内蒙古努和廷超大型铀矿床
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发布时间：2022-05-07 23:22
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时间：2022-07-01 20:40
康世虎 彭云彪 旷文战 杨建新 黄镪俯
（核工业二〇八大队，内蒙古 包头 014010）
[摘要]努和廷超大型铀矿床是在20世纪90年代初按照区域层间氧化带型砂岩铀矿找矿思路，采用“大间距、大剖面”钻探勘查手段发现的。至1996年经过对矿床地浸水文地质条件评价，认为不具备地浸开采条件，勘查工作停滞。2006年勘查思路由寻找“区域层间氧化带砂岩型”转变为“沉积－成岩型”，开采思路由“地浸开采”转变为“常规开采”，对矿床进一步开展普查和详查，落实为我国第一个超大型铀矿床。矿床赋存于上白垩统二连组中，矿体埋深浅，延伸稳定，且伴生元素钪（Sc）、硒（Se）等达到综合利用价值，属沉积－成岩型铀矿床。
[关键词]努和廷；超大型铀矿床；最大湖泛面；沉积－成岩型
努和廷铀矿床是我国第一个超大型铀矿床。矿床位于二连浩特市区西南约30km处，行政区划隶属于二连浩特市额仁淖尔苏木管辖，其东部有G208国道和集二铁路线，交通便利；矿床内地势平坦，属高原低山丘陵戈壁草地的地貌景观。
1 发现和勘查过程
根据努和廷铀矿床不同勘查阶段的找矿与开采思路的转变，将其发现过程分为就点找矿阶段、区域层间氧化带型砂岩型铀矿找矿与评价阶段和沉积－成岩型铀矿勘查与评价阶段。
1.1 就点找矿阶段
二连盆地的铀矿找矿工作开始于20世纪50年代，至20世纪80年代末，在乌兰察布坳陷主要开展了地面和航空放射性测量及就点找矿的铀矿勘查工作。
1981～1984年，核工业二〇八大队在额仁淖尔—赛汉高毕地区开展了铀矿区调与普查，发现了217铀矿点，矿化点和各类异常点200余个、异常晕700余片。
1982～1984年，核工业航测遥感中心开展了全区1∶10万～1∶20万航放及磁力测量，了解了区域放射性物理场特征，发现十余处沉积型航放异常点。
1987～1991年，核工业二〇八大队在额仁淖尔—赛汉高毕地区开展了汽车能谱测量，发现了一条长约150.00km、宽约25.00km的γ、U、Th、钋法和活性炭吸附氡测量异常晕复合区。
该阶段主要通过伽马测量、地面放射性测量发现的铀异常进行地表追索，先后发现了查干小型铀矿床和136、137、217、812等众多的铀矿化异常点、带，为后期铀矿找矿积累了宝贵的地质资料和丰富的找矿经验。
1.2 区域层间氧化带砂岩型铀矿找矿阶段
20世纪90年代初，由于地浸砂岩型铀矿具有埋藏浅、规模大、经济易采的特点，并随着苏联、美国等国家地浸开采技术的日渐成熟，层间氧化带砂岩型铀矿成为世界各国的重点找矿类型。1989年中国核工业地质局在核工业二〇八大队组织召开了由原核工业西北地勘局、原核工业东北地勘局、核工业北京地质研究院等单位地质专家参加的二连盆地铀矿找矿论证会，会议确定今后在二连盆地以寻找砂岩型铀矿为主，主攻层间氧化带型铀矿，并在次年由核工业二〇八大队主持编制了《内蒙古二连盆地铀矿找矿及原地浸出采铀试验五年规划》。
1990年，核工业二〇八大队按照寻找区域层间氧化带型砂岩铀矿的找矿思路开展工作，采用大间距、大剖面钻探方法在铀异常晕复合区内施工了7个钻孔，其中5个为工业矿孔，发现了努和廷铀矿床，认为该矿床为层间氧化带型砂岩铀矿床[1]，经1991～1996年进一步勘查并按地浸砂岩型一般工业指标圈定了矿体，铀资源规模达到了大型。几年间在努和廷铀矿床共施工完成钻孔225个，其中专门水文地质孔13个（组），共完成钻探工作量26000m。
