巴彥烏拉鈾礦床芒來(lái)地段地浸水文地質(zhì)條件初步分析評(píng)價(jià)

任曉平，劉曉敏，彭瑞強(qiáng)，黃鏹俯，杜鵬飛，戈燕忠

（1.核工業(yè)二〇八大隊(duì)，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.中核內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

天然鈾產(chǎn)品是核電站和國(guó)防軍工核材料的基本原料，是國(guó)家重要的戰(zhàn)略物資，是國(guó)防建設(shè)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。目前原地浸出為國(guó)內(nèi)砂巖型鈾資源開發(fā)的主要方式之一［1］，一半以上的天然鈾是通過(guò)地浸開采獲得，然而國(guó)內(nèi)天然鈾市場(chǎng)缺口仍然很大，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，維持目前國(guó)內(nèi)的天然鈾生產(chǎn)能力，已不能滿足國(guó)家對(duì)天然鈾逐步增長(zhǎng)的需求［2-4］，因此，盡快開發(fā)巴彥烏拉鈾礦床芒來(lái)地段，具有重大意義。巴彥烏拉鈾礦床位于二連盆地中北部，是我國(guó)比較典型的地浸砂巖型鈾礦床，本文對(duì)巴彥烏拉鈾礦床芒來(lái)地段地浸水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析和研究，對(duì)其地浸可行性進(jìn)行評(píng)價(jià)，希望能對(duì)以后地浸開采提供依據(jù)。

1 巴彥烏拉鈾礦床地質(zhì)概況

巴彥烏拉鈾礦床位于馬尼特坳陷的西部，塔北凹陷的中西部，其北西以白音希勒隱伏凸起與巴音寶力格隆起相隔，南西側(cè)與蘇尼特隆起相鄰，從西到東劃分為芒來(lái)、巴潤(rùn)、巴彥烏拉、白音塔拉和那仁寶力格5 個(gè)地段。芒來(lái)地段內(nèi)，根據(jù)鉆孔揭露資料，自下而上揭露地層有：下白堊統(tǒng)賽漢組下段、下白堊統(tǒng)賽漢組上段、古近系伊爾丁曼哈組，部分鉆孔直接揭遇到二疊系板巖，而缺失賽漢組下段。賽漢組上段是該區(qū)尋找古河谷型鈾礦的含礦層位［5-8］。

2 巴彥烏拉鈾礦床水文地質(zhì)概況

礦床位于馬尼特自流水坳陷西部自流水區(qū)的徑流—排匯區(qū)。地勢(shì)北東高、南西低，即從那仁寶力格—白音塔拉—巴彥烏拉—巴潤(rùn)—芒來(lái)依次緩慢降低，海拔高程1 090～910 m，相差約180 m，總體地形較為平緩，局部略有波狀起伏。

巴彥烏拉鈾礦床5 個(gè)地段處于同一水文地質(zhì)單元，且含礦含水層由同一辮狀河道砂體組成。礦床范圍內(nèi)含水巖組單一，主要為碎屑巖類含水巖組。礦床地下水主要來(lái)自北東鄰區(qū)地下水的側(cè)向補(bǔ)給，另外，還有北西和南東的側(cè)向微弱補(bǔ)給及“天窗”部位大氣降水的補(bǔ)給，總體從北東向南西緩慢徑流（圖1），最終泄于礦床南西部的準(zhǔn)達(dá)來(lái)、巴潤(rùn)達(dá)來(lái)一帶。

圖1 巴彥烏拉礦床賽漢組上段水文地質(zhì)略圖Fig.1 Hydrogeological sketch map of the upper segment of Saihan Formation in Bayanwula deposit

3 芒來(lái)地段含礦含水層特征

3.1 含礦含水層巖性特征

含礦含水層由賽漢組上段辮狀河砂體組成，其巖性以砂質(zhì)礫巖、粗砂巖和中砂巖為主，細(xì)砂巖次之［9］，分選性以中等—較好為主，局部較差，顆粒形狀呈次棱角狀-次圓狀，結(jié)構(gòu)疏松，填隙物以黏土礦物為主，含量一般小于10%，局部介于10%～15%之間，總體來(lái)看，含礦含水層以強(qiáng)滲透砂體為主。礦層巖性以中砂巖、粗砂巖和砂質(zhì)礫巖為主，細(xì)砂巖次之。

3.2 含礦含水層厚度特征

芒來(lái)地段含礦含水層厚度一般介于20～60 m 之間，最薄達(dá)11.60 m，最厚達(dá)78.80 m，平均為41.61m，其中，縱向河道軸線上較穩(wěn)定，一般介于20～35 m 之間，橫向上，中東部從南北兩側(cè)向中間增厚，西部從南北兩側(cè)向中間變?。▓D2）。

