铀资源地质学（地化专业）ppt课件

课程性质：必修课,课时：52学时。 (其中理论课42学时，实验10学时)；,铀资源地质学,铀矿床学-原子能出版社,铀矿物学-原子能出版社,铀地球化学-原子能出版社,主要参考文献：,铀成矿原理-原子能出版社,其它参考文献：各种铀矿地质期刊,铀资源地质学-哈尔滨工程大学出版社,一、学科研究对象及与其它学科的关系,二、学科发展简史,三、铀资源概况,四、铀矿工业指标,铀资源地质学是一门综合性学科，它研究的对象涉及多个方面。,1.研究铀元素。 即铀元素的物理性质、化学性质；,一、学科研究对象及与其它学科的关系,2.研究铀矿物。 铀矿物的物理性质、化学组成、晶体化学结构、成因类型、产出特征及鉴别标志，铀矿物之间的共生组合关系；,研究对象和内容：,3.研究铀的地球化学作用,研究铀元素内部结构和铀的地球化学参数与铀的分布、迁移、富集、搬运和沉淀的关系；,研究铀在三大岩类中的性状和地球化学行为；,研究对象和内容：,研究铀在常温常压条件下的成矿作用以及铀在地下水中迁移、沉淀的地球化学模式；,研究铀在热液中性状及其地球化学行为；,研究铀与其他元素共生组合的成因关系；,研究铀在生态链和成矿链中的异同点；,研究对象和内容：,研究铀矿床产出地质环境、控矿因素、矿化特征及其共生组合规律，成矿背景和成矿模式；,4.研究铀矿床,研究并总结典型矿床实例；,研究并总结国内、外主要铀矿化类型，成因模式和找矿模式；,5.研究铀的成矿原理、成矿理论、成矿模式,研究对象和内容：,研究世界型铀成矿带、成矿省（区）特征及规律；,6.研究铀矿的时、空分布规律；,研究铀成矿时代特征；,研究铀矿床类型的空间演变；,研究中国的铀成矿省（区）、成矿带特征及成矿规律；,7.研究铀矿水冶工艺类型、工艺条件及矿床综合地质经济评价；,研究对象和内容：,是一门综合性较强的学科，是建立在其它学科的基础上发展起来的。 先导学科有：矿物学、岩石学、地层学、构造地质学、矿床学、地球物理及地球化学等。 作为一门独立的学科，是在20世纪50年代末期形成的，在早期阶段仅作为矿床学中金属矿床的一部分。发展历史不长，是一门年轻的学科。,铀资源地质学与其它学科的联系,铀元素的发现（1789）,铀放射性的发现（1896）,铀核裂变能的发现（1939）,核能的利用（现在）,二、学科的发展简史,铀于1789年被发现，至今已有二百余年的历史，但发展的速度很不一致。早期阶段发展速度非常缓慢。自1789年德国化学家克拉普洛特发现铀元素的一个世纪里，铀仅以化合物的形式作为染色剂用于陶瓷工业、玻璃工业和纺织工业。,铀元素的发现至铀放射性的发现之前 1789至1896,1896年法国物理学家贝克勒尔发现K2UO2（SO4）22H2O样品能使感光胶片感光，从而发现了铀的放射性。 1898年居里夫人证明含有铀元素的化合物都具有放射性，并发现了元素镭，同年居里夫妇从铀矿石中提取出镭。此后铀的应用范围扩大到了医疗等方面。但到1940年以前，全世界生产的铀的总量不超过4000吨，提取的镭约仅1000克。,铀放射性的发现至铀核裂变能的发现之前 1896至1939,1939年德国物理化学家哈恩和斯特拉斯曼发现铀核裂变时能释放出巨大的能量: 1Kg单质铀（U235）能量相当于20000吨TNT； 1Pound U235完全燃烧可代替1360吨优质煤）。 铀有三种放射性同位素，其中U234占0.0056%；U235占0.7205%；U238占99.2739%。,铀核裂变能的发现到核能的利用时期 1939至今,铀资源双重用途： 核武器和核反应堆； 核电站的和平利用。 第二次世界大战以后（1945），铀资源越来越引起人们重视。 该时期铀矿地质工作存在三个地质勘查阶段（生产、科研、理论专著、成果等全方位发展）。,核能的利用,1945年8月美国在日本的广岛，长崎投放了二颗原子弹，这二颗原子弹展示了原子能的威力，拉开了世界核武器竞赛的序幕，铀矿由此成为战略资源。,核能在军事方面的应用,核能的应用,1946年前苏联建成第一座反应堆。1949年9月，前苏联第一颗原子弹爆炸成功，虽比美国晚了4年多，但是使美国失去了对原子弹的垄断。 