伊犁盆地地下水水文地球化學(xué)特征與鈾成礦條件分析

何 憂，榮 輝，黃 琨，彭 浩，萬(wàn)軍偉

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源學(xué)院，湖北 武漢 430074)

鈾資源是一種重要的戰(zhàn)略性資源，砂巖型鈾礦是我國(guó)重要的鈾礦資源類(lèi)型，隨著我國(guó)核電的飛速發(fā)展，對(duì)鈾資源的需求量持續(xù)增加，因此加強(qiáng)砂巖型鈾礦的勘查、開(kāi)發(fā)，對(duì)保障和加快核電的發(fā)展十分必要[1-5]。砂巖型鈾礦的形成是水-巖相互作用的結(jié)果，其富集過(guò)程是成礦流體在儲(chǔ)層遷移過(guò)程中與周?chē)鷰r石的復(fù)雜水文地球化學(xué)作用過(guò)程[6-10]，隨著成礦流體向深部的不斷遷移，在以氧化-還原反應(yīng)為主的水文地球化學(xué)作用下成礦流體中的6價(jià)鈾(U6+)轉(zhuǎn)化為4價(jià)鈾(U4+)，并吸附于多孔介質(zhì)的固體顆粒表面而富集成礦[11-14]。因此，研究砂巖型鈾礦地區(qū)地下水的水文地球化學(xué)特征，有助于分析地下水運(yùn)移過(guò)程中的水化學(xué)作用與鈾成礦條件[15-18]。

伊犁盆地是我國(guó)重要的鈾資源基地之一，目前在伊犁盆地南緣已發(fā)現(xiàn)了一系列大型砂巖型鈾礦床，表明該地區(qū)具有良好的鈾資源潛力[19-23]。本文以伊犁盆地為研究對(duì)象，在開(kāi)展野外水文地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)采集區(qū)內(nèi)不同類(lèi)型、不同深度含水層的地下水樣品，通過(guò)測(cè)試地下水中各化學(xué)組分及鈾含量，查明區(qū)內(nèi)地下水的水文地球化學(xué)及鈾含量特征，分析并總結(jié)了伊犁盆地鈾成礦的水文地質(zhì)條件，以為盆地找礦工作提供水文地質(zhì)依據(jù)。

1 伊犁盆地鈾成礦水文地質(zhì)背景條件

伊犁盆地是新疆西天山支脈科古琴山和察布查爾山之間所挾持的山間盆地，盆地走向總體為東西向，為一東窄西寬、向西開(kāi)口的喇叭型，長(zhǎng)約160 km，寬平均約40 km。區(qū)內(nèi)地勢(shì)總體為南北高中間低、東部高西部低，在地貌上表現(xiàn)為近似南北對(duì)稱(chēng)的格局，即以伊犁河河谷為中心，中部為沖積平原，向南北兩側(cè)依次為沖洪積傾斜平原、丘陵及中低山區(qū)。

伊犁盆地自三疊系以來(lái)沉積了巨厚的沖湖積陸相碎屑巖地層，根據(jù)地層巖性及空間展布特點(diǎn)，可以將本區(qū)劃分為5個(gè)含水巖組：第四系孔隙含水巖組、白堊-第三系孔隙含水巖組、侏羅系裂隙-孔隙含水巖組、三疊系裂隙-孔隙含水巖組和前三疊系基巖裂隙含水巖組。其中，第四系孔隙含水巖組基本覆蓋了整個(gè)伊犁盆地，包括分布于盆地中央的第四系沖積成因孔隙含水亞組和出露于盆地南北兩側(cè)傾斜平原的洪積-冰積成因的孔隙含水亞組；三疊系至第三系孔隙或裂隙-孔隙含水巖組僅在山前盆地邊緣地段有少量出露；前三疊系基巖裂隙含水巖組主要分布在盆地外圍南北兩側(cè)的山區(qū)，地層巖性主要為三疊系之前的石炭-二疊系、泥盆系、寒武-奧陶系砂巖、礫巖、灰?guī)r、頁(yè)巖、片巖、凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂巖、玢巖和花崗巖等，詳見(jiàn)圖1。上述含水巖組構(gòu)成垂向具多層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜地下水系統(tǒng)，既有表層第四系孔隙潛水-承壓水含水層，同時(shí)深部還有多個(gè)承壓含水層。

