我国砂岩型铀矿床研究与勘查新进展

张新民

【摘 要】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.%砂岩型铀矿，目前是我国铀矿地质找矿的主要方向之一。该类矿床多分布于中、新生代层间氧化带内，赋矿深度较大，找矿具有一定的局限性，因此开展对砂岩型铀矿的找矿方法探索具有重要的意义。该类矿床勘查的方法主要有活性炭吸附氡法、放射性水化学法、腐殖酸抽提法、分量化探法、深穿透地球化学法、地球电化学法等本文通过总结这些方法的原理、适用条件及注意事项，提出采用多种方法追踪铀矿异常可更有效的发现矿化信息。 【期刊名称】《四川地质学报》 【年(卷),期】2014(000)004 【总页数】5页(P547-550,554)

【关键词】砂岩型铀矿;层间氧化带;深穿透地球化学;新进展

【作 者】张新民

【作者单位】四川省核工业地质调查院，成都，610061 【正文语种】中 文 【中图分类】P619.14

砂岩型铀矿床是我国铀资源来源之一，目前是我国铀矿地质找矿的主要方向之一。砂岩型铀矿主要产于中、新生代陆相红层盆地中，矿床的形成时间与造山活动时间有关，多形成于白垩纪-第三纪，矿床层控特征明显，矿化类型复杂，主要有沉积成岩型和沉积成岩-后生富集型，以后生富集型较为常见[1]。根据沉积建造分类，该类型矿床可包括陆相红色碎屑建造中的铀矿床(衡阳型)、陆相暗色含煤碎屑建造中的铀矿床(伊犁型)以及陆相火山碎屑沉积建造中的铀矿床(青龙型)。含矿主岩沉积相主要为冲积扇前缘辫状河、辫状河三角洲平原分流河道及席状砂坝，少数为湖泊沼泽相[2]。矿床成因为在沉积成岩基础上，以地下水的后生改造作用为主，属层间氧化带型或潜水氧化带型铀矿床。

我国砂岩型铀成矿可以划分为西、中、东构造域三类砂岩型铀矿，他们在成矿规模、成矿规律、成矿年龄等方面存在着明显的差异[3]。从西部到东部赋矿层位具有抬高的趋势；西部以层间氧化性为主，潜水氧化型次之，而向东部则过渡为发育沉积成岩型叠加层间氧化的复成矿床。西部有两期层间渗入矿化年龄E2-E3和N11-Q1，而中构造域的东部出现白垩纪的层间渗入氧化的矿化年龄。中国东部则主要是晚白垩世的沉积成岩矿化年龄叠加两期(E21-E31和N13)层间渗入矿化。三个构造域差异主要源自于它们的构造演化特点，中国西部和东部的砂岩型铀矿床分别归属于新天山构造带和西太平洋成矿体系，而中部(中构造域)处于两者的过渡部位而兼有两大成矿体系的特征。

大量的铀矿地质资料表明砂岩型铀矿多产于深度（大于100m）缓倾斜砂岩层的氧化-还原过渡带中，其上沉积盖层较厚。目前对砂岩型铀矿的研究与勘查多与盆地构造联系起来，从盆地的构造背景、性质、相带、岩相古地理条件及演化史等方面探索其与铀矿化的联系。诸多找矿实例表明，前期相对稳定，后期隆升剥蚀是有利的铀成矿背景，盆地演化过程中形成的“三层组合”是铀运移、富集成矿有利位置，古盆地气候由氧化向还原过渡转变是铀成矿必备的物化条件[4]。新的研究结果认为盆地铀后生改造是形成富矿的必要条件，因此层间氧化带的发育、不整合、构造-热水作用有利于形成富、大矿体[2]。近些年来，有资料显示可地浸砂岩型铀矿多数产于油气盆地，与油气关系十分密切，于是地质学家们提出在油气勘探中寻找铀矿化矿床，在铀矿床（化）周围的有利部位加强油气勘探[5]。

目前对铀矿床的勘查主要有盆地演化分析法、地层对比法、重力法、He法、Rn法、放射性水化学法、传统地球化学方法、航测、磁测等。这些方法在不同的地区都取得了一定的效果。但是随着浅部矿体的开采殆尽，深部的复杂矿体的勘查对勘查技术提出了新要求。本文介绍一些新的勘查手段，这些方法均在一些铀矿区进行了实验，并取得了较好的效果。 2.1 活性炭吸附氡法

地下隐伏的铀矿体，由于铀元素的放射性衰变，其气态放射性衰变子体氡通过扩散、对流等过程可到达地表土壤层。而活性碳可以对氡进行线性的物理吸附，在其他条件相同的情况时，单位质量活性炭吸附的氡与被吸附地点的氡活度浓度成正比。基于此原理，在一定深度土壤中埋置含活性碳的取样瓶，捕获扩算出来的氡气，用伽玛谱仪测量取样瓶中氡子体的特征射线，根据特征峰的面积计算出取样瓶中的氡活度浓度，经过氡衰变修正和时间修正，能够计算出土壤中的氡活度浓度（核工业北京地质研究院，2005），从而反映出深部的矿化信息。该方法即能反映铀矿化信息，又能反映断裂信息[6]（图1），但在实际应用中须注意取样瓶的埋置，深度

