中國黑色巖系非常規(guī)鈾資源及其開發(fā)利用前景

漆富成，張字龍，李治興，王文全，楊志強，張巖，馬鈺

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029）

1 非常規(guī)鈾資源概念

常規(guī)鈾資源是鈾以主要產(chǎn)品、共產(chǎn)品或重要的副產(chǎn)品等幾種形式來回收的鈾資源［1］。非常規(guī)鈾資源屬于非傳統(tǒng)礦產(chǎn)資源，系指在當前技術(shù)和經(jīng)濟條件下尚未開采利用、分布于一定地質(zhì)體和地質(zhì)介質(zhì)中作為次要產(chǎn)品或副產(chǎn)品而開發(fā)利用的低品位鈾資源［2］。

目前全球非常規(guī)鈾資源主要類型有磷塊巖型、黑色頁巖型、碳酸鹽巖型和褐煤型。基于非常規(guī)鈾資源的產(chǎn)出環(huán)境、產(chǎn)出規(guī)模和形成條件，結(jié)合其回收難易程度、賦礦載體類型，中國非常規(guī)鈾資源的類型主要包括含鈾黑色巖系型、含鈾磷塊巖型、鈾多金屬磷塊巖型、泥巖型、鹽湖型和含鈾煤型。其中含鈾磷塊巖型、含鈾黑色巖系型、鈾多金屬磷塊巖型非常規(guī)鈾資源是延長我國鈾資源可持續(xù)供給，且成為具有重要競爭力的鈾資源主要類型。

2 中國黑色巖系非常規(guī)鈾資源類型

中國黑色巖系非常規(guī)鈾資源主要包括含鈾黑色巖系型、含鈾磷塊巖型和鈾多金屬磷塊巖型，以早寒武世黑色巖系為主要產(chǎn)出層位，在湘西北、黔東和黔中等地區(qū)形成一定的規(guī)模，通常早寒武世黑色巖系的下段產(chǎn)出含鈾磷塊巖，緊接其上發(fā)育鈾多金屬磷塊巖，再之上發(fā)育黑色巖系型非常規(guī)鈾資源。

2.1 含鈾磷塊巖型和鈾多金屬磷塊巖型

湘西北山岔、大坪等地區(qū)形成大規(guī)模發(fā)育的含鈾磷塊巖、鈾多金屬磷塊巖型非常規(guī)鈾資源，除Ni、Mo達到工業(yè)品位外，Re、Tl、 U、V等僅達到鈾礦床伴生組分綜合利用指標 （表1），形成V-Re-U型和 Ni-Mo-Re-Tl-U型非常規(guī)鈾資源。鈾礦化層包括底部下段的含鈾硅質(zhì)磷塊巖層和緊接其上的鈾多金屬礦化層，鈾多金屬礦化層沿NE向向斜兩翼出露，向斜規(guī)模東西寬12 km，南北長21 km，鈾多金屬礦化層呈層狀、似層狀不等厚連續(xù)展布，東南緣呈層狀、似層狀不等厚連續(xù)分布，最厚段延續(xù)10 km，平均厚度1.9 m，最大厚度3 m，鈾礦化明顯受層位控制。

臨近湘西北陸緣裂陷成礦體系，在黔中臺地間的坳陷相中，形成U-V含鈾磷塊巖型和Re-Ni-Mo多金屬磷塊巖型非常規(guī)鈾資源。在北山裂谷帶中，發(fā)育含鈾磷塊巖非常規(guī)鈾資源，U、Cd達到鈾礦床伴生元素綜合利用指標，V和稀土元素趨于富集，形成U-Cd型含鈾磷塊巖非常規(guī)鈾資源。

表1 黑色巖系非常規(guī)鈾資源微量元素標志和地球化學組合類型Table 1 Trademark and types of geochemical combination of trace elements for unconventional uranium resources in black-rock series

含鈾磷塊巖型非常規(guī)鈾資源受特定海相沉積相和沉積環(huán)境控制，以早寒武世海相黑色巖系作為賦礦巖石，主要分布于秦嶺裂谷帶、北山裂谷帶、揚子陸塊東南緣陸緣裂陷區(qū)和新疆庫魯克塔格陸緣裂陷區(qū)。可作為磷塊巖的重要副產(chǎn)品回收鈾，屬于鈾質(zhì)量分數(shù)介于0.01%～0.03%的低品位鈾礦資源。鈾多金屬磷塊巖型以早寒武世海相磷塊巖為賦礦巖石，廣泛分布于揚子陸塊東南緣，特別是湘西北、黔中地區(qū)，鈾質(zhì)量分數(shù)一般小于0.03%，局部地區(qū)鈾質(zhì)量分數(shù)大于0.03%，從回收方式上，只能作為Ni、Mo多金屬礦的重要副產(chǎn)品回收，因此，屬于鈾多金屬磷塊巖型非常規(guī)鈾資源。

