淺析國內(nèi)外砂巖型鈾礦的發(fā)展現(xiàn)狀及分類方案

孫　莉

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

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淺析國內(nèi)外砂巖型鈾礦的發(fā)展現(xiàn)狀及分類方案

孫莉

(西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069)

[摘要]砂巖型鈾礦是指賦礦巖石為砂巖(包括含礫砂巖、粉砂巖、泥巖)的鈾礦床，實(shí)質(zhì)上是一種礦石中鈾的沉淀和富集過程。砂巖型鈾礦開始于20世紀(jì)50年代，隨著鈾礦地質(zhì)勘查、地浸開采技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)成為世界上重要的鈾礦礦種之一。同時，由于各地大地構(gòu)造等地質(zhì)成礦條件的復(fù)雜性和特殊性，形成了不同種類的鈾礦礦床。繼而，雖然目前在可地浸砂巖型鈾礦的找礦地質(zhì)勘探和成礦理論研究等的方面有了較大的進(jìn)展,但還沒有形成非常系統(tǒng)、全面的分類方案。因此，探討一種切實(shí)可行的鈾礦床分類方案將會對鈾礦勘查、生產(chǎn)實(shí)踐等產(chǎn)生極其重要的影響。

[關(guān)鍵詞]砂巖型鈾礦；鈾礦床；鈾礦的分類

可地浸砂巖型鈾礦一般是指層間滲入作用所形成的水成型鈾礦，主要發(fā)育于地下水比較活躍的地區(qū)，礦體一般賦存于具有透水性沉積蓋層的中粗砂質(zhì)巖體中中，主要受層間氧化帶的控制，礦石的礦物類型主要為瀝青鈾礦、鈾石，易被酸溶液或堿溶液浸出[1-2]。

從20世紀(jì)中葉開始，美國、俄羅斯等國就開始致力于砂巖型鈾礦的地質(zhì)勘查和研究工作，并且鈾礦的儲量較大、品位較高，是重要的鈾礦生產(chǎn)國和出口國。我國對砂巖型鈾礦的研究較晚，且以中小型規(guī)模為主、品位較低。但是隨著鈾礦地質(zhì)勘查、地浸開采工藝技術(shù)的發(fā)展，目前已成為我國重要的鈾礦礦種之一。由于各地的大地構(gòu)造等地質(zhì)成礦條件的復(fù)雜性和特殊性，形成了不同種類的鈾礦礦床，傳統(tǒng)的砂巖型鈾礦的分類方案已經(jīng)不能滿足對其進(jìn)行研究。對一個地區(qū)的砂巖型鈾礦而言，選擇一種適宜的分類方案，將會對該地區(qū)砂巖型鈾礦的科學(xué)研究、勘查開發(fā)等具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1砂巖型鈾礦的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1國外砂巖型鈾礦的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1.1澳大利亞砂巖型鈾礦現(xiàn)狀

澳大利亞的鈾儲量占全世界總鈾儲量的41%左右。2007年澳鈾產(chǎn)量為7 802 t，比2006年增長了5.9%，居全世界第二位。澳的鈾礦主要集中在南澳和北領(lǐng)地地區(qū)，多屬于不整合型鈾礦，以瀝青鈾礦為主。二十世紀(jì)八十年代以來，澳生產(chǎn)的鈾很大比例上來自不整合型的鈾礦床-Nadarlek鈾礦床和蘭杰鈾礦床。近幾年在南澳發(fā)現(xiàn)了一大型地浸卷型砂巖型鈾礦即Four Mile鈾礦床，有東西兩礦體組成。據(jù)鉆探數(shù)據(jù)顯示，F(xiàn)our Mile西礦體最厚達(dá)9.1 m，品位1.84%U3O8(1.56% U)。Four Mile東礦體厚2.0 m，品位1.37%U3O8(1.16% U)。Four Mile卷型砂巖鈾礦是澳繼奧林匹克壩鈾-銅-金礦床之后發(fā)現(xiàn)的又一世界級的鈾礦床。

