自然電位法在層間氧化帶型砂巖鈾礦勘查中的應用

張江旭　齊建全　張寶林　李振成

摘 要： 多年來在層間氧化帶型砂巖鈾礦床勘查過程中，我們發現在砂體氧化還原過渡帶附近存在比較明顯的自然電位異常。本文通過對該類異常的研究，分析了其與層間氧化帶各亞帶間的對應關系，為鈾礦鉆探工作提供布設依據。

關鍵詞： 自然電位； 層間氧化帶型砂巖鈾礦； 氧化前鋒線

隨著近年來環境問題的不斷加重，我國正在加大力度調整能源結構，竭力促進核電、太陽能等新型清潔能源發展。鈾礦資源作為發展核能的物質前提，其需求量正在不斷加大。

20世紀80年代以來，在我國北方地區陸續發現多個大型、超大型的砂巖型鈾礦床，伴隨著地浸技術的不斷進步，使得尋找北方可地浸砂巖鈾礦成為我國鈾礦勘查工作的重心。

就目前發現的砂巖鈾礦而言，由于含礦砂體與圍巖之間電、磁、密度、波阻抗等物性差異小，常規物探方法效果并不明顯；放射性物探方法則由于覆蓋層較厚也難以發揮有效作用。當前在砂巖鈾礦勘查過程中，主要還是依靠大范圍的鉆探施工，人力、物力成本很高，而且效率低下。

理論和實際表明，在層間氧化帶型砂巖鈾礦上可以觀測到明顯的自然電位異常。因此，很有必要對該類自然電場的異常特征及形成機理進行研究，并分析其對于鈾礦勘查的指示意義。

1. 層間氧化帶型砂巖鈾礦成礦過程

層間氧化帶型砂巖鈾礦床的形成與層間氧化帶的發育情況有關。按巖石的顏色、礦物成分、化學成分、物理化學條件等的不同，一般可順著水流方向，將層間氧化帶分為3個亞帶：氧化帶、氧化還原過渡帶和還原帶。鈾成礦包括鈾的活化、遷移、沉淀富集等一系列物理化學過程。在富氧弱堿條件下，U元素在蝕源區富氧弱堿的環境中被地表降水氧化淋濾、活化成U6+，并以UO22+的形式隨含氧水在層間運移。隨著水中游離氧含量不斷減小，到達了氧化還原過渡帶，由于該處富含有機質、硫化物等強還原劑，致使水中Eh、pH值急劇變小，U、Re等金屬元素沉淀富集成礦。

2. 層間氧化帶型砂巖鈾礦自然電場形成機理

通過上述討論可知，在氧化帶中，主要發生游離氧、UO22+、Fe3+等離子的還原反應。過渡帶中由于還原劑豐富，主要發生硫化物及有機質等還原劑的氧化反應。發生在層間氧化帶的上述氧化還原反應構成了自然電場的形成機理。

正是由于大氣降雨、地下水的不斷循環對流，使得氧化劑、還原劑持續得到補充，自然電流才得以維持，形成在地表上能觀測到的穩定的自然電場。

此外，地下水沿層間氧化帶流動，由于砂體的滲濾作用，形成滲濾電場。地表觀測到的自然電場是氧化還原電場和滲濾電場的疊加場。

3. 層間氧化帶型砂巖鈾礦自然電場特征

在地面上觀測到的自然電場強度和特征與很多因素有關，包括礦體及圍巖砂體溶液的Eh、pH差異、離子濃度、滲濾能力、砂體厚度、產狀、埋深等。

理論與實際表明，在地表測量中自然電位異常高值區往往對應的是還原帶，低值區對應氧化帶，過渡帶則對應的是異常自低向高陡變區域，自然電位曲線拐點位置對應氧化前鋒線。

4. 結語

自然電位異常與層間氧化帶各亞帶之間的對應關系可以有效指示氧化前鋒線位置，指導鈾礦鉆探布設。

由于地表觀測到的自然電場是氧化還原電場和滲濾電場的疊加場。自然電位測量工作中必須考慮區域水文地質環境及天氣等因素，減少滲濾電場的影響。

目前很多學者致力于自然電位場理論計算，認為只要能給出電位方程，就能通過組合模擬單獨的電位來解釋SP 資料。筆者從實際應用角度出發，認為自然電位法作為一種間接找礦方法，只要能大致指示氧化前鋒線位置即可，應該更多的致力于研究其異常特征與層間氧化帶各分帶之間的位置對應關系。

參考文獻：

[1] 尹志勇， 萬麗， 湯洪志，等. 探討可地浸層間氧化帶型砂巖鈾礦自然電位異常與礦體形態的關系[J]. 能源與節能， 2011（2）：48-50.

[2] 尹志勇， 湯洪志， 謝宏橋，等. 可地浸層間氧化帶型砂巖鈾礦自然電位特征研究[C]// 中國地球物理學會年會、中國地震學會第十三次學術大會. 2010.

[3] 湯洪志， 劉慶成， 龔育齡. 可地浸層間氧化帶型砂巖鈾礦自然電場形成機理研究[J]. 地學前緣， 2003， 10（1）：162-158.