1952年6月14日，美国第一艘核潜艇“鹦鹉螺号”下水，11月1日在爱纽维特克进行首次氢弹试验并获成功。,核能在军事方面的应用,氢弹的爆炸威力相当12兆吨的TNT炸药，其威力相当广岛原子弹的600倍。 前苏联与美国的核竞争，1953年8月在西伯利亚进行了最初一次氢弹试验，并获得成功，两个超级大国便开始了耗费千百亿美元的核竞争。,核能在军事方面的应用,1954年6月2日前苏联原子能发电站开始运转； 1956年10月17日，英国柯达霍尔第一号原子能发电站开始运转；美国于1975年建成第一个原子能发电站。,核能的和平利用,截止目前，全世界已经有400多座核电站，年发电量占全世界总发电量的17%。 其中，法国核电装机占总装机的78%，日本核电装机占总装机的36%，美国核电装机占总装机的20%，韩国核电装机占总装机的42%，中国大陆仅占1.6%。 法国，比利时，保加利亚，斯洛伐克，瑞典其核电发电量占总电量的比例已逼近50%及以上，成了国家能源供给命脉。,核能的和平利用,MWdMegawatt per day; PWRpressurized-water reactor; BWRboiling water reactor,核能的和平利用,核能的和平利用,,Company Logo,核能碳排放量最低！,不同能源链温室气体排放系数（等效碳 g/kwh）,,Company Logo,中国核电,,Company Logo,核电目前在我国电力中所占比例很小，占1.6%左右,田湾核电站,大亚湾核电站,岭澳核电站,秦山核电站,Company Logo,我国中长期发展规划提出大力发展核电,图中所示，到2007年为止的情况是我国目前的现状。2007年以后到2020年的状况，根据核电中长期发展规划中提出的核电建设项目进度设想安排。为了同时考虑首炉装料的影响，人为设定了当年投入运行的核电装机容量。2020年以后到2050年的状况，基本按十三五期间的建设速度安排，即每年有400万千瓦的核电装机容量投入运行。,我国核电运行装机容量发展趋势预测,,Company Logo,我国核电发展对铀资源的需求,我国天然铀需求和累计需求趋势预测,我国天然铀需求和累计需求趋势预测,医学:用来诊断治疗疑难病症，研究生物机体内的反应； 食品保存，起保鲜作用； 种子改良； 成分的分析中子活化法测微量元素； 材料的鉴别等等 铀矿链的产品从军用广泛走向了民用，从而在国民经济地位越来越显得重要。,原子能在社会各个领域的广泛应用：,1）第二次世界大战后到二十世纪五、六十年代：第一次找铀高潮,南非的维特瓦斯兰德矿床（1945年确定了砾岩中普遍含铀，1952年开始对铀作副产品回收，到1999年底已产U3O815万mt）;,铀矿地质工作的三个地质勘查阶段,铀核裂变能的发现到核能的利用时期 1939至今,加拿大的布兰德河矿床（1948年开始勘探，到1990年已产U3O813万mt），大熊湖地区的比弗洛支、埃尔多拉多。 美国科罗拉多、犹他、内华达、怀俄明等州及新墨西哥的格兰茨矿区进行大量的勘探工作，获得了一批铀矿床，该时期所获的铀矿储量，全球（仅指市场机制的国家）达80104t，年开采量达18200mt。,1）第二次世界大战后到二十世纪五、六十年代：第一次找铀高潮,前苏联乌克兰和东欧的波希米亚地块也陆续发现了一批新铀矿床。 该时期，沉积成因的矿床在市场经济为主的世界中占主导地位，其中铀储量占90%，开采量占80%，促进了外生作用中铀矿物（次生铀矿物）及铀的地球化学和铀的成矿作用的研究，取得了一系列成果。,1）第二次世界大战后到二十世纪五、六十年代：第一次找铀高潮,在外生成矿作用方面，提出卷型铀矿床的成矿模式，进行了卷状铀矿床形成的模拟试验，创立了砂岩型铀矿成矿理论，前苏联将其归纳成层间氧化带成矿； 在内生成矿方面，前苏联和法国地学工作者对花岗岩体中铀的存在形式作了系统研究，通过浸出试验，发现花岗岩中有相当一部分铀易被稀酸和天然水溶液浸出。,1）第二次世界大战后到二十世纪五、六十年代：第一次找铀高潮,论著方面：1955年和1958年，联合国组织在日内瓦召开了两次和平利用原子能会议，会上各国铀矿地质工作者就铀的性质、铀矿物特征、铀地球化学、铀成矿作用提出了一系列论文；前苏联和美国相继出版了系列铀矿地质学的著作，铀矿物学、表生带铀的地球化学，铀地球化学的基本特征铀、钍地球化学手册，铀矿普查与勘探，铀矿普查勘探方法。