中国非常规铀资源.pdf

第 27 卷2011年?第 4 期7 月铀?矿?地?质Uranium?GeologyVol?27Jul?No?42011中国非常规铀资源漆富成,张字龙,李治兴,王志明,何中波,王文全(核工业北京地质研究院,中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室,北京?100029)摘要 中国非常规铀资源主要包含黑色岩系型和盐湖型。其中与黑色岩系有关的含铀黑色岩系型、含铀磷块岩型、铀多金属磷块岩型是对中远期保障我国铀资源可持续供给有重要意义的类型。陆缘裂谷、陆缘裂陷环境是中国黑色岩系非常规铀资源最重要、最有利的成矿环境,形成 U?Cd 型、U?V?Mo 型、U?V?Re 型、U?V?Ni?Mo 型和 U?V?Ni?Mo?Re?Tl 型等地球化学组合。中国黑色岩系非常规铀资源铀成矿作用受控于陆缘裂谷、陆缘裂陷环境下伴随海底喷流作用和海底火山喷发而沉积的由热水沉积硅质岩、硅质磷块岩和碳硅泥岩组成的富铀海相黑色岩系,热水沉积作用或喷气?沉积是形成中国黑色岩系非常规铀资源或发生大规模铀成矿作用的成矿机制。关键词 中国非常规铀资源;黑色岩系;成矿环境;成矿机制文章编号 1000?0658(2011)04?0193?07?中图分类号 P619?14?文献标识码 A收稿日期 2011?03?30?改回日期 2011?05?05作者简介 漆富成(1962?),男,高级工程师(研究员级),博士,主要从事铀矿地质研究。E?mail:qfc9818 163?com1?非常规铀资源概况按照核能机构(NEA)和国际原子能机构(IAEA)关于铀资源的术语和定义,铀资源可划分为常规铀资源和非常规铀资源。常规铀资源是铀以主要产品,共产品或重要的副产品可回收的铀资源;非常规铀资源被定义为低品位的资源或者作为次要副产品回收的铀资源 1。如与磷块岩、碳酸盐岩、褐煤和黑色页岩伴生的铀。非常规铀资源属于非传统矿产资源,非传统矿产资源是指受目前经济、科学技术及环境等因素的限制尚未发现和尚未开发利用的矿产资源,以及尚未被看作矿产和未发现其用途的潜在矿产资源 2。结合非传统矿产资源的定义和国际原子能机构对非常规铀资源的定义,本文赋与?非常规铀资源?如下概念:非常规铀资源系指在当前技术和经济条件下尚未开采利用,分布在一定地质体和地质介质(如重要水体)中的低品位铀资源或者只作为次要产品或副产品开发利用的铀资源。非常规铀资源的开发利用可大大地延长现行以铀为燃料的核能的使用时间。为了保证有充分的铀资源满足未来不断增长的核能需求,需要进行大量的工作和研究,查明非常规铀资源类型和潜力 1。目前世界非常规铀资源主要类型有磷块岩型、黑色页岩型、碳酸盐岩型、褐煤型和海水 3,4(表 1)。世界大部分非常规铀资源量与磷块岩中的铀有关,是目前主要可回收一定数量铀的非常规铀资源。在约旦、墨西哥、摩洛哥和美国等,铀?194?铀 矿 地 质第 27 卷表 1?世界非常规铀资源主要类型、资源量潜力和回收利用现状Table 1?Signifcant types、amount of potential resources andpresent situationof reutilizationof unconventional uranium resources in theworld类?型磷块岩型黑色页岩型碳酸盐岩型褐煤型海水海相磷块岩矿床含有的铀资源与海相黑色页岩伴生的铀及多金属矿产中的铀资源与碳酸盐岩紧密共生的铀资源与煤共生的铀资源海水中含有的大量铀资源铀含量(10 15)?10-510?10-6 4?10-4(10 15)?10-5(50 30)?10-5(3 4)?10-9已探 明和预 测铀资 源量已探明和预测总量为 22?103万 t含铀黑色页岩在世界上广泛分布,具有十分巨大的铀资源量,已预测数百万吨与碳酸盐岩紧密共生,其铀资源量巨大,尚无预测数据铀资源量巨大尚无预测数据海水中含有约 40 亿吨铀非常 规铀资 源分布智利、埃及、芬兰、约旦、秘鲁、越南、墨西哥、摩洛哥和美国等瑞典、挪 威、法 国、非 洲、阿 根 廷、美国、俄罗斯、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦等北哈萨克斯 坦、北非、中东地区和美国佛罗里达、爱达荷、犹他和怀俄明州等世界世界回收 利用现状在约旦、墨西哥、摩洛哥和美国等,铀作为磷酸盐的副产品回收。