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郭瑞,May 11, 2022
铀是战略性关键元素，可作为核反应的燃料，是国民经济和军事国防中的重要原料而砂岩型铀矿占世界铀矿种类的27%。本次盛家儒同学的报告重点集中在1）砂岩型铀矿成矿模型；2）煤-铀共生矿床类型；3）煤中铀的形态三个方面。
图 1. 富铀流体运移模式
砂岩型U型矿床形成于近环境温度下，在地下水位以下的渗透性砂岩含水层中。在氧化地下水从地表进入含水层的过程中，将把从上覆地层中浸出的U+6络合物输送到含水层的深部。当这些氧化性大气水遇到还原剂(如硫化物、有机物或碳氢化合物)时，溶解的U+6被还原。这种还原过程可能是由细菌介导的，导致不溶性含U+4矿物（如沥青铀矿(UO2)、铀石(USiO4·nH2O)或单体U+4或者难溶的U+4络合物）在含水层寄主岩石沉淀或吸附在有机质上。因此，这些含U+4的沉淀积累在氧化还原界面上，含有高达百分之几的铀氧化物精矿。
还原剂对于砂岩型铀矿的形成发育至关重要。通常情况下，铀储层砂体中还原剂丰度过低，层间氧化作用就相对发育，氧化带可能穿层而过，铀不能富集；而还原介质丰度过高，则层间氧化作用困难，无氧化带自然也就无法成矿；只有那些还原介质丰度适中的目的层，其氧化-还原环境能够处于平衡状态，层间氧化带推进速度缓慢且稳定，才能持续持久形成工业铀矿化。
含铀岩系的还原介质可以依据与铀储层砂体的产出关系划分为内部还原介质和外部还原介质。铀储层砂体的双重还原介质对铀成矿同等重要，铀储层砂体中的层间氧化作用直接与内部还原介质相关，但是当叠加有外部还原介质时，外部还原介质将通过不同的方式大大增强铀储层砂体的整体还原能力，这种组合的出现有利于稳定的层间氧化带发育和持续的铀成矿。
图2砂岩型铀矿的双重还原介质联合控矿机理的概念模型
前人在煤/煤灰中发现了各类稀有金属元素富集的现象。对于U来说，世界低阶煤平均U含量为2.9 ppm，世界硬煤平均U含量1.9ppm，然而，一些富铀煤的浓度从几百ppm到几千ppm不等。目前在我国的新疆伊犁盆地、吐哈盆地、内蒙古鄂尔多斯盆地、二连盆地、云南临沧帮卖盆地等地均发现了富铀煤。煤-铀共生矿床类型主要包括：同生成岩矿床、表生矿床等。其中同生成岩矿床由于无法持续的层间氧化还原，矿体规模小，含铀煤层通常位于不透水的粘土中；表生矿床是煤化开始后的褐煤-亚烟煤阶段通过表生渗透作用形成，由于煤盆地的表生渗透溶液循环作用，通常导致大型U矿床的形成。这些矿床位于煤盆地的边缘，富氧、高铀含量水域的区域。
图3同生成岩矿床
图4表生矿床（Seredin et al. 2008）
对于U在煤中的赋存形态，前人的研究表明，U在煤中可以以独立矿物的形式存在，这些U独立矿物主要分布在有机质或粘土矿物中，从煤中浸出的含U流体可能与含Si/Ti流体发生反应，形成U的矿物。铀矿还可以以类质同象的形式分散的存在于锆石、磷灰石、独居石、金红石等含U矿物中。
基于此，盛家儒同学提出了几个围绕高铀煤尝试使用U同位素的科学问题：富铀煤源-运-储过程；岩浆流体、大气流体对富U岩石的活化；成岩过程中U的赋存状态、迁移过程；煤、油、气对于U成矿的影响；煤燃烧过程中U的行为；对其他伴生的稀有金属元素富集的意义。
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