砂岩型铀矿地浸开采过程中电法勘查技术的应用

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2018.04.21

摘要/Abstract

摘要：

原地浸出采铀是一种利用砂岩型矿层对水的渗透性,采用注、抽液孔向含矿岩层注入“溶浸液”和抽取“浸出溶液”而获得铀的先进采矿技术。研究井场下方 “浸出液”分布范围,不仅能掌握矿体的被覆盖程度和矿床开采率,且对于地下水体污染监控具有重要意义。对内蒙古二连盆地某铀矿地浸开采试验基地进行电法勘查,以对铀矿地浸开采过程进行监测试验。具体采用可控源音频大地电磁测深法(CSAMT)和时间域激发极化法对试验井场进行探测试验。试验区以抽孔为中心布设一个18×18的测网,测网的线距和点距均为10 m。电法探测试验时,对穿过抽、注井的5条纵向和4条横向测线进行了CSAMT观测,并对全区进行中间梯度激发极化测量。经过数据处理和反演得到了中梯装置视极化率平面等值线图及CSAMT二维电阻率模型,并结合研究区域已知资料进行解释,认为电阻率断面上井场区域下方的低阻异常带反映了地浸开采过程“溶浸液”的地下分布状态;视极化率平面等值线图上显示的抽注单元下方的大片低极化率异常,可能是由地下浸出液与岩层组成的离子导电体系“薄膜极化”效应产生的异常带。

关键词: 原地浸出, 浸出液, 电法勘察技术, 电阻率, 极化率, “薄膜极化”效应

Abstract:

In-situ leaching for uranium is an advanced technology which extracts uranium by injecting leaching solution into the ore-bearing formation and pumping lixiviate out from the ore-bearing formation based on the water permeability of the sandstone orebed.Studying the distribution range of the leaching solution below well field will not only help to learn the coverage range of the orebody covered by leaching solution and mining rate, but also be significance to monitoring the underground water pollution. Electrical prospecting methods were carried out in the Uranium In-Situ Leaching(ISL) Test Base in Erlian Basin of Inner Mongolia in order to perform a monitoring test on the course of ISL for uranium. The monitoring tests consist of controlling source audio magneto telluric method (CSAMT) and time domain induced polarization method (TDIP).The test area was divided by an 18×18 survey grid with the both line-line and dot-dot space of 10 m apart. During the test, CSAMT was performed on 5 longitudinal and 4 transverse prospecting lines which crossed through the well unit and TDIP was conducted on the whole well field. A plane polarizability contour map of TDIP and a 2-dimensional apparent resistivity model were obtained after data processing and inversion. Combining the result with the geological information known in the test area, it is considered that the low resistivity anomaly region in the apparent resistivity profile below the pumping well unit is the reflection of the distribution state of the leaching solution underground during the in-situ leaching process, meanwhile,a massive low-polarizability anomaly region in the plane apparent polarizability contour map below the pumping well unit is caused by film polarization effect occurring within the ionic conduction system which consists of leaching solution and rock formation.

Key words: in-situ leaching, solution, electrical prospecting method, resistivity, polarizability, thin film polarization

中图分类号:

P631.3

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图/表 15

图1 研究区位置 1.国道;2.省道;3.机场;4.城镇;5.铀矿区;6.国界

Fig.1 Location of the study area

图2 地浸开采试验单元结构及地球物理工作布置

Fig.2 Sketch map of a certain in-situ leaching mining unit and geophysical sites

图3 Ⅰ号地质剖面(引自文献[4]) 1.氧化带;2.还原带;3.泥、粉砂岩夹层;4.矿体;5.过滤器位置;6.地层代号

Fig.3 Profile of geological section Ⅰ (after reference [4])

图4 Ⅰ号水文地质剖面图(引自文献[4]) 1.含矿含水层;2.隔水层;3.局部隔水层;4.矿化段;5.过滤器位置;6.地层代号

Fig.4 Profile of hydrological section Ⅰ (after reference [4])

表1 二连盆地三侧向电阻率测井物性参数表

Table 1 Physical resistivity parameters of lateral resistivity logging in Erlian Basin

序号	岩性	钻孔个数	视电阻率/(Ω·m)
1	泥岩	33	2.25~8.46
1	泥岩	33	7.63
2	粉砂岩	33	7.83~14.38
2	粉砂岩	33	12.50
3	细砂岩	37	12.78~18.69
3	细砂岩	37	16.72
4	中砂岩	35	17.69~27.81
4	中砂岩	35	22.81
5	粗砂岩	35	22.75~38.69
5	粗砂岩	35	28.62
6	砂质砾岩	34	28.62~44.52
6	砂质砾岩	34	33.25
7	砾岩	37	29.21~48.26
7	砾岩	37	37.52

