核能矿产资源—砂岩型铀矿，是如何形成和开发的？
一、砂岩型铀矿概况
砂岩型铀矿床系指产于砂岩、砂砾岩等碎屑岩中的外生后成铀矿床。它们产于陆块或中间地块上的大中型自流盆地，以及造山带山间盆地的陆相、海陆交互相沉积中，其中，以河流相和三角洲相沉积最为重要。
产铀矿砂岩的时代主要是中、新生界，少数为中元古界和古生界。砂岩型铀矿床成因上主要有两类，即层间氧化带型和潜水氧化带型。
矿床铀矿物主要是沥青铀矿、铀黑和铀石，某些矿床中铀的次生矿物占重要地位。20世纪60年代地浸技术开采砂岩铀矿获得成功，使许多不经济或次经济的砂岩铀矿床转化为经济可采铀资源，成为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。
拥有重要砂岩型铀矿床的国家有：哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、俄罗斯、美国、中国、尼日尔、加蓬和捷克等（张金带，2016）。
全球砂岩型铀矿分布图（张金带，2016）
从砂岩型铀矿全球分布图中来看（张金带，2016），全球砂岩型铀矿集中分布的国家有俄罗斯、哈萨克斯坦、中国、澳大利亚、非洲等，其中，欧洲国家以小型铀矿为主。它们大都分布在南北纬 30°的区域范围内，这是因为这个区域在古地质历史时期河流较为发育，适合铀的迁移搬运，气候较为温和，有利于生物的繁衍，生物的繁衍可提供大量还原性物质，有利于铀的还原，这也印证了我们上述有机质对铀的还原起到重要作用的观点。
二、砂岩型铀矿的分类
产于砂岩、砂砾岩等中粗碎屑岩中的外生后成铀矿床。产出重要砂岩型铀矿床的多是地台或中间地块上的大中型自流盆地以及造山带中的山间盆地。砂岩型铀矿床产于陆相，海陆交互相沉积中，产铀砂岩的地层时代主要是中、新生界。
砂岩型铀矿床成因上有两类，即：层间氧化带型和潜水氧化带型。矿床铀矿主要是沥青铀矿、铀黑和铀石。20世纪60年代，地浸技术开采砂岩铀矿获得成功，使砂岩铀矿成为当前世界上最重要的铀矿床类型之一。
内蒙古砂岩铀矿床中铀矿物与沥青相伴生的显微图片（刘武生等，2017）
puc—复成分磷钙铀矿；C—沥青；U—微粒状铀矿物；Py—草莓状黄铁矿
1.层间氧化型砂岩型铀矿
从氧化带至原生带，流体性质的改变，使各分带内发生不同化学反应，造成宏观颜色，微观矿物及地球化学分带，同时分带内的氧化-还原性质，也导致细菌分带性，对成矿起到重要作用。其中，氧化还原作用是成矿机理核心，铀在氧化介质中，主要呈六价态的铀酰离子迁移，顺着层间氧化带，到了地球化学还原障，被还原吸附和沉淀，可以称之为 “地球化学障成矿”（付勇等，2016）。
层间渗透砂岩型铀矿成矿模式（付勇等，2016）
1.花岗岩；2.黄色砂岩；3.灰绿色砂岩；4.铀矿体；5.灰色砂岩；6.油气；7. 断层；8.黑色箭头－运移方向；白色箭头－抬升；9.细线为潜水面；粗线为古潜水面；10.潜水－氧化带界面
所谓“叠合”，是盆缘蚀源区铀源、盆内沉积地层铀源、深部流体铀源的供给叠合，大气降水、油气流体和热流体等多种流体叠合，多阶段潜水氧化与层间氧化成矿作用的叠合。所谓“复成因”，即影响铀在成矿过程中，迁移－沉淀机制的因素是复杂多样的，有沉积成岩预富集因素，构造隆升导致地层出露掀斜，使含氧水顺层渗入作用因素，来自原岩还原剂还原作用和来自深部还原剂二次还原作用的等因素。此外，还有热作用的因素，形成热成因矿物，包括铀矿物。
主要成矿阶段可以划分为：
1）预富集阶段：该阶段气候湿润，在辫状河或冲积扇地区，地层中富含植物碎屑和有机质，对铀具有良好的吸附作用，富铀地层开始形成。
2）早期层间氧化阶段：由于早期构造抬升运动，地层受到剥蚀，富含氧、U6+的地下水顺层下渗，形成氧化带。由于Fe3+的存在，颜色呈红、黄色。当地下水缺氧时，U6+被有机质还原，并沉淀富集。
3）晚期层间氧化阶段：由于后期持续构造抬升作用，地下水下渗程度减弱，而深部还原性气体上升加强，导致早期氧化带被还原成含矿层。由于Fe3+被还原成Fe2+，颜色从红、黄色变成灰绿色。
4）油气参与阶段：油气参与成矿作用多阶段活动，能够还原早期层间氧化带，对铀矿体起保护作用。
2.潜水氧化（古河道型）砂岩型铀矿
古河道型铀矿成矿模式（付勇等，2016）