伊犁盆地內(nèi)的孔隙或裂隙-孔隙含水巖組的主要補(bǔ)給來(lái)源是大氣降水、雪融水、河水的入滲補(bǔ)給，以及來(lái)自盆地外圍的地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給。地下水的補(bǔ)給主要發(fā)生在南部和北部的盆地邊緣的沖洪積傾斜平原地帶，在地形和排泄基準(zhǔn)(伊犁河谷)的控制下，地下水總體從山前向盆地中心伊犁河谷徑流。一部分地下水在山前沖洪積傾斜平原與伊犁河谷沖積平原的交界帶溢流成泉直接流入伊犁河，該部分地下水循環(huán)深度淺、徑流條件好；另一部分地下水仍繼續(xù)往深部運(yùn)移，自盆地邊緣向盆地中心徑流至排泄區(qū)，通過(guò)斷層向上越流進(jìn)入第四系含水層，最終排泄入伊犁河，該部分地下水循環(huán)深度大、徑流條件較差。伊犁盆地內(nèi)導(dǎo)水?dāng)嗔褬?gòu)造的存在，使得本區(qū)深部承壓含水巖組構(gòu)成了一個(gè)完整的、比較通暢的補(bǔ)給—徑流—排泄的地下水循環(huán)系統(tǒng)，從而保證了含氧地下水能夠從山前源源不斷地滲入，持續(xù)氧化早先堆積的含鈾砂體(鈾儲(chǔ)層)[24-25]，并在下游還原帶富集成礦。

圖1 伊犁盆地區(qū)域地質(zhì)圖及地下水采樣點(diǎn)分布Fig.1 Regional geological map and distribution of groundwater samples of Yili Basin

2 水樣采集與分析測(cè)試

為了查明伊犁盆地不同類(lèi)型含水巖組、不同循環(huán)深度地下水的水文地球化學(xué)及鈾含量特征，本次野外調(diào)查期間共采集了25組地下水樣品(見(jiàn)圖1)，其中礦坑水5組、井水2組，代表深循環(huán)地下水；泉水18組，代表淺循環(huán)地下水。每組采集3瓶水樣，分別測(cè)試地下水中的陰、陽(yáng)離子和鈾含量，其中陰、陽(yáng)離子含量的測(cè)定在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心完成，放射性鈾含量的測(cè)定在核工業(yè)包頭地質(zhì)礦產(chǎn)分析測(cè)試中心完成，分析誤差均優(yōu)于5%。本次采集的水樣測(cè)試結(jié)果，見(jiàn)表1和表2。

表1 伊犁盆地泉水中化學(xué)組分及鈾含量的測(cè)試結(jié)果

注：地下水中常量組分單位為mg/L;地下水中U含量單位為μg/L；地下水中總?cè)芙夤腆w含量(TDS)單位為g/L。下同。

表2 伊犁盆地井水和礦坑水中化學(xué)組分及鈾含量的測(cè)試結(jié)果

為了便于討論對(duì)比不同類(lèi)型地下水中的水化學(xué)及鈾含量特征，根據(jù)地下水中總?cè)芙夤腆w含量(TDS)和鈾含量的大小對(duì)地下水類(lèi)型進(jìn)行了分級(jí)，具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

表3 地下水中TDS及鈾含量的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 伊犁盆地地下水的水化學(xué)特征分析

