南岭高铀花岗岩体中铀的表生活化及其环境风险研究——以赣县大埠稀土矿床为例

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铀兼具放射性和化学毒性对人体的危害极大,是影响环境的主要天然污染物之一。花岗岩是自然界中U、Th等放射性核素的主要载体,其U、Th含量远高于其他常见的岩石类型。众多的研究表明,花岗岩在强烈风化过程中,其中的U大部分发生了活化转移。国外有研究表明富有机质土壤和沉积物对铀具有累积富集效应,使富有机质土壤或湿地沉积物中的铀含量可高达0.3%-0.4%,被解释为是一种环境风险,而其U源被认为主要来自花岗质岩石的风化作用。我国南岭地区是华南大花岗岩省的中心,也因此造就了世界闻名的南岭钨-稀土-铀多金属成矿带,区内发育大量的高铀(>9×10-6)花岗岩体及相关铀矿床;而另一些高铀岩体大面积暴露地表,并发育离子型稀土矿床,江西赣县大埠岩体即为其代表。迄今为止,对南岭地区大面积暴露地表的高铀花岗岩体存在的潜在环境风险缺乏专门研究。
  论文在江西省教育厅科学技术研究项目“南岭高铀花岗岩体中铀的表生活化及其环境风险研究——以赣县大埠稀土矿床为例(项目编号:GJJ160595)”等项目的资助下,以大埠离子型稀土矿(姜窝子矿块)为研究对象,通过详细的野外地质调查,并系统采集花岗岩基岩、半风化岩、全风化岩、堆浸场冲刷沉积物、地表水及其沉积物、以及稻米等样品,采用主、微量和稀土元素分析及迁移组分质量平衡研究方法,研究花岗岩风化过程中铀迁移转化的规律、机制及归宿,并采用单因子指数法与地质累积指数法对大埠稀土矿区放射性核素(238U和 232Th)的污染程度进行评估,对揭示南岭高铀花岗岩体在自然和人为(采矿)条件下发生铀迁移转化的规律和机制及其环境风险具有重要的理论意义和实际意义。
  论文的主要研究结果及结论如下:(1)赣县大埠含稀土花岗岩体 U 平均含量高达21.6×10-6,Th/U比值为1.35 (n=25),属典型的高铀岩体(U>9×10-6,Th/U<3);(2)全风化花岗岩相对基岩U质量变化率平均为-64.37,表明大部分(近2/3)的铀发生了活化转移,但并没有发现 U 在风化壳底层土壤和沟谷土壤/沉积物中累积富集的现象,因此我们认为从花岗岩风化作用中活化转移出来的铀,可能主要呈铀酰络阳离子(UO22+)形态被大气降水淋溶汇入了河流之中;(3)源自堆浸场的冲积物的U、Th平均含量分别为11.6×10-6和33.1×10-6,显著高于全风化花岗岩的U、Th平均含量(分别为9.14×10-6和 26.9×10-6)和未受开采影响的土壤/沉积物的 U、Th 平均含量(分别为 8.21×10-6和20.4×10-6);单因子指数法与地质累积指数法评价结果也反映堆浸场附近土壤或沉积物受到轻度放射性污染;这些都表明离子型稀土开采在放射性污染方面对环境的影响也是显著的;(4)水稻土U平均含量高达8.09×10-6,约为江西土壤背景值2倍,甚至明显高于江西某铀矿含矿未采区水稻土U含量,表明高铀花岗岩对土壤U背景的影响是显著的;(5)稻米的U含量(3.80×10-9-47.0×10-6,平均21.4×10-9),是江西省大米U含量背景值的32倍,是江西某铀矿区稻米的11倍,可能存在食用安全问题;但稻米样本数较少(5件),分析结果未经进一步核实,建议对大埠岩体周边产出的稻米做进一步的食用安全评价。
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