1992～1993年核工业二〇八大队与核工业二〇三研究、乌兹别克红色丘陵地质联合体专家合作开展地浸试验选段工作，经过一系列室内试验和现场条件试验，认识到努和廷铀矿床为不适宜地浸的水文地质区，地浸开采存在很多不利因素，用地浸法采铀尚不成熟。由于该矿床地浸开采试验不成功，加之受当时地勘投入急剧下降等因素影响，按当时经济技术指标努和廷铀矿床只能作为“呆矿”处理，所以在1997～2005年勘查工作中断达近十年之久。在此期间，二连盆地的综合研究并没有停滞，其中，对努和廷铀矿床成因没有形成一个统一的认识，核工业科研和生产单位相继提出了包括：“双向物源、双向汇水、双向成矿”、“古潜水氧化、后层间氧化、双成因成矿”、“沉积－成岩、油气作用与表生改造”[2]、“同生沉积后生改造”、“层间氧化带型”、“潜水－层间氧化带加油气还原地球化学垒成矿”、“就油找矿”、“古河道－冲洪积扇（群）找矿”等观点，但均不能很好解释努和廷铀矿床的成因。
1.3 沉积－成岩型铀矿勘查与评价阶段
2006年，核工业二〇八大队再次对该矿床的成因进行深入分析，认为努和廷铀矿床中的铀矿体主要赋存在上白垩统二连组泥岩、粉砂岩等泥质岩类中，其矿床成因显然不同于砂岩型铀矿，创新性地提出了努和廷铀矿床主要受湖泛事件控制的观点，认为其应为“沉积－成岩型”铀矿床，勘查思路应由寻找“区域层间氧化带砂岩型”转变为寻找“沉积－成岩型”；另外，由于努和廷矿床具有埋藏浅、矿体稳定连续的特点，开采思路由“地浸开采”转变为“常规开采”，对努和廷开展了详查工作和新一轮的评价工作。2006～2009年，中国核工业地质局下达了《内蒙古二连浩特市努和廷铀矿床详查》项目，按Ⅰ类勘查类型完成了努和廷矿床的详查工作，完成钻探工作量35500m，按边界品位0.0300%、边界米百分值0.021m%、最低工业品位0.0500%的铀矿一般工业指标，铀资源储量超过了大型铀矿床最低标准的10倍以上，成为我国第一个超大型铀矿床[3]。
2 矿床基本特征
2.1 构造特征
努和廷铀矿床位于二连盆地乌兰察布坳陷北西部的额仁淖尔凹陷内，额仁淖尔凹陷为一呈北东向展布的东断西超的箕状凹陷，西北部为巴音宝力格隆起，东接阿尔善凸起。额仁淖尔凹陷下白垩统的构造总体呈现为一北东向展布的箕状凹陷，北东部较宽，南西部较窄，面积约1800km2。中国石油勘探开发科学院常承录、王大器等（1990）对发育在额仁淖尔凹陷下白垩统中的构造特征进行了系统研究，将该凹陷进一步分成3个次级构造单元（图1），即淖东洼陷带、*断裂构造带和淖西断阶带，3个次级构造单元分别以北东向赛乌素断裂、包尔断裂及淖西断裂为界。努和廷铀矿床位于*断裂构造带中段的鞍部地段。
图1 乌兰察布坳陷额仁淖尔凹陷下白垩统构造分区图（据常承录等，1990，有修改）
1—蚀源区边界；2—断裂；3—铀矿床；4—油气井位置
2.2 地层特征
努和廷铀矿床基底及蚀源区主要由二叠纪酸性花岗岩组成，零星出露新元古代变质岩；盖层主要由下白垩统、上白垩统、古近系、新近系和第四系组成（图2）。赋矿层位为上白垩统的二连组。额仁淖尔凹陷是二连组的主要沉积中心，因凹陷东部随后抬升，二连组被部分剥蚀，西部地层保留较好，厚50～120m。该组的岩石地层结构可分为上、下两段（图3）。
图2 乌兰察布坳陷额仁淖尔地区地质及矿产分布图
1—第四系；2—上新统宝格达乌拉组；3—渐新统呼尔井组；4—始新统伊尔丁曼哈组；5—始新统阿山头组；6—始新统巴彦乌兰组；7—古新统脑木根组；8—上白垩统二连组；9—上侏罗统查干诺尔组；10—新元古界艾勒格庙群；11—燕山期花岗岩；12—华力西期花岗岩；13—地质界线；14—勘探线及编号；15—工业矿孔及孔号；16—矿化孔及孔号；17—异常孔及孔号；18—无矿孔及孔号；19—萤石矿点；20—油田位置
图3 努和廷铀矿床上白垩统二连组地层结构柱状图
（据焦养泉，2009，有修改）
