龍川江盆地砂巖型鈾礦鈾賦存形態(tài)研究

夏彧，周懇懇，伍皓，陳小煒，張建軍，李晉文，孔然

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龍川江盆地砂巖型鈾礦鈾賦存形態(tài)研究

夏彧1，周懇懇1，伍皓1，陳小煒1，張建軍1，李晉文2，孔然3

(1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心，成都 610081；2.云南省煤炭地質(zhì)勘查院，昆明 650218；3.云南省核工業(yè)二O九地質(zhì)大隊(duì)，昆明 650218)

對(duì)龍川江盆地南部新獲砂巖型鈾礦工業(yè)礦體開(kāi)展鈾賦存形態(tài)研究表明，不同礦段鈾成礦作用與賦礦主巖特征有關(guān)，且礦體總體適合采用地浸開(kāi)采。鈾品位高低與活性鈾比例無(wú)明顯相關(guān)性，后期開(kāi)發(fā)應(yīng)綜合考慮兩者關(guān)系，優(yōu)選開(kāi)采方案。掃描電鏡與電子探針?lè)治鼋Y(jié)果表明，鈾礦段中殘?jiān)鼞B(tài)鈾的礦物種類(lèi)主要以鈾石為主，呈微細(xì)粒侵染狀賦存、分散吸附于碎屑物表面，一般于蝕變黑云母、砂巖膠結(jié)物中較富集。其它，如鈾釷石、變種獨(dú)居石等獨(dú)立含鈾礦物常與石英、黑云母、黃鐵礦共生，鑲嵌于礦物解理面與裂隙之中。

砂巖型鈾礦；賦存形態(tài)；龍川江盆地

因可地浸采鈾工藝的不斷完善與開(kāi)采方式安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，砂巖型鈾礦已成為當(dāng)今世界與我國(guó)鈾礦勘查的主攻類(lèi)型[1]。作為西南地區(qū)重要的鈾成礦帶之一，滇西北部騰沖地區(qū)發(fā)育的新生代山間盆地群因其鈾源地質(zhì)體配置、構(gòu)造控盆條件與容礦主巖建造等特征不同于北方砂巖型鈾礦賦礦盆地而獨(dú)具特點(diǎn)[2]。2016年，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局于滇西地區(qū)實(shí)施新一輪鈾礦調(diào)查，在鈾資源調(diào)查、研究程度總體偏低的龍川江盆地南部新區(qū)內(nèi)鉆遇多層工業(yè)鈾礦體，為建立區(qū)域鈾成礦模式和指導(dǎo)下一步勘查方向提供了寶貴素材。

研究鈾在礦段中的賦存狀態(tài)，即定性分析鈾礦物產(chǎn)出特征及其組合類(lèi)型、探索鈾礦物與其他標(biāo)志性礦物的關(guān)系、定量分析各存在形態(tài)比例關(guān)系，對(duì)于追溯鈾源地質(zhì)體、重建成礦過(guò)程、建立找礦標(biāo)志、成礦預(yù)測(cè)和礦床后期地浸開(kāi)發(fā)利用等方面都具有重要意義[3、4]。國(guó)內(nèi)關(guān)于鈾賦存狀態(tài)的研究多集中于北方大型陸相盆地，如鄂爾多斯、二連盆地、伊犁盆地等。秦艷[5]等對(duì)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組7段烴源巖中鈾的賦存狀態(tài)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)約50%的鈾賦存于膠磷礦中，20%以上的鈾吸附于有機(jī)質(zhì)中；苗愛(ài)生等[6]應(yīng)用電子顯微技術(shù)確定鄂爾多斯盆地東勝鈾礦鈾礦物種類(lèi)主要為鈾石和水硅鈾礦，且兩者密切共生；陳路路等[7]仔細(xì)研究鄂爾多斯盆地納嶺溝地區(qū)鈾礦物產(chǎn)出特征，發(fā)現(xiàn)鈾礦物與黃鐵礦、鈦礦物、粘土礦物等緊密共生，且產(chǎn)出位置多位于礦物邊緣、解理縫上，碎屑顆粒中也可見(jiàn)；陳亮等[8]應(yīng)用逐級(jí)化學(xué)提取技術(shù)定量分析伊犁盆地某砂巖型鈾礦鈾的賦存形態(tài)，發(fā)現(xiàn)活性鈾包括殘?jiān)鼞B(tài)外的其余四種鈾形態(tài)占絕對(duì)主體地位，確認(rèn)該礦可浸性?xún)?yōu)良，適合地浸開(kāi)采。前人曾對(duì)滇西成礦帶新生代盆地耦合對(duì)鈾成礦影響、龍川江盆地沉積體系特征等問(wèn)題提出一系列認(rèn)識(shí)[9-12]，然而卻缺乏對(duì)鈾賦存狀態(tài)的系統(tǒng)研究和公開(kāi)報(bào)道。筆者通過(guò)ICP-MS、電子探針及高分辨率掃描電鏡定性分析、逐級(jí)化學(xué)提取定量形態(tài)分析等多種手段聯(lián)合應(yīng)用，對(duì)新獲鈾礦段樣品進(jìn)行微觀尺度研究，為明確鈾賦存狀態(tài)、鈾礦物組合與產(chǎn)出特征進(jìn)而建立區(qū)域鈾成礦模式提供有效信息。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