3. 1 淺循環(huán)地下水的水化學(xué)特征分析

本次采集的伊梨盆地泉水水樣主要為鈾源山區(qū)淺循環(huán)帶的基巖風(fēng)化裂隙水或三疊-侏羅系裂隙-孔隙潛水，該類(lèi)型泉水的補(bǔ)給范圍小、徑流途徑短，地下水循環(huán)深度淺，呈氧化環(huán)境，其水化學(xué)特征(見(jiàn)表1)主要反映的是其泉域范圍內(nèi)各巖石風(fēng)化作用(氧化作用)的強(qiáng)弱。由表1可見(jiàn)，總體上看，本區(qū)泉水的水化學(xué)特征為中等—高TDS、高鈾的SO4·Cl-Na·Ca型水，但是不同地層巖性或相同地層巖性但不同出露條件的泉水仍有一定的差異。

3.1.1 花崗巖類(lèi)基巖裂隙泉水

本次采集了1個(gè)發(fā)育于石炭系花崗巖中的基巖裂隙泉水，位于東北部麻扎圩斯坦河上游西支(S23)，該泉水中TDS含量為1.02 g/L，屬中等偏低TDS的SO4-Ca·Na型水，泉水中鈾含量高，其濃度高達(dá)68.49 μg/L，說(shuō)明了本區(qū)花崗巖礦物中富含有較多的固態(tài)鈾，在水-巖相互作用下巖石中的固態(tài)鈾經(jīng)氧化作用轉(zhuǎn)化為水溶態(tài)鈾進(jìn)入到地下水中。

3.1.2 火山巖及火山碎屑巖裂隙泉水

本次采集了4個(gè)石炭系火山巖及火山碎屑巖的裂隙泉水，其水化學(xué)特征可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是低TDS、低鈾含量的SO4-Na·Ca型水，水樣點(diǎn)編號(hào)為S14、S22；二是中等TDS、中等鈾含量的Cl·SO4-Na·Ca型水，水樣點(diǎn)編號(hào)為S01、S15。上述差異的原因主要與地下水徑流條件有關(guān)，前者是在泉域范圍更小、徑流途徑更短，地下水與巖石的水-巖作用還不夠充分的情況下；后者則反映了泉域范圍稍大、徑流途徑略長(zhǎng)，地下水與巖石的水-巖作用較充分情況下的水質(zhì)特征。由此也說(shuō)明地下水氧化帶內(nèi)地下水徑流過(guò)程中，在水-巖作用(氧化作用)條件下，巖石中的礦物質(zhì)以及固態(tài)鈾將會(huì)不斷地被溶解和氧化，表現(xiàn)出地下水的TDS和鈾含量沿途逐漸增大的特征。

3.1.3 三疊系小泉溝群裂隙-孔隙泉水

本次采集了5個(gè)發(fā)育于三疊系小泉溝群裂隙-孔隙泉水，分別為位于盆地北部霍城縣的煤礦上游(S20、S21)以及伊寧縣北部一帶(S16、S17、S18)，泉水中TDS含量大于1.5 g/L，最大達(dá)15 g/L，屬中等—高TDS的SO4·Cl-Na·Ca型水，泉水中鈾含量較高，其濃度大于12.4 μg/L，最大達(dá)62.09 μg/L，且泉水中的鈾含量與TDS整體呈正相關(guān)關(guān)系。

上述小泉溝群裂隙-孔隙泉水水化學(xué)特征表明：盆地北部小泉溝群含水層早期曾經(jīng)歷了鈾的富集過(guò)程，巖石中富含有較高的固態(tài)鈾，但是受后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)抬升的影響，出露地表的巖石遭受了強(qiáng)烈的風(fēng)化作用，巖石中的固態(tài)鈾不斷地被氧化進(jìn)入淺層地下水，從該處小泉溝群地層整體呈紅色的特征也反映出其遭受了長(zhǎng)期的氧化作用，見(jiàn)圖2。

圖2 盆地北部小泉溝群泉水采樣點(diǎn)Fig.2 Location of spring sample in Xiaoquangou Group in the north of Yili Basin