由间三辛基氧膦和二磷酸溶剂萃取回收铀芬兰、瑞典和爱沙尼亚利用生物堆浸技术回收黑色页岩、含铀明矾页岩中的铀芬兰、巴西等国利用萃取溶剂回收碳酸盐岩中的铀加拿大 Sparton Rese?asues 公司开发 煤灰回收 铀 技 术,南 非Areva 公司开发煤田中回收铀技术日本研究海底高分子聚合物回收系统,回 收 率 2 gU/kg,大规模作业估计年回收 1200 tU/a作为磷酸盐的副产品回收,由间三辛基氧膦和二磷酸溶剂萃取回收铀。从磷块岩回收铀,是经济可行并且成为重要的有竞争力的铀资源。含铀黑色页岩在世界上广泛分布,具有十分巨大的铀资源量,可利用生物堆浸技术回收黑色页岩、含铀明矾页岩中的铀 4。碳酸盐岩型、褐煤型通常品位较低。但随着高质量、高效益铀资源量的减少和铀产品价格的上升,此种铀资源的开发利用迟早将变为现实。2?中国非常规铀资源类型中国非常规铀资源的研究与开发是我国铀资源可持续供给的重要保障,也是我国延长应用现行核能技术使用时间的保障措施。对中国非常规铀资源成矿潜力的研究不仅具有需求的急迫性,也具有现实的必要性。查明我国非常规铀资源的分布状况及富集规律,完成中国非常规铀资源远景区的战略选区具有重要的战略意义。根据非常规铀资源产出环境、形成条件和规模,结合赋矿载体类型、回收难易程度,中国非常规铀资源主要包括黑色岩系型和盐湖型(表 2)。依据目前的研究,其中与黑色岩系有关的含铀黑色岩系型、含铀磷块岩型、铀多金属磷块岩型是我国重要的非常规铀资源类型。下面着重讨论中国黑色岩系非常规铀资源的成矿环境和成矿规律。3?中国黑色岩系非常规铀资源成矿环境和成矿规律中国黑色岩系非常规铀资源系指受特定海相沉积环境、沉积相和沉积建造控制,赋存于海相黑色岩系,铀以重要副产品回收,铀含量主要介于 0?01%0?03%的低品位铀矿资源。截止目前,黑色岩系常规铀资源成矿潜力评价是以铀含量大于 0?03%的边界工业第 4 期漆富成,等:中国非常规铀资源?195?表 2?中国非常规铀资源类型和基本特征Table 2?Types andessential characteristics of unconventional uranium resources in China类型基本特征黑色岩系型含铀黑色岩系型受特定海相沉积环境、沉积相和沉积建造控制,赋存于晚震旦世一志留纪黑色岩系中,主要分布于南秦岭、扬子陆块东南缘、北山地区,铀含量介于 0?01%0?03%的低品位铀矿资源含铀磷块岩型受特定海相沉积环境控制,赋存于早寒武世海相黑色岩系磷块岩中,主要分布于扬子陆块东南缘、北山地区,以磷块岩的重要副产品回收,铀含量小于 0?03%的低品位铀矿资源铀多金属磷块岩型受特定海相沉积环境控制,赋存于早寒武世海相黑色岩系磷块岩中,主要分布于扬子陆块东南缘湘西北、黔中地区,以 Ni、Mo 多金属矿的重要副产品回收,铀含量小于 0?03%的低品位铀矿资源盐湖型主要分布于中国中西部地区盐湖卤水中,有望通过盐田晒制工艺和盐析法浓缩提锂和提硼后的老卤水中回收铀,可作为中国天然铀资源的有效补充品位标准进行。3?1?中国黑色岩系非常规铀资源形成的构造环境中国黑色岩系非常规铀资源的空间分布受控于陆块边缘构造环境,非常规铀资源成矿环境的优劣取决于陆块边缘构造类型,黑色岩系含铀建造均产在晚震旦世?早古生代海相沉积建造中,这些含铀沉积建造可以分4 大类:陆缘裂谷带中的含铀建造、陆块陆缘裂陷?深断裂带中的含铀建造、陆块边缘盆地中的含铀建造和陆缘活动带中的含铀建造。其中陆缘裂谷带中的含铀建造、陆块陆缘裂陷?深断裂带中的含铀建造是中国黑色岩系最重要、最具有形成大规模铀成矿作用的富铀沉积建造。陆缘裂谷、陆缘裂陷是含铀黑色岩系非常规铀资源形成的主要有利成矿环境。3?1?1?陆缘裂谷环境与黑色岩系非常规铀资源陆缘裂谷形成与地壳拉伸破裂后软流圈物质的上升和侧向扩张有关,地壳拉张运动,导致深大断裂复活和部分熔融地幔上涌,与下地壳产生壳幔混熔作用,一方面为下地壳熔融产生中酸性岩浆提供热量,另一方面壳幔混熔形成的壳幔混合流体从流体在上升途经的围岩中萃取成矿物质。