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中国铀(钍)矿地质与勘查的先驱和开拓者

——纪念谢家荣教授诞辰120周年

2017-7-27 17:42:06 来源:中国矿业报 作者:张立生

谢家荣对中国地质事业的贡献不只有石油领域。

1943年8月到1954年的11年间,关于中国铀(钍)矿地质与勘查的开拓性与奠基性工作,虽然也有如潘其云的文章所说的何杰等人的工作,但基本上都是谢家荣做的。但,这在一切有关中国铀矿或放射性矿产地质勘查历史的文章中,在有关中国核工业发展历史的所有文献中,都根本找不到。

图①:谢家荣著《广西钟山县黄羌坪铀矿苗简报》

本文要说的就是谢家荣在这期间所做中国铀(钍)矿地质与勘查的开拓性工作,包括他对国外有关铀钍矿产研究情况的关注,对相关科学情报的收集,对检测铀钍矿仪器的研制和宣传,以及铀钍矿的实地测勘、铀钍矿产地质的研究、中国铀钍矿找矿远景区的预测、中国铀钍矿产勘查的计划。

一、关注铀钍矿产地质情报

1945年,二战即将结束的时候,世界上第一次使用了原子弹,由此引发了人们对制造原子弹的铀钍矿产的关注。谢家荣在其主办的刊物《矿测近讯》上接连组织刊登了一系列文章,介绍有关铀钍矿产的基本知识和国外对铀钍矿产勘查的情况。这些文章有——

(一)1946年5月,《矿测近讯》第63期刊出张祖还先生写的《江苏东海磷矿述略》。谢家荣在该文后面加了一个“编者按”,对东海磷矿的成因提出了3种假说,并论及探矿计划,指出要注意其中可能有的放射性矿产。

(二)1946年12月,在《矿测近讯》第70期上发表他节译自《美国矿物学家》杂志第31卷第3-4期合刊上Yagoda的《利用α放射线在磨光面上研究铀钍矿物法》(节译)。该文详细介绍了在矿石磨光面上利用α射线研究铀钍矿物的方法。同期的《矿测近讯》上还刊出了张宗潢译自《矿业界》杂志1946年8月号的《放射性探矿术》,介绍利用γ射线的强穿透力进行包括铀钍矿产在内的矿产勘查的方法。

(三)1948年6月,在《矿测近讯》第88期上刊出了1948年4月11日华盛顿原子能委员会为奖励美国铀矿之发现及生产而公布的《美国原子能委员会奖励国产铀矿办法》。

(四)1948年9月,在《矿测近讯》第91期上刊发了余伯良8月26日寄自加拿大满地可的《加拿大探测铀矿近况》,概述了加拿大西北地区、大熊湖区、不列颠哥伦比亚省、安大略省和魁北克省的铀矿探测情况,包括铀的品位、产状、共生矿物,以及矿业经营情况。

(五)1949年3月,在《矿测近讯》第97期上刊出了赵宗浦的《苏联原子能矿产资源》,介绍苏联铀矿勘查的历史与现状,指出其已发现的铀矿主要产在中亚的吉尔吉斯斯坦、西伯利亚贝加尔湖西南,并指出这些铀矿产地都距中国新疆和东北很近,故将来中国新疆和东北有发现类似铀矿的可能。

二、研制检测铀钍矿物的仪器

在关注国外铀钍矿产勘查开发情况的同时,谢家荣还着手组织研制检测铀钍矿物仪器。1946年8月,为配合即将开展的大规模矿产勘查工作,将原有的物探人员和仪器加以扩充。

图②:谢家荣著《广西富贺钟区独居石矿简报》

据《矿测近讯》第66期载《本处物理探矿工作概况》报道:本处谢处长对物理探矿工作,向极重视,前曾与北平研究院合作,在艰苦之物质条件下完成电探工作多种。……由本年四月份起,陆续增加工作人员六七人,并拨款千余万元,切实进行。……五、配制放射性矿物之检定及野外探勘仪器,并试配放射性测井仪,正积极进行。

谢家荣十分重视研制在野外检测铀钍矿物的仪器,具体的研制工作由物理探矿课课长张宗潢进行。1946年11月,检测仪器研制成功;11月22日,张宗潢奉谢家荣命,携自制的盖格-米勒计数器(Geiger-Müller counter)由重庆飞南京,测试自南岭和东北采集的铀矿石。

