کانسارهای ماسه سنگی اورانیوم تکنیکها و روشهای اکتشافی

دسته زمین شناسی اقتصادی واکتشاف
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و یکمین گردهمائی علوم زمین
نویسنده فرید بلورچی‌فرد*سیدمحسن مرعشی
تاريخ برگزاری ۲۷ مهر ۱۳۸۴

Abstract:
Some deposite have a surface expression while others are completely hidden, blind deposits. Conventional vein deposits, calcrete, and intrusive associated deposits, frequently have a surface expression. In such case direct evidence is sought.
However, many other types of deposits such as sand stone hosted, protozoic quartz-pebble, conglomerates, unconformity related and other flat or nearly expression. Inboth cases the geological environment will dictate to large extent the exploration method to be employed.
A sandstone uranium deposit, taken in its broadest and most simplistic sense, is an epigenetic are not distributed at random in the earth’s crust. They are geologically controlled. The uranium exploration geologist should therefore:
Have a good knowledge of the charactristics of uranium deposits (recognition criterias), and geological environments where they are found and,
Be familiar with exploration techniques commonly used in uranium exploration

چکیده
در این مقاله سعی شده است چگونگی شناسایی کانسارهای اورانیوم از انواع مساه سنگی با توجه به تکنیکهای استاندارد جهانی اکتشاف مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار گیرد و همچنین در سلولهای مناسب جهت اکتشاف اینگونه ذخایر پیشنهاد شده است که مطابق آن معیارها می‌توان جهت اکتشاف مناطق مستعد مورد استفاده قرار گیرد در هر حال ذخایر اورانیوم از نوع ماسه سنگی ذخایر دیرزاد اورانیوم می‌باشند که بسادگی قابل استحصال و بهره‌برداری هستند، بشرط اینکه زمین شناسان از دانش و تجربه کافی در شناسایی اینگونه ذخایر برخوردار باشند.
 
مقدمه:
پخش و گستردگی هر کانی درسطح زمین بصورت تصادفی نبوده و بطور مشخص توسط عوامل زمین‌شناسی کنترل می‌شود. پس زمین‌شناسان با بهره‌گیری از دانش بالا و پی‌‌بردن به این عوامل می‌توانند به اهداف خود نائل گردند. در این مقاله سعی شده است تا با آشنایی کانسارهای رسوبی بخصوص تیپ ماسه‌ سنگی اورانیم و ویژگی‌های آن از نظر سنی و سنگ میزبان و مدل‌های زایشی تشکیل آن و در نهایت مقایسه با محیط‌های تشکیل دهنده بررسی اجمالی صورت گیرد.
بخش اول
تعریف:
طبق تقسیم‌بندی بین المللی انرژی هسته ای (IAEA) ذخایر اورانیوم ماسه‌سنگی یکی از 13 نوع خایر اوانیوم جهان را تشکیل میدهد. این ذخایر در حدود 7/41 درصد از کل ذخائر اورانیوم دنیا را شامل می شود (ترخانف و همکاران 1994). این منابع در سوبات ماسه سنگی دانه متوسط تا دانه درشت در یک محیط رسوبی وجود دارند، ایجاد می‌گردند. اورانیوم تحت عوامل مختلف که شرایط احیاء (Reduction) را فراهم می‌نماید در ماسه‌سنگها رسوبگذاری می‌کنند. این عوامل می‌توانند موارد چون حضور مواد کربناته (موادتخریبی گیاهی، گیاه خاک‌های تغییر شکل یافته، جلبک‌های دریایی) سولفیدها( پیریت) هیدروکربن‌ها(نفت)، ولکانیک‌های بین لایه ای با مقادیر فراوانی از کانیهای فرومننیزین (مثل کلریت) باشند. توده‌های معدنی از این نوع عمدتاً عیار پایین تا متوسط (05/0 تا 4/0 درصد ) و توده‌های انفرادی از نظر ابعاد کوچک تا متوسط هستند. (حداکثر تا 000/50تن ) و کانیهای اصلی آنها اورانینیت (Uraninite)، کوفی‌نیت (Coffinite) می‌باشد. عملیات معمول معدن کاری و خرد کردن در ذخایر ماسه سنگی بطور گسترده توسط متدهای معدن کاری شستشو یا انحلال درجا (In-Situ leaching) صورت می‌گیرد.
ذخایر بزرگ اورانیوم ماسه سنگی در آمریکا (Texas Gulf Coast) و استرالیا (Honey moon Beverley) و همچنین در کشورهای نیجر، قزاقستان، ازبکستان، گابن و جنوب آفریقا وجود دارد. ذخایر اورانیوم ماسه سنگی در استرالیا 6درصد کل ذخایر اورانیوم این کشور را شامل می‌شود.
 
