塔木素鈾礦床地下水化學特征研究

王鳳崗，侯樹仁，李有民，郝偉林，門 宏

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塔木素鈾礦床地下水化學特征研究

王鳳崗1，侯樹仁2，李有民2，郝偉林1，門 宏2

(1.核工業(yè)北京地質(zhì)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；2.核工業(yè)208大隊，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

地下水化學特征；高礦化度地下水；塔木素鈾礦床

地下水對砂巖型鈾礦成礦起著十分重要的作用。我國北方大部分砂巖型鈾礦床中，地下水礦化度均不高(礦化度一般<10 g·L-1)，而塔木素鈾礦床地下水則礦化度較高(平均達35.39 g·L-1)，這在我國北方砂巖型鈾礦床中十分罕見，具有特殊的水文地球化學意義。

1 地質(zhì)背景及水文地質(zhì)條件

塔木素鈾礦床位于內(nèi)蒙古西部巴音戈壁盆地南部因格井坳陷東段北緣。在區(qū)域構(gòu)造位置上因格井坳陷屬蘇亥圖坳陷的次級構(gòu)造單元，是疊置在雅不賴山-狼山古克拉通北緣宗乃山-沙拉扎山陸殼巖漿弧上的NE向箕狀坳陷。因格井坳陷北緣為宗乃山-沙拉扎山隆起，南緣為巴彥諾爾公隆起，均受區(qū)域深大斷裂控制，南緣為巴丹吉林斷裂，北緣為宗乃山-沙拉扎山南緣斷裂(圖1)。

圖1 塔木素礦區(qū)地質(zhì)簡圖(核工業(yè)208大隊，2013)Fig.1 Geological sketch of Tamusu area

塔木素地區(qū)地下水屬巴音戈壁盆地南部的因格井坳陷地下水的一部分。根據(jù)盆地結(jié)構(gòu)、構(gòu)造，并結(jié)合該地區(qū)地下水的補-逕-排系統(tǒng)，可將因格井自流水坳陷進一步細分為幾個自流水坳陷，而塔木素地區(qū)位于因格井自流水坳陷，該坳陷是一個相對獨立的水文地質(zhì)單元[1-2]。區(qū)內(nèi)屬中溫帶大陸性氣候，干旱少雨，年平均降水量為50～125 mm，年蒸發(fā)量2800～4100 mm，地表無常年性河流和水體(李有民，2013)。

塔木素鈾礦床鈾礦化主要產(chǎn)在巴音戈壁上段(K1b2)地層中，鈾礦化在平面上呈板狀，剖面上呈帶狀或透鏡狀。礦體有砂巖礦體、泥灰?guī)r礦體和砂泥混合型礦體，礦體產(chǎn)狀平緩。主礦體主要埋深在300～500 m之間，其中300 m附近以泥灰?guī)r型礦體為主，500 m附近以砂巖型為主(侯樹仁，2014)。

2 地下水化學特征

本文研究的地下水樣品在區(qū)內(nèi)專門水文地質(zhì)孔中采用定深采樣的方法采集，采樣深度為510 m含礦含水層，個別為鉆孔內(nèi)120 m處(表1)。

表1 塔木素地區(qū)水質(zhì)簡分析結(jié)果

注：分析測試單位為核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試所(下同)。

2.1 水化學特征

對采集的地下水樣品進行了水質(zhì)簡分析(表1)。

地下水礦化度較高，變化范圍為17.18～49.65g·L-1，平均為35.39g·L-1。鉆孔中通常由上而下，礦化度也有由低到高的變化趨勢。

水化學類型主要為Cl·SO4-Na型，隨著礦化度的增加，水化學類型逐步轉(zhuǎn)變?yōu)镃l-Na型。

由分析結(jié)果可以看出，塔木素鈾礦床地下水是高礦化度地下水，這在砂巖型鈾礦床中是很罕見的。

地下水中鈾含量為0.14～73.1μg·L-1，平均16.35μg·L-1。依據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料分析，該地區(qū)地下水中鈾含量背景值為5.55μg·L-1，偏高值為13.79μg·L-1，增高值為22.03μg·L-1，異常值為30.23ug·L-1[1-2]。除ZKH52-12-1屬異常值外，其它鉆孔的地下水中鈾含量處于背景值或偏高值。通過表1還發(fā)現(xiàn)，地下水中鈾含量與礦化度總體上呈負相關關系。

