美国铀资源时空分布规律

刘 颖，李满根，王 恬，聂逢君，蔡煜琦，陈念楠

美国铀资源时空分布规律

刘 颖1，李满根1，王 恬1，聂逢君1，蔡煜琦2，陈念楠1

（1.东华理工大学，南昌 330103；2.核工业北京地质研究院，北京 100029）

美国是世界上砂岩型铀矿储量最多的地区，铀资源数量十分巨大。研究美国铀资源的时空分布规律为之后成矿预测及勘查，尤其是砂岩型铀矿勘查提供依据。简略介绍了美国铀资源现状及铀资源时空分布规律，空间上铀资源分布在各个成矿省。以成矿省为单位，详细介绍了美国科罗拉多高原成矿省、美国洛基山和山间盆地铀成矿省、美国和墨西哥湾沿岸铀成矿省、美国和墨西哥盆岭铀成矿省、美国佛罗里达磷块岩型铀成矿省的铀资源空间分布规律。时间上铀矿床成矿年龄分布在以下3个主要成矿时期：新生代（65～3 Ma）、中生代（250～65 Ma）、古生代（570～250 Ma）。研究结果表明，铀矿床主要分布在科罗拉多成矿省与洛基山与山间盆地成矿省，铀资源以砂岩型铀矿为代表，资源量大，分布广泛。成矿时代众多且广泛，时间跨度较大，铀矿主要产于新生代与中生代。

美国；时空分布；铀成矿省；铀矿床

铀作为战略性资源，在世界各国经济发展和国防建设中有着不可替代的地位。自1990年世界铀市场达到过平衡以后，随着世界核电规模的不断扩大，对铀的需求不断增加。从1993年至今，世界铀资源产量基本上在年需求量的50%～60%之间。根据我国核电发展速度与规模，预计到2030年国内核电对铀矿需求将达到每年2.2～4.5万t[1-2]。为满足铀资源增长需求，世界各铀生产国都加强了对本国铀资源量、时空分布规律研究。在20世纪80年代初之前，美国在铀资源和产量方面被称为西方世界领先国家之一，至2016年美国铀产量占美洲的42.1%。研究美国铀资源时空分布规律，既可为我国砂岩型铀矿勘查、生产实践提供借鉴经验，同时也可为我国全球铀资源配置体系战略提供参考。

1 区域地质概况

美国位于太平洋和大西洋之间，北临加拿大，南临墨西哥，领土大部分位于北美州中部，由首都华盛顿哥伦比亚特区及50个州和关岛等众多海外领土组成。阿拉斯加位于北美大陆的西北，东与加拿大接壤，西与俄罗斯隔白令海峡相望[3]。大地构造主要由阿巴拉契亚褶皱带、南德克萨斯海岸平原区、科迪勒拉褶皱带以及中央地台区4个大的地质构造单元组成[4]。主要富铀区包括：科罗拉多高原、怀俄明盆地、洛基山脉、盆岭、德克萨斯海岸平原等。已知产铀区为科罗拉多高原，怀俄明盆地，海岸平原（德克萨斯州南部部分），北洛基山脉，洛基山脉南部，大平原，盆岭，太平洋沿岸，中央低地，阿巴拉契亚高地，哥伦比亚高原，Canadian Shield南部和阿拉斯加。

科罗拉多高原自前寒武纪末期以来构造相对稳定。在古生代和中生代，科罗拉多高原是一个相对稳定的大陆架，普遍有沉积岩、花岗岩、火山岩和变质岩出露，其中沉积岩从古生代至古近纪都有分布，对铀的矿化作用影响最大的是三叠纪和侏罗纪河积砂岩[5]。构造地层以河流相砂岩为主，叠加在古陆内沉积盆地中的厚层细粒火山碎屑岩相之上。怀俄明地区各种规模的盆地在拉腊米造山运动期间形成坳陷，大多在晚白垩世或古新世早期发育。洛基山和山间盆地铀成矿省由洛基山构造省演化而来，是一个以基岩和逆断层抬升为特征的再次活动的克拉通地块。地层受东西方向的压力，形成褶曲及断层，并随之隆起，之后经抬升及强烈的侵蚀，构造地形比较复杂[6]。盆岭铀成矿省是由大角度断裂作用演化而成，形成了南北向狭窄的、以山谷和宽盆地分隔的中-高度起伏的山地，前寒武纪深成岩和变质岩主要沿盆岭东北和南部出露。德克萨斯海岸平原位于北美大陆边缘沉积盆地中，盆地位于北美克拉通边缘活动带，地层发育于白垩纪及白垩纪前期，上面覆盖着超过15 000 m平坦的古近系和新近系海相和陆相沉积互层。