下段的下部为砖红色、*含砾中粗砂岩、中细砂岩夹含砾粉砂岩、泥岩等；上部为灰色、灰绿色中细砂岩、粉砂岩、泥岩，结构、成分成熟度较高。自下而上构成两个正韵律组合。该段主要为低位体系域（LST）接受的辫状河沉积。
上段的下部为灰色、深灰色泥岩、粉砂岩，夹少量灰色细砂岩；中部为深灰色泥岩夹灰白色泥灰岩；上部为砂质、泥质膏盐层及泥质砂岩。该亚层构成2～3个下细上粗的反韵律组合。铀矿化产在上部砂岩、膏盐与下部泥岩、粉砂岩接触部位的泥岩、粉砂岩中。该段主要为湖泊扩展体系域（EST）和高位体系域（H ST）接受的湖泊和辫状河三角洲沉积。
二连组上段为主要赋矿层位，二连组湖泊扩展—高位体系域中主要沉积体系类型为辫状河沉积体系、辫状河三角洲沉积体系和湖泊沉积体系[4]（图4）。辫状河沉积体系主要分布在凹陷的边缘部位，呈朵状向凹陷*延伸；在辫状河三角洲沉积体系中主要识别出了三角洲平原和三角洲前缘两种成因相组合，辫状河三角洲平原分布在苏崩矿床的北西缘、额仁淖尔北西部、努和廷矿床及章古音的南东部有大面积发育，三角洲平原多呈舌状或指状展布；在辫状河三角洲平原与滨浅湖之间发育大面积的三角洲前缘，呈带状和指状展布；湖泊沉积体系中主要识别出滨浅湖和半深湖—深湖两种成因相组合，滨浅湖分布面积较大，包围在半深湖—深湖的周围；半深湖—深湖分布比较局限，主要分布在苏崩、努和廷和章古音一带，往往呈串珠状北东向展布。
图4 额仁淖尔地区二连组EST—HST沉积体系分布图
（据焦养泉等，2009，有修改）
1—花岗岩；2—主干辫状河道；3—辫状河三角洲前缘；4—辫状河三角洲平原；5—滨浅湖；6—半深湖—深湖；7—勘探线及编号、钻孔位置；8—水道主流线；9—剥蚀区边界；10—铀矿床
2.3 水文地质特征
努和廷铀矿床由下白垩统赛汉组、上白垩统二连组、新近系、第四系4个含水岩组组成。其中，二连组含水岩组又分为上、下两个含水层，上部含水层位于主矿体之上，主要分布在矿体周边，对矿床开采直接产生影响，下部含水层与主矿层无直接水力联系；此外，矿床洼地中存在第四系松散岩类孔隙水，也对矿床开采产生影响。
矿床东部水化学类型为Cl·HCO3·SO4-Na型，西部为Cl·SO4-Na型；pH 值7.4～8.1，水温8～10℃；氧化还原电位（Eh值）为－78.0～＋404.4mV，属氧化－还原过渡环境。
矿床地下水中铀含量一般为（1.04～12.40）×10-5g/L，氡浓度为25.0～507.0Bq/L；氡浓度大于100.0Bq/L的分布范围呈南北展布，与矿体基本吻合。
2.4 矿体特征
努和廷铀矿床矿体主要产在上白垩统二连组中，根据矿体产出层位、矿化连续性和空间对应关系，共划分出9个矿层（体），规模较大的有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个矿体。其中，Ⅰ号主矿体规模巨大（占92%以上），长8.50km，宽1.00～3.50km，总面积约15km2。矿体形态简单，剖面上呈薄板状（图5），平面上呈近南北向延伸的“金鱼”形态（图6）。主体部分集中分布在E200—E368勘探线与纵319—纵535线之间。
图5 努和廷铀矿床E320号勘探线地质剖面图
1—新近系；2—古近系；3—上白垩统二连组；4—下白垩统赛汉组上段；5—泥岩、粉砂岩；6—砂岩、砾岩；7—地层不整合界线；8—地层平行不整合界线；9—铀矿体及编号；10—石膏；11—钻孔位置、编号及钻孔深度
矿体顶板埋深小于101m，埋深浅、产状平缓，倾角1°～2°。其中，Ⅰ号矿体顶板埋深8.28～100.85m，平均49.55m（表1），且由北西向南东埋深逐渐变大，主要是现代地貌具南东高、北西低的特点造成；矿体顶板标高893.83～924.29m，具有周边高、中间低的特点，基本反映了湖泊扩张时期或主成矿时期的古地貌特点。
图6 努和廷铀矿床Ⅰ号矿体水平投影图