中国出版了普通矿产及铀矿找矿勘探地质学。,主要表现是： 新的铀矿类型不断被突破；富、大型铀矿床不断发现；世界铀矿资源大幅度增长。 按联邦德国原子经济1988年报道资料，非中央计划经济世界控制铀矿资源，与1959年的80104t相比，三十年后铀资源量翻了34番。,2）二十世纪七十八十年代前后： 发展高峰期,铀矿地质工作的三个地质勘查阶段,铀矿化类型：有内生和外生或表生类型； 成矿时代：元古代到古生代直到中新生代都有； 成矿主岩：类型有变质岩或花岗岩、火山岩、沉积岩、碳酸盐、磷块岩； 成矿地质背景：有挤压造山、次造山环境、拉张、次拉张环境； 成矿产出地质部位：有元古宙不整合面型、准不整合型等等；各种类型均发现有大型、超大型铀矿床。,2）二十世纪七十八十年代前后： 发展高峰期,矿床实例有： 1970年发现的北澳的贾比卢卡矿床。 1968年发现的加拿大阿萨巴斯卡盆地中拉比特(Rabbit)湖矿床、 1975年发现凯湖矿床； 1966年发现非洲尼日利亚的阿尔利特砂岩型铀矿。纳米比亚的罗辛白岗岩型铀矿床；,2）二十世纪七十八十年代前后： 发展高峰期,1975年发现南澳的隐爆角砾杂岩型奥林匹克坝矿床； 1966年发现俄罗斯斯特烈措夫矿田火山岩型铀矿床（红石矿床）； 1973年发现了澳西区钙结岩型伊利里铀矿床。,2）二十世纪七十八十年代前后： 发展高峰期,铀矿新理论，新方法充分应用于铀矿勘查中，铀矿研究成果推动了铀矿地质学的发展。 推动了区域地质研究； 推动了盆地动力学特征研究； 盆地沉积体系研究； 岩浆岩特征及演化规律研究； 推动了矿石建造、矿化类型、成矿模式、成矿系列、找矿模式研究；,2）二十世纪七十八十年代前后： 发展高峰期,推动了岩石地球化学、微量元素地球化学、同位素地球化学研究； 推动了水文地球化学、生物地球化学研究； 推动了遥感地质研究； 推动了一系列新方法，如航空能谱测量（U、Th、K）、径迹法、活性炭法、210Po法、218Po法； 推动了核探测仪器的大发展，推动环境和辐射防护工作，推动了核废料地质处置的研究等。,2）二十世纪七十八十年代前后： 发展高峰期,突出理论研究是该时期的特点。 一些国家设立了专门的研究所及专门部门或公司从事铀矿地质研究。造就了一批著名的铀矿地质学家，建立起了比较系统的铀成矿理论和普查勘探方法，涌现出了一批展示铀矿地质学研究成果的代表性著作和论文。,2）二十世纪七十八十年代前后： 发展高峰期,铀矿采矿工艺的创新，使砂岩型铀矿研究走上新的阶段 砂岩型铀矿的地下开采转为地下溶浸开采是铀矿采矿工艺上的创新，该项试验从六十年代中期开始，六十年代后期试采成功。,新的层间氧化带矿床成矿模式建立，新的地浸砂岩铀矿成矿理论日趋完善，为九十年代铀矿地质走上低谷时，寻找低成本，高效益铀矿资源奠定了理论基础。,2）二十世纪七十八十年代前后： 发展高峰期,高浓缩铀充斥市场：由于冷战结束，前苏联解体，高浓缩铀转为非军事用途，1994年苏美签订了20年的高浓缩铀转化协议，协定生效的第一个5年中，美国浓缩铀公司必须每年购买10t高浓缩铀，相当于310t低浓缩铀，等同于3100t金属铀，在其余15年中每年须购30t高浓缩铀，相当每年提供9300t金属铀。,3）上个世纪九十年代：低谷期,铀矿地质工作的三个地质勘查阶段,冷战结束，铀的军事用途被遏止，库存铀的大量抛售引起供需失调，再加上美国三哩岛核电站和乌克兰切尔诺贝里核电站事故等系列原因，导致了铀矿地质生产出现了自九十年代后的低谷期。,3）上个世纪九十年代：低谷期,铀矿地质勘查投入费用减少：仅非中央计划的国家，1986年为18100万美元，1992年减为11900万美元，1994年减为6900万美元。之后19951997年又出现短期回升，总额达1.53亿美元，但到1998年勘察费用又重新下降并一直持续到2001年，仅有8300万美元。,3）上个世纪九十年代：低谷期,全球铀的生产量减低：1994年降到31448t，而世界铀需求为56900t。