构成地壳拉伸破裂后以软流圈物质上升为驱动力的陆缘裂谷热动力流体系统。南秦岭陆缘裂谷带、北山裂谷带发育含铀黑色岩系型、含铀磷块岩型非常规铀资源。北山裂谷带方山口等地区黑色岩系中 U、V、Ni、Mo 达到铀矿床伴生组分综合利用指标,形成 U?V?Ni?Mo 型黑色岩系非常规铀资源。北山裂谷带含铀磷块岩U、Cd 达到铀矿床伴生组分综合利用指标,V和稀土元素显富集趋势,形成 U?Cd 型黑色岩系含铀磷块岩。北山裂谷带较高含量的 U、P、Mo、Ni、V、稀土等是热水沉积的重要地球化学标志?陆缘裂谷成矿体系形成伴随海底喷流作用和海底火山喷发而沉积的由热水沉积硅质岩、硅质磷块岩和碳硅泥岩组成的富铀海相黑色岩系。为后期大规模铀成矿作用提供了巨量的成矿矿源。陆缘裂谷环境是含铀黑色岩系非常规铀资源形成的主要有利成矿环境。3?1?2?陆块陆缘裂陷?深断裂带环境与黑色岩系非常规铀资源扬子陆块东缘构成的陆缘裂陷、深断裂带成矿体系,成矿作用与沉积成岩作用和热水沉积作用有关,由晚震旦世?早寒武世硅质磷块岩、炭质页岩、硅质岩组成黑色岩系型铀矿赋存层位。震旦?寒武纪时期,扬子陆块边缘由于强烈拉张和构造沉降,伴随同生断裂、海水对流循环和热液喷溢,接受了碳硅泥岩沉积物 5。这些沉积物除继承了蚀源区?196?铀 矿 地 质第 27 卷较丰富的铀源并吸附了溶解在海水中的铀外,同时形成伴随海底喷流作用和海底火山喷发而形成的热水沉积硅质岩含铀建造、含铀硅质磷块岩以及沉凝灰岩夹层,从而引起铀在地层中进一步富集,形成重要的铀源层并在局部地区形成同生沉积成岩型铀矿床。陆缘裂陷热水沉积作用或喷气?沉积作用,构成 U、V、Y、La、Mo、P、Se、Hg、Re、Ni、Ba等黑色岩系多元素富集成矿带。扬子陆块东缘修水地区、湘西北大坪等地大规模发育黑色岩系,U、V、Mo 达到铀矿床伴生组分综合利用指标,形成 U?V 型、U?V?Mo 型非常规铀资源。湘西北汪家寨、晓坪等地区大规模发育含铀磷块岩、铀多金属磷块岩,Ni、Mo 达到工业品位,U、V、Ni、Mo、Re、T l 达到铀矿床伴生组分综合利用指标,Cr 和稀土元素显富集趋势,形成 U?V?Re 含铀磷块岩型非常规铀资源,U?V?Ni?Mo?Re?T l 铀多金属磷块岩型非常规铀资源。在靠近湘西北陆缘裂陷、深断裂带的黔中台间坳陷相中,形成 U?V 含铀磷块岩型以及 U?Ni?Mo?Re 铀多金属磷块岩型非常规铀资源。该区磷块岩中微量元素集中和分散显示如下特征:?磷块岩中微量元素种类构成为一个多元素组合,包括 U、Mo、Ni、V、Re、Tl、Cr、稀土元素等,既有金属元素也有稀散元素,是热水沉积的重要标志;?U、Ni、Mo、稀土元素显富集趋势;?Cr、Tl 富集趋势明显,它们与地下热液和海底喷流作用有成因联系。本文提出划分中国黑色岩系非常规铀资源成矿环境的微量元素标志和地球化学组合类型(表 3)。陆缘裂谷、陆缘裂陷、陆内台间坳陷是中国黑色岩系非常规铀资源最重要、最有利的成矿环境,黑色岩系型、含铀磷块岩型和铀多金属磷块岩型是中国黑色岩系非常规铀资源的重要类型。U、Mo、Ni、V、Re、T l、Cr、稀土元素明显富集趋势、以及黑色岩系非常规铀资源微量元素地球化学类型不仅是指示中国黑色岩系非常规铀资源成矿环境的标志,也是划分中国黑色岩系非常规铀资源类型的依据。陆缘台地中的一般磷块岩 U、Mo、Ni、V、Re、Tl、Cr、稀土元素明显小于陆缘裂谷、陆缘裂陷、陆内台间坳陷中的含铀磷块岩和铀多金属磷块岩。中国黑色岩系非常规铀资源成矿环境和微量元素地球化学类型的建立为进一步深入研究和判别中国黑色岩系非常规铀资源提供依据。3?2?中国黑色岩系非常规铀资源成矿体系中国黑色岩系形成的成矿体系包括 4 种类型:陆缘裂谷成矿体系、陆缘裂陷?深断裂带成矿体系、陆块边缘陆缘盆地体系及陆缘活动带成矿体系。而中国黑色岩系非常规铀资源大规模铀成矿作用仅受控于其中的陆缘裂谷体系,陆缘裂陷?深断裂带成矿体系,赋矿层位是伴随海底喷流作用和海底火山喷溢的热水沉积硅质岩、硅质磷块岩和碳硅泥岩组成的富铀海相黑色岩系。陆缘裂谷、陆缘裂陷热水沉积作用或喷气?沉积是中国早古生代形成中国黑色岩系非常规铀资源的成矿机制。