鄂尔多斯盆地东北部砂岩型铀矿床粘土矿物与铀成矿作用研究

发布时间：2020-07-18 23:37

【摘要】：鄂尔多斯盆地东北部砂岩型铀矿床粘土蚀变强烈,与铀成矿关系密切。本文通过主量元素分析、X-衍射分析、扫描电镜镜下观察、高分辨率透射电镜观察等手段,结合野外地质资料和室内实验研究,以粘土矿物特征和铀的赋存状态为主线,系统探讨了铀成矿过程中粘土矿物所起的作用。查明了研究区内典型铀矿床的粘土矿物特征以及研究区内粘土矿物平面分布特征。明确了典型铀矿床中粘土矿物的类型、成分、形貌特征、垂向分布规律、演化过程以及演化过程中元素的迁入、迁出规律。查明了研究区铀的赋存状态以及粘土矿物吸附铀的最佳条件和厌氧菌还原之后粘土矿物还原铀的最佳实验条件。探讨了蒙脱石和高岭石与铀成矿的关系,利用高分辨率透射电镜查明了绿泥石吸附铀的方式。主要的成果与认识有:(1)通过分析野外露头和各典型铀矿床粘土矿物的特征,总结了研究区粘土矿物平面分布特征。蒙脱石含量从纳岭沟铀矿床到大营铀矿床再到巴音青格利铀矿床不断升高,而高岭石的含量却呈现相反的趋势。蒙脱石含量和高岭石含量的负相关性很大,且与平面分布趋势图一致,蒙脱石含量升高的同时高岭石含量下降。而研究区的粘土矿物又主要为蒙脱石和高岭石,说明这两种粘土矿物之间有很大的联系,且与铀成矿关系密切。(2)总结了单孔和典型剖面中粘土矿物的垂向分布规律。各地球化学分带中粘土矿物以蒙脱石为主,高岭石次之,绿泥石和伊利石平均含量较少。绿色古氧化带砂岩的粘土矿物总量和绿泥石含量最高,这也是岩石呈现绿色的主要原因。铀矿化带的高岭石含量和伊利石含量最高,蒙脱石含量最低。(3)查明了粘土矿物和铀矿物的微观特征。蒙脱石主要呈蜂窝状、蜂窝网状、片网状、片絮状和少量呈团块状产出。高岭石呈蠕虫状,部分呈书页片状、书页板状集合体形式产出。绿泥石主要以针叶状、花朵状、绒球状和叶片状产出。铀矿物颗粒十分细小,局部可见铀矿物以较大的集合体形式产出,形状不一,主要呈现粒间粒表丝条丛状、粒表冰花状、粒表絮状、短棒状和粒表短柱状。常见以细小微粒和集合体的形式与有机质、黄铁矿和粘土矿物密切共生。(4)详细分析了蚀变过程中粘土矿物的演化规律以及蚀变过程中元素的迁入迁出规律。早期氧化酸性蚀变阶段,长石水解形成高岭石,造成古氧化带和铀矿化带砂岩中的高岭石含量相较于原生带砂岩明显增高。氧化期后弱碱性蚀变阶段,在局部相对酸性的环境中,蒙脱石向高岭石转化,造成在铀矿化带,蒙脱石的含量显著下降,而高岭石的含量却显著上升。晚期还原弱碱性蚀变阶段,古氧化带的砂岩中Fe~(3+)还原转化为Fe~(2+),高岭石在有Fe~(2+)存在的条件下也会转化为绿泥石。以TiO_2为惰性元素,相对于原生带砂岩,古氧化带迁入的元素有Fe_2O_3、FeO、MgO、MnO,而迁出的元素有SiO_2、Al_2O_3、CaO、Na_2O、K_2O、P_2O_5;铀矿化带迁入的元素有Fe_2O_3、FeO、CaO、Na_2O、MnO,而迁出的元素有SiO_2、Al_2O_3、K_2O、MgO。(5)探讨了粘土矿物吸附铀的最佳条件和厌氧菌还原之后的粘土矿物还原铀的最佳实验条件。粘土矿物的吸附量在一定时间内会随着增加,但最终会达到吸附平衡,部分粘土矿物也会发生解吸附现象导致吸附量下降。溶液的pH值过低或过高都会影响粘土矿物对铀的吸附量。初始铀溶液浓度一定的溶液中,增加粘土矿物的投放量,可以增加粘土矿物的总表面积和活性位点,有利于粘土矿物对铀酰离子进行表面吸附和离子交换吸附,从而增加粘土矿物的吸附量。粘土矿物投放量不变时,随着铀溶液浓度的增加,粘土矿物对铀酰离子的吸附量会逐渐增大直至饱和。随着实验组温度的升高,粘土矿物对铀酰离子的吸附量随之升高。绿色古氧化带蒙脱石含量最高,成矿早期地层中铀浓度不高,粘土矿物对铀的预富集起重要作用。弱酸条件下被厌氧菌还原过的粘土更有利于还原铀的过程。(6)探究了粘土矿物与铀成矿的关系。在成矿早期阶段,即预富集阶段,酸性含氧含铀水的铀浓度不是很高,pH条件也有利于蒙脱石对铀的吸附作用。在含氧含铀水往前迁移的过程中,蒙脱石可以吸附溶液中的铀酰离子,为后期铀成矿起到预富集作用。在铀矿化带,铀含量较高的部位往往就是高岭石含量最高的部位,可以作为指示含矿深度的一种矿物。同时,高岭石含量的变化虽然对吸附能力的影响有限,但是可以反映流体环境的变化。在绿泥石化过程中,不仅改变了铀在原岩中的赋存状态,同时还能将该过程释放出来的铀进行预富集,为后期铀成矿提供一定的帮助。绿泥石极易与腐植酸等有机质形成有机粘土复合体,在流体的运移过程中,随着砂体中物理化学性质的变化,含铀热液存在的外界条件改变,通过吸附作用和还原作用最终将铀沉淀固定下来。
【学位授予单位】：核工业北京地质研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P619.14
【图文】：

