萨瑟库里湖水型铀矿床成矿学特征

姚振凯，马 亮，陈为义

（1.核工业230研究所，湖南 长沙 410007；2.中广核铀业发展有限公司，北京 100029）

萨瑟库里湖水型铀矿床，位于塔吉克斯坦东南部，属塔吉克斯坦帕米尔铀成矿区中南部位，靠近阿富汗北缘（图1）。萨瑟库里湖是帕米尔高原萨瑟库里盆地内几个堰塞湖中最大的一个，在湖的东南侧有奥什—霍罗格国家级公路通过，该湖与霍罗格城相距195 km，与湖东北最近的阿里丘尔村庄相距12 km［1］。区域气候属强干旱气候，年降雨量为108 mm，而年蒸发量达562 mm，年均气温为5℃。

萨瑟库里湖水型铀异常发现于1958年，到1963年，湖水中铀的工业意义才被确认，直至1977年最终获批准。1975～1977年，塔吉克斯坦地质局进行了专门的湖水铀远景评价，确定为一个伴有硼、锂和钨的小型铀矿床，并推荐工业利用上述伴生元素，还建议在湖区进行隐伏内生和水成铀矿床的普查找矿工作，因为它们有可能是湖水铀的源头。

1 区域地质特征

萨瑟库里盆地大地构造位置属帕米尔活化区北缘［2］，以撒马尔汗断裂为界，与天山活化区南缘相毗邻。帕米尔活化区是向北突出的弧形马鞍状构造区，区内地势高峻，山峰林立，海拔多在5000 m以上。

帕米尔活化区的大地构造演化，经历了前地槽、地槽、地台和活化等4个大地构造阶段［2］。

前地槽阶段：主要为前寒武纪形成的两套岩系：下部为前寒武纪结晶片岩、片麻岩、大理岩和石英岩等，其变质程度较深，褶皱强烈且紧闭，并有角闪岩、闪长岩和花岗岩侵入其中；上部不整合覆盖着一套变质程度相对较浅的石英绿泥石片岩、变质粉砂岩，其同位素年龄为918 Ma。

地槽阶段：始于早寒武世，初动期为早寒武世至晚志留世，其间沉积了一套由浅变质的白云岩、白云质灰岩、千枚岩、片岩、硅质岩和变质砂岩夹灰岩等组成的复理式建造、硅质岩含铁建造及碳酸盐岩建造等。早泥盆世至晚石炭世加里东运动使区域地层发生强烈褶皱，进入地槽激烈期。早泥盆世至早石炭世由于部分地区隆起而缺失沉积，大部分地区处于地槽浅-中深海环境，并沉积了较厚的由砂质灰岩、白云质灰岩、白云岩、变质砂岩、粉砂岩、含铁石英岩和千枚岩组成的复理式建造、碳酸盐岩建造和变质砂页岩建造。早二叠世至晚二叠世为地槽余动期，大部分地槽回返，火山岩浆活动强烈，形成厚达2700 m的以安山岩、玄武岩为主的火山杂岩建造。在山间盆地内沉积了厚度达数百米，由变质石英砂岩、钙质砂岩、硅质灰岩、白云岩和生物灰岩等组成的砂质页岩建造、碳酸盐岩建造等。

地台阶段：历时较短，为早三叠世至晚三叠世。此时地壳运动较弱，以震荡运动为主，缺少岩浆活动，大部分地区下沉为浅海，成为特提斯古海的一部分。形成了厚度约千米的砾岩、粉砂岩、页岩、灰岩和鲕状灰岩、竹叶状灰岩等浅海碳酸盐岩建造、砂页岩建造。印支运动结束了地台阶段，并逐步转入活化阶段。

活化阶段：初动期为早侏罗世至晚白垩世，地壳运动逐渐强烈，部分地区上升为陆地，其余地区沉积了厚达2500 m的凝灰质砂页岩、砂岩、底砾岩、灰岩和泥灰岩等。燕山运动期间本区断块运动强烈，全区上升为陆地。古新世至今为活化激烈期，在活化盆地内堆积了厚度大于1500 m，由砂泥岩、砂岩夹石膏层和红色砾岩等组成的红色砂砾岩建造、砂页岩建造和含膏盐建造等。同时岩浆活动强烈，有辉长岩、花岗岩侵入。中、上新世后全区急速上升，形成高山地貌。