2 美国铀资源概况

2.1 铀矿床类型

根据铀矿床的成因以及含矿主岩与形成环境分类原则，同时参考IAEA《红皮书》中的全球铀矿床类型划分，将铀矿床划分为15种类型：不整合面型、变质岩型、花岗岩型、砂岩型、塌陷角砾岩型、表生岩型、古-石英-卵石砾岩型、多金属铁氧化物角砾杂岩型、侵入岩型、磷酸盐型、火山岩型、交代岩型、褐煤-煤岩型、黑色页岩型和碳酸盐型。

美国已知的铀矿床位于各个铀成矿省之中，铀矿床类型丰富，大多数铀资源都赋存在砂岩型矿床中，在花岗岩型、塌陷角砾岩型、火山岩型、侵入岩型及交代岩型矿床中均有赋存。除了这些常规资源外，还有磷酸盐型及褐煤型这类非常规资源。磷酸盐型铀矿存在于细粒磷灰岩中，产于由海相泥岩、页岩、磷酸盐岩和砂岩构成的互层组合中的磷酸盐层位中。这类非常规类型铀矿床规模虽然很大，但品位极低，铀可作为磷酸盐生产的副产品回收。

2.2 铀资源量

2010年，美国国内铀矿山产量仅占全球铀矿山产量（5.3万吨）的3%，从海外进口铀1.6万吨，是全球铀主要进口国[7]。到2016年，美洲的铀产量为89.4万吨，占世界总产量的30%，其中57.2%由加拿大生产，42.1%由美国生产[8]。2019年9月20日，UDEPO[8]报告在整个美洲12个国家发现众多铀矿床，有85.3%矿床在加拿大和美国。美国所发现的小型砂岩型矿床数量较多，已进行了大量的勘探。砂岩型铀矿床的勘查工作一直在进行。现今大多数勘查都是在20世纪70年代或更早时候发现的矿床上进行的，或者是对正在开采的矿做进一步开发。根据IAEA发布的官方统计数据（截至2020年5月），美国常规铀资源总量为153万余吨，非常规铀资源总量为94万吨。常规资源类型的铀矿床共336个（表1，图1、2），其中资源储量主要为砂岩型，占81%，其次为侵入岩型，占8%，砂岩型和侵入岩型是美国主要的铀矿床类型，合计资源量占89%。砂岩型矿床中有一部分砂岩型矿体规模较大，但大多数矿床规模较小至中等规模，品位低至中等。非常规资源的铀矿床磷酸盐型5个、褐煤型3个。

