龍川江盆地砂巖型鈾礦鈾賦存形態研究

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.中國地質調查局成都地質調查中心，成都 610081；2.云南省煤炭地質勘查院，昆明 650218；3.云南省核工業二O九地質大隊，昆明 650218)

對龍川江盆地南部新獲砂巖型鈾礦工業礦體開展鈾賦存形態研究表明，不同礦段鈾成礦作用與賦礦主巖特征有關，且礦體總體適合采用地浸開采。鈾品位高低與活性鈾比例無明顯相關性，后期開發應綜合考慮兩者關系，優選開采方案。掃描電鏡與電子探針分析結果表明，鈾礦段中殘渣態鈾的礦物種類主要以鈾石為主，呈微細粒侵染狀賦存、分散吸附于碎屑物表面，一般于蝕變黑云母、砂巖膠結物中較富集。其它，如鈾釷石、變種獨居石等獨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；龍川江盆地

因可地浸采鈾工藝的不斷完善與開采方式安全環保等優點，砂巖型鈾礦已成為當今世界與我國鈾礦勘查的主攻類型[1]。作為西南地區重要的鈾成礦帶之一，滇西北部騰沖地區發育的新生代山間盆地群因其鈾源地質體配置、構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具特點[2]。2016年，中國地質調查局于滇西地區實施新一輪鈾礦調查，在鈾資源調查、研究程度總體偏低的龍川江盆地南部新區內鉆遇多層工業鈾礦體，為建立區域鈾成礦模式和指導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，即定性分析鈾礦物產出特征及其組合類型、探索鈾礦物與其他標志性礦物的關系、定量分析各存在形態比例關系，對于追溯鈾源地質體、重建成礦過程、建立找礦標志、成礦預測和礦床后期地浸開發利用等方面都具有重要意義[3、4]。國內關于鈾賦存狀態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]等對鄂爾多斯盆地延長組7段烴源巖中鈾的賦存狀態進行研究，發現約50%的鈾賦存于膠磷礦中，20%以上的鈾吸附于有機質中；苗愛生等[6]應用電子顯微技術確定鄂爾多斯盆地東勝鈾礦鈾礦物種類主要為鈾石和水硅鈾礦，且兩者密切共生；陳路路等[7]仔細研究鄂爾多斯盆地納嶺溝地區鈾礦物產出特征，發現鈾礦物與黃鐵礦、鈦礦物、粘土礦物等緊密共生，且產出位置多位于礦物邊緣、解理縫上，碎屑顆粒中也可見；陳亮等[8]應用逐級化學提取技術定量分析伊犁盆地某砂巖型鈾礦鈾的賦存形態，發現活性鈾包括殘渣態外的其余四種鈾形態占絕對主體地位，確認該礦可浸性優良，適合地浸開采。前人曾對滇西成礦帶新生代盆地耦合對鈾成礦影響、龍川江盆地沉積體系特征等問題提出一系列認識[9-12]，然而卻缺乏對鈾賦存狀態的系統研究和公開報道。筆者通過ICP-MS、電子探針及高分辨率掃描電鏡定性分析、逐級化學提取定量形態分析等多種手段聯合應用，對新獲鈾礦段樣品進行微觀尺度研究，為明確鈾賦存狀態、鈾礦物組合與產出特征進而建立區域鈾成礦模式提供有效信息。

1 研究區地質背景

騰沖地塊位于岡瓦納大陸與揚子板塊縫合線東側，是東特提斯構造帶重要組成部分[13]。位于騰沖地塊的龍川江盆地南北長110km，東西寬6～9km，總面積約700km2，盆地相對高差300～500m，屬于低山丘陵河谷地貌[14]。盆地東側發育瀘水-龍陵-瑞麗斷裂，西側發育龍川江斷裂，為一受斷裂控制的不對稱地塹式斷陷盆地。盆地蝕源區和基底由東側中元古界高黎貢山群深變質巖（Pt2gl）、西側燕山晚期-喜山期花崗巖（γ）為主，局部出露有石炭統勐洪群淺變質巖。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 騰沖地塊構造位置和地質簡圖

圖2 龍川江盆地南部上新統芒棒組巖相綜合柱狀圖

龍川江盆地上新統芒棒組為一套陸源碎屑巖夾基性火山巖的地層序列，主要發育黃褐色、灰色泥質礫巖、泥質砂礫巖、泥質含礫粗砂巖夾灰色泥巖、白色高嶺土薄層及薄煤層。結合前人大量鉆孔資料與對最新鉆獲巖芯的研究，綜合考慮沉積體系對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）見工業鈾礦化。本次采樣針對鉆孔自然伽馬測井異常段。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范》對 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%、測井曲線形態與巖心編錄曲線形態基本一致、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）在礦段頂底端適度延伸采樣范圍。對礦段巖性變化頻繁處增加取樣點密度。

