【摘要】：鄂爾多斯盆地東北部砂巖型鈾礦床粘土蝕變強(qiáng)烈,與鈾成礦關(guān)系密切。本文通過(guò)主量元素分析、X-衍射分析、掃描電鏡鏡下觀察、高分辨率透射電鏡觀察等手段,結(jié)合野外地質(zhì)資料和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究,以粘土礦物特征和鈾的賦存狀態(tài)為主線,系統(tǒng)探討了鈾成礦過(guò)程中粘土礦物所起的作用。查明了研究區(qū)內(nèi)典型鈾礦床的粘土礦物特征以及研究區(qū)內(nèi)粘土礦物平面分布特征。明確了典型鈾礦床中粘土礦物的類(lèi)型、成分、形貌特征、垂向分布規(guī)律、演化過(guò)程以及演化過(guò)程中元素的遷入、遷出規(guī)律。查明了研究區(qū)鈾的賦存狀態(tài)以及粘土礦物吸附鈾的最佳條件和厭氧菌還原之后粘土礦物還原鈾的最佳實(shí)驗(yàn)條件。探討了蒙脫石和高嶺石與鈾成礦的關(guān)系,利用高分辨率透射電鏡查明了綠泥石吸附鈾的方式。主要的成果與認(rèn)識(shí)有:(1)通過(guò)分析野外露頭和各典型鈾礦床粘土礦物的特征,總結(jié)了研究區(qū)粘土礦物平面分布特征。蒙脫石含量從納嶺溝鈾礦床到大營(yíng)鈾礦床再到巴音青格利鈾礦床不斷升高,而高嶺石的含量卻呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)。蒙脫石含量和高嶺石含量的負(fù)相關(guān)性很大,且與平面分布趨勢(shì)圖一致,蒙脫石含量升高的同時(shí)高嶺石含量下降。而研究區(qū)的粘土礦物又主要為蒙脫石和高嶺石,說(shuō)明這兩種粘土礦物之間有很大的聯(lián)系,且與鈾成礦關(guān)系密切。(2)總結(jié)了單孔和典型剖面中粘土礦物的垂向分布規(guī)律。各地球化學(xué)分帶中粘土礦物以蒙脫石為主,高嶺石次之,綠泥石和伊利石平均含量較少。綠色古氧化帶砂巖的粘土礦物總量和綠泥石含量最高,這也是巖石呈現(xiàn)綠色的主要原因。鈾礦化帶的高嶺石含量和伊利石含量最高,蒙脫石含量最低。(3)查明了粘土礦物和鈾礦物的微觀特征。蒙脫石主要呈蜂窩狀、蜂窩網(wǎng)狀、片網(wǎng)狀、片絮狀和少量呈團(tuán)塊狀產(chǎn)出。高嶺石呈蠕蟲(chóng)狀,部分呈書(shū)頁(yè)片狀、書(shū)頁(yè)板狀集合體形式產(chǎn)出。綠泥石主要以針葉狀、花朵狀、絨球狀和葉片狀產(chǎn)出。鈾礦物顆粒十分細(xì)小,局部可見(jiàn)鈾礦物以較大的集合體形式產(chǎn)出,形狀不一,主要呈現(xiàn)粒間粒表絲條叢狀、粒表冰花狀、粒表絮狀、短棒狀和粒表短柱狀。常見(jiàn)以細(xì)小微粒和集合體的形式與有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦和粘土礦物密切共生。(4)詳細(xì)分析了蝕變過(guò)程中粘土礦物的演化規(guī)律以及蝕變過(guò)程中元素的遷入遷出規(guī)律。早期氧化酸性蝕變階段,長(zhǎng)石水解形成高嶺石,造成古氧化帶和鈾礦化帶砂巖中的高嶺石含量相較于原生帶砂巖明顯增高。氧化期后弱堿性蝕變階段,在局部相對(duì)酸性的環(huán)境中,蒙脫石向高嶺石轉(zhuǎn)化,造成在鈾礦化帶,蒙脫石的含量顯著下降,而高嶺石的含量卻顯著上升。晚期還原弱堿性蝕變階段,古氧化帶的砂巖中Fe~(3+)還原轉(zhuǎn)化為Fe~(2+),高嶺石在有Fe~(2+)存在的條件下也會(huì)轉(zhuǎn)化為綠泥石。以TiO_2為惰性元素,相對(duì)于原生帶砂巖,古氧化帶遷入的元素有Fe_2O_3、FeO、MgO、MnO,而遷出的元素有SiO_2、Al_2O_3、CaO、Na_2O、K_2O、P_2O_5;鈾礦化帶遷入的元素有Fe_2O_3、FeO、CaO、Na_2O、MnO,而遷出的元素有SiO_2、Al_2O_3、K_2O、MgO。(5)探討了粘土礦物吸附鈾的最佳條件和厭氧菌還原之后的粘土礦物還原鈾的最佳實(shí)驗(yàn)條件。粘土礦物的吸附量在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)隨著增加,但最終會(huì)達(dá)到吸附平衡,部分粘土礦物也會(huì)發(fā)生解吸附現(xiàn)象導(dǎo)致吸附量下降。溶液的pH值過(guò)低或過(guò)高都會(huì)影響粘土礦物對(duì)鈾的吸附量。初始鈾溶液濃度一定的溶液中,增加粘土礦物的投放量,可以增加粘土礦物的總表面積和活性位點(diǎn),有利于粘土礦物對(duì)鈾酰離子進(jìn)行表面吸附和離子交換吸附,從而增加粘土礦物的吸附量。粘土礦物投放量不變時(shí),隨著鈾溶液濃度的增加,粘土礦物對(duì)鈾酰離子的吸附量會(huì)逐漸增大直至飽和。隨著實(shí)驗(yàn)組溫度的升高,粘土礦物對(duì)鈾酰離子的吸附量隨之升高。綠色古氧化帶蒙脫石含量最高,成礦早期地層中鈾濃度不高,粘土礦物對(duì)鈾的預(yù)富集起重要作用。弱酸條件下被厭氧菌還原過(guò)的粘土更有利于還原鈾的過(guò)程。(6)探究了粘土礦物與鈾成礦的關(guān)系。在成礦早期階段,即預(yù)富集階段,酸性含氧含鈾水的鈾濃度不是很高,pH條件也有利于蒙脫石對(duì)鈾的吸附作用。在含氧含鈾水往前遷移的過(guò)程中,蒙脫石可以吸附溶液中的鈾酰離子,為后期鈾成礦起到預(yù)富集作用。在鈾礦化帶,鈾含量較高的部位往往就是高嶺石含量最高的部位,可以作為指示含礦深度的一種礦物。同時(shí),高嶺石含量的變化雖然對(duì)吸附能力的影響有限,但是可以反映流體環(huán)境的變化。在綠泥石化過(guò)程中,不僅改變了鈾在原巖中的賦存狀態(tài),同時(shí)還能將該過(guò)程釋放出來(lái)的鈾進(jìn)行預(yù)富集,為后期鈾成礦提供一定的幫助。綠泥石極易與腐植酸等有機(jī)質(zhì)形成有機(jī)粘土復(fù)合體,在流體的運(yùn)移過(guò)程中,隨著砂體中物理化學(xué)性質(zhì)的變化,含鈾熱液存在的外界條件改變,通過(guò)吸附作用和還原作用最終將鈾沉淀固定下來(lái)。
【學(xué)位授予單位】：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：P619.14
【圖文】：

