内蒙古巴音戈壁盆地塔木素地区流体作用特征与铀成矿事件研究

论文摘要

一般认为,砂岩型铀矿以表生层间氧化或潜水氧化作用为主,但我国中东部很多砂岩型铀矿床中也发现存在后期热流体活动叠加改造的痕迹。后期热流体改造作用叠加在早期氧化成矿作用之上,铀矿化特征仍与典型层间氧化带型铀矿床相似,从而使热流体活动与铀矿化的关系并不明确,其主要在于缺乏不同期次流体活动对铀富集过程影响的详细证据。巴音戈壁盆地塔木素砂岩型铀矿床后期热流体改造作用显著,含矿目的层砂岩随后期热改造而普遍固结,使热液对早期层间氧化带成矿的叠加改造过程被定格。因此,本文选择塔木素铀矿床为研究对象,通过不同类型流体活动特征和成岩成矿事件的研究,查明流体活动与铀富集的关系,探讨矿床成因。本文采用野外地质调查和室内分析测试研究相结合,通过蚀变矿物组合、流体包裹体、稳定同位素等手段,研究不同类型流体活动的性质、来源和时限;通过镜下鉴定、电子探针、扫描电镜和粘土矿物分析等手段,查明成岩作用类型和蚀变矿物生产序列,明确成岩事件形成的时序关系;通过矿物组合特征、微量元素地球化学和黄铁矿原位微区分析,反演成岩环境演化特征,从物质来源方面判断铀储层演化序列事件与铀沉淀富集之间的关系。在此基础上,结合区域构造-岩浆活动和矿床地质特征,查明不同类型流体活动与铀矿化之间的空间关系、时序关系和成矿物质方面存在的联系,揭示成矿流体作用过程,探讨矿床成因。取得的主要认识如下:1)塔木素矿床砂岩中压实作用较弱而胶结作用很强,是造成目的层致密的主要原因,胶结物的主要为赤铁矿、褐铁矿化、碳酸盐化、石膏化、绿泥石化等,胶结类型主要为孔隙式胶结。黄铁矿和方解石重结晶作用普遍发育,并出现大量的白云石和金属硫化物,指示热流体改造是影响储层物性变化的主因。通过蚀变矿物生产序列研究,划分出沉积-早成岩阶段、早期氧化流体作用阶段、热流体改造阶段和晚期氧化流体弱改造阶段。2)通过流体包裹体、C-O-S稳定同位素、微量元素分析,结合蚀变矿物组合特征,厘定出两种类型的后生改造流体:表生弱碱性氧化流体和深部酸性还原热流体。深部热流体的形成与早白垩世晚期苏红图组玄武岩喷发有关,热流体主要来自地层本身,与盆地加热后流体在围岩中的循环有关。3)通过蚀刻径迹和电子探针分析,查明该地区铀矿物主要为沥青铀矿、铀石和钛铀矿,沥青铀矿主要与草莓状或团块状黄铁矿共生,而钛铀矿多与氧化钛、重结晶黄铁矿和碳酸盐胶结物共生。铀矿石出现大量的闪锌矿、方铅矿、斑铜矿等金属硫化物,同时,高品位铀矿石中U与Co、Ni、Cu、Zn呈明显的正相关,高品位矿石的REE总量和配分型式也与泥岩和热流体脉的REE特征保持一致,指示热流体是造成高品位铀矿石形成的主要原因。4)通过蚀变矿物的空间分带组合特征和生产序列演化过程分析,反演了成矿环境的时空变化规律,认为成岩环境由弱碱性向酸性环境转变的过程中的氧化还原过渡部位是造成铀沉淀的关键。并从矿体空间产出位置,铀矿石物质组分和成矿年龄等方面评估了氧化流体和深部热流体在铀成矿过程中的作用,认为,大规模的氧化流体为铀的迁移提供了充分的条件,是塔木素大型砂岩型铀矿床形成的基础。后期热流体的参与改变了成矿的pH和Eh条件,在成矿作用起着关键作用,其对早期形成的低品位铀矿石进行叠加改造,形成了高品位铀矿石。5)通过铀源、古气候、还原剂和氧化流体作用方式等内容的研究,分析了塔木素矿床铀成矿作用类型,认为该矿床早期存在大规模的氧化流体成矿作用,晚期出现热流体的叠加改造成矿作用。铀成矿作用过程可分为沉积预富集阶段、大规模氧化流体成矿作用阶段、热流体叠加改造成矿作用阶段和晚期氧化流体持续弱改造阶段等4个阶段。不同类型流体与铀成矿的关系及其在成矿过程中的地位,是困扰塔木素砂岩型铀矿床成因解释的关键,也直接影响着矿床成矿模式的建立和找矿方向的选择。本论文从微观角度揭示可不同类型流体作用特征及其与铀富集的关系,为矿床成因的解释和找矿模式的建立提供了翔实的证据。同时研究结果也表明,砂岩型铀矿中氧化还原作用和酸碱度的变化对铀的沉淀富集均起着重要作用的控制作用,在今后的勘查和研究过程中应对pH的改变对U的沉淀富集的影响应加以重视。本文的研究对塔木素铀矿床的勘查有很大的帮助和指导作用,同时对我国其他盆地中出现的后期热流体叠加改造与砂岩型铀成矿之间关系的研究有一定的借鉴意义。