2.2 黑色巖系型

湘西北潘公潭、汪家寨和曉坪等地區(qū)發(fā)育黑色巖系型非常規(guī)鈾資源。潘公潭地區(qū)含鈾黑色巖系呈層狀、透鏡狀和似層狀，產(chǎn)狀與地層、層間構(gòu)造破碎帶基本一致。礦體走向延伸40 km，寬20 km，礦體連續(xù)分布，主要為碳質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖建造，含鈾黑色巖系厚139 m。礦石以0.007%～0.027%的低品位非常規(guī)鈾資源為主，礦石共（伴）生元素主要為U-P-Ni-Mo-PGE組合，具有綜合利用價值。成礦時代為早寒武世，屬分布面積廣、厚度大的低品位非常規(guī)鈾資源。

中國黑色巖系型非常規(guī)鈾資源在空間上受陸緣裂谷和陸緣裂陷環(huán)境制約，受特定海相沉積環(huán)境、沉積相和沉積建造控制，以晚震旦世一志留紀黑色巖系為主要賦礦圍巖，鈾質(zhì)量分數(shù)主要為0.01%～0.03%，因為賦礦巖石由含鈾磷質(zhì)巖、碳硅質(zhì)頁巖、碎屑巖及碳酸鹽巖等建造組成的黑色巖系構(gòu)成，故稱為含鈾黑色巖系型非常規(guī)鈾資源。

3 中國黑色巖系非常規(guī)鈾資源分布規(guī)律

中國黑色巖系非常規(guī)鈾資源在空間占位上受控于陸塊邊緣的構(gòu)造環(huán)境，成礦環(huán)境的優(yōu)劣與陸塊邊緣構(gòu)造類型有關(guān)，其中陸緣裂谷、陸緣裂陷是含鈾黑色巖系型非常規(guī)鈾資源發(fā)育的最有利構(gòu)造類型。陸緣裂谷、陸緣裂陷帶中的含鈾建造即是伴隨海底熱水沉積作用或噴氣-沉積作用形成的富鈾沉積建造。陸緣裂谷、陸緣裂陷是含鈾黑色巖系發(fā)生大規(guī)模鈾成礦作用的主要有利成礦環(huán)境（圖 1）［3-5］。

陸緣裂谷、陸緣裂陷環(huán)境的形成與地殼拉伸破裂后軟流圈物質(zhì)的上升和側(cè)向擴張使地殼受熱和部分熔融有關(guān)，構(gòu)成地殼拉伸破裂后軟流圈物質(zhì)上升為驅(qū)動力的陸緣裂谷和陸緣裂陷熱動力流體系統(tǒng)。陸緣裂谷成礦體系伴隨著海底噴流作用和海底火山噴發(fā)而沉積的由熱水沉積硅質(zhì)巖、硅質(zhì)磷塊巖和碳硅質(zhì)泥巖組成的富鈾海相碳硅泥巖建造。大規(guī)模發(fā)育的熱水沉積含鈾建造為大規(guī)模鈾成礦作用提供了巨量的礦源。陸緣裂谷和陸緣裂陷環(huán)境形成的含鈾磷塊巖型、含鈾黑色巖系型和鈾多金屬磷塊巖型非常規(guī)鈾資源有望成為我國有競爭力的預備鈾資源類型。

4 黑色巖系型非常規(guī)鈾資源潛力

通過研究全國黑色巖系非常規(guī)鈾資源成礦體系、成礦環(huán)境、成礦因素、鈾資源類型，以及發(fā)生成礦作用的表現(xiàn)和事實，將中國黑色巖系非常規(guī)鈾資源分布區(qū)域劃分為6個重要成礦帶（區(qū)），并優(yōu)選出22個重點成礦選區(qū)（表 2）。

表2 中國黑色巖系非常規(guī)鈾資源成礦體系、成礦作用和主要成礦區(qū)帶 （據(jù)漆富成等修改，2011）Table 2 Ore-forming system，mineralization and metallogenetic province of unconventional uranium resources in black-rock series in China （Modified after Qi Fu-cheng,et al.,2011）