利用 X-射線衍射和掃描電鏡手段，分析樣品中粘土礦物含量、粘土礦物組合和形貌特征，總結(jié)野外露頭和各個(gè)鈾礦區(qū)粘土礦物特征。（2）典型砂巖型鈾礦床不同地球化學(xué)分帶粘土礦物特征系統(tǒng)采集典型砂巖型鈾礦（納嶺溝鈾礦床）不同地球化學(xué)分帶的樣品。利用偏光顯微鏡、X-射線衍射、掃描電鏡、電子探針成分分析、高分辨率透射電鏡等手段分析粘土礦物類(lèi)型、形態(tài)、含量、成分以及存在形式；對(duì)粘土礦物成分特點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)并進(jìn)行分類(lèi)，分析粘土礦物的物質(zhì)來(lái)源、形成期次、形成的溫度以及氧化還原環(huán)境。（3）鈾礦石和粘土礦物中鈾的賦存狀態(tài)通過(guò)電子顯微鏡和電子探針?lè)治鲡櫟馁x存形式，觀察是呈獨(dú)立礦物、含鈾礦物（類(lèi)質(zhì)同象），還是呈吸附態(tài)；利用高分辨率透射電鏡更直觀觀察鈾在粘土礦物中的賦存狀態(tài)，查清粘土礦物中鈾的賦存形式。

圖 2-1 中國(guó)主要構(gòu)造單元及鄂爾多斯盆地位置簡(jiǎn)圖（據(jù) Song Shuguang 修改）2.2 區(qū)域地質(zhì)特征2.2.1 盆地基底巖石特征鄂爾多斯盆地的基底可以分為直接基底和間接基底，具有“雙重”基底的特點(diǎn)（表 2-1）。間接基底為太古宇-古元古界變質(zhì)巖系組成的結(jié)晶基底，太古宇由麻粒巖相、角閃巖相的變質(zhì)巖和混合花崗巖組成，古元古界主要巖性為角閃巖和綠片巖相。在盆地內(nèi)部結(jié)晶基底全部被巨厚的地臺(tái)沉積蓋層覆蓋，對(duì)盆地蓋層沒(méi)有直接的影響，但在盆地周邊蝕源區(qū)，上述結(jié)晶基底均有不同程度的出露。結(jié)晶基底不僅為地臺(tái)沉積蓋層的形成提供物源，而且由于其隆起時(shí)間較早，在一定程度上為盆地中新生代蓋層沉積和鈾的富集提供物源和鈾源。直接基底為中元古宇-中生界三疊系的地臺(tái)沉積蓋層。在盆地北部有不同程度的出露，可直接為盆地蓋層沉積提供豐富的物源和鈾源。

20圖 2-2 鄂爾多斯盆地二級(jí)構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨把芯繀^(qū)位置圖（據(jù)長(zhǎng)慶油田地質(zhì)志，1992）2.2.2.1 下侏羅統(tǒng)富縣組（J1y）富縣組沉積類(lèi)型多樣，主要為河流沉積，其次為坡積、洪積及殘積等沉積，具有“填平補(bǔ)齊”的特點(diǎn)，即在古地形低洼處接受沉積，古地形隆起處未沉積或很少沉積。在盆地東部零星出露的巖性主要是黃綠色砂巖、泥巖互層，底部夾黑

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