砂岩型铀矿地浸开采过程中电法勘查技术的应用

砂岩型铀矿地浸开采过程中电法勘查技术的应用

何柯;赵远程;李建华;王刚;叶高峰

【摘要】原地浸出采铀是一种利用砂岩型矿层对水的渗透性,采用注、抽液孔向含矿岩层注入“溶浸液”和抽取“浸出溶液”而获得铀的先进采矿技术.研究井场下方“浸出液”分布范围,不仅能掌握矿体的被覆盖程度和矿床开采率,且对于地下水体污染监控具有重要意义.对内蒙古二连盆地某铀矿地浸开采试验基地进行电法勘查,以对铀矿地浸开采过程进行监测试验.具体采用可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)和时间域激发极化法对试验井场进行探测试验.试验区以抽孔为中心布设一个18×18的测网,测网的线距和点距均为10 m.电法探测试验时,对穿过抽、注井的5条纵向和4条横向测线进行了CSAMT观测,并对全区进行中间梯度激发极化测量.经过数据处理和反演得到了中梯装置视极化率平面等值线图及CSAMT二维电阻率模型,并结合研究区域已知资料进行解释,认为电阻率断面上井场区域下方的低阻异常带反映了地浸开采过程“溶浸液”的地下分布状态;视极化率平面等值线图上显示的抽注单元下方的大片低极化率异常,可能是由地下浸出液与岩层组成的离子导电体系“薄膜极化”效应产生的异常带.

【期刊名称】《现代地质》

【年(卷),期】2018(032)004

【总页数】13页(P850-862)

【关键词】原地浸出;浸出液;电法勘察技术;电阻率;极化率;“薄膜极化”效应【作者】何柯;赵远程;李建华;王刚;叶高峰

【作者单位】中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院,北京100083;核工业北京化工冶金研究院,北京101149;中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院,北京100083;中铁第五勘察设计院集团有限公司,北京102600;核工业北京化工冶金研究院,北京101149;中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院,北京100083;中国地质大学(北京)地球物理与信息技术学院,北京100083

【正文语种】中文

【中图分类】P631.3

0 引言

原地浸出采铀又称为地浸采铀，是目前世界上先进的铀矿采矿技术。地浸采铀是通过注液钻孔把按一定配方配制的溶浸液注入天然埋藏条件下含铀的可渗透岩层中，使浸液在向矿石孔隙或裂隙渗透的过程中，与铀及其有用成分接触，发生溶解反应生成含矿溶液；并向负压方向渗流至抽液孔，被抽至地表并输送到加工车间进行处理，从而获得铀产品的复杂过程[1]。

随着地浸进行、浸液不断抽注，溶浸液与含矿浸液在地下含矿、含水层中逐渐形成以注、抽孔为中心，溶液浓度向周边逐渐降低的溶液浓度梯度——浸出液分布范围。而浸出液分布范围的形成与矿区地下结构，尤其是含矿、含水层的地质结构和水力条件密切相关。

显然，溶浸范围不足将影响溶液对整个矿体的覆盖，而严重影响采矿率；反之，溶浸范围过大，则将造成溶液浪费、增加成本，并污染采区周边地下水体等。因此，必须在复杂的地浸开采过程中及时掌握溶浸液对矿体的覆盖程度及地下浸出液分布范围，以便进行合理的溶浸液注、抽控制。所以，研究并开发砂岩型铀矿地浸开采过程观测的方法技术对于铀矿开采具有十分重要的意义。

然而，地浸采铀是近些年发展起来的新技术，目前尚没有关于探测或监测地浸液分布情况的研究成果。本文的研究以内蒙古苏尼特左旗某铀矿地浸矿山开采区为例，首次提出采用地球物理电磁方法进行地浸液分布探测实验研究，以期获得切实可行的地浸开采过程观测技术，以便为今后的地浸开采工作提供监控保障。

