鄂尔多斯盆地砂岩型铀矿衰变生热对炭质碎屑成熟度的催化影响

发布时间：2020-05-19 14:32

【摘要】：在煤、石油、天然气和铀等多种能源矿产形成富集的过程中,有机与无机的相互作用是普遍存在的。大量的研究表明,有机质在铀矿化过程中扮演着吸附络合、还原和保矿的重要作用;然而,很少关注铀矿化对有机质的影响。炭质碎屑作为热演化的一种标志物质,在砂岩型铀矿含铀岩系中广泛发育,且与铀矿化体在空间上密切共生,为研究铀矿化对炭质碎屑成熟度的影响提供了有利条件。为此,本文选取鄂尔多斯盆地北部的大营铀矿和南缘的双龙铀矿为研究区,其中大营铀矿是超大型的且为重点研究区,双龙铀矿为辅,以铀储层砂体中的炭质碎屑为研究对象,借助煤化指标镜质体反射率Ro、激光拉曼光谱参数、空气干燥基水分M_(ad)和干燥无灰基挥发分V_(daf)定量化分析了铀矿化对有机质成熟度的影响,并从铀矿化体衰变热的角度阐述了铀矿化体对Ro裂变催化的机理。炭质碎屑呈条带状、团块状和分散状浸染在铀储层砂体中,其中条带状的在砂体中分布最为广泛。大营铀矿和双龙铀矿炭质碎屑的煤岩显微组分组成相似,均由镜质组、惰质组和矿物组成,且镜质组为主要组分;煤岩显微组分的类型均可以划分为两种:微镜煤和微镜惰煤,且微镜煤为主要的。大营铀矿的炭质碎屑具有中高水分、超高挥发分、中低灰分和低硫的煤质特点;受深成埋藏煤化作用的影响,绝大多数处于未成熟热演化阶段,少数处于低成熟热演化阶段。双龙铀矿炭质碎屑具有低水分、中挥发分、中灰分和中硫的煤质特点;受深成埋藏煤化作用的影响,绝大多数处于中低成熟热演化阶段,少数处于中成熟热演化阶段。在大营铀矿和双龙铀矿的铀矿化区域,M_(ad)和V_(daf)异常偏低,干燥基灰分A_d和全硫S_t存在偏高的现象,且Ro值明显增加,表明铀矿化与煤化指标Ro、M_(ad)和V_(daf)之间可能存在一定的关系。另外,炭质碎屑与铀矿化在空间上密切共生,铀矿化位于炭质碎屑分布的区域。在大营铀矿和双龙铀矿中均发现,在铀矿化的区域,Ro明显增加,且其频率分布更为离散;Ro随着铀含量的增加而增加,随着距离铀矿化体距离的增加而减小。在大营铀矿中,铀矿化样品的Ro值比无铀化样品高约0.062%。在双龙铀矿中发现,含铀有机颗粒的激光拉曼参数、Ro和铀含量的分布是不均一的。Ro随着铀含量的增加而增加,而G峰峰位偏移差值随着铀含量的增加而减小。此外,在大营铀矿和双龙铀矿中均发现,铀矿化也对M_(ad)和V_(daf)有影响。在铀矿化的区域,煤化指标M_(ad)和V_(daf)明显减小。M_(ad)和V_(daf)随着铀含量的增加而减小,随着距离铀矿化体距离的增加而增大,表明了随着铀含量的增加,炭质碎屑的煤化程度增加。在此基础上,分析总结了铀矿化对有机质成熟度的影响规律。受铀矿化体的影响,有机质成熟度增加,其中Ro增加约0.060%,G峰峰位偏移值减少约6~15cm~(-1)、M_(ad)和V_(daf)分别减少约4~5%和10~15%。以大营铀矿为分析区,探讨了铀矿化体衰变热对有机质成熟度Ro影响的机理。研究发现,在石英颗粒中可观察到裂变径迹,且衰变辐射损伤强度随着距离铀矿化体距离的增加而减小。铀矿化体的放射性生热率为6.857x10~(-5) W/m~3。在长期稳定衰变过程中(即0.05Ma),忽略热传导、热对流和热辐射的损失,整个铀矿化体在理论上引起温度异常增加52℃,相应地Ro理论上增加0.219%(Ro实际上增加0.062%)。因此,铀矿化体在长期稳定的衰变过程中,在一定程度上可提高有机质的成熟度,这对铀矿的勘查具有一定的指导意义。
【图文】：

矿物学角度来作证铀矿化体的衰变在自然界砂岩型铀矿中是存在的，并建了铀矿化体衰变的径迹密度与铀矿体距离之间的定量关系。（3）铀矿化体衰变热的计算关于铀矿化体衰变催化 Ro 较为理想的推理是铀矿化体衰变过程中产生衰变热是 Ro 催化的热动力。已有很多学者研究认为，天然铀矿在衰变时可产生热。借助前人对研究区的勘探研究成果，，利用沉积岩石中放射性元素热模式计算铀矿化体衰变产生的热效应。（4）Ro 与铀矿化体衰变热之间的关系借助研究区单井埋藏热演化史，建立铀矿化体产生的衰变热与 Ro 模拟增值之间的关系，阐述铀矿化体衰变热对围岩古地温的影响，揭示在砂岩型矿中有机质对铀吸附还原作用的同时，铀矿化体也会对有机质成熟度产生响。

陕北斜坡位于该盆地的中部，是盆地的主体部分，向西倾斜，形成发育于早白垩世之后。双龙铀矿在该构造单元发育。图2-1 鄂尔多斯盆地区域构造纲要及研究区位置图[83]2.1.2 地层特征鄂尔多斯盆地具有双重结构：基底由太古界结晶基底、元古代和古生代沉积地层构成；盖层为中新生界的陆相沉积地层。其中太古界(Ar)由变质岩和混合花岗岩构成；中下元古界(Pt1)主要主要为浅变质砂岩，大理岩夹石英岩及黄铁矿薄层；下古生界以碳酸盐岩为主；上古生界石炭系和二叠系主要为沉积砂岩为主，并发育大套的煤系地层。中新生界的各时代地层发育较为完整，主要以陆相沉积
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P619.14

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本文编号：2671033