西藏高原达则错湖泊铀富集特征

郝伟林,王志明,林效宾

(核工业北京地质研究院 中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室,北京 100029)

达则错位于那曲市尼玛县城东15 km,湖水面积254 km2,湖面海拔4 461 m。达则错流域平均年降水量200 mm,年蒸发量2 302 mm,气候寒冷干燥,入湖河流主要为西部的波仓藏布,在湖南部和西北部有季节性河流汇入,湖水全年补给量5.56×108m3[1]。

达则错湖盆为班公湖--怒江构造带控制的中--新生代构造断陷盆地中的次一级坳陷盆地,边缘有侏罗系、白垩系灰岩、砂砾岩和新近系砂岩、泥岩出露,盆内为第四系砂泥岩和含盐粉砂黏土覆盖,为构造成因湖泊[2--3]。

盐湖或咸水湖中的铀资源是一种非常规铀资源,并可以形成铀矿床,达则错位于藏北高原含铀盐湖区,湖水铀浓度较高,在该湖北岸开展了现场提铀试验,利用模拟湖水开展了室内提铀试验[4--10]。本文通过系统的野外调查和取样分析,初步查明达则错湖水和沉积物的铀分布规律,讨论铀元素的来源和富集特征。

1 分析测试方法

2013年秋季在达则错开展了系统的采样工作,布设37个取样点,获得湖水不同深度水样69件,沉积物样品19件(图1)。深层水样采用蠕动泵抽取,湖底淤泥利用挖泥斗取样,同时测量湖水深度。室内分析测试在核工业北京地质研究院分析测试研究所完成,水中铀浓度分析使用ICP--MS 2000质谱仪,水质简分析使用883 Basic IC pluse离子色谱仪、AT--510全自动滴定分析仪、ICS--1100离子色谱仪,固体铀含量分析使用PerkinElmer Elan DCR--e型等离子体质谱分析仪,铀同位素比值使用OCTETE--Plus低本底α能谱仪。

图1 达则错湖水等深和表层湖水铀浓度等值线图Fig.1 Contour map of water depth and uranium concentration of surface water in Lake Dagzeco

2 达则错湖泊基本特征

2.1 湖泊面积和深度

达则错东部的南岸和北岸,离岸200 m 水深即超过5 m,最大深度出现在DZC--14点,深度为36 m,湖水呈一深碗型,水深超过30 m 的范围超过50 km2,湖底深度具有南缓北陡的特征(图2)。湖水平均深度为20.8 m,估测全湖水量约5.0×109m3。

2.2 湖泊水化学特征

达则错周边补给河水的矿化度为236～328 mg/L,平均270 mg/L,水化学类型为HCO3--Ca·Mg或HCO3--Mg·Ca。

达则错表层水体矿化度为17.27～20.27 g/L,平均19.46 g/L,为海水的56%,在河流入湖处及河口逆时针方向的湖泊近岸水体的矿化度略低,为17.27～19.05 g/L;湖泊中部偏北的区域受河流补给影响较小,水体的矿化度相对较高,为19.86～20.27 g/L。表层湖水阴离子以碳酸盐(CO3＋HCO3)为主,阳离子以Na为主,分别占阴阳离子毫克当量总数的43.88%、94.93%,水 化 学 类 型 为(CO3＋HCO3)·SO4--Na型,湖泊类型为弱度碳酸盐型咸水湖[11]。

垂向上,由浅及深矿化度略有增加,8 m、18 m、28 m 深度湖水平均矿化度分别为19.89 g/L、20.13 g/L、20.92 g/L,增 幅 为0.05 g/(L·m),深层水化学类型与表层一致。

3 达则错铀元素分布特征

3.1 湖水铀分布特征

根据2013年9月底至10月初取样分析,湖表水体铀浓度264～324μg/L,平均铀浓度为286μg/L,最高铀浓度达到海水的百倍,铀浓度较高区域在达则错南部和西北部湖岸地带,中部铀浓度分布较为均匀[12](图1)。

图2 达则错南北向断面铀浓度(μg/L)等值线图Fig.2 Contour of uranium concentration(μg/L)along SN strike section of Lake Dagzeco

湖水深部铀浓度略大于表层,8 m 深度湖水铀浓度为285～292 μg/L,平 均 值 为288μg/L;18 m 深 度,铀浓度为283～301μg/L,平均为290μg/L;28 m 深度,铀浓度为295～311μg/L,平均为300μg/L。由表层到深部湖水铀浓度是增加的趋势,18 m 以上湖水充分混合带每米增幅为0.28μg/L,18～28 m 之间每米增幅为1.3μg/L(图2)。表层湖水矿化度和铀浓度相对较低,是受河水补给的影响。

3.2 盆地及周边岩体放射性特征

达则错南部河水发源于安山岩(J2q)和砂岩(K2j)等地区,铀含量为2.55μg/g,河水平均铀浓度为2.47μg/L;西部波仓藏布主要流经灰岩(K1)和火山岩(E1-2)地区,火山岩铀含量2.5μg/g,河水平均铀浓度为3.12μg/L;西北部那若曲岗河发源于灰岩和花岗闪长岩(K1)地区,花岗岩铀含量4.67μg/g,钍铀比值为6.27,显示岩体铀的迁出,河水平均铀浓度为3.64μg/L。达则错周边河水铀平均浓度为3.09μg/L,明显高于扎布耶盐湖的周边河水和西藏高原其他地区河水铀浓度,略低于黄河干流铀浓度,达则错湖水的铀元素来自于周边岩体和地层,通过河水迁移到湖泊中[13--15]。

