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沉积盆地铀成矿规律研究

作　者: 马亮
导　师: 徐恒力
学　校: 中国地质大学
专　业: 地下水科学与工程
关键词: 砂岩型铀矿成矿系统铀源地下水流动系统古水文地质分析动力学分析 “卷”状矿体成矿作用
分类号: P619.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

铀是影响当今世界和平与发展的重要战略、能源资源。对于我国而言,核电已经成为国家能源结构调整的战略选择,这使得加快铀矿科学研究,寻找高品位、大储量、可地浸的砂岩型铀矿床成为我国铀矿地质工作的战略性任务。而位于狼山北缘的内蒙古中部查干德勒苏地区正是我国寻找该类型铀矿床的重要前景基地之一,其中测老庙盆地的铀矿勘查已经取得突破,进一步表明该区有较大的资源潜力。因此,加强该区域的铀成矿规律研究,有望获得进一步的突破,有着重要的理论和实践意义。从沉积盆地砂岩型铀矿的成矿过程来看,铀矿床是铀物质以水为载体进行迁移、聚集的动力学过程的产物,在这里水不仅是铀物质迁移的载体,也是能量的传导者,水的作用贯穿成矿过程的始终,可以说砂岩型铀矿床的本质就是水-岩相互作用的结果。有关砂岩型铀矿的成因研究应该重视水的作用,甚至应该以水为主线进行研究。但是,从目前国内外砂岩型铀矿的研究现状来看,真正从水-岩作用的角度研究成矿规律的很少,从区域尺度上水动力演化的角度分析成矿动力过程的例子的就更是鲜有多见。鉴于此,本文就以古水动力演化为主线,尝试从古水文地质分析的角度来分析沉积盆地的铀成矿规律。首先,本文全面分析了砂岩型铀矿的国内外研究现状和发展趋势,指出目前砂岩型铀矿成矿研究所存在的几点问题:①强调对控矿要素的单一研究,缺少系统思想的指导;②常常围绕“矿床”做文章,没有从成矿系统所要求的区域尺度来着眼;③“静态”评价,缺乏时空演化和动力学思想。在此认识的基础上从成矿系统演化论的角度提出了本文的研究思路:即以系统观为指导,以物质迁移的动力学为主线,从区域地质背景演化特别是构造动力演化、岩相古地理等方面的研究入手,恢复区域矿前期、成矿期、矿后期的古地形格局,运用融入了地下水流动系统理论的古水文地质分析方法,重建区域演化进程中各地质时期的古流场,着重从区域尺度上研究矿质的源-迁移-汇(成矿)-保存的动力学过程。具体的研究内容如下:(一)对铀源问题进行了较为深入的理论分析,首先依据系统层级理论提出铀源研究存在矿床层次的源和区域层次的源,两者不可混为一谈。从成矿系统的角度来看,只有区域层次上的铀源才更具有研究意义,是我们的研究目标,指出以往的研究往往混淆了这两个不同层次,陷入“汇”区找源的逻辑性错误。本文即在此认识的基础之上,对区域性铀源进一步提出了分散源和集中源的认识,提炼了寻找陆相沉积盆地集中铀源的三个原则,通过综合多种手段对查干德勒苏地区区域铀物质的时空分布特征的地质演化动力过程的半定量研究,判定华力西中期和燕山期花岗岩为该地区砂岩型铀矿的主要铀源。(二)依据地下水流动系统理论和砂岩型铀矿成矿理论,提出成矿期靠近铀源的第一个局部流动系统的前缘为区域铀物质聚集的“汇”区这一理论认识,通过对查干德勒苏地区古地形、古流场的重建分析,圈划出测老庙盆地、迈马乌苏盆地的冲洪积扇和扇三角洲地段应该为早白垩世铀物质的“汇”区,从前人的找矿实践来看,得到了充分的证实。(三)从古水动力演化的角度对查干德勒苏地区早白垩世以来铀物质的源-迁移-汇(成矿)-保存的动力过程进行了分析,发现本区的外生成矿过程经历了早白垩世早期成矿-晚白垩世保存-第三纪以来的剥蚀破坏及“二次成矿”这样一个三阶段的动力过程。(四)从动力学的角度对沉积盆地铀矿矿体的产出形态和空间分布进行了讨论。依据地下水流动系统理论,结合铀元素特殊的地球化学特性,从水动力的角度分析砂岩型铀矿中典型的“卷”状矿体的形成动力学机制,提出了新的形成模式。认为矿体的产出形态受成矿期的沉积环境和水动力过程共同控制,沉积环境的许多特征,如沉积物的渗透性、厚度、形态以及氧化还原物质的分布等都是影响矿体形态的重要因素,其中渗透性和有机质的空间分布是最重要的控制性因素。矿体以卷、板状或其他形态产出,取决于其形成的水动力过程和其形成后的改造历史。(五)从查干德勒苏地区砂岩型铀矿成矿期的讨论出发,对外生成因的同生矿床和后生矿床进行了理论思考。指出以往把与氧化带相关的砂岩型铀矿床一概视为外生后成铀矿床的观点源于固体地质学判断岩石相对年龄的“切割关系律”的思维定势。进而从成矿系统的角度认为成矿作用具有继承性,同一矿床的形成往往具多阶段、多期次、多成因的特点,同生、后生是同一成矿系统两个相互联系的阶段,同生阶段也可能成为主要成矿期。在此认识的基础之上提出了深部找矿的思路,并对其前景和意义和具体方法进行了讨论。(六)对气候与铀成矿关系进行了讨论。结合查干德勒苏地区早白垩世以来的区域环境演化和铀物质分布的时空特征,从铀物质迁移动力学的角度分析了气候与铀成矿的关系,发现早白垩世的湿润气候是本区成矿的最有利时期。从而指出把干旱气候作为水成铀矿先决条件的观点值得思考,从成矿系统的角度来看,成矿作用的发生是包括气候在内的多因子协同作用的结果,气候与铀成矿的关系还需进一步探索。(七)提出了查干德勒苏地区的找矿方向和下一步工作建议。