南秦嶺陸緣裂谷帶、北山裂谷帶發(fā)育有含鈾黑色巖系型、含鈾磷塊巖型非常規(guī)鈾資源，其潛力巨大。南秦嶺迭部地區(qū)、坎子上坳陷、桂坪坳陷是含鈾黑色巖系型、含鈾磷塊巖型的重要遠景區(qū)。在北山陸緣裂谷坳陷相中，發(fā)生與早寒武世沉積成巖作用和熱水沉積作用有關(guān)的含鈾磷塊巖型成礦作用，是黑色巖系型和含鈾磷塊巖型非常規(guī)鈾資源的重點選區(qū)。

揚子陸塊東北緣修水—董坑地區(qū)、岳陽地區(qū)、安慶地區(qū)和沌溪地區(qū)是含鈾黑色巖系型重要遠景區(qū)，揚子陸塊東緣黃材坳陷、安化坳陷、銅彎坳陷和會同坳陷是含鈾黑色巖系型重要遠景區(qū)，湘西北—黔中成礦遠景帶中的大滸地區(qū)天門山坳陷、古丈地區(qū)鳳凰坳陷、麻陽坳陷和新晃坳陷，銅仁地區(qū)、玉屏地區(qū)和金砂松林坳陷是含鈾黑色巖系型、含鈾磷塊巖型和鈾多金屬磷塊巖型重要遠景區(qū)。在揚子陸塊東緣西南起自云南沾益，向東北，經(jīng)貴州織金、遵義，四川漢源，湖南張家界、慈利，湖北宜昌，東至浙江諸暨，在長達千余公里的范圍內(nèi)，分布含鈾黑色巖系型、含鈾磷塊巖型和鈾多金屬磷塊巖型非常規(guī)鈾資源，鈾資源潛力十分巨大。

5 黑色巖系型非常規(guī)鈾資源應用前景

5.1 開發(fā)應用前景

世界開采應用非常規(guī)鈾資源的類型主要是含鈾黑色巖系型和含鈾磷塊巖型，其中含鈾磷塊巖礦床是世界回收非常規(guī)鈾資源的主要渠道之一，黑色巖系次之。特別是從磷酸鹽的副產(chǎn)品中回收鈾是經(jīng)濟可行的，且將成為重要的、有競爭力的鈾資源類型。世界多國回收利用非常規(guī)鈾資源的技術(shù)已經(jīng)成熟，并形成了完整的回收流程和產(chǎn)業(yè)鏈。約旦、墨西哥、摩洛哥和美國等用間三辛基氧膦和二磷酸溶劑萃取磷塊巖中的鈾，將鈾作為磷酸鹽的副產(chǎn)品回收。芬蘭、瑞典和愛沙尼亞等國利用生物堆浸技術(shù)和萃取溶劑，回收黑色頁巖、含鈾明礬頁巖中的鈾。因此，回收利用非常規(guī)鈾資源的萃取浸出工藝技術(shù)已不是非常規(guī)鈾資源開發(fā)利用的瓶頸。

磷塊巖型和黑色巖系型非常規(guī)鈾資源是我國重要的鈾礦化類型之一，鈾礦資源量潛力巨大，此前，由于過份強調(diào)非常規(guī)鈾資源品位低、浸出率低，故將其歸類為暫不予考慮的另類資源。如果借鑒世界回收利用非常規(guī)鈾資源的成熟技術(shù)、萃取浸出工藝技術(shù)，依托于磷塊巖型和黑色巖系型鈾蘊藏量的巨大潛力，中國的鈾資源局面會立即轉(zhuǎn)入中遠期可持續(xù)供給，并具有保障，至少是有米待下鍋。中國非常規(guī)鈾資源的研究與開發(fā)將是延長應用現(xiàn)行核能技術(shù)使用時間的保障措施，也是在探索和尋找中遠期可持續(xù)供給鈾資源的替代類型。中國非常規(guī)鈾資源的研究剛剛啟動，隨著投資強度的增大和研究的深入，挖掘和利用非常規(guī)鈾資源巨大潛力將具有遠大的發(fā)展前景，非常規(guī)鈾資源開發(fā)利用的瓶頸一旦突破，在我國有望落實3～5處以磷塊巖型和黑色巖系型為主要類型的超大型或巨型黑色巖系型非常規(guī)鈾資源的勘查開發(fā)后備基地，在中遠期內(nèi)能保證我國有充分的預備鈾資源。