2.2 分析方法

樣品中鈾含量采用電感耦合等離子體質譜法測定，儀器型號為PE300X，檢出限低于10-8，測定單位為云南核工業209地質大隊研究所分析測試中心。將鈾含量最高的6件礦芯樣制成電子探針片，借助Inca ENERGY能譜儀進行定性分析和JXA-8100電子探針定量分析，實驗條件為加速電壓20KV，束流10-8A；綜合逐級化學提取方法對鈾賦存狀態進行分析，本研究執行《土壤和沉積物13個微量元素形態提取標準程序》并參考相關文獻[16-17]，將礦芯樣中的鈾分成水溶態、弱酸提取態、可還原態、可氧化態、殘渣態五種賦存狀態分別提取，具體提取步驟如表1所示，各提取液中U元素的含量測定執行標準《硅酸鹽巖石化學分析方法第30部分—44個元素量測定》。相關實驗工作于核工業北京地質研究所測試中心完成。

表1 逐級化學提取實驗步驟

3 結果與討論

3.1 逐級化學提取分析

利用ICP-MS對逐級提取試驗中各形態鈾的含量進行測定，將分布提取法下各形態鈾的質量加和與一步全溶法鈾總量結果進行比較，其結果而表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明顯偏差；無論試樣內或者試樣間各形態鈾的含量都顯現出明顯差異；各形態鈾的含量（平均值）占鈾總量（分布）的比例為：殘渣態（55.59%）＞弱酸提取態（21.05%）＞可氧化態（18.67%）＞可還原態（3.77%）＞水溶態（0.82%）。

3.1.1各形態鈾含量的分布特征與數據解釋

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

圖3 試樣中各形態鈾的含量占鈾總量（分布提取法）的比值

1）水溶態的鈾。能直接被中性水提取的鈾元素形態，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。如圖3所示，6件試樣中水溶態鈾的含量與總量鈾的比值均小于1%，說明如在該區砂巖型鈾礦中進行地浸采鈾，通過中性水與礦石作用，就可浸出一定量的鈾，但不是主體。

2）弱酸提取態的鈾。被乙酸溶液提取的鈾元素形態，主要指通過擴散作用和外層絡合作用被靜電吸附在土壤和沉積物顆粒表面，可通過離子交換迅速釋放的元素形態以及以沉淀或共沉淀形式束縛在碳酸鹽中的元素形態。從圖3、表2可知，3號、4號試樣中弱酸提取態的鈾比例分別為42.07%、34.47%，巖性為淺灰、灰色含礫砂巖，礦段一般膠結、經過弱淋濾作用呈現出半松散砂狀，透水性較好，推測對應礦段可能存在一定量粘土礦物對U022+強吸附作用造成弱酸提取態的鈾比例較高。其余試樣所占比例處于10%-20%區間內，表現出本研究礦段中通過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）可還原態的鈾。能被鹽酸羥胺提取的鈾元素形態，主要指被較強的結合力吸持在鐵錳氧化物中的鈾元素形態，在還原環境將鐵、錳礦物還原成可溶低價態，可釋放出該部分所吸持的鈾。如表2所示，試樣中可還原態的鈾含量比較低，所占比例均處于10%以下，在后期地浸采鈾中可結合實際情況對該部分鈾綜合開發。

4）可氧化態的鈾。被過氧化氫溶液和乙酸銨溶液提取的鈾元素形態，主要指能與有機質活性基團結合（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。從圖3可知，2、5號試樣中可氧化態的鈾比例呈現較高水平，與其富含以炭質為主的有機質關系密切。

5）殘渣態的鈾。被鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸溶液提取的元素形態，主要指存在于原生、次生硅酸鹽及其他穩定礦物晶格中的鈾元素形態，性質穩定，是原生礦物中鈾重要的組成部分。殘渣態的鈾在6件試樣中含量比例都較高。其中6號試樣比例最高，究其原因，可能是因為該賦礦主巖為淺灰色、灰白色砂泥質礫巖，礫石含量高于50%，物源區帶來的高黎貢變質巖礫石中存在一定殘渣態鈾，這部分殘渣態因性質穩定很難受到后期鈾成礦作用影響而保存至礫石中。

3.1.2 鈾賦存形態對地浸采鈾的意義

“活性鈾”亦稱為“淋濾鈾”、“動態鈾”[18],指具有一定遷移活性，能被浸取劑地浸開采出來的部分，主要包括以可交換離子態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、有機質與硫化物結合態存在的鈾。針對目前酸法地浸工藝，無法開采出來的部分則稱為“惰性鈾”，賦存狀態以殘渣態為主。

表2 試樣中各形態鈾在分布提取法中所占比例和與一步全溶法的數值對比

表2 試樣中各形態鈾在分布提取法中所占比例和與一步全溶法的數值對比 試樣編號(巖性)ω(U)/ug?g-1 水溶態弱酸提取態可還原態可氧化態殘渣態鈾總量（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 、淺灰黑碳質含礫細砂巖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、灰黑色碳質含礫細砂巖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：括號中的數值為分形態鈾含量占鈾總量（分布提取法）的比值