3.1.4 侏羅系裂隙-孔隙泉水

本次采集了3個(gè)發(fā)育于侏羅系三工河組(J1s)的裂隙-孔隙泉水，分別位于盆地東南部(S02、S03)以及盆地北部工礦廠上游(S11)，泉水中TDS含量在0.5～1.5 g/L之間，屬中等偏低TDS的SO4·Cl-Na·Ca型水，泉水中鈾含量屬中等，其濃度在15.65～24.62 μg/L之間，表明盆地兩側(cè)邊緣出露的侏羅系三工河組含鈾巖系中的鈾含量較高，出露地表后也經(jīng)歷了一定程度的氧化作用，巖石中的化學(xué)組分及固態(tài)鈾被溶解和氧化進(jìn)入地下水，參與盆地中含鈾流體的遷移和轉(zhuǎn)換。

本次采集了2個(gè)發(fā)育于侏羅系西山窯組(J1x)的裂隙-孔隙泉水，位于盆地東南部(S07、S08)，泉水中TDS含量為1.0 g/L左右，屬中等偏低TDS的SO4·Cl-Na·Ca型水，泉水中鈾含量屬中等偏低，其濃度在6.38～8.42 μg/L，表明盆地東南部侏羅系西山窯組含水層在氧化作用下固態(tài)鈾的析出能力較弱，分析該含水層早期經(jīng)歷過(guò)較長(zhǎng)的溶解和氧化階段，鈾被地下水溶解并帶走，導(dǎo)致含水層中的鈾含量較低。

3.1.5 第三系孔隙泉水

本次采集了2個(gè)發(fā)育于第三系砂礫石層中的孔隙泉水，位于盆地東北部的麻扎圩斯坦河(S24、S25)，泉水中TDS含量為2.0 g/L左右，屬中等TDS、中等鈾含量的SO4·Cl-Na·Mg型水，泉水中鈾濃度在24.08～28.01 μg/L之間，表明第三系砂礫石層中固態(tài)鈾含量較高，加之砂礫石的多孔結(jié)構(gòu)使得巖石與水接觸的比表面積增大，故水-巖作用比較充分，有利于巖石中的物質(zhì)成分及固態(tài)鈾被風(fēng)化、溶解、氧化進(jìn)入地下水中。

現(xiàn)代表層新生代第三系砂礫石層的水化學(xué)特征及水化學(xué)作用實(shí)際可以代表本區(qū)三疊-侏羅系鈾儲(chǔ)層當(dāng)初沉積成巖過(guò)程中水-巖作用的特點(diǎn)，即伊犁盆地內(nèi)部三疊-侏羅系鈾儲(chǔ)層中鈾的來(lái)源有兩種：一種來(lái)源是兩側(cè)山區(qū)富鈾巖石(花崗巖及火山巖)的氧化，固態(tài)鈾轉(zhuǎn)化成水溶態(tài)鈾隨地表河水和地下水進(jìn)入盆地；另一種來(lái)源是兩側(cè)山區(qū)富鈾巖石(花崗巖及火山巖)風(fēng)化形成的砂礫石，在水流搬運(yùn)作用下在盆地內(nèi)沉積，形成鈾的預(yù)富集，然后再在含氧地下水流作用下發(fā)生氧化—遷移—富集作用。

3. 2 深循環(huán)地下水的水化學(xué)特征分析

深循環(huán)地下水是指盆地內(nèi)三疊-侏羅系鈾儲(chǔ)層在盆地邊緣接受降雨、雪融水、河水入滲補(bǔ)給以及山區(qū)地下水側(cè)向補(bǔ)給后，繼續(xù)向盆地深部和中央徑流排泄的地下水，這部分地下水在向深部運(yùn)移的過(guò)程中由于地下水氧化-還原條件以及水-巖作用的改變，其水中的化學(xué)組分也與淺循環(huán)地下水有著顯著的差異，因此可以據(jù)此分析地下水在向深部運(yùn)移過(guò)程中的水化學(xué)作用，進(jìn)而為鈾成礦條件分析提供依據(jù)。

本次主要利用深井和煤礦礦坑排水采集深循環(huán)地下水水樣，其水化學(xué)特征見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，總體上看，伊犁盆地深循環(huán)地下水表現(xiàn)為中等—高等TDS、中等偏低鈾含量的SO4·Cl-Ca·Na型水，但是不同地層巖性和不同部位地下水的水化學(xué)特征有一定的差異。