騰沖地塊位于岡瓦納大陸與揚(yáng)子板塊縫合線東側(cè)，是東特提斯構(gòu)造帶重要組成部分[13]。位于騰沖地塊的龍川江盆地南北長(zhǎng)110km，東西寬6～9km，總面積約700km2，盆地相對(duì)高差300～500m，屬于低山丘陵河谷地貌[14]。盆地東側(cè)發(fā)育瀘水-龍陵-瑞麗斷裂，西側(cè)發(fā)育龍川江斷裂，為一受斷裂控制的不對(duì)稱(chēng)地塹式斷陷盆地。盆地蝕源區(qū)和基底由東側(cè)中元古界高黎貢山群深變質(zhì)巖（Pt2gl）、西側(cè)燕山晚期-喜山期花崗巖（γ）為主，局部出露有石炭統(tǒng)勐洪群淺變質(zhì)巖。蓋層則由新近系芒棒組陸相碎屑巖系（N2m）、新生界火山巖和第四系殘坡積層(Q)組成[15]（圖1）。

圖1 騰沖地塊構(gòu)造位置和地質(zhì)簡(jiǎn)圖

圖2 龍川江盆地南部上新統(tǒng)芒棒組巖相綜合柱狀圖

龍川江盆地上新統(tǒng)芒棒組為一套陸源碎屑巖夾基性火山巖的地層序列，主要發(fā)育黃褐色、灰色泥質(zhì)礫巖、泥質(zhì)砂礫巖、泥質(zhì)含礫粗砂巖夾灰色泥巖、白色高嶺土薄層及薄煤層。結(jié)合前人大量鉆孔資料與對(duì)最新鉆獲巖芯的研究，綜合考慮沉積體系對(duì)礦體賦鈾潛力的影響，將芒棒組分成上中下三段（圖2）。其中芒棒組下段為砂巖型鈾礦主要含礦巖系，主體為沖積扇沉積環(huán)境。

2 樣品采集與分析方法

2.1 樣品采集

盆地南部施工的三鉆孔均在芒棒組下段下亞段（N2m11-1）見(jiàn)工業(yè)鈾礦化。本次采樣針對(duì)鉆孔自然伽馬測(cè)井異常段。為了確保樣品的代表性、完整性、可靠性，遵循《地浸砂巖型鈾礦取樣規(guī)范》對(duì) 30ZK30、40ZK28、50ZK28三鉆孔按下述要求與方法取樣：

