深层卤水富含钾、锶、硼、锂、铷、碘、溴等多种微量元素，是重要的不可再生矿产资源，在农业、工业、医药、电子等行业具有显著经济价值（周训，2013；徐凯等，2021；马玉波等，2024）。中国的深层卤水资源主要分布在柴达木盆地、四川盆地、江汉盆地、塔里木盆地、吉泰盆地等沉积盆地（张彭熹，1987；林耀庭等，1996；Li et al., 2018）。柴达木盆地西部地区的狮子沟背斜是典型的富卤水构造，区内下干柴沟组上段资源储量较为可观（毛建业等，2017）。研究该地区深层卤水的物质来源及其演化规律具有重要的科学意义和实际生产价值。

目前关于狮子沟背斜深层卤水的成因尚存争议，部分学者认为狮子沟背斜深层卤水可能起源于古盐湖沉积和地热温泉水（Li et al., 2021；李建森，2022），刘溪溪等（2019）推断狮子沟深层卤水主要是盐岩溶解作用形成但也不乏有沉积卤水的加入，王冀洺等（2023）认为，卤水中钾、锂的物质来源，为与古近纪花岗质岩浆相关、具有低锶同位素值且富锂富钾的热流体注入，以及钾盐类矿物的淋滤溶解作用。现有的研究虽提出了多种可能的成因机制，但各类观点之间仍存在显著差异，其物质来源与主导成矿过程还需深度剖析。因此，本研究综合运用数理统计方法和多种同位素联合技术，旨在进一步明晰狮子沟构造深层富钾、锂、硼卤水的成因机制。

柴达木盆地位于青藏高原东北边缘，属封闭性大型山间断陷盆地。盆地西北抵阿尔金山脉，西南至昆仑山脉，东北依祁连山脉（图1a、b）。自海西运动后盆地经历多次造山运动，强烈的板块俯冲与山体抬升，促使盆地边缘深大断裂带活动加剧。中生代末至新生代初，柴达木盆地西部大量盐类物质在此汇聚，干旱气候条件下成盐作用显著，沉积巨厚盐层（袁见齐等，1983；张彭熹，1987）。

阿尔金断裂带的活动对柴西（柴达木盆地西部）地区深层卤水成矿具有较大的影响。阿尔金断裂带作为区域深大断裂，其多期次活动形成复杂断裂网络。受阿尔金断裂左旋走滑与盆地晚期南北向挤压应力场共同作用，形成了柴西北西-北西西向平缓反“S”型背斜构造（葛肖虹等，1998；刘永江等，2001）。狮子沟、油泉子、南翼山等北西向背斜构造蕴藏丰富的富锂钾卤水资源（谭红兵等，2007；侯献华等，2022；李建森等，2022）。

狮子沟构造（图1c）位于柴西隆起茫崖凹陷，属狮子沟-英东构造带。狮子沟构造区古近系与新近系自下而上依次由路乐河组、下干柴沟组、上干柴沟组、下油砂山组、上油砂山组及狮子沟组构成，其岩性以细粒粉砂岩、泥岩和碳酸盐岩为主。卤水主要赋存于下干柴沟组上段。下干柴沟组下部为棕红色、灰色泥岩与砂岩互层，夹薄层石膏，上部以灰色、深灰色泥岩为主，夹粉砂岩、细砂岩及油页岩。储集空间主要为盐类矿物溶蚀孔洞、白云石晶间孔，裂缝为层间缝和构造缝（张世铭等，2017）。

本研究从狮子沟构造采集了5件深层卤水样品（图1c），所采集的样品储层均为下干柴沟组上段。样品的采集和预处理过程，以及离子含量的测定方法如下：采用洁净的聚乙烯桶盛装卤水原液，取样时记录样品的特征与层位信息。对原样进行过滤，去除油类等杂质，制备供试样品。样品中CO和HCO₃^-含量采用滴定法测定（DZ/T 0064.49-2021）。Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Li⁺、B³⁺、Sr²⁺、SO子含量测定利用电感耦合等离子体发射光谱仪（AVIO 500 ICP-OES）。Br^-、Rb⁺含量的测定则采用等离子质谱仪（PE300D）。此外，Cl^-含量的测定采用分光光度法。以上测试工作均由国家地质实验测试中心完成。