انواع ذخایر ماسه سنگی اورانیوم:
الف: ذخایر ماسه سنگی اورانیوم نوع هلالی
 
Roll Front Type Deposits
ب: ذخایر تخت
 
Tabular Type Deposits
ج: ذخایر نوع تکنونیکی-لیتولوژیکی
 
Tectonic Lithologic Deposits
 
الف- ذخایر اورانیوم ماسه سنگی نوع هلالی
این نوع ذخایر توده‌های مشخصی از کانی‌زایی بوده که بطور عرضی درون لایه‌های ماسه سنگی جای دارند. این ذخایر از طریق آبهای زیرزمینی واجد اورانیوم در لایه‌های آبدار و سفره‌های آب زمینی (Aquifer) تشکیل می‌گردند. اورانیوم و فلزات نظیر مولیبدن، وانادیوم، سلنیوم در آب نامحلول بوده و تا وقتی که آب زیرزمینی جاری می‌گردد از مرز بین محیط اکسیدان و احیا عبور می‌کرده و در این محل ذخیره‌ای را بنام ذخیره هلالی ایجاد می‌نماید. اساساً 3واحد رخساره سنگی اصلی در طول یک ذخیره هلالی قابل شناسایی و بررسی می‌باشد که عبارتند از   A-زون احیاء   B-زون اکسیدان C-زون کانه
A- زون احیاء: ماسه سنگهای زون احیاء دارای 95درصد کوارتز ریزدانه تا متوسط دانه، نسبتاً گرد شده تا نسبتاً زاویه دار بوده که با مقدار کمی رس و چرت بعنوان زمینه ماتریکس نمایان است. تمامی ماسه سنگها توسط قطعات تخریبی در بر گرفته شده‌اند. همچنین میزان کمی مواد ذغالی و پیریت که مولفه اصلی محیط احیاست قابل مشاهده می‌باشد.
B- زون اکسیدان: ماسه سنگهای زون اکسیدان اورتوکوارتزیت‌هایی هستند که هیچگونه مواد ارگانیک و پیریت در آنها یافت نمی‌شود. منطقه اکسیدان به سبب پوشش هماتیتی بر روی دانه‌های کوارتز برنگ قرمز می‌باشند و کمترین میزان را از نظر وجود چرت نسبت به دوزون دیگر داراست.
عواملی که باعث ایجاد یک زون اکسیدان مناسب می‌گردد عبارتند از 1-وجود رسوبات مناسب از لحاظ لایه‌بندی رسوبی         2-ژئومورفولوژی مناسب برای انتقال اورانیوم از منبع 3- اصول لیتولوژیکی اولیه جهت ایجاد این نوع کانسارها و کنترل حرکت سیال
4-ساختارهای تکتونیکی بزرگ و کوچک.
منطقه اکسیدان که غالباً در نزدیکی محل کانسار قرار دارد. معمولاً با ماسه سنگهای لیمونیتی به رنگ زرد قهوه‌ای و همانگونه که ذکر شد هماتیت‌های قرمز رنگ قابل تشخیص هستند. در غالب مناطق در زون اکسیدان هم در متن سنگها و هم بصورت پرشدگی داخل سنگها حضور لیمونیت بفراوانی گزارش شده است. همچنین حضور کانیهایی نظیر ژاروسیت و کلسیت می‌تواند نشانه‌هایی از خارج شدن از محیط اکسیدان باشد.
از نظر تمرکز فلزات می‌توان فلزاتی نظیر وانادیوم، سدیم، آهن و آنیون‌های بی‌کربنات، کربنات و سولفاتها را در زون اکسیدان به همراه کانیهای تبخیری بیان نمود. پس برای تعیین محدوده‌های اکسیدان شناخت محدوده‌های پایداری اورانیوم 4 ظرفیتی و 6 ظرفیتی و تعیین Eh و PH و مطالعات ایزوتوپی گوگرد نقش مهمی ایفاء می‌کند. واضح است که تشکیل سولفات‌ها در واقع نشانه تبدیل پیریت به آنهاست که گویای تبدیل شدن محیط احیا به زون اکسیدان است.
C- زون کانه: این زون حاوی اغلب عناصر ردیاب یا نادر می‌باشد و شامل اورتوکوراتزیت‌هایی با میزان متغیری از رس و مواد ارگانیک است. این منطقه با توجه به حضور اکسید اورانیوم معمولاً به رنگ زرد مایل به سبز بوده و توسط سطح آب در این مناطق می‌توان در یک حوضه توالی با تکرار این زونها را پیگیری و ردیابی نمود.
 
