巴彦乌拉铀矿床芒来地段地浸水文地质条件初步分析评价

任晓平，刘晓敏，彭瑞强，黄镪俯，杜鹏飞，戈燕忠

（1.核工业二〇八大队，内蒙古 包头 014010；2.中核内蒙古矿业有限公司，内蒙古 呼和浩特 010020）

天然铀产品是核电站和国防军工核材料的基本原料，是国家重要的战略物资，是国防建设与国民经济发展的需要。目前原地浸出为国内砂岩型铀资源开发的主要方式之一［1］，一半以上的天然铀是通过地浸开采获得，然而国内天然铀市场缺口仍然很大，从长远来看，维持目前国内的天然铀生产能力，已不能满足国家对天然铀逐步增长的需求［2-4］，因此，尽快开发巴彦乌拉铀矿床芒来地段，具有重大意义。巴彦乌拉铀矿床位于二连盆地中北部，是我国比较典型的地浸砂岩型铀矿床，本文对巴彦乌拉铀矿床芒来地段地浸水文地质条件进行分析和研究，对其地浸可行性进行评价，希望能对以后地浸开采提供依据。

1 巴彦乌拉铀矿床地质概况

巴彦乌拉铀矿床位于马尼特坳陷的西部，塔北凹陷的中西部，其北西以白音希勒隐伏凸起与巴音宝力格隆起相隔，南西侧与苏尼特隆起相邻，从西到东划分为芒来、巴润、巴彦乌拉、白音塔拉和那仁宝力格5 个地段。芒来地段内，根据钻孔揭露资料，自下而上揭露地层有：下白垩统赛汉组下段、下白垩统赛汉组上段、古近系伊尔丁曼哈组，部分钻孔直接揭遇到二叠系板岩，而缺失赛汉组下段。赛汉组上段是该区寻找古河谷型铀矿的含矿层位［5-8］。

2 巴彦乌拉铀矿床水文地质概况

矿床位于马尼特自流水坳陷西部自流水区的径流—排汇区。地势北东高、南西低，即从那仁宝力格—白音塔拉—巴彦乌拉—巴润—芒来依次缓慢降低，海拔高程1 090～910 m，相差约180 m，总体地形较为平缓，局部略有波状起伏。

巴彦乌拉铀矿床5 个地段处于同一水文地质单元，且含矿含水层由同一辫状河道砂体组成。矿床范围内含水岩组单一，主要为碎屑岩类含水岩组。矿床地下水主要来自北东邻区地下水的侧向补给，另外，还有北西和南东的侧向微弱补给及“天窗”部位大气降水的补给，总体从北东向南西缓慢径流（图1），最终泄于矿床南西部的准达来、巴润达来一带。

图1 巴彦乌拉矿床赛汉组上段水文地质略图Fig.1 Hydrogeological sketch map of the upper segment of Saihan Formation in Bayanwula deposit

3 芒来地段含矿含水层特征

3.1 含矿含水层岩性特征

含矿含水层由赛汉组上段辫状河砂体组成，其岩性以砂质砾岩、粗砂岩和中砂岩为主，细砂岩次之［9］，分选性以中等—较好为主，局部较差，颗粒形状呈次棱角状-次圆状，结构疏松，填隙物以黏土矿物为主，含量一般小于10%，局部介于10%～15%之间，总体来看，含矿含水层以强渗透砂体为主。矿层岩性以中砂岩、粗砂岩和砂质砾岩为主，细砂岩次之。

3.2 含矿含水层厚度特征

芒来地段含矿含水层厚度一般介于20～60 m 之间，最薄达11.60 m，最厚达78.80 m，平均为41.61m，其中，纵向河道轴线上较稳定，一般介于20～35 m 之间，横向上，中东部从南北两侧向中间增厚，西部从南北两侧向中间变薄（图2）。

图2 芒来地段赛汉组上段含矿含水层厚度等值线图Fig. 2 Thickness contour map of the ore-bearing aquifer in the upper segment of Saihan Formation in Manglai area

3.3 含矿含水层产状

含矿含水层分布十分稳定、连续，横向上总体为北西、南东向中部缓倾斜，纵向上为南西、北东向中部缓倾斜的特征，总体来看，其近于水平状产出（图3），局部受底板起伏影响而略有变化。

3.4 矿体产出特征

矿体顶界埋深介于82.12～150.40 m 之间，平均达117.87 m，矿体底界埋深介于89.07～151.60 m 之间，平均达125.18 m，总体埋深浅，变化小，矿体顶界在河道轴线部位埋深较大，沿轴线向北西和南东两侧方向矿体埋深变浅，矿体底界埋深受地层底板形态控制明显，沿北东-南西轴线部位底板埋深较大，沿轴线向北西和南东两侧方向矿体底界埋深变浅；矿体厚度介于1.10～19.00 m 之间，矿体厚度变化较大，其中北部矿体厚度介于1.10～11.00 m 之间，平均达4.83 m，南部矿体厚度介于2.70～19.00 m 之间，平均达8.43 m，南部比北部矿体厚度大，但稳定性差。矿体总体位于同一含矿含水层中，剖面上矿体主要产于含矿含水层的中下部和底部，局部产于上部，主要呈板状、层状，矿体产状平缓，规模大，矿体连续性较好（图3）。