圖2 芒來(lái)地段賽漢組上段含礦含水層厚度等值線圖Fig. 2 Thickness contour map of the ore-bearing aquifer in the upper segment of Saihan Formation in Manglai area

3.3 含礦含水層產(chǎn)狀

含礦含水層分布十分穩(wěn)定、連續(xù)，橫向上總體為北西、南東向中部緩傾斜，縱向上為南西、北東向中部緩傾斜的特征，總體來(lái)看，其近于水平狀產(chǎn)出（圖3），局部受底板起伏影響而略有變化。

3.4 礦體產(chǎn)出特征

礦體頂界埋深介于82.12～150.40 m 之間，平均達(dá)117.87 m，礦體底界埋深介于89.07～151.60 m 之間，平均達(dá)125.18 m，總體埋深淺，變化小，礦體頂界在河道軸線部位埋深較大，沿軸線向北西和南東兩側(cè)方向礦體埋深變淺，礦體底界埋深受地層底板形態(tài)控制明顯，沿北東-南西軸線部位底板埋深較大，沿軸線向北西和南東兩側(cè)方向礦體底界埋深變淺；礦體厚度介于1.10～19.00 m 之間，礦體厚度變化較大，其中北部礦體厚度介于1.10～11.00 m 之間，平均達(dá)4.83 m，南部礦體厚度介于2.70～19.00 m 之間，平均達(dá)8.43 m，南部比北部礦體厚度大，但穩(wěn)定性差。礦體總體位于同一含礦含水層中，剖面上礦體主要產(chǎn)于含礦含水層的中下部和底部，局部產(chǎn)于上部，主要呈板狀、層狀，礦體產(chǎn)狀平緩，規(guī)模大，礦體連續(xù)性較好（圖3）。

圖3 芒來(lái)地段北部水文地質(zhì)剖面示意圖Fig.3 Schematic map of the hydrogeological section in the northern part of Manglai area

3.5 水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

含礦含水層隔水頂板主要由賽漢組上段上部的綠灰色、紅色泥巖、含砂礫泥巖組成，并夾有薄層或透鏡狀砂體（圖3），主要為辮狀河沉積體系末期的泛濫平原沉積。總厚度一般介于30～50 m 之間，平均為40.98 m，分布連續(xù)、穩(wěn)定，隔水性好；含礦含水層隔水底板由賽漢組下段湖沼相沉積的綠灰色、灰色、深灰色泥巖、含粉砂泥巖組成，鈾礦鉆孔揭遇厚度一般介于5～15 m 之間，最大達(dá)193.45 m。芒來(lái)地段含礦含水層具有穩(wěn)定的隔水-含水-隔水水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，使上、下含水層無(wú)水力聯(lián)系［10-12］，水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)理想。

3.6 含礦含水層水文地質(zhì)參數(shù)

根據(jù)芒來(lái)地段水文地質(zhì)孔抽水試驗(yàn)資料（表1），含礦含水層水位埋深介于4.50～13.12 m 之間，承壓水頭介于66.88～88.97 m 之間，涌水量介于309.60～395.79 m3·d-1之間，單位涌水量介于0.11～0.22 L/（s·m-1）之間，礦層滲透系數(shù)介于1.19～3.27 m·d-1之間，導(dǎo)水系數(shù)介于38.56～165.70 m2·d-1之間。數(shù)據(jù)表明，芒來(lái)地段含礦含水層具有地下水水位埋深淺、承壓水頭較強(qiáng)、涌水量大、礦層滲透性較強(qiáng)、導(dǎo)水能力和連通性均好的特點(diǎn)。

表1 巴彥烏拉鈾礦床芒來(lái)地段含礦含水層水文地質(zhì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistics on hydrogeological parameters of ore-bearing aquifers in Manglai area of Bayanwula uranium deposit

4 地浸水文地質(zhì)條件分析評(píng)價(jià)

按照《地浸砂巖型鈾礦水文地質(zhì)勘查規(guī)范》（EJ/T1194—2005）中的附表C.1“地浸砂巖型鈾礦水文地質(zhì)條件評(píng)價(jià)參數(shù)”［13］（表2），分析評(píng)價(jià)芒來(lái)地段礦床地浸水文地質(zhì)參數(shù)。

表2 地浸砂巖型鈾礦地浸水文地質(zhì)條件評(píng)價(jià)參數(shù)表Table 2 Evaluation parameters of in-situ leaching sandstone-type uranium deposits in-situ hydrogeological conditions

