莱州湾南岸含卤地层年代学及卤水中铀的地球化学研究

论文摘要

在莱州湾南岸滨海平原区晚更新世以来的地质历史中,最重要的地质事件是普遍发生过三次较大的海侵和海退,第四纪地层也显示海相地层与陆相地层相间穿插叠置的特点。埋深80米以内的海积层主要有三个含卤层,其中蕴藏着丰富的第四纪滨海相地下卤水,存储量超过74亿m3。水体中含有高浓度的溶解铀,如按其净储量折算甚至相当于一个小型的液体铀矿。由于其埋藏浅、储量大,地处沿海,开采方便,具有很广阔的应用前景。因此研究莱州湾南岸含卤区海陆相地层的年代学、还原卤水形成的古环境,对于深入了解卤水形成的过程及机制具有重要意义。分析卤水中溶解铀的浓度范围及分布特点、探究卤水溶解铀高浓度成因的可能影响因素,可以为合理开采及补给地下卤水提供可靠的依据,具有非常重要的实际应用价值。本研究根据莱州南岸ZK32-1钻孔岩性特征及相邻钻孔地质资料,结合有孔虫的分布特征对莱州湾南岸地层的海陆相分布进行划分;采用AMS14C法和样品全溶铀系等时线法（TSD）直接确定各海陆相交界地层年龄,结合已有的年龄数据建立该地区10万年以内的海陆地层同位素年龄标尺;利用有孔虫的生态组合特征还原地层形成时的古沉积环境;采用α能谱法对莱州湾南岸51个站位的地下卤水进行分析,得出卤水中溶解铀的浓度范围及分布特点;从海水蒸发、地表水入渗、沉积物溶出、铁锰氧化物还原、藻类矿化分解、硫酸盐还原菌的影响等角度出发,全面考察造成卤水中高浓度溶解铀现象的可能影响因素。取得如下研究结果:1)莱州湾南岸ZK32-1钻孔第Ⅲ海相层在孔深39-56米左右;第三陆相层在孔深33-39米左右;第Ⅱ海相层在孔深20-33米左右;第二陆相层在孔深9-20米左右;第Ⅰ海相层在孔深3-9米左右;第一陆相层在孔深3米以内。2)莱州湾南岸平原第Ⅲ海相地层形成于103.50±11.56 ka B.P.到72.16±7.41 ka B.P.之间;第三陆相层形成于距今72.16±7.41 ka B.P.至45.34±5.35ka B.P.之间;第Ⅱ海相地层形成于45.34±5.35 ka B.P.到23.93±2.84 ka B.P.之间;第二陆相层形成于距今23.93±2.84 ka B.P.至11.25±0.16 ka B.P.之间;第Ⅰ海相地层形成于11.25±0.16 ka B.P.到6.50±0.03ka B.P.之间;第一陆相层形成于6.50±0.03ka B.P.以后。3)莱州湾南岸含卤地区第Ⅰ海相层的沉积环境为近岸浅水或河口沉积环境,第Ⅱ海相层的沉积环境为河口、潮间带或近岸极浅海沉积环境,第Ⅲ海相层的沉积环境为河口、潮间带到极浅海沉积环境。4)莱州湾南岸地下卤水存在溶解铀浓度偏高的地球化学异常现象,溶解铀浓度范围为3.43-95.98μg/L,中值为44.88μg/L左右,80%以上的站位的卤水铀浓度都超过了30μg/L。地下卤水中的溶解铀浓度沿垂直海岸线的方向呈近岸低、中间高、远岸低的变化趋势,沿平行海岸线的方向没有明显的规律性。5)莱州湾地下卤水含高浓度溶解铀的地球化学现象是由于海水的蒸发浓缩、铁锰氧化物还原、藻类矿化等因素造成。在卤水形成后,由于水体的水文水质条件不适宜硫酸盐还原菌的生长,避免了生物还原造成的铀沉淀成矿,从而保持了这种高浓度现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 文献综述
• 1.1 地层年代学研究
• 1.1.1 同位素地质定年法评析
• 1.1.2 国内外第四纪地层年代学研究现状
• 1.1.3 莱州湾南岸地层测年工作进展
• 1.2 地下水中铀的地球化学研究
• 1.2.1 铀的迁移和转化
• 1.2.2 地下水中的铀
• 1.3 选题依据和意义
• 2 样品采集及分析方法
• 2.1 样品采集
• 2.2 铀浓度的测定
• 2.2.1 水体中溶解铀浓度的测定
• 2.2.2 沉积物中铀的测定
• 2.3 钙质结核TSD 年龄的测定
• 2.3.1 TSD 法的实验流程
• 2.3.2 年龄计算公式的求解程序
• 2.3.3 铀系年龄标准物质的测定
• 2.4 有孔虫分析
• 2.5 其他理化常数的测定
• 3 莱州湾南岸地层年代学研究及古沉积环境还原
• 3.1 ZK32-1 钻孔海陆相层序划分
• 3.2 莱州湾南岸地层年代学研究
• 3.2.1 样品代表性的说明
• 3.2.1.1 有孔虫样品代表性的说明
• 3.2.1.2 钙质结核样品代表性的说明
• 3.2.2 测年结果
• 3.3 地层古沉积环境的还原
• 3.3.1 ZK32-1 钻孔有孔虫的生态组合特征
• 3.3.2 ZK32-2 钻孔有孔虫的生态组合特征
• 3.3.3 ZK32-3 钻孔有孔虫的生态组合特征
• 3.4 小结
• 4 莱州湾南岸地下卤水铀的地球化学研究
• 4.1 地下卤水中溶解铀的浓度范围及分布状况
• 4.2 卤水中高浓度溶解铀的成因探讨
• 4.2.1 海水蒸发
• 4.2.2 地表水入渗
• 4.2.3 沉积物溶出
• 4.2.3.1 沉积物的含铀量
• 4.2.3.2 水文水质条件
• 4.2.4 铁锰氧化物的还原及藻类矿化分解
• 4.2.4.1 铁锰氧化物的还原
• 4.2.4.2 藻类的矿化分解
• 4.2.5 硫酸盐还原菌的影响
• 4.3 小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