我國砂巖型鈾礦床研究與勘查新進展

張新民

（四川省核工業地質調查院，成都，610061）

我國砂巖型鈾礦床研究與勘查新進展

張新民

（四川省核工業地質調查院，成都，610061）

砂巖型鈾礦，目前是我國鈾礦地質找礦的主要方向之一。該類礦床多分布于中、新生代層間氧化帶內，賦礦深度較大，找礦具有一定的局限性，因此開展對砂巖型鈾礦的找礦方法探索具有重要的意義。該類礦床勘查的方法主要有活性炭吸附氡法、放射性水化學法、腐殖酸抽提法、分量化探法、深穿透地球化學法、地球電化學法等本文通過總結這些方法的原理、適用條件及注意事項，提出采用多種方法追蹤鈾礦異常可更有效的發現礦化信息。

砂巖型鈾礦；層間氧化帶；深穿透地球化學；新進展

砂巖型鈾礦床是我國鈾資源來源之一，目前是我國鈾礦地質找礦的主要方向之一。砂巖型鈾礦主要產于中、新生代陸相紅層盆地中，礦床的形成時間與造山活動時間有關，多形成于白堊紀-第三紀，礦床層控特征明顯，礦化類型復雜，主要有沉積成巖型和沉積成巖-后生富集型，以后生富集型較為常見[1]。根據沉積建造分類，該類型礦床可包括陸相紅色碎屑建造中的鈾礦床(衡陽型)、陸相暗色含煤碎屑建造中的鈾礦床(伊犁型)以及陸相火山碎屑沉積建造中的鈾礦床(青龍型)。含礦主巖沉積相主要為沖積扇前緣辮狀河、辮狀河三角洲平原分流河道及席狀砂壩，少數為湖泊沼澤相[2]。礦床成因為在沉積成巖基礎上，以地下水的后生改造作用為主，屬層間氧化帶型或潛水氧化帶型鈾礦床。

1 砂巖型鈾礦研究與勘查現狀

我國砂巖型鈾成礦可以劃分為西、中、東構造域三類砂巖型鈾礦，他們在成礦規模、成礦規律、成礦年齡等方面存在著明顯的差異[3]。從西部到東部賦礦層位具有抬高的趨勢；西部以層間氧化性為主，潛水氧化型次之，而向東部則過渡為發育沉積成巖型疊加層間氧化的復成礦床。西部有兩期層間滲入礦化年齡E2-E3和N11-Q1，而中構造域的東部出現白堊紀的層間滲入氧化的礦化年齡。中國東部則主要是晚白堊世的沉積成巖礦化年齡疊加兩期(E21-E31和N13)層間滲入礦化。三個構造域差異主要源自于它們的構造演化特點，中國西部和東部的砂巖型鈾礦床分別歸屬于新天山構造帶和西太平洋成礦體系，而中部(中構造域)處于兩者的過渡部位而兼有兩大成礦體系的特征。

大量的鈾礦地質資料表明砂巖型鈾礦多產于深度（大于100m）緩傾斜砂巖層的氧化-還原過渡帶中，其上沉積蓋層較厚。目前對砂巖型鈾礦的研究與勘查多與盆地構造聯系起來，從盆地的構造背景、性質、相帶、巖相古地理條件及演化史等方面探索其與鈾礦化的聯系。諸多找礦實例表明，前期相對穩定，后期隆升剝蝕是有利的鈾成礦背景，盆地演化過程中形成的“三層組合”是鈾運移、富集成礦有利位置，古盆地氣候由氧化向還原過渡轉變是鈾成礦必備的物化條件[4]。新的研究結果認為盆地鈾后生改造是形成富礦的必要條件，因此層間氧化帶的發育、不整合、構造-熱水作用有利于形成富、大礦體[2]。近些年來，有資料顯示可地浸砂巖型鈾礦多數產于油氣盆地，與油氣關系十分密切，于是地質學家們提出在油氣勘探中尋找鈾礦化礦床，在鈾礦床（化）周圍的有利部位加強油氣勘探[5]。

