基于多鹦鹉优化变分模态分解(MPA-VMD)联合小波阈值去噪的氮空位中心荧光信号降噪方法

《Micromachines》：Denoising Method for NV-Center Fluorescence Signals Based on MPA-VMD Combined with Wavelet Thresholding Yanxin He, Xin Li, Zhonghao Li, Hao Guo, Huan Fei Wen, Jun Tang and Jun Liu

　　

柴达木盆地察尔汗盐湖(Qarhan Salt Lake, QSL)别勒坛区段(Bieletan Section, BLT)的卤水为钾肥及锂产品的重要原料。研究人员采用元素地球化学及氢(H)、氧(O)、锶(Sr)、锂(Li)、硼(B)多元同位素约束，探讨BLT卤水的来源与成因。δD?δ18O结果表明BLT卤水主要源自河水。Li浓度([Li])与B浓度([B])、δ7Li与[Li]、δ11B与[B]/[Cl]的相关性表明，原始物源及硅酸盐风化对河水中B和Li的元素与同位素组成有重要影响，而这些特征在卤水演化过程中被蒸发浓缩及共生盐矿物的沉淀?再溶解作用所掩盖。锶(Sr)同位素排除了北部断裂带CaCl2型流体补给BLT卤水的可能性。综合元素组成及Li、Sr、B同位素特征表明，BLT现今卤水主要来源于西部的乌图美仁河(Wutumeiren River)，经历了持续强烈的蒸发浓缩形成高浓度卤水；格尔木河(Golmud River)/托拉海河(Tuolahai River)及北部断裂带CaCl2型泉水对BLT卤水的贡献可忽略。研究结果表明，元素组成结合多元同位素分析能更有效地揭示河流?盐湖系统中的源?汇过程。

论文解读：基于元素地球化学与H-O-Sr-Li-B多元同位素对察尔木盆地察尔汗盐湖别勒坛区段卤水来源的约束研究

一、研究背景与意义

察尔汗盐湖（Qarhan Salt Lake, QSL）位于柴达木盆地东部，是中国最大的内陆干旱盆地——柴达木盆地中钾盐和锂资源最重要的产地。QSL自西向东分为别勒坛区段（Bieletan Section, BLT）、达布逊区段、察尔汗区段和霍布逊区段，其中BLT含盐层最厚（可达70 m），贡献了全湖约60%的卤水钾盐资源。关于QSL卤水成因长期存在三种模型争议：古大湖自西向东解体迁移模型、东侧昆仑山孤立湖受西部湖水补给模型、现代河流与北部深循环CaCl₂型断层泉水混合补给模型。前人虽在元素地球化学及部分单同位素体系（如Sr或B）有所积累，但对不同区段尤其是经长期开采后的晶间卤水(intercrystalline brine)具体补给来源及其演化过程仍缺乏系统性认识，且蒸发浓缩及盐矿物沉淀再溶解对元素—同位素信号的改造效应尚不明确。研究人员通过开展BLT晶间卤水及周边潜在补给河水（那棱格勒河 Nalenggele River, N.R.；乌图美仁河 Wutumeiren River, W.R.；格尔木河 Golmud River, G.R.；托拉海河 Tuolahai River, T.R.）的综合地球化学与多元同位素（H、O、Sr、Li、B）对比分析，旨在精确示踪BLT卤水物源，厘清蒸发与地下水/深源流体混入在卤水形成中的作用，为盐湖卤水资源评价与可持续开发提供理论依据。本文发表于《Micromachines》。

二、主要关键技术方法

研究人员于2023年11月采集BLT生产井晶间卤水样品13件、周边河流（N.R.、W.R.、G.R.、T.R.）水样14件；现场测定温度与pH，样品经0.45 μm滤膜过滤后低温保存。阴阳离子（K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^?、SO₄^2?、HCO₃^?、CO₃^2?）及微量元素（Sr、Li、B）采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）测定，电荷平衡误差＜5%；矿物饱和指数（Saturation Index, SI）由Phreeqc 3.5计算。氢氧同位素（δD、δ¹⁸O）用激光光谱水同位素分析仪（Picarro L2130-i）以VSMOW标定；⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值用热电离质谱仪（TIMS, Isoprobe-T）测定并以⁸⁶Sr/⁸⁷Sr=0.1194校正；锂同位素（δ⁷Li）用多接收电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS, Nu Plasma II）测⁷Li/⁶Li；硼同位素（δ¹¹B）用热电离质谱（TIMS, Isotopx Phoenix）测定。

三、研究结果

4.1. Element Composition（元素组成）

河水总溶解固体（Total Dissolved Solids, TDS）均值1.23 g/L，西部河流（N.R.、W.R.）Li、B含量高于东部（G.R.、T.R.）；BLT卤水TDS为260.51~380.25 g/L（均值344.46 g/L），富K⁺（均值9.92 g/L）、Li⁺（均值400.87 mg/L）和B（均值260.48 mg/L），为典型Na-Cl-SO₄型卤水。

