助力铀资源安全供给 推动“双碳”目标达成——记 东华理工大学聂逢君教授及其团队

◎ 文/何剑锋 杨东光

铀资源是低碳绿色核能不可或缺的“粮食”，既是保障民用核能发展的重要基础和前提，更是保障战略核威胁力量的军工基石。我国铀矿资源较为匮乏且禀赋不佳，目前还难以完全满足国家铀资源安全和国防科技工业发展的需要，铀资源制约我国核工业发展的瓶颈一直存在。因此，铀矿成矿作用的研究和铀矿地质勘查效果等相关问题已成为我国众多学者密切关注的焦点。

核能是清洁能源，在当前世界各国核电占该国总电量比例中，法国最高70.6%，美国20.8%，而中国仅4.9%。我国当前在建、拟建核电站的数量持续增长，充分展现了我国对核电发展的期待。“双碳”目标是党中央作出的重大战略决策，力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，事关中华民族永续发展和构建人类命运共同体。作为绿色低碳能源，核能在这场社会变革中起到的作用让人留下无限想象的空间，而核能技术在零碳低碳领域引领的变革更是让人期待。根据《核电中长期发展规划（2005-2020）》，目前我国铀资源的缺口很大，亟需扩大铀资源量。

东华理工大学博士生导师、江西省新世纪百千万人才工程学术与技术带头人、国际原子能机构（IAEA）铀矿地质专家聂逢君教授及其团队，瞄准国防安全、核能发展对铀资源的重大需求，历经20多年努力攻关，在找矿勘查关键技术领域“卡脖子”的地方下功夫。通过军用、民用、“产、学、研、用”相结合，在砂岩型铀矿找矿方面取得了重大突破，成绩斐然。

夯实理论基础，激发原始创新

砂岩型铀矿亦称水成铀矿，是表生氧化流体在透水层渗透过程中，遇还原屏障沉淀富集所致。美、俄学者建立的砂岩型铀矿“卷状”矿体成矿理论，强调铀成矿中的挤压“次造山”、表生氧化流体层间氧化带作用。然而针对中国北方东部挤压、伸展交替复杂的地质背景，传统的层间氧化带理论存在一定的局限性，如砂岩型铀矿的矿体形态绝大多数都不是典型的“卷状”形态。除此之外，矿床中还发现了大量的与表生流体作用不相关的低温热液矿物等；铀成矿并非单次“次造山”挤压掀斜所致，而是多期“挤压-伸展”构造叠合造成。因此，单阶段、单模式的“卷状”铀成矿理论不适用于我国北方中东部沉积盆地中砂岩型铀矿，亟需建立新的铀成矿理论来指导盆地铀资源勘查的突破。

聂逢君教授研究团队，首次提出了“先氧化后改造”双重成矿理论：打破盆地砂岩型铀矿单一表生氧化流体致矿，建立了表生氧化成矿叠加后期热流体成矿新理论；提出了“先挤压后伸展”双重构造控矿新认识：打破了盆地砂岩型铀矿单一“次造山”掀斜控矿作用，创立了“挤压-伸展”构造双重叠合的 “双阶段双模式”成矿理论，建立了区域挤压背景下表生氧化流体成矿和大规模伸展背景下热流体叠加的“双阶段双模式”成矿新模型。并以此模型为指导，在我国巴音戈壁、二连、开鲁等北方中东部盆地和非洲尼日尔Tim Mersoi盆地中开展 “双阶段双模式”理论适应性研究。

第一阶段，层间渗入氧化成矿阶段。晚白垩世晚期-古近纪早期的挤压作用伴随着强烈的构造反转，造成了含矿目的层抬升剥蚀，在盆地边缘出露地表，并接受表生含铀含氧流体的渗入。来源于铀源区的含铀含氧流体在透水砂岩中持续径流、排泄，在氧化还原过渡带，铀被还原、吸附富集，形成“卷状”铀矿体（图1A）。