1）采樣巖心采取率大于80%、測(cè)井曲線形態(tài)與巖心編錄曲線形態(tài)基本一致、鈾含量大于 0.01%。

2）清潔巖心表面，采取1/2 劈芯法連續(xù)取樣，少量松散礦化段巖石采取均勻撿塊取樣，單樣一般為0.2～0.5m。

3）在礦段頂?shù)锥诉m度延伸采樣范圍。對(duì)礦段巖性變化頻繁處增加取樣點(diǎn)密度。

2.2 分析方法

樣品中鈾含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定，儀器型號(hào)為PE300X，檢出限低于10-8，測(cè)定單位為云南核工業(yè)209地質(zhì)大隊(duì)研究所分析測(cè)試中心。將鈾含量最高的6件礦芯樣制成電子探針片，借助Inca ENERGY能譜儀進(jìn)行定性分析和JXA-8100電子探針定量分析，實(shí)驗(yàn)條件為加速電壓20KV，束流10-8A；綜合逐級(jí)化學(xué)提取方法對(duì)鈾賦存狀態(tài)進(jìn)行分析，本研究執(zhí)行《土壤和沉積物13個(gè)微量元素形態(tài)提取標(biāo)準(zhǔn)程序》并參考相關(guān)文獻(xiàn)[16-17]，將礦芯樣中的鈾分成水溶態(tài)、弱酸提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)五種賦存狀態(tài)分別提取，具體提取步驟如表1所示，各提取液中U元素的含量測(cè)定執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第30部分—44個(gè)元素量測(cè)定》。相關(guān)實(shí)驗(yàn)工作于核工業(yè)北京地質(zhì)研究所測(cè)試中心完成。

表1 逐級(jí)化學(xué)提取實(shí)驗(yàn)步驟

3 結(jié)果與討論

3.1 逐級(jí)化學(xué)提取分析

利用ICP-MS對(duì)逐級(jí)提取試驗(yàn)中各形態(tài)鈾的含量進(jìn)行測(cè)定，將分布提取法下各形態(tài)鈾的質(zhì)量加和與一步全溶法鈾總量結(jié)果進(jìn)行比較，其結(jié)果而表2所示。可以看出，分布提取法鈾總量和一步全溶法鈾總量之間無(wú)明顯偏差；無(wú)論試樣內(nèi)或者試樣間各形態(tài)鈾的含量都顯現(xiàn)出明顯差異；各形態(tài)鈾的含量（平均值）占鈾總量（分布）的比例為：殘?jiān)鼞B(tài)（55.59%）＞弱酸提取態(tài)（21.05%）＞可氧化態(tài)（18.67%）＞可還原態(tài)（3.77%）＞水溶態(tài)（0.82%）。

3.1.1各形態(tài)鈾含量的分布特征與數(shù)據(jù)解釋

試樣中各形態(tài)鈾占鈾總量（分布提取法）比值如圖3所示。從柱狀圖中可以看出，鈾賦存狀態(tài)的分布特征在不同試樣中呈現(xiàn)出一定差異。

圖3 試樣中各形態(tài)鈾的含量占鈾總量（分布提取法）的比值

1）水溶態(tài)的鈾。能直接被中性水提取的鈾元素形態(tài)，主要指被較弱吸附，易被植物直接吸收與利用的鈾元素形態(tài)。如圖3所示，6件試樣中水溶態(tài)鈾的含量與總量鈾的比值均小于1%，說(shuō)明如在該區(qū)砂巖型鈾礦中進(jìn)行地浸采鈾，通過(guò)中性水與礦石作用，就可浸出一定量的鈾，但不是主體。

2）弱酸提取態(tài)的鈾。被乙酸溶液提取的鈾元素形態(tài)，主要指通過(guò)擴(kuò)散作用和外層絡(luò)合作用被靜電吸附在土壤和沉積物顆粒表面，可通過(guò)離子交換迅速釋放的元素形態(tài)以及以沉淀或共沉淀形式束縛在碳酸鹽中的元素形態(tài)。從圖3、表2可知，3號(hào)、4號(hào)試樣中弱酸提取態(tài)的鈾比例分別為42.07%、34.47%，巖性為淺灰、灰色含礫砂巖，礦段一般膠結(jié)、經(jīng)過(guò)弱淋濾作用呈現(xiàn)出半松散砂狀，透水性較好，推測(cè)對(duì)應(yīng)礦段可能存在一定量粘土礦物對(duì)U022+強(qiáng)吸附作用造成弱酸提取態(tài)的鈾比例較高。其余試樣所占比例處于10%-20%區(qū)間內(nèi)，表現(xiàn)出本研究礦段中通過(guò)靜電吸附與束縛在碳酸鹽中的鈾分布較均勻且占重要位置。