3.2.1 三疊系小泉溝群裂隙-孔隙地下水

本次在位于盆地東南部的民井中采集了小泉溝群砂巖裂隙-孔隙地下水水樣(S09)，該地下水的水化學(xué)類(lèi)型為中等TDS、中等鈾含量的SO4·Cl-Ca·Na型水，地下水中TDS含量為1.4 g/L，鈾濃度為21.38 μg/L。該點(diǎn)地下水中的TDS及鈾含量均要高于附近地表水、淺循環(huán)地下水，由此可見(jiàn)該處三疊系小泉溝群鈾儲(chǔ)層在接受大氣降雨、河水和雪融水等含氧水流入滲補(bǔ)給繼續(xù)向深部遷移的過(guò)程中，仍然在繼續(xù)發(fā)生著對(duì)鈾儲(chǔ)層的氧化作用，鈾儲(chǔ)層中富含的預(yù)富集的固態(tài)鈾仍在不斷地被氧化成水溶態(tài)鈾參與地下水的循環(huán)。該處小泉溝群的氧化-還原過(guò)渡帶(鈾的還原沉淀區(qū))應(yīng)在該點(diǎn)的北部。

3.2.2 侏羅系八道灣組裂隙-孔隙地下水

本次在位于盆地北部的民井中采集了侏羅系八道灣組(J1b)砂巖裂隙-孔隙地下水水樣(S12)，該地下水的水化學(xué)類(lèi)型為中等TDS、中等鈾含量的SO4·Cl-Na型水，地下水中TDS為1.2 g/L，鈾濃度為18.76 μg/L。該點(diǎn)地下水中TDS及鈾含量與附近淺循環(huán)地下水基本相當(dāng)，可見(jiàn)該處侏羅系八道灣組鈾儲(chǔ)層在接受大氣降雨、河水和雪融水等含氧水流入滲補(bǔ)給繼續(xù)向深部遷移的過(guò)程中，仍然在繼續(xù)發(fā)生著對(duì)鈾儲(chǔ)層的氧化作用，鈾儲(chǔ)層中富含的預(yù)富集的固態(tài)鈾仍在不斷地被氧化成水溶態(tài)鈾參與地下水的循環(huán)。該處侏羅系八道灣組的氧化-還原過(guò)渡帶應(yīng)在該點(diǎn)的南部。

3.2.3 侏羅系西山窯組裂隙-孔隙地下水

本次在位于盆地北部的煤礦(S10、S19)和盆地東南部的煤礦(S04、S05、S06)采集了5組煤礦抽排的侏羅系西山窯組(J2x)砂巖裂隙-孔隙地下水水樣，該地下水的水化學(xué)類(lèi)型差異較大，可以分為以下兩種類(lèi)型：

(1) 中等TDS、中等偏低鈾含量的SO4·Cl-Na·Ca型水，地下水中TDS含量為1.1～1.5 g/L，鈾濃度為8.56～11.31 μg/L。該類(lèi)型地下水主要為位于盆地東南部西山窯組煤礦的礦坑排水(S05、S06)，與該點(diǎn)附近同層位淺循環(huán)地下水(S07、S08)的水化學(xué)特征對(duì)比可知，其TDS和鈾含量略有增高，后者的TDS含量在1.0 g/L左右，鈾濃度在6.38～8.42 μg/L之間，反映該處深循環(huán)地下水仍然處于氧化帶，地下水仍在繼續(xù)對(duì)巖石礦物進(jìn)行氧化和溶解作用，說(shuō)明該鈾儲(chǔ)層的氧化-還原過(guò)渡帶應(yīng)在該點(diǎn)的北部。