目前對鈾礦床的勘查主要有盆地演化分析法、地層對比法、重力法、He法、Rn法、放射性水化學法、傳統地球化學方法、航測、磁測等。這些方法在不同的地區都取得了一定的效果。但是隨著淺部礦體的開采殆盡，深部的復雜礦體的勘查對勘查技術提出了新要求。本文介紹一些新的勘查手段，這些方法均在一些鈾礦區進行了實驗，并取得了較好的效果。

2 砂巖型鈾礦勘查方法

2.1 活性炭吸附氡法

地下隱伏的鈾礦體，由于鈾元素的放射性衰變，其氣態放射性衰變子體氡通過擴散、對流等過程可到達地表土壤層。而活性碳可以對氡進行線性的物理吸附，在其他條件相同的情況時，單位質量活性炭吸附的氡與被吸附地點的氡活度濃度成正比。基于此原理，在一定深度土壤中埋置含活性碳的取樣瓶，捕獲擴算出來的氡氣，用伽瑪譜儀測量取樣瓶中氡子體的特征射線，根據特征峰的面積計算出取樣瓶中的氡活度濃度，經過氡衰變修正和時間修正，能夠計算出土壤中的氡活度濃度（核工業北京地質研究院，2005），從而反映出深部的礦化信息。該方法即能反映鈾礦化信息，又能反映斷裂信息[6]（圖1），但在實際應用中須注意取樣瓶的埋置，深度須不受淺表覆蓋物和氣候變化的影響，一般要在巖土對空氣的“吞吐作用”有效深度以下，取樣時間須使氡氣體積累達到最大值，但又要求取樣時間盡量短，取樣時間的確定在實際操作中通常在取樣前多次試驗以尋找最佳時間。另外，每個測樣點須多次測量，重復實驗以消除誤差。

2.2 放射性水化學法

鈾元素為親氧元素，當水中含氧量升高時，在鈾源層（體）附近，會產生放射性水化學異常。砂巖型鈾礦由于其鈾源層在沉積成巖過程中多接受富鈾地下水的補給，而賦礦的層間氧化帶中的地下水水在長期的作用下將鈾浸出、遷移，從而為放射性水化學找鈾礦提供信息。該方法主要測定水中放射性U、Ra、Rn的含量，并據此圈定異常點，而進行找礦[7]，方法簡單，易于實施，但是該方法具有一定的局限性。在采用該法尋找鈾礦時要因地制宜，不同的水文地質條件，其找礦手段也須靈活變動。在淺源隆起區，可以依據露頭的水化學異常追蹤異常源，而深埋區，則需先查清成礦有利位置后，采用鉆孔抽水找礦。總體來說，該方法適用于小比例尺異常的圈定以及隆起區的找礦，而對于深埋區則只能借助鉆孔水進行定位，故并不是砂巖型鈾礦的最有效找礦方法；不過，在有鉆探施工的工程內也可以附帶進行測量，可以輔證礦化信息。

2.3 腐殖酸抽提法

眾所周知，地表存在著天然地球化學障，例如鹽堿層，腐殖層、粘土礦物層等。其中粘土礦物、Fe-Mn氧化物和腐殖酸是以吸附作用為主的吸附障。腐殖酸由于其帶負電荷，對帶正電荷的重金屬離子表現出極強的吸附能力，在天然吸附劑中，其對鈾的吸附率僅次于褐煤和磷塊巖，達到1.67%(飽和)。腐殖酸吸附UO22+的能力與很多因素有關，但是大量資料表明，含鈾溶液的PH值對此影響最大，通常在弱酸性(pH為5-6)含鈾溶液中腐殖酸吸附UO22+量達到最大[8]。腐殖酸抽提法是利用元素存在形式含量，或稱相含量進行找礦的一種新方法。這種方法以鈾有機物存在形式在土壤中形成的分散暈為測量對象。這種分散暈為后生疊加分散暈，它同在巖石風化成壤期間形成的機械分散暈性質不同，而與深部鈾礦化關系密切，但又經常和機械分散暈疊加在一起，通過腐殖酸抽提，即可將這部分鈾從復合暈中提取出來作為隱伏鈾礦床勘查的重要指標。在實際方法應運中，取樣介質可為巖石、土壤、水和底沉積等；當取樣介質為土壤時，一般取A層底部，要求樣品粒級<40目，樣品晾干后先采用焦磷酸鈉處理，將不溶性的腐殖酸鹽轉化為游離型或可溶型的腐殖酸然后進行分析。