表1 美国各类型铀资源储量及矿床数目

图1 美国各类型铀矿矿床数目占比百分数

图2 美国各类型铀矿资源储量图

2.3 铀资源勘查现状

1947年以来，美国的铀矿勘查工作由联邦政府与私营公司同时进行。自1974年至20世纪80年代初期美国能源部国家铀资源评估方案（NURE）方案结束后，所有勘查和生产活动都由私营实体进行[9]。当前，砂岩型和塌陷角砾岩筒型铀矿是美国主要勘查的铀矿类型。砂岩型铀矿在犹他州、科罗拉多州和新墨西哥州的尤拉文矿带和格兰特矿带、德克萨斯湾沿海平原和怀俄明州盆地等地区均有发现。美国铀勘查、钻探支出费用分别在2008、2012年达到峰值。2008至2009年，铀市场价格下跌，勘查费用显著下降。由于铀市场低迷，勘查支出在2016年下降到7 190万美元[9]。2009和2010年，美国政府没有对铀进行勘查和开发。私营公司继续在怀俄明、内布拉斯加、科罗拉多、德克萨斯和新墨西哥州等主要铀区勘查。勘查活动继续集中于有利砂岩型矿床出现的地区。2015—2016年，美国政府在国内和国外都没有投资铀勘查。2016—2017年，美国暂停地下或露天铀矿开采，具有一定开发程度的小型（400～2 000 tU）地下或露天矿山处于待产状态[10]。勘查对象主要集中在适合可地浸开采的砂岩型铀矿，大多数勘查和开发集中在德克萨斯州和怀俄明州。虽然新墨西哥州也有大量的可地浸铀资源，但由于公众对铀矿开采的反对，勘查开采工作进展缓慢。

3 铀资源时空分布特征

3.1 铀成矿省划分及空间分布

20世纪70到80年代的铀矿地质勘查工作，形成了格兰茨铀矿区、科罗拉多高原钒铜铀矿区、怀俄明盆地卷型铀矿区及南得克萨斯卷型硫化物铀矿区等4个大型砂岩型铀矿存储基地[11]。同时，通过对美国铀成矿域铀矿地质资料进行采集整理，对各铀矿床成矿地质构造背景、成矿条件进行了综合分析和研究，根据成矿地质背景、已有铀矿床类型和规模、铀资源地理分布位置等因素，将美国划分成五个铀成矿省：美国科罗拉多高原铀成矿省、美国洛基山和山间盆地铀成矿省、美国和墨西哥湾沿岸铀成矿省、美国和墨西哥盆岭铀成矿省、美国佛罗里达磷块岩型铀成矿省。根据每个铀成矿省的成矿地质构造背景、地质特征和矿床特征，进一步划分出了16个铀成矿带，如表2所示。美国的铀资源在空间上广泛分布且不均一，各铀成矿省内包含铀矿床数目如表3所示。铀矿分布区域主要集中在西南部的科罗拉多高原、洛基山脉以及南部墨西哥湾沿岸，东部铀矿分布相对较少，其中东南部佛罗里达是美国磷块岩型铀矿主要储藏地。

科罗拉多高原是世界上著名的铀（-钒）成矿省之一。位于科罗拉多州西部、犹他州南部、亚利桑那州北部和新墨西哥州西北部，面积约35万平方千米。科罗拉多高原铀成矿省中，铀矿床集中分布在Grand Canyon, Paradox Basin和Grant-San Juan Basin 3个成矿带上。科罗拉多高原铀成矿省与洛基山和山间盆地铀成矿省和中亚地区已经成为世界上砂岩型铀矿数量最多、储量最大的铀矿矿集区[12]。Paradox Basin铀成矿带位于科罗拉多成矿省的中部。科罗拉多高原成矿省内主要包含砂岩型、变质岩型、花岗岩型、火山岩型、侵入岩型和坍塌角砾岩筒型5种类型矿床，其中分布最广泛，矿床数目最多的为砂岩型铀矿床，占比近84%。

表2 美国铀成矿省及成矿带（矿集区）

洛基山和山间盆地铀成矿省毗邻科罗拉多高原铀成矿省，跨越怀俄明州、科罗拉多州和新墨西哥州。洛基山和山间盆地铀成矿省包含7个铀成矿带，分别为Gas Hills, Green Mountain, Powder River Basin, Shirley Basin, Great Devide Basin, Laramide Basin和Rocky Mountain。成矿省中铀资源空间上主要分布于该成矿省的Gas Hills, Powder River Basin, Shirley Basin成矿带上。铀矿类型主要是砂岩型铀矿，其他为少部分变质岩型铀矿。其中砂岩型铀矿床有100余个，占比高达95%，是美国砂岩型铀矿床数目最多的成矿省。

美国和墨西哥湾沿岸铀成矿省仅含有Gulf Coast Basin铀成矿带，铀矿床集中分布在Gulf Coast Basin铀成矿带上面。该成矿省全部的矿床都是砂岩型铀矿，矿床数30余个。大多数矿床位于美国德克萨斯州南部，德克萨斯海岸平原上。

