助力鈾資源安全供給 推動“雙碳”目標達成
——記 東華理工大學聶逢君教授及其團隊

◎ 文/何劍鋒 楊東光

鈾資源是低碳綠色核能不可或缺的“糧食”，既是保障民用核能發展的重要基礎和前提，更是保障戰略核威脅力量的軍工基石。我國鈾礦資源較為匱乏且稟賦不佳，目前還難以完全滿足國家鈾資源安全和國防科技工業發展的需要，鈾資源制約我國核工業發展的瓶頸一直存在。因此，鈾礦成礦作用的研究和鈾礦地質勘查效果等相關問題已成為我國眾多學者密切關注的焦點。

核能是清潔能源，在當前世界各國核電占該國總電量比例中，法國最高70.6%，美國20.8%，而中國僅4.9%。我國當前在建、擬建核電站的數量持續增長，充分展現了我國對核電發展的期待。“雙碳”目標是黨中央作出的重大戰略決策，力爭2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和，事關中華民族永續發展和構建人類命運共同體。作為綠色低碳能源，核能在這場社會變革中起到的作用讓人留下無限想象的空間，而核能技術在零碳低碳領域引領的變革更是讓人期待。根據《核電中長期發展規劃（2005-2020）》，目前我國鈾資源的缺口很大，亟需擴大鈾資源量。

東華理工大學博士生導師、江西省新世紀百千萬人才工程學術與技術帶頭人、國際原子能機構（IAEA）鈾礦地質專家聶逢君教授及其團隊，瞄準國防安全、核能發展對鈾資源的重大需求，歷經20多年努力攻關，在找礦勘查關鍵技術領域“卡脖子”的地方下功夫。通過軍用、民用、“產、學、研、用”相結合，在砂巖型鈾礦找礦方面取得了重大突破，成績斐然。

夯實理論基礎，激發原始創新

砂巖型鈾礦亦稱水成鈾礦，是表生氧化流體在透水層滲透過程中，遇還原屏障沉淀富集所致。美、俄學者建立的砂巖型鈾礦“卷狀”礦體成礦理論，強調鈾成礦中的擠壓“次造山”、表生氧化流體層間氧化帶作用。然而針對中國北方東部擠壓、伸展交替復雜的地質背景，傳統的層間氧化帶理論存在一定的局限性，如砂巖型鈾礦的礦體形態絕大多數都不是典型的“卷狀”形態。除此之外，礦床中還發現了大量的與表生流體作用不相關的低溫熱液礦物等；鈾成礦并非單次“次造山”擠壓掀斜所致，而是多期“擠壓-伸展”構造疊合造成。因此，單階段、單模式的“卷狀”鈾成礦理論不適用于我國北方中東部沉積盆地中砂巖型鈾礦，亟需建立新的鈾成礦理論來指導盆地鈾資源勘查的突破。

聶逢君教授研究團隊，首次提出了“先氧化后改造”雙重成礦理論：打破盆地砂巖型鈾礦單一表生氧化流體致礦，建立了表生氧化成礦疊加后期熱流體成礦新理論；提出了“先擠壓后伸展”雙重構造控礦新認識：打破了盆地砂巖型鈾礦單一“次造山”掀斜控礦作用，創立了“擠壓-伸展”構造雙重疊合的 “雙階段雙模式”成礦理論，建立了區域擠壓背景下表生氧化流體成礦和大規模伸展背景下熱流體疊加的“雙階段雙模式”成礦新模型。并以此模型為指導，在我國巴音戈壁、二連、開魯等北方中東部盆地和非洲尼日爾Tim Mersoi盆地中開展 “雙階段雙模式”理論適應性研究。

第一階段，層間滲入氧化成礦階段。晚白堊世晚期-古近紀早期的擠壓作用伴隨著強烈的構造反轉，造成了含礦目的層抬升剝蝕，在盆地邊緣出露地表，并接受表生含鈾含氧流體的滲入。來源于鈾源區的含鈾含氧流體在透水砂巖中持續徑流、排泄，在氧化還原過渡帶，鈾被還原、吸附富集，形成“卷狀”鈾礦體（圖1A）。

