自然电位法在层间氧化带型砂岩铀矿勘查中的应用

张江旭　齐建全　张宝林　李振成

摘 要： 多年来在层间氧化带型砂岩铀矿床勘查过程中，我们发现在砂体氧化还原过渡带附近存在比较明显的自然电位异常。本文通过对该类异常的研究，分析了其与层间氧化带各亚带间的对应关系，为铀矿钻探工作提供布设依据。

关键词： 自然电位； 层间氧化带型砂岩铀矿； 氧化前锋线

随着近年来环境问题的不断加重，我国正在加大力度调整能源结构，竭力促进核电、太阳能等新型清洁能源发展。铀矿资源作为发展核能的物质前提，其需求量正在不断加大。

20世纪80年代以来，在我国北方地区陆续发现多个大型、超大型的砂岩型铀矿床，伴随着地浸技术的不断进步，使得寻找北方可地浸砂岩铀矿成为我国铀矿勘查工作的重心。

就目前发现的砂岩铀矿而言，由于含矿砂体与围岩之间电、磁、密度、波阻抗等物性差异小，常规物探方法效果并不明显；放射性物探方法则由于覆盖层较厚也难以发挥有效作用。当前在砂岩铀矿勘查过程中，主要还是依靠大范围的钻探施工，人力、物力成本很高，而且效率低下。

理论和实际表明，在层间氧化带型砂岩铀矿上可以观测到明显的自然电位异常。因此，很有必要对该类自然电场的异常特征及形成机理进行研究，并分析其对于铀矿勘查的指示意义。

1. 层间氧化带型砂岩铀矿成矿过程

层间氧化带型砂岩铀矿床的形成与层间氧化带的发育情况有关。按岩石的颜色、矿物成分、化学成分、物理化学条件等的不同，一般可顺着水流方向，将层间氧化带分为3个亚带：氧化带、氧化还原过渡带和还原带。铀成矿包括铀的活化、迁移、沉淀富集等一系列物理化学过程。在富氧弱碱条件下，U元素在蚀源区富氧弱碱的环境中被地表降水氧化淋滤、活化成U6+，并以UO22+的形式随含氧水在层间运移。随着水中游离氧含量不断减小，到达了氧化还原过渡带，由于该处富含有机质、硫化物等强还原剂，致使水中Eh、pH值急剧变小，U、Re等金属元素沉淀富集成矿。

2. 层间氧化带型砂岩铀矿自然电场形成机理

通过上述讨论可知，在氧化带中，主要發生游离氧、UO22+、Fe3+等离子的还原反应。过渡带中由于还原剂丰富，主要发生硫化物及有机质等还原剂的氧化反应。发生在层间氧化带的上述氧化还原反应构成了自然电场的形成机理。

正是由于大气降雨、地下水的不断循环对流，使得氧化剂、还原剂持续得到补充，自然电流才得以维持，形成在地表上能观测到的稳定的自然电场。

此外，地下水沿层间氧化带流动，由于砂体的渗滤作用，形成渗滤电场。地表观测到的自然电场是氧化还原电场和渗滤电场的叠加场。

3. 层间氧化带型砂岩铀矿自然电场特征

在地面上观测到的自然电场强度和特征与很多因素有关，包括矿体及围岩砂体溶液的Eh、pH差异、离子浓度、渗滤能力、砂体厚度、产状、埋深等。

理论与实际表明，在地表测量中自然电位异常高值区往往对应的是还原带，低值区对应氧化带，过渡带则对应的是异常自低向高陡变区域，自然电位曲线拐点位置对应氧化前锋线。

4. 结语

自然电位异常与层间氧化带各亚带之间的对应关系可以有效指示氧化前锋线位置，指导铀矿钻探布设。

由于地表观测到的自然电场是氧化还原电场和渗滤电场的叠加场。自然电位测量工作中必须考虑区域水文地质环境及天气等因素，减少渗滤电场的影响。

目前很多学者致力于自然电位场理论计算，认为只要能给出电位方程，就能通过组合模拟单独的电位来解释SP 资料。笔者从实际应用角度出发，认为自然电位法作为一种间接找矿方法，只要能大致指示氧化前锋线位置即可，应该更多的致力于研究其异常特征与层间氧化带各分带之间的位置对应关系。

参考文献：

[1] 尹志勇， 万丽， 汤洪志，等. 探讨可地浸层间氧化带型砂岩铀矿自然电位异常与矿体形态的关系[J]. 能源与节能， 2011（2）：48-50.

[2] 尹志勇， 汤洪志， 谢宏桥，等. 可地浸层间氧化带型砂岩铀矿自然电位特征研究[C]// 中国地球物理学会年会、中国地震学会第十三次学术大会. 2010.

[3] 汤洪志， 刘庆成， 龚育龄. 可地浸层间氧化带型砂岩铀矿自然电场形成机理研究[J]. 地学前缘， 2003， 10（1）：162-158.