1955年1月15日,在毛泽东主席主持的中央书记处扩大会议上,地质部副部长刘杰演示了盖革计数器靠近铀矿标本时发出的‘嘎嘎’响声”。刘杰副部长演示时使用的盖革计数器的第一台就是由谢家荣领导下的矿产测勘处研制成功的。

张宗潢携带盖格-米勒计数器到南京后,1946年12月1日,谢家荣主持矿产测勘处首次通俗科学演讲会,讲题为“用盖末二氏计数仪鉴定放射性矿物之方法”。张宗潢带到南京的这台盖革计数器后来留在南京矿产测勘处,由杨开庆和霍学海用来鉴定他们采自南岭和东北的放射性矿物标本。

三、铀钍矿的实地测勘

(一)对广西钟山县红花区黄羌坪铀矿和独居石砂矿的研究与勘查

1943年,南延宗先生在广西考察期间,在钟山红花区黄羌坪发现铀矿物,是铀矿物在国内的首次发现。1946年,为调查广西铀矿和两广之钨锑铋钼矿产,谢家荣派出南岭特种矿产队,由张兆瑾、霍学海会同中央地质调查所的徐克勤等,于4月25日离开重庆前往南岭地区的广西钟山、宾阳、藤县及广东乐昌、曲江、乳源一带工作;5月,在钟山县黄羌坪试探铀矿化,除地面地质观察外,还动用了槽探工程揭露矿化地段,并采集了富(川)贺(县)钟(山)地区富含独居石的砂锡矿样品。其对黄羌坪铀矿化进行的约1个月的试探工作,得出了如下认识:“总观本区矿床,似应属中温热液一类,沿长英岩之扭转面而存在,分布极不均匀,厚自五公厘至六七公厘。各含铀矿物中,Pitchblende似属原生,其他水氧化物类则俱为次生。据目前观察,储量微薄,难言开发,将来应就整个区域内之剪力带继续施探,或有发现堪采矿床之望。”

回到南京后,此次所采含独居石的砂锡矿样品经用上述的盖革计数器检查,证明样品具放射性,又经中央地质调查所的王超翔、彭琪瑞显微镜研究,证明其为独居石无误。

在此次试探的基础上,1948年春节后,谢家荣决定组织4个队进行本年春季的调查工作,其中一队即广西八步队,成员包括南延宗、赵家骧、霍学海、赵宗溥,任务就是研究八步的铀钍矿产;2月26日,谢家荣随队出发前往广西八步,对黄羌坪铀矿化和八步地区的砂锡矿和砂锡矿中所含的独居石矿等进行了整1个月的考察,于3月26日结束野外工作。

图③、④:谢家荣著《中国之独居石矿》(左)和The Occurrence of Monazite Deposits in China(右)

此次野外考察结束后,谢家荣著有下列3篇文章——

1.《广西钟山县黄羌坪铀矿苗简报》(资源委员会矿产测勘处临时报告第73号)。该文简述了此次考察的目的,黄羌坪铀矿苗的交通位置和地质产状,详细描述了铀矿苗的特征,指出次生铀矿物成黄色针状、粉状及绿色片状散浸于细粒花岗岩的东西向和南北向两组节理中。

在此基础上,谢家荣讨论了黄羌坪铀矿化的成因及其意义,指出——

所谓黄羌坪铀矿,不过为铀矿苗之一种指示,而尚未可称为铀矿床也。但此种指示,殊有力量,盖除次生铀矿物外,尚有:(一)细粒花岗岩中长石之特红,(二)墨水晶之存在,(三)绿色荧光之石英,(四)硫化矿脉之存在等等。凡此征象,至少可指示花山花岗岩,尤其细粒花岗岩脉中含有较寻常花岗岩格外丰富之铀量,但是否其下尚有堪采之铀矿床,则殊难断言,盖花岗岩或细粒花岗岩中所含之微量铀质,经过潜水浸溶,经裂隙上升,可复沉淀于节理或岩缝中,造成如今日所见之次生铀矿,但其下未必有堪采之铀矿也。