本文通过中国黑色岩系非常规铀资源成矿体系及成矿区带的建立(表 4),为启动中国黑色岩系非常规铀资源成矿理论和成矿规律的研究抛砖引玉。陆块边缘成矿是中国黑色岩系非常规铀资源成矿的最基本规律,发生大规模铀成矿作用的陆块边缘主要表现为:陆缘裂谷海底火山喷溢和热水沉积有关的大规模铀成矿作用,如南秦岭陆缘裂谷带、北山裂谷带;陆缘裂陷?深断裂带热水沉积作用或喷气?沉积作用有关的大规模铀成矿作用,如扬子陆块东缘陆缘裂陷、库鲁克塔格陆缘裂陷;而有的陆块边缘盆地只具备大规模分布的含铀建造,尚欠缺大规模铀成矿作用的表现,如扬子陆块西缘陆缘盆地,华北陆块南缘陆缘盆地,塔里木陆块北缘柯坪陆缘盆地。大规模铀成矿作用的关键因素:其一,属于裂谷或裂陷型的陆块边缘,海底火山喷溢和热水沉积作用形成大规模分布的富铀建造;而裂谷或裂第 4 期漆富成,等:中国非常规铀资源?197?表 3?中国黑色岩系非常规铀资源成矿环境的微量元素标志和地球化学组合类型Table3?Trace elements andgeochemical combination types of ore?formingenvironment for unconventional uranium resources in black?rock series in China类型产地构造环境UVCrNiMoCdReTlREE(?B/10-6)地球化学类型含铀黑色岩系型方山口修水大坪陆缘裂谷陆缘裂陷18210733152369136?012?700?0045?11252106325419428687?63?520?0021?66189216114244961?531?70?640?0264?18106204136048059?233?90?290?0563?991281531504795615?8779?00?920?013?081711282138988912?4946?01?150?0044?69212126644833412?51088?01?300?0055?2224711398013799?01423?00?540?0073?39189U?V?Ni?MoU?VU?V?M o含铀磷块岩型北山陆缘裂谷汪家寨陆缘裂陷岩孔陆内台间坳陷12348915912831?078?300?0030?748102916294590124?71?60?600?0210?356343222154894630?21?00?400?0090?37435514641329246?783?89?160?2433?124461692094179079?5107?07?670?22210630159290574418?60?32?260?0030?74126532414843?97?741?41?310?0310?63533710926920450?41?773?510?0040?325588?6411830025645?71?423?470?0040?306552?1U?CdU?V?ReU?V铀多金属磷块岩型晓坪陆缘裂陷金顶山陆内台间坳陷78211881682931636?012?503?8326?167824113891271001774?03?414?2268?724948350268?5166252214?09?811084?486742329322?621831182?07?433?4646?99820519944?627130?94?530?0714?4224722923638?2579507?06?081?0615?912522514314?7206119?05?020?1363?27105U?V?Ni?M o?Re?TlU?Ni?Mo?Re磷块岩花桥松林天台山陆缘台地8?4936?117?62041?41?900?0030?0374112?413844?91001?322?300?0030?189461225137?5991?121?000?0020?339937?6264?234?317?32?60?120?020?4211108?8319?710?210?21?20?160?0060?0961957?6826?216?312?30?80?330?0050?122845?891681421419?31?110?0240?9821183?6569?162?986?86?62?110?0130?7271818?1787?91901045?60?180?0190?47288注:下划线数据表示达到铀矿床伴生组分综合利用指标。