帕米尔活化区的深部构造和地球物理特征，是外地壳厚度大（约60 km）、莫霍面显示为一向北突出的弧形幔坳，重力上相应为弧形负异常区，挽近时期地震活动频繁且强烈，构造断块升降运动强烈，总体为上升趋势，目前正处于活化阶段激烈期。

2 矿床地质特征

萨瑟库里盆地位于帕米尔西南和帕米尔东南两个区域构造带的交接处，这两个构造带被阿里丘尔—贡茨克大断裂所隔开。盆地是一个断陷向斜，并充填有中新生代沉积。盆地内及其边缘发育着一系列断块断裂，并分布有几个堰塞湖。萨瑟库里湖是多个湖中最大的一个，并位于盆地中央部位，其内广泛分布着新近纪—第四纪坡积、洪积、风积、湖积及其他成因的沉积。盆地现代湖相沉积中，广泛发育着厚达50 m的永久冻土层，以及冰水盖层和热岩溶漏斗等。湖区的松散堆积表明，曾有多次的第四纪冰川作用，间夹短时间的盆地水沉积物。

在盆地岸缘分布有元古代片岩和夹有大量片麻状花岗岩、伟晶岩和有细晶岩侵入的大理岩，侏罗纪泥质页岩、砂岩和灰岩，白垩纪—古近纪的安山岩及凝灰岩。

萨瑟库里湖水文地质条件复杂，除地表河水进入湖区外，最主要的是含有矿物质的深部脉状裂隙水。脉状裂隙水又根据水的温度、化学和气体成分，分出冷碳酸型水和热水两种。湖水面海拔高3825 m，湖面轮廓为NE向延伸的椭圆形，长4200 m，宽2100 m，其形态明显受NE向断裂控制。湖水面积约7 km2，平均水深约2 m，最深为3.7 m，湖水体积约1400万m3。湖水苦带臭味，其温度从湖水表面至深1.5～2.0 m为10～17℃，往深处水温增高，到湖底达27～30℃，这种现象是因为在湖底有层厚度约0.3 m的热泥层加热所致。当热泥富含有机质达到3.9%时，其温度高达35℃。

在湖底及湖岸分布着数十个直径为0.5～5.0 m、高达3 m的钙华柱，其中有些是“干的”，有些与苦咸水泉相关，或与略带盐分的涌水量达5 L·s-1的涌水泉有关。部分涌水泉的铀质量浓度达到38.4 mg·L-1。湖水分上、下两个水化学层，上层为0～2.0 m；下层为2.0～3.7 m（图2），各层的矿化度值和盐类成分各不相同，这与湖水盐类成分和湖水不同成分的源头水相混合有关。湖水水源有塔姆迪河、库姆迪小溪和湖滨与湖底的大量矿泉，以及大气降水。在塔姆迪河上游有一群铀云母矿点（如上塔姆迪、下塔姆迪和舍格姆别特铀矿点），可作为塔姆迪河水和湖水的铀源。

萨瑟库里湖水是富含铀、硼、锂和钨等多种组分的水（表1）。湖内卤水的铀含量，与地浸开采铀矿床所获的工业产品液相类似，具有工业意义。

表1 萨瑟库里湖水铀及其伴生组分的含量［1］Table 1 Content of uranium and associated components in Sasyk-kul lake water［1］

湖内卤水通过234U、238U的同位素年龄测定 ，依 В.В.Черданцев公 式 计 算 得 出 为13.6×104a，相当于第四纪中更新世末—晚更新世初形成。

根据湖水和湖底淤泥中的铀含量（表1），计算出水体铀资源量为473.2 t；淤泥按其平均厚度0.3 m，计算出铀资源量为40 t；全湖铀资源总量约510 t。

3 矿床复成因成矿模式

关于湖水的铀成矿作用，当地一些学者提出了 3 种成因观点［1］：

第1种是蒸发成因观点，认为该区长期处于强干旱和寒冷气候带，湖水中铀的浓缩与湖水蒸发和冻结作用有关。主要依据是：①湖水的区域年蒸发量（562 mm·a-1）远大于年降雨量（108 mm·a-1），冬季结冰厚度达0.47 m，其冰层的矿化度为26.9～38.9 g·L-1，而湖水的矿化度为 122.9～129.8 g·L-1，说明大量矿质组分在水体中浓集，在夏季这些原位于冰层内的矿质组分又重新溶解，这种溶解—蒸发—浓集过程周而复始地进行；②萨瑟库里湖形成13.6×104a以来，湖水面经多次变化，湖水通过长期的强烈蒸发和冰冻作用，使水体中铀的富集达到现今工业产品液数值，形成液态铀矿床；③在湖区东、西岸和东北岸附近，施工了5个深达200 m的岩心钻孔，在各种不同时代的岩石中，以及循环裂隙水中，均未发现铀和其他元素异常，进一步证明是湖卤水蒸发成矿作用所致。