论文目录

• 作者简历
• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题的来源与研究意义
•     1.1.1 选题来源
•     1.1.2 研究目的与意义
•   1.2 国内外研究现状和发展趋势
•     1.2.1 典型层间氧化带砂岩型铀矿研究现状
•     1.2.2 砂岩型铀矿后期热流体改造研究进展
•     1.2.3 塔木素铀矿研究现状
•     1.2.4 存在的主要问题
•   1.3 论文的研究内容及技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
•   1.4 完成主要工作量
•   1.5 主要创新点
• 第二章 区域地质背景
•   2.1 地理位置
•   2.2 大地构造位置
•   2.3 盆地构造分区
•   2.4 盆地充填序列
•   2.5 岩浆作用与岩浆岩
•   2.6 矿产资源
• 第三章 塔木素铀矿矿床地质特征
•   3.1 矿区地质概况
•   3.2 地层特征
•   3.3 构造特征
•     3.3.1 断层
•     3.3.2 矿床内浅层地震断层解译结结果
•     3.3.3 节理
•   3.4 含矿层砂体沉积特征
•     3.4.1 沉积微相特征
•     3.4.2 沉积砂体空间展布特征
•     3.4.3 氧化流体空间展布特征
•   3.5 矿体与矿化特征
• 第四章 成岩作用与成岩序列
•   4.1 岩石学特征
•     4.1.1 碎屑成分
•     4.1.2 填隙物成分
•     4.1.3 结构与构造
•     4.1.4 砂岩类型研究
•   4.2 成岩作用类型
•     4.2.1 压实作用
•     4.2.2 胶结作用
•     4.2.3 溶蚀作用
•     4.2.4 交代作用
•     4.2.5 重结晶作用
•     4.2.6 热流体改造作用
•   4.3 成岩序列
•     4.3.1 矿物生产顺序的判定
•     4.3.2 成岩序列成岩事件演化
•   本章小结
• 第五章 后生改造流体类型与特征
•   5.1 流体包裹体测温
•     5.1.1 测试方法
•     5.1.2 实验结果
•   5.2 稳定同位素地球化学特征
•     5.2.1 样品采集与测试方法
•     5.2.2 稳定同位素分析结果
•     5.2.3 物质来源讨论
•   5.3 流体类型与性质特征
•     5.3.1 表生氧化流体
•     5.3.2 热流体
•   5.4 流体活动时间与成因探讨
•     5.4.1 氧化流体活动时间范围
•     5.4.2 热流体活动时限与成因
•   本章小结
• 第六章 铀富集机理
•   6.1 铀矿物类型与赋存状态
•     6.1.1 取样与分析测试
•     6.1.2 铀矿物类型
•     6.1.3 铀矿物的赋存状态
•     6.1.4 铀矿石中伴生矿物特征
•   6.2 黄铁矿LA-ICP-MS微量元素地球化学特征
•     6.2.1 样品特征与实验方法
•     6.2.2 实验结果
•     6.2.3 讨论
•     6.2.4 铀矿物成因
•   6.3 微量元素地球化学特征
•     6.3.1 取样与测试方法
•     6.3.2 微量元素特征
•     6.3.3 稀土元素特征
•   6.4 蚀变矿物组合与成岩环境变化对比
•     6.4.1 不同流体蚀变矿物组合与分带特征
•     6.4.2 蚀变带指示的成岩物理化学条件的空间变化规律
•   6.5 流体相互作用与塔木素矿床铀富集机理
•     6.5.1 铀富集作用类型
•     6.5.2 热流体参与下的铀超常富集机制
•   6.6 各期成矿流体活动与铀成矿关系评估
•     6.6.1 成矿物质来源
•     6.6.2 矿体矿化与空间产出特征
•     6.6.3 成矿环境变化
•     6.6.4 成矿时间和储层物性变化
•   本章小结
• 第七章 铀成矿控制因素与成因机制
•   7.1 铀成矿条件
•     7.1.1 物源和铀源
•     7.1.2 构造与氧化流体
•     7.1.3 古气候与还原剂
•   7.2 矿床成因的争议
•   7.3 铀成矿作用类型与方式
•     7.3.1 氧化还原作用
•     7.3.2 热液叠加改造作用
•   7.4 塔木素矿床成因模式
•   7.5 勘探启示与找矿建议
• 结论
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 博士论文

作者: 张成勇

导师: 焦养泉,聂逢君

关键词: 塔木素,砂岩型铀矿,成岩作用,热流体活动,铀矿化

来源: 中国地质大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,矿业工程

单位: 中国地质大学

基金: 核工业地质局“巴音戈壁盆地构造演化,沉积体系与铀成矿条件研究”项目,973项目“中国北方砂岩型铀矿流体成矿过程研究”(2015-2019)课题

分类号: P619.14

DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000264

总页数: 141

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