表2 二连盆地地层电性特征统计

Table 2 Characteristics of electrical properties of formations in Erlian Basin

地层			代号	主要岩性	电阻率/(Ω·m)
第四系			Q	黄土、黏土	3~30
				碱、盐、淤泥	0.2~5.0
				干砂、砾石	100~300
				湿砂	30~60
第三系			R	砂砾岩、泥岩、砾石以石英为主,次为火山碎屑岩	5~100
白垩系	上统		K₂	砂泥、砂砾岩互层	6~15
	下统	赛汗塔拉组	K₁bs	砂砾石、含砾砂岩夹泥岩夹煤层	6~35
		腾格尔组	K₁bt	泥岩、粉砂岩	2~12
		阿尔善组	K₁ba	上部为砂砾岩、含砾砂岩、夹泥岩,中部为泥岩、泥质砂岩,下部为巨厚的砂砾岩	5~58
侏罗系	上统		J₃	火山碎屑岩、火山熔岩	50~300
侏罗系	下统		J_1-2	砂岩、泥岩、炭质页岩	80~500

表3 研究区岩石极化率参数

Table 3 Rock polarizability in the study area

岩石类型	块数	极化率
岩石类型	块数	变化范围	平均值
硅化岩	29	0.350~1.206	0.82
板岩	11	0.31~6.11	2.96
变质细砂岩	32	0.567~2.485	1.31
粗面岩	2	0.13~3.63	1.88
二长花岗岩	32	0.471~2.437	1.38
砂岩	12	0.39~6.18	1.52
绢云片岩	4	0.40~1.13	0.67
砾岩	1	0.36	0.36
玄武岩	10	1.11~3.85	2.09
石英斑岩	1	1.84	1.84
石英闪长岩	32	0.976~2.722	1.91
流纹岩	30	0.21~2.85	1.55
凝灰岩	23	0.12~3.47	1.00
英安岩	12	1.54~3.31	2.43
花岗岩	32	0.853~2.533	1.54
辉绿岩	10	3.21~5.02	4.39

图5 NS08、NS10、NS12三条测线测点实测CSAMT测深曲线

Fig.5 Actual CSAMT sounding curves of 3 points on lines of NS08, NS10 and NS12

表4 研究区纵向测线数据MT二维反演RMS

Table 4 RMS for MT two-dimension inversion of longitudinal line measurement data in the study area

线号	NS02	NS03	NS04	NS05	NS06	NS07	NS08	NS09	NS10
RMS	1.40	1.33	1.26	1.36	1.16	1.21	1.11	1.02	1.06
线号	NS11	NS12	NS13	NS14	NS15	NS16	NS17	NS18	NS19
RMS	1.09	1.45	1.46	1.24	1.52	1.40	1.45	1.21	1.25

表5 研究区横向测线数据MT二维反演RMS

Table 5 RMS for MT two-dimension inversion of transverse line measurement data in the study area

线号	WE01	WE02	WE03	WE04	WE05	WE06	WE07	WE08	WE09
RMS	1.47	1.25	1.24	1.38	1.25	1.38	1.29	1.00	1.10
线号	WE10	WE11	WE12	WE13	WE14	WE15	WE16	WE17	WE18
RMS	1.24	1.51	1.43	1.12	1.62	1.11	1.13	1.35	1.46

图6 NS08、NS10、NS12三条测线数据MT二维反演的拟合结果 (a1)—(a3)实测视电阻率;(b1)—(b3)模型视电阻率响应;(c1)—(c3)实测相位;(d1)—(d3)模型相位响应

Fig.6 Two-dimension inversion of fitting results for MT data of lines of NS08, NS10 and NS12

图7 NS08—NS12剖面电性结构平面图

Fig.7 Vertical profiles of lines from NS08 to NS12

图8 WE09—WE12横向剖面电性结构平面图

Fig.8 Horizontal profiles of lines from WE09 to WE12

图9 研究区0.2 s延时的激电中梯视极化率剖面平面图

Fig.9 Plane view of apparent polarization profiles with 0.2 s power-off delay in the study area

图10 TS1-供电时间2 s、延时0.2 s的视极化率(ηsx)平面等值线剖面

Fig.10 Contour map of apparent polarizability (ηs) with 2 s power-on time and 0.2 s power-off delay

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