1.花岗岩；2.黄色砂岩；3.灰绿色砂岩；4.铀矿体；5.灰色砂岩；6.油气；7. 断层；8.黑色箭头－运移方向；白色箭头－抬升；9.细线为潜水面；粗线为古潜水面；10.潜水－氧化带界面
主要成矿阶段划分为：
1）预富集阶段（古河道形成阶段）：该阶段气候湿润。由于受构造运动影响，盆地边缘构造薄弱带形成下切河道，河道内砂体富含植物碎屑和有机质，对铀具有吸附作用。河道砂体为后期成矿提供了储矿空间。
2）古潜水氧化阶段：该阶段气候发生变化，由湿润转为半干旱－干旱。由于构造抬升运动，盆地内原来的砂体暴露地表，富含氧、Ｕ 地下水垂直向下渗透，形成潜水氧化界面，在界面下部，铀被还原形成沉淀富集。随后沉积作用过程中，上覆以泥岩为主的细碎屑沉积厚度逐渐加大，在垂向上开始屏蔽潜水氧化作用。
3）油气参与阶段：深部油气沿着构造断裂向上运移，还原呈氧化态黄色砂体，使得砂体发生褪色，同时对已形成的矿体具有保护作用。
我国以二连盆地中部古河道型铀矿，以赛汉晚期古河道为成矿场所,通过侧向(谷坡)或顺向 (河道走向)或垂向(“天窗”)的含氧含铀水的补给,与容矿砂岩发生水－岩作用,造成成矿类型、方式、强弱和规模等各不相同的氧化蚀变,这种复杂多变的氧化蚀变，决定了古河道中有出现各种各样铀矿(化)体的可能（Nie Fengjun et al.,2020）。
以“天窗”为补给区发育的潜水氧化作用，形成赛汉高毕式潜水氧化带型铀矿化。以侧向(谷坡)为补给区发育的潜水－层间氧化作用，形成巴彦乌拉式潜水－层间氧化带型铀矿化。以顺向(河道走向)为补给区发育的层间氧化作用，形成齐哈日格图式层间氧化带型铀矿化。
二连盆地构造-地层结构和三种砂岩铀矿成矿模式图（Nie Fengjunet al.,2020）
三种矿化模式:1)层间氧化矿化模式(巴音乌拉矿床);2)潜水氧化矿化(赛杭高壁矿床);3)热液叠加成矿作用(哈大图矿床)
砂岩型铀矿床中铀的垂直运移模式（Zhang B，et al.，2020）
三、地浸采铀的产量和效益
地浸采铀是世界上先进的采矿技术。其基本原理是对可地浸砂岩型铀矿，按一定网度布置工艺钻孔，从注液孔注入地浸液，使地浸液与铀进行充分反应，经抽液孔提出地表，在地表工厂进行萃取铀的过程。
地浸法分为酸法和碱法两种。地浸采铀能使低品位砂岩型铀矿，成为有工业价值的矿床。由于对环境污染小，已被世界大多数国家广泛采用。但是，并非所有的砂岩铀矿都能地浸，只有符合地浸地质—水文评价指标的砂岩铀矿才能地浸。
地浸工艺包括钻孔布置、浸液配制、地下水复原和环境保护等方面的内容。我国地浸采铀于20世纪70年代开始探索，90年代中期开展了大规模的地浸砂岩铀找矿与开采工作，并取得了突破性进展。
地侵法采铀（据互联网资料）
1.地浸采铀优点
1）开采方法简单、工艺流程短。对天然埋藏条件下的矿体，通过钻孔直接注入浸液进入矿体所在的疏松砂层，有选择性地浸出铀，并加以回收。采矿不需要投入采掘工程，无需运矿、碎矿、磨矿和固液分离，缩短了采矿工艺流程。
2）矿山建设周期短、基建投资少，劳动强度低、自动化程度高。地浸采铀只需对从地下泵上来的矿化贵液进行吸附、萃取、脱水即可生产出铀产品，自动化程度相对高。生产效率高、资源利用充分。通过钻孔注入矿体所在的砂岩层的溶浸液，是在整个透水砂岩层内运移的，在对矿体中的铀进行浸出的同时，还会对砂岩层中分散的铀和表外低品位矿段中的及铀伴生元素Se、Sc、Mo、Ge、V、Re等，进行浸出和回收。已有矿山开采实践表明，地浸开采的总回收率，一般均较常规开采方法要高。
3）地浸开采总回收率，一般均较常规开采方法要高，许多情况下甚至超过100%（相对于勘探计算出的储量而言）。
4）材料消耗少。由于地浸开采工艺流程短，不仅节省了大量的机械消耗材料，而且水、电、燃油等材料的用量也明显减少。
5）环境污染小。一是放射性粉尘污染得到彻底改善；二是尾渣和废气的污染减到了最低程度；三是由于地浸溶液是在闭路管道内循环使用，其废水排放量显著减少。
2.地浸采铀的不足
虽然地浸采铀具有以上优点，但是作为一种特殊的铀矿开采方法，应用有一定局限性。主要包括以下几方面：
1）只适用于具有一定地质、水文地质条件的矿床；
2）如果矿化不均匀，矿层各部位的矿石胶结程度和渗透性不均匀或矿石中有部分有用成分难以浸出，这些都将影响开采的技术经济指标；
3）存在对地下水环境造成污染的问题，因此需要对地下水进行治理；
4）地下浸出受到地球化学规律制约比较明显，浸出速度可调节的幅度较小。