龙川江盆地砂岩型铀矿铀赋存形态研究

夏彧，周恳恳，伍皓，陈小炜，张建军，李晋文，孔然



龙川江盆地砂岩型铀矿铀赋存形态研究

夏彧1，周恳恳1，伍皓1，陈小炜1，张建军1，李晋文2，孔然3

(1.中国地质调查局成都地质调查中心，成都 610081；2.云南省煤炭地质勘查院，昆明 650218；3.云南省核工业二O九地质大队，昆明 650218)

对龙川江盆地南部新获砂岩型铀矿工业矿体开展铀赋存形态研究表明，不同矿段铀成矿作用与赋矿主岩特征有关，且矿体总体适合采用地浸开采。铀品位高低与活性铀比例无明显相关性，后期开发应综合考虑两者关系，优选开采方案。扫描电镜与电子探针分析结果表明，铀矿段中残渣态铀的矿物种类主要以铀石为主，呈微细粒侵染状赋存、分散吸附于碎屑物表面，一般于蚀变黑云母、砂岩胶结物中较富集。其它，如铀钍石、变种独居石等独立含铀矿物常与石英、黑云母、黄铁矿共生，镶嵌于矿物解理面与裂隙之中。

砂岩型铀矿；赋存形态；龙川江盆地

因可地浸采铀工艺的不断完善与开采方式安全环保等优点，砂岩型铀矿已成为当今世界与我国铀矿勘查的主攻类型[1]。作为西南地区重要的铀成矿带之一，滇西北部腾冲地区发育的新生代山间盆地群因其铀源地质体配置、构造控盆条件与容矿主岩建造等特征不同于北方砂岩型铀矿赋矿盆地而独具特点[2]。2016年，中国地质调查局于滇西地区实施新一轮铀矿调查，在铀资源调查、研究程度总体偏低的龙川江盆地南部新区内钻遇多层工业铀矿体，为建立区域铀成矿模式和指导下一步勘查方向提供了宝贵素材。

研究铀在矿段中的赋存状态，即定性分析铀矿物产出特征及其组合类型、探索铀矿物与其他标志性矿物的关系、定量分析各存在形态比例关系，对于追溯铀源地质体、重建成矿过程、建立找矿标志、成矿预测和矿床后期地浸开发利用等方面都具有重要意义[3、4]。国内关于铀赋存状态的研究多集中于北方大型陆相盆地，如鄂尔多斯、二连盆地、伊犁盆地等。秦艳[5]等对鄂尔多斯盆地延长组7段烃源岩中铀的赋存状态进行研究，发现约50%的铀赋存于胶磷矿中，20%以上的铀吸附于有机质中；苗爱生等[6]应用电子显微技术确定鄂尔多斯盆地东胜铀矿铀矿物种类主要为铀石和水硅铀矿，且两者密切共生；陈路路等[7]仔细研究鄂尔多斯盆地纳岭沟地区铀矿物产出特征，发现铀矿物与黄铁矿、钛矿物、粘土矿物等紧密共生，且产出位置多位于矿物边缘、解理缝上，碎屑颗粒中也可见；陈亮等[8]应用逐级化学提取技术定量分析伊犁盆地某砂岩型铀矿铀的赋存形态，发现活性铀包括残渣态外的其余四种铀形态占绝对主体地位，确认该矿可浸性优良，适合地浸开采。前人曾对滇西成矿带新生代盆地耦合对铀成矿影响、龙川江盆地沉积体系特征等问题提出一系列认识[9-12]，然而却缺乏对铀赋存状态的系统研究和公开报道。笔者通过ICP-MS、电子探针及高分辨率扫描电镜定性分析、逐级化学提取定量形态分析等多种手段联合应用，对新获铀矿段样品进行微观尺度研究，为明确铀赋存状态、铀矿物组合与产出特征进而建立区域铀成矿模式提供有效信息。