第2种是热水成矿观点，认为在滨湖大断裂带的巴赫齐亚尔泉中有氡-氦异常，以及钙华柱中有含铀水等（图1），推测在湖附近有隐伏内生或热液铀成矿作用，铀及其伴生组分从中溶解、迁移和富集所成。具体依据是：①在萨瑟库里盆地西北附近的阿里丘尔—贡茨克大断裂中发现近代热液作用，并在阿里丘尔河冲积阶地内形成穹隆状硫化物体；②在已施工深达60 m的钻孔中，发现矿泉水温度达 35℃，矿化度为2.3～4.1 g·L-1，硼质量浓度达 122 mg·L-1，硅酸达 186 mg·L-1，氟达 8 mg·L-1，锂氧化物达 6.6 mg·L-1，以及含碘、溴、铷、铯和锶等其他组分；③热水成矿作用很可能与阿里丘尔—贡茨克大断裂带内的裂隙循环热水卸压有关，或者与湖滨断裂内的裂隙水和层状水通过温泉及钙华柱卸压有关，地下热水在循环途中从岩石中淋滤出，并富集铀及其他组分而成矿。

第3种是火山后热液成因观点，认为与第四纪中更新世—晚更新世的火山后热液活动有关，只是目前还缺乏必要的地质依据，但不能排除与火山作用相关的热液铀矿床的设想，尚待今后提供实际资料验证。

笔者在前人研究基础上，综合提出近代湖水复成因（即多因复成）成矿模式［3］，这是基于萨瑟库里湖水型矿床表生水和深成热水成矿作用并存（既有表生水淋积成矿作用，也有深部地下热水成矿作用），以及铀成矿富集以湖水在长期强干旱气候条件下的蒸发浓缩作用为主、其他成矿作用为次所成。

该湖水型铀矿床的成矿演化，是在前地槽、地槽和地台阶段，主要是形成砂页岩建造和岩浆岩建造中的含铀层体，为新生代活化阶段铀活化成矿提供铀源。工业铀矿化是在活化阶段形 成［4］，湖水 铀成 矿年龄为13.6×104a就是很好的证明。铀成矿作用可能现在依然延续进行。

4 铀提取工艺［1］

1975～1976 年，塔吉克斯坦地质局对萨瑟库里湖进行了一系列专门研究，前全苏化学工艺科研所用薄膜法，某工艺实验室用吸附法，分别研究了从湖卤水提炼铀的可能性。曾认为，由于湖卤水矿化度及氯离子含量高，影响铀的吸附，从卤水提取铀需要花费大量离子交换树脂，导致经济上不划算。前全苏化学工艺科研所曾认为，用薄膜法从湖卤水提取铀基本上是可行的，只可惜因需专门设计和设备，导致研究工作未能继续进行下去，并曾确认化学工艺处理卤水需耗电能1 kW·m-3。

2001年，该工艺实验室又做了一系列新的实验，认为从卤水中提取铀是可行的。开始用离子交换树脂、活性炭、天然沸石及膨润土等，以人工合成吸附剂和天然吸附剂吸附法提取铀。试验得出，用吸附法是不划算的，因为湖卤水含盐量高，包括氯离子含量也高，故吸附氯离子未获得成功；后来采用沉淀法和共同沉淀法提取铀，在用石灰质、强碱和烷基氨等不同类型的沉淀剂提取铀亦未获成功，但用铁或钛的水化物作共同沉淀剂提取铀获得了成功。

这种共同沉淀剂法需要特殊条件，即必须在一种溶液中直接获得铁或钛的水化物，并与铀同时产生沉淀，只有在此种情况下才能获得最发育的某种混合杂质的活化表面。曾经做过4种不同方案的共同沉淀实验：第1种方案是未修正原始溶液的pH值；第2种方案是先降低原始溶液的pH值，使pH值达到6～7的中酸性液来清除部分碳酸盐，并使铁或钛的盐类进入溶液；第3种方案是先用硫酸把全部碳酸盐从原始液中清除，并用氨使溶液的pH值达到6～7，并使铁或钛的盐类进入溶液；第4种方案与第3种方案相同，但还进行了1～7次的水化物沉淀，每次时间为1 h。第3种方案是在溶液pH＝1时，全部分离碳酸盐情况下获得了最好的效果。在此最优方案中采用铁盐使铀沉淀率达到97%～99%，采用钛盐时铀沉淀率达99%～100%。第4种方案的研究表明，采用水化物反复多次沉淀是可行的，但次数不应超过5次。如果在第5次采用铁盐时铀沉淀率可达70%，用钛盐铀沉淀率可达94%，但到第6次时铀沉淀率速减，其值相应减至30%及50%。

