【摘要】：鈾是一個國家經(jīng)濟發(fā)展和國防建設重要的礦產(chǎn)資源,根據(jù)國際原子能機構(IAEA)報道,全世界已探明的鈾資源產(chǎn)量中,砂巖型鈾礦礦產(chǎn)資源量僅次于不整合帶型鈾礦,居于世界第二位。近年來在鄂爾多斯盆地發(fā)現(xiàn)一系列的砂巖型鈾礦,極大地解決了我國鈾資源短缺的問題。然而關于砂巖型鈾礦成礦機理研究尚不成熟,主要爭議集中在成礦物質來源、鈾遷移和富集成礦機制等諸多方面。本文選取鄂爾多斯盆地研究程度相對較低的雙龍地區(qū)砂巖型鈾礦為研究對象,從構造背景、礦物蝕變特征、地球化學等方面入手,探討物質來源、熱液來源及遷移機制、沉淀機制、礦物組合成因和元素遷移、分異過程,并統(tǒng)計全球砂巖型鈾礦的時空分布和成礦規(guī)律,結合全球氣候環(huán)境的變化,揭示砂巖型鈾礦的成因。主要取得以下幾點認識:1.鑒于前人對砂巖型鈾礦成礦物質來源問題研究較為薄弱,本文建立了一套完整的追蹤沉積碎屑和成礦物質來源的分析方法,并可通過模擬計算分析物源區(qū)供源能力,本方法有推廣性和通用性。研究表明鄂爾多斯盆地南部雙龍地區(qū)砂巖型鈾礦成礦物質來源可能并非前人的推測來自于盆地南部秦嶺巖體,而是來自于盆地西北部阿拉善地塊,該地區(qū)有較強的供鈾能力。2.通過對不同類型黃鐵礦的S同位素以及Co、Ni微量元素的分析表明熱液成因黃鐵礦與鈾的富集有密切關系,該礦床為熱液成因礦床;通過對全巖微量元素研究,鈾的遷移很可能為碳酸鹽熱液,這與過渡帶流體包裹體的主要成分為CO_3~(2-)、HCO_3~-等的特征相吻合,表明該期流體為礦化熱液;通過收集前人的研究數(shù)據(jù),流體包裹體H、O同位素表明熱液的來源為大氣降水與巖漿后期熱液的混合,顯微測溫結果表明熱液為80-200℃的低溫熱液,熱液pH范圍約束鈾的遷移形式為[(UO_2(CO_3)_3]~(4-)。因此熱液來源及鈾的遷移機制為:高氧逸度的大氣降水混入了巖漿后期熱液,形成了高氧逸度碳酸鹽質低溫熱液,低溫熱液將UO_2~(2+)以及賦存在礦物中的U氧化為[(UO_2(CO_3)_3]~(4-),并攜帶這些U遷移。3.過渡帶中方解石C、O同位素特征(-12.4-8.3‰和13.0-15.1‰)和含CH_4油氣包裹體證據(jù)表明,碳酸鹽富鈾低溫熱液受到有機質的還原作用,研究表明有機質對鈾的沉淀起到了關鍵性作用:(1)有機質自身反應和烯烴等物質氧化還原反應過程產(chǎn)生大量的CO_2,有利于鈾的活化;(2)有機質本身以及反應產(chǎn)物CH_4、NH_3、H_2、H_2S等氣體都能將六價鈾還原為UO_2沉淀;(3)有機質對鈾有較強的吸附作用,提供了鈾的預富集,為鈾的緩慢反應提供了源源不斷的供給;(4)熱液流體停止之后,有機質仍源源不斷的散逸,即使在地表強氧化的條件下也能為鈾的礦化提供還原環(huán)境,形成鈾礦化的天然屏障。4.在鈾礦形成的過程中,由于大氣降水、熱液流體、有機質、地下水等多重流體的作用導致了氧化帶、過渡帶和還原帶中元素遷移和分異,并形成新的礦物組合,這些變化直接或間接地對鈾礦的形成起到了一定的作用。5.通過全球統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)砂巖型鈾礦成礦時間的規(guī)律與地球大氧化事件和生物大滅絕等重大地質事件有密切的相關性:在2.3 Ga大氧化事件之前,由于低的氧氣濃度,鈾無法被氧化遷移,因此無法形成可觀的礦床。2.3 Ga之后,大氣中O_2含量達到可以活化鈾的條件,這時控制砂巖型鈾礦的主要因素轉變?yōu)檫�原條件,在500 Ma之前,由于地球上生命活動較為微弱,地球上很難導致區(qū)域性還原環(huán)境,因此這個階段砂巖型鈾礦也很少。進入500 Ma之后,地球上有機質含量大幅度升高,特別是幾次生物大滅絕事件,導致地球生物遺體的大規(guī)模沉降,同時生物滅亡造成水體中氧含量降低,這就為鈾的沉淀提供了良好的環(huán)境條件,導致鈾在這個時期大規(guī)模成礦。中生代開始,鄂爾多斯盆地發(fā)育封閉的湖盆體系,自盆地西北部鈾背景值較高阿拉善巖體,提供了鈾的來源;此時地球處于第二次大氧化事件之后,大氣中含有較高含量的O_2,且這個時期整個華北處于干旱-半干旱的環(huán)境中,剝蝕區(qū)處于強烈的物理風化條件下,這些因素都利于鈾的活化;中生代晚期燕山運動造成的深部的碳酸鹽熱液沿斷裂侵入到地層中去,與大氣降水混合形成高氧逸度低溫熱液,攜帶六價鈾遷移;在三疊系晚期大滅絕事件中,地層沉積了大量的生物遺體,形成廣泛沉積的有機質層,白堊系這些有機質沿構造裂隙自下而上的運移導致了鈾的富集;地表水等的流體動力導致含鈾熱液與有機質不斷混合反應,將六價鈾還原成四價鈾,并在直羅組地層沉淀富集成礦。
【學位授予單位】：中國科學院大學(中國科學院廣州地球化學研究所)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：P619.14
【圖文】：

