开鲁坳陷发现特大型砂岩铀铼共(伴)生矿床

陈振岩, 李清春, 满安静, 陈星州, 曹民强, 熊耀华, 肖 程

开鲁坳陷发现特大型砂岩铀铼共(伴)生矿床

陈振岩1, 李清春1, 满安静1, 陈星州2, 曹民强1, 熊耀华1, 肖 程1

(1.辽河石油勘探局 新能源开发分公司, 辽宁 盘锦 124010; 2.辽河油田勘探开发研究院, 辽宁 盘锦 124010)

20世纪90年代初, 开鲁坳陷在油气勘探时发现铀异常, 历经20余年持续科学攻关及勘查实践, 在钱家店地区相继落实一个整装特大型砂岩铀矿床, 一个大型共(伴)生整装砂岩铼矿床, 取得国家关键战略矿产找矿的重大突破, 引起业内广泛关注。

铀主要应用于核电及军工, 尽管我国铀资源较丰富, 但与快速发展的核电规模及未来核电在国家能源结构中的份额相比, 供需缺口十分明显, 截止2017年, 我国铀资源对外依存度达79.17%(陈润羊等, 2019), 铀矿已被列为国家战略性矿产(赵凤民, 2006; 陈润羊和花明, 2015)。铼是地球上最为稀有的元素之一, 地壳中丰度约为1×10−9(Taylor and McLennan, 1985), 20世纪60年代初, 科学家才在自然界中发现铼。铼元素具高熔点、高硬度、抗腐蚀性、抗蠕变性和塑性良好等独特的物理及化学性能, 使其被广泛应用于石油化工、电子工业、航空航天、原子能、医学和环境保护等领域, 且具其他元素不可替代的战略地位(陈喜峰等, 2019)。其中, 全球70%以上的铼都用于航空航天领域生产超耐热合金, 目前国内铼供不应求, 50%依赖进口(陈喜峰等, 2014), 依据目前世界铼的应用领域和消费趋势, 今后铼需求将急剧增加, 而目前我国铼保有储量的90%伴生于钼矿床中(李红梅等, 2014), 仅部分学者对砂岩型伴生铼矿做过初步分析(秦明宽和赵瑞全, 1997; 谈成龙, 2004; 王正其等, 2006, 2007)。

研究团队以“一区探多矿、一次查多矿”的创新思维, 在钱家店地区开展矿产勘查工作。研究表明, 钱家店砂岩型铀、铼矿成矿机理是含U6+和Re7+的地下水在砂岩中运移, 至层间氧化带前端还原为U4+和Re4+而富集形成矿体, 二者成矿机理相似(陈振岩等, 2021)。在成矿过程中起重要作用的控矿要素包括物源、构造、储层、成矿流场、氧化还原和热液活动等(付勇等, 2016)。研究团队突破传统找矿方式, 充分利用油气勘探老探井、老资料, 从盆地解剖入手, 利用地震资料进行构造精细研究, 辩证分析控矿各要素对铀、铼成矿的控制作用, 自主研发了成矿带精细刻画、铀铼富集区预测等多项核心特色技术, 相继发现钱Ⅱ、钱Ⅲ、钱Ⅳ和钱Ⅴ等4个大型砂岩铀、铼矿富集区。

近期, 本研究团队提出了以“预富集‒层间氧化‒迭加改造”为核心的多阶汇聚成矿理论, 这一理论突破了物质来源的单一性, 论述了矿体由卷状到板状的演变机理, 明确了矿体的富集区带及受控因素(Chen et al., 2021); 采用“氧化还原定靶区、坡槽断裂定条带、优势砂体定层段, 综合研究定目标”的孔位部署原则, 钻孔见矿率高达90%以上, 逐步使钱Ⅱ、钱Ⅲ、钱Ⅳ和钱Ⅴ等4个大型砂岩铀、铼矿富集区连片, 形成集铀、铼等多矿种于一体的整装特大型矿床(图1), 取得了找矿成果的重大突破。

通过践行“矿产综合勘探”理念, 将油气成藏理论与砂岩型矿产成矿理论进行深度融合, 将油气勘探技术与金属矿产勘查方法进行有机结合, 研究取得了如下创新认识: ①中国东部沉积盆地具备大型砂岩型铀铼矿床成矿的基本条件, 找矿方向可以侧重在盆地边缘和盆地内大型构造的翼部; ②在氧化还原作用下, 沉积地层自身含有的物质对成矿具有更多的贡献, 构造缓坡和凹槽是最有利的富集部位; ③铀、铼化学性质相似, 成矿机理相似, 同步勘查成果显著, 矿山开采实践证实铀、铼可同步浸出, 痕量铼高效提取技术已经取得突破, 未来“多矿同查共采”将是降低勘查成本, 扩大找矿成果并提高矿山收益的良好模式; ④运用石油勘探地震精细解析和储层反演技术, 可以实现盆地解剖和有利成矿砂体预测, 大幅提高钻探见矿率。

该项目开创了一种“油铀兼探、铀铼同查同采”的找矿新模式, 闯出了一条含油气盆地低成本综合找矿的新路径(万军等, 2020)。这种综合找矿模式既缩短了勘查周期, 又节省了勘查成本, 最大限度减少了重复勘查对生态环境造成的不利影响, 被评为“国家级绿色勘查示范项目”, 找矿成果获得国家“2011‒2020找矿突破战略行动优秀找矿成果”。多位院士认为钱家店找矿模式“实现了石油行业与地勘行业的技术融合”、“代表着中国地矿工作前进的方向”、“将对全国矿产勘查工作起到引领和示范作用”。

图1 钱家店地区铀、铼共(伴)生示意剖面

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2021-03-17

科技部基金项目国家重点研发计划“深地资源勘查开采”重点专项(2018YFC0604200)子课题“北方砂岩型铀能源矿产基地深部探测技术示范”(2018YFC0604205)资助。

陈振岩(1963–), 男, 博士, 教授级高工, 主要从事火山岩、潜山油气藏和铀矿勘查研究。Email: chenzy6@petrochina.com.cn

10.16539/j.ddgzyckx.2021.02.013