陷不发育的陆缘盆地只具备大规模分布的含铀建造,显然,前者具备巨量成矿物资聚集基础。其二,裂谷或裂陷型的陆块边缘,发育同沉积深大断裂带体系,富铀建造形成后,深大断裂的长期活动使后期强烈的构造岩浆作用为大规模铀活化、迁移、富集提供更为?198?铀 矿 地 质第 27 卷表 4?中国黑色岩系非常规铀资源成矿体系、成矿作用和主要成矿区带Table 4?Ore?forming system、mineralization and metallogenetic provinceof unconventional uranium resources of black?rock series in China成矿体系构造环境成矿带含矿层主要成矿因素非常规铀资源类型成矿作用表现重点选区陆缘裂谷体系南秦岭裂谷南秦岭成矿带北山裂谷南天山成矿带志留系寒武系陆缘拉张裂谷环境+海底火山喷溢+热水沉积作用+后期构造岩浆作用含 铀 黑 色 岩 系型,含铀磷块岩型大 规模 U、Ni、Cu、Zn、V 成矿作用坎子上坳陷桂坪坳陷陆缘拉张系裂谷环境+海底火山喷溢+热水沉积作用含 铀 黑 色 岩 系型,铀多金属磷块岩型大 规 模 U、V、Ni、M o、Cd 成矿作用方山口陆 缘 裂 陷、深断裂带体系扬子陆块东缘陆缘裂陷塔里木陆块北缘陆缘裂陷修水?宁国成矿带震旦系寒武系陆缘伸展环境+深断裂带体系+海底热水喷溢+后期构造岩浆作用含铀黑色岩系型大规模 U、V 成矿作用修水?董坑地区雪峰山?摩天岭成矿带震旦系寒武系陆缘伸展环境+深断裂带体系+海底热水喷溢+后期构造岩浆作用+后期淋积改造作用含铀黑色岩系型大规模 U、V 成矿作用黄材坳陷安化坳陷铜弯坳陷会同坳陷湘西北?黔中成矿带寒武系震旦系陆缘伸展环境+深断裂带体系+海底火山喷溢+热水沉积作用含 铀 黑 色 岩 系型,含铀磷块岩型,铀多金属磷块岩型大 规 模 U、V、Ni、M o、Re、Tl 成矿作用凤凰坳陷麻阳坳陷新晃坳陷天门山坳陷金砂?松林坳陷库鲁克塔格成矿区寒武系陆缘伸展环境+深断裂带体系+海底热水喷溢含铀磷块岩型大 规 模 U、V、Ni、Mo 成矿 作用库鲁克塔格陆块边缘盆地体系陆缘活动带塔里木陆块北缘华北陆块南缘扬子陆块西缘华南晚古生代陆缘活动带塔里木北缘柯坪华北陆块南缘康滇地轴大明山郴州?钦州寒武系泥盆系二叠系石炭系泥盆系陆缘盆地环境+沉积成岩作用品 位 较 低 磷 质岩,铀 含 量(8 50)?10-6具备 含铀 建造,尚欠缺大规模铀成矿作用的表现断陷+沉积成岩作用品位较低碳酸盐岩、硅质岩,铀含量(2?5 10)?10-6不作为非常规铀资源尚无重点选区第 4 期漆富成,等:中国非常规铀资源?199?有利的条件。4?结论(1)中国非常规铀资源主要包含黑色岩系型和盐湖型。其中与黑色岩系有关的含铀黑色岩系型、含铀磷块岩型、铀多金属磷块岩型是对中远期保障我国铀资源可持续供给具有重要意义的非常规铀资源类型。(2)陆缘裂谷、陆缘裂陷环境是中国黑色岩系非常规铀资源最重要、最有利的成矿环境:陆缘裂谷体系形成 U?Cd 型、U?V?Mo 型、U?V?Ni?Mo 型 U?Ni?Cu?Zn?V 型黑色岩系非常规铀资源;陆缘裂陷环境形成 U?V 型、U?V?Mo型、U?V?Re 型、U?V?Ni?Mo?Re?Tl 型黑色岩系非常规铀资源。(3)中国黑色岩系非常规铀资源铀成矿作用受控于陆缘裂谷体系,陆缘裂陷?深断裂带成矿体系;受控于伴随海底喷流作用和海底火山喷发的由热水沉积硅质岩、硅质磷块岩和碳硅质泥岩组成的富铀海相黑色岩系;陆缘裂谷、陆缘裂陷热水沉积作用或喷气?沉积是中国早古生代形成黑色岩系非常规铀资源或发生大规模铀成矿作用的成矿机制。参考文献 1 IAEA?Uranium2005:Resources,Productionand Demand R?IAEA?OECD/NEA?2006?2赵鹏大?地质异常与成矿预测:当代矿产资源勘查评价的理论与方法 M?