美国和墨西哥盆岭铀成矿省中，铀资源主要分布在Basin-Range铀成矿带之上，铀矿床空间上分布于Basin-Range铀成矿带的西北部与中部地区。该成矿省是美国火山岩型铀矿的集合地，大部分矿属于砂岩型与火山岩型，其它类型中只有很少部分存在于较老的地层中。砂岩型矿床普遍存在于火山岩环境中。

佛罗里达磷块岩型铀成矿省包含Central Florida，East Florida，North Florida和South Florida铀成矿带四个含矿带。该成矿省仅5个矿床，都为磷酸岩型铀矿，其矿床规模、产量巨大但铀矿品位极低（0.005%～0.015%）。佛罗里达州Land Pebble地区的矿床为典型的磷酸岩型矿床。

3.2 铀成矿省时间分布

美国铀矿成矿时代众多且广泛，时间跨度较大，在新生代、中生代、古生代和元古宙均有分布。按成矿年龄，美国铀矿成矿时代为新生代（65～3 Ma）、中生代（250～65 Ma）、古生代（570～250 Ma）三个时期。各铀成矿省内铀矿主要成矿时代如表3所示。

表3 铀成矿省的矿床数目与成矿时代

3.2.1 新生代（65～3Ma）

新生代为美国砂岩型铀矿主要的成矿时期，洛基山和山间盆地铀成矿省、墨西哥湾沿岸铀成矿省、盆岭铀成矿省、佛罗里达磷块岩型铀成矿省都有大量新生代时期铀矿床。洛基山和山间盆地铀成矿省中卷状前锋亚型砂岩型铀矿主要产自早始新世Wasatch组，Wind River组和Battle Spring组，都是由河流和湖泊源相长石砂岩、砾岩、粉砂岩、黏土岩、碳质页岩和煤组成。也有部分产于渐新世White River 组，上新世Ogallala组中。主要成矿时代为始新世（52～36 Ma），早渐新世（35～28 Ma），上新世（3 Ma）。典型矿床有：Antelope, East Gas Hills, North Butte/Brown等。

墨西哥湾沿岸铀成矿省以发育卷状矿床为主，铀矿产于古近-新近系的凝灰质碎屑岩中，始新世至上新世的大型河流体系（包括现代河流）流入下沉的海湾。含矿主岩时代分别为始新世、渐新世、中新世、上新世。成矿省内铀矿成矿时代有晚渐新世（28～24 Ma）、上新世（5 Ma）两期。典型矿床有：Alta Mesa, Butler-Weddington，Chapman，Holiday-El Mesquite，Rosita等。

盆岭成矿省铀矿成矿与新生代火山岩有关。主要产状在构造上受控于火山岩或凝灰质湖相沉积物中。铀矿虽然赋存于不同时代的各种岩层中，但主要与新近纪侵入体有关，主要形成于早中新世到中中新世时期。典型矿床有McDermitt Caldera, Nevada–Oregon, Lakeview, Oregon，Spor Mountain，Marysvale，Utah等。

佛罗里达磷块岩型铀成矿省中的Central Florida，East Florida District，North Florida，Northeast Florida District，South Florida District成矿时代都属于新生代时期。其主岩为白云岩中的块状磷酸盐，黏土、硅质碎屑沉积岩，矿化与中新世、上新世、更新世和全新世的酸性风化作用有关。

3.2.2 中生代（250～65 Ma）

科罗拉多高原成矿省是中生代铀矿床最主要分布的地区，砂岩型铀矿主要赋存于中生代两个组的7个地层单元中，分别为：晚侏罗世莫里森组的Westwater Canyon, Brushy Basin, Salt Wash段，晚三叠琴尔（Chinle）组的Moss Back, Monitor Butte, Petrified Forest, Shinarump段[6]。主要矿化时期为晚三叠世-早侏罗世、晚侏罗世和早白垩世，主要成岩期为二叠纪、早二叠世、晚三叠世、中晚侏罗世。成矿时代有3期210～200 Ma，155～150 Ma和135 Ma三期，其中135 Ma为主要的成矿期[11]。其他地区中生代时期的铀矿床较罕见。