从另一方面观之,地面发现次生铀矿,其下常有原生铀矿,如沥青铀矿之类。国外实例甚多,我国不能独异。南君最初发现之铀矿苗中有黑色之沥青铀矿,本处张兆瑾、霍学海二君于去年探勘本矿时亦曾获得厚达数公厘之黑色铀矿脉,其外缘俱已变为黄色及红色之次生铀矿,可见地面所示,原生铀矿之微脉已稍露其端,向下则有扩大为堪采矿脉之希望。

更就地质环境及矿床型式论之,黄羌坪铀矿苗与葡萄牙及英国之康华尔铀矿颇为相似。葡萄牙铀矿于地面上仅见次生铀矿物,但至地面以下20余公尺即发现原生铀矿脉,深达百公尺以上。准是以观,则黄羌坪铀矿苗颇有注意之价值。

上述二种相反之推测,俱属可能,究竟如何,只有实施钻探以证实之。

因此,谢家荣在简报中提出了钻探计划:布置了2个钻孔,待从美国订购的先锋钻机到达之后实施钻探。

2.《广西富贺钟区独居石矿简报》(资源委员会矿产测勘处临时报告第74号)。该文概述了富贺钟地区独居石发现史,详细描述了花山花岗岩区和姑婆山花岗岩区的砂锡矿和独居石的产状。

3.《关于开发广西独居石意见》。该文指出,据已有分析结果,广西独居石含氧化钍约6%,共有独居石储量6万吨,若将含独居石高之花岗岩风化区域一并计算,储量可数倍或十倍以此数。

(二)辽宁海城铀釷矿产的调查

日本侵华期间,在辽宁海城发现了铀矿。在《评述战时中国沦陷区内的矿业经营》一文中,谢家荣曾经指出“日人在辽东湾的周围,从山海关起,经过兴城、锦县到对岸的辽阳、海城、凤城、岫岩等地,发现了许多稀有金属矿物,这种矿物多产生在伟晶花岗岩脉内或其附近的冲积层中,所含的金属有铊、钛、铀、钇、钽、铈等质,在海城区曾有若干生产。”谢家荣曾于1947年2月初派王作宾和赵宗溥前往辽南地区调查海城的稀有金属矿;9月13日,在矿产测勘处举行的迁回南京后的学术研讨会上,赵宗浦指出:矿区附近出露地层为震旦纪的片麻岩、云母片岩及角闪片岩,火成岩大部为花岗片麻岩及花岗伟晶岩脉,铀矿产于黑云母伟晶花岗岩脉中,与围岩界限清晰,带状构造发育。

1947年12月,谢家荣著文《中国之独居石矿》(中英文)。文章写道:“辽宁海城之铀矿:据日人勘探估计金属铀质储量为13吨,曾经于十个月之探矿工作期间内获得精独居石矿砂4.4吨,其成分为含8%UO2 ,计含金属铀量362公斤。”该文还根据相关资料计算出,富贺钟江地区砂锡矿尾矿和台湾西北砾石层中的独居石储量分别为214.75吨和859.3~1388.95吨。

1949年11月,在《东北地质矿产概况和若干意见》中,谢家荣也指出,海城铀矿等是日本人在抗战末期新发现的矿床,须继续进行搜探。

四、铀矿地质与勘查研究

1948年春,谢家荣在结束广西、湖南的野外工作后,于5月19日应武汉大学工学院曹诚克院长之邀,前往土地堂煤田调查,并应矿冶系周则岳主任之邀在工学院作学术报告——“如何探寻钍铀等放射性矿产”。武汉大学周刊于此有如下记载——

本校工学院院长曹诚克先生前赴湘省考察矿业,在长沙曾与资源委员会全国矿产测勘处处长谢家荣先生,及打钻专家Davis(美籍)会晤。曹先生以武昌土地堂一带煤田,有打钻测勘必要,当面约谢处长一行来鄂,乃于同往新化锡矿山考察锑矿钻探后,曹先生先行返校,谢处长偕同Davis于五月十八日应约到达武昌,十九日遄来本校,复应矿冶系周则岳主任之邀在工学院作短时间之学术性演讲,讲题为“如何探寻钍铀等放射性矿产”,谢处长以专门之研究,作系统之分晰,内容充实,讲解详明,听众甚多,颇饶兴趣,理学院亦有多人参加听讲,据谢处长云:中国已发现铀矿多处。