ب- ذخایر تخت
این ذخایر توده‌های بی‌قاعده، دراز و عدسی شکلی می‌باشند که بموازات روند رسوبگذاری که مشخصاً در کانال‌های (Paleo Channel) یا بر روی سنگ قرار گرفته‌اند. جهت مطالعه عملی این ذخایر و طرز تشکیل آنها بهتر است و باید به بررسی سیستم‌های تشکیل دهنده کانسارهای با منشاء هیدروژنیک پرداخت. این ذخایر از سیستم‌های فردپالایشی (Infiltration deposits) و فراپالایشی (Exfiltration) تبعیت می‌کنند.
ج- ذخایر نوع تکتونیکی / لیتولوژیکی
این نوع ذخایر عمدتاًدر مجاورت گسل‌های قابل نفوذ ایجاد می‌شوند.
 
 
بخش دوم
روش‌های اکتشافی
همانگونه که ذکر شد ذخایر اورانیوم بصورت تصادفی در سطح زمین گسترده نشده‌اند بلکه پخش آنها از نظر زمین‌شناسی کنترل شده است. زمین شناسان اورانیوم بایستی 2ویژگی عمده را دارا باشند. 1- دانش بالا از خصوصیات ذخایر (معیارهای شناسایی) 2-تکنیک‌های اکتشافی
همانگونه که می‌دانیم بعضی ذخایر سطحی بوده و همان آنکه بعضی دیگر کاملاً پنهان هستند(Blind deposits) در هر صورت محیط زمین‌شناسی ایجاب می‌نماید که متدهای گسترده و وسیع اکتشافی بخدمت گرفته شود تا بصورت فازهای اکتشاف و بایستی بصورت قالب‌کاری زیر تنظیم گردند:
A. انتخاب طرح و منطقه برنامه‌ریزی و انتخاب منطقه          B. فاز شناسایی
C: فاز پی‌جویی        D: فاز تفضیلی         E: فاز تکمیلی
 