由于腐殖酸抽提法在程度不同在樣品之間會產生分析誤差，而且腐殖酸含量差別也會造成假異常。因此我們并不直接利用鈾含量顯示異常，而采用C含量進行標準化。公式為：

K=Me/C

K為標準化后的值，Me為腐殖酸中鈾等金屬元素的含量，采用激光熒光法測定鈾含量；C為腐殖酸中碳的含量，常利用重鉻酸鉀滴定測定。

圖1 尼日爾Teguidda砂巖型鈾礦汽車伽馬能譜和活性炭測量等值線圖（據文獻【6】）

腐殖酸抽提法主要是采用偏提取技術提取吸附相鈾（這種形態的鈾在鈾異常中占有極大的比重），該方法效果較好，可以提取出較弱的異常，強化異常信息，在我國有一定的應用。

2.4 分量化探法

分量化探法廣義上屬于深穿透地球化學測量的一種，主要是基于地球內部存在著排氣現象，這些氣流的主要成分為N2、O2、CO2、Ar、CH4、He等，流量在0.005～4cm3/(min.m2)[9].當氣流流經砂巖型鈾礦體時，會將礦體和原生暈中的鈾及半生元素的活動態部分吸附在地氣形成的微氣泡表面或以彌散形式分散在地氣中形成氣溶膠體，隨地氣一起遷移到地表土壤中，并被土壤捕獲、積累和濃集形成鈾和伴生元素活動態疊加含量異常。

我們知道層間氧化帶砂巖型鈾礦床常伴生有錸、釩、鉬、硒等元素，這些元素在容礦砂巖中的空間分布上有一定規律：在鈾礦卷的凹面處出現硒富集帶；錸、釩富集在礦卷中；鉬則富集在礦卷的前峰處。因此當上升的地氣流經過層間氧化帶砂巖型鈾礦體時，礦體和原生暈中的鈾及其伴生元素的活動態分量被搬運到近地表土壤中，形成了相關元素活動態分量異常。當這些元素的分量異常與它們在容礦砂巖中的各地球化學元素具有相同的分帶規律時，推斷深部很可能存在隱伏的層間氧化帶砂巖型鈾礦體。目前采用該方法實驗的適宜粒徑為0.25mm，深度為50～80cm的B層鈣積層土壤[10]。將樣品烘干后，利用偏提取技術提取出水溶態、吸附態、有機態的鈾及其他伴生組分等。然后采用熒光法、極普法測定相關元素含量，做出異常圖，此方法可以提取出較弱的異常信息，對砂巖型找礦可靠有效，且成本較低。但是在異常的解釋方面關于跳躍式、鋸齒式異常的成因有待研究。而且應用該方法需要考慮與地質、物探等方法相結合，另外此方法在森林與沼澤區可能效果不理想。

2.5 深穿透地球化學

深穿透地球化學是探測深部隱伏礦或地質體發出的直接信息的勘查地球化學理論與方法，通過研究隱伏礦成礦元素或伴生元素向地表的遷移機理和分散模式，含礦信息在地表的存在形式和富集規律，發展含礦信息采集、提取、分析和成果解釋技術，以達到在覆蓋區尋找隱伏礦的目的[11]。

