资源所盐湖水菱镁矿成矿作用研究取得新进展

　　作为常见的含水富镁碳酸盐矿物，水菱镁矿 [Mg₅(CO₃)4(OH)₂•4H₂O] 可作为优质的矿物型阻燃填料应用于聚合物阻燃领域。研究表明，水菱镁矿主要赋存于碳酸盐型盐湖和第四纪湖相地层，并在火星Jezero Crater的湖相沉积也有发现，而湖水Mg/Ca值则被视为是水菱镁矿成矿的关键条件。传统观点认为湖相水菱镁矿的形成主要与超基性岩的风化提供富镁物源补给相关，但与超基性岩风化相关的地表河流水及地下水的 Mg/Ca 值很少达到足以使盐湖直接沉淀水菱镁矿的阈值 (图1a)。因此，查明Mg在盐湖系统的地球化学循环过程是破解水菱镁矿成矿过程的关键环节。 

　　图1 杜佳里盐湖湖水，补给水和水菱镁矿的化学组成: (a) Mg/Ca值 (边缘密度图为全球河流水和碳酸盐型盐湖); (b) Sr 同位素值; (c) Mg 同位素值 (边缘直方图为已报道的水菱镁矿的δ²⁶Mg值) 

　　针对上述关键科学问题，依托自然资源部青藏高原盐湖野外科学观测研究站，中国地质调查局矿产资源研究所（以下简称“资源所”）林勇杰副研究员及其合作者以西藏杜佳里盐湖为例，系统开展盐湖水、河流水、地下水和水菱镁矿的Mg同位素研究 （图1c）。本次工作运用Mg同位素分析并结合水化学模拟软件Phreeqc ，率先建立了蒸发条件下杜佳里盐湖的Mg/Ca值和δ²⁶Mg变化的半定量水化学演化模型 （图2），探讨了盐湖系统Mg的地球化学循环过程。结果表明，强烈蒸发条件下，在杜佳里湖演化过程中文石首先达到饱和沉淀析出，导致湖水的Mg/Ca值和碱度升高，从而驱动水菱镁矿达到饱和而沉淀析出，Mg同位素则为该模型提供了很好的参数限定。在全球绝大多数湖相水菱镁矿沉积中，水菱镁矿通常与文石共生或交替沉积，进一步印证了模型结果。综上所述，本次工作提出尽管与富镁岩石风化相关的地表河流水或地下水为盐湖提供了重要的Mg物源，然而在蒸发条件下文石沉淀可能是驱动盐湖水菱镁矿沉积的重要成矿过程。 

　　图2 杜佳里盐湖水化学演化模型结果 (a) 湖水(蓝色)和水菱镁矿 (棕色) 的 Mg/Ca值; (b) 湖水(蓝色) 和水菱镁矿 (棕色)的δ²⁶Mg值 　　 

　　研究成果发表于国际地学权威期刊《Journal of Gephysical Research-Earth surfae》上，Lin, Y*., Knapp, W. J., Li, W., Zheng, M., Ye, C., She, J., Xia, Z.,  Power, I.M., Zhao, Y., Tipper, E.T.*. (2023). Magnesium isotope constraints on the Holocene hydromagnesite formation in alkaline Lake Dujiali, central Qinghai-Tibetan Plateau. Journal of Geophysical Research: Earth Surface, 128, e2022JF006907. https://doi.org/10.1029/2022JF006907 。论文的主要合作者包括南京大学李伟强教授和英国剑桥大学Edward Tipper教授等。该项研究得到了国家自然科学基金，自然资源部青藏高原盐湖野外科学观测研究站，第二次青藏高原科考等项目的联合支持。