从上述研究得出结论，要从萨瑟库里湖卤水中获得铀沉淀最佳效果，必须具备下列条件：①用pH＝1的酸液分离过剩的碳酸盐，分解铀碳酸盐络化物；②在pH＝6～7的中性液中加入相应的氯化铁或氯化钛，使新形成的铀水化物沉淀；③水化物沉淀的反复次数不应超过5次；④为使化学反应式平衡，每次新液的水化物沉淀时间在1 h内足够。获得沉淀的水化物中铀品位为0.46%～0.50%。在硫酸pH＝1及沉淀物的固液比为1∶1.5时，可获得铀质量浓度为250～300 mg·L-1及铁为1.5～3 g·L-1的产品溶液。从这种溶液中用吸附法提取铀是具工业意义的。

尽管上述从萨瑟库里湖卤水中获得铀是可行的，但工业上应用此方法花费成本高，试剂消耗大，每千克铀需用硫酸：827 kg，氨水：175 kg，氯化铁：74 kg，而且生产中还有其他花费。由此得出，从萨瑟库里湖卤水中获得工业铀的技术是可行的，但经济上是不划算的。需要寻找其他更经济方法来提取铀。

5 结 论

（1）萨瑟库里湖水型铀矿床，实践中存在一些难题影响对其开发：①目前尚无对此类化学成分的卤水进行提炼铀及伴生组分的技术-经济可行的工艺流程；②由于此类型矿床常位于高山峻岭，交通不便，路途遥远，气候恶劣和人烟稀少之地区，导致生产组织、物质材料及电能设备供应方面困难等；③铀资源是否能保证开采问题，尚需查明湖水源头每年能补给湖水多少工业规模的铀源。如果铀源充足的话，则现今湖水铀质量浓度应比现今实际的高出许多倍。

（2）对湖水型铀矿床的工作方向建议：①先用大网格法选择重点地质地段系统进行取样，分析不同温度水层及淤泥层的铀含量，核实平均铀品位和平均厚度，详细准确计算湖内的铀储量，因为湖水体内不同水温层及底部淤泥层的铀品位，在不同水文地质平面和剖面位置其值可能是不同的；②对湖水的不同温度层和淤泥层，分别查明其水化学成分和特征，并继续探索提取铀的技术-经济可行的工艺流程；③在湖周边扩大找矿，寻找内生、外生和复成因铀矿床。

（3）湖水型铀矿床复成因成矿模式的意义在于，水体铀矿床实例稀少，文献报道本矿床尚属首例。现有文献几乎全为传统的固体铀矿床，而近代水体铀成矿富集机理研究极少，尤其是对此复杂的复成因水体铀矿床研究更属空白。今后应尽可能在勘查工作进程中作出半定量或定量铀成矿分析。对此类型铀矿成矿理论中的许多问题，尚需进行深入探索和研究。

（4）根据粗略定性成矿分析，认为近代强干旱地区的我国西北新疆、青海、甘肃、宁夏和内蒙古等地，尤其是吐哈盆地等，值得在堰塞湖区进行探索找矿。不仅找湖水型铀矿床，还要进一步在堰塞湖周边找内生、外生及复成因铀矿床。在找矿中可采用水化学找矿方法，对河湖池泉水进行取样分析，是行之有效的找矿途径。

［1］ Pазыков З А，и др. Урановые месторождения Таджикистана［M］. Чкаловск，2002:6-8；136-143；186-188.

［2］陈国达.亚洲陆海壳体大地构造［M］.长沙：湖南教育出版社，1998:230-232.

［3］姚振凯，郑大瑜，刘翔.多因复成铀矿床及其成矿演化［M］.北京:地质出版社，1998:11-25；87-117.

［4］姚振凯，刘 翔.中亚独联体五国铀成矿的大地构造背景［J］. 大地构造与成矿学，2000，24（1）:1-8.