2000年全球核反应堆所需求的铀量为61176t，当年的铀生产大约为36000t，铀的价格逐步下跌，促使一批铀矿山被关闭。,3）上个世纪九十年代：低谷期,铀的市场价格下跌：1996年7月为42.9美元/kgU，1997年全年平均31.43美元/kgU，1998年全年平均23.43美元/kgU，1999年27美元/kgU。 铀的勘查力量减弱，铀矿生产的萧条也带来了整个铀矿地质行业的不景气。,3）上个世纪九十年代：低谷期,核事故的阴影。 1979年3月：美国三里岛核泄漏； 1986年4月： 苏联切尔诺贝利核电站爆炸 。,3）上个世纪九十年代：低谷期,2011年3月：日本福岛核泄漏。,该阶段铀矿地质的工作思路是： 围绕 “低成本、高效益”铀矿的成因，产出特点进行系统研究，各种类型的可地浸砂铀矿和富、大的不整合面型铀矿床成了各国找矿重点。 砂岩型铀矿的地浸生产也就在这个时期崭露头角。,3）上个世纪九十年代：低谷期,地浸砂岩铀矿采矿工艺,鄂尔多斯,地浸砂岩铀矿矿石(松散),铀矿产品:黄饼(碳酸铀酰铵或重铀酸铵),3）上个世纪九十年代：低谷期,Anticipating a Nuclear Power Renaissance,The WNA forecast a sharp nuclear growth: total nuclear capacity in 2020 will be between 445 GW and 518 GW (+20 to 40%),起步阶段：中国的铀矿地质于上个世纪50年代起步，60年代发现了一批铀矿床，并建立起铀矿地质学的教学、科研系统。 发展阶段：7080年代是大发展阶段，中国在铀矿类型上总结了自己的四大类型：花岗岩型、火山岩型、砂岩型、碳硅泥岩型铀矿床的控矿因素、成矿特征、成矿环境、成矿模式。,中国的铀矿地质发展,学科发展标志：出版了一系列的专著 “铀矿物学”、“铀地球化学”、“铀矿床学”、“铀矿地质简明教程”、“花岗岩型铀矿”、“铀矿田矿床构造”、“铀矿找矿勘探地质学”等等； 创办了“铀矿地质”和“世界核地质科学” 刊物。,中国的铀矿地质发展,三、铀资源的概况,自20世纪60年代中期以来，国际经济合作与发展组织（OECD）的核能机构（NEA）与国际原子能机构（IAEA）在其成员国的协作下，联合出版了有关世界铀资源，铀生产与铀需求的定期刊物，俗称“红皮书”，1973年以后，“红皮书”每两年一版，但九十年代初之前的世界铀资源，通常不包括中国、俄罗斯（含前苏联）及东欧国家的储量，被称为非中央计划经济国家铀储量。,U,WORLD MAIN URANIUM DISTRICTS,Very large,Large,Medium,WORLD URANIUM PRODUCTION - 2005,2 countries are producing 51% 7 countries are producing 89%,2 companies (CAMECO and AREVA) are producing around 30 % of the worldwide uranium production,CIS = 22%,Total 2005: 41 250 tU. Production in %,Red Book 2005,The Nuclear Renaissance is a fact,China and India could account for at least 40% of the world nuclear power plant population by 2035 USA, Canada, UK, Russia and other countries have shown a growing interest in maintaining nuclear power,30 countries, representing 2/3 of the world population, clearly support the option of nuclear energy,铀资源/储量按可信度分为： 可靠储量（RAR）， 一级估算附加资源量（EAR-1）； 二级估算附加资源量（EAR-2）和推测资源量（SR）。 