图1 我国北方中东部沉积盆地“双阶段双模式”成矿模型

第二阶段，热流体叠加改造成矿阶段。古近纪晚期以来，盆地进入再次伸展阶段，构造活动强烈，各盆地均有大规模基性岩浆活动，伴随岩浆活动的热流体沿断裂上升，热流体与含矿层相互作用，导致大量热液蚀变矿物出现，同时原有的铀矿体被强烈叠加改造，矿体形态由“卷状”改造为“板状”或“透镜状”等（图1B）。

突破关键技术，实现0到1转变

传统认识上，砂岩型铀矿最为明显的标志是氧化带的发育，氧化带发育的强度越大、范围越宽、时间越长对成矿作用越为有利，因为在这种条件下铀更容易被氧化为U6+状态进行迁移、聚集。所以，前苏联和中亚地区针对此类矿床的找矿方向就是追踪氧化带发育的方向，矿体通常形成于氧化还原过渡带，即氧化前锋线附近。随着前苏联层间氧化带前锋线找矿技术引入我国，在北方6大盆地砂岩型铀矿找矿过程中发挥了重要作用，然而随着勘查的不断深入，传统的层间氧化带前锋线找矿技术存在一定的局限性，其主要针对层间氧化带卷状矿体有效，而对尼日尔、中国北方东部盆地砂岩型铀矿效果不明显。

尼日尔是世界著名铀矿产地，其北部令人生畏的茫茫大漠上，没有什么地标性的建筑，却有丰富的铀矿资源。在阿巴拉卡（Abalak）和阿加德兹（Agadez）之间的辅路上，哪怕只是开车行上几百英尺，也不得不担心司机难以回到高速路上。聂逢君教授研究团队在Tim Mersoi盆地中阿泽里克铀矿找到非表生氧化流体作用证据，勘查结果表明，阿泽里克砂岩型铀矿由三个小矿床组成，即T矿、G矿、IR矿。聂逢君教授团队克服了在非洲工作的种种困难，通过野外露头地质调查，利用钻孔岩心观察、测井曲线分析，结合阿加德兹盆地区域构造、岩相演化分析，认为阿泽里克矿床中，无论是G矿、T矿，还是IR矿，铀矿化均赋存在阿萨乌阿组砂岩中（该砂岩沉积于滨浅湖环境，是砂坝相产物）。尼日尔项目（2008）是中国铀资源勘查走向海外市场的第一个项目，战略意义非同一般，带动了后来整个非洲、澳洲、美洲市场的发展，为走出国门在海外开展铀矿找矿与研究工作开辟了道路，为我国铀资源储量提供了重要补充。

目前铀资源勘查已向“功深找盲”攻关，而传统找矿方法是圈定异常、追踪砂体、钻探验证，但周期长、效率低、成本高，因此研发一套高效的找矿方法组合迫在眉睫。团队通过联合攻关，针对不同类型砂岩型铀矿，开展了“模型+”地球物理、构造识别、砂体追踪等找矿组合关键技术攻关研究，针对不同沉积环境下形成的目的层砂体，研发集成了辫状河、滨浅湖和辫状三角洲等3种沉积环境下砂体的铀矿找矿模式，总结为“模型+”找矿法。

其一，辫状河砂岩型铀矿找矿模式（“模 型+” + CSAMT+沉 积 微相+地面高精度重力+土壤热释光）：CSAMT确定河道及砂体分布范围，沉积微相解析圈定含矿砂体范围，地面高精度重力解译断裂及砂体，判断热流体通道，土壤热释光的“双峰夹一低”形态直接判定矿体；其二，浅埋藏滨浅湖砂岩型铀矿找矿模式（“模型+”+车载伽马能谱+沉积微相+隆凹构造格局+遥感断裂解译）：车载伽马能谱圈定区域铀异常范围，沉积微相识别控矿砂体，隆凹构造格局判断铀矿体的区域分布范围，遥感断裂解译厘定控矿构造及流体通道，综合判定矿体分布范围；其三，辫状三角洲砂岩型铀矿找矿模式（“模型+”+铀源+浅层地震解译+沉积微相+高精度重力）：辫状三角洲毗邻蚀源区，蚀源区丰富的铀源是找矿的前提，浅成地震解译判断含矿目的层砂体，沉积微相解译圈定“指状”交错砂泥部位，地面高精度重力解译辫状三角洲前缘断裂，判断热流体通道，确定矿体分布范围。

