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核能科技奖丨地质人最不怕的,就是啃“硬骨头”——东华理工大学“沉积盆地砂岩型铀矿成矿理论与找矿关键技术创新及其应用”研究纪实
时间:2021年07月23日 来源:《中国核能》 作者:东华理工大学 何剑锋 点击量:3325 分享:

创新路上的靓丽风采

2020年,中国核能行业协会科学技术奖评定出科技进步奖共76 项,其中,一等奖 6 项、二等奖 19 项、三等奖 51 项;技术发明奖 2 项,其中,一等奖 1 项、二等奖 1 项;企业技术创新工程奖 2 项;创新团队奖 4 项( 其中 2 项并列第三 );青年优秀创新人物 5 名。 

为进一步弘扬科学家精神和大国工匠精神,宣传核能行业创新工程、创新团队、创新人物,展示核能行业笃行务实、追求卓越的精神,协会《中国核能》杂志从2021年第一期开始对核能科技奖部分获奖的创新集体和创新个人进行综合报道,以飨读者。


铀是“核工业的粮食”,是战略核力量的基石。我国铀矿资源较为匮乏且禀赋不佳,难以满足国家能源安全和国防科技工业发展需要,制约我国核工业发展的瓶颈一直存在。因此,铀矿成矿作用、铀矿地质勘查等相关问题成为我国众多学者关注的焦点。2020年,由东华理工大学聂逢君教授牵头,联合核工业二O八大队、核工业二四三大队申报的“沉积盆地砂岩型铀矿成矿理论与找矿关键技术创新及其应用”项目瞄准国防安全、核能发展对铀资源的重大需求,“产、学、研、用”相结合,通过理论与技术创新,在砂岩型铀矿找矿取得了重大突破,其成果荣获“中国核能行业协会科学技术奖一等奖”,也是该校首次荣获核能行业协会的最高奖项。

服务特需,实现勘查战略大转移

据国际原子能机构报告,上世纪80年代末至90年代初,我国铀矿探明储量排在世界前十名以外。在我国铀矿分布版图中,南方多为硬岩型铀矿,北方多为砂岩型铀矿。我国铀矿资源规模小、品位低、选冶难度大,常有其他矿产伴生,导致大量复杂、难处理的铀资源尚未得到有效开发利用。但地质人最不怕的,就是啃“硬骨头”。

作为全国核资源与环境领域学科体系最为齐全的高校,东华理工大学自1956年诞生之日起,始终坚持“为核成立、因核成名、以核成势”的发展思路,数十年如一日地开展“入地”攻关。一代代东华理工人坚守“国家利益至上、民族利益至上”的宗旨,牢记服务国防的历史使命,不惧地质行业之苦,专攻国防之需,在铀矿地质勘查与采冶等方面取得了一系列突出成就,“沉积盆地砂岩型铀矿成矿理论与找矿关键技术创新及其应用”项目就是其中之一。

聂逢君教授带领的研究团队(包括)在中国核工业集团有限公司重点项目、国家自然科学基金、中国地质调查局项目、中央地勘基金、生产单位项目等项目群的资助下,坚持产、学、研、用紧密结合,耗时12年,实现了铀矿成矿理论与找矿关键技术的突破。此时,铀矿勘查技术和储量结构也发生了根本性变化,项目正契合了铀矿勘查国家战略大转移:南方硬岩→北方砂岩。针对层间氧化带卷状铀矿成矿理论不完全适用于我国北方中东部系列沉积盆地复杂的成矿地质背景,通过攻关研究,创新性地提出了“双阶段双模式”铀成矿理论,按照“依据地质特征定技术”“突破传统理论选方法”“依据成矿作用布钻孔”“利用综合技术圈矿体”等原则,研发集成了砂岩型铀矿找矿的关键技术组合,建立了不同类型砂岩型铀矿床成矿模型,创建了对应的找矿模式,发明了数字多道能谱仪等系列关键探测装备,创建了γ能谱反演解析系统。项目成果在我国二连、开鲁、巴音戈壁盆地及尼日尔阿泽里克铀资源勘查中广泛应用,获得了成功,节约了勘查成本,缩短了找矿周期,发展和丰富了砂岩型铀矿成矿理论和找矿技术,推动了砂岩型铀矿找矿取得重大突破,取得了显著的经济、社会效益。