3）可還原態(tài)的鈾。能被鹽酸羥胺提取的鈾元素形態(tài)，主要指被較強(qiáng)的結(jié)合力吸持在鐵錳氧化物中的鈾元素形態(tài)，在還原環(huán)境將鐵、錳礦物還原成可溶低價(jià)態(tài)，可釋放出該部分所吸持的鈾。如表2所示，試樣中可還原態(tài)的鈾含量比較低，所占比例均處于10%以下，在后期地浸采鈾中可結(jié)合實(shí)際情況對(duì)該部分鈾綜合開(kāi)發(fā)。

4）可氧化態(tài)的鈾。被過(guò)氧化氫溶液和乙酸銨溶液提取的鈾元素形態(tài)，主要指能與有機(jī)質(zhì)活性基團(tuán)結(jié)合（吸附、包裹、螯合）或吸附于硫化物顆粒上、生成硫化物的鈾元素形態(tài)。從圖3可知，2、5號(hào)試樣中可氧化態(tài)的鈾比例呈現(xiàn)較高水平，與其富含以炭質(zhì)為主的有機(jī)質(zhì)關(guān)系密切。

5）殘?jiān)鼞B(tài)的鈾。被鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸溶液提取的元素形態(tài)，主要指存在于原生、次生硅酸鹽及其他穩(wěn)定礦物晶格中的鈾元素形態(tài)，性質(zhì)穩(wěn)定，是原生礦物中鈾重要的組成部分。殘?jiān)鼞B(tài)的鈾在6件試樣中含量比例都較高。其中6號(hào)試樣比例最高，究其原因，可能是因?yàn)樵撡x礦主巖為淺灰色、灰白色砂泥質(zhì)礫巖，礫石含量高于50%，物源區(qū)帶來(lái)的高黎貢變質(zhì)巖礫石中存在一定殘?jiān)鼞B(tài)鈾，這部分殘?jiān)鼞B(tài)因性質(zhì)穩(wěn)定很難受到后期鈾成礦作用影響而保存至礫石中。

3.1.2 鈾賦存形態(tài)對(duì)地浸采鈾的意義

“活性鈾”亦稱(chēng)為“淋濾鈾”、“動(dòng)態(tài)鈾”[18],指具有一定遷移活性，能被浸取劑地浸開(kāi)采出來(lái)的部分，主要包括以可交換離子態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)質(zhì)與硫化物結(jié)合態(tài)存在的鈾。針對(duì)目前酸法地浸工藝，無(wú)法開(kāi)采出來(lái)的部分則稱(chēng)為“惰性鈾”，賦存狀態(tài)以殘?jiān)鼞B(tài)為主。

表2 試樣中各形態(tài)鈾在分布提取法中所占比例和與一步全溶法的數(shù)值對(duì)比

表2 試樣中各形態(tài)鈾在分布提取法中所占比例和與一步全溶法的數(shù)值對(duì)比 試樣編號(hào)(巖性)ω(U)/ug?g-1 水溶態(tài)弱酸提取態(tài)可還原態(tài)可氧化態(tài)殘?jiān)鼞B(tài)鈾總量（分布）鈾總量（一步） 1、灰白色巖屑粉砂巖0.65(0.34%)22.00(11.70%)6.05(3.22%)57.30(30.48%)102.00(54.26%)188.00189.00 2 、淺灰黑碳質(zhì)含礫細(xì)砂巖1.01(0.47%)21.50(9.63%)1.58(0.68%)140.00(62.64%)59.40(26.58%)223.49223.00 3、淺灰色、灰色含礫砂巖3.74(0.87%)181.00(42.07%)27.60(6.42%)85.90(19.96%)132.00(30.68%)430.24430.00 4、淺灰色、灰色含礫砂巖3.87(0.90%)158.00(34.47%)33.40(7.28%)112.00(24.40%)151.00(32.95%)458.27459.00 5、灰黑色碳質(zhì)含礫細(xì)砂巖1.10(0.60%)31.30(17.11%)0.99(0.54%)77.70(42.49%)71.80(39.26%)182.90184.00 6 、淺灰、灰白砂泥質(zhì)礫巖11.30(0.97%)145.00(12.49%)17.30(1.49%)24.60(2.12%)963.00(82.93%)1161.201159.00 平均值3.61(0.82%)93.13(21.05%)14.49(3.77%)82.92(18.67%)246.53(55.59%)442.35440.67 注：括號(hào)中的數(shù)值為分形態(tài)鈾含量占鈾總量（分布提取法）的比值