伊犁盆地砂岩型铀矿的水文地球化学成矿机理

论文摘要

伊犁盆地是我国重要的铀资源基地之一,在盆地南缘发现了一系列大型砂岩型铀矿床,而盆地北部仅发现一些零星分布的小型铀矿床或铀矿化点,盆地演化过程中不同部位的构造活动强度不同,造就不同的地下水流场特征及演化过程可能是导致盆地不同构造部位铀成矿条件差异的重要原因。因此,从盆地地下水系统演化的角度,综合考虑水动力场和水化学场耦合作用下含铀流体的迁移-转化规律,揭示伊犁盆地砂岩型铀矿的水文地球化学成矿机理,对加深认识伊犁盆地铀成矿规律和指导铀矿床空间定位都具有重要的意义。本文在分析整理伊犁盆地区域地质资料的基础上,系统开展野外露头地质调查与岩石、地表水以及地下水采样工作,综合运用岩石放射性分析、岩石与水文地球化学分析、地下水三维数值模拟等技术方法,对伊犁盆地铀成矿的铀源条件、水动力条件以及水文地球化学条件进行剖析,运用反应-迁移耦合模拟技术对含铀流体的迁移-转化过程进行模拟,揭示铀成矿的水文地球化学机理,结合伊犁盆地构造及地下水系统演化特征,分析盆地不同构造部位的铀成矿模式及成矿有利靶区,取得了以下主要成果和认识:1、蚀源区岩浆岩、火山岩及火山碎屑岩为盆地地下水系统提供了良好的铀源蚀源区岩石及地表水铀含量分析结果表明伊犁盆地南、北两侧的蚀源区分布大量的花岗岩、火山岩及火山碎屑岩,盆地南部和北部均具备良好的铀源条件。其中,花岗岩铀含量高,且在含氧水作用下具有较高的铀析出能力,是重要的铀源;火山岩及火山碎屑岩的铀含量中等,但铀的析出能力很强,也是良好的铀源;沉积岩及中性岩浆岩的铀含量低,铀源条件较差。2、多层次的地下水系统为铀成矿提供了有利的水动力条件中生代伊犁盆地的河湖相沉积构造的交替演化,连续沉积了数千米的含砂-含煤岩系,为该区多层结构承压含水系统的形成奠定了基础。三叠系侏罗系承压含水系统在盆缘开启,得以接受山前含铀含氧水的入渗补给,同时盆地内部深大断裂构造的发育,导通了深部承压含水层之间及其与潜水含水系统的水力联系,改善了地下水循环条件,尤其是为深部承压含水系统水循环的贯通创造了前提,形成了完整的地下水补给-径流-排泄体系,为铀成矿作用提供了有利的水动力条件。3、盆地含水层中发育完整的氧化还原环境系统为铀成矿提供了必要的水化学条件伊犁盆地地下水化特征表明:伊犁盆地南北两侧发育有完整的氧化还原环境系统,具备铀成矿的基本水化学条件。从补给区（氧化带）到径流区（氧化还原过渡带）,地下水化学特征由低TDS、低或中等铀含量的HCO3-Ca型水逐渐转变为中等矿化度、中等-高铀含量的HCO3·SO4-Na或SO4·Cl-Ca·Na型水,继续往深部进入径流-排泄区（还原带）,则呈现为高矿化度、低-中等铀含量的SO4·Cl-Na·Ca型或Cl·SO4-Na·Ca型水。地下水系统中的这种在氧化-还原环境控制下的由“铀随水去”→“水去铀留”的地下水循环模式决定了铀在地下水系统中的析出→迁移→富集过程。4、地下水交替强度与含水介质垂向的不均匀性控制了铀成矿规模根据对伊犁盆地地下水流与含铀流体迁移转化过程的模拟结果表明:平面上,伊犁盆地南部地下水的水交替条件要远强于盆地北部,故南部铀成矿条件更优,尤其是盆地西南部,铀成矿的水动力条件最优。垂向上,伊犁盆地三叠侏罗系裂隙-孔隙含水介质在空间上分布不均匀,表现为两强两弱的特征,即八道湾组和西山窑组强,三工河组和小泉沟群弱,这就为含矿流体在垂向上的不均匀分配奠定了基础,更多的含氧-含铀流体主要经八道湾组和西山窑组含水系统发生交替和循环,因此更有利于在这两个层位上富集成矿。5、构造运动控制了盆地不同部位的地下水流场特征与铀成矿规模伊犁盆地南部自三叠侏罗系承压含水层开启后,构造运动强度相对较弱,地下水流场特征保持基本稳定,且发育完整的氧化还原系统,铀成矿作用得以稳定持续的进行,具有良好的铀成矿条件,尤其是西南部成矿条件最稳定,东南部因受挤压形成褶皱,改变了地下水流场与铀成矿条件,导致成矿规模不如西南部。盆地北部构造运动强烈,盆缘大幅抬升并形成褶皱带,导致盆地北缘铀储层及早期形成的铀矿抬升至地表被改造破坏,仅褶皱带南部的斜坡带具备发育完整的补给-径流-排泄与氧化还原系统的铀成矿条件,但受地下水流分散、成矿流场不稳定等因素的影响,决定了盆地北部铀成矿条件较盆地南部差。

