自然科普:地球深處的鈾礦是這樣挖到的
來源:科技日報
發布時間:2021-04-16
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  1550米!我國在廣東(dong) 北部發現了目前最深的工業(ye) 鈾礦化,創我國鈾礦發現深度紀錄。

  項目負責人、核工業(ye) 北京地質研究院院長李子穎10月9日告訴記者,這一發現將我國工業(ye) 鈾礦化的發現深度,從(cong) 之前的千米左右向深部推進了500多米。

  什麽(me) 是鈾礦?鈾礦發現深度的突破難在哪?新在哪?記者就此采訪了相關(guan) 人士。

  鈾礦被譽為(wei) 礦石家族中的“玫瑰花”

  1789年,M·H·克拉普羅特從(cong) 德國鈾礦中發現了鈾,並將其命名為(wei) Uranium,元素符號定為(wei) U。

  地球誕生之前,甚至在太陽誕生前,鈾就存在於(yu) 宇宙中了。

  如果要評選世界上最美麗(li) 動人的礦石,鈾礦絕對名列前茅——它被譽為(wei) 礦石家族中的“玫瑰花”。

  李子穎告訴記者,鈾作為(wei) 一種特別活潑的元素,可與(yu) 許多元素結合形成礦物,自然界已發現的鈾化物有300多種,它們(men) 有的特別容易氧化,形成新的礦物,風吹日曬後顏色更加鮮豔。19世紀末20世紀初,歐洲不少建築物還用它來做裝飾材料。

  即使現在,鈾玻璃仍受到不少玩家的推崇。所謂鈾玻璃,是一種玻璃製品。在熔融的玻璃水中加入鈾鹽,會(hui) 得到一種漂亮的綠色或黃綠色玻璃,在紫外線下會(hui) 發出綠色熒光。自然光下玻璃表麵會(hui) 顯出油膩的感覺,所以又稱為(wei) 凡士林玻璃。

  1938年O·哈恩和F·施特拉斯曼用中子轟擊鈾核發現核裂變同時釋放出能量,引起人們(men) 重新對鈾的重視;1946年,我國著名物理學家錢三強及其夫人何澤慧發現了鈾原子核“三分裂”“四分裂”現象,在世界科學界引起強烈反響;第二次世界大戰期間和戰後,由於(yu) 核武器和核動力的需要,加速了鈾資源的勘探和開采。

  天然鈾中主要含有鈾238和鈾235,它們(men) 都是鈾的同位素,半衰期分別是44.68億(yi) 年和7.04億(yi) 年,這樣的半衰期可謂地久天長。在它們(men) 的衰變過程中,鈾礦石會(hui) 釋放α射線、β射線和γ射線,其中最主要的是α射線。

  相比最危險的γ射線,α射線穿透性最弱,一張紙就可以把它擋住。但在鈾礦開采時,需要采取保護措施。因為(wei) 鈾礦埋在地下時是密封的,長年累月聚集了很多具放射性的氡氣,它是由鈾衰變產(chan) 生。氡的半衰期隻有3.8235天。鈾礦中大量聚集的氡氣很危險,人吸入體(ti) 內(nei) 後會(hui) 損害健康。

  地表3公裏以下不易形成鈾礦

  鈾元素活潑,喜歡“廣交朋友”,比如碰到碳矽泥,就在碳矽泥裏富集,而且在各種岩石中的含量很不均勻。正因如此,雖然鈾元素分布廣,但鈾礦床的分布卻很有限,主要分布在中亞(ya) 、澳大利亞(ya) 、加拿大、南非、西南非、俄羅斯、美國等國家和地區。

  日常生活中,人們(men) 很難直接接觸到鈾的礦物原料。因為(wei) 在鈾礦中,鈾的含量很低,地殼中鈾的平均含量約為(wei) 百萬(wan) 分之二點五,即平均每噸地殼物質中約含2.5克鈾。換句話說,與(yu) 沙裏淘金沒有區別。按照我國現行的礦石劃分標準,如果硬岩(花崗岩、火山岩)中鈾的含量高於(yu) 0.05%、砂岩中高於(yu) 0.01%,就可以稱作工業(ye) 鈾礦化了。

  李子穎告訴記者,按含礦的岩石類型劃分,我國鈾資源主要有四大類型,即花崗岩型、火山岩型、砂岩型和碳矽泥岩型,前兩(liang) 個(ge) 為(wei) 熱液型鈾礦。這兩(liang) 種鈾礦主要分布在我國南方。

