本文關(guān)鍵詞： 水-巖作用 古層間氧化帶 大營鈾礦床 鄂爾多斯盆地　出處：《中國地質(zhì)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：層間氧化帶是砂巖型鈾礦的找礦標(biāo)志,它往往控制著鈾礦的分布。本文以鄂爾多斯盆地北部大營鈾礦床古層間氧化帶為研究對象,在查明古層間氧化帶分帶性和空間分布規(guī)律的基礎(chǔ)上,通過野外露頭考察、巖心編錄、偏光顯微鏡觀察、掃描電鏡和電子探針分析、X射線粉晶衍射(XRD)、X射線熒光光譜、ICP-MS等測試方法對古層間氧化帶內(nèi)部不同巖石類型砂巖進(jìn)行巖石礦物學(xué)和地球化學(xué)特征研究,并對成礦期古氧化帶進(jìn)行了恢復(fù),系統(tǒng)對比分析了古層間氧化帶各分帶砂巖的巖石礦物學(xué)和地球化學(xué)特征,探討了成巖(次生次生蝕變)-成礦過程中流體環(huán)境和物質(zhì)組成的變化規(guī)律,進(jìn)而揭示大營鈾礦床古層間氧化帶形成發(fā)育的水-巖作用復(fù)雜演化歷史。所取得的主要成果和認(rèn)識如下：(1)研究認(rèn)為,巖心與露頭殘留的紅色次生次生蝕變砂巖為成礦期古氧化帶的原始記錄,初始古氧化作用的標(biāo)志性次生次生蝕變礦物主要為高嶺石化、褐鐵礦化和絹云母化,同時LREE和HREE元素遷出明顯。揭示了古氧化帶初始形成、古氧化帶被鈣質(zhì)膠結(jié)疊加改造和古氧化帶被二次還原改造的復(fù)雜演化過程,認(rèn)為(鈣質(zhì)膠結(jié))紅色次生次生蝕變砂巖和綠色次生次生蝕變砂巖均屬于古層間氧化帶的組成部分,研究區(qū)在成礦期曾經(jīng)存在大規(guī)模的區(qū)域性初始古層間氧化作用,并依此對古層間氧化帶進(jìn)行了精細(xì)劃分。研究區(qū)成礦期的紅色次生次生蝕變砂巖均被后期改造而不復(fù)存在,局部被鈣質(zhì)膠結(jié)作用疊加改造成現(xiàn)存的殘留紅色砂巖,其中保存了初始古氧化信息；大規(guī)模被二次還原作用改造為現(xiàn)在的綠色砂巖。因此,本文通過殘留紅色鈣質(zhì)砂巖的礦物學(xué)和地球化學(xué)特征,結(jié)合鈣質(zhì)膠結(jié)作用對元素地球化學(xué)特征的影響,對成礦期古氧化帶進(jìn)行了恢復(fù)。成礦期古氧化帶中典型礦物組合及次生次生蝕變特征為：高嶺石化、褐鐵礦化和絹云母化等。相比于殘留紅色鈣質(zhì)砂巖,地球化學(xué)特征表現(xiàn)為：Fe2O3和Fe2O3/FeO值略低,pH值明顯降低(且7),ΔEh值略高；常量元素中除TFe2O3、CaO和MnO元素含量明顯降低外,其它元素含量均明顯增高；微量元素中V、Zn、Ga、 Cs、Rb、Ba和Th含量明顯增高,Co、Ni和Mo含量明顯降低。此外,半定量的對成礦期古氧化帶稀土元素含量進(jìn)行了恢復(fù),其中LREE、HREE和∑REE含量不僅相比于殘留紅色鈣質(zhì)砂巖降低,且相比于原生灰色砂巖也降低,在層間氧化作用過程中,初始古氧化帶中LREE和HREE元素明顯遷出。研究區(qū)古層間氧化帶經(jīng)歷了古氧化帶初始形成階段、成礦帶形成階段、古氧化帶被鈣質(zhì)膠結(jié)作用疊加改造階段和古氧化帶被二次還原作用改造階段的復(fù)雜演化過程。(2)系統(tǒng)對比分析了古氧化帶三種次生次生蝕變砂巖與未氧化砂巖(原生灰色砂巖)的礦物學(xué)特征。被鈣質(zhì)膠結(jié)改造的古氧化帶,繼承了初始古氧化帶的礦物學(xué)特征,但是方解石化疊加膠結(jié)作用最為突出；被二次還原改造的古氧化帶,殘留了極少量的褐鐵礦化和絹云母化等氧化酸性次生次生蝕變礦物,但是以綠泥石化和蒙脫石化疊加次生次生蝕變作用顯著。與初始古氧化帶區(qū)別較大的是未氧化帶,其以包含黃鐵礦化和碎屑鈾礦化為特征。