可地浸层间氧化带型砂岩铀矿自然电位形成机理及自然场特征研究

Energy is the important foundation of Chinese economic sustainable development, and properly increasing nuclear energy proportion is a priority selection strategy of energy structure adjustment in China. The best type of the current exploration and production is to use the leachable technology to explore the low-cost sandstone-type uranium deposits.However,the smaller different of the in-situ leachable sandstone-type uranium deposits and the wall rock material,and the thicker land surface cover makes the coventional method and nuclear geophysical methods difficult to obtain the effect.Theoretical and practical researches shows that, an evident spontaneous potential abnormity can be observed in the leachable sandstone-type uranium deposits, which was different from oxidation-reductione electric field formed by electron conductor, but was related to activation, migration, precipitation and enrichment of uranuim along with a series of physical-chemical processes in the chemical potential. which expains that the spontaneous potential is a direct method of prospecting. The purpose of this project is to study the spontaneous electric field formation mechanism and set up the spontaneous potential equation,to analyse ore and non-mineral spontaneous potential anomaly difference;and to calculate spontaneous potential anomaly response for the common form of the mineral ore, and analyse abnormal features, to build the mathematical model to study the inversion method, based on the analysis of the in-situ leachable sandstone-type uranium deposits geochemical characteristics and metallogenic physical-chemical condition. the study result provides a strong theoretical basis and technical support for using spontaneous electric field method to seek in the sandstone-type uranium deposits.

能源是我国经济持续发展的重要基础，而适当提高核能比例则是我国能源结构调整的优先选择策略。可用地浸技术开采的低成本砂岩型铀矿是当前勘查和生产的最佳类型，但可地浸砂岩型铀矿与围岩的物性差异小，地表覆盖厚，使得常规物探方法和核物探方法难以取得好的效果。理论和实践研究都表明，砂岩型铀矿床上可观察到明显的自然电位异常。其起因不同于电子导电体形成的氧化还原电场，而是在于铀的活化、迁移、沉淀和富集过程中伴随着的一系列物理-化学过程中产生的化学电位。从这一点讲，自然电位是一个直接找矿方法。本项目研究目的是通过对可地浸层间氧化带型砂岩铀矿地球化学特征及成矿物理化学条件的分析，研究自然电场形成机理、建立自然电位方程、研究矿与非矿自然电位异常差异；并对常见形态矿体的自然电位异常进行正演计算，分析异常特征；构建反演数理模型，研究反演方法，为自然电场法寻找砂岩型铀矿提供有力的理论依据和技术支持。

根据我国政府的核电计划，到2020年底总的核发电能力要达到40-58GWe，初步核算，到时年铀需求量为8200tU。可地浸层间氧化带砂岩型铀矿是最合适于地浸的一种砂岩铀矿，约占我国铀资源的23%。研究砂岩型铀矿自然极化机理和开发基于此种特点的自然电位找矿方法，不但对可地浸砂岩铀矿的找矿具有现实意义，同时对提高找矿效率、降低成本以及推动我国铀成矿理论发展都具有重要科学价值。. 理论和实践表明，可地浸层间氧化带型砂岩铀矿中存在明显的自然电位异常，本项目针对层间氧化带型砂岩铀矿自然电位产生的原因、自然电位异常与矿体的对应关系等方面进行了以下方面的研究工作：. 1）可地浸层间氧化带型砂岩铀矿自然电位形成机理。通过研究，确定了砂岩型铀矿在铀的活化、迁移、沉淀和富集过程中伴随着的一系列物理-化学过程中，研究了这些物理-化学过程中各离子变化所产生的标准电极电位，利用能斯特方程，计算得到足以引起地面异常的氧化还原电位，从而厘清了层间氧化带型砂岩铀矿自然电位形成机理。. 2）建立了极化场自然电位方程。从氧化还原电场离子交换的观点出发建立了极化场的自然电位方程，但由于极化场场源性质较为复杂，本项目对方程进行了简化。. 3）极化场的正演与反演。在地面上观测到的自然电位异常强度、特征和许多因素有关，这些因素有：矿体与围岩水溶液的成分、矿体的形状、大小、产状、埋藏深度以及矿体与围岩电阻率的大小和均匀程度等。因此，场的理论计算与异常特征分析对异常的解释和评价就具有实用意义。本项目通过建立的自然电位方程和边值条件，利有限元法可以对任意形体的自然电位进行计算，并编程实现。反演利用自电位概率成像法，这是一种全新的自然电位资料解释技术，它是利用测量的地面电场与电场扫面函数进行归一化的互相关计算，从而对地下电荷进行定位，从而达到成像反演目的。. 4）试验验证与产生工作。在我国层间氧化带砂岩型铀矿重要产区-伊犁盆地南缘进行了五个已探明矿区的试验验证工作，试验结果与理论模型推演结果吻合，反演推断解释成果逼近实际矿体模型，方法有效性得到进一步的验证。在扎基斯坦和蒙其古尔未知区域勘查成果也得到生产单位应用和肯定。