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课题组成员野外合影

攻坚克难,实现找矿空间大转移

全球铀矿资源丰富,但分布极为不均,主要集中在澳大利亚、哈萨克斯坦、加拿大、俄罗斯等国。鉴于铀资源的重要性,美国、俄罗斯、日本等国多年前就已建立起充足的铀矿资源储备。在铀矿勘探方面,加拿大、澳大利亚等具有资源优势的国家走在世界前列,其深部铀矿勘查可达2000~3000米。目前我国绝大部分地区的勘查深度不足500米,在深地(500~2000米)探测中仍有巨大的找矿潜力。随着核电产业的迅速发展,我国铀矿资源需求持续攀升。因此,扩大储量、提升产能,保障铀资源供应安全成为一块难啃的“硬骨头”。

聂逢君教授研究团队为实现自己心中的“找矿梦”,长达15年,每年至少4个月在野外工作生活,以研究区内巴音戈壁、二连、松辽(开鲁)盆地大量的野外勘探资料分析结果为基础,建立了各盆地不同类型的砂岩型铀矿成矿模型,开展了“模型+”普通与放射性地球物理、构造识别、砂体追踪等找矿组合关键技术研究,创建与各沉积盆地砂岩型铀矿相适应的找矿模式,并据此在巴音戈壁、二连、松辽(开鲁)盆地等地分别圈定了成矿远景区。团队着力攻深找盲,开展第二空间找矿,在预测的二连盆地赛汉高毕-齐哈日格图古河道砂岩型铀成矿远景区和松辽盆地西南部大林地区的找矿预测区,结合地球物理信息,开展钻孔验证,在深地(500~1000米)探测中平均见矿成功率62%左右,最高见矿率达81%,有效拓宽了找矿空间。

为进一步拓宽找矿空间,聂逢君团队还把视野扩展到了国外。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,几年来筚路蓝缕,艰难勘查,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3个小矿床组成,即T矿、G矿、IR矿。研究组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。

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勠力创新,从跟跑到并跑的跨越

我国砂岩型铀矿成矿理论的发展过程如图所示,经历了大约四个阶段。第一阶段:学习引进。苏联解体之后,邻近我国西北的中亚蕴藏着的巨量可地浸砂岩型铀矿震惊了我国核工业同行,团队开始学习“次造山”作用下形成的“表生氧化流体”致矿。第二阶段:吸收应用。首先在邻近哈萨克斯坦的伊犁盆地开展应用,取得了显著效果。第三阶段:问题质疑。当“次造山”理论从北方西部向中东部应用时,发现巴音戈壁、二连、开鲁盆地的铀矿床特征与西部不同,这些铀矿床在矿体形态与热流体蚀变上与“次造山”成矿并不一致。第四阶段:发展创新。团队的研究显示,中国东部的区域地质背景不同造成了铀成矿作用的差异,新的成矿理论与模型开始建立。

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构造-砂体-氧化流体成矿是学习并跑的成果:在模型建立上,结合实际,通过渗入研究与分析大量的资料信息,突破传统理论束缚,建立符合客观的模型;在方法选择上,根据研究地形、地貌、地质特征,优选适应性的方法组合;在深部信息浅表识别上,对地表采集到的深部信息,通过多解性、多方法的组合加以甄别,获得真实信息。构造-热流体双模式双阶段叠加成矿是领跑的结果:首次将地面高精度重力测量用于砂岩型铀矿勘探。

经中国核能行业协会科学技术成果鉴定,该成果总体达到国际领先水平。项目形成了自主知识产权25项,出版了系列专著5部,发表论文70余篇,其中SCI/EI检索论文30余篇,中文核心40余篇。依托该项目,培养了博士研究生10余人,硕士研究生130余人,其中大多数毕业的博士、硕士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做出了重大贡献。


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