圖2.鄂爾多斯砂巖型鈾礦田孫家梁礦段深穿透方法提取異常效果示意圖（據文獻【13】）（左圖為不同粒級提取效果圖，右側為不同提取劑提取效果示意圖）

地球化學研究表明，礦床及圍巖的成礦元素及伴生元素以活動態的形式(包括各種離子、絡合物、原子團、膠體、超微細的亞微米金屬顆粒、鐵族元素氧化物吸附和包裹金屬、碳酸鹽包裹金屬、礦物顆粒間的成礦元素獨立金屬礦物（自然金屬、金屬互化物、硫化物等)，在某種或幾種營力作用下被遷移至地表。鈾元素也不例外，被遷移上來的鈾元素在表生條件下很容易被氧化為鈾酰絡陽離子（[UO2]2+），易被粘土礦物、鐵的氫氧化物、膠體和有機物等所吸附。這樣，深部鈾等金屬礦化信息就主要賦存在堿性地球化學障和氧化地球化學障中[12]，使用提取堿性蒸發鹽類中的金屬元素和提取氧化物膜中的金屬元素可以有效地識別深部含礦信息。基于此原理，姚文生（2012）在鄂爾多斯砂巖型鈾礦進行了深穿透地球化學測量[13]，他選取了80～120目和小于120目的樣品，采用傳統提取劑、乙酸銨提取液以及MML-U螯合提取劑對孫家梁礦段進行了活動態分析，以及全量分析。試驗結果顯示，細粒級土壤樣品的活動態分析可以很高的提取出礦化異常，采用MML-U螯合提取劑比傳統提取劑效果更好，試驗結果在礦體上方探測到了U、Mo、V、Se等元素的異常信息（圖2）。深穿透地球化學試驗中，不同的螯合劑取得的效果不同，探索新的高效的螯合劑對探礦意義重大。

2.6 地球電化學法

地球電化學法包括地電化學提取測量法和土壤離子電導率測定法。前者主要以地下巖石中的離子動態平衡狀態為基礎[14]，施加人工電場打破地下的離子動態平衡，促使離子向離子收集器方向遷移，當地下巖石中的離子重新達到動態平衡；通過測量收集器外層樣品（泡塑）中的成礦離子含量來推測深部是否存在隱伏礦。地電地化學法可用于厚層外來運積物覆蓋區，在常規化探無效或效果較差的地段，可以強化和發現弱異常。而土壤離子電導率則是通過測定樣品中多種成暈離子的代參數-電導率來尋找隱伏礦。后者簡便易行，通常作為輔助測量。

侯冬梅等（2012）對中國江西省樂安縣湖溪某火山巖型、澳大利亞Four Mile East某砂巖型鈾礦開展以地球電化學提取測量為主、土壤離子電導率測量為輔尋找隱伏鈾礦的工作，發現在電導率高峰值夾持的異常地帶存在成礦元素U、Th、Mo及多金屬元素地電提取異常[15]。在Four Mile East砂巖型鈾礦區，地電提取和土壤測量的U、Mo、V異常吻合，在土壤異常較弱的地方，地電提取異常相對明顯（圖3）。

當然，由于地球電化學法測量找礦主要基于帶電粒子的遷移作用，因此礦體所處位置須有利于發生電化學溶解，如濕潤的氣候，潛水面的切割或土壤飽水、礦物成分復雜。另外良好的構造條件，礦層最好裂隙較為發育。

總之，砂巖型鈾礦作為鈾礦床的一種，對其的勘查方法多種多樣，常規的伽馬放射性測量等核物探方法對該類礦床的勘查起到了舉足輕重的作用。隨著微細地球化學異常理論的建立，深穿透等分相提取異常在勘查應用中越來越廣。而砂巖型鈾礦的勘查趨勢將是核物探與新的化探方法相結合，多種方法相結合，采用組合異常、綜合異常揭露與解釋，從而更準確的揭示異常來源，定位礦體。