3.2.3 古生代（570～250 Ma）

古生代时期铀矿床主要产于科罗拉多和洛基山脉南部，多为元古宙火成岩和变质岩，并被古生代和中生代的扭曲地层所包围。铀矿床赋存于晚古生代、古生代沉积岩中。部分板状亚型砂岩型铀矿产于二叠纪，如Big Buck/Velvet。古生代时期多为塌陷角砾岩筒型，Arizona 1，Canyon Mine，EZ-2，Hack Canyon，Hermit，Kanab North，Orphan Lode等矿床成矿时代都为二叠纪。Copper Mountain，Midnite，Schwartzwalder，Swanson矿床成矿时代为寒武纪。

4 结 论

通过总结归纳各成矿省内铀矿床空间分布与时间分布特征，得出以下结论：美国铀资源空间上主要集中在各个成矿省。科罗拉多高原与洛基山和山间盆地是铀矿床在空间上主要聚集地。科罗拉多高原地区是主要的铀生产区，该成矿省铀矿床数目最多，是砂岩型铀矿的主要聚集地。铀资源以砂岩型铀矿为代表，资源量最多，分布最广泛。

铀成矿时代集中在中生代与新生代。洛基山和山间盆地铀成矿省中的元古宙火成岩、变质岩，成矿时期最早为早元古代（约1 700 Ma），最晚的成矿时期为上新世（3 Ma）。砂岩型铀矿大部分都产于新生代，中生代时期也有大部分砂岩型矿床形成，尤其是板状亚型砂岩型铀矿。

美国近几年对铀矿矿床勘查投资呈下降趋势，私有矿产公司仍在主要铀矿区勘查。砂岩型铀矿主要勘查区域包括科罗拉多高原、怀俄明州盆地和德克萨斯湾沿海平原。砂岩型铀矿勘查趋势往可地浸开采资源发展，德克萨斯州、怀俄明州和新墨西哥州依旧是可地浸砂岩型铀矿研究的重点区域。

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Temporal and spatial distribution of uranium resources in the United States

LIU Ying1，LI Mangen1，WANG Tian1，NIE Fengjun1，CAI Yuqi2，CHEN Niannan1

（1. East China University of Technology，Nanchang 330103，China；2. Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

The United States has the largest reserves of sandstone type uranium deposits in the world, with a huge amount of uranium resources.This paper studies the temporal and spatial distribution of uranium resources in the United States, which provides a basis for metallogenic prediction and exploration, especially for sandstone type uranium exploration,briefly introduces the present resources situation was briefly introduced and temporal and spatial distribution pattern of uranium resources was studied to provide a basis for metallogenic prediction and exploration, especially for sandstone type uranium deposit. The study focused on uranium province, Colorado Plateau uranium province, rocky mountain and Intermountain basin uranium province, Gulf Coast uranium province, Mexico Basin-Range uranium province and Florida phosphorite uranium province were introduced in detail. The formation age of uranium deposits were distributed in the following three main metallogenic periods: Cenozoic (65～3 Ma), Mesozoic (250～65 Ma) and Paleozoic (570～250) Ma. The results showed that uranium deposits are mainly distributed in Colorado uranium province and rocky mountain and Intermountain basin uranium province. Sandstone uranium deposits are the representative of uranium resources with large amount and wide distribution. Uranium deposits occur mainly in Cenozoic and Mesozoic.

United States; temporal and spatial distribution; uranium province; uranium deposit

P619.14

A

1672-0636 (2021) 03-0321-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2021.03.004

中国核工业地质局《铀资源大数据分析与找矿预测》项目（编号：201928-3）和东华理工大学研究生创新基金（编号：YC2020-S495）资助。

2020-11-02

刘颖（1999— ），女，湖南岳阳人，硕士研究生在读，研究方向为GIS工程。E-mail: 1085889879@qq.com

李满根（1969— ），男，江西吉安人，博士，教授，主要从事矿产资源勘查、成矿预测与评价研究。E-mail: 75363159@qq.com