開魯坳陷發(fā)現(xiàn)特大型砂巖鈾錸共(伴)生礦床

陳振巖, 李清春, 滿安靜, 陳星州, 曹民強, 熊耀華, 肖 程

開魯坳陷發(fā)現(xiàn)特大型砂巖鈾錸共(伴)生礦床

陳振巖1, 李清春1, 滿安靜1, 陳星州2, 曹民強1, 熊耀華1, 肖 程1

(1.遼河石油勘探局 新能源開發(fā)分公司, 遼寧 盤錦 124010; 2.遼河油田勘探開發(fā)研究院, 遼寧 盤錦 124010)

20世紀(jì)90年代初, 開魯坳陷在油氣勘探時發(fā)現(xiàn)鈾異常, 歷經(jīng)20余年持續(xù)科學(xué)攻關(guān)及勘查實踐, 在錢家店地區(qū)相繼落實一個整裝特大型砂巖鈾礦床, 一個大型共(伴)生整裝砂巖錸礦床, 取得國家關(guān)鍵戰(zhàn)略礦產(chǎn)找礦的重大突破, 引起業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。

鈾主要應(yīng)用于核電及軍工, 盡管我國鈾資源較豐富, 但與快速發(fā)展的核電規(guī)模及未來核電在國家能源結(jié)構(gòu)中的份額相比, 供需缺口十分明顯, 截止2017年, 我國鈾資源對外依存度達79.17%(陳潤羊等, 2019), 鈾礦已被列為國家戰(zhàn)略性礦產(chǎn)(趙鳳民, 2006; 陳潤羊和花明, 2015)。錸是地球上最為稀有的元素之一, 地殼中豐度約為1×10?9(Taylor and McLennan, 1985), 20世紀(jì)60年代初, 科學(xué)家才在自然界中發(fā)現(xiàn)錸。錸元素具高熔點、高硬度、抗腐蝕性、抗蠕變性和塑性良好等獨特的物理及化學(xué)性能, 使其被廣泛應(yīng)用于石油化工、電子工業(yè)、航空航天、原子能、醫(yī)學(xué)和環(huán)境保護等領(lǐng)域, 且具其他元素不可替代的戰(zhàn)略地位(陳喜峰等, 2019)。其中, 全球70%以上的錸都用于航空航天領(lǐng)域生產(chǎn)超耐熱合金, 目前國內(nèi)錸供不應(yīng)求, 50%依賴進口(陳喜峰等, 2014), 依據(jù)目前世界錸的應(yīng)用領(lǐng)域和消費趨勢, 今后錸需求將急劇增加, 而目前我國錸保有儲量的90%伴生于鉬礦床中(李紅梅等, 2014), 僅部分學(xué)者對砂巖型伴生錸礦做過初步分析(秦明寬和趙瑞全, 1997; 談成龍, 2004; 王正其等, 2006, 2007)。

研究團隊以“一區(qū)探多礦、一次查多礦”的創(chuàng)新思維, 在錢家店地區(qū)開展礦產(chǎn)勘查工作。研究表明, 錢家店砂巖型鈾、錸礦成礦機理是含U6+和Re7+的地下水在砂巖中運移, 至層間氧化帶前端還原為U4+和Re4+而富集形成礦體, 二者成礦機理相似(陳振巖等, 2021)。在成礦過程中起重要作用的控礦要素包括物源、構(gòu)造、儲層、成礦流場、氧化還原和熱液活動等(付勇等, 2016)。研究團隊突破傳統(tǒng)找礦方式, 充分利用油氣勘探老探井、老資料, 從盆地解剖入手, 利用地震資料進行構(gòu)造精細研究, 辯證分析控礦各要素對鈾、錸成礦的控制作用, 自主研發(fā)了成礦帶精細刻畫、鈾錸富集區(qū)預(yù)測等多項核心特色技術(shù), 相繼發(fā)現(xiàn)錢Ⅱ、錢Ⅲ、錢Ⅳ和錢Ⅴ等4個大型砂巖鈾、錸礦富集區(qū)。

近期, 本研究團隊提出了以“預(yù)富集?層間氧化?迭加改造”為核心的多階匯聚成礦理論, 這一理論突破了物質(zhì)來源的單一性, 論述了礦體由卷狀到板狀的演變機理, 明確了礦體的富集區(qū)帶及受控因素(Chen et al., 2021); 采用“氧化還原定靶區(qū)、坡槽斷裂定條帶、優(yōu)勢砂體定層段, 綜合研究定目標(biāo)”的孔位部署原則, 鉆孔見礦率高達90%以上, 逐步使錢Ⅱ、錢Ⅲ、錢Ⅳ和錢Ⅴ等4個大型砂巖鈾、錸礦富集區(qū)連片, 形成集鈾、錸等多礦種于一體的整裝特大型礦床(圖1), 取得了找礦成果的重大突破。

通過踐行“礦產(chǎn)綜合勘探”理念, 將油氣成藏理論與砂巖型礦產(chǎn)成礦理論進行深度融合, 將油氣勘探技術(shù)與金屬礦產(chǎn)勘查方法進行有機結(jié)合, 研究取得了如下創(chuàng)新認(rèn)識: ①中國東部沉積盆地具備大型砂巖型鈾錸礦床成礦的基本條件, 找礦方向可以側(cè)重在盆地邊緣和盆地內(nèi)大型構(gòu)造的翼部; ②在氧化還原作用下, 沉積地層自身含有的物質(zhì)對成礦具有更多的貢獻, 構(gòu)造緩坡和凹槽是最有利的富集部位; ③鈾、錸化學(xué)性質(zhì)相似, 成礦機理相似, 同步勘查成果顯著, 礦山開采實踐證實鈾、錸可同步浸出, 痕量錸高效提取技術(shù)已經(jīng)取得突破, 未來“多礦同查共采”將是降低勘查成本, 擴大找礦成果并提高礦山收益的良好模式; ④運用石油勘探地震精細解析和儲層反演技術(shù), 可以實現(xiàn)盆地解剖和有利成礦砂體預(yù)測, 大幅提高鉆探見礦率。

該項目開創(chuàng)了一種“油鈾兼探、鈾錸同查同采”的找礦新模式, 闖出了一條含油氣盆地低成本綜合找礦的新路徑(萬軍等, 2020)。這種綜合找礦模式既縮短了勘查周期, 又節(jié)省了勘查成本, 最大限度減少了重復(fù)勘查對生態(tài)環(huán)境造成的不利影響, 被評為“國家級綠色勘查示范項目”, 找礦成果獲得國家“2011?2020找礦突破戰(zhàn)略行動優(yōu)秀找礦成果”。多位院士認(rèn)為錢家店找礦模式“實現(xiàn)了石油行業(yè)與地勘行業(yè)的技術(shù)融合”、“代表著中國地礦工作前進的方向”、“將對全國礦產(chǎn)勘查工作起到引領(lǐng)和示范作用”。

圖1 錢家店地區(qū)鈾、錸共(伴)生示意剖面

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2021-03-17

科技部基金項目國家重點研發(fā)計劃“深地資源勘查開采”重點專項(2018YFC0604200)子課題“北方砂巖型鈾能源礦產(chǎn)基地深部探測技術(shù)示范”(2018YFC0604205)資助。

陳振巖(1963–), 男, 博士, 教授級高工, 主要從事火山巖、潛山油氣藏和鈾礦勘查研究。Email: chenzy6@petrochina.com.cn

10.16539/j.ddgzyckx.2021.02.013