4.2. Mineral Saturation Index (SI)（矿物饱和指数）

河水对碳酸盐及硫酸钙矿物欠饱和；BLT卤水对石膏(gypsum)、钙芒硝(glauberite)、石盐(halite)、钾盐镁矾(polyhalite)过饱和，部分接近光卤石(carnallite)和钾盐(sylvite)沉淀，指示强烈蒸发浓缩。

4.3. Isotopic Composition（同位素组成）

河水δD=?64~?27‰，δ¹⁸O=?9.0~?2.7‰；BLT卤水δD=?50~?21‰，δ¹⁸O=?2.8~4.4‰。西部河水δ⁷Li均值4.40‰，东部17.48‰，BLT卤水δ⁷Li均值13.46‰（介于东西部之间）。河水δ¹¹B=?6.76~?1.21‰，BLT卤水δ¹¹B=3.75~9.72‰。西部河水⁸⁷Sr/⁸⁶Sr均值0.71160，东部0.71090，BLT卤水⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.71144~0.71162（均值0.71150），与W.R.（0.71153）最接近。

5.1. Hydrochemical Characteristics（水化学特征）

河水多为Na-HCO₃-SO₄型，下游向Na-Cl-SO₄型过渡并伴TDS升高，反映沿途蒸发。BLT卤水具低Ca²⁺/Mg²⁺、低Ca²⁺/SO₄^2?和高(Mg²⁺+Ca²⁺)/(HCO₃^?+CO₃^2?)，说明蒸发过程中Ca/Mg碳酸盐及Ca?硫酸盐先沉淀，使K、Li、B等在残余卤水中保守富集。

5.2. Hydrogen and Oxygen Isotopes（氢氧同位素）

河水沿全球大气降水线（GMWL）分布，下游偏重暗示蒸发。BLT卤水δD-δ¹⁸O沿蒸发趋势线（Evaporation Trend Line, ETL: δD=2.91δ¹⁸O?32.03）分布且与河水GMWL投影相交，表明卤水原始补给为大气降水成因的河水并经强烈蒸发。

5.3. Lithium Isotopes（锂同位素）

西部N.R.与W.R.具轻δ⁷Li，类似东昆仑山区热泉与基岩，反映物源区硅酸盐风化及深源热液/地下水输入；东部G.R.与T.R.具重δ⁷Li。BLT卤水δ⁷Li介于二者之间且接近W.R.，结合蒸发过程中⁶Li优先进入沉淀相致残余卤水δ⁷Li升高，研究人员认为若东部河水源补给则δ⁷Li将异常偏高，故排除G.R./T.R.显著贡献，判定BLT卤水主要源自W.R.蒸发浓缩。

5.4. Boron Isotopes（硼同位素）

河水中[B]与[Li]正相关（R²=0.60~0.75），BLT卤水相关性弱，反映不同生产井处盐矿物差异沉淀/溶解影响。δ¹¹B与[B]/[Cl]负相关说明早期蒸发时¹⁰B优先进入固相使卤水δ¹¹B升高，后期老盐溶解再释放低δ¹¹B B(OH)₄^?降低卤水δ¹¹B并提高[B]/[Cl]。综合表明河流B-Li原始信号被蒸发浓缩及盐矿物沉淀?再溶解改造。

5.5. Strontium Isotopes（锶同位素）

Sr同位素在蒸发与盐矿物沉淀中无明显分馏，可示踪物源。⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值与W.R.（0.71153）及BLT卤水（0.71150）高度吻合，而北部断裂带CaCl₂型泉水虽⁸⁷Sr/⁸⁶Sr相近但其Sr含量显著高于BLT卤水且BLT未见Sr-bearing蒸发岩，据此排除北部深源CaCl₂流体对BLT溶质的主要贡献。

四、讨论与结论总结（翻译Conclusions节）

研究人员利用氢(H)、氧(O)、锶(Sr)、锂(Li)、硼(B)同位素约束BLT卤水来源，得出如下结论：氢氧元素与同位素特征表明BLT卤水起源于河水并经历强烈蒸发。Sr、B、Li同位素组成及元素—同位素相关关系表明BLT卤水主要由西侧乌图美仁河(W.R.)补给，东侧格尔木河与托拉海河贡献有限且可忽略。BLT周边河水元素与同位素组成主要受原始物源及风化过程控制，而BLT卤水则更多受蒸发及伴生盐矿物沉淀作用影响。结果表明，多元同位素综合分析能更有效识别河流—盐湖系统中因复杂元素演化与同位素分馏而模糊的卤水来源或成因。