全文目录

摘要  6-8
Abstract  8-13
第一章绪论  13-22
  §1.1 研究的目的和意义  13-14
  §1.2 国内外研究现状及存在问题  14-17
    1.2.1 沉积盆地砂岩型铀矿床成矿理论现状综述  14-15
    1.2.2 成矿古水文地质分析的研究现状分析  15-17
    1.2.3 查干德勒苏地区砂岩型铀矿研究现状分析  17
  §1.3 研究思路与研究内容  17-22
    1.3.1 成矿系统理论对砂岩型铀矿成矿研究思路的启示  17-19
    1.3.2 研究思路  19-20
    1.3.3 研究内容  20-22
第二章外生铀成矿作用的理论基础  22-26
  §2.1 铀的地球化学特性  22-23
  §2.2 铀的外生成矿原理  23-26
    2.2.1 外生铀成矿作用的地球化学机理  23-24
    2.2.2 外生铀成矿系统的动力学过程  24-26
第三章成矿地质背景及演化  26-34
  §3.1 区域自然地理  26-27
  §3.2 区域地质背景及演化  27-34
    3.2.1 区域地质演化  27-31
    3.2.2 区域地层及岩浆岩  31-34
第四章铀源分析  34-50
  §4.1 铀源研究现状评述及铀源问题的理论分析  34-37
    4.1.1 外生砂岩型铀矿铀源研究现状  34-36
    4.1.2 铀源问题的理论思考  36-37
  §4.2 查干德勒苏地区砂岩型铀矿床的铀源分析  37-50
    4.2.1 区域铀物质时空分布特征及其对铀源的指示  37-44
    4.2.2 区域铀矿化的空间分布对铀源的指示  44-45
    4.2.3 "汇"区物源分析以及古地形、古流场对铀源的动力学指示  45-47
    4.2.4 古铀、古铀迁移量以及铀镭平衡计算对铀源的动力学佐证  47-50
第五章迁移  50-59
  §5.1 查干德勒苏地区区域古地形格局恢复  50-53
    5.1.1 早白垩世区域古地理与古地形恢复  50-52
    5.1.2 晚白垩世区域古地理与古地形恢复  52
    5.1.3 新构造运动对本区古地形格局的影响  52-53
  §5.2 古地形势控制下外生水的流动与铀的迁移  53-58
    5.2.1 成矿期地下水流动系统分析  53-55
    5.2.2 外生水的流动与铀的迁移  55-56
    5.2.3 与"迁移"有关的的问题讨论  56-58
  §5.3 小结  58-59
第六章汇  59-69
  §6.1 成矿期区域"汇"的分布及前景区预测  59-62
    6.1.1 区域早白垩世铀物质"汇"的分布及岩相古地理特征  59-60
    6.1.2 测老庙盆地矿化特征及控矿因素分析  60-62
  §6.2 "汇"区的成矿机制与成矿作用分析  62-63
  §6.3 "卷"状矿体形成的动力学过程及对找矿的启示  63-67
  §6.4 外生成因的同生矿床与后生矿床的讨论  67-68
  §6.5 小结  68-69
第七章保存  69-71
第八章结论与建议  71-74
致谢  74-75
参考文献  75-79

沉积盆地铀成矿规律研究

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