对采集的样品开展了氢-氧、硫、锶、锂、硼同位素测试。具体分析方法与使用仪器如下：氢-氧同位素测定采用在线高温热转换-气体同位素质谱法（DZ/T 0064.89-2021）及CO₂-H₂O平衡-气体同位素质谱法（DZ/T 0064.90-2021），使用仪器为MAT-253型气体同位素质谱仪。硫同位素的测定依据《硫酸盐中硫同位素组成的测定》（DZ/T 0184.15-1997），使用仪器为Delta v plus型气体同位素质谱仪。锶同位素的检测依据《岩石中铅、锶、铷同位素测定方法》（GB/T 17672-1999），采用热表面电离质谱仪（Phoenix）进行分析。以上同位素测试委托核工业北京地质研究院测试完成。硼同位素的检测依据为JY/T 004-1996 QISL-QBZB-003-2015，采用热电离同位素质谱仪（Triton）进行测定，由中国科学院青海盐湖研究所承担该项测试工作。锂同位素检测依据《锂、铜、锌、镉等同位素比值的测定多接收电感耦合等离子体质谱法》（HDB/T 3017-2018*），利用多接收电感耦合等离子体质谱仪（Nu PlasmaⅡ）进行测定，该项测试由中国地质科学院矿产资源研究所自然资源部成矿作用与资源评价重点实验室完成。

为全面研究狮子沟构造卤水的水文地球化学特征，本研究在自行采集样品测试数据的基础上，补充收集了该地区同层位的22件文献报道数据，并进行了统一分析。结果显示，研究区样品矿化度范围116.14~375.87 g/L（表1），平均值268.89 g/L，60%样品的矿化度超250 g/L，属于高矿化度卤水。Piper图（图2）显示，研究区的卤水均为Cl-Na型。卤水中的主量离子包括Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO、HCO。其中，主量阳离子中Na⁺的含量占主导地位，Cl^-含量在主量阴离子中占据优势地位。

研究区卤水呈显著的富钾、锂、硼特征（表1）。其中，ρ(K⁺)为1.49~15.87 g/L，平均值达到4.95 g/L，超过工业利用品位；ρ(Li⁺)为0.20~692.90 mg/L，平均值68.37 mg/L，折合为ρ(LiCl)约为417.70 mg/L，高于工业开采品位（300 mg/L）；Mg/Li比值宽泛（0.71~400.00），平均值达到38.69，但其中8件样品比值为0.71~1.36，平均值1.10，表明该地区存在潜在的优质富锂卤水资源；ρ(B³⁺)为68.04~1804.38 mg/L，平均值663.87 mg/L，折合ρ(B₂O₃)约为2139.1 mg/L，达到工业开采品位（1000 mg/L）的2倍。

为深入探究不同卤水样品的离子含量差异，采用组间连接的聚类方法，基于Pearson相关性开展聚类分析（杨天赐等，2025）。Q型聚类结果显示（图3），当聚类距离为20时，所有样品可分为3类：第一类包括S42、S201、S24等11件样品，其特征为富K⁺、但Li⁺、B³⁺含量相对较低；第二类是S49H1、狮新28、S38-3等8件，该类卤水Li⁺含量较高，但K⁺、B³⁺含量较低；第三类为G-3、G-5、G-2等剩余8件，这类卤水的B³⁺含量较高，但Li⁺、K⁺含量较低。这说明虽然所有卤水样品均赋存于同一背斜构造的同一储层，但是卤水组分含量差异明显，可能是卤水经历了不同的形成过程，或具有不同的物源补给。

为进一步剖析卤水水化学组分间的关系，以卤水的11种主要离子及TDS为变量，对27件卤水样品进行R型聚类分析（图4）与Pearson相关性分析（表2）。R型聚类分析结果显示，当聚类距离为10时，K⁺和TDS为一类；当聚类距离为15时，K⁺、B³⁺和TDS可归为一类，可见K⁺与B³⁺可能具有相似的成因。相关性分析表明，TDS与K⁺、B³⁺分别呈极显著正相关（P<0.01）和显著正相关（P<0.05），说明水体的蒸发可能对K⁺和B³⁺的富集起到正向作用。K⁺与Li⁺呈极显著正相关（P<0.01），这意味着K⁺与Li⁺可能具有相似的物质来源。R型聚类分析与Pearson相关性分析的结果较为相似，具有一致性。