图⑤:谢家荣1948年7月发表在《矿测近讯》上的《铀矿浅说》

1948年7月,谢家荣在《矿测近讯》第89期上发表《铀矿浅说》。文章分为5个部分,分别概述了铀矿物、铀矿的检测识别及铀矿的勘探方法、世界铀矿概况、铀的应用和铀矿矿业。

文章将量丰、质佳的铀矿物别为三类,即原生铀酸盐类、原生铌钽钛酸类、次生铀矿类,分别介绍了各类铀矿物的特征,特别指出次生铀矿物颜色鲜艳、比重小、硬度低,大多仅为原生铀矿的指示而无经济价值。

文章介绍了3种铀矿的检测方法,即α射线的照片感光法、紫外光灯法和盖革计数器检测法和每种方法的原理与使用方法。对于铀矿的勘探,文章指出,与其他矿床大同小异,就是依据地质理论,实施工程探勘,要求相关地质人员必须熟悉矿物,明了地质。

文章第三部分为“世界铀矿记略”,简略介绍了当时世界上已经发现和正在开采的铀矿地质特征、产状,铀矿品位、储量、产量等。文章还介绍了除原子弹以外,铀的各种工业用途和医用以及各国U235的储备等。

这是国内详细介绍铀矿知识最早的文献,是对铀矿地质和找矿勘探基本知识的叙述,吴凤鸣先生称其为“中国铀矿地质学研究的起点”是很确切的。

五、中国铀钍矿找矿远景区

在中国,到哪里去找铀矿?早在70年前,谢家荣便指出了在中国境内有可能找到铀矿的地方。1947年11月,谢家荣著文Some promising regions for searching uranium and thorium deposits in China(中国铀钍矿的找矿远景区),指出了在中国寻找铀钍矿产的7个远景区。

以下是作者的译文(节选)——

中国铀钍矿的找矿远景区(谢家荣1947年11月提出)

Ⅰ.前寒武纪地块中的伟晶岩脉:两个地区,即辽东湾地区和阴山地区已经生产了少量黑稀金矿,铌钇矿,褐钇铌矿和铌钛铀矿。从构造上讲,辽东湾地区是山东半岛东部向北的延伸,因此也应该在山东半岛的伟晶岩脉中寻找放射性矿产。虽然现在已经知道伟晶岩并不是铀矿物的真正来源,但还是值得进行仔细研究,特别是在初步研究阶段。

Ⅱ.成矿作用复杂的南岭地区:此区从东部的赣南,经过湘南、粤北和桂东南,一直延伸到滇南的个旧锡矿区。这个地区有一系列复杂的不同成因、不同类型的矿床,从高温的到低温的都有,但主要是高温的类型。在矿床附近几乎总是有火成岩侵入体。本区可望找到康沃尔型的铀产地。

Ⅲ.湘西黔东地区:这个地区基本上西部是高原,东部是高地,但有一些明显的断层和褶曲。很少或没有火成岩侵入体。矿床主要是低温类型的,以产出汞、金、锑、钨(白钨矿)、砷(雄黄和雌黄)、铅、锌、铜矿为特征。湘西高地东缘或贵州高原东部与湘西高地之间的过渡带值得仔细研究,可能会有金属矿床,特别是铀矿床产出。

Ⅳ.滇中康南地区:本区基本上是由前寒武纪的变质岩构成的,其时代从太古代到五台纪和震旦纪。本区有非常复杂的矿物组合。除若干岩浆分异或高温热液成因的镍、铁矿床外,其他矿床主要属于中温到低温热液型矿床。因此,可以认为本区是很有希望的铀矿产地。

Ⅴ.玄武岩铜矿区:在云南、贵州、西康、四川四省比邻区,还有滇西和滇西北的部分地区,有许多直接或间接由玄武岩喷发形成的铜矿床。在这种矿床中有望找到一些铀或钒的产地。