圖1 我國北方中東部沉積盆地“雙階段雙模式”成礦模型

第二階段，熱流體疊加改造成礦階段。古近紀晚期以來，盆地進入再次伸展階段，構造活動強烈，各盆地均有大規模基性巖漿活動，伴隨巖漿活動的熱流體沿斷裂上升，熱流體與含礦層相互作用，導致大量熱液蝕變礦物出現，同時原有的鈾礦體被強烈疊加改造，礦體形態由“卷狀”改造為“板狀”或“透鏡狀”等（圖1B）。

突破關鍵技術，實現0到1轉變

傳統認識上，砂巖型鈾礦最為明顯的標志是氧化帶的發育，氧化帶發育的強度越大、范圍越寬、時間越長對成礦作用越為有利，因為在這種條件下鈾更容易被氧化為U6+狀態進行遷移、聚集。所以，前蘇聯和中亞地區針對此類礦床的找礦方向就是追蹤氧化帶發育的方向，礦體通常形成于氧化還原過渡帶，即氧化前鋒線附近。隨著前蘇聯層間氧化帶前鋒線找礦技術引入我國，在北方6大盆地砂巖型鈾礦找礦過程中發揮了重要作用，然而隨著勘查的不斷深入，傳統的層間氧化帶前鋒線找礦技術存在一定的局限性，其主要針對層間氧化帶卷狀礦體有效，而對尼日爾、中國北方東部盆地砂巖型鈾礦效果不明顯。

尼日爾是世界著名鈾礦產地，其北部令人生畏的茫茫大漠上，沒有什么地標性的建筑，卻有豐富的鈾礦資源。在阿巴拉卡（Abalak）和阿加德茲（Agadez）之間的輔路上，哪怕只是開車行上幾百英尺，也不得不擔心司機難以回到高速路上。聶逢君教授研究團隊在Tim Mersoi盆地中阿澤里克鈾礦找到非表生氧化流體作用證據，勘查結果表明，阿澤里克砂巖型鈾礦由三個小礦床組成，即T礦、G礦、IR礦。聶逢君教授團隊克服了在非洲工作的種種困難，通過野外露頭地質調查，利用鉆孔巖心觀察、測井曲線分析，結合阿加德茲盆地區域構造、巖相演化分析，認為阿澤里克礦床中，無論是G礦、T礦，還是IR礦，鈾礦化均賦存在阿薩烏阿組砂巖中（該砂巖沉積于濱淺湖環境，是砂壩相產物）。尼日爾項目（2008）是中國鈾資源勘查走向海外市場的第一個項目，戰略意義非同一般，帶動了后來整個非洲、澳洲、美洲市場的發展，為走出國門在海外開展鈾礦找礦與研究工作開辟了道路，為我國鈾資源儲量提供了重要補充。

目前鈾資源勘查已向“功深找盲”攻關，而傳統找礦方法是圈定異常、追蹤砂體、鉆探驗證，但周期長、效率低、成本高，因此研發一套高效的找礦方法組合迫在眉睫。團隊通過聯合攻關，針對不同類型砂巖型鈾礦，開展了“模型+”地球物理、構造識別、砂體追蹤等找礦組合關鍵技術攻關研究，針對不同沉積環境下形成的目的層砂體，研發集成了辮狀河、濱淺湖和辮狀三角洲等3種沉積環境下砂體的鈾礦找礦模式，總結為“模型+”找礦法。

其一，辮狀河砂巖型鈾礦找礦模式（“模 型+” + CSAMT+沉 積 微相+地面高精度重力+土壤熱釋光）：CSAMT確定河道及砂體分布范圍，沉積微相解析圈定含礦砂體范圍，地面高精度重力解譯斷裂及砂體，判斷熱流體通道，土壤熱釋光的“雙峰夾一低”形態直接判定礦體；其二，淺埋藏濱淺湖砂巖型鈾礦找礦模式（“模型+”+車載伽馬能譜+沉積微相+隆凹構造格局+遙感斷裂解譯）：車載伽馬能譜圈定區域鈾異常范圍，沉積微相識別控礦砂體，隆凹構造格局判斷鈾礦體的區域分布范圍，遙感斷裂解譯厘定控礦構造及流體通道，綜合判定礦體分布范圍；其三，辮狀三角洲砂巖型鈾礦找礦模式（“模型+”+鈾源+淺層地震解譯+沉積微相+高精度重力）：辮狀三角洲毗鄰蝕源區，蝕源區豐富的鈾源是找礦的前提，淺成地震解譯判斷含礦目的層砂體，沉積微相解譯圈定“指狀”交錯砂泥部位，地面高精度重力解譯辮狀三角洲前緣斷裂，判斷熱流體通道，確定礦體分布范圍。