4.1 單井涌水量

芒來(lái)地段施工3 組水文地質(zhì)孔，其中北部礦體施工兩組，南部礦體施工一組，均為一觀一抽。據(jù)抽水試驗(yàn)結(jié)果表明，單井涌水量介于309.60～395.79 m3·d-1之間，水量豐富，地浸水文地質(zhì)條件為最有利。

4.2 滲透系數(shù)

含礦含水層滲透性對(duì)鉆孔抽注液能力、溶液運(yùn)移速度和浸出時(shí)間等有影響，而這些參數(shù)又會(huì)影響地浸開采成本，因此含礦含水層滲透性是決定鈾礦床是否可以地浸的最重要因素。滲透系數(shù)太大或太小都不利，滲透系數(shù)太大，浸出液與礦巖的水-巖反應(yīng)時(shí)間過(guò)短，增加了控制溶液的難度，而滲透系數(shù)太小則無(wú)法進(jìn)行地浸，因此，較強(qiáng)—中等滲透性的礦石最適合地浸。根據(jù)芒來(lái)地段水文地質(zhì)孔抽水試驗(yàn)結(jié)果，含礦含水層滲透系數(shù)介于1.19～3.27 m·d-1之間，其中北部含礦含水層滲透系數(shù)總體高于南部，地浸水文地質(zhì)條件為最有利。

4.3 水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)

連續(xù)、穩(wěn)定和隔水性能良好的頂、底板是地浸最有利的主要水文地質(zhì)條件之一。該含礦含水層隔水頂板厚度一般介于30～50 m 之間，底板厚度較薄，總體分布連續(xù)，隔水性能良好，使上、下含水層無(wú)水力聯(lián)系，具備“隔水-含水-隔水”的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，分析認(rèn)為地浸水文地質(zhì)條件為有利—最有利。

4.4 含礦含水層厚度

礦體分布范圍內(nèi)，含礦含水層總厚度一般介于20～60 m 之間，南北兩側(cè)向中間變薄，由西向東厚度變薄，層厚度相對(duì)較為適宜，總體地浸水文地質(zhì)條件為有利。

4.5 巖石粒度

針對(duì)芒來(lái)地段礦石樣品的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：品位大于0.03%的礦石主要分布在砂質(zhì)礫巖、粗砂巖內(nèi)，占75.90%，其次為中砂巖，占14.46%，細(xì)砂巖內(nèi)極少；品位介于0.02%～0.03%之間的礦石主要分布在砂質(zhì)礫巖內(nèi)，占55.22%，粗砂巖、中砂巖內(nèi)占比較少，占17.91%，細(xì)砂巖內(nèi)極少；品位介于0.01%～0.02%之間的礦石主要分布在砂質(zhì)礫巖內(nèi)，占39.00%，粗砂巖、中砂巖其次，占50.50%，細(xì)砂巖內(nèi)較少；品位介于0.005%～0.01%之間的礦石以砂質(zhì)礫巖為主，中砂巖、粗砂巖次之，細(xì)砂巖極少。芒來(lái)地段較高品位礦石多為砂質(zhì)礫巖、粗砂巖與中砂巖，地浸水文地質(zhì)條件以有利—最有利為主。

4.6 黏粒含量

含礦含水層中分布不均勻，根據(jù)現(xiàn)有資料統(tǒng)計(jì)，黏粒含量介于10.00%～19.00%之間，平均值為13.28%，成分主要為伊利石、高嶺石及少量粉砂，地浸水文地質(zhì)條件為有利。

4.7 分選性

芒來(lái)地段含礦碎屑巖主要為賽漢組上段灰色、深灰色含礫中砂巖、粗砂巖和砂質(zhì)礫巖，碎屑物成分以石英、長(zhǎng)石為主，巖屑次之，根據(jù)芒來(lái)地段施工鉆孔現(xiàn)場(chǎng)編錄，巖石粒度分選性不均一，總體來(lái)看，以中等—好為主，地浸水文地質(zhì)條件屬于較有利—有利。

4.8 膠結(jié)程度

芒來(lái)地段礦石主要位于賽漢組上段含水層下部殘留灰色砂體中，礦石一般為砂狀結(jié)構(gòu)、砂質(zhì)礫狀結(jié)構(gòu)，雜基支撐及顆粒-雜基支撐為主，其次為顆粒支撐、孔隙式膠結(jié)，巖石結(jié)構(gòu)均為疏松，不存在較疏松—致密巖石，地浸水文地質(zhì)條件為最有利。