须不受浅表覆盖物和气候变化的影响，一般要在岩土对空气的“吞吐作用”有效深度以下，取样时间须使氡气体积累达到最大值，但又要求取样时间尽量短，取样时间的确定在实际操作中通常在取样前多次试验以寻找最佳时间。另外，每个测样点须多次测量，重复实验以消除误差。 2.2 放射性水化学法

铀元素为亲氧元素，当水中含氧量升高时，在铀源层（体）附近，会产生放射性水化学异常。砂岩型铀矿由于其铀源层在沉积成岩过程中多接受富铀地下水的补给，而赋矿的层间氧化带中的地下水水在长期的作用下将铀浸出、迁移，从而为放射性水化学找铀矿提供信息。该方法主要测定水中放射性U、Ra、Rn的含量，并据此圈定异常点，而进行找矿[7]，方法简单，易于实施，但是该方法具有一定的局限性。在采用该法寻找铀矿时要因地制宜，不同的水文地质条件，其找矿手段也须灵活变动。在浅源隆起区，可以依据露头的水化学异常追踪异常源，而深埋区，则需先查清成矿有利位置后，采用钻孔抽水找矿。总体来说，该方法适用于小比例尺异常的圈定以及隆起区的找矿，而对于深埋区则只能借助钻孔水进行定位，故并不是砂岩型铀矿的最有效找矿方法；不过，在有钻探施工的工程内也可以附带进行测量，可以辅证矿化信息。 2.3 腐殖酸抽提法

众所周知，地表存在着天然地球化学障，例如盐碱层，腐殖层、粘土矿物层等。其中粘土矿物、Fe-Mn氧化物和腐殖酸是以吸附作用为主的吸附障。腐殖酸由于其带负电荷，对带正电荷的重金属离子表现出极强的吸附能力，在天然吸附剂中，其对铀的吸附率仅次于褐煤和磷块岩，达到1.67%(饱和)。腐殖酸吸附UO22+的能力与很多因素有关，但是大量资料表明，含铀溶液的PH值对此影响最大，通常在弱酸性(pH为5-6)含铀溶液中腐殖酸吸附UO22+量达到最大[8]。腐殖酸抽提法是利用元素存在形式含量，或称相含量进行找矿的一种新方法。这种方法以铀有机

物存在形式在土壤中形成的分散晕为测量对象。这种分散晕为后生叠加分散晕，它同在岩石风化成壤期间形成的机械分散晕性质不同，而与深部铀矿化关系密切，但又经常和机械分散晕叠加在一起，通过腐殖酸抽提，即可将这部分铀从复合晕中提取出来作为隐伏铀矿床勘查的重要指标。在实际方法应运中，取样介质可为岩石、土壤、水和底沉积等；当取样介质为土壤时，一般取A层底部，要求样品粒级<40目，样品晾干后先采用焦磷酸钠处理，将不溶性的腐殖酸盐转化为游离型或可溶型的腐殖酸然后进行分析。

由于腐殖酸抽提法在程度不同在样品之间会产生分析误差，而且腐殖酸含量差别也会造成假异常。因此我们并不直接利用铀含量显示异常，而采用C含量进行标准化。公式为： K=Me/C

K为标准化后的值，Me为腐殖酸中铀等金属元素的含量，采用激光荧光法测定铀含量；C为腐殖酸中碳的含量，常利用重铬酸钾滴定测定。

腐殖酸抽提法主要是采用偏提取技术提取吸附相铀（这种形态的铀在铀异常中占有极大的比重），该方法效果较好，可以提取出较弱的异常，强化异常信息，在我国有一定的应用。 2.4 分量化探法

分量化探法广义上属于深穿透地球化学测量的一种，主要是基于地球内部存在着排气现象，这些气流的主要成分为N2、O2、CO2、Ar、CH4、He等，流量在0.005～4cm3/(min.m2)[9].当气流流经砂岩型铀矿体时，会将矿体和原生晕中的铀及半生元素的活动态部分吸附在地气形成的微气泡表面或以弥散形式分散在地气中形成气溶胶体，随地气一起迁移到地表土壤中，并被土壤捕获、积累和浓集形成铀和伴生元素活动态叠加含量异常。