北京:地质出版社,1998?3 IAEA?Uranium2007:Resources,Productionand Demand R?IAEA?OECD/NEA?2008?4 IAEA?Uranium2009:Resources,Productionand Demand R?IAEA?OECD/NEA?2010?5漆富成,张字龙,何中波,等?扬子陆块东南缘黑色岩系铀多金属成矿体系和成矿机制 J?铀矿地质,2011?27(3):129 135?Unconventional uranium resources in ChinaQI Fu?cheng,ZHANG Zi?long,LI Zhi?xing,WANG Zhi?ming,HE Zhong?bo,WANG Wen?quan(Beij ing Research Institute of Uranium Geology,CN N C KeyL aboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology,Beijing 100029,China)Abstract:Unconventional uranium resources in China mainly include black?rock series,peat,salt lakeand evaporitic rocks?Among them,uraniferous black?rock series,uraniferous phosphorite and uranium?polymetallic phosphorite connected with black?rock series are important types for the sustainable supportof uranium resources in China?Down?faulting and epocontinental rift in continental margin are the mostimportant and beneficial ore?forming environment for unconventional uranium resources of black?rock se?ries in China and produced a series of geochemistry combinations,such as,U?Cd、U?V?Mo、U?V?Re、U?V?Ni?Mo and U?V?Ni?Mo?Re?Tl?Unconventional uranium resources of black?rock series in China is re?lated to uranium?rich marine black?rock series which are made up of hydrothermal sedimentary siliceousrocks,siliceous phospheorite and carbonaceous?siliceous?pelitic rock and settled in the continental margindown?faulting and epicontinental rift accompanied by submarine backwash and marine volcano erup?tion?Hydrothermal sedimentation or exhalation sedimentary is the mechanism to form unconventional u?ranium resources in black?rock series or large scale uranium?polymetallic mineralization in China?Key words:unconventional uranium resources in China;black?rock series;ore?forming environment;ore?forming mechanism