1 研究区地质背景

腾冲地块位于冈瓦纳大陆与扬子板块缝合线东侧，是东特提斯构造带重要组成部分[13]。位于腾冲地块的龙川江盆地南北长110km，东西宽6～9km，总面积约700km2，盆地相对高差300～500m，属于低山丘陵河谷地貌[14]。盆地东侧发育泸水-龙陵-瑞丽断裂，西侧发育龙川江断裂，为一受断裂控制的不对称地堑式断陷盆地。盆地蚀源区和基底由东侧中元古界高黎贡山群深变质岩（Pt2gl）、西侧燕山晚期-喜山期花岗岩（γ）为主，局部出露有石炭统勐洪群浅变质岩。盖层则由新近系芒棒组陆相碎屑岩系（N2m）、新生界火山岩和第四系残坡积层(Q)组成[15]（图1）。

图1 腾冲地块构造位置和地质简图

图2 龙川江盆地南部上新统芒棒组岩相综合柱状图

龙川江盆地上新统芒棒组为一套陆源碎屑岩夹基性火山岩的地层序列，主要发育黄褐色、灰色泥质砾岩、泥质砂砾岩、泥质含砾粗砂岩夹灰色泥岩、白色高岭土薄层及薄煤层。结合前人大量钻孔资料与对最新钻获岩芯的研究，综合考虑沉积体系对矿体赋铀潜力的影响，将芒棒组分成上中下三段（图2）。其中芒棒组下段为砂岩型铀矿主要含矿岩系，主体为冲积扇沉积环境。

2 样品采集与分析方法

2.1 样品采集

盆地南部施工的三钻孔均在芒棒组下段下亚段（N2m11-1）见工业铀矿化。本次采样针对钻孔自然伽马测井异常段。为了确保样品的代表性、完整性、可靠性，遵循《地浸砂岩型铀矿取样规范》对 30ZK30、40ZK28、50ZK28三钻孔按下述要求与方法取样：

1）采样岩心采取率大于80%、测井曲线形态与岩心编录曲线形态基本一致、铀含量大于 0.01%。

2）清洁岩心表面，采取1/2 劈芯法连续取样，少量松散矿化段岩石采取均匀捡块取样，单样一般为0.2～0.5m。

3）在矿段顶底端适度延伸采样范围。对矿段岩性变化频繁处增加取样点密度。

2.2 分析方法

样品中铀含量采用电感耦合等离子体质谱法测定，仪器型号为PE300X，检出限低于10-8，测定单位为云南核工业209地质大队研究所分析测试中心。将铀含量最高的6件矿芯样制成电子探针片，借助Inca ENERGY能谱仪进行定性分析和JXA-8100电子探针定量分析，实验条件为加速电压20KV，束流10-8A；综合逐级化学提取方法对铀赋存状态进行分析，本研究执行《土壤和沉积物13个微量元素形态提取标准程序》并参考相关文献[16-17]，将矿芯样中的铀分成水溶态、弱酸提取态、可还原态、可氧化态、残渣态五种赋存状态分别提取，具体提取步骤如表1所示，各提取液中U元素的含量测定执行标准《硅酸盐岩石化学分析方法第30部分—44个元素量测定》。相关实验工作于核工业北京地质研究所测试中心完成。

表1 逐级化学提取实验步骤

3 结果与讨论

3.1 逐级化学提取分析

利用ICP-MS对逐级提取试验中各形态铀的含量进行测定，将分布提取法下各形态铀的质量加和与一步全溶法铀总量结果进行比较，其结果而表2所示。可以看出，分布提取法铀总量和一步全溶法铀总量之间无明显偏差；无论试样内或者试样间各形态铀的含量都显现出明显差异；各形态铀的含量（平均值）占铀总量（分布）的比例为：残渣态（55.59%）＞弱酸提取态（21.05%）＞可氧化态（18.67%）＞可还原态（3.77%）＞水溶态（0.82%）。

3.1.1各形态铀含量的分布特征与数据解释

试样中各形态铀占铀总量（分布提取法）比值如图3所示。从柱状图中可以看出，铀赋存状态的分布特征在不同试样中呈现出一定差异。

图3 试样中各形态铀的含量占铀总量（分布提取法）的比值

1）水溶态的铀。能直接被中性水提取的铀元素形态，主要指被较弱吸附，易被植物直接吸收与利用的铀元素形态。如图3所示，6件试样中水溶态铀的含量与总量铀的比值均小于1%，说明如在该区砂岩型铀矿中进行地浸采铀，通过中性水与矿石作用，就可浸出一定量的铀，但不是主体。

