姚振凱，馬 亮，陳為義

（1.核工業(yè)230研究所，湖南 長沙 410007；2.中廣核鈾業(yè)發(fā)展有限公司，北京 100029）

薩瑟庫里湖水型鈾礦床，位于塔吉克斯坦東南部，屬塔吉克斯坦帕米爾鈾成礦區(qū)中南部位，靠近阿富汗北緣（圖1）。薩瑟庫里湖是帕米爾高原薩瑟庫里盆地內(nèi)幾個堰塞湖中最大的一個，在湖的東南側(cè)有奧什—霍羅格國家級公路通過，該湖與霍羅格城相距195 km，與湖東北最近的阿里丘爾村莊相距12 km［1］。區(qū)域氣候?qū)購姼珊禋夂?，年降雨量?08 mm，而年蒸發(fā)量達562 mm，年均氣溫為5℃。

薩瑟庫里湖水型鈾異常發(fā)現(xiàn)于1958年，到1963年，湖水中鈾的工業(yè)意義才被確認，直至1977年最終獲批準。1975～1977年，塔吉克斯坦地質(zhì)局進行了專門的湖水鈾遠景評價，確定為一個伴有硼、鋰和鎢的小型鈾礦床，并推薦工業(yè)利用上述伴生元素，還建議在湖區(qū)進行隱伏內(nèi)生和水成鈾礦床的普查找礦工作，因為它們有可能是湖水鈾的源頭。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

薩瑟庫里盆地大地構(gòu)造位置屬帕米爾活化區(qū)北緣［2］，以撒馬爾汗斷裂為界，與天山活化區(qū)南緣相毗鄰。帕米爾活化區(qū)是向北突出的弧形馬鞍狀構(gòu)造區(qū)，區(qū)內(nèi)地勢高峻，山峰林立，海拔多在5000 m以上。

帕米爾活化區(qū)的大地構(gòu)造演化，經(jīng)歷了前地槽、地槽、地臺和活化等4個大地構(gòu)造階段［2］。

前地槽階段：主要為前寒武紀形成的兩套巖系：下部為前寒武紀結(jié)晶片巖、片麻巖、大理巖和石英巖等，其變質(zhì)程度較深，褶皺強烈且緊閉，并有角閃巖、閃長巖和花崗巖侵入其中；上部不整合覆蓋著一套變質(zhì)程度相對較淺的石英綠泥石片巖、變質(zhì)粉砂巖，其同位素年齡為918 Ma。

地槽階段：始于早寒武世，初動期為早寒武世至晚志留世，其間沉積了一套由淺變質(zhì)的白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、千枚巖、片巖、硅質(zhì)巖和變質(zhì)砂巖夾灰?guī)r等組成的復理式建造、硅質(zhì)巖含鐵建造及碳酸鹽巖建造等。早泥盆世至晚石炭世加里東運動使區(qū)域地層發(fā)生強烈褶皺，進入地槽激烈期。早泥盆世至早石炭世由于部分地區(qū)隆起而缺失沉積，大部分地區(qū)處于地槽淺-中深海環(huán)境，并沉積了較厚的由砂質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖、變質(zhì)砂巖、粉砂巖、含鐵石英巖和千枚巖組成的復理式建造、碳酸鹽巖建造和變質(zhì)砂頁巖建造。早二疊世至晚二疊世為地槽余動期，大部分地槽回返，火山巖漿活動強烈，形成厚達2700 m的以安山巖、玄武巖為主的火山雜巖建造。在山間盆地內(nèi)沉積了厚度達數(shù)百米，由變質(zhì)石英砂巖、鈣質(zhì)砂巖、硅質(zhì)灰?guī)r、白云巖和生物灰?guī)r等組成的砂質(zhì)頁巖建造、碳酸鹽巖建造等。

地臺階段：歷時較短，為早三疊世至晚三疊世。此時地殼運動較弱，以震蕩運動為主，缺少巖漿活動，大部分地區(qū)下沉為淺海，成為特提斯古海的一部分。形成了厚度約千米的礫巖、粉砂巖、頁巖、灰?guī)r和鮞狀灰?guī)r、竹葉狀灰?guī)r等淺海碳酸鹽巖建造、砂頁巖建造。印支運動結(jié)束了地臺階段，并逐步轉(zhuǎn)入活化階段。