1.1.2美國砂巖型鈾礦床發(fā)展現(xiàn)狀

美國的國土面積為936萬平方千米,主要由4個大的地質(zhì)構(gòu)造單元組成,分別為阿巴拉契亞褶皺帶、南德克薩斯海岸平原區(qū)、科迪勒拉褶皺帶以及中央地臺區(qū)。十九世紀(jì)八十年在美國中部的科羅拉多高原發(fā)現(xiàn)了尤拉凡鈾礦區(qū)，尤其是1951年在圣胡安盆地的西南緣發(fā)現(xiàn)了杰克派爾鈾礦床開始,美國的砂巖型鈾礦就開始了新的發(fā)展。尤其是七、八十年代鈾礦地質(zhì)勘查工作的推動，逐漸形成了格蘭茨鈾礦區(qū)、科羅拉多高原釩銅鈾礦區(qū)、懷俄明盆地卷型鈾礦區(qū)及南得克薩斯卷型硫化物鈾礦區(qū)等4 個大型砂巖型鈾礦能源基地，從而構(gòu)成了世界上著名的美國中西部砂巖型鈾礦礦集區(qū)[3]。

美國提出了4種類型的鈾礦床成因理論[4]，分別為：(1)腐殖酸-鈾型。以科羅拉多高原的格蘭茨礦帶最為典型[5](2)鈾-釩-銅型鈾礦。以科羅拉多高原尤拉凡砂礦帶最為典型[6](3)懷俄明細(xì)菌卷型鈾礦,以懷俄明盆地最為典型[7](4)非細(xì)菌型鈾礦,以南得克薩斯沿海平原最為典型[8]。

美國的砂巖型鈾礦具有成礦時期比較長、層位較穩(wěn)定、分布面積比較大、埋藏較淺等特點(diǎn)，占世界砂巖型鈾礦存儲總量的80%以上[9]。

1.1.3中亞砂巖型鈾礦床發(fā)展現(xiàn)狀

自1952年在中亞地區(qū),前蘇聯(lián)發(fā)現(xiàn)了烏奇庫杜克砂巖型鈾礦礦床開始，相繼發(fā)現(xiàn)了中央卡茲庫姆系列鈾礦床；60 年代在楚-薩雷蘇、錫爾達(dá)林盆地內(nèi)發(fā)現(xiàn)系列鈾礦床，逐漸形成了著名的東土倫巨鈾礦省，礦床類型為層間氧化帶型,總儲量達(dá)百萬噸以上[10]。70年代在楚薩雷蘇、錫爾達(dá)林盆地內(nèi)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了白堊紀(jì)和古近紀(jì)地層中的系列大型-超大型砂巖型鈾礦床,構(gòu)成了當(dāng)前世界范圍內(nèi)最大規(guī)模的砂巖型鈾礦礦集區(qū)[3]，是目前世界上非常重要的具有開采成本較低、可運(yùn)用可地法開采的砂巖型鈾礦類型[11]，中亞砂巖型鈾礦的重要控礦因素是層狀氧化帶型控礦[12]。該鈾礦礦集區(qū)集中了數(shù)十個大型-超大型的砂巖型鈾礦床,均位于天山造山帶與土倫地臺之間的次造山帶內(nèi)[3]。

1.1.4日本砂巖型鈾礦床發(fā)展現(xiàn)狀

截止目前報道[13], 日本國內(nèi)共發(fā)現(xiàn)了12個砂巖型鈾礦礦床, 已探明鈾資源總量為6 000 t。大部分鈾礦床產(chǎn)于新近紀(jì)(N)的沉積盆地內(nèi), 盆地邊緣為鈾礦成礦的有利區(qū)。砂巖型鈾礦的鈾源主要來自沉積盆地的基底及其周邊的花崗巖區(qū)。按照不同的區(qū)域地質(zhì)演化背景，可劃分為東北部和西南部內(nèi)帶主要受火山斷塊控制的“綠色凝灰?guī)r區(qū)”以及 瀨戶內(nèi)省的“非綠色凝灰?guī)r區(qū)”[14]。其中，人形咔礦床、東濃礦床是日本最有潛力的兩大鈾礦床, 這兩大礦床與其他小礦床或礦化區(qū)相比，其基本地質(zhì)特征大體相似。礦床主要分布在構(gòu)造盆地的底部或邊緣, 且直接受控于河道底部砂體的含水層，礦泉水的循環(huán)為其成礦創(chuàng)造了有利條件。