1—工业铀矿体；2—矿化体；3—勘探线及编号；4—工业矿孔及孔号；5—矿化孔及孔号；6—异常孔及孔号；7—无矿孔及孔号
表1 努和廷铀矿床主要矿体埋深、厚度及品位特征一览表
努和廷铀矿床矿体厚0.52～7.67m，平均厚1.49m。其中，Ⅰ号矿体厚0.43～7.67m，均值1.51m。矿体厚度总体具有北厚南薄的特点，并以0.43～2.00m厚度分布为主。
努和廷铀矿床矿体品位0.0301%～0.3143%，平均品位0.0703%。其中，Ⅰ号矿体品位0.0304%～0.3143%，平均品位0.0772%。品位分布均匀，无明显的高品位富集区。
2.5 矿石特征
矿石工业类型主要为富含黏土矿物的铀矿石，次为富含碳酸盐的铀矿石。矿石自然类型主要有4种，包括泥岩型、粉砂岩型、砂岩型、泥质（粉砂质）石膏岩型，少量泥灰岩型和砂砾岩型。矿石结构主要有充填结构、交代残余结构和包含结构；构造包括层状构造、水平纹层理构造、裂隙构造和浸染状构造[5]。
矿石中铀有两种存在形式：吸附状态和铀矿物，以吸附态为主。其中，吸附状态铀呈分散吸附态分布于泥质、有机质及黄铁矿中；铀矿物以沥青铀矿单矿物形式为主，少量为铀石。
2.6 伴生元素含量
对努和廷铀矿床分析测试了钒（V）、钼（Mo）、硒（Se）、铼（Re）、钪（Sc）、镉（Cd）、锶（Sr）等7种元素[6]，其中，钪（Sc）、硒（Se）等元素含量可达到综合利用指标；铼（Re）、钼（Mo）、镉（Cd）、锶（Sr）等元素含量接近综合利用指标；并且与铀矿体吻合性较好，其产出部位、形态及产状均与铀矿体一致，硒（Se）矿体厚度与铀矿体厚度大致相当，而钪（Sc）、铼（Re）、镉（Cd）平均矿体厚度均大于铀矿体厚度。对努和廷矿床共（伴）生元素资源量进行了概略估算（表2），品位大于8×10-6的钪矿体资源量达232.96t，为大型钪矿床；品位大于100×10-6的硒矿体资源量达3609.55t，为大型硒矿床；品位大于1×10-6的铼矿体资源量达30t，为中型铼矿床；品位大于10×10-6的镉矿体资源量达29.63t，为小型镉矿床。
表2 努和廷矿床共（伴）生元素不同品位资源量估算
（据刘武生，2012）
3 主要成果和创新点
3.1 主要成果
1）落实了我国第一个超大型铀矿床，是我国铀矿找矿史上的重大突破。矿床铀资源规模巨大，分布稳定、集中，单个主矿体铀资源储量也达到超大型规模。
2）大致查明了矿石共（伴）生元素组合。其中，钪（Sc）、硒（Se）等元素含量可达到综合利用指标；铼（Re）、钼（Mo）、镉（Cd）、锶（Sr）等元素含量接近综合利用指标；钪（Sc）、硒（Se）、铼（Re）、镉（Cd）等元素与铀矿体吻合性较好，其产出部位、形态及产状均与Ⅰ号铀矿体一致。在采铀的同时，综合开发共（伴）生元素资源，必然会带来可观的经济效益。
3）运用层序地层学原理优化了二连组的地层单位。二连组为一个*层序，依据初始湖泛面和最大湖泛面，将二连组划分出低位体系域（LST）、湖泊扩展体系域（EST）和高位体系域（HST）。认为湖泊扩展—高位体系域（EST—HST）与铀成矿关系密切，为该区及二连盆地类似地区进一步找矿指明了方向。
4）基本查明了努和廷铀矿床矿体特征，铀矿体赋存在上白垩统二连组灰色、深灰色泥岩、粉砂岩和细砂岩中，矿体呈平缓板状，具有形态简单、连续性好、埋深浅、易开采的特点，其中主矿体占矿床总资源量的90.6%。
5）基本查明了矿石特征和铀存在形式，矿石类型主要为富含黏土矿物的铀矿石，次为富含碳酸盐的铀矿石，存在形式为吸附态和沥青铀矿。
3.2 主要创新点