预测实效显著，储量明显增加

通过应用验证，效果评价，模型修正等多次探索研究，创立的“双阶段双模式”铀成矿理论和建立的不同类型砂岩型铀矿“模型+”找矿模式在我国二连、开鲁、巴音戈壁等盆地和尼日尔阿加德兹盆地得到广泛应用，通过勘探钻孔，施工了722个孔（其中工业孔313个，矿化孔178个），平均见矿成功率68%，特别是巴音戈壁盆地见矿成功率达81%，取得了巨大的经济、社会效益。

其中，利用辫状河砂岩型铀矿找矿模式（A）在二连盆地哈达图地区开展了找矿效果验证，验证钻孔221个，66个工业孔，55个矿化孔，在此基础上划定进一步找矿区，目前初步控制了一个大型矿床;利用辫状河砂岩型铀矿找矿模式（B）在开鲁盆地的大林-双宝地区开展了铀资源勘查，勘探钻孔122个，工业孔23个，矿化孔61个，目前已经控制了一条超大型成矿带；利用辫状三角洲砂岩型铀矿找矿模式（C）在巴音戈壁盆地的塔木素及外围地区开展了铀资源勘查与找矿效果验证，验证钻孔296个，工业孔190个，矿化孔50个，利用新理论和新技术组合在该沉积盆地中见矿率最高；利用浅埋藏滨浅湖砂岩型铀矿找矿模式（D）在尼日尔阿加德兹盆地阿泽里克地区预测了一级成矿远景区2处，中核海外铀业有限公司在远景区内开展钻孔验证，验证钻孔83个，工业孔34个，矿化孔12个，效果显著。

项目在砂岩型铀成矿理论与找矿关键技术方法上形成了自主知识产权25项；出版了《非洲尼日尔特吉达地区铀成矿作用与预测》《二连盆地古河道砂岩型铀矿》及《二连裂陷盆地“同盆多类型”铀矿》等系列专著5部；发表论文200多篇，其中SCI/EI检索论文40余篇；获中国核能行业科学技术一等奖，中国产学研合作创新成果一等奖，国防科学技术进步二等奖，中国核工业地质局铀矿地质成果一等奖等省部级科技奖4项。培养了博士研究生20余人，硕士研究生130余人，其中大多数毕业研究生正在从事铀矿勘探方面的工作，为我国国防科技和核能持续发展作出重大贡献。

面向产学研用，拓展找矿空间

聂逢君教授团队研究认为，砂岩型铀矿早期成矿虽然受构造及水动力条件、沉积相、氧化带、铀源、还原剂等因素控制，表生氧化流体形成的氧化带是重要的标志，但在中国东北、乃至整个东北亚地区，由于特殊的区域地质背景下，先伸展成盆，后挤压反转表生氧化流体成矿，再次伸展岩浆活动与热流体叠加成矿，致使先前形成的氧化带型铀矿化受到后期的热流体叠加改造，铀在砂岩中进行了再次分配，矿体的形态、规模、品位、位置均发生了较大的变化，矿化在一定程度上表现出与后期断裂活动和基性岩浆作用相关，这是在中国东部盆地区找寻砂岩型铀矿要密切关注的重要问题。

聂逢君教授团队创立的“双阶段双模式”铀成矿理论和建立的不同类型砂岩型铀矿找矿模式在我国二连、开鲁、巴音戈壁等盆地和尼日尔阿加德兹盆地已经得到了广泛应用。东北亚类似的盆地还有很多，如海拉尔盆地、孙吴-嘉荫盆地、阿穆尔-结雅盆地、蒙古的塔木察格盆地、乔巴尔盆地、赛音山达盆地等，这些盆地在演化过程中由于后期再次伸展作用，均发育明显的基性岩浆作用，因此“双阶段双模式”铀成矿理论的建立对于扩大找矿空间，具有广泛的应用前景。