  鈾礦是怎麽(me) 形成的?一般來說,它是在適合的環境條件下經特定的地質作用富集到足以開發的量。對熱液型鈾礦來說,傳(chuan) 統理論認為(wei) ,鈾來自近地表,運移鈾的流體(ti) 是地表水,控製成礦的是氧化還原作用。但李子穎團隊經過長期的研究提出“熱點鈾成礦作用理論”,認為(wei) 鈾元素和成礦流體(ti) 來自地球深部,鈾成礦流體(ti) 上升至近地表時物理化學條件的變化導致鈾的沉澱富集成礦。這一活動最深可發生在距離地表約3公裏處。因為(wei) 再往深處走,地球深部的物理化學條件就不利於(yu) 鈾成礦了。這一理論為(wei) 找到鈾礦指明了新的方向。

  上萬(wan) 平方公裏間找到光盤大小鑽孔位置

  對地質工作者來說,要找礦先得看看哪裏有成礦的條件、哪裏有成礦的作用、哪裏有礦化異常。

  除了根據以往資料開展室內(nei) 工作外,更重要的是“跑野外”,實地查看是否有有利的地質構造,是否有成礦流體(ti) 的作用,是否有礦化的顯示或異常,對好的跡象,還要采集樣品,回到室內(nei) 進行鑒定和分析或確定它們(men) 是什麽(me) 時間形成的,在地質學家眼裏,石頭是有生命的。有經驗的地質工作者,從(cong) 野外裸露的岩石上,憑借肉眼就能看出是否能成礦的門道。

  都說入地難,對看不見的地球深部變化,則需要借助地質、地球物理、地球化學、航測遙感等手段,在一個(ge) 很大的麵積裏,縮小範圍,找到可能的成礦遠景區。打個(ge) 形象的比方,這好比醫生通過透視、驗血等方法,查出身體(ti) 的異常指標,找出發病的部位或原因。

  李子穎說,他負責的項目團隊曆時兩(liang) 年多,調研了大量資料,對研究區開展了詳細的地質、地球物理、地球化學、三維建模與(yu) 預測等綜合研究。他們(men) 工作的麵積從(cong) 最初的上萬(wan) 平方公裏,縮小到南嶺諸廣地區一個(ge) 光盤大小的鑽孔位置,整個(ge) 過程有點類似於(yu) 大海撈針,但他們(men) 還是做到了。

  深鑽是成礦理論和預測技術與(yu) 模式的驗證手段,二者互相補充,可以為(wei) 開辟更深找礦空間提供依據,提高探測的深度和精度。

  在科技部“華南熱液型鈾礦基地深部探測技術示範”重點研發項目等的支持下,被命名為(wei) “長江1號”的鑽孔在南嶺諸廣地區開鑽。當鑽孔深度達到1484米時,仍發現有工業(ye) 品位的鈾礦化。但團隊又麵臨(lin) 新抉擇,是按照項目設計書(shu) 打到1500米終鑽還是繼續深入。關(guan) 鍵時刻,李子穎根據岩心觀察和研究,拍板繼續深入鑽探,讓人驚奇的是,在1550米深度也發現了工業(ye) 鈾礦化。此外,在1560米、1606米、1696米等深度還發現多段鈾礦化,顯示更深部還有成礦潛力。“如果打淺一米,可能都不會(hui) 有這樣的發現。”李子穎說。

  鑽孔位置與(yu) 在產(chan) 的中核韶關(guan) 錦原鈾業(ye) 有限公司的直線距離為(wei) 4公裏左右,李子穎說,根據目前單孔打鑽情況,還不能簡單判斷二者之間是否是同一成礦帶,後續需要進行加密調查。

  隨著鈾礦發現走向深部,不可避免的是,開采成本將進一步提高。在李子穎看來,是否往更深處挖掘,取決(jue) 於(yu) 對礦藏的需要程度。以德國為(wei) 例,鈾礦開發的深度曾達到近2000米。

  在李子穎看來,1550米深度工業(ye) 鈾礦段的發現,為(wei) 諸廣及我國開辟第二找礦空間提供了直接依據,也進一步驗證了“熱點鈾成礦作用理論”,以及深部探測技術方法的有效性,提高了探測深度和精度,對我國鈾礦找礦和家底潛力評估具有重大意義(yi) 。

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