西藏高原達則錯湖泊鈾富集特征

郝偉林,王志明,林效賓

(核工業北京地質研究院 中核集團鈾資源勘查與評價技術重點實驗室,北京 100029)

達則錯位于那曲市尼瑪縣城東15 km,湖水面積254 km2,湖面海拔4 461 m。達則錯流域平均年降水量200 mm,年蒸發量2 302 mm,氣候寒冷干燥,入湖河流主要為西部的波倉藏布,在湖南部和西北部有季節性河流匯入,湖水全年補給量5.56×108m3[1]。

達則錯湖盆為班公湖--怒江構造帶控制的中--新生代構造斷陷盆地中的次一級坳陷盆地,邊緣有侏羅系、白堊系灰巖、砂礫巖和新近系砂巖、泥巖出露,盆內為第四系砂泥巖和含鹽粉砂黏土覆蓋,為構造成因湖泊[2--3]。

鹽湖或咸水湖中的鈾資源是一種非常規鈾資源,并可以形成鈾礦床,達則錯位于藏北高原含鈾鹽湖區,湖水鈾濃度較高,在該湖北岸開展了現場提鈾試驗,利用模擬湖水開展了室內提鈾試驗[4--10]。本文通過系統的野外調查和取樣分析,初步查明達則錯湖水和沉積物的鈾分布規律,討論鈾元素的來源和富集特征。

1 分析測試方法

2013年秋季在達則錯開展了系統的采樣工作,布設37個取樣點,獲得湖水不同深度水樣69件,沉積物樣品19件(圖1)。深層水樣采用蠕動泵抽取,湖底淤泥利用挖泥斗取樣,同時測量湖水深度。室內分析測試在核工業北京地質研究院分析測試研究所完成,水中鈾濃度分析使用ICP--MS 2000質譜儀,水質簡分析使用883 Basic IC pluse離子色譜儀、AT--510全自動滴定分析儀、ICS--1100離子色譜儀,固體鈾含量分析使用PerkinElmer Elan DCR--e型等離子體質譜分析儀,鈾同位素比值使用OCTETE--Plus低本底α能譜儀。

圖1 達則錯湖水等深和表層湖水鈾濃度等值線圖Fig.1 Contour map of water depth and uranium concentration of surface water in Lake Dagzeco

2 達則錯湖泊基本特征

2.1 湖泊面積和深度

達則錯東部的南岸和北岸,離岸200 m 水深即超過5 m,最大深度出現在DZC--14點,深度為36 m,湖水呈一深碗型,水深超過30 m 的范圍超過50 km2,湖底深度具有南緩北陡的特征(圖2)。湖水平均深度為20.8 m,估測全湖水量約5.0×109m3。

2.2 湖泊水化學特征

達則錯周邊補給河水的礦化度為236～328 mg/L,平均270 mg/L,水化學類型為HCO3--Ca·Mg或HCO3--Mg·Ca。

達則錯表層水體礦化度為17.27～20.27 g/L,平均19.46 g/L,為海水的56%,在河流入湖處及河口逆時針方向的湖泊近岸水體的礦化度略低,為17.27～19.05 g/L;湖泊中部偏北的區域受河流補給影響較小,水體的礦化度相對較高,為19.86～20.27 g/L。表層湖水陰離子以碳酸鹽(CO3＋HCO3)為主,陽離子以Na為主,分別占陰陽離子毫克當量總數的43.88%、94.93%,水 化 學 類 型 為(CO3＋HCO3)·SO4--Na型,湖泊類型為弱度碳酸鹽型咸水湖[11]。

垂向上,由淺及深礦化度略有增加,8 m、18 m、28 m 深度湖水平均礦化度分別為19.89 g/L、20.13 g/L、20.92 g/L,增 幅 為0.05 g/(L·m),深層水化學類型與表層一致。

3 達則錯鈾元素分布特征

3.1 湖水鈾分布特征

根據2013年9月底至10月初取樣分析,湖表水體鈾濃度264～324μg/L,平均鈾濃度為286μg/L,最高鈾濃度達到海水的百倍,鈾濃度較高區域在達則錯南部和西北部湖岸地帶,中部鈾濃度分布較為均勻[12](圖1)。

圖2 達則錯南北向斷面鈾濃度(μg/L)等值線圖Fig.2 Contour of uranium concentration(μg/L)along SN strike section of Lake Dagzeco

湖水深部鈾濃度略大于表層,8 m 深度湖水鈾濃度為285～292 μg/L,平 均 值 為288μg/L;18 m 深 度,鈾濃度為283～301μg/L,平均為290μg/L;28 m 深度,鈾濃度為295～311μg/L,平均為300μg/L。由表層到深部湖水鈾濃度是增加的趨勢,18 m 以上湖水充分混合帶每米增幅為0.28μg/L,18～28 m 之間每米增幅為1.3μg/L(圖2)。表層湖水礦化度和鈾濃度相對較低,是受河水補給的影響。

3.2 盆地及周邊巖體放射性特征

達則錯南部河水發源于安山巖(J2q)和砂巖(K2j)等地區,鈾含量為2.55μg/g,河水平均鈾濃度為2.47μg/L;西部波倉藏布主要流經灰巖(K1)和火山巖(E1-2)地區,火山巖鈾含量2.5μg/g,河水平均鈾濃度為3.12μg/L;西北部那若曲崗河發源于灰巖和花崗閃長巖(K1)地區,花崗巖鈾含量4.67μg/g,釷鈾比值為6.27,顯示巖體鈾的遷出,河水平均鈾濃度為3.64μg/L。達則錯周邊河水鈾平均濃度為3.09μg/L,明顯高于扎布耶鹽湖的周邊河水和西藏高原其他地區河水鈾濃度,略低于黃河干流鈾濃度,達則錯湖水的鈾元素來自于周邊巖體和地層,通過河水遷移到湖泊中[13--15]。