通過將古氧化帶與未氧化帶的礦物學(xué)特征進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn),初始古氧化帶以褐鐵礦化、高嶺石化和絹云母化為主；被鈣質(zhì)膠結(jié)改造的古氧化帶以褐鐵礦化、方解石化、殘留的少量絹云母化和高嶺石化為主；被二次還原改造的古氧化帶以綠泥石化、蒙脫石化、殘留的極少量的褐鐵礦化和絹云母化,以及晚期少量的方解石化為主；未氧化帶以黃鐵礦化、碎屑鈾礦化(含鈾碎屑顆粒)和少量方解石化為主。且古氧化帶中碎屑顆粒的溶蝕程度最強(qiáng),未氧化帶中碎屑顆粒的溶蝕程度最弱,或未發(fā)生溶蝕。(3)系統(tǒng)對比分析了古氧化帶三種次生次生蝕變砂巖與未氧化砂巖(原生灰色砂巖)的地球化學(xué)特征。被鈣質(zhì)膠結(jié)改造的古氧化帶與初始古氧化帶,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別較大,尤以pH值、REE和CaO含量差最為突出；被二次還原改造的古氧化帶,以AEh值最高,Fe、Mg、Al、REE富集最為顯著。未氧化帶與初始古氧化帶區(qū)別較大,其以U預(yù)富集,AEh值較高等為特征。通過將古氧化帶與未氧化帶的地球化學(xué)特征進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn),初始古氧化帶與被鈣質(zhì)膠結(jié)改造的古氧化帶Fe2O3和Fe2O3/FeO比值最高,AEh值、U、C有和S的含量低最低,其中初始古氧化帶pH7, REE含量最低,被鈣質(zhì)膠結(jié)的古氧化帶中CaO和HREE含量最高；被二次還原的古氧化帶U、C有和S的含量繼承了初始古氧化帶的特征,但是FeO、MgO、Al2O3、TFe2O3、REE含量和AEh值最高,Fe2O3/FeO比值最低；未氧化帶AEh值和U含量較高,K2O、Na2O和SiO2含量最高,TFe2O3含量最低。(4)成礦作用位于古層間氧化帶前鋒線及其邊界外圍未氧化的灰色砂體中,礦物學(xué)特征和地球化學(xué)特征與未氧化帶相似,重要的區(qū)別在于鈾等變價(jià)元素在此富集。該帶的古氧化砂巖與未氧化砂巖多數(shù)呈現(xiàn)為指狀交互,所以也被籠統(tǒng)稱為“過渡帶力,但是礦化作用僅僅富集于未氧化的灰色砂巖中。研究發(fā)現(xiàn),灰色含礦砂巖(過渡帶)礦物學(xué)特征以鈾礦化(包括水硅鈾礦和鈾石)、黃鐵礦化、蒙脫石化、早期部分絹云母化和晚期部分方解石化為主；地球化學(xué)特征表現(xiàn)為U、V、Mo、C有和S含量最高,Fe2O3、FeO、K2O、Na2O、SiO2、 Fe2O3/FeO和ΔEh值均介于未氧化帶和初始古氧化帶之間,A12O、MgO、TFe2O3和REE含量高于未氧化帶。(5)按照古層間氧化帶發(fā)育階段,恢復(fù)了成礦早期由弱堿性到酸性、成礦晚期由酸性到堿性以及成礦后堿性的成巖(次生次生蝕變)-成礦環(huán)境,揭示了研究區(qū)從古氧化帶初始形成→大規(guī)模成礦作用→古氧化帶被鈣質(zhì)膠結(jié)作用疊加改造→古氧化帶被還原作用改造的水-巖作用復(fù)雜演化歷史。指出鈾成礦主要發(fā)生于古層間氧化帶前鋒線及其邊界外圍未氧化部位的堿性環(huán)境中。①成礦期古氧化帶初始形成階段：成礦期pH值降低且小于7, Fe2O3/FeO值明顯增高,ΔEh值明顯降低,流體環(huán)境由還原弱堿性轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸嵝浴Ｉ绑w發(fā)生大規(guī)模氧化作用,Fe2+被氧化為Fe3+,使砂體發(fā)生褐鐵礦化呈現(xiàn)紅色；有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦被氧化分解,C有和S的含量明顯降低；U被氧化活化遷出,U含量明顯降低,長石發(fā)生高嶺石化釋放出Ca2+和SiO44+,REE元素活化遷出,使REE含量在初始古氧化帶中最低。