2）弱酸提取态的铀。被乙酸溶液提取的铀元素形态，主要指通过扩散作用和外层络合作用被静电吸附在土壤和沉积物颗粒表面，可通过离子交换迅速释放的元素形态以及以沉淀或共沉淀形式束缚在碳酸盐中的元素形态。从图3、表2可知，3号、4号试样中弱酸提取态的铀比例分别为42.07%、34.47%，岩性为浅灰、灰色含砾砂岩，矿段一般胶结、经过弱淋滤作用呈现出半松散砂状，透水性较好，推测对应矿段可能存在一定量粘土矿物对U022+强吸附作用造成弱酸提取态的铀比例较高。其余试样所占比例处于10%-20%区间内，表现出本研究矿段中通过静电吸附与束缚在碳酸盐中的铀分布较均匀且占重要位置。

3）可还原态的铀。能被盐酸羟胺提取的铀元素形态，主要指被较强的结合力吸持在铁锰氧化物中的铀元素形态，在还原环境将铁、锰矿物还原成可溶低价态，可释放出该部分所吸持的铀。如表2所示，试样中可还原态的铀含量比较低，所占比例均处于10%以下，在后期地浸采铀中可结合实际情况对该部分铀综合开发。

4）可氧化态的铀。被过氧化氢溶液和乙酸铵溶液提取的铀元素形态，主要指能与有机质活性基团结合（吸附、包裹、螯合）或吸附于硫化物颗粒上、生成硫化物的铀元素形态。从图3可知，2、5号试样中可氧化态的铀比例呈现较高水平，与其富含以炭质为主的有机质关系密切。

5）残渣态的铀。被盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸溶液提取的元素形态，主要指存在于原生、次生硅酸盐及其他稳定矿物晶格中的铀元素形态，性质稳定，是原生矿物中铀重要的组成部分。残渣态的铀在6件试样中含量比例都较高。其中6号试样比例最高，究其原因，可能是因为该赋矿主岩为浅灰色、灰白色砂泥质砾岩，砾石含量高于50%，物源区带来的高黎贡变质岩砾石中存在一定残渣态铀，这部分残渣态因性质稳定很难受到后期铀成矿作用影响而保存至砾石中。

3.1.2 铀赋存形态对地浸采铀的意义

“活性铀”亦称为“淋滤铀”、“动态铀”[18],指具有一定迁移活性，能被浸取剂地浸开采出来的部分，主要包括以可交换离子态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机质与硫化物结合态存在的铀。针对目前酸法地浸工艺，无法开采出来的部分则称为“惰性铀”，赋存状态以残渣态为主。

表2 试样中各形态铀在分布提取法中所占比例和与一步全溶法的数值对比

表2 试样中各形态铀在分布提取法中所占比例和与一步全溶法的数值对比 试样编号(岩性)ω(U)/ug•g-1 水溶态弱酸提取态可还原态可氧化态残渣态铀总量（分布）铀总量（一步） 1、灰白色岩屑粉砂岩0.65(0.34%)22.00(11.70%)6.05(3.22%)57.30(30.48%)102.00(54.26%)188.00189.00 2 、浅灰黑碳质含砾细砂岩1.01(0.47%)21.50(9.63%)1.58(0.68%)140.00(62.64%)59.40(26.58%)223.49223.00 3、浅灰色、灰色含砾砂岩3.74(0.87%)181.00(42.07%)27.60(6.42%)85.90(19.96%)132.00(30.68%)430.24430.00 4、浅灰色、灰色含砾砂岩3.87(0.90%)158.00(34.47%)33.40(7.28%)112.00(24.40%)151.00(32.95%)458.27459.00 5、灰黑色碳质含砾细砂岩1.10(0.60%)31.30(17.11%)0.99(0.54%)77.70(42.49%)71.80(39.26%)182.90184.00 6 、浅灰、灰白砂泥质砾岩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：括号中的数值为分形态铀含量占铀总量（分布提取法）的比值