تعریف کانسارهای ماسه سنگی از نظر زایشی
کانسار ماسه سنگی اورانیوم عبارت است از یک تمرکز دیرزاد (Epigenetic Concenteation) از اورانیوم که در یک سنگ میزبان از جنس ماسه سنگ تجمع حاصل می‌نماید. این تعریف کلی بوده و قادر نیست جزئیات را شرح دهد. خصوصیات با مشخصه‌های تیپ ماسه سنگی فاکتور کلیدی است. بعنوان مثال بعضی از آنها که مشخصه یک ذخیره ماسه سنگی تیپیک است یا بر عکس غیرتیپیک عبارت است از اندازه دانه‌بندی ماسه‌سنگی و یا برخلاف آن اندازه دانه‌ها در حد سیلت و رس، کنگلومرا که در صورت اول ماسه سنگی تیپیک و در حالت دوم غیرتیپیک می‌باشد. شکل یا فرم کانسار می‌تواند فاکتور مشخصه دیگری باشد. به این صورت که تمرکز کانی اورانیوم توسط ساختارهای رسوبی کنترل شود و یا اینکه برخلاف آن توسط ساختار شکستگی‌های تکتونیکی کنترل شده باشد.
فرایند تشکیل ذخایر اورانیوم ممکن است عامل کلیدی دیگری باشد. بعنوان مثال نوع اپی‌ژنتیک در مقابل سن ژنتیک، تشکیل درجه حرارت پایین در مقابل درجه حرارت بالا و کانی سازی سیال آن که آبهای زیرزمینی هستند، در مقابل آنهایی که سیال‌های هیپوژن کانی‌سازی را ایجاد نموده‌اند تمام عوامل یاد شده تعریف اصلی را تغییر می‌دهد و هیچکدام به تنهایی عامل اصلی و تعیین کننده کافی نمی‌باشد.
نتیجه‌‌گیری
با توجه به تحقیقات زمین‌شناسان که در گزارش آژانس بین‌المللی انرژی اتمی آمده می‌توان دریافت که از 5 جنبه مختلف می‌توان این ذخایر را شناسایی کرد. این جنبه ها عبارتند از:
I سن سنگ میزبان   II تقسیم‌بندی اورانیوم بین رسوبات قاره‌ای و دریایی  IIIمحدودیت عرض جغرافیایی در تشکیل ذخایر ماسه سنگی  IV تأثیر شیب سنگهای سازند بر روی ذخایر ماسه سنگی V مطالعات ایزوتوپهای پایداری و مطالعات انکلوزیون‌های سیال
I – سن سنگ میزبان: از ماسه سنگهای قاره‌ای، ذخایر اورانیوم اساساً با مواد ارگانیک، مواد فسیلی از گیاهان خشکی همراه هستند. بدلیل آنکه مواد آلی قبل از دوران سیلورین وجود نداشته پس ماسه‌ سنگهای قاره‌ای در صورتی که فقط جوانتر از سیلورین باشند می‌توانند میزبان مناسبی برای اورانیوم باشند. ذخایر بایستی بیشتر اصولاً در سنگهای دارای شکستگی یافت می‌شوند. بنظر می‌رسد که این شکستگیها موقعیت اورانیوم را کنترل کرده و این کانی‌زایی می‌تواند انجام پذیرد.
II – از نظر شیمیایی و رسوب‌گذاری در سنگهای رسوبی و پرکامبرین و پالئوزوئیک زیرین در شیل‌های دریایی نه بطور خیلی گسترده تمرکز داشته در حالیکه در زمانهای بعد (سیلورین و جوانتر) اورانیوم در سنگهای رسوبی قاره‌ای فراوانی بیشتری دارد.
III- ذخایر اورانیوم در ماسه سنگها اساساً در عرض جغرافیایی 50درجه نسبت به استوا قرار دارند.آب و هوای این محدوده مرطوب بوده که بنظر می‌رسد فراوانی گیاهان فسیل شده و کربناته شده یک محیط احیا، برای رسوبگذاری اورانیوم بوجود آورده است. استثناء مهم آن ماسه سنگهای قرمز کربونیفر و پرمین در نیمکره جنوبی است که در عرض جغرافیایی آن بیشتر از 45درجه جنوبی است.
IV – ذخایر اورانیوم ماسه سنگی در سنگهای با شیب کم و عمدتاً کمتر از 5درجه قرار دارند. درصد بالایی از ذخایر ماسه سنگی در سنگهای با شیب کمتر از 15درجه قرار گرفته‌اند.
V – جهت مطالعه این ذخایر بایستی انکلوزیون‌های سیال، ایزوتوپ‌های پایدار، مطالعات مشابه در مورد ذخایر اورانیوم ماسه سنگی بایستی صورت گیرد. بیشتر این مطالعات در درجه حرارت پایین بوده هر چند که درجه حرارت بالا مطالعات ژئوشیمیایی این ذخایر ایزتوپهای پایدار مثل اکسیژن، کربن، هیدروژن و سولفور مورد بررسی قرار می‌گیرند. تکنیک ترمولومینسانس فیزیکی بعنوان ابزار مطمئن و مناسب جهت این منظور استفاده می‌شود.

کلید واژه ها: سایر موارد