4.9 水位埋深

礦體賦存在地下水位線以下，地下水水位埋深決定浸出液的提升方式和提升成本，是影響地浸開采成本和井場(chǎng)設(shè)備安裝的重要因素。已施工的3組水文地質(zhì)孔水位埋深介于4.50～13.12 m之間，總體來(lái)看，含礦含水層水位埋深淺，地浸水文地質(zhì)條件為最有利。

4.10 水頭高度

承壓水頭高度是影響浸出液提升和溶浸液注入能力的重要因素，承壓水頭高度對(duì)原地浸出開采溶液的提升起主要作用，對(duì)注液能力的影響次之，因此在礦床地浸水文地質(zhì)條件評(píng)價(jià)過(guò)程中主要考慮承壓水頭高度對(duì)浸出液提升能力的影響，礦床地下水承壓性越強(qiáng)，越有利于溶液的提升。根據(jù)芒來(lái)地段施工鉆孔統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，礦體分布范圍內(nèi)，含礦含水層承壓水頭一般介于60～80 m之間，地浸水文地質(zhì)條件為有利。

4.11 含礦層與非含礦層滲透系數(shù)比值

當(dāng)?shù)V層的滲透系數(shù)顯著大于圍巖的滲透系數(shù)，就可以減小浸出液稀釋的程度，降低原材料的消耗；而當(dāng)圍巖滲透性遠(yuǎn)大于礦層滲透性時(shí)，浸出液將會(huì)被嚴(yán)重稀釋，甚至因鈾質(zhì)量濃度太低而導(dǎo)致地浸采鈾不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)巖心編錄資料和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，含礦含水層中含礦層與非含礦層在巖性、粒度、黏粒含量和膠結(jié)程度等方面相差不大，初步推斷，含礦層與非含礦層滲透系數(shù)比值接近于1，總體來(lái)看，地浸水文地質(zhì)條件以有利—最有利為主。

4.12 含礦含水層與礦層厚度比值

礦層厚度與含礦含水層厚度比值越大，溶浸液和浸出液在礦層滲流過(guò)程中的稀釋程度就越小，對(duì)地浸就越有利，相反，如果礦層厚度與含礦含水層厚度比值過(guò)小，將造成溶浸劑大量消耗在圍巖中和浸出液嚴(yán)重稀釋，導(dǎo)致地浸采鈾經(jīng)濟(jì)效益差。芒來(lái)地段含礦含水層與礦層厚度比值多數(shù)介于2.9～9.5 之間，一般＜10，平均8.90，地浸水文地質(zhì)條件為較有利—最有利。

4.13 地下水的礦化度

地下水礦化度過(guò)高會(huì)引起地下水運(yùn)移通道堵塞，降低地層滲透性，是地浸采鈾工作難以繼續(xù)進(jìn)行的主要原因。對(duì)施工的水文地質(zhì)孔中取樣分析，含礦含水層地下水的礦化度介于2.01～3.91g·L-1之間，北部含礦含水層地下水礦化度高于南部，地浸水文地質(zhì)條件總體屬較有利。

4.14 碳酸鹽含量

含礦含水層巖石中碳酸鹽含量普遍很低，圍巖碳酸鹽含量一般介于0.05%～0.45%之間，平均值為0.14%；礦石碳酸鹽含量介于0.05%～0.43%之間，平均值為0.17%，礦石碳酸鹽含量與圍巖相近，自西向東礦石與圍巖內(nèi)含量有逐漸變小趨勢(shì)，采用酸法浸出時(shí)地浸水文地質(zhì)條件為最有利。

5 結(jié) 論

由以上評(píng)價(jià)參數(shù)可見(jiàn)，芒來(lái)地段含礦含水層厚度相對(duì)較為適宜，與礦層厚度比值較為有利，具有穩(wěn)定的隔水頂?shù)装?，水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)理想；其地下水水位埋深淺、承壓水頭較高、涌水量大、礦層滲透性強(qiáng)、地下水礦化度較低；礦石多為砂質(zhì)礫巖、粗砂巖與中砂巖，黏粒含量較低、分選性中等-好、膠結(jié)疏松、碳酸鹽含量普遍很低，導(dǎo)水能力和連通性均好，礦體埋藏較淺，具備地浸開采的基本水文地質(zhì)條件，大多數(shù)評(píng)價(jià)參數(shù)為有利—最有利，個(gè)別評(píng)價(jià)參數(shù)為較有利，綜合分析認(rèn)為：地浸水文地質(zhì)條件良好，芒來(lái)地段總體地浸水文地質(zhì)條件為最有利-有利，完全適宜于用地浸方法開采。