鄂尔多斯盆地双龙地区砂岩型铀矿迁移、富集及成矿机制

发布时间：2020-07-20 20:39

【摘要】：铀是一个国家经济发展和国防建设重要的矿产资源,根据国际原子能机构(IAEA)报道,全世界已探明的铀资源产量中,砂岩型铀矿矿产资源量仅次于不整合带型铀矿,居于世界第二位。近年来在鄂尔多斯盆地发现一系列的砂岩型铀矿,极大地解决了我国铀资源短缺的问题。然而关于砂岩型铀矿成矿机理研究尚不成熟,主要争议集中在成矿物质来源、铀迁移和富集成矿机制等诸多方面。本文选取鄂尔多斯盆地研究程度相对较低的双龙地区砂岩型铀矿为研究对象,从构造背景、矿物蚀变特征、地球化学等方面入手,探讨物质来源、热液来源及迁移机制、沉淀机制、矿物组合成因和元素迁移、分异过程,并统计全球砂岩型铀矿的时空分布和成矿规律,结合全球气候环境的变化,揭示砂岩型铀矿的成因。主要取得以下几点认识:1.鉴于前人对砂岩型铀矿成矿物质来源问题研究较为薄弱,本文建立了一套完整的追踪沉积碎屑和成矿物质来源的分析方法,并可通过模拟计算分析物源区供源能力,本方法有推广性和通用性。研究表明鄂尔多斯盆地南部双龙地区砂岩型铀矿成矿物质来源可能并非前人的推测来自于盆地南部秦岭岩体,而是来自于盆地西北部阿拉善地块,该地区有较强的供铀能力。2.通过对不同类型黄铁矿的S同位素以及Co、Ni微量元素的分析表明热液成因黄铁矿与铀的富集有密切关系,该矿床为热液成因矿床;通过对全岩微量元素研究,铀的迁移很可能为碳酸盐热液,这与过渡带流体包裹体的主要成分为CO_3~(2-)、HCO_3~-等的特征相吻合,表明该期流体为矿化热液;通过收集前人的研究数据,流体包裹体H、O同位素表明热液的来源为大气降水与岩浆后期热液的混合,显微测温结果表明热液为80-200℃的低温热液,热液pH范围约束铀的迁移形式为[(UO_2(CO_3)_3]~(4-)。因此热液来源及铀的迁移机制为:高氧逸度的大气降水混入了岩浆后期热液,形成了高氧逸度碳酸盐质低温热液,低温热液将UO_2~(2+)以及赋存在矿物中的U氧化为[(UO_2(CO_3)_3]~(4-),并携带这些U迁移。3.过渡带中方解石C、O同位素特征(-12.4-8.3‰和13.0-15.1‰)和含CH_4油气包裹体证据表明,碳酸盐富铀低温热液受到有机质的还原作用,研究表明有机质对铀的沉淀起到了关键性作用:(1)有机质自身反应和烯烃等物质氧化还原反应过程产生大量的CO_2,有利于铀的活化;(2)有机质本身以及反应产物CH_4、NH_3、H_2、H_2S等气体都能将六价铀还原为UO_2沉淀;(3)有机质对铀有较强的吸附作用,提供了铀的预富集,为铀的缓慢反应提供了源源不断的供给;(4)热液流体停止之后,有机质仍源源不断的散逸,即使在地表强氧化的条件下也能为铀的矿化提供还原环境,形成铀矿化的天然屏障。4.在铀矿形成的过程中,由于大气降水、热液流体、有机质、地下水等多重流体的作用导致了氧化带、过渡带和还原带中元素迁移和分异,并形成新的矿物组合,这些变化直接或间接地对铀矿的形成起到了一定的作用。5.通过全球统计发现砂岩型铀矿成矿时间的规律与地球大氧化事件和生物大灭绝等重大地质事件有密切的相关性:在2.3 Ga大氧化事件之前,由于低的氧气浓度,铀无法被氧化迁移,因此无法形成可观的矿床。2.3 Ga之后,大气中O_2含量达到可以活化铀的条件,这时控制砂岩型铀矿的主要因素转变为还原条件,在500 Ma之前,由于地球上生命活动较为微弱,地球上很难导致区域性还原环境,因此这个阶段砂岩型铀矿也很少。进入500 Ma之后,地球上有机质含量大幅度升高,特别是几次生物大灭绝事件,导致地球生物遗体的大规模沉降,同时生物灭亡造成水体中氧含量降低,这就为铀的沉淀提供了良好的环境条件,导致铀在这个时期大规模成矿。中生代开始,鄂尔多斯盆地发育封闭的湖盆体系,自盆地西北部铀背景值较高阿拉善岩体,提供了铀的来源;此时地球处于第二次大氧化事件之后,大气中含有较高含量的O_2,且这个时期整个华北处于干旱-半干旱的环境中,剥蚀区处于强烈的物理风化条件下,这些因素都利于铀的活化;中生代晚期燕山运动造成的深部的碳酸盐热液沿断裂侵入到地层中去,与大气降水混合形成高氧逸度低温热液,携带六价铀迁移;在三叠系晚期大灭绝事件中,地层沉积了大量的生物遗体,形成广泛沉积的有机质层,白垩系这些有机质沿构造裂隙自下而上的运移导致了铀的富集;地表水等的流体动力导致含铀热液与有机质不断混合反应,将六价铀还原成四价铀,并在直罗组地层沉淀富集成矿。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P619.14
【图文】：

砂岩型铀矿,空间展布

我国仍是一个铀短缺国家，那就势必需要我们地质学的工作者继续努力，争取在勘查铀矿这一领域这一领有新的突破，而砂岩型铀矿因其勘查和研究程度并不高，首当其冲是我们的首选目标。鄂尔多斯盆地是我国重要的能源基地之一，其丰富的油、气、煤、铀资源为中国近些年来的发展做出了巨大的贡献。鄂尔多斯盆地有数十个以上的大型砂岩型铀矿，特别是在盆地东北缘东胜铀矿，是鄂尔多斯盆地著名的铀矿，引起了国内外学者的广泛关注，并针对其构造背景、岩石矿物、地球化学、同位素等多个方面进行了研究，总结得出了很多结论，但仍有一些问题没有得到解决。目前较为广泛被接受的模型如下（图 1.1），大气降水通过剥蚀地表，携带盆地周围高铀花岗岩提供的铀，进入地层在合适的位置还原成矿。但其中尚存在很多未解决的问题，如高铀花岗岩能否提供足够的铀源，大气降水是什么性质的流体，为什么可以携带铀迁移等。

对比图,鄂尔多斯盆地,成矿作用,事件

图 2.1 鄂尔多斯盆地演化改造与主要地质事件以及成矿作用时序综合对比图（据刘池洋等，2006 修改） 2.1 Comprehensive comparison diagram of Ordos Basin evolution and transformation with major geological events and mineralization time series (maccording to Liu et al.，2006)

双龙,鄂尔多斯盆地,盆地

第 2 章双龙地区成矿地质背景及矿床地质特征其中最主要的三和四阶段，这一阶段是盆地接受沉积最主要的阶段，对盆地的形成有重要的影响。从寒武世早期到奥陶世，鄂尔多斯盆地沉积了浅海相碳酸盐岩和潮坪沉积物，形成了白云岩，鲕粒泥晶灰岩和细粒碎屑沉积岩，厚度约 300－600 米（Yanget al.，2005）。从中奥陶系晚期开始，鄂尔多斯盆地开始发生一系列的构造运动，由于华北地台加里东运动，盆地发生了构造隆升。

【相似文献】