卤水特征系数可有效揭示深层卤水的来源与演化规律。令X离子的质量浓度为ρX，克当量浓度为γX，物质的量浓度为nX，计算了狮子沟构造深层卤水样品的钠氯系数（γNa⁺/γCl^-）、氯溴系数（ρCl^-/ρBr^-）、脱硫系数（100×nSO/2nCl^-）和钙镁系数（nCa²⁺/nMg²⁺）（表3），基于特征系数对卤水的成因性质进行初步判别。

钠氯系数是反映地下卤水中钠盐富集程度及蒸发浓缩、盐岩溶滤的关键指标，当该系数大于1.0时，通常指示非海相物源（Vengosh et al., 2002）。研究区的卤水钠氯系数为0.78~1.31，平均值1.04，仅1个值小于正常海水系数0.87，其余值均接近或略大于1，整体呈明显的溶滤卤水特征，表明石盐溶解对深层卤水贡献显著，其来源为非海相。

氯溴系数可用于区分卤水中不同物质来源。溴在卤水蒸发浓缩过程中化学性质稳定，几乎不参与反应且极少形成独立矿物，大部分溴存于溶液中，其浓度随蒸发浓缩线性增加，仅有少量溴离子以替换方式进入石盐或氯化物晶格（牛新生等，2021）。一般认为，氯溴系数小于400时为沉积地下卤水，大于1000时为溶盐卤水（Davis et al., 1998），研究区卤水的氯溴系数为279.60~1 459 000.00，平均值81 726.87，呈现典型溶滤卤水特征，与钠氯系数分析结果一致。

脱硫系数和钙镁系数可推断深层卤水的形成环境。脱硫系数用于反映储层封闭性，当地层封闭条件良好时，硫酸盐在还原环境下分解，硫酸根含量降低，脱硫系数越接近0，证明地层水还原彻底，封闭性越好（李廷伟等，2006），研究区卤水的脱硫系数为0.03~7.54，平均值1.65，卤水样品虽然均处于下干柴沟组上段，但环境封闭性差异较大，其中的16个卤水样品脱硫系数小于平均值，封闭性相对较好。钙镁系数可反映深层卤水所处环境的变质程度，封闭性越好且时间越长，变质程度越高，深层卤水钙镁系数通常大于3（李廷伟等，2006；韩佳君等，2013；李建森等，2013），研究区卤水钙镁系数为0.01~9.10，平均值3.45，其中的15个样品该系数大于3，表明卤水的变质程度相对较高。

基于采集样品的氢-氧同位素、硫同位素、锶同位素、锂同位素、硼同位素测试数据，并综合以往研究测试结果（表4），笔者对狮子沟构造深层卤水成因机制进行了深入探究。

（1）氢-氧同位素

狮子沟构造卤水因深埋地下，实际卤水演化过程极为复杂，深部地层的水-岩体系及各类复杂的物理、化学和生物作用，在一定程度上改变了原始水体成分。因此，本研究借助卤水的氢-氧同位素特征对研究区深层卤水的起源展开推断。

狮子沟深层卤水的δD范围-52.30‰~-33.70‰，平均值-45.41‰，δ¹⁸O范围-5.60‰~6.90‰，平均值1.15‰。大气降水的氢-氧同位素组成呈现显著线性关系，全球大气水的δD和δ¹⁸O之间关系服从于Craig方程式：δD=8δ¹⁸O+10（Craig, 1961），同时，采用柴达木盆地大气降水线（δD=4.4δ¹⁸O-4）进行对比参照（张彭熹，1987）。