活化階段：初動期為早侏羅世至晚白堊世，地殼運動逐漸強烈，部分地區(qū)上升為陸地，其余地區(qū)沉積了厚達2500 m的凝灰質(zhì)砂頁巖、砂巖、底礫巖、灰?guī)r和泥灰?guī)r等。燕山運動期間本區(qū)斷塊運動強烈，全區(qū)上升為陸地。古新世至今為活化激烈期，在活化盆地內(nèi)堆積了厚度大于1500 m，由砂泥巖、砂巖夾石膏層和紅色礫巖等組成的紅色砂礫巖建造、砂頁巖建造和含膏鹽建造等。同時巖漿活動強烈，有輝長巖、花崗巖侵入。中、上新世后全區(qū)急速上升，形成高山地貌。

帕米爾活化區(qū)的深部構(gòu)造和地球物理特征，是外地殼厚度大（約60 km）、莫霍面顯示為一向北突出的弧形幔坳，重力上相應為弧形負異常區(qū)，挽近時期地震活動頻繁且強烈，構(gòu)造斷塊升降運動強烈，總體為上升趨勢，目前正處于活化階段激烈期。

2 礦床地質(zhì)特征

薩瑟庫里盆地位于帕米爾西南和帕米爾東南兩個區(qū)域構(gòu)造帶的交接處，這兩個構(gòu)造帶被阿里丘爾—貢茨克大斷裂所隔開。盆地是一個斷陷向斜，并充填有中新生代沉積。盆地內(nèi)及其邊緣發(fā)育著一系列斷塊斷裂，并分布有幾個堰塞湖。薩瑟庫里湖是多個湖中最大的一個，并位于盆地中央部位，其內(nèi)廣泛分布著新近紀—第四紀坡積、洪積、風積、湖積及其他成因的沉積。盆地現(xiàn)代湖相沉積中，廣泛發(fā)育著厚達50 m的永久凍土層，以及冰水蓋層和熱巖溶漏斗等。湖區(qū)的松散堆積表明，曾有多次的第四紀冰川作用，間夾短時間的盆地水沉積物。

在盆地岸緣分布有元古代片巖和夾有大量片麻狀花崗巖、偉晶巖和有細晶巖侵入的大理巖，侏羅紀泥質(zhì)頁巖、砂巖和灰?guī)r，白堊紀—古近紀的安山巖及凝灰?guī)r。

薩瑟庫里湖水文地質(zhì)條件復雜，除地表河水進入湖區(qū)外，最主要的是含有礦物質(zhì)的深部脈狀裂隙水。脈狀裂隙水又根據(jù)水的溫度、化學和氣體成分，分出冷碳酸型水和熱水兩種。湖水面海拔高3825 m，湖面輪廓為NE向延伸的橢圓形，長4200 m，寬2100 m，其形態(tài)明顯受NE向斷裂控制。湖水面積約7 km2，平均水深約2 m，最深為3.7 m，湖水體積約1400萬m3。湖水苦帶臭味，其溫度從湖水表面至深1.5～2.0 m為10～17℃，往深處水溫增高，到湖底達27～30℃，這種現(xiàn)象是因為在湖底有層厚度約0.3 m的熱泥層加熱所致。當熱泥富含有機質(zhì)達到3.9%時，其溫度高達35℃。

在湖底及湖岸分布著數(shù)十個直徑為0.5～5.0 m、高達3 m的鈣華柱，其中有些是“干的”，有些與苦咸水泉相關，或與略帶鹽分的涌水量達5 L·s-1的涌水泉有關。部分涌水泉的鈾質(zhì)量濃度達到38.4 mg·L-1。湖水分上、下兩個水化學層，上層為0～2.0 m；下層為2.0～3.7 m（圖2），各層的礦化度值和鹽類成分各不相同，這與湖水鹽類成分和湖水不同成分的源頭水相混合有關。湖水水源有塔姆迪河、庫姆迪小溪和湖濱與湖底的大量礦泉，以及大氣降水。在塔姆迪河上游有一群鈾云母礦點（如上塔姆迪、下塔姆迪和舍格姆別特鈾礦點），可作為塔姆迪河水和湖水的鈾源。