我们知道层间氧化带砂岩型铀矿床常伴生有铼、钒、钼、硒等元素，这些元素在容

矿砂岩中的空间分布上有一定规律：在铀矿卷的凹面处出现硒富集带；铼、钒富集在矿卷中；钼则富集在矿卷的前峰处。因此当上升的地气流经过层间氧化带砂岩型铀矿体时，矿体和原生晕中的铀及其伴生元素的活动态分量被搬运到近地表土壤中，形成了相关元素活动态分量异常。当这些元素的分量异常与它们在容矿砂岩中的各地球化学元素具有相同的分带规律时，推断深部很可能存在隐伏的层间氧化带砂岩型铀矿体。目前采用该方法实验的适宜粒径为0.25mm，深度为50～80cm的B层钙积层土壤[10]。将样品烘干后，利用偏提取技术提取出水溶态、吸附态、有机态的铀及其他伴生组分等。然后采用荧光法、极普法测定相关元素含量，做出异常图，此方法可以提取出较弱的异常信息，对砂岩型找矿可靠有效，且成本较低。但是在异常的解释方面关于跳跃式、锯齿式异常的成因有待研究。而且应用该方法需要考虑与地质、物探等方法相结合，另外此方法在森林与沼泽区可能效果不理想。 2.5 深穿透地球化学

深穿透地球化学是探测深部隐伏矿或地质体发出的直接信息的勘查地球化学理论与方法，通过研究隐伏矿成矿元素或伴生元素向地表的迁移机理和分散模式，含矿信息在地表的存在形式和富集规律，发展含矿信息采集、提取、分析和成果解释技术，以达到在覆盖区寻找隐伏矿的目的[11]。

地球化学研究表明，矿床及围岩的成矿元素及伴生元素以活动态的形式(包括各种离子、络合物、原子团、胶体、超微细的亚微米金属颗粒、铁族元素氧化物吸附和包裹金属、碳酸盐包裹金属、矿物颗粒间的成矿元素独立金属矿物（自然金属、金属互化物、硫化物等)，在某种或几种营力作用下被迁移至地表。铀元素也不例外，被迁移上来的铀元素在表生条件下很容易被氧化为铀酰络阳离子（[UO2]2+），易被粘土矿物、铁的氢氧化物、胶体和有机物等所吸附。这样，深部铀等金属矿化信息就主要赋存在碱性地球化学障和氧化地球化学障中[12]，使用提取碱性蒸发盐类中的金属元素和提取氧化物膜中的金属元素可以有效地识别深部含矿信息。基于

此原理，姚文生（2012）在鄂尔多斯砂岩型铀矿进行了深穿透地球化学测量[13]，他选取了80～120目和小于120目的样品，采用传统提取剂、乙酸铵提取液以及MML-U螯合提取剂对孙家梁矿段进行了活动态分析，以及全量分析。试验结果显示，细粒级土壤样品的活动态分析可以很高的提取出矿化异常，采用MML-U螯合提取剂比传统提取剂效果更好，试验结果在矿体上方探测到了U、Mo、V、Se等元素的异常信息（图2）。深穿透地球化学试验中，不同的螯合剂取得的效果不同，探索新的高效的螯合剂对探矿意义重大。 2.6 地球电化学法

地球电化学法包括地电化学提取测量法和土壤离子电导率测定法。前者主要以地下岩石中的离子动态平衡状态为基础[14]，施加人工电场打破地下的离子动态平衡，促使离子向离子收集器方向迁移，当地下岩石中的离子重新达到动态平衡；通过测量收集器外层样品（泡塑）中的成矿离子含量来推测深部是否存在隐伏矿。地电地化学法可用于厚层外来运积物覆盖区，在常规化探无效或效果较差的地段，可以强化和发现弱异常。而土壤离子电导率则是通过测定样品中多种成晕离子的代参数-电导率来寻找隐伏矿。后者简便易行，通常作为辅助测量。

侯冬梅等（2012）对中国江西省乐安县湖溪某火山岩型、澳大利亚Four Mile East某砂岩型铀矿开展以地球电化学提取测量为主、土壤离子电导率测量为辅寻找隐伏铀矿的工作，发现在电导率高峰值夹持的异常地带存在成矿元素U、Th、Mo及多金属元素地电提取异常[15]。在Four Mile East砂岩型铀矿区，地电提取和土壤测量的U、Mo、V异常吻合，在土壤异常较弱的地方，地电提取异常相对明显（图3）。

当然，由于地球电化学法测量找矿主要基于带电粒子的迁移作用，因此矿体所处位置须有利于发生电化学溶解，如湿润的气候，潜水面的切割或土壤饱水、矿物成分复杂。另外良好的构造条件，矿层最好裂隙较为发育。

总之，砂岩型铀矿作为铀矿床的一种，对其的勘查方法多种多样，常规的伽马放射性测量等核物探方法对该类矿床的勘查起到了举足轻重的作用。随着微细地球化学异常理论的建立，深穿透等分相提取异常在勘查应用中越来越广。而砂岩型铀矿的勘查趋势将是核物探与新的化探方法相结合，多种方法相结合，采用组合异常、综合异常揭露与解释，从而更准确的揭示异常来源，定位矿体。

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