預測實效顯著，儲量明顯增加

通過應用驗證，效果評價，模型修正等多次探索研究，創立的“雙階段雙模式”鈾成礦理論和建立的不同類型砂巖型鈾礦“模型+”找礦模式在我國二連、開魯、巴音戈壁等盆地和尼日爾阿加德茲盆地得到廣泛應用，通過勘探鉆孔，施工了722個孔（其中工業孔313個，礦化孔178個），平均見礦成功率68%，特別是巴音戈壁盆地見礦成功率達81%，取得了巨大的經濟、社會效益。

其中，利用辮狀河砂巖型鈾礦找礦模式（A）在二連盆地哈達圖地區開展了找礦效果驗證，驗證鉆孔221個，66個工業孔，55個礦化孔，在此基礎上劃定進一步找礦區，目前初步控制了一個大型礦床;利用辮狀河砂巖型鈾礦找礦模式（B）在開魯盆地的大林-雙寶地區開展了鈾資源勘查，勘探鉆孔122個，工業孔23個，礦化孔61個，目前已經控制了一條超大型成礦帶；利用辮狀三角洲砂巖型鈾礦找礦模式（C）在巴音戈壁盆地的塔木素及外圍地區開展了鈾資源勘查與找礦效果驗證，驗證鉆孔296個，工業孔190個，礦化孔50個，利用新理論和新技術組合在該沉積盆地中見礦率最高；利用淺埋藏濱淺湖砂巖型鈾礦找礦模式（D）在尼日爾阿加德茲盆地阿澤里克地區預測了一級成礦遠景區2處，中核海外鈾業有限公司在遠景區內開展鉆孔驗證，驗證鉆孔83個，工業孔34個，礦化孔12個，效果顯著。

項目在砂巖型鈾成礦理論與找礦關鍵技術方法上形成了自主知識產權25項；出版了《非洲尼日爾特吉達地區鈾成礦作用與預測》《二連盆地古河道砂巖型鈾礦》及《二連裂陷盆地“同盆多類型”鈾礦》等系列專著5部；發表論文200多篇，其中SCI/EI檢索論文40余篇；獲中國核能行業科學技術一等獎，中國產學研合作創新成果一等獎，國防科學技術進步二等獎，中國核工業地質局鈾礦地質成果一等獎等省部級科技獎4項。培養了博士研究生20余人，碩士研究生130余人，其中大多數畢業研究生正在從事鈾礦勘探方面的工作，為我國國防科技和核能持續發展作出重大貢獻。

面向產學研用，拓展找礦空間

聶逢君教授團隊研究認為，砂巖型鈾礦早期成礦雖然受構造及水動力條件、沉積相、氧化帶、鈾源、還原劑等因素控制，表生氧化流體形成的氧化帶是重要的標志，但在中國東北、乃至整個東北亞地區，由于特殊的區域地質背景下，先伸展成盆，后擠壓反轉表生氧化流體成礦，再次伸展巖漿活動與熱流體疊加成礦，致使先前形成的氧化帶型鈾礦化受到后期的熱流體疊加改造，鈾在砂巖中進行了再次分配，礦體的形態、規模、品位、位置均發生了較大的變化，礦化在一定程度上表現出與后期斷裂活動和基性巖漿作用相關，這是在中國東部盆地區找尋砂巖型鈾礦要密切關注的重要問題。

聶逢君教授團隊創立的“雙階段雙模式”鈾成礦理論和建立的不同類型砂巖型鈾礦找礦模式在我國二連、開魯、巴音戈壁等盆地和尼日爾阿加德茲盆地已經得到了廣泛應用。東北亞類似的盆地還有很多，如海拉爾盆地、孫吳-嘉蔭盆地、阿穆爾-結雅盆地、蒙古的塔木察格盆地、喬巴爾盆地、賽音山達盆地等，這些盆地在演化過程中由于后期再次伸展作用，均發育明顯的基性巖漿作用，因此“雙階段雙模式”鈾成礦理論的建立對于擴大找礦空間，具有廣泛的應用前景。