薩瑟庫里湖水是富含鈾、硼、鋰和鎢等多種組分的水（表1）。湖內(nèi)鹵水的鈾含量，與地浸開采鈾礦床所獲的工業(yè)產(chǎn)品液相類似，具有工業(yè)意義。

表1 薩瑟庫里湖水鈾及其伴生組分的含量［1］Table 1 Content of uranium and associated components in Sasyk-kul lake water［1］

湖內(nèi)鹵水通過234U、238U的同位素年齡測定 ，依 В.В.Черданцев公 式 計 算 得 出 為13.6×104a，相當于第四紀中更新世末—晚更新世初形成。

根據(jù)湖水和湖底淤泥中的鈾含量（表1），計算出水體鈾資源量為473.2 t；淤泥按其平均厚度0.3 m，計算出鈾資源量為40 t；全湖鈾資源總量約510 t。

3 礦床復成因成礦模式

關于湖水的鈾成礦作用，當?shù)匾恍W者提出了 3 種成因觀點［1］：

第1種是蒸發(fā)成因觀點，認為該區(qū)長期處于強干旱和寒冷氣候帶，湖水中鈾的濃縮與湖水蒸發(fā)和凍結(jié)作用有關。主要依據(jù)是：①湖水的區(qū)域年蒸發(fā)量（562 mm·a-1）遠大于年降雨量（108 mm·a-1），冬季結(jié)冰厚度達0.47 m，其冰層的礦化度為26.9～38.9 g·L-1，而湖水的礦化度為 122.9～129.8 g·L-1，說明大量礦質(zhì)組分在水體中濃集，在夏季這些原位于冰層內(nèi)的礦質(zhì)組分又重新溶解，這種溶解—蒸發(fā)—濃集過程周而復始地進行；②薩瑟庫里湖形成13.6×104a以來，湖水面經(jīng)多次變化，湖水通過長期的強烈蒸發(fā)和冰凍作用，使水體中鈾的富集達到現(xiàn)今工業(yè)產(chǎn)品液數(shù)值，形成液態(tài)鈾礦床；③在湖區(qū)東、西岸和東北岸附近，施工了5個深達200 m的巖心鉆孔，在各種不同時代的巖石中，以及循環(huán)裂隙水中，均未發(fā)現(xiàn)鈾和其他元素異常，進一步證明是湖鹵水蒸發(fā)成礦作用所致。

第2種是熱水成礦觀點，認為在濱湖大斷裂帶的巴赫齊亞爾泉中有氡-氦異常，以及鈣華柱中有含鈾水等（圖1），推測在湖附近有隱伏內(nèi)生或熱液鈾成礦作用，鈾及其伴生組分從中溶解、遷移和富集所成。具體依據(jù)是：①在薩瑟庫里盆地西北附近的阿里丘爾—貢茨克大斷裂中發(fā)現(xiàn)近代熱液作用，并在阿里丘爾河沖積階地內(nèi)形成穹隆狀硫化物體；②在已施工深達60 m的鉆孔中，發(fā)現(xiàn)礦泉水溫度達 35℃，礦化度為2.3～4.1 g·L-1，硼質(zhì)量濃度達 122 mg·L-1，硅酸達 186 mg·L-1，氟達 8 mg·L-1，鋰氧化物達 6.6 mg·L-1，以及含碘、溴、銣、銫和鍶等其他組分；③熱水成礦作用很可能與阿里丘爾—貢茨克大斷裂帶內(nèi)的裂隙循環(huán)熱水卸壓有關，或者與湖濱斷裂內(nèi)的裂隙水和層狀水通過溫泉及鈣華柱卸壓有關，地下熱水在循環(huán)途中從巖石中淋濾出，并富集鈾及其他組分而成礦。

第3種是火山后熱液成因觀點，認為與第四紀中更新世—晚更新世的火山后熱液活動有關，只是目前還缺乏必要的地質(zhì)依據(jù)，但不能排除與火山作用相關的熱液鈾礦床的設想，尚待今后提供實際資料驗證。

