核能又称“原子能”,是可以大规模替代化石能源的清洁高效低碳能源,具有能量密度大、可靠性高等特点,对我国实现能源战略具有重要意义。截至 2019年 1月 1日,中国核电装机容量达到 4 463.6万千瓦,首次超过日本,排名上升至世界第3位,仅次于美国和法国,而中国核电在建总装机容量居世界第一。预计,2030年中国核电装机容量可达 1亿千瓦至 1.2亿千瓦,核电发电量占比将达到 8%左右。铀是发展原子能工业的基础原料,据国际原子能数据显示,目前中国核电对天然铀的需求量已经超过8千吨,在未来一段时间,对铀资源的需求将持续增大。那么,什么是铀资源?我国铀资源是如何被大规模发现的?前景如何?

铀矿是 1789年德国化学家 M.H.克拉普罗特首先在沥青铀中发现的,元素符号为 U。1938年德国化学家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,引起了人们对铀的重新重视。第二次世界大战期间和战后,由于核武器和核动力的需要,加速了对铀资源的勘探和开采。

铀是自然界中极为稀有的一种放射性金属元素。在地壳中的平均含量仅为百万分之二,其形成可工业利用矿床的几率比其他金属元素要小得多。铀家族有 3个天然同位素兄弟,即铀234、铀235和铀238。其中铀235是地球上唯一天然存在的易裂变核素,因此也是当前核电厂的绝对主力燃料,但它在天然铀资源中的含量仅有0.71%,另有不到0.006%的铀234,其余 99.2%以上都是铀238。

铀是制作原子弹和核电发电的主要原料,是重要的战略和清洁能源。然而铀的用途不仅只有核武器和核电站,利用其核裂变产生的放射性,可广泛应用于各个行业。例如,用于农业辐照育种、食品工业食品保鲜和灭菌,也可用于生产人造元素;在医药方面用于放射治疗、放射免疫药盒、造影诊断等;在工业和地质等方面用于工业探伤、自动控制、地质勘探和文物考古,等等。

据世界核能协会报道,截至2017年1月1日,全球已探明铀资源614.22万吨。我国仅4.73%,可以看出我国是铀矿资源不甚丰富的国家。与铀资源禀赋条件优越的澳大利亚、加拿大等国大型、超大型铀矿床相比,我国的铀矿床具有“小而多、贫而可用、散而相对集中”特点。“小而多”是指我国的铀矿床规模以中小型为主,但数量多、类型多;“贫而可用”是指矿石品位贫但可以经济利用;“散而相对集中”是指单个矿床规模小、分散,但相对集中在几个铀矿田或矿集区中,普遍“扎堆”“群居”。另外,这些铀矿通常与磷、硫及有色金属、稀有金属等矿产共生或伴生,具有一定的综合利用价值。

我国铀矿床类型主要有花岗岩型、火山岩型、砂岩型、碳硅泥岩型铀矿床4种。随着 20世纪60年代地浸技术开采砂岩型铀矿获得成功,由于其开采经济、环保,砂岩型铀矿逐渐成为了世界上最重要的铀矿床类型之一和许多国家首选的找矿目标类型。

我国砂岩型铀矿主要是分布在沉积盆地里,寻找该类型的矿产主要是通过地表的放射性测量、钻探等手段来实现的,但是由于勘查周期长、效率低,以致在20世纪未取得砂岩型铀矿的重要突破。21世纪以来,随着铀成矿理论和勘查技术水平的提升,在中国北方的主要盆地发现了一批大中型铀矿床,如松辽盆地的钱家店铀矿,鄂尔多斯盆地的纳岭沟、皂火壕铀矿,等等。尤其是2012年,鄂尔多斯盆地东北部传来一个喜讯,自然资源部（原国土资源部）中央地勘基金管理中心在该地区发现了我国最大的砂岩型铀矿——“大营”铀矿,并创新采用勘查技术手段“煤铀兼探”,实现了煤炭、铀矿勘查并举,使我国第一个世界级超大型铀矿“浮出水面”。这个铀矿的发现,结束了中国无世界级砂岩型铀矿的历史。然而正因为“煤铀兼探”技术的出现,也给自然资源部（原国土资源部）另一个基础性、公益性的调查队伍——中国地质调查局天津地质调查中心产生了利用煤田、油田资料进行“二次开发”的创新找铀思路。他们应用该技术思路,7年内在中国北方盆地的煤炭和油田勘查区快速新发现了数百个铀矿找矿靶区,取得显著的找矿成果。

那么,煤炭、石油与铀是什么关系,又如何利用煤田、油田资料来寻找铀矿呢?

中国北方盆地是一个“聚宝盆”,蕴藏着丰富的石油、天然气、煤炭、煤层气、砂岩型铀矿等能源矿产。煤炭、石油与铀矿是同盆共存,一般情况下,铀矿是分布于二者的上部。因此,在勘查煤炭和石油的过程中,同样也会探测到含铀矿的相应地层,其中能发挥重要作用的资料就是钻井中的物探测井数据,因为它能显示地下岩石中的放射性和岩石类别。我国从事地质勘查的队伍主要有煤炭、石油、核工业、地矿等部门,各家掌握了大量相应矿种勘查资料,但对外相对封锁,尤其是在完成勘查后,大量的钻孔勘查数据作为原始资料长期保存于相关单位的资料管理部门,鲜有人问津。煤田、油田资料“二次开发”的思路和技术重新开启了这些尘封多年的资料宝库,使之“重见天日”“变废为宝”,也随之带动了拥有煤田、油田资料的煤炭、石油、地矿等部门加入了测井资料筛查和铀矿找矿行列。这项技术和工作机制不仅打破了各行业的壁垒,实现了资料共享,而且开辟了我国多行业共同合作共赢的铀矿找矿新模式。

2013年完成的全国铀矿资源潜力评价结果表明,中国铀资源潜力较大,预测潜在资源量超过200万吨。另外,近年来,利用煤田、油田资料开展的一系列铀矿调查工作,新发现了一批铀矿靶区和矿产地,进一步显示了我国具有较好的铀矿找矿前景。由于砂岩型铀矿目前是我国最主要的经济可采类型,因此,北方大型盆地仍是今后砂岩型铀矿的重点找矿方向。

因此,加大、加快调查评价我国砂岩型铀资源潜力,提升铀资源战略储备,对我国的能源结构调整和国防建设具有重要支撑作用。