砂岩铀矿（共5篇）
砂岩铀矿 篇1
伊犁盆地是我国重要的浸砂岩型铀矿产基地[1],其铀矿化主要分布在中下侏罗统水西沟群 ( J1—2sh) 暗色含煤碎屑岩建造中,包括下侏罗统八道湾组( J1b) 、三工河组( J1s) ,以及中侏罗统西山窑组( J2x) 地层都发育有较大规模的铀体[2,3]。近年来,在蒙其古尔地区进行铀矿地质普查、详查过程中,在三工河组、西山窑组地层中发现有规模和品位都很高的富大矿体[4,5]。因此关于蒙其古尔矿床富大矿体的成因机理,也一直是铀矿地质学界关注的焦点。蒙其古尔铀矿床能形成富大矿体,固然与其独特的构造位置、沉积相、地下水动力等宏观的控矿因素有较大关系,但是微观的成矿化学环境同样也起着十分重要的作用。通过对含矿岩层地球化学特征、黏土矿物微观组分的分析研究,以及对黄铁矿硫同位素的分析测试,探讨了微生物对铀成矿过程的控制和促进作用。
1地质背景
伊犁盆地在大地构造单元划分上归属于天山造山带中的伊犁 - 中天山微地块,是在天山山脉隆升过程中,局部地区的凹陷下沉而形成的大型山间坳陷盆地[6,7]。盆地形成以后,新构造运动形成的金泉断裂、霍城—托开断裂将盆地划分为北部褶皱带、 中央凹陷带和南部斜坡带3个东西向带状展布的构造单元[8,9]。蒙其古尔矿床总体位于伊犁盆地南缘斜坡带东段构造相对活动区内,属于次级构造单元扎吉斯坦向斜东南翼的组成部分,该向斜整体上呈东、西、南三面翘起,向北东方向敞开的屉状向斜构造形态,向斜的轴部位于扎吉斯坦河河谷地段,倾向45° ~ 48°,倾角6° ~ 8°。
鉴于地层、构造和水文地质特征的差异,以F3断裂为界,将扎吉斯坦向斜划分为东西两个构造单元[10]。西构造单元: 位于F3断裂以西,中生代地层超覆于古生代地层之上,由南往北呈稳定平缓单斜带,断裂构造不发育; 含矿建造水西沟群倾向北东, 倾角约6° ~ 8°,埋深较浅。东构造单元: 位于F3断裂以东,盆缘中生代地层与古生代地层多呈断层接触,含矿建造埋深大于西构造单元。蒙其古尔铀矿床位于东构造单元,矿床总体上夹持于F3断裂和控盆F1断裂之间,矿床范围内,中生代地层呈向北东倾的单斜产出,产状相对平缓,倾角3° ~ 9°,平均6° ( 图1) 。
2含矿砂岩地球化学特征
层间氧化带砂岩型铀矿一个十分重要的控矿因素就是地球化学障壁的存在。地球化学障壁可以使层间氧化流体流速变缓,从而使含矿物质沉淀下来而形成铀矿体,通常地球化学障壁的强弱对铀矿石的品位有较大的关系。地球化学障主要是通过氧化带、过渡带、还原带中相关的地球化学参数来进行研究的,其中变价元素和还原性元素在砂体中的分布情况能够明显地反映出地球化学障的相关特征。
通过对伊犁盆地南缘不同地段不同层位含矿砂体地球化学参数特征进行系统的分析和研究[11],可以发现: 铀在氧化带含量最低,随氧化程度的减弱, 铀含量不断增高,铀过渡带含量急剧上升,到原生岩石带铀含量下降,但仍明显高于氧化带,说明在层间氧化带发育过程中,铀元素明显发生了活化并向前迁移,富集成矿; 有机碳和硫化物是含矿岩系中最常见的还原物质,全硫的含量从氧化带到过渡带再到还原带有逐渐变大的趋势,这说明原生砂岩中的硫化物随着氧化程度的增强,被交代和蚀变的程度也越大,而有机碳的变化规律与铀元素十分相近,也是在过渡带最高,其次是在还原带,在氧化带中最低; Fe3 +与Fe2 +含量变化比较明显,Fe3 +从氧化带到原生岩石带逐渐降低,Fe2 +则逐渐升高,呈相互消长关系,而二者的总量基本保持不变,符合铁元素变化的一般规律( 图2) 。