圖3. Four Mile East砂巖型鈾礦區采用不同測量方法的結果及找礦模式（據文獻【15】）

[1] 劉金輝，孫占學，史維浚．運用鈾同位素研究砂巖型鈾礦的幾個問題[J]．吉林大學學報(地球科學版)，2006(4)：516～520．

[2] 陳戴生，李勝祥，蔡煜琦．我國中新生代盆地砂巖型鈾礦研究現狀及發展方向的探討[J]．沉積學報，2003(1)：113～117．

[3] 陳祖伊，陳戴生，古抗衡，等．中國砂巖型鈾礦容礦層位-礦化類型和礦化年齡的區域分布規律[J]．鈾礦地質，2010，26(6)：321～331．

[4] 黃世杰．層間氧化帶砂巖型鈾礦的形成條件及找礦判據．鈾礦地質[J]．1994，10(1)：6～13．

[5] 劉建軍，李懷淵，陳國勝．利用鈾油關系尋找可地浸砂巖型鈾礦[J]．鈾礦地質，2006(1):29～37．

[6] 沈正新．活性炭吸附氡法在尼日爾Teguidda地區砂巖型鈾礦勘查中的應用[J]．鈾礦地質，2012(4):250～256．

[7] 辛至秀．運用放射性水化學方法尋找隱伏鈾礦體[J]．世界核地質科學，2012(2):92～98．

[8] 張守本，談成龍．相量化探及其在隱伏金屬礦床勘查中的有效應用[J]．國外鈾金地質，1992(4):52～57[9] 施俊法，等．金屬氣相遷移新機制．金屬礦床氣體地球化學測量新技術[M]．北京:中國地質礦產信息研究院，1997．

[10] 尹金雙，唐良寶，郭虹，等．分量化探法在砂巖型鈾礦勘查中的研究與應用[J]．鈾礦地質，2004(1)：39～44．

[11] 王學求．深穿透勘查地球化學[J]．物探與化探，1998，22(3)：166～169．

[12] 王學求，遲清華，孫宏偉．荒漠戈壁區超低密度地球化學調查與評價：以東天山為例[J]．新疆地質，2001，19（3）：200～206

[13] 姚文生，王學求，張必敏，等．鄂爾多斯盆地砂巖型鈾礦深穿透地球化學勘查方法實驗[J]．地學前緣，2012(3)：167～176．

[14] 曹中煌，羅先熔，王培培，等．不同覆蓋區地電化學提取法尋找銅鎳礦對比研究[J]．2010，46(3)：476～482．

[15] 侯冬梅，羅先熔，王建歷，等．地球電化學法在中國-澳大利亞兩國尋找隱伏鈾礦中的對比研究[J]． 地質通報，2012(1)：126～135．

Advances in the Research and Prospecting of Sandstone-Type Uranium Deposits in China

ZHANG Xin-min
(Sichuan Institute of Geological Survey for Nuclear Industry, Chengdu 610061)

Sandstone-type uranium deposit occurs usually in the interstratified oxidation zone of a Mesozoic-Cenozoic basin. The deposit occurs commonly at the depth. It’s prospecting methods are: 1) Adsorption radon by activated carbon; 2) Geochemical survey of radioactive water; 3) Partial extraction of the associated elements by humic acid; 4) Partial extraction of uranium and associated elements; 5) Deep-penetrating geochemistry; 6) Geo-electrochemical method. This paper has a discussion on principle, operating procedure and matters needing attention for these methods, and believes good results of comprehensive methods.

sandstone-type uranium deposit; interstratified oxidation zone; deep penetrating geochemistry; partial extraction; geoelectrochemical method

P619.14

A

1006-0995（2014）04-0547-04

10.3969/j.issn.1006-0995.2014.04.016

2014-03-13

張新民（1986-），男，甘肅人，助理工程師，地球化學專業，主要從事鈾礦找礦工作