1 矿区位置及地浸井场结构

图1 研究区位置Fig.1 Location of the study area1.国道；2.省道；3.机场；4.城镇；5.铀矿区；6.国界

图2 地浸开采试验单元结构及地球物理工作布置Fig.2 Sketch map of a certain

in-situ leaching mining unit and geophysical sites

试验矿区位于内蒙古锡林郭勒盟苏尼特左旗北部某苏木，距苏尼特左旗约35 km，为二连盆地的一部分(图1)。矿区地处内蒙古高原腹地，地势平坦，海拔高程约1 000 m。由于矿区外围西北和东南都为隆起区，海拔高程为1 200～1 400 m，因此，矿区地势表现为由两侧蚀源区向盆地内剥蚀。试验区的地浸试验单元为一组“四注一抽”的“五点型”试验单元，即由4个注液孔等间距地构成一个正方形

区域，抽液钻孔位于正方形区域的中心位置，即正方形的对角线交点处。其中，沿顺时针方向布设的KZ1-1、KZ2-1、KZ2-2、KZ1-2分别为4口注液孔，位于中

心的KC1-1为抽液孔(图2)。抽-注孔间距为25.00 m，试验单元沿边注-注孔间距为35.35 m，整个抽注试验单元为35.35 m×35.35 m的正方形，且该正方形单元与正北方向的夹角为27°。

2 地质及地球物理特征

2.1 地层特征

二连盆地基底由元古宇和古生界组成，沉积盖层主要包括：侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系[2]。

试验区钻孔揭露的地层从浅至深为：古近系伊尔丁曼哈组(E2y)，下白垩统赛汉组

上段(K1s2)、赛汉组下段(K1s1)[3]。

2.1.1 古近系伊尔丁曼哈组(E2y)

伊尔丁曼哈组埋深56.68～59.40 m。据区域地质资料，其岩性由褐红色、浅灰绿色、浅灰色泥岩、含砂泥岩与黄色、灰白色砂岩互层组成，常见钙质结核、铁锰质斑点。该层构成巴润矿床条件试验段区域性隔水顶板。

2.1.2 下白垩统赛汉组上段(K1s2)

下白垩统赛汉组上段是巴润矿床主要赋铀层位，由多个韵律层叠加组成，每个韵律层底部由粗粒的砂砾岩、泥质砾岩、含粒粗砂岩组成，向上渐变为中粗砂岩、中细砂岩、细砂岩，砂岩固结程度低，并以泥岩或粉砂岩结束，中间泥岩层常缺失或呈透镜状产出，整个砂体构成试验矿床条件试验区的主要含矿含水层。

2.1.3 下白垩统赛汉组下段(K1s1)

下白垩统赛汉组下段，本次钻探施工只揭露顶部的灰色、深灰色泥岩夹灰黑色炭质泥岩、黑色褐煤层。细脉状黄铁矿结核为赛汉组上段、下段分界的地层标志。据区域地质资料，该层岩性由灰色泥岩、粉砂岩夹煤层组成，构成试验矿床条件试验区的区域性隔水底板。

对赛汉组上段砂体厚度统计，结果表明：厚度一般为22.68～26.58 m，平均厚度24.93 m；试验单元中心抽液孔KC1-1砂体厚度最大，达到26.58 m，砂体由南

东向北西方向厚度逐渐减少；最薄砂体位于KZ1-1孔，厚度仅为22.68 m。其中，注液孔KZ1-1、KZ1-2及抽液孔KC1-1砂体内部均发育泥、粉砂岩夹(薄)层，

KZ1-2的泥、粉砂岩夹层厚度达到3.50 m；KC1-1的泥、粉砂岩夹(薄)层最薄，

为0.20 m。剖面上，KZ1-1、KZ1-2的泥、粉砂岩夹层位于砂体中部(图3和图4)，结合试验区其他钻孔资料，该泥、粉砂岩非渗透性夹层可能具有一定的规模和平面连续性。

地浸施工表明：研究区砂体最大厚度35.96 m，最小厚度27.80 m。岩性粒度普