(2) 中等—高TDS、低鈾含量的SO4·Cl-Na·Ca型水，地下水中TDS含量一般大于2 g/L，最大達(dá)33 g/L，地下水中鈾濃度小于6.59 μg/L。該類(lèi)型地下水主要為位于盆地北部煤礦(S10、S19)和盆地東南部煤礦(S04)附近的礦坑排水。這種類(lèi)型地下水的水化學(xué)特征表明：地下水在沿鈾儲(chǔ)層向深部運(yùn)移的過(guò)程中地下水不斷地溶解巖石中的主要礦物，導(dǎo)致水中總離子含量的增高，但是鈾含量卻表現(xiàn)出下降的特點(diǎn)，這是由于地下水在向深部和盆地中央運(yùn)移的過(guò)程中由氧化環(huán)境逐漸變?yōu)檫€原環(huán)境，6價(jià)水溶態(tài)鈾被逐漸還原為4價(jià)鈾而被吸附于固體顆粒表面，使得地下水中鈾含量降低，據(jù)此可以判定該處西山窯組鈾儲(chǔ)層已進(jìn)入還原帶，也就是說(shuō)在盆地北部煤礦(S9、S10)、盆地東南部煤礦(S04)的南部應(yīng)該存在氧化-還原過(guò)渡帶，具有鈾富集的水文地質(zhì)條件。

4 鈾成礦的水文地球化學(xué)模式分析

根據(jù)上述伊犁盆地地下水系統(tǒng)的特征以及不同水源水化學(xué)類(lèi)型的特點(diǎn)，本文將伊犁盆地砂巖型鈾礦形成過(guò)程中地下水(含鈾流體)的水文地球化學(xué)特征從源到匯的變化，概化為如圖3所示的演化模式。

圖3 伊犁盆地砂巖型鈾礦形成過(guò)程中地下水(含鈾流體)的水文地球化學(xué)特征演化示意圖Fig.3 Schematic diagram of hydrogeochemical characteristics evolution during the formation process of sandstonetype uranium deposit

4. 1 地下水補(bǔ)給區(qū)(氧化帶)

在蝕源區(qū)或鈾儲(chǔ)層的裸露區(qū)的地下水補(bǔ)給區(qū)，低TDS、低鈾含量的含氧大氣降水、雪融水滲入到巖石的裂隙-孔隙中與巖石發(fā)生溶濾作用，巖石中的物質(zhì)組分和固態(tài)鈾逐漸風(fēng)化、溶解、氧化進(jìn)入到地下水中，使得地下水中各化學(xué)組分的含量相對(duì)增加，具體表現(xiàn)為地下水中TDS和鈾含量的逐漸增加(見(jiàn)圖3和圖4)，但由于流程較短，水-巖相互作用一般都不夠充分，尤其是在裂隙介質(zhì)或降雨充沛的條件下，在地下水的氧化帶表現(xiàn)為低TDS、低鈾的HCO3-Ca型水(如S14、S28)。

圖4 淺循環(huán)地下水中TDS與鈾含量的關(guān)系Fig.4 Relationship between TDS and uranium content in shallow circulating groundwater

4. 2 地下水徑流區(qū)(氧化-還原過(guò)渡帶前鋒)

當(dāng)?shù)叵滤^續(xù)向下游進(jìn)入盆地的鈾儲(chǔ)層(地下水的徑流區(qū))，水-巖相互作用逐漸充分，地下水中的各化學(xué)組分含量都逐漸增加，巖土中的4價(jià)固態(tài)鈾也不斷被氧化成6價(jià)水溶態(tài)鈾進(jìn)入到地下水中，導(dǎo)致地下水中TDS和鈾含量的增加，逐漸形成中等TDS、高鈾含量的HCO3·SO4-Na型或SO4·Cl-Ca·Na型水，見(jiàn)圖5。

圖5 三疊系小泉溝群裂隙-孔隙地下水中TDS與鈾含量的關(guān)系Fig.5 Relationship between TDS and uranium content in fissure-porous water of Triassic Xiaoquangou Group

4. 2 地下水徑流-排泄區(qū)(還原帶)