流程图,技术路线,论文,流程图

利用 X-射线衍射和扫描电镜手段，分析样品中粘土矿物含量、粘土矿物组合和形貌特征，总结野外露头和各个铀矿区粘土矿物特征。（2）典型砂岩型铀矿床不同地球化学分带粘土矿物特征系统采集典型砂岩型铀矿（纳岭沟铀矿床）不同地球化学分带的样品。利用偏光显微镜、X-射线衍射、扫描电镜、电子探针成分分析、高分辨率透射电镜等手段分析粘土矿物类型、形态、含量、成分以及存在形式；对粘土矿物成分特点进行归纳总结并进行分类，分析粘土矿物的物质来源、形成期次、形成的温度以及氧化还原环境。（3）铀矿石和粘土矿物中铀的赋存状态通过电子显微镜和电子探针分析铀的赋存形式，观察是呈独立矿物、含铀矿物（类质同象），还是呈吸附态；利用高分辨率透射电镜更直观观察铀在粘土矿物中的赋存状态，查清粘土矿物中铀的赋存形式。

位置简图,鄂尔多斯盆地,单元,基底

图 2-1 中国主要构造单元及鄂尔多斯盆地位置简图（据 Song Shuguang 修改）2.2 区域地质特征2.2.1 盆地基底岩石特征鄂尔多斯盆地的基底可以分为直接基底和间接基底，具有“双重”基底的特点（表 2-1）。间接基底为太古宇-古元古界变质岩系组成的结晶基底，太古宇由麻粒岩相、角闪岩相的变质岩和混合花岗岩组成，古元古界主要岩性为角闪岩和绿片岩相。在盆地内部结晶基底全部被巨厚的地台沉积盖层覆盖，对盆地盖层没有直接的影响，但在盆地周边蚀源区，上述结晶基底均有不同程度的出露。结晶基底不仅为地台沉积盖层的形成提供物源，而且由于其隆起时间较早，在一定程度上为盆地中新生代盖层沉积和铀的富集提供物源和铀源。直接基底为中元古宇-中生界三叠系的地台沉积盖层。在盆地北部有不同程度的出露，可直接为盆地盖层沉积提供丰富的物源和铀源。

地质图,长庆油田,鄂尔多斯盆地,位置图

20图 2-2 鄂尔多斯盆地二级构造单元划分及研究区位置图（据长庆油田地质志，1992）2.2.2.1 下侏罗统富县组（J1y）富县组沉积类型多样，主要为河流沉积，其次为坡积、洪积及残积等沉积，具有“填平补齐”的特点，即在古地形低洼处接受沉积，古地形隆起处未沉积或很少沉积。在盆地东部零星出露的岩性主要是黄绿色砂岩、泥岩互层，底部夹黑

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