該階段古層間氧化帶物質(zhì)成分以區(qū)域大規(guī)模紅色次生次生蝕變砂巖為主。②成礦期大規(guī)模成礦作用發(fā)生階段：灰色含礦中ΔEh值及Fe2O3/FeO比值均介于未氧化帶與初始古氧化帶之間,說明流體中O2被不斷消耗,氧化能力逐漸減弱還原能力逐漸增強(qiáng)。蒙脫石含量明顯增高(MgO和Al2O3含量略富集),石英顆粒強(qiáng)烈溶蝕成SiO44-,表明該時期流體pH值大于7,成礦環(huán)境由酸性向堿性轉(zhuǎn)變。該環(huán)境下U以[UO2(CO3)3]4和[UO2(CO3)2]2-、RE3+以[REE(CO3)3]3和[REE(CO3)4]5形式運(yùn)移,在氧化帶前鋒線及其邊界外圍未氧化的灰色未氧化帶中,富含豐富的黃鐵礦和有機(jī)質(zhì)(C有和S的含量在礦化帶中最高),鈾酰離子被黃鐵礦和有機(jī)質(zhì)等還原分解成U4+和CO32-,其中U4+與SiO44-結(jié)合形成鈾石和水硅鈾礦,CO32-與Ca2+結(jié)合形成方解石膠結(jié)物,與礦化帶中CaO含量較高相一致,CO32-離子析出時,REE大量沉淀,導(dǎo)致礦化帶中REE含量增高。該階段古層間氧化帶物質(zhì)成分以區(qū)域大規(guī)模紅色次生蝕變砂巖和灰色含礦砂巖為主。③成礦期后古氧化帶被鈣質(zhì)膠結(jié)作用疊加改造階段：殘留紅色鈣質(zhì)砂巖中pH7,該時期古氧化帶中環(huán)境為堿性,,說明古層間氧化作用可能已經(jīng)終止,成礦作用已經(jīng)不再發(fā)生。其中Ce為負(fù)異常,Ceanom指數(shù)小于-0.1,Fe203含量和Fe2O3/FeO比值最高,說明古氧化信息在紅色鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖中得以保存,鈣質(zhì)膠結(jié)作用使局部被鈣質(zhì)膠結(jié)改造的古氧化帶相比于初始古氧化帶CaO和REE含量明顯增高。該階段古層間氧化帶物質(zhì)成分以局部被鈣質(zhì)膠結(jié)作用疊加改造的大規(guī)模紅色砂巖為主。④成礦期后古氧化帶被大規(guī)模還原作用改造階段：成礦期后河套斷陷將含氧含鈾水補(bǔ)給切斷,下伏還原性氣體沿?cái)鄬舆M(jìn)入鈾儲層,流體環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檫�原堿性(pH7),大規(guī)模未被鈣質(zhì)膠結(jié)的紅色砂巖被二次還原為綠色,因此,被二次還原的古氧化帶中U、S及C有含量與初始古氧化帶相近也明顯降低,FeO含量和ΔEh值最高。由于其遭受的改造作用最強(qiáng),使其中粘土礦物含量最高,主要為綠泥石和蒙脫石,使其中TFe2O3、MgO和A1203含量最高。粘土礦物對REE元素具有很強(qiáng)的吸附能力,使此分帶中REE元素含量也最高。該階段古層間氧化帶物質(zhì)成分以包裹著紅色鈣質(zhì)殘留體的大規(guī)模疏松綠色砂巖為主。本論文的創(chuàng)新性成果如下：(1)識別了古層間氧化帶的原始記錄,總結(jié)了其礦物學(xué)和地球化學(xué)特征,認(rèn)為該階段標(biāo)志性次生蝕變礦物主要為高嶺石化、褐鐵礦化和絹云母化,同時LREE和HREE元素遷出明顯。(2)揭示了古層間氧化帶形成發(fā)育及其經(jīng)歷的兩次成巖(次生蝕變)改造過程,并從水-巖作用的角度恢復(fù)了成巖(次生蝕變)-成礦環(huán)境的演化與變更。
[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，

本文編號：1455113