鄂尔多斯盆地大营铀矿床古层间氧化带形成发育的水-岩作用过程

发布时间：2018-01-22 15:58

  本文关键词： 水-岩作用 古层间氧化带 大营铀矿床 鄂尔多斯盆地　出处：《中国地质大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：层间氧化带是砂岩型铀矿的找矿标志,它往往控制着铀矿的分布。本文以鄂尔多斯盆地北部大营铀矿床古层间氧化带为研究对象,在查明古层间氧化带分带性和空间分布规律的基础上,通过野外露头考察、岩心编录、偏光显微镜观察、扫描电镜和电子探针分析、X射线粉晶衍射(XRD)、X射线荧光光谱、ICP-MS等测试方法对古层间氧化带内部不同岩石类型砂岩进行岩石矿物学和地球化学特征研究,并对成矿期古氧化带进行了恢复,系统对比分析了古层间氧化带各分带砂岩的岩石矿物学和地球化学特征,探讨了成岩(次生次生蚀变)-成矿过程中流体环境和物质组成的变化规律,进而揭示大营铀矿床古层间氧化带形成发育的水-岩作用复杂演化历史。所取得的主要成果和认识如下：(1)研究认为,岩心与露头残留的红色次生次生蚀变砂岩为成矿期古氧化带的原始记录,初始古氧化作用的标志性次生次生蚀变矿物主要为高岭石化、褐铁矿化和绢云母化,同时LREE和HREE元素迁出明显。揭示了古氧化带初始形成、古氧化带被钙质胶结叠加改造和古氧化带被二次还原改造的复杂演化过程,认为(钙质胶结)红色次生次生蚀变砂岩和绿色次生次生蚀变砂岩均属于古层间氧化带的组成部分,研究区在成矿期曾经存在大规模的区域性初始古层间氧化作用,并依此对古层间氧化带进行了精细划分。研究区成矿期的红色次生次生蚀变砂岩均被后期改造而不复存在,局部被钙质胶结作用叠加改造成现存的残留红色砂岩,其中保存了初始古氧化信息；大规模被二次还原作用改造为现在的绿色砂岩。因此,本文通过残留红色钙质砂岩的矿物学和地球化学特征,结合钙质胶结作用对元素地球化学特征的影响,对成矿期古氧化带进行了恢复。成矿期古氧化带中典型矿物组合及次生次生蚀变特征为：高岭石化、褐铁矿化和绢云母化等。相比于残留红色钙质砂岩,地球化学特征表现为：Fe2O3和Fe2O3/FeO值略低,pH值明显降低(且7),ΔEh值略高；常量元素中除TFe2O3、CaO和MnO元素含量明显降低外,其它元素含量均明显增高；微量元素中V、Zn、Ga、 Cs、Rb、Ba和Th含量明显增高,Co、Ni和Mo含量明显降低。此外,半定量的对成矿期古氧化带稀土元素含量进行了恢复,其中LREE、HREE和∑REE含量不仅相比于残留红色钙质砂岩降低,且相比于原生灰色砂岩也降低,在层间氧化作用过程中,初始古氧化带中LREE和HREE元素明显迁出。研究区古层间氧化带经历了古氧化带初始形成阶段、成矿带形成阶段、古氧化带被钙质胶结作用叠加改造阶段和古氧化带被二次还原作用改造阶段的复杂演化过程。(2)系统对比分析了古氧化带三种次生次生蚀变砂岩与未氧化砂岩(原生灰色砂岩)的矿物学特征。被钙质胶结改造的古氧化带,继承了初始古氧化带的矿物学特征,但是方解石化叠加胶结作用最为突出；被二次还原改造的古氧化带,残留了极少量的褐铁矿化和绢云母化等氧化酸性次生次生蚀变矿物,但是以绿泥石化和蒙脱石化叠加次生次生蚀变作用显著。与初始古氧化带区别较大的是未氧化带,其以包含黄铁矿化和碎屑铀矿化为特征。通过将古氧化带与未氧化带的矿物学特征进行对比分析发现,初始古氧化带以褐铁矿化、高岭石化和绢云母化为主；被钙质胶结改造的古氧化带以褐铁矿化、方解石化、残留的少量绢云母化和高岭石化为主；被二次还原改造的古氧化带以绿泥石化、蒙脱石化、残留的极少量的褐铁矿化和绢云母化,以及晚期少量的方解石化为主；未氧化带以黄铁矿化、碎屑铀矿化(含铀碎屑颗粒)和少量方解石化为主。且古氧化带中碎屑颗粒的溶蚀程度最强,未氧化带中碎屑颗粒的溶蚀程度最弱,或未发生溶蚀。(3)系统对比分析了古氧化带三种次生次生蚀变砂岩与未氧化砂岩(原生灰色砂岩)的地球化学特征。被钙质胶结改造的古氧化带与初始古氧化带,除AEh值、U、C有和S等的含量相近外,其它大部分元素含量差别较大,尤以pH值、REE和CaO含量差最为突出；被二次还原改造的古氧化带,以AEh值最高,Fe、Mg、Al、REE富集最为显著。未氧化带与初始古氧化带区别较大,其以U预富集,AEh值较高等为特征。通过将古氧化带与未氧化带的地球化学特征进行对比分析发现,初始古氧化带与被钙质胶结改造的古氧化带Fe2O3和Fe2O3/FeO比值最高,AEh值、U、C有和S的含量低最低,其中初始古氧化带pH7, REE含量最低,被钙质胶结的古氧化带中CaO和HREE含量最高；被二次还原的古氧化带U、C有和S的含量继承了初始古氧化带的特征,但是FeO、MgO、Al2O3、TFe2O3、REE含量和AEh值最高,Fe2O3/FeO比值最低；未氧化带AEh值和U含量较高,K2O、Na2O和SiO2含量最高,TFe2O3含量最低。(4)成矿作用位于古层间氧化带前锋线及其边界外围未氧化的灰色砂体中,矿物学特征和地球化学特征与未氧化带相似,重要的区别在于铀等变价元素在此富集。