图3 芒来地段北部水文地质剖面示意图Fig.3 Schematic map of the hydrogeological section in the northern part of Manglai area

3.5 水文地质结构特征

含矿含水层隔水顶板主要由赛汉组上段上部的绿灰色、红色泥岩、含砂砾泥岩组成，并夹有薄层或透镜状砂体（图3），主要为辫状河沉积体系末期的泛滥平原沉积。总厚度一般介于30～50 m 之间，平均为40.98 m，分布连续、稳定，隔水性好；含矿含水层隔水底板由赛汉组下段湖沼相沉积的绿灰色、灰色、深灰色泥岩、含粉砂泥岩组成，铀矿钻孔揭遇厚度一般介于5～15 m 之间，最大达193.45 m。芒来地段含矿含水层具有稳定的隔水-含水-隔水水文地质结构，使上、下含水层无水力联系［10-12］，水文地质结构理想。

3.6 含矿含水层水文地质参数

根据芒来地段水文地质孔抽水试验资料（表1），含矿含水层水位埋深介于4.50～13.12 m 之间，承压水头介于66.88～88.97 m 之间，涌水量介于309.60～395.79 m3·d-1之间，单位涌水量介于0.11～0.22 L/（s·m-1）之间，矿层渗透系数介于1.19～3.27 m·d-1之间，导水系数介于38.56～165.70 m2·d-1之间。数据表明，芒来地段含矿含水层具有地下水水位埋深浅、承压水头较强、涌水量大、矿层渗透性较强、导水能力和连通性均好的特点。

表1 巴彦乌拉铀矿床芒来地段含矿含水层水文地质参数统计表Table 1 Statistics on hydrogeological parameters of ore-bearing aquifers in Manglai area of Bayanwula uranium deposit

4 地浸水文地质条件分析评价

按照《地浸砂岩型铀矿水文地质勘查规范》（EJ/T1194—2005）中的附表C.1“地浸砂岩型铀矿水文地质条件评价参数”［13］（表2），分析评价芒来地段矿床地浸水文地质参数。

表2 地浸砂岩型铀矿地浸水文地质条件评价参数表Table 2 Evaluation parameters of in-situ leaching sandstone-type uranium deposits in-situ hydrogeological conditions

4.1 单井涌水量

芒来地段施工3 组水文地质孔，其中北部矿体施工两组，南部矿体施工一组，均为一观一抽。据抽水试验结果表明，单井涌水量介于309.60～395.79 m3·d-1之间，水量丰富，地浸水文地质条件为最有利。

4.2 渗透系数

含矿含水层渗透性对钻孔抽注液能力、溶液运移速度和浸出时间等有影响，而这些参数又会影响地浸开采成本，因此含矿含水层渗透性是决定铀矿床是否可以地浸的最重要因素。渗透系数太大或太小都不利，渗透系数太大，浸出液与矿岩的水-岩反应时间过短，增加了控制溶液的难度，而渗透系数太小则无法进行地浸，因此，较强—中等渗透性的矿石最适合地浸。根据芒来地段水文地质孔抽水试验结果，含矿含水层渗透系数介于1.19～3.27 m·d-1之间，其中北部含矿含水层渗透系数总体高于南部，地浸水文地质条件为最有利。

4.3 水文地质结构

连续、稳定和隔水性能良好的顶、底板是地浸最有利的主要水文地质条件之一。该含矿含水层隔水顶板厚度一般介于30～50 m 之间，底板厚度较薄，总体分布连续，隔水性能良好，使上、下含水层无水力联系，具备“隔水-含水-隔水”的水文地质结构，分析认为地浸水文地质条件为有利—最有利。

4.4 含矿含水层厚度

矿体分布范围内，含矿含水层总厚度一般介于20～60 m 之间，南北两侧向中间变薄，由西向东厚度变薄，层厚度相对较为适宜，总体地浸水文地质条件为有利。

4.5 岩石粒度

针对芒来地段矿石样品的统计结果表明：品位大于0.03%的矿石主要分布在砂质砾岩、粗砂岩内，占75.90%，其次为中砂岩，占14.46%，细砂岩内极少；品位介于0.02%～0.03%之间的矿石主要分布在砂质砾岩内，占55.22%，粗砂岩、中砂岩内占比较少，占17.91%，细砂岩内极少；品位介于0.01%～0.02%之间的矿石主要分布在砂质砾岩内，占39.00%，粗砂岩、中砂岩其次，占50.50%，细砂岩内较少；品位介于0.005%～0.01%之间的矿石以砂质砾岩为主，中砂岩、粗砂岩次之，细砂岩极少。芒来地段较高品位矿石多为砂质砾岩、粗砂岩与中砂岩，地浸水文地质条件以有利—最有利为主。