3.3 湖水铀存在形式

表1 达则错及周边水体铀存在形式计算结果(%)Table 1 Calculation results of uranium forms in Lake Dagzeco and surrounding waterbody

3.4 湖泊同位素比值特征

达则错湖水234U/238U 值为1.67～1.87,平均值为1.76,青藏高原地壳抬升强烈,风化作用较强,铀元素易进入水体,在达则错流域地表水体铀浓度较高(表2)。达则错湖水234U/238U值最高为DZC--27(0 m)的1.87,该点靠近西部河流补给处,其18 m 深度234U/238U 值仍然比较高,是由于河流携带大陆风化铀元素进入湖泊导致,至DZC--12和DZC--22点是河流能够直接影响的最大区域。234U/238U 值最低值出现在湖区北部,该处河流补给影响较少,湖水清澈。

表2 达则错湖水234 U/238 U 值与铀浓度Table 1 Statistic result of 234 U/238 U and uranium concentration of Lake Dagzeco

3.5 湖泊沉积物特征

达则错西部湖底沉积了河流携带的泥沙,由于淡咸水的混合作用,大部分泥沙在西部河口沉积,为黄色含砂淤泥;在中部偏西的DZC--11、DZC--20 和DZC--28 点表层黄色淤泥厚2 cm,下为黑色淤泥,DZC--26点表层黄色淤泥厚度为5 cm,下为黑色淤泥;向东湖水深度增加,河流泥沙很少到达,沉积物主要为有机沉积(含有机质淤泥),有机质主要为西藏拟溞外壳和排泄物,有臭味,含水率高,粘手。

湖底沉积物铀含量为2.31～4.08μg/g,平均为3.16μg/g,略高于我国东海大陆架海底沉积物中的铀含量3.0μg/g[16]。达则错沉积物铀含量高值区分布在湖泊中部深水区和西部近岸区域,主要受两方面影响,一是浮游藻类生物沉积在湖水最大深度处,底泥含有较多有机质,具有较强还原性和吸附作用,使铀含量相对增加;二是河流携带含铀悬浮物在湖岸咸淡水混合时,由于悬浮物的沉积使西部近岸区域沉积物铀含量略有增加。

4 河口带铀地球化学行为

波仓藏布河水与湖水的混合带,矿化度逐渐增高,呈乳白色,阴离子以SO4为主,阳离子以Na为主,水体中Mg、Ca、HCO3含量相对降低(图3)。

河水铀浓度在河口混合前,变化不明显,维持在2.59～3.71μg/L 的水平,在河口混合带随着高铀浓度湖水的混合,混合带3 km 范围内,铀浓度快速增加到125μg/L,之后升高到271μg/L。

波仓藏布下游河道内含淤泥碎屑沉积物铀含量为3.27μg/g(NM1609),河口混合带沉积物为灰白色或红色含砂淤泥,平均铀含量为2.12μg/g,湖泊西部沉积物主要为黄色淤泥夹少量黑色有机质,平均铀含量为2.79μg/g,混合带和湖区西部沉积物没有出现铀含量的明显增加。

图3 河口混合带水体、悬浮物和沉积物铀含量变化图Fig.3 Uranium contents of water,suspended solids and sediments in estuarine mixing zone

达则错西部补给河流悬浮物主要来自河流携带泥沙、河口表层沉积物再悬浮和碳酸盐矿物的沉淀,混合带悬浮物的铀含量明显增高,由3.1μg/g快速增加到9.9μg/g,之后悬浮物铀含量逐渐降低到2.51μg/g,与湖泊西部黄色和灰色沉积物铀含量相当。

河口混合带由于水化学环境的改变,铀酰离子部分附着在悬浮物上,至咸水区悬浮物离开水体进入底质,由于铀酰离子与碳酸离子具有较强的络合能力,铀元素以碳酸铀酰的形式存在于水体中,沉积物的铀含量没有明显增加。

5 结论

1)湖水及湖底沉积物测试结果表明,达则错湖水最深为36 m,平均深度20.8 m,湖水盐度为19.86 g/L,湖泊水化学类型为(CO3＋HCO3)·SO4--Na型,为弱度碳酸盐型咸水湖。湖表水体铀浓度为286μg/L,垂向上略有增加,湖底沉积物铀浓度平均铀含量为3.16μg/g。

2)达则错湖水的铀元素来自于周边岩体和地层,经风化作用,通过河水迁移到湖泊中。

3)悬浮物在河口混合带对铀具有较强的吸附能力,淡水和咸水的混合过程中悬浮物铀含量快速升高;在咸水区,悬浮物离开水体进入底质,铀元素以碳酸铀酰的形式存在于水体中,湖底沉积物的铀含量没有明显增加。

4)达则错湖水铀浓度最高达到海水的百倍,是一种盐湖型非常规铀资源;湖水矿化度为海水的56%,是开展提铀试验的有利湖泊。