该带的古氧化砂岩与未氧化砂岩多数呈现为指状交互,所以也被笼统称为“过渡带力,但是矿化作用仅仅富集于未氧化的灰色砂岩中。研究发现,灰色含矿砂岩(过渡带)矿物学特征以铀矿化(包括水硅铀矿和铀石)、黄铁矿化、蒙脱石化、早期部分绢云母化和晚期部分方解石化为主；地球化学特征表现为U、V、Mo、C有和S含量最高,Fe2O3、FeO、K2O、Na2O、SiO2、 Fe2O3/FeO和ΔEh值均介于未氧化带和初始古氧化带之间,A12O、MgO、TFe2O3和REE含量高于未氧化带。(5)按照古层间氧化带发育阶段,恢复了成矿早期由弱碱性到酸性、成矿晚期由酸性到碱性以及成矿后碱性的成岩(次生次生蚀变)-成矿环境,揭示了研究区从古氧化带初始形成→大规模成矿作用→古氧化带被钙质胶结作用叠加改造→古氧化带被还原作用改造的水-岩作用复杂演化历史。指出铀成矿主要发生于古层间氧化带前锋线及其边界外围未氧化部位的碱性环境中。①成矿期古氧化带初始形成阶段：成矿期pH值降低且小于7, Fe2O3/FeO值明显增高,ΔEh值明显降低,流体环境由还原弱碱性转变为氧化酸性。砂体发生大规模氧化作用,Fe2+被氧化为Fe3+,使砂体发生褐铁矿化呈现红色；有机质和黄铁矿被氧化分解,C有和S的含量明显降低；U被氧化活化迁出,U含量明显降低,长石发生高岭石化释放出Ca2+和SiO44+,REE元素活化迁出,使REE含量在初始古氧化带中最低。该阶段古层间氧化带物质成分以区域大规模红色次生次生蚀变砂岩为主。②成矿期大规模成矿作用发生阶段：灰色含矿中ΔEh值及Fe2O3/FeO比值均介于未氧化带与初始古氧化带之间,说明流体中O2被不断消耗,氧化能力逐渐减弱还原能力逐渐增强。蒙脱石含量明显增高(MgO和Al2O3含量略富集),石英颗粒强烈溶蚀成SiO44-,表明该时期流体pH值大于7,成矿环境由酸性向碱性转变。该环境下U以[UO2(CO3)3]4和[UO2(CO3)2]2-、RE3+以[REE(CO3)3]3和[REE(CO3)4]5形式运移,在氧化带前锋线及其边界外围未氧化的灰色未氧化带中,富含丰富的黄铁矿和有机质(C有和S的含量在矿化带中最高),铀酰离子被黄铁矿和有机质等还原分解成U4+和CO32-,其中U4+与SiO44-结合形成铀石和水硅铀矿,CO32-与Ca2+结合形成方解石胶结物,与矿化带中CaO含量较高相一致,CO32-离子析出时,REE大量沉淀,导致矿化带中REE含量增高。该阶段古层间氧化带物质成分以区域大规模红色次生蚀变砂岩和灰色含矿砂岩为主。③成矿期后古氧化带被钙质胶结作用叠加改造阶段：残留红色钙质砂岩中pH7,该时期古氧化带中环境为碱性,,说明古层间氧化作用可能已经终止,成矿作用已经不再发生。其中Ce为负异常,Ceanom指数小于-0.1,Fe203含量和Fe2O3/FeO比值最高,说明古氧化信息在红色钙质胶结砂岩中得以保存,钙质胶结作用使局部被钙质胶结改造的古氧化带相比于初始古氧化带CaO和REE含量明显增高。该阶段古层间氧化带物质成分以局部被钙质胶结作用叠加改造的大规模红色砂岩为主。④成矿期后古氧化带被大规模还原作用改造阶段：成矿期后河套断陷将含氧含铀水补给切断,下伏还原性气体沿断层进入铀储层,流体环境转变为还原碱性(pH7),大规模未被钙质胶结的红色砂岩被二次还原为绿色,因此,被二次还原的古氧化带中U、S及C有含量与初始古氧化带相近也明显降低,FeO含量和ΔEh值最高。由于其遭受的改造作用最强,使其中粘土矿物含量最高,主要为绿泥石和蒙脱石,使其中TFe2O3、MgO和A1203含量最高。粘土矿物对REE元素具有很强的吸附能力,使此分带中REE元素含量也最高。该阶段古层间氧化带物质成分以包裹着红色钙质残留体的大规模疏松绿色砂岩为主。本论文的创新性成果如下：(1)识别了古层间氧化带的原始记录,总结了其矿物学和地球化学特征,认为该阶段标志性次生蚀变矿物主要为高岭石化、褐铁矿化和绢云母化,同时LREE和HREE元素迁出明显。(2)揭示了古层间氧化带形成发育及其经历的两次成岩(次生蚀变)改造过程,并从水-岩作用的角度恢复了成岩(次生蚀变)-成矿环境的演化与变更。
[Abstract]:In this paper , the evolution history of the formation and development of the ancient interlayer oxidation zone is studied by means of field outcrops , core catalog , polarization microscope observation , scanning electron microscope and electron probe analysis , X - ray powder crystal diffraction ( XRD ) , X - ray fluorescence spectrum and ICP - MS . In addition , the contents of REE , HREE and 鈭，

本文编号：1455113