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铀是军事工业和核电工业的关键材料,保持足够的铀资源储备,对国家安全和国民经济的持续稳定发展具有十分重要的意义。盐湖卤水中具有很高的铀浓度,特别是尕斯库勒盐湖,极具有开发利用价值。研究盐湖卤水中铀的来源、迁移和富集规律,对进一步开发盐湖中的铀资源具有十分重要的理论意义和实际意义。因此,本论文从盆地水文系统角度来探讨铀的迁移富集行为。主要方案为:系统的采集盐湖盆地内各类水体(河水、溪水、井水、泉水、盐湖卤水、晶间卤水和盐田卤水)及岩石样品的基础上,利用传统的水化学法和先进的同位素技术(δD,δ18O,δ11Β(11)(11)234U/238U)多指标判别区域水体之间的水力联系及混合端元模式,识别盆地水文系统;查明尕斯库勒盐湖中铀的来源及其水岩相互作用;揭示盆地中铀迁移富集的水文地球化学行为,划分铀的水文地球化学分带。本文的研究对充分认识铀的有利成矿条件、有利成矿区具有重要的意义,为进一步可持续的开发盐湖卤水中铀资源提供十分重要的科学依据。研究结果表明:(1)尕斯库勒盐湖盆地中地表水和地下水之间具有广泛的水力联系,但位于盐湖矿区祁漫塔格山南缘部分晶间卤水和油砂山前部分井水与其他水体之间的水力联系较差,这部分水为富Ca2+的深源流体。理化参数、水化学特征和同位素证据表明,尕斯库勒盐湖卤水受高山区河流和深源流体的共同补给,其二者的补给贡献值分别为56.01%和43.99%,高山区河流补给盐湖卤水的补给高程范围大致为3869~4616m。(2)盆地中水交替强烈带主要分布于盆地中溢流区及祁漫塔格山前地带;水交替迟缓带分布于盆地中干盐滩靠北的地带;而深源流体的补给为水交替十分迟缓带中。盆地水文系统可分为区域水流系统和局部水流系统。局部水流系统为水交替强烈带,以HCO3-Na·Ca水化学类型为主;区域水流系统为水交替迟缓带和水交替十分迟缓带,以Cl-Na型水体占绝对优势。(3)尕斯库勒盐湖卤水中成盐元素的物质来源以高山区的硅酸盐岩(花岗岩、石英和长石)风化淋滤为主;溢流区的碳酸盐岩和蒸发盐岩风化溶解为主,其二者的贡献值分别为35.60%和34.99%;而在平原区以蒸发盐岩和碳酸盐岩风化为主,其二者贡献值分别为35.92%和63.89%。铀的物质来源为高山区富铀的花岗岩、溢流区和平原区的碳酸盐岩(白云石、方解石、菱镁矿)和蒸发盐岩(石膏、芒硝和石盐);深部流体的铀来源于深部硅酸盐岩及浅层蒸发盐岩。盆地中水体与富铀岩石之间通过溶滤作用、蒸发浓缩作用、阳离子交替吸附作用和混合作用形成高浓度的铀;而且高山区河流和深源流体两端元对铀的补给贡献比分别为54.36%和45.64%。(4)盆地中铀的迁移富集行为具有明显的分带特征,即氧化淋滤带,过渡还原带(弱碱性-中性过渡还原带、中性-弱酸性过渡还原带)和氧化富集带。氧化淋滤带:在氧化淋滤带中水交替强烈,234U/238U≈1,以淋滤作用为主,水化学类型为HCO3-Na·Ca型,TDS<2.0 g/L;在碱性-中性的强氧化环境下,铀的形态以具有迁移性的UO2(CO3)34-和UO2(CO3)22-为主,铀的迁移强度大,水中铀浓度低,平均铀浓度为9.5μg/L。过渡还原带:过渡还原带主要分布于溢流区山前局部地带和深大断裂带。(I)在山前局部地带中水交替强烈,234U/238U比值在1.1~1.3,以混合作用为主,水化学类型为HCO3-Na·Ca型,TDS<6.0 g/L;在弱碱性-中性强还原条件下,铀的形态从UO2(CO3)34-转变为溶解度很小的UO2CO3和UO2(OH)3-胶体,铀发生沉淀作用使水体中铀浓度较低(18.81μg/L)。(II)在深大断裂带中水交替十分缓慢,234U/238U比值1.2~1.4,混合作用和离子交换过程为主,水化学类型为Cl-Na的富“Ca2+”水体,TDS>45.0 g/L;在中性-弱酸性且氧化能力弱的环境下,铀的形态以难溶的UO2CO3和UO2(OH)3-占主导,导致铀被吸附或沉淀,从而在水体中呈较低的铀浓度(41.0μg/L)。氧化富集带:在氧化富集带中水动力条件弱,234U/238U比值1.2~1.7,混合作用、浓缩为主,水化学类型为Cl-Na或Cl-Na·Mg,TDS>200g/L;在中性或弱碱性且强氧化条件下,铀的形态以UO2(CO3)34-和UO2(CO3)22-为主,有利于铀在水体中富集,卤水中铀的平均浓度高达146.99μg/L。(5)水体中的铀在平原区明显受蒸发作用而富集。在钠盐阶段和水氯镁石阶段铀的富集效果降低;在泻利盐和光卤石阶段铀的富集倍数呈成倍增大,并在过滤后的溶液中铀的富集倍数高达40倍以上。(6)尕斯库勒盐湖卤水中高浓度形式的原因主要是周围高山区中富铀的花岗岩石和深部流体源源不断的提供物质来源,在这种高山深盆地貌环境下由快到慢的水动力条件和氧化-还原-氧化的含水层条件,对铀的迁移和富集十分有利,再加上强烈的蒸发气候条件下卤水中铀浓度得到极大的浓缩,从而表现为高浓度铀的特点。