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地球深处的铀矿是这样挖到的

冯杰

2020年10月15日 01:57

本报记者 陈 瑜
科技日报(2020年10月13日)

1550米!我国在广东北部发现了目前最深的工业铀矿化,创我国铀矿发现深度纪录。

项目负责人、核工业北京地质研究院院长李子颖10月9日告诉记者,这一发现将我国工业铀矿化的发现深度,从之前的千米左右向深部推进了500多米。

什么是铀矿?铀矿发现深度的突破难在哪?新在哪?记者就此采访了相关人士。

铀矿被誉为矿石家族中的“玫瑰花”

1789年,M·H·克拉普罗特从德国铀矿中发现了铀,并将其命名为Uranium,元素符号定为U。

地球诞生之前,甚至在太阳诞生前,铀就存在于宇宙中了。

如果要评选世界上最美丽动人的矿石,铀矿绝对名列前茅——它被誉为矿石家族中的“玫瑰花”。

李子颖告诉记者,铀作为一种特别活泼的元素,可与许多元素结合形成矿物,自然界已发现的铀化物有300多种,它们有的特别容易氧化,形成新的矿物,风吹日晒后颜色更加鲜艳。19世纪末20世纪初,欧洲不少建筑物还用它来做装饰材料。

即使现在,铀玻璃仍受到不少玩家的推崇。所谓铀玻璃,是一种玻璃制品。在熔融的玻璃水中加入铀盐,会得到一种漂亮的绿色或黄绿色玻璃,在紫外线下会发出绿色荧光。自然光下玻璃表面会显出油腻的感觉,所以又称为凡士林玻璃。

1938年O·哈恩和F·施特拉斯曼用中子轰击铀核发现核裂变同时释放出能量,引起人们重新对铀的重视;1946年,我国著名物理学家钱三强及其夫人何泽慧发现了铀原子核“三分裂”“四分裂”现象,在世界科学界引起强烈反响;第二次世界大战期间和战后,由于核武器和核动力的需要,加速了铀资源的勘探和开采。

天然铀中主要含有铀238和铀235,它们都是铀的同位素,半衰期分别是44.68亿年和7.04亿年,这样的半衰期可谓地久天长。在它们的衰变过程中,铀矿石会释放α射线、β射线和γ射线,其中最主要的是α射线。

相比最危险的γ射线,α射线穿透性最弱,一张纸就可以把它挡住。但在铀矿开采时,需要采取保护措施。因为铀矿埋在地下时是密封的,长年累月聚集了很多具放射性的氡气,它是由铀衰变产生。氡的半衰期只有3.8235天。铀矿中大量聚集的氡气很危险,人吸入体内后会损害健康。

地表3公里以下不易形成铀矿

铀元素活泼,喜欢“广交朋友”,比如碰到碳硅泥,就在碳硅泥里富集,而且在各种岩石中的含量很不均匀。正因如此,虽然铀元素分布广,但铀矿床的分布却很有限,主要分布在中亚、澳大利亚、加拿大、南非、西南非、俄罗斯、美国等国家和地区。

日常生活中,人们很难直接接触到铀的矿物原料。因为在铀矿中,铀的含量很低,地壳中铀的平均含量约为百万分之二点五,即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀。换句话说,与沙里淘金没有区别。按照我国现行的矿石划分标准,如果硬岩(花岗岩、火山岩)中铀的含量高于0.05%、砂岩中高于0.01%,就可以称作工业铀矿化了。

李子颖告诉记者,按含矿的岩石类型划分,我国铀资源主要有四大类型,即花岗岩型、火山岩型、砂岩型和碳硅泥岩型,前两个为热液型铀矿。这两种铀矿主要分布在我国南方。

铀矿是怎么形成的?一般来说,它是在适合的环境条件下经特定的地质作用富集到足以开发的量。对热液型铀矿来说,传统理论认为,铀来自近地表,运移铀的流体是地表水,控制成矿的是氧化还原作用。但李子颖团队经过长期的研究提出“热点铀成矿作用理论”,认为铀元素和成矿流体来自地球深部,铀成矿流体上升至近地表时物理化学条件的变化导致铀的沉淀富集成矿。这一活动最深可发生在距离地表约3公里处。因为再往深处走,地球深部的物理化学条件就不利于铀成矿了。这一理论为找到铀矿指明了新的方向。

上万平方公里间找到光盘大小钻孔位置

对地质工作者来说,要找矿先得看看哪里有成矿的条件、哪里有成矿的作用、哪里有矿化异常。

除了根据以往资料开展室内工作外,更重要的是“跑野外”,实地查看是否有有利的地质构造,是否有成矿流体的作用,是否有矿化的显示或异常,对好的迹象,还要采集样品,回到室内进行鉴定和分析或确定它们是什么时间形成的,在地质学家眼里,石头是有生命的。有经验的地质工作者,从野外裸露的岩石上,凭借肉眼就能看出是否能成矿的门道。

都说入地难,对看不见的地球深部变化,则需要借助地质、地球物理、地球化学、航测遥感等手段,在一个很大的面积里,缩小范围,找到可能的成矿远景区。打个形象的比方,这好比医生通过透视、验血等方法,查出身体的异常指标,找出发病的部位或原因。

李子颖说,他负责的项目团队历时两年多,调研了大量资料,对研究区开展了详细的地质、地球物理、地球化学、三维建模与预测等综合研究。他们工作的面积从最初的上万平方公里,缩小到南岭诸广地区一个光盘大小的钻孔位置,整个过程有点类似于大海捞针,但他们还是做到了。

深钻是成矿理论和预测技术与模式的验证手段,二者互相补充,可以为开辟更深找矿空间提供依据,提高探测的深度和精度。

在科技部“华南热液型铀矿基地深部探测技术示范”重点研发项目等的支持下,被命名为“长江1号”的钻孔在南岭诸广地区开钻。当钻孔深度达到1484米时,仍发现有工业品位的铀矿化。但团队又面临新抉择,是按照项目设计书打到1500米终钻还是继续深入。关键时刻,李子颖根据岩心观察和研究,拍板继续深入钻探,让人惊奇的是,在1550米深度也发现了工业铀矿化。此外,在1560米、1606米、1696米等深度还发现多段铀矿化,显示更深部还有成矿潜力。“如果打浅一米,可能都不会有这样的发现。”李子颖说。

钻孔位置与在产的中核韶关锦原铀业有限公司的直线距离为4公里左右,李子颖说,根据目前单孔打钻情况,还不能简单判断二者之间是否是同一成矿带,后续需要进行加密调查。

随着铀矿发现走向深部,不可避免的是,开采成本将进一步提高。在李子颖看来,是否往更深处挖掘,取决于对矿藏的需要程度。以德国为例,铀矿开发的深度曾达到近2000米。

在李子颖看来,1550米深度工业铀矿段的发现,为诸广及我国开辟第二找矿空间提供了直接依据,也进一步验证了“热点铀成矿作用理论”,以及深部探测技术方法的有效性,提高了探测深度和精度,对我国铀矿找矿和家底潜力评估具有重大意义。


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2020年10月15日 09:49
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