如图5所示，仅1个样品点分布于岩浆水的氢-氧同位素范围内，其余点均分布于柴达木盆地大气降水线与岩浆水氢-氧同位素范围之间，且所有点均远离SMOW点。狮子沟深层卤水的δD值平均值（-45.41‰）接近大气降水线δD值，表明深层卤水可能受大气降水补给。但是δ¹⁸O值明显偏正，导致研究区卤水样品在δD-δ¹⁸O图中向右以近似水平的方向飘移（氧飘移），说明卤水可能普遍经历了水-岩反应。样品G-4数据点分布于岩浆水的氢-氧同位素范围内，样品G-2分布于该范围附近，这2个点也是所有样品中Li⁺和B³⁺含量较高的2个点，有可能是氧同位素的漂移导致样品G-4和G-2的氧同位素漂移至岩浆水范围内，但也不排除卤水受到岩浆水补给的可能性。

（2）硫同位素

如图6所示，狮子沟构造深层卤水的δ³⁴S范围为29.4‰~32.4‰，平均值30.95‰，大于南翼山油田水δ³⁴S值范围，与狮子沟下干柴沟组石膏的δ³⁴S值（26.5‰~32.3‰）相近（彭立才等，1999），由此推测，研究区深层卤水可能溶滤了地层中的石膏。

（3）锶同位素

影响⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值的因素，主要包括Rb的放射性衰变、矿物溶解作用以及地下水的影响（李廷伟，2007），且该值不会随着水体的蒸发浓缩而出现较大分馏（李建森等，2021）。鉴于Rb放射性衰变时间尺度长，短期内影响可忽略不计，故本研究主要探讨矿物溶解及地下水补给对研究区卤水⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值的影响，以此推断卤水形成过程。

狮子沟构造深层卤水的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值为0.710 874~0.711 127，平均值0.710 975（图7），该值介于壳源（平均0.7119）与幔源（0.7045）之间，略低于茫崖湖水（0.7127）及苏干湖水（0.712 44）（李建森等，2021），与研究区下干柴沟组上段石盐（0.711 088~0.712 816）的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值相近（王冀洺等，2023），暗示区内卤水可能淋滤溶解了下干柴沟组上段石盐。

（4）锂、硼同位素

狮子沟深层卤水的δ⁷Li介于8.60‰~14.20‰，平均值11.38‰，如图8所示，地热泉水和盐湖沉积物的δ⁷Li值与之接近，推测其可能对深层卤水有一定补给，南翼山深层卤水δ⁷Li值与研究区相近，暗示二者或许具有相同的物源补给，研究区周边尚未发现其他与卤水锂同位素组成相近的潜在物源。δ¹¹B范围-0.64‰~3.63‰，平均值1.78‰（表4），如图9可知，研究区卤水的δ¹¹B值小于柴达木盆地盐湖卤水、柴西大气降水、柴西河水及南翼山深层卤水，这些水体均不太可能为区内卤水提供硼物质，结合区域地质背景及研究区地质构造活动历史，推断与阿尔金断裂相关的岩浆热液可能是其物质来源。

研究表明，柴达木盆地西部大地热流平均70.4 mW/m²，地温梯度可达38.6 ℃/km，属高温区（李宗星等，2015），显示柴西地区深部构造-热活动较为强烈。柴达木盆地形成初期经历了中-新生代多期构造运动，直至更新世仍被强烈改造，深部裂隙发育，阿尔金造山带从挤压逆冲到左旋走滑的构造转换过程中，岩浆热液流体会发生强烈的活动并上涌（李建森等，2021）。Turner等（1993）对阿尔金山13 Ma新生代火山熔岩的化学成分研究表明，其起源于上地幔，是岩石圈底部减薄，岩浆沿拉张裂隙上涌喷出的结果，同时受阿尔金造山带走滑隆升控制，深部流体系统发育，柴达木盆地深部地层中碳酸盐岩热液蚀变也是深部流体活动的证据（Zhang et al., 2018）。这些来自深部的岩浆水一般具有较高的锂、硼含量和较低δ⁷Li、δ¹¹B值（朱艺婷等，2021；杨飞等，2025），然而研究区深层卤水的δ⁷Li值较其相对偏高，这一现象可能与储层中黏土矿物的吸附作用相关，Li等人（2021）也证实柴达木盆地存在此类现象。