當(dāng)?shù)叵滤^續(xù)向下游進(jìn)入盆地深部的鈾儲(chǔ)層(地下水的徑流-排泄區(qū))，水-巖相互作用已越來(lái)越充分，地下水中主要化學(xué)組分的含量(TDS)繼續(xù)增加(直至達(dá)到飽和)，但是對(duì)于鈾元素由于地下水中的氧逐漸被消耗殆盡，受還原作用的影響，水溶態(tài)的6價(jià)鈾又逐漸被還原為4價(jià)鈾而被吸附到巖土顆粒的表面被固化，從而導(dǎo)致地下水中的鈾含量不升反而出現(xiàn)降低的現(xiàn)象(見(jiàn)圖6)，這一過(guò)程使得地下水的水化學(xué)類(lèi)型表現(xiàn)為中等-高TDS、低—中等鈾含量的SO4·Cl-Ca·Na型或Cl·SO4-Na·Ca型水。

圖6 侏羅系西山窯組裂隙-孔隙地下水中TDS與鈾 含量的關(guān)系Fig.6 Relationship between TDS and uranium content in fissure-pore groundwater of Jurassic Xishanyao Formation

5 結(jié) 論

伊犁盆地地下水流場(chǎng)及氧化還原環(huán)境都呈現(xiàn)出以伊犁河為中心的南北對(duì)稱(chēng)格局，即自外圍山區(qū)到中部?jī)A斜平原再到伊犁河谷，地下水流場(chǎng)呈現(xiàn)出由潛水→潛水-承壓水過(guò)渡區(qū)→承壓區(qū)的變化，地下水環(huán)境則呈現(xiàn)為與之對(duì)應(yīng)的氧化帶→氧化-還原過(guò)渡帶→還原帶的變化。地下水在上游補(bǔ)給區(qū)不斷氧化前三疊系以及盆地內(nèi)預(yù)富集的三疊-侏羅系富鈾的巖石礦物，使之轉(zhuǎn)換為水溶態(tài)的鈾參與到地下水的循環(huán)中，隨著地下水向盆地中央伊犁河方向徑流，即“鈾隨水去”的過(guò)程；但是隨著地下水環(huán)境逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原態(tài)，地下水中的氧化態(tài)鈾又轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原態(tài)鈾而被吸附到含水層的巖土顆粒表面，即“水去鈾留”的過(guò)程；這種水動(dòng)力與水化學(xué)作用的持續(xù)進(jìn)行，即形成了砂巖型鈾礦的富集過(guò)程。

根據(jù)本次對(duì)伊犁盆地不同水源的水文地球化學(xué)特征的研究表明：在地下水系統(tǒng)補(bǔ)給區(qū)采集的淺循環(huán)地下水均呈現(xiàn)出富鈾巖石經(jīng)初期氧化和溶濾作用所形成的低TDS、低或中等鈾含量的HCO3-Ca型水；而在地下水徑流區(qū)采集的井水則往往呈現(xiàn)出中等TDS、中等—高鈾含量的HCO3·SO4-Na型或SO4·Cl-Ca·Na型水，表現(xiàn)為巖石中的鈾及其他物質(zhì)成分已被充分氧化和溶濾進(jìn)入地下水，即發(fā)生著“鈾隨水去”的氧化溶解過(guò)程；隨著地下水繼續(xù)向深部的運(yùn)移，多數(shù)煤礦礦坑水則表現(xiàn)出高TDS、低-中等鈾含量的SO4·Cl-Ca·Na型或Cl ·SO4-Na·Ca型水，地下水中溶解的礦物質(zhì)總量在增加，但是鈾含量不升反降，則表明地下水徑流已進(jìn)入還原帶，地下水中的鈾已被還原吸附到鈾儲(chǔ)層的固體顆粒表面，即發(fā)生著“水去鈾留”的還原富集過(guò)程。地下水系統(tǒng)中這種在氧化-還原環(huán)境控制下由“鈾隨水去”→“水去鈾留”的地下水循環(huán)模式?jīng)Q定了鈾在地下水系統(tǒng)中的析出→遷移→富集過(guò)程。鑒于砂巖型鈾礦的形成與地下水氧化還原環(huán)境密切相關(guān)，今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)地下水氧化-還原電位的監(jiān)測(cè)。