Ⅵ.沉积建造中的产地:应当注意沉积岩中,特别是四川、西康、云南和新疆中生代盆地沉积中的铀矿产地。

Ⅶ.海滩砂和海岸沉积:在辽宁南部、山东东部(青岛)和台湾的海滩沉积中已经发现了独居石。在海岸地区仔细搜寻这种矿物可能会有更重要的发现。整个福建和广东的海岸都有希望找到独居石。

70年后的今天,回顾谢家荣当年指出的铀釷矿找矿远景区,我们不得不敬佩他的远见卓识。迄今为止,中国发现的世界级铀矿大营铀矿以及其他许多铀矿都在他提出的远景区内。

六、新中国铀钍矿探矿计划

除了指出中国铀钍矿的找矿远景区,谢家荣还积极准备中国铀钍矿产的勘查。1949年5月,为协助上海市军管会接收资源委员会在沪各单位,南京的资委会办事处特组织赴沪临时工作队,谢家荣为领队,由南京抵丹阳,在此等候上海解放。在丹阳和上海期间,谢家荣与华东区有关领导商讨了矿产测勘处的工作。同年6月,依据在上海的讨论,谢家荣编制出了《中国探矿计划》。它包含6个部分:探矿的重要、探矿的机构、探矿的对象、1950年探矿计划,以及人员、设备和经费,后附有1950年的探矿计划表9个。

《中国探矿计划》附表9. 1950年中国铀钍矿探矿计划

在“探矿的对象”一节中,谢家荣说——

铀、钍等放射性矿物,为发展原子能的重要原料,中国至今虽还没有大规模研究或利用原子能的能力,但这些放射性矿物的存在,却已有事实证明。就地质理论研究,我们并可指出若干搜探这类矿物的区域,所以我们也要随时加以测探。

《中国探矿计划》所附9个表的最后一个即是1950年的铀钍矿探矿计划表。按照这个计划,1950年将派出地质9人、测量2人、钻探2人、助手2人,共15人,踏勘黑龙江、绥远、台湾,详测辽东,钻探广西各处的铀钍矿产,总计使用经费人民币1924万元。

表中并详细列出了各省的工作地区和已经有的发现——

黑龙江省:漠河县中央沟,嫩江县金阳河,嫩江县逢源金厂,嫩江县兴安金厂,嫩江县霍龙门,嫩江县葡萄沟,桦川县小石头,依兰县黑背,穆棱县穆棱。上列各地砂金矿内皆含有独居石,成分可自40~50%。

辽东省:绥中县环海寺,绥中县矾石山,锦县三角山,海城县大房身,海城县三台沟,上列各地伟晶花岗岩内有铌钛铀矿产出;庄河县黑岛,盖平长岭寺,盖平仙人岛,上列各地海岸砂内皆含有独居石。

绥远省:集宁鱼心及平绥路沿线,各地伟晶花岗岩露出甚广,鱼心且有铌钛铀矿发现。

台湾省:新竹桃园沿岸,台南曾文溪,各地砂层内皆有独居石。

广西省:钟山黄羌坪,富川、贺县、钟山县砂锡矿产地皆有独居石矿,如水岩坝等地皆有产出。

谢家荣知道,即将诞生的新中国,百废待兴,没有那么多的人力、物力来执行这个探矿计划。所以,他在《我们提出的一个探矿计划》中写道——

这是一个比较庞大的探矿计划,在目前百废待举,财政艰难的时候,新政府是否愿意全面施行,而我们这个仅有四十余名技术人员的小机关是否担当得起这个重大责任,都成问题,但我们仍旧做了这个计划,其目的不过在估计一个全面探矿所需的经费、设备和人员,以供有关当局及同业机关的参考罢了。

但毕竟他已有根有据地提出了中国具体的铀钍探矿计划,这也是中国地质学史上的首次。

七、铀钍镭找矿须知

1954年春,地质部普查委员会和负责开展铀矿普查的地质部普查委员会第二办公室相继成立,谢家荣担任普查委员会的常委和总工程师。鉴于铀矿找矿工作的保密性,我们无从查找谢家荣与第二办公室的工作关系,但是要说普查委员会的总工程师与普查委员会第二办公室的工作没有关系,以及前述谢家荣关于中国铀矿地质与勘查的研究工作成果对中国铀矿找矿工作没有起作用,那是绝对不可能的。