1）建立了“沉积－成岩型”努和廷矿床新的铀成矿模式，提出了“湖泛事件控制了铀矿床的形成”、“富有机质和黄铁矿暗色泥岩控制了铀矿的分布空间”等新认识。努和廷矿床发育至少3次大的湖泛事件，每次湖泛事件的湖泊淤浅阶段均形成一层铀矿体，初始湖泛事件的湖泊淤浅阶段沉积了Ⅲ号铀矿体（图7A），中间湖泛事件的湖泊淤浅阶段沉积了中部的Ⅱ号铀矿体（图7B），最大湖泛事件的湖泊淤浅阶段沉积了Ⅰ号铀矿体（图7C）。从早至晚，各次湖泛面积逐渐变大，从而导致从下至上矿体规模依次扩大，二连组顶部的膏岩层和古近系泥岩覆盖于矿床上部，形成了很好的保矿条件（图7D）。该成因模式的提出丰富了铀成矿理论，为我国在中新生代沉积盆地中的铀矿找矿工作提供了新的方向，拓展了新的找矿领域，对我国铀矿找矿有巨大的推动作用，对今后寻找该类型铀矿具有重要的指导意义。
2）建立了“沉积－成岩型”铀矿勘查方法模式，获得了“努和廷式同沉积型铀矿床勘查方法”国防发明专利及物探测井技术“测井电缆防绞缠自动控制装置”和钻探工艺“双环式阶梯齿形复合片钻头”两项实用新型专利，为项目顺利实施、扩大找矿成果、提高找矿效率起到了关键作用。
图7 努和廷铀矿床铀成矿模式
1—新近系；2—古近系；3—上白垩统二连组；4—下白垩统赛汉组上段；5—湖泊沉积灰色泥岩；6—三角洲沉积灰色砂岩、粉砂岩；7—新近系红色泥岩；8—辫状河沉积灰色砂岩；9—辫状河沉积红色砂质砾岩、砂岩；10—石膏；11—岩性岩相界线；12—地层正常连续沉积界线；13—地层角度不整合界线；14—初始湖泛面；15—最大湖泛面；16—低水位体系域；17—湖泊扩张体系域；18—高水位体系域；19—铀矿体
4 开发利用状况
努和廷矿床为超大型的铀矿床，主矿体规模大，埋深较浅，且产状平缓，形态简单，延伸稳定，无后期断裂构造破坏，水文地质条件属简单类型，工程地质条件及环境地质条件属中等类型，目前该矿床正在处于常规开采的室内试验阶段。
5 结束语
努和廷铀矿床是在裂后热沉降和有利的矿源区背景下，受湖泛事件的控制形成的。在努和廷矿床西部发现了二连组道尔苏矿产地，在矿床北部、东部和南部章古音等地段存在大面积二连组湖泊发育区，湖相泥岩厚度稳定，湖泛事件特征明显，并在章古音地段发现了工业铀成矿线索，所以在努和廷矿床外围仍具有较好的成矿潜力。
额仁淖尔地区现已施工的钻孔以揭穿上白垩统二连组为主，对下白垩统赛汉组以及腾格尔组成矿条件研究甚少，在有利铀源条件下赛汉组和腾格尔组是否存在“努和廷式”或者其他类型的铀矿应加强研究。
努和廷矿床钪（Sc）、硒（Se）、铼（Re）、镉（Cd）等共（伴）生元素具有综合利用价值，对努和廷矿床进行常规开采条件试验研究的同时，应考虑综合开发共（伴）生元素资源。
参考文献
[1]赵世勤，田儒，等．额仁淖尔凹陷层间氧化带型砂岩铀矿成矿远景[R]．核工业北京地质研究院，1994:10-68.
[2]张如良．努和廷铀矿床地质特征及其油气水与铀成矿作用探讨[J]．铀矿地质，1994,10（5）:257-267.
[3]旷文战，等．内蒙古二连浩特市努和廷详查报告[R]．核工业二〇八大队，2010:1-189.
[4]焦养泉，等，二连盆地额仁淖尔凹陷泥岩型铀矿形成发育的沉积学背景研究[R]．中国地质大学（武汉），2009:1-209.
[5]聂逢君．内蒙古二连盆地努和廷泥岩型铀矿微观特征与成矿机理研究[R]．东华理工大学，2009:1-189.
[6]刘武生，等．二连基地铀矿资源扩大与评价技术研究[R]．核工业北京地质研究院，2012:1-179.
我国铀矿勘查的重大进展和突破进-—入新世纪以来新发现和探明的铀矿床实例
[作者简介]康世虎，男，1977年生，高级工程师，现为核工业二〇八大队地勘一处副*、项目负责人。2001年毕业于华东地质学院资源勘查专业，2010年取得中国地质大学（武汉）地质工程硕士学位。一直从事沉积盆地铀矿勘查工作。获中核集团铀矿找矿一等奖2项、二等奖1项，国防科学技术二等奖1项，获中国地质学会“十大找矿成果奖”2 项，2013年获“第十四届青年地质科技”银锤奖。2012年获中核集团“十大杰出青年”称号。