筆者在前人研究基礎上，綜合提出近代湖水復成因（即多因復成）成礦模式［3］，這是基于薩瑟庫里湖水型礦床表生水和深成熱水成礦作用并存（既有表生水淋積成礦作用，也有深部地下熱水成礦作用），以及鈾成礦富集以湖水在長期強干旱氣候條件下的蒸發(fā)濃縮作用為主、其他成礦作用為次所成。

該湖水型鈾礦床的成礦演化，是在前地槽、地槽和地臺階段，主要是形成砂頁巖建造和巖漿巖建造中的含鈾層體，為新生代活化階段鈾活化成礦提供鈾源。工業(yè)鈾礦化是在活化階段形 成［4］，湖水 鈾成 礦年齡為13.6×104a就是很好的證明。鈾成礦作用可能現(xiàn)在依然延續(xù)進行。

4 鈾提取工藝［1］

1975～1976 年，塔吉克斯坦地質(zhì)局對薩瑟庫里湖進行了一系列專門研究，前全蘇化學工藝科研所用薄膜法，某工藝實驗室用吸附法，分別研究了從湖鹵水提煉鈾的可能性。曾認為，由于湖鹵水礦化度及氯離子含量高，影響鈾的吸附，從鹵水提取鈾需要花費大量離子交換樹脂，導致經(jīng)濟上不劃算。前全蘇化學工藝科研所曾認為，用薄膜法從湖鹵水提取鈾基本上是可行的，只可惜因需專門設計和設備，導致研究工作未能繼續(xù)進行下去，并曾確認化學工藝處理鹵水需耗電能1 kW·m-3。

2001年，該工藝實驗室又做了一系列新的實驗，認為從鹵水中提取鈾是可行的。開始用離子交換樹脂、活性炭、天然沸石及膨潤土等，以人工合成吸附劑和天然吸附劑吸附法提取鈾。試驗得出，用吸附法是不劃算的，因為湖鹵水含鹽量高，包括氯離子含量也高，故吸附氯離子未獲得成功；后來采用沉淀法和共同沉淀法提取鈾，在用石灰質(zhì)、強堿和烷基氨等不同類型的沉淀劑提取鈾亦未獲成功，但用鐵或鈦的水化物作共同沉淀劑提取鈾獲得了成功。

這種共同沉淀劑法需要特殊條件，即必須在一種溶液中直接獲得鐵或鈦的水化物，并與鈾同時產(chǎn)生沉淀，只有在此種情況下才能獲得最發(fā)育的某種混合雜質(zhì)的活化表面。曾經(jīng)做過4種不同方案的共同沉淀實驗：第1種方案是未修正原始溶液的pH值；第2種方案是先降低原始溶液的pH值，使pH值達到6～7的中酸性液來清除部分碳酸鹽，并使鐵或鈦的鹽類進入溶液；第3種方案是先用硫酸把全部碳酸鹽從原始液中清除，并用氨使溶液的pH值達到6～7，并使鐵或鈦的鹽類進入溶液；第4種方案與第3種方案相同，但還進行了1～7次的水化物沉淀，每次時間為1 h。第3種方案是在溶液pH＝1時，全部分離碳酸鹽情況下獲得了最好的效果。在此最優(yōu)方案中采用鐵鹽使鈾沉淀率達到97%～99%，采用鈦鹽時鈾沉淀率達99%～100%。第4種方案的研究表明，采用水化物反復多次沉淀是可行的，但次數(shù)不應超過5次。如果在第5次采用鐵鹽時鈾沉淀率可達70%，用鈦鹽鈾沉淀率可達94%，但到第6次時鈾沉淀率速減，其值相應減至30%及50%。

