高溴油田水的成因：化石藻类的来源
溴（Br）是一种关键的化学原料，主要来源于古代海水蒸发的卤水。随着蒸发过程卤水盐度的增加，溴逐渐通过蒸发浓缩而积累在残余的卤水中。在石膏沉积阶段，残留的蒸发卤水的234 ppm。在岩盐沉积过程中，残留的蒸发卤水中的溴含量可以达到630 ppm。在K-Mg盐沉积阶段，残留的蒸发苦卤中的溴含量超过1000 ppm。因此溴/氯系数（Br/Cl）作为一个关键指标，可用于预测蒸发盐岩中钾盐的形成。现代海水的盐度是3.5%；在海水蒸发浓缩到原始海水盐度的5-6倍，才开始沉积石膏；在海水蒸发浓缩到原始海水盐度的10-11倍才开始沉积石盐；而需要蒸发浓缩到原始海水盐度的60-70倍以上才能沉积钾镁盐。通常高溴的地下卤水被认为来源于浓缩的古代海水，如山东东营黄河三角洲的地下卤水，目前资源逐渐枯竭（图1）。
图1. 山东东营沿海利用地下卤水提溴之后生产的原盐
中国西北部鄂尔多斯盆地靖边气田奥陶系马家沟组，在顶部风化壳中储集的海相卤水表现出异常高的溴含量（平均值为1590 ppm）。根据溴/氯系数（Br/Cl）推测，达到了海水蒸发形成钾盐的级别。然而令人的困惑的是，此前长期的研究并未在该地区发现大规模的钾盐沉积。根据卤水主量元素Janacke图和盐度分析发现，这些油田卤水来源于古代蒸发的海相卤水（图2）；但是根据盐度却仅仅蒸发到了石膏阶段；因此这种高浓度的低盐度卤水，明显有来自其它溴源的补充。全球各地油田水中，也多处曾经发现过高溴的油田卤水。
图2.根据Janacke图分析靖边气田马家沟组顶部风化壳中油田水来源于奥陶纪海水
鄂尔多斯盆地靖边气田高溴油田水相邻地层包括奥陶系马家沟组，以及上覆的石炭纪和二叠纪海相和陆相交替沉积。这些沉积物中富含大量化石藻类和泥炭样有机物（图3）。现代藻类中的溴含量可以达到600ppm以上，现代海洋的研究发现在海相藻类埋藏成岩中，会向周围水体释放出高含量的溴。这一现象解释了鄂尔多斯盆地靖边气田中观察到的高溴异常现象。因此，中国地质科学院矿产资源研究所樊馥教授级高级工程师（第一作者）与中国矿业大学孟凡巍教授（通讯作者）等人合作，识别出鄂尔多斯盆地靖边气田高溴油田水中的溴主要为有机来源，来源为化石藻类埋藏成岩阶段释放出的高含量的溴。
图3. 靖边气田马家沟组丰富的叠层石藻类化石
本次研究得到中国科学院基础前沿科学研究计划“从0到1”原始创新项目（项目号：ZDBS-LY-DQC021）的支持。
论文信息如下：
Fu Fan, Fanwei Meng, Yunqi Ma, Hongping Bao, Zhanrong Ma & Saif Ur Rehman. Mechanisms Underlying the Bromine Anomaly in the Brine of the Jingbian Gas Field, Ordos Basin, Northwestern China. Aquatic Geochemistry, online
https://link.springer.com/article/10.1007/s10498-024-09431-w