已知资源：RAR和EAR-1 的合并； 未查明资源：EAR-2和SR的合并。,三、铀资源的概况,实证的可靠储量(Study RAR) 是具有最高可信度的铀资源，随市场需求的增加将被优先开放； 属性未完全确定的可靠储量(Non-Attributed RAR)指其生产成本尚未直接论证可归属于RAR级的那些已知铀矿床的资源量。 可靠储量(Reasonably Assured Resources)是指产于具有一定规模、品位和形态的已知矿床中的铀。,三、铀资源的概况,2、铀资源的已知资源主要集中在十个国家和地区，这十个国家的铀资源量占了全球铀资源量的90%。,1、铀资源的已知资源(RAREAR-1)近十五年来变化不大，80美元/kgU在300104t摆动， 130美元/kgU在400104t摆动。,三、铀资源的概况,Reasonably Assured Resources for top 10 uranium resource countries,3、部分国家铀资源未统计在内，如俄罗斯RAREAR1类资源 52104t (2000年)，乌兹别克斯坦预测231500t，保有储量170000t(2002年)，总和将近40104t，这样世界铀矿储量的保持储量将会在前面数字上增加40104t。 4、铀成矿类型虽然繁多，但具有规模的只有砂岩型、含铀砾岩型、元古宙不整合面型、脉型、交代型、角砾杂岩、含铀白岗岩型、伟晶岩型。,三、铀资源的概况,Exploration expenditure, discoveries and resources,铀矿的工业指标系指矿床储量的最低限量，最低可采品位和最低可采厚度。 确定铀矿的工业指标的依据是： （1）已发现矿床的储量和矿石品位 （2）矿床开采技术条件和经济指标：即铀矿勘探、开采和冶炼过程中所消耗的总成本需低于所能获得金属铀的实际价值和国际市场上商品铀的价格。,四、铀矿的工业指标,中国的标准是 含u% 前苏联的标准 含u% 一级：极富矿石 1% 1% 二级：富矿石 0.51% 0.31% 三级：普通矿石 0.10.5% 0.10.3% 四级：贫矿石 0.050.1% 0.050.1% 五级：极贫矿石 0.05% 0.030.05%,对矿石品位的要求：,四铀矿的工业指标,U3O8为0.070.08%，铀矿单独开采的最低工业品位； U3O8为0.050.06%，开采费用和技术加工费用低的品位； U3O8为0.010.04%，矿石中含有其它有用组分。 地浸采铀可大大降低铀品位，为1kg/m2,品位金属铀 0.1%。,四铀矿的工业指标,对矿石品位的要求：在世界范围内,没有统一的分级标准，西方国家多采用如下分级，以U3O8计算储量： 巨型矿床10万吨U3O8； 大型矿床110万吨U3O8； 中型矿床1千1万吨U3O8； 小型矿床5001000吨U3O8,对矿床储量的要求：,四铀矿的工业指标,我国及前苏联都是以金属铀进行分级划分的。 在我国： 巨型矿床1万吨金属铀； 大型矿床300010000吨金属铀； 中型矿床10003000吨金属铀； 小型矿床5001000吨金属铀,四铀矿的工业指标,对开采厚度的要求：,一般要求不能低于0.7m。,地浸砂岩型铀矿对铀品位的要求要低得多，但有一个综合的参数作为衡量标准，即平米铀含量大于1/，品位大于万分之一（0.01%）,四铀矿的工业指标,根据分类目的，分类原则和解决问题的实质，矿床分类有： 工业分类； 勘探分类； 成因分类。,铀矿床及铀地化,铀矿床的分类,矿床分类有： 工业分类：根据矿床开发利用的需要，主要按照它的物质组成、性能和用途，并以矿床成因类型为基础所进行的分类。 勘探分类：根据主要地质特点和影响矿床勘探难易的主要地质因素，将特点相似的矿床加以综合与概括而划分的类型。 成因分类：矿床成因分类方案是对各种矿床的成因和它们在自然界成矿作用系统中的位置及与有关矿床相互联系的总结和概括，不同时期的矿床成因分类都是当时对矿床成因认识程度和水平的总体反映。,铀矿床分类概述,按成矿作用和成矿温度划分； 按地质构造环境； 以含矿主岩为