1.1.5俄羅斯砂巖型鈾礦床發(fā)展現(xiàn)狀

近年來俄在砂巖型鈾礦地質(zhì)領(lǐng)域,尤其是在可地浸砂巖型鈾礦的礦產(chǎn)普查、鉆井勘探、礦產(chǎn)預(yù)測以及地浸開采工藝等方面有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,為俄鈾礦的勘探開發(fā)做出了很大貢獻(xiàn)。俄滲入性鈾礦的成礦遠(yuǎn)景比較好(1)俄地臺的西部(可分為南、北、中3區(qū));(2)俄地臺的東部;(3)外烏拉爾區(qū);(4)西西伯利亞區(qū);(5)近貝加爾區(qū);(6)外貝加爾區(qū);(7)遠(yuǎn)東區(qū)。同時，А.Б.哈列佐夫博士認(rèn)為在找尋砂巖型鈾礦以及其它類型的鈾礦床時,需全面把握各種地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行深入分析和總結(jié)，方能取得理想效果[15]。

1.2我國砂巖型鈾礦床發(fā)展現(xiàn)狀

我國的砂巖型鈾礦床主要分布在我國西北部和西南部的中新生代陸相沉積盆地中，砂巖型鈾礦的找礦工作始于上世紀(jì)八十年代末，我國引進(jìn)了中亞及俄羅斯等國的可地浸法采鈾技術(shù)和層間氧化帶型鈾成礦作用理論，首先在新疆伊犁盆地找到了第一個萬噸級砂巖型鈾礦，并且建立了可地采礦系統(tǒng)[16]。之后又陸續(xù)在吐哈盆地、鄂爾多斯盆地分別找到了十紅灘礦床和東勝礦床,從此我國鈾礦找礦工作轉(zhuǎn)向主攻低品位、大礦量、經(jīng)濟(jì)效益好的地浸砂巖型鈾礦床。

據(jù)2012年11月4日國土資源部報道，在內(nèi)蒙古中部大營地區(qū)發(fā)現(xiàn)了當(dāng)前我國國內(nèi)最大規(guī)模的地浸砂巖型鈾礦床。使得我國可能成為繼中亞和美國之后第三個擁有大型砂巖型鈾礦礦集區(qū)的國家。

近些年來，劉池陽教授提出了盆地多種能源同盆共存及協(xié)同勘探的新的理論認(rèn)識和學(xué)術(shù)思想，為能源礦產(chǎn)的形成、分布及其進(jìn)一步勘探開發(fā)提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)思想。

另外，在砂巖型鈾礦成礦時代的研究方面，宋子升等[17]結(jié)合電子探針的數(shù)據(jù)，創(chuàng)新性地利用fLA-MC-ICPMS對杭錦旗砂巖型鈾礦礦樣中的鈾礦物進(jìn)行了原位微區(qū)U-Pb定年。不僅測試出了包括全巖法在內(nèi)的多組年齡，同時還包含了稀土和微量元素的分析測試數(shù)據(jù)。足以說明鈾石的fLA-ICP-MS U-Pb法更加精確、更為全面等的特點(diǎn)。

2國內(nèi)外砂巖型鈾礦的分類方案

國際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)多采用描述性的方法來劃分鈾礦床，砂巖型鈾礦床被定義為主巖為砂巖的鈾礦床，可細(xì)分為卷狀、板狀、底河道和前寒武紀(jì)砂巖等4個亞型[18]。М.Ф.馬克西莫娃等(1993)把砂巖型鈾礦劃分為3種類型，分別為層間滲透型鈾礦、裂隙滲透型鈾礦和潛水滲透型[19]。

我國首先引進(jìn)了哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦等的找礦理論和成礦模式,被稱作層間氧化帶亞型;爾后又引進(jìn)俄古河道型鈾礦理論。即把可地浸砂巖型鈾礦分為層間氧化帶 和古河道兩個亞型。又把古河道亞型稱為潛水或潛水層間氧化帶亞型[22]。李勝祥等[21]根據(jù)砂巖型鈾礦礦床中主礦體形態(tài),分為5種類型：(1)板狀、似層狀型(格蘭茨礦帶)；(2)卷型(懷俄明盆地)；(3)透鏡狀(哈拉特礦床)；(4)堆狀；(5)脈狀(Mikouloungou礦床)。根據(jù)形成砂巖型鈾礦礦床的主要成礦作用分6種類型:(1)沉積成巖型；(2)潛水氧化類型；(3)層間氧化類型；(4)古熱水改造型；(5)熱液脈型。王正邦根據(jù)砂巖型鈾礦的基本特征及其成因類型將砂巖型鈾礦分為[3]:

Ⅰ 晚期成巖表生、后生滲入疊加砂巖型鈾礦(如美國格蘭茨礦帶諸鈾床);

Ⅱ 表生后生滲入型砂巖型鈾礦;

Ⅱ-A 潛水氧化帶型砂巖型鈾礦(含鈾煤型鈾礦,其中包括煤系地層中某些砂巖層中的潛水氧化帶型鈾礦,如中亞伊犁盆地的戈爾賈特和下伊犁鈾礦床);

Ⅱ-B 層間水氧化帶型砂巖型鈾礦(如楚薩雷蘇和錫爾達(dá)林盆地K和E地層中的鈾礦床);

Ⅱ-B1 區(qū)域性層間水氧化帶型砂巖型鈾礦(如楚薩雷蘇和錫爾達(dá)林盆地K和E地層中的鈾礦床);

Ⅱ-B2 局部性層間水氧化帶型砂巖型鈾礦(如中央克茲爾庫姆成礦省諸鈾礦床、美國懷俄明盆地的鈾礦床);

Ⅱ-C 潛水-層間水氧化帶型砂巖型鈾礦(古河道型砂巖型鈾礦,如俄羅斯的維吉姆、馬林諾夫、達(dá)爾馬托夫和蒙古的某些鈾礦床;受沖洪積扇前緣沼化洼地相粉砂質(zhì)泥巖和扇前網(wǎng)狀河砂巖控制的鈾礦床,如蒙古的哈拉特鈾礦床和俄羅斯的伊姆斯鈾礦床);

Ⅲ 生后生滲出-滲入型砂巖型鈾礦(如薩貝爾薩伊鈾礦床和美國得克薩斯地區(qū)的鈾礦床);

Ⅳ 后生熱水疊造型砂巖型鈾礦(如非洲尼日爾鈾礦床、歐洲的拉貝鈾礦床和科尼格斯坦鈾礦床)。

上述各類型的砂巖型鈾礦中,層間氧化帶型鈾礦(Ⅱ-B)以埋藏較淺、適宜使用地浸法開采、分布普遍、礦床規(guī)模大等特點(diǎn)而具有經(jīng)濟(jì)可開發(fā)價值。其他類型的砂巖型鈾礦由于其埋藏深度、礦體規(guī)模、分布范圍、開發(fā)利用的條件、經(jīng)濟(jì)效益等方面均低于可地?層間氧化帶砂巖型鈾礦。并且，該類型的鈾礦床已經(jīng)成為世界上鈾礦找礦和勘探開發(fā)利用的主要類型之一。

3結(jié)語

近些年，隨著砂巖型鈾礦勘探開發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展，砂巖型鈾礦越來越被各國所重視，已經(jīng)成為重要的鈾礦類型之一。目前，美國中西部和中亞地區(qū)已經(jīng)成為世界上砂巖型鈾礦數(shù)量最多、儲量最大的鈾礦礦集區(qū)。我國鈾礦勘查以“立足國內(nèi),增加儲備”為基本方針，以“主攻可地浸砂巖型鈾礦與積極探索其他經(jīng)濟(jì)型鈾礦相結(jié)合”為基本戰(zhàn)略[22]，找到了一大批砂巖型和碳硅泥巖型鈾礦床,但是礦石的品位比較低，構(gòu)造較復(fù)雜。近年，以劉池陽教授為首席科學(xué)家的項目團(tuán)隊通過卓有成效的研究，提出了盆地多種能源同盆共存及協(xié)同勘探的新的認(rèn)識和學(xué)術(shù)思想，但與發(fā)達(dá)國家仍有一定的差距。國內(nèi)外學(xué)者對砂巖型鈾礦的分類方案較多，且分類標(biāo)準(zhǔn)不一致，多與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及各地大地構(gòu)造等地質(zhì)成礦條件的復(fù)雜性和特殊性有關(guān)。通過對砂巖型鈾礦發(fā)展現(xiàn)狀及分類方案的研究，希望對砂巖型鈾礦的勘探開發(fā)及生產(chǎn)實(shí)踐起到一定的推動作用。

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[收稿日期]2015-09-02

[作者簡介]孫莉(1988-)，女，山東菏澤人，在讀碩士研究生，主攻方向：礦物學(xué)、巖石學(xué)、礦床學(xué)。

[中圖分類號]P588.21+2.3

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

[文章編號]1004-1184(2016)01-0190-03