论文目录

• 作者简介
• 摘要
• abstract
• 第一章 绪言
•   1.1 研究目的和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 砂岩型铀矿成矿理论
•     1.2.2 铀成矿地球化学分带
•     1.2.3 伊犁盆地砂岩型铀矿研究现状及存在的问题
•   1.3 研究内容、方法与技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 研究方法与技术路线
• 第二章 伊犁盆地的地质背景与铀源条件
•   2.1 地质背景概况
•     2.1.1 自然地理概况
•     2.1.2 地层岩性
•     2.1.3 构造特征
•   2.2 蚀源区岩石铀含量特征
•   2.3 蚀源区地表水化学特征及铀源条件分析
•     2.3.1 水样的采集与测试
•     2.3.2 湖水化学组成特征及铀源条件分析
•     2.3.3 河流水化学组分及铀源条件分析
• 第三章 地下水流场与铀成矿条件
•   3.1 伊犁盆地地下水系统的基本特征
•     3.1.1 含水岩组类型及特征
•     3.1.2 地下水补给、径流与排泄特征
•     3.1.3 地下水系统演化特征
•   3.2 盆地地下水系统结构及渗透性空间展布
•     3.2.1 盆地地下水系统结构及空间展布特征
•     3.2.2 含水层渗透性及空间展布
•   3.3 地下水流场三维数值模拟
•     3.3.1 地下水流运动数值模型
•     3.3.2 地下水流场反演结果与分析
• 第四章 地下水化学特征与铀成矿条件
•   4.1 铀元素的地球化学性质
•   4.2 地下水化学特征
•     4.2.1 水样的采集与测试
•     4.2.2 浅循环地下水水化学特征
•     4.2.3 深循环地下水水化学特征
•   4.3 铀成矿水文地球化学模式与成矿条件分析
•     4.3.1 盆地铀成矿水文地球化学模式
•     4.3.2 典型地段砂岩型铀矿的成矿位置分析
• 第五章 铀成矿水文地球化学模拟
•   5.1 含铀流体的反应-迁移模型
•     5.1.1 铀成矿的水文地球化学基本原理
•     5.1.2 剖面二维流中铀的反应-迁移模型
•   5.2 模型含水层结构和参数的敏感性分析
•     5.2.1 水文地质概念模型及模拟工况
•     5.2.2 模拟结果与分析
•   5.3 典型剖面铀成矿水文地球化学模拟
•     5.3.1 盆地南部的铀成矿水文地球化学模拟
•     5.3.2 盆地北部的铀成矿水文地球化学模拟
• 第六章 伊犁盆地砂岩型铀矿成矿潜力分析
•   6.1 层间氧化带的特征及氧化砂体分布规律
•     6.1.1 铀储层氧化-还原分带特征
•     6.1.2 氧化砂体的空间分布规律
•   6.2 成矿模式与成矿有利区段分析
•     6.2.1 伊犁盆地砂岩型铀矿的成矿模式分析
•     6.2.2 伊犁盆地砂岩型铀矿有利区段分析
• 第七章 结论与展望
•   7.1 主要结论
•   7.2 未来展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 博士论文

作者: 何忧

导师: 万军伟

关键词: 砂岩型铀矿,地下水系统演化,铀源条件,氧化还原条件,反应迁移模拟

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: 国家重点研发计划“深地资源勘查开采”重点专项子课题“北方重要盆地矿集区铀富集机理和成矿模式”

分类号: P619.14

DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000227

总页数: 144

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