從上述研究得出結(jié)論，要從薩瑟庫里湖鹵水中獲得鈾沉淀最佳效果，必須具備下列條件：①用pH＝1的酸液分離過剩的碳酸鹽，分解鈾碳酸鹽絡化物；②在pH＝6～7的中性液中加入相應的氯化鐵或氯化鈦，使新形成的鈾水化物沉淀；③水化物沉淀的反復次數(shù)不應超過5次；④為使化學反應式平衡，每次新液的水化物沉淀時間在1 h內(nèi)足夠。獲得沉淀的水化物中鈾品位為0.46%～0.50%。在硫酸pH＝1及沉淀物的固液比為1∶1.5時，可獲得鈾質(zhì)量濃度為250～300 mg·L-1及鐵為1.5～3 g·L-1的產(chǎn)品溶液。從這種溶液中用吸附法提取鈾是具工業(yè)意義的。

盡管上述從薩瑟庫里湖鹵水中獲得鈾是可行的，但工業(yè)上應用此方法花費成本高，試劑消耗大，每千克鈾需用硫酸：827 kg，氨水：175 kg，氯化鐵：74 kg，而且生產(chǎn)中還有其他花費。由此得出，從薩瑟庫里湖鹵水中獲得工業(yè)鈾的技術是可行的，但經(jīng)濟上是不劃算的。需要尋找其他更經(jīng)濟方法來提取鈾。

5 結(jié) 論

（1）薩瑟庫里湖水型鈾礦床，實踐中存在一些難題影響對其開發(fā)：①目前尚無對此類化學成分的鹵水進行提煉鈾及伴生組分的技術-經(jīng)濟可行的工藝流程；②由于此類型礦床常位于高山峻嶺，交通不便，路途遙遠，氣候惡劣和人煙稀少之地區(qū)，導致生產(chǎn)組織、物質(zhì)材料及電能設備供應方面困難等；③鈾資源是否能保證開采問題，尚需查明湖水源頭每年能補給湖水多少工業(yè)規(guī)模的鈾源。如果鈾源充足的話，則現(xiàn)今湖水鈾質(zhì)量濃度應比現(xiàn)今實際的高出許多倍。

（2）對湖水型鈾礦床的工作方向建議：①先用大網(wǎng)格法選擇重點地質(zhì)地段系統(tǒng)進行取樣，分析不同溫度水層及淤泥層的鈾含量，核實平均鈾品位和平均厚度，詳細準確計算湖內(nèi)的鈾儲量，因為湖水體內(nèi)不同水溫層及底部淤泥層的鈾品位，在不同水文地質(zhì)平面和剖面位置其值可能是不同的；②對湖水的不同溫度層和淤泥層，分別查明其水化學成分和特征，并繼續(xù)探索提取鈾的技術-經(jīng)濟可行的工藝流程；③在湖周邊擴大找礦，尋找內(nèi)生、外生和復成因鈾礦床。

（3）湖水型鈾礦床復成因成礦模式的意義在于，水體鈾礦床實例稀少，文獻報道本礦床尚屬首例。現(xiàn)有文獻幾乎全為傳統(tǒng)的固體鈾礦床，而近代水體鈾成礦富集機理研究極少，尤其是對此復雜的復成因水體鈾礦床研究更屬空白。今后應盡可能在勘查工作進程中作出半定量或定量鈾成礦分析。對此類型鈾礦成礦理論中的許多問題，尚需進行深入探索和研究。

（4）根據(jù)粗略定性成礦分析，認為近代強干旱地區(qū)的我國西北新疆、青海、甘肅、寧夏和內(nèi)蒙古等地，尤其是吐哈盆地等，值得在堰塞湖區(qū)進行探索找礦。不僅找湖水型鈾礦床，還要進一步在堰塞湖周邊找內(nèi)生、外生及復成因鈾礦床。在找礦中可采用水化學找礦方法，對河湖池泉水進行取樣分析，是行之有效的找礦途徑。

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

［2］陳國達.亞洲陸海殼體大地構(gòu)造［M］.長沙：湖南教育出版社，1998:230-232.

［3］姚振凱，鄭大瑜，劉翔.多因復成鈾礦床及其成礦演化［M］.北京:地質(zhì)出版社，1998:11-25；87-117.

［4］姚振凱，劉 翔.中亞獨聯(lián)體五國鈾成礦的大地構(gòu)造背景［J］. 大地構(gòu)造與成礦學，2000，24（1）:1-8.