3.3 湖水鈾存在形式

表1 達則錯及周邊水體鈾存在形式計算結果(%)Table 1 Calculation results of uranium forms in Lake Dagzeco and surrounding waterbody

3.4 湖泊同位素比值特征

達則錯湖水234U/238U 值為1.67～1.87,平均值為1.76,青藏高原地殼抬升強烈,風化作用較強,鈾元素易進入水體,在達則錯流域地表水體鈾濃度較高(表2)。達則錯湖水234U/238U值最高為DZC--27(0 m)的1.87,該點靠近西部河流補給處,其18 m 深度234U/238U 值仍然比較高,是由于河流攜帶大陸風化鈾元素進入湖泊導致,至DZC--12和DZC--22點是河流能夠直接影響的最大區域。234U/238U 值最低值出現在湖區北部,該處河流補給影響較少,湖水清澈。

表2 達則錯湖水234 U/238 U 值與鈾濃度Table 1 Statistic result of 234 U/238 U and uranium concentration of Lake Dagzeco

3.5 湖泊沉積物特征

達則錯西部湖底沉積了河流攜帶的泥沙,由于淡咸水的混合作用,大部分泥沙在西部河口沉積,為黃色含砂淤泥;在中部偏西的DZC--11、DZC--20 和DZC--28 點表層黃色淤泥厚2 cm,下為黑色淤泥,DZC--26點表層黃色淤泥厚度為5 cm,下為黑色淤泥;向東湖水深度增加,河流泥沙很少到達,沉積物主要為有機沉積(含有機質淤泥),有機質主要為西藏擬溞外殼和排泄物,有臭味,含水率高,粘手。

湖底沉積物鈾含量為2.31～4.08μg/g,平均為3.16μg/g,略高于我國東海大陸架海底沉積物中的鈾含量3.0μg/g[16]。達則錯沉積物鈾含量高值區分布在湖泊中部深水區和西部近岸區域,主要受兩方面影響,一是浮游藻類生物沉積在湖水最大深度處,底泥含有較多有機質,具有較強還原性和吸附作用,使鈾含量相對增加;二是河流攜帶含鈾懸浮物在湖岸咸淡水混合時,由于懸浮物的沉積使西部近岸區域沉積物鈾含量略有增加。

4 河口帶鈾地球化學行為

波倉藏布河水與湖水的混合帶,礦化度逐漸增高,呈乳白色,陰離子以SO4為主,陽離子以Na為主,水體中Mg、Ca、HCO3含量相對降低(圖3)。

河水鈾濃度在河口混合前,變化不明顯,維持在2.59～3.71μg/L 的水平,在河口混合帶隨著高鈾濃度湖水的混合,混合帶3 km 范圍內,鈾濃度快速增加到125μg/L,之后升高到271μg/L。

波倉藏布下游河道內含淤泥碎屑沉積物鈾含量為3.27μg/g(NM1609),河口混合帶沉積物為灰白色或紅色含砂淤泥,平均鈾含量為2.12μg/g,湖泊西部沉積物主要為黃色淤泥夾少量黑色有機質,平均鈾含量為2.79μg/g,混合帶和湖區西部沉積物沒有出現鈾含量的明顯增加。

圖3 河口混合帶水體、懸浮物和沉積物鈾含量變化圖Fig.3 Uranium contents of water,suspended solids and sediments in estuarine mixing zone

達則錯西部補給河流懸浮物主要來自河流攜帶泥沙、河口表層沉積物再懸浮和碳酸鹽礦物的沉淀,混合帶懸浮物的鈾含量明顯增高,由3.1μg/g快速增加到9.9μg/g,之后懸浮物鈾含量逐漸降低到2.51μg/g,與湖泊西部黃色和灰色沉積物鈾含量相當。

河口混合帶由于水化學環境的改變,鈾酰離子部分附著在懸浮物上,至咸水區懸浮物離開水體進入底質,由于鈾酰離子與碳酸離子具有較強的絡合能力,鈾元素以碳酸鈾酰的形式存在于水體中,沉積物的鈾含量沒有明顯增加。

5 結論

1)湖水及湖底沉積物測試結果表明,達則錯湖水最深為36 m,平均深度20.8 m,湖水鹽度為19.86 g/L,湖泊水化學類型為(CO3＋HCO3)·SO4--Na型,為弱度碳酸鹽型咸水湖。湖表水體鈾濃度為286μg/L,垂向上略有增加,湖底沉積物鈾濃度平均鈾含量為3.16μg/g。

2)達則錯湖水的鈾元素來自于周邊巖體和地層,經風化作用,通過河水遷移到湖泊中。

3)懸浮物在河口混合帶對鈾具有較強的吸附能力,淡水和咸水的混合過程中懸浮物鈾含量快速升高;在咸水區,懸浮物離開水體進入底質,鈾元素以碳酸鈾酰的形式存在于水體中,湖底沉積物的鈾含量沒有明顯增加。

4)達則錯湖水鈾濃度最高達到海水的百倍,是一種鹽湖型非常規鈾資源;湖水礦化度為海水的56%,是開展提鈾試驗的有利湖泊。