2.2 同位素特征

塔木素地區(qū)D-O同位素分析結(jié)果及234U/238U分析結(jié)果(表2)。

從表2可以看出，地表水δ18O= -7.1‰～-7.4‰，δD=-56.5‰～-58.9‰；地下水δ18O=-7.2‰～-8.9‰。δD=-73.9‰～-75.1‰。與地表水體穩(wěn)定同位素相比，二者均明顯偏低。

以烏魯木齊大氣降水線(δ18O=7.31×δD+3.95)為我國西北內(nèi)陸地區(qū)大氣降水典型代表，根據(jù)塔木素地區(qū)地表水與地下水中穩(wěn)定同位素的組成，形成塔木素地區(qū)δD-δ18O同位素關系圖(圖2)。

表2 塔木素地區(qū)同位素分析結(jié)果

圖2 地下水δD-δ18O同位素關系圖Fig.2 Relation between δD and δ18O in groundwater

由圖2可以看出，塔木素地區(qū)遠離地下水補給來源，雨水同位素值較低。塔木素地區(qū)地表水向右下偏移大氣降水線，平均礦化度為1.82g·L-1，位于A區(qū)，為大氣降水補給，并受蒸發(fā)作用影響。而鉆孔地下水位于一條水平線上，分布于B區(qū)，較地表水體氘、氧值明顯偏低，塔木素地區(qū)地下水埋深較大，推測其主要為盆地封存水，僅在局部接受地表水補給。

地下水中234U/238U=1.02～2.16，可見，地下水中鈾同位素比值差異較大，平均234U/238U=1.552。其中ZKH52-12-1及ZKH52-12-2樣品234U/238U值分別為1.02和1.15，234U與238U處于相對平衡，其它3個樣品的234U/238U值均超過1.5，水中234U過量較多[3]。水中234U的增加應該是含礦地層α反沖作用影響所致。由表1和表2可以反映出，234U/238U 值與水中鈾含量有明顯的正相關關系。

3 結(jié)論

塔木素鈾礦床地下水為弱堿性高礦化度地下水，平均礦化度為35.39g·L-1。水化學類型為Cl-Na型和Cl·SO4-Na型，并隨著礦化度的增加轉(zhuǎn)變?yōu)镃l-Na型。

地表水、地下水的δD值和δ18O值差異較大，由此推斷，塔木素地區(qū)地下水主要為盆地封存水，部分接受盆地周邊的地表水補給。

受含礦地層α反沖作用影響，地下水中234U明顯過量，平均234U/238U=1.552，由此推斷，234U/238U值高的地區(qū)為鈾礦相對富集區(qū)。

通過區(qū)域水文資料對比，地下水中鈾含量屬偏高場，且地下水中鈾含量總體與地下水的礦化度呈反比，而與234U/238U值呈明顯的正相關關系。

[1]王 強.巴音戈壁盆地鈾水文地球化學特征分析[R].中國核科學技術進展報告，2009，2：135-139.

[2] 高俊義.因格井盆地塔木素地段水文地質(zhì)條件與鈾成礦關系的研究[R].中國核科學技術進展報告，2009，2：421-424.

[3] 郝士胤，蔣維熙.鈾水文地球化學找礦[M].北京：原子能出版社，1992.

Study on the Chemical Characters of Groundwater in Tamusu Uranium Deposit

WANG Feng-gang1，HOU Shu-ren2，LI You-min2， HAO Wei-lin1，MEN Hong2

(1.CNNCKeylaboratoryofUraniumResourceExplorationandEvaluationTechnology，BeijingResearchInstituteofUraniumGeology; 2.GeologicPartyNo208，CNNC，InnerMongolia，Baotou014010，China)

hydrochemical characters；high TDS groundwater；Tamusu uranium deposit

2014-07-15 [改回日期]2014-09-09

王鳳崗(1977—)，男，主要從事鈾礦地質(zhì)和巖礦研究工作。E-mail：Wfg9818@163.com

1000-0658(2015)06-0589-04

P641.4+2

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