根据前文地质背景及卤水成因性质判别结果，研究区卤水属于溶滤卤水，下干柴沟组岩性以泥岩与砂岩为主，地层中黏土矿物较发育。在溶滤作用初期，卤水与黏土矿物接触时，矿物会优先吸附轻同位素（⁶Li），导致卤水中的⁷Li相对富集（肖应凯等，1994）；卤水中H₃BO₃分子的¹⁰B由于质量较小且化学键的震动频率更高，更容易被吸附至黏土表面，B(OH)中的¹¹B由于质量大能量低，更容易留在溶液中，因此，黏土矿物吸附相中富集¹⁰B，而溶液中富集¹¹B，使卤水中的δ¹¹B升高（张文杰等，2025）。卤水的储层下柴沟组上段黏土矿物丰富，来自岩浆热液的富锂、硼卤水受黏土矿物吸附导致δ⁷Li和δ¹¹B显著变高。考虑到数理统计部分显示，K与Li、B相关性较好，可能具有相似的成因，由此推测岩浆热液亦为卤水提供了钾。综上所述，研究区深层卤水中钾、锂、硼的富集可能与阿尔金走滑断裂相关的岩浆流体补给有关，即岩浆流体促使溶滤成因卤水进一步富集钾、锂、硼等物质。

由于研究区深层卤水存在不均一性，且前人研究认为卤水受到深部补给时可能具有“点式补给”的特征（李建森，2022），部分未受到深部补给的卤水表现出贫锂、硼的特征，导致前文中整体卤水样品进行R型聚类分析时，锂、硼未归于一类，与卤水中锂、硼的富集可能与岩浆流体的补给这一推断并不冲突。

狮子沟深层卤水的形成涉及原始沉积环境、大气降水溶滤及岩浆热液补给等多阶段过程，其中，大气降水沿深大断裂下渗并溶滤蒸发岩矿物是基础成因，而深部岩浆热液的后期补给是卤水富集钾、锂、硼等特征元素的关键驱动因素，并非单一的原始沉积水或地热温泉水成因（Li et al., 2021;李建森，2022）。

对研究区深层卤水的成矿模式推断如下：晚始新世，狮子沟构造沉积了下干柴沟组上段碳酸盐岩地层及石盐沉积，由此构成初始卤水储集体。该套地层中的溶蚀孔洞、晶间孔隙与断裂系统相互连通，形成流体循环网络。在此过程中，大气降水形成的地表水沿深大断裂下渗，通过溶滤石盐、石膏等蒸发岩矿物，使钠、氯、钙等元素逐步富集。中新世，阿尔金断裂带的构造转换促使深部岩浆热液沿断裂强烈上涌，热液中富含的钾、锂、硼等成矿元素与部分先期形成的卤水混合，进而显著提升卤水的矿化度及元素浓度。在构造驱动的流体运移、水-岩反应及蒸发浓缩等多因素的耦合作用下，经过漫长地质时期的持续演化，最终形成现今狮子沟构造富钾、锂、硼的深层卤水矿床。

（1）柴西狮子沟构造下干柴沟组上段深层卤水为Cl-Na型，具有富K⁺、Li⁺、B³⁺，贫Ca²⁺、Mg²⁺的特征，该卤水属溶滤卤水，受大气降水补给。

（2）研究区卤水具有多源补给特性。δ³⁴S值显示卤水形成受到溶滤石膏的补给，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值表明卤水受到溶滤石盐的补给，氢-氧同位素和锂硼同位素特征表明卤水存在深部地质流体补给。相关性分析表明，卤水中钾与锂可能有相同物质来源，钾与硼的富集可能受蒸发作用的影响。

（3）晚始新世狮子沟沉积于下干柴沟组上段的碳酸盐岩地层及石盐沉积，形成初始卤水储集体。其中，溶蚀孔洞、晶间孔隙与断裂系统连通，构建流体循环网络。大气降水形成的地表水沿深大断裂下渗，经溶滤石盐、石膏等蒸发岩矿物，逐步富集钠、氯、钙等物质。

（4）阿尔金断裂带构造转换引发深部岩浆热液沿断裂强烈上涌，热液富含的钾、锂、硼等成矿元素与先期形成的卤水混合，显著提升卤水的矿化度与元素浓度。在构造驱动的流体运移、水-岩反应及蒸发浓缩等多因素耦合作用下，经漫长地质时期的持续演化，最终形成现今狮子沟构造富钾、锂、硼的深层卤水矿床。