锂被誉为“21世纪绿色高能金属”,在新能源和储能材料领域有着广泛的应用,是我国战略性矿产资源之一。全球82%的锂资源赋存在盐湖卤水中,我国青藏高原是世界上仅次于南美“锂三角”的第二大卤水锂资源集中分布区。青藏高原东北部柴达木盆地那棱格勒河尾闾盐湖是我国目前最大的卤水锂矿床。虽然前人对该区域锂矿的资源禀赋、成矿过程、开采工艺等开展了大量研究,但对其成矿的多种可能物源(围岩风化、古湖残留、含盐系地层淋滤、油田水、深部水等)仍存在争议,缺乏有力的地球化学证据;同时,现有研究无法说明为何区域锂补给量(自13 ka以来,~1021.2万t金属锂)与尾闾湖区资源总储量(230.5万t金属锂)之间存在巨大的数量差异,因此,需要对锂资源从源到汇过程中的迁移富集规律进行仔细刻画以寻找科学的解释。有鉴于此,本研究系统采集了那棱格勒河流域及其尾闾盐湖不同类型的水体(河水、泉水、井水、卤水等)样品92件,沉积物样品47件,分析水体主、微量元素含量及锶、硫同位素组成,完成研究区河水和湖水的室内蒸发实验及冲积扇和湖区沉积物分相淋滤实验,同时结合前人已报道的研究结果,对区域水体中锂的来源及其迁移富集规律进行了深入系统的探讨。得出以下结论:(1)同样发源于东昆仑山的那棱格勒河、楚拉克阿拉干河、洪水河和格尔木河水化学组成明显不同,那棱格勒河水主要为Na-Cl-HCO₃-SO₄型;那棱格勒河水锂含量(0.46~0.65 mg/L)比楚拉克阿拉干河和格尔木河高出一个数量级,其高锂含量主要受洪水河支流的补给;洪水河高锂含量与其上游热泉水的补给有关,热泉水的水化学、高锂含量、高锶低硫同位素组成特征与青藏高原典型热泉水相一致;(2)那棱格勒河水和尾闾盐湖卤水相似的锶同位素组成,以及研究区水体符合蒸发浓缩过程特征的硫同位素组成变化趋势,均证明研究区尾闾盐湖卤水锂资源主要受那棱格勒河的补给;而相比于研究区水体,古湖残留水、盆地西部含盐系地层淋滤水或油田水具有明显不同的水化学特征和锶、硫同位素组成,因此这些水体对研究区尾闾盐湖锂补给的贡献较小可忽略不计;(3)那棱格勒河自出山口至尾闾湖区径流过程中,河水水化学组成受混合作用(地下水和河水)、水岩作用和蒸发浓缩作用影响,由Cl·HCO₃·SO₄-Na·Ca型逐渐演化至Cl·SO₄-Na型;地下水水化学组成受水岩作用(岩石风化淋滤、阳离子交替吸附作用、矿物溶解与结晶等)、蒸发浓缩作用和脱硫酸作用等控制,由Cl·HCO₃·SO₄-Na·Ca型逐渐演化至Cl-Na型,矿化度升至数百克升;(4)在那棱格勒河第一级冲洪积扇中,水体水化学特征主要受控于水岩作用;河水水化学特征和锂含量较稳定,而地下水在径流过程中同时受阳离子交换反应的逆反应、矿物结晶析出和弱的微生物还原作用的影响,且碎屑沉积物的风化淋滤和锂的解吸为地下水补给了一定量的锂,导致水体锂含量增加;(5)在那棱格勒河第二级冲洪积扇上,水体水化学特征主要受控于蒸发—结晶作用;与出山口河水蒸发实验结果对比显示,在第一级冲积扇补给至地下水的锂在该区域河水中因粘土矿物吸附而被损耗;而该区域的地下水经历了阳离子交换反应的正反应、盐类矿物溶解与析出和蒸发浓缩作用,至细土平原区前缘,每份地下水中近2/3的锂被损耗,这可能是导致流域锂资源补给量与储量差异巨大的主要原因;该区域锂的大量损耗与冲洪积扇中粘土矿物总量的增加和粘土矿物吸附能力的增强有关;(6)研究表明,那棱格勒河尾闾盐湖区卤水锂的富集与区域整体干旱背景下河流“脉冲式”的物源补给有关,该过程也伴随着卤水镁、钾含量的升高;尾闾盐湖沉积物中仍赋存大量的锂资源,主要与粘土矿物的吸附、卤水夹带及盐类矿物(尤其是硫酸盐矿物)析出有关,且沉积物中约90%的锂可通过补水开采,这为今后盐湖锂资源的可持续开发提供了思路。