我國仍是一個鈾短缺國家，那就勢必需要我們地質學的工作者繼續(xù)努力，爭取在勘查鈾礦這一領域這一領有新的突破，而砂巖型鈾礦因其勘查和研究程度并不高，首當其沖是我們的首選目標。鄂爾多斯盆地是我國重要的能源基地之一，其豐富的油、氣、煤、鈾資源為中國近些年來的發(fā)展做出了巨大的貢獻。鄂爾多斯盆地有數(shù)十個以上的大型砂巖型鈾礦，特別是在盆地東北緣東勝鈾礦，是鄂爾多斯盆地著名的鈾礦，引起了國內外學者的廣泛關注，并針對其構造背景、巖石礦物、地球化學、同位素等多個方面進行了研究，總結得出了很多結論，但仍有一些問題沒有得到解決。目前較為廣泛被接受的模型如下（圖 1.1），大氣降水通過剝蝕地表，攜帶盆地周圍高鈾花崗巖提供的鈾，進入地層在合適的位置還原成礦。但其中尚存在很多未解決的問題，如高鈾花崗巖能否提供足夠的鈾源，大氣降水是什么性質的流體，為什么可以攜帶鈾遷移等。

圖 2.1 鄂爾多斯盆地演化改造與主要地質事件以及成礦作用時序綜合對比圖（據(jù)劉池洋 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)

第 2 章 雙龍地區(qū)成礦地質背景及礦床地質特征其中最主要的三和四階段，這一階段是盆地接受沉積最主要的階段，對盆地的形成有重要的影響。從寒武世早期到奧陶世，鄂爾多斯盆地沉積了淺海相碳酸鹽巖和潮坪沉積物，形成了白云巖，鮞粒泥晶灰?guī)r和細粒碎屑沉積巖，厚度約 300－600 米（Yanget al.，2005）。從中奧陶系晚期開始，鄂爾多斯盆地開始發(fā)生一系列的構造運動，由于華北地臺加里東運動，盆地發(fā)生了構造隆升。

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