4.6 黏粒含量

含矿含水层中分布不均匀，根据现有资料统计，黏粒含量介于10.00%～19.00%之间，平均值为13.28%，成分主要为伊利石、高岭石及少量粉砂，地浸水文地质条件为有利。

4.7 分选性

芒来地段含矿碎屑岩主要为赛汉组上段灰色、深灰色含砾中砂岩、粗砂岩和砂质砾岩，碎屑物成分以石英、长石为主，岩屑次之，根据芒来地段施工钻孔现场编录，岩石粒度分选性不均一，总体来看，以中等—好为主，地浸水文地质条件属于较有利—有利。

4.8 胶结程度

芒来地段矿石主要位于赛汉组上段含水层下部残留灰色砂体中，矿石一般为砂状结构、砂质砾状结构，杂基支撑及颗粒-杂基支撑为主，其次为颗粒支撑、孔隙式胶结，岩石结构均为疏松，不存在较疏松—致密岩石，地浸水文地质条件为最有利。

4.9 水位埋深

矿体赋存在地下水位线以下，地下水水位埋深决定浸出液的提升方式和提升成本，是影响地浸开采成本和井场设备安装的重要因素。已施工的3组水文地质孔水位埋深介于4.50～13.12 m之间，总体来看，含矿含水层水位埋深浅，地浸水文地质条件为最有利。

4.10 水头高度

承压水头高度是影响浸出液提升和溶浸液注入能力的重要因素，承压水头高度对原地浸出开采溶液的提升起主要作用，对注液能力的影响次之，因此在矿床地浸水文地质条件评价过程中主要考虑承压水头高度对浸出液提升能力的影响，矿床地下水承压性越强，越有利于溶液的提升。根据芒来地段施工钻孔统计数据，矿体分布范围内，含矿含水层承压水头一般介于60～80 m之间，地浸水文地质条件为有利。

4.11 含矿层与非含矿层渗透系数比值

当矿层的渗透系数显著大于围岩的渗透系数，就可以减小浸出液稀释的程度，降低原材料的消耗；而当围岩渗透性远大于矿层渗透性时，浸出液将会被严重稀释，甚至因铀质量浓度太低而导致地浸采铀不经济。根据岩心编录资料和统计结果，含矿含水层中含矿层与非含矿层在岩性、粒度、黏粒含量和胶结程度等方面相差不大，初步推断，含矿层与非含矿层渗透系数比值接近于1，总体来看，地浸水文地质条件以有利—最有利为主。

4.12 含矿含水层与矿层厚度比值

矿层厚度与含矿含水层厚度比值越大，溶浸液和浸出液在矿层渗流过程中的稀释程度就越小，对地浸就越有利，相反，如果矿层厚度与含矿含水层厚度比值过小，将造成溶浸剂大量消耗在围岩中和浸出液严重稀释，导致地浸采铀经济效益差。芒来地段含矿含水层与矿层厚度比值多数介于2.9～9.5 之间，一般＜10，平均8.90，地浸水文地质条件为较有利—最有利。

4.13 地下水的矿化度

地下水矿化度过高会引起地下水运移通道堵塞，降低地层渗透性，是地浸采铀工作难以继续进行的主要原因。对施工的水文地质孔中取样分析，含矿含水层地下水的矿化度介于2.01～3.91g·L-1之间，北部含矿含水层地下水矿化度高于南部，地浸水文地质条件总体属较有利。

4.14 碳酸盐含量

含矿含水层岩石中碳酸盐含量普遍很低，围岩碳酸盐含量一般介于0.05%～0.45%之间，平均值为0.14%；矿石碳酸盐含量介于0.05%～0.43%之间，平均值为0.17%，矿石碳酸盐含量与围岩相近，自西向东矿石与围岩内含量有逐渐变小趋势，采用酸法浸出时地浸水文地质条件为最有利。

5 结 论

由以上评价参数可见，芒来地段含矿含水层厚度相对较为适宜，与矿层厚度比值较为有利，具有稳定的隔水顶底板，水文地质结构理想；其地下水水位埋深浅、承压水头较高、涌水量大、矿层渗透性强、地下水矿化度较低；矿石多为砂质砾岩、粗砂岩与中砂岩，黏粒含量较低、分选性中等-好、胶结疏松、碳酸盐含量普遍很低，导水能力和连通性均好，矿体埋藏较浅，具备地浸开采的基本水文地质条件，大多数评价参数为有利—最有利，个别评价参数为较有利，综合分析认为：地浸水文地质条件良好，芒来地段总体地浸水文地质条件为最有利-有利，完全适宜于用地浸方法开采。