5.2 開發(fā)技術(shù)展望

中國非常規(guī)鈾資源的研究剛剛啟動，國家應加大投資力度，加強關(guān)鍵性和瓶頸技術(shù)的深入研究，其關(guān)鍵性研究和開發(fā)技術(shù)應包括以下幾方面：

（1）突破黑色巖系型非常規(guī)鈾資源礦集帶和含鈾磷塊巖型大型礦集區(qū)的突出問題是，研究海底熱水活動系統(tǒng)與含鈾磷塊巖或黑色巖系中巨量成礦物質(zhì)（鈾）累積、聚集的地球化學作用過程和機理，這是著眼于挖掘和利用蘊藏量巨大的黑色巖系型鈾潛力資源而進行的戰(zhàn)略性和前瞻性基礎(chǔ)研究；

（2）以大型礦集區(qū)鈾成礦地質(zhì)背景、成礦地質(zhì)條件和控礦因素的綜合配置研究為基礎(chǔ)，采用大型礦集區(qū)鈾成礦物質(zhì)供應量與鈾資源量評價、預測特征參數(shù)群，建立重點礦集區(qū)黑色巖系型低品位鈾礦資源礦集帶成礦規(guī)律和成礦預測體系；

（3）開展黑色巖系型非常規(guī)鈾資源礦集帶和含鈾磷塊巖型大型礦集區(qū)的戰(zhàn)略靶區(qū)優(yōu)選，進行中國黑色巖系型非常規(guī)鈾資源資源量總量估算；

（4）加強黑色巖系型非常規(guī)鈾資源鈾賦存狀態(tài)和存在形式的研究，為開發(fā)利用黑色巖系型非常規(guī)鈾資源選擇工藝技術(shù)和浸出技術(shù)提供理論依據(jù)。

5.3 建 議

（1）“十二五”期間，國家應啟動中國黑色巖系型非常規(guī)鈾資源成礦遠景預測和評價，初步完成黑色巖系型非常規(guī)鈾資源大型礦集區(qū)成礦條件的基本評價和戰(zhàn)略選區(qū)；“十三五”期間，基本查明中國黑色巖系型非常規(guī)鈾資源資源總量的預測和評價，落實以黑色巖系型鈾資源為主要類型的非常規(guī)鈾資源勘查開發(fā)后備基地，保證中遠期內(nèi)我國有充分的預備鈾資源，以滿足未來需求。

（2）選擇 “湘西北—黔中黑色巖系型非常規(guī)鈾資源”作為突破地區(qū)。湘西北—黔中帶應以挖掘大規(guī)模非常規(guī)鈾資源為戰(zhàn)略突破，以開發(fā)鈾及伴生元素的綜合利用為經(jīng)濟價值理念。湘西北區(qū)域黑色巖系具有多礦種資源，從潛在資源量來看，鈾、鎳、鉬和磷等各資源量均可達超大型，類似于澳大利亞的奧林匹克壩礦床，但奧林匹克壩礦床分布集中，而湘西北區(qū)分布分散。湘西北—黔中黑色巖系型非常規(guī)鈾資源不僅僅是鈾資源，它也是鈾多金屬或鈾稀有元素礦床，建議對黑色巖系型非常規(guī)鈾資源的研究及其綜合開發(fā)利用要提升到國家資源戰(zhàn)略層面統(tǒng)籌規(guī)劃。

［1］IAEA.Uranium 2009:Resources，Production and Demand［R］.Vienna:IAEA-OECD/NEA， 2010.

［2］漆富成，張字龍，李治興，等.中國非常規(guī)鈾資源［J］. 鈾礦地質(zhì)， 2011， 27（4）:193-199.

［3］漆富成，張字龍，李治興，等.中國碳硅泥巖型鈾礦床的成礦環(huán)境和成礦體系［C］//中國核科學技術(shù)進展報告：第2卷.北京：原子能出版社，2012.

［4］漆富成，張字龍，李治興，等.中國碳硅泥巖型鈾成礦時空演化規(guī)律［J］.鈾礦地質(zhì)，2012，28（2）:65-71.

［5］漆富成，張字龍，何中波，等.揚子陸塊東南緣黑色巖系鈾多金屬成礦體系和成礦機制［J］.鈾礦地質(zhì)， 2011， 27（3）:129-135.