罗布泊位于塔里木盆地东端，断裂构造发育第四纪以来，塔里木盆地西部抬升，罗布泊一带发生沉降而成为塔里木盆地的汇水中心与集盐中心罗北凹地蕴藏有中国最大的硫酸盐型卤水钾矿床（王弭力等，2001） ，是继柴达木盆地之后中国发现的第二大钾盐成矿聚集区。

研究样品取自钻孔 （LDK01） 岩芯， LDK01 孔位于罗北凹地西北部 （40°54′53″N； 90°55′11″E） ，井深 781.5m按照盐类矿物在地层中的分布，781.5~660 m 为碎屑沉积层，属淡水-碳酸盐沉积阶段；660~274.12 m 为含钾盐碎屑沉积层，反映湖水进一步咸化，进入微咸水阶段；274.12~0 m 为蒸发盐化学沉积层，反映湖水继续蒸发，咸水逐渐浓缩成卤水，盐湖演化进入晚期阶段 2 重金属元素含量变化特征 罗布泊含盐沉积剖面中铜、铅、锌、铁、锰、钛、镍、钴、铬等重金属元素的含量，前人没有做过系统的样品测定和分析将 LDK01 孔 42 个样品粉碎溶解后，利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪对 9 种重金属元素进行了分析测定结果如图 1 所示(图略)所测得的铜、铅、锌等 9 种重金属元素的含量差别很大其中铁含量最高，平均值达 14852 mg/kg；其次为钛和锰，平均值分别为 381.6 mg/kg 和 286.8 mg/kg其他重金属含量较低，平均值都在 50 mg/kg 以下与各种元素在地壳中的丰度相比，部分样品中 Pb、Zn、Co 金属含量高于正常克拉克值，其他则普遍低于正常克拉克值。

从整个序列来看, 所有元素的含量随深度的变化都较为显著（图 1） ，而不同元素含量变化幅度的差异也很明显总体上，铁、锰、钛、镍、铬和钴 6 种元素在垂向上具有相似的变化趋势；铅、锌和铜具有相似的变化趋势 在蒸发盐化学沉积层（275 m 以上） ，各个金属元素的含量随深度的变化特征明显1 m 深处是石盐样品，所有金属元素含量值较低；150~200 m 以及 84.75 m 处，所有金属元素含量值一致偏低，对应的是钙芒硝层；而粉砂粘土含量高的层位则金属元素含量相对偏高Ti、Fe、Mn、Ni、Cr 的高峰值一致出现于 210.45 m，对应的是含钙芒硝粉砂质粘土层；Pb 和Zn 的高峰值出现于 265.2 m，对应的是含石膏粘土层 在碎屑沉积层（275 m 以下） ，各个金属元素的含量随深度的变化特征相对不明显其中，Pb 和 Zn 的含量基本上无变化；Cu 和 Co 的含量只在 400 m 处偏高，对应的是含中砂砾岩层；其他元素含量波动较小 3 重金属元素赋存特征 铜、铅、锌属于亲铜成矿元素，而铁、锰、钛、镍、铬、钴属于铁族元素，两类元素各自具有相似的原子结构，在自然界中有相近的存在形式和迁移、沉淀的物理化学条件。

因此，整个序列中，两类元素含量各自具有相似的变化趋势这些重金属元素的地球化学性质表明，它们很难与盐类矿物中钙和钠作类质同象替换，因此，各个金属元素在钙芒硝、石盐等蒸发岩层中含量偏低，很可能是以吸附状态存在于蒸发岩中 使用了扫描电镜/能谱分析研究金属元素的赋存形式及赋存状态， 初步判定含量最高的铁主要赋存形式为铁的硫化物 （黄铁矿） （图 2A）以及少量自然铁、氧化铁（图 2B） ；含量较高的钛和锰主要赋存形式分别为钛铁矿（图 2C）和氧化锰（图480 矿 床 地 质 2012 年 2D） 其他金属元素的赋存形式主要为铜和铅的硫化物（黄铜矿、方铅矿） （图 2E） 、含钾自然 Pb（图 2F） 、自然镍（图 2G） 、自然铜和锌（图 2H） 、自然铬（图 2I） 从扫描电镜背散射图像上可以看出，金属矿物以颗粒形式吸附于蒸发岩表面或充填于晶间、粒间溶孔中，部分与石盐、石膏、钙芒硝等盐类矿物共生；部分赋存于粘土、砂岩中氧化铁、氧化锰等化合物多分布于砂岩、粘土、泥质碎屑中，可能是通过碎屑搬运后期形成。

但是自然 Cu、Ni、Zn、Cr、Pb 等一般不会受外来因素影响而混入，应是原生蒸发岩沉积或后期蒸发岩内部金属离子富集的产物（Cao Y T et al.，2011） ABEFGHIDC图 2 样品扫描电镜图像 A. 石膏中霉球状黄铁矿；B. 为石盐晶间氧化铁球铁；C. 为钙芒硝粒间白色钛铁矿；D. 为白色富锰、钡的石盐；E. 为石盐晶间条柱状方铅矿（含K和Mg） ；F. 为石盐晶面溶孔中白色自然铅（含K） ；G. 为石膏上自然镍；H. 为石膏上自然铜锌；I. 为粘土中自然铬 4 结 论 多个样品能谱分析显示自然铅、方铅矿中含钾（图 2F）或者钾和镁（图 2E） ，赋存于石盐晶面、晶间及晶面溶孔中，而周围没有发现钾矿物化学分析也显示钾离子和镁离子跟铁、锰、钛、镍、铬等金属元素的含量变化趋势具有很好的一致性（图 1） 因此，推断罗布泊湖水蒸发时，盆地可能受到深部地层水的补给，富含 K、Mg 的高盐度卤水携带 Cu、Pb、Zn等金属离子沿地层裂隙向上部运移，一些金属以单质形式同盐类矿物一起析出并赋存其中 总之，罗布泊蒸发岩系中多种金属矿物的发现，反映了罗布泊盐湖的沉积物质来源具有多样性。

蒸发岩系中自然 Cu、Ni、Zn、Cr、Pb 等的发现可能与深部上升卤水的补给密切相关，推断罗布泊盐湖部分钾离子可能来源于深部地层卤水 参 考 文 献（略） 。