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砂岩型铀矿的判据:红层与灰层的交界就是矿

河谷阶地上摆着一排钻孔岩芯,上半截是紫红色砂岩,下半截是灰白色砂岩,中间夹着不到两米厚的灰黑色砂岩。多数人把这一段当成泥质夹层,记录一笔就过。真正要找的铀,恰恰富集在这段灰黑色砂岩里,且只在其中几十厘米。

先看颜色:红、灰黑、灰三段要排成一条线

砂岩型铀矿最直观的判据是颜色分带。含氧地下水把砂岩中的铁氧化成赤铁矿,岩石呈紫红至砖红;水流到还原带,铁氧化物被还原,岩石转成灰绿或灰白;两者交界处那段灰黑色砂岩,就是铀沉淀的位置,这条顺序由地下水的流向决定。

分带顺序不可颠倒。顺地下水流方向,依次是氧化带、过渡带、还原带,过渡带宽度常只有 1–10 米,却集中了矿体的绝大部分。三段在剖面上呈平行层状,多见于潜水氧化;呈卷曲状向深部弯转,则属层间氧化,过渡带在新月形的头部最厚。

颜色之外还有硬度。氧化带的砂岩被铁质胶结,敲起来偏硬、断面发红;过渡带的砂岩松软,含大量炭屑与黄铁矿,手捻有滑腻感。本文判断:沿钻孔连续编录颜色与硬度,两者同时记,比单点取样更能圈出矿体的真实形态。

再看砂体:渗透性好的中粗粒砂岩才装得下矿

含矿砂体必须透水。粒度以中砂至粗砂为主,分选好、泥质少,渗透系数大,地下水才能把铀带到还原剂面前。上下还要有厚层泥岩做隔水顶底板,把含氧水关在砂体里长距离流动,隔水层厚度常达数十米。

砂体厚度决定矿体规模。厚度不足 2 米的砂层,即使有矿也只是一薄层;厚 10–30 米、横向延伸数公里的砂带,才可能形成万吨级矿体。透水性差的泥质砂岩里,铀往往只表现为分散的异常,这是选区时最先要量的一条。

最硬的一条在矿物:沥青铀矿与硒铅矿成对出现

矿石中的铀主要以沥青铀矿与铀石形式存在。沥青铀矿呈黑色胶状或肾状,条痕黑褐,硬度 5–6,密度 6.5–10 克/立方厘米,比重异常大;铀石常呈隐晶质,肉眼难辨,需靠放射性测量与化学分析确认,普通重液里会直接沉底。

伴生矿物是可靠的旁证。硒铅矿呈铅灰色、硬度低,常与沥青铀矿紧密共生;此外还有胶状黄铁矿、白铁矿与炭化植物碎屑。伽马仪在灰黑色砂岩上读数明显抬升,在红色砂岩上则接近背景值,这条反差最好用。

混进来的是花岗岩型:它长在硬岩的裂隙里

花岗岩型铀矿产在岩体的断裂带与裂隙中,矿体呈脉状、透镜状,围岩是坚硬的花岗岩,蚀变以赤铁矿化、硅化、绿泥石化为特征,与砂岩层位毫无关系。它属热液成因,成矿温度明显高于砂岩型,围岩常见红色蚀变晕。

判据分得干净。矿体受层位控制、围岩是疏松砂岩、伴生炭屑的,归砂岩型;矿体受断裂控制、围岩是花岗岩或火山岩、伴生红色硅化带的,归硬岩型。本文判断:两者可在同一地区上下叠置,但层位与围岩不会混淆。

关键数据

  • 铀品位 0.05%–0.3%,工业边界品位约 0.01%。
  • 矿体厚 1–10 米,氧化还原过渡带宽度多在 1–10 米。
  • 埋深 100–500 米,多数适合地浸开采。
  • 成矿温度低于 100 摄氏度,属低温流体。
  • 沥青铀矿硬度 5–6,密度 6.5–10 克/立方厘米。
  • 单个矿床铀资源量 1000 吨至 5 万吨。
  • 砂体厚 10–30 米、横向延伸数公里时最有利。

边界

这套判据在强烈褶皱与抬升区会失效。地层倾角超过 30 度后,氧化带沿层面拉长,卷状形态被压扁成板状,颜色分带看似顺层,实际已经改造。此时用颜色判断前锋位置,误差可达数百米,需要重新解释异常。

二次氧化是另一个陷阱。矿体抬升进入潜水氧化带后,先前沉淀的铀被重新溶解,灰黑色砂岩褪成黄褐色,矿体只剩一个空洞,放射性读数反而下降。见到褪色砂岩中的铀异常,要把样品送回实验室而不是就此否定。

参考文献

  • 翟裕生, 姚书振, 蔡克勤.《矿床学》(第三版). 地质出版社, 2011.
  • Dahlkamp F J. Uranium Ore Deposits. Springer-Verlag, 1993.
  • OECD-NEA, IAEA. Uranium: Resources, Production and Demand(红皮书), 系列报告.
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文章名称:砂岩型铀矿的判据:红层与灰层的交界就是矿
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