即便如此,我们也还是可以而且应该指出谢家荣对1954年后中国铀钍矿找矿工作的贡献:为了指导从1954年开始的全国矿产普查工作,普查委员会决定由谢家荣、黄汲清编写的《普查须知》于1954年初夏问世。这本《普查须知》是当年地质人员的必读书和工作手册,其第一章“找矿须知”由谢家荣撰稿,共21节,第16节为铀钍镭的找矿须知,包含9点——

1.铀、釷、镭都是原子量最大的元素,具有放射性,在国防工业,和平工业及医药上具有极重大的意义。

2.铀矿物种类很多。铀的硫化物尚属未知。釷的主要矿物为独居石。镭的自然形态矿物尚未发现,主要存在于含铀矿物中,似放射性分解的产物。

3.用盖米二氏计数仪为测验铀最准确最简捷的方法,其次是紫外光灯。从颜色加上紫外光灯的测验,很容易在野外认识铀矿。

4.如遇到没有氧化的原生铀矿,则识别之法为它的比重特高,黑褐的颜色及油脂光泽。用氟化钠在白金丝上熔成小球,加入一些待鉴定的矿物,熔融后以紫外光灯试验,如系铀矿,即呈现灿烂的荧光。

5.铀矿物的四周,因经常发生放射现象,遂使其附近的石英变为黑色,成为烟水晶,长石变为深红色,方解石变为粉红色,萤石成深紫色,金刚石变为绿色,石英或方解石含有微量的铀时在紫外光下现绿色。这种特殊颜色征象,亦可为鉴定铀矿之一助。

6.浓集到足够开采的铀矿床,为数虽少,但铀及其他放射性元素在地壳中的分布却甚广泛,在花岗伟晶岩及富含有机质的岩石中含量较多。

7.铀矿矿床可分为下列四类:(1)中温热液矿床,成脉状,为目前最重要的矿床。(2)伟晶岩脉矿床,都产在富于钾的伟晶岩中,常为非晶质沥青铀矿或铌酸矿等,分布很广。(3)在表生层中的氧化矿床。(4)沉积矿床,成层状。

8.上述第一类矿床为目前已在开采的最重要的矿床。(2)(3)两类则矿量微小,现已证明无工业价值。第四类矿床虽目前尚未采用,但由于形状整齐,矿量巨大,有极重要的远景意义,可视为将来的有工业价值的矿床。

9.原生铀矿床,包括热液矿床及伟晶岩矿床,都产在地块中,特别在地块的边缘。又据在许多地方研究的结果,凡含有铀矿伟晶岩的地区中,即不可能再发现重要的热液脉矿铀矿床。

新中国建立前,除了谢家荣和他领导的矿产测勘处的少数几个人做过铀矿勘查外,其他人基本上没有做过相关工作。因此,这个铀钍矿的找矿须知,对于新中国即将开展的铀矿普查与勘探的意义是不言而喻的,无疑也是谢家荣为中国铀矿地质勘查所做出的开拓性贡献。

八、结束语

斯人早故,业绩长存。今天,我们没有任何理由忘记谢家荣对于中国铀矿地质与勘查所做出的重要贡献。发现铀矿物,还远远不是找到铀矿床。怎样鉴定和识别铀矿物,铀矿床的基本地质知识是怎样的,如何在中国找铀矿,中国哪些地方可以找到铀矿,这些问题是谢家荣用他的辛勤劳动最先做出回答的,并且最先组织和进行了中国铀矿的初步勘查,拟定了中国铀釷矿床的勘查计划。关于中国铀矿的基本知识和基础工作,谢家荣早在新中国成立之前就做了。谢家荣是中国铀矿地质研究与勘查的先驱、开拓者和奠基人。中国原子弹、中国核工业的发展,有谢家荣不可磨灭的重要贡献。

今年是谢家荣诞辰120周年,也是谢家荣拟定中国铀钍矿找矿远景区70周年,谨以此文献给谢家荣先生,以缅怀谢家荣先生为祖国地质事业,为祖国的核工业,为祖国的崛起与强大,为祖国的社会主义建设所做的巨大贡献。□

(作者单位:国土资源部成都地质矿产研究所)

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