全硫、Fe2 +等还原性物质从氧化带到还原带,随着氧化程度的减弱、还原环境的增强,其含量都是逐渐变大的。但是同是代表还原性参数的有机碳,其变化规律却与铀元素十分相近,在氧化带中最低,其次是在还原带,而在过渡带中最高。在蒙其古尔铀矿床所有含矿地层中有机碳都具有这一变化规律( 表1) 。尽管有机碳与铀元素在氧化带分带中的变化规律相近,但是形成的过程和原理却相差较大,铀元素是在层间氧化带形成和发育过程中,铀离子发生活化迁移并最终在氧化还原过渡带中沉淀、富集。 而有机碳一旦保存在原生岩体中,就很难发生流动和迁移,因此在过渡带中含量较高的有机碳并不是原生沉积的,而是在铀成矿过程中伴生的。铀元素与有机碳的这种相关性表明在成矿过程中有还原能力较强的有机质参与了铀成矿作用。
注: 样品测试由核工业新疆理化分析测试中心完成,核工业二。
3黏土矿物特征
蒙其古尔铀矿床容矿砂岩普遍发育强烈黏土化,通过对蒙其古尔矿床含矿目的层黏土矿物的统计分析[12],可知层间氧化带砂岩样品黏土矿物总量变化较大 ( 7. 2% ~ 30. 4% ) ,其中强氧 化带为13. 2% ~ 19. 7% ,中等强度 氧化带为7. 2% ~ 14. 3% ,弱氧化带 为8. 4% ~ 24. 7% ,过渡带为11. 7% ~ 13. 7% ,原生带为8. 5% ~ 30. 4% 。其中, 高岭石占黏土总量的54% ~ 87% 。
通过各地球化学分带黏土含量对比,灰白色砂岩中高岭石的含量最高,达到75. 93% ,其含量由强氧化带的63. 50% 到弱氧化带明显增高,再到原生带略有降低,但总体变化不大,表明本区高岭石化蚀变作用具有普遍性。这一特征反应了成岩期后含矿目的层水西沟群容矿砂岩遭受了强烈的水-岩作用, 在p H值较低的酸性介质环境下组成砂岩的长石发生强烈蚀变而形成高岭石,这也与煤系地层流体多呈酸性有直接关系。
容矿砂岩中的高岭石主要有3种存在形式,即泥晶状、分散片状和蠕虫状,其中分布最广泛的为泥晶、分散片状高岭石,主要分布于砂岩粒间孔隙和长石溶蚀空隙中( 图3) 。研究区内含矿层砂体的强烈 “白化”( 即高岭石化) 现象反映了成矿作用过程中确实存在还原物质的介入,而还原物质的介入对于目的层砂体中铀的快速沉淀富集具有积极意义。
4黄铁矿中硫同位素测试分析
黄铁矿主要为成岩期后生的产物,对铀成矿同样起着十分重要的作用。与有机质的作用相似,也是通过氧化作用形成的H2S等降低环境p H值的方式来参与铀的沉淀作用过程。如果按黄铁矿的形成时间来分类,参与上述过程的实质仅是成岩期黄铁矿,铀矿物的生成常部分地依赖于由成岩期黄铁矿等硫化物营造的微环境。实际上矿石样品中有大量的自形、半自形、他形晶成矿期黄铁矿,它与铀矿物之间并无成因专属性,铀矿物可生成于砂岩的一切矿物表面、裂隙面上。它们之所以同时出现,究其原因,是氧化-还原地球化学障的地化性质使铀矿物再不需要由先存硫化物营造的还原微环境,并促使黄铁矿和铀矿物一起沉淀生成,只是黄铁矿的生成时间略早于铀矿物。
在对含矿砂体地球化学特征、黏土矿物特征进行分析研究的基础上,在蒙其古尔铀矿床P1116孔的西山窑组上段,P2703孔的三工河组下段选取了一系列矿石品位较高的样品对其中的黄铁矿进行了硫同位素的测试分析。通过对蒙其古尔铀矿床含矿地层的黄铁矿进行硫同位素的分析测试,可以发现样品P1116中呈不规则形状和分散状的黄铁矿中 δ34S变化范围为 - 56. 5‰ 到 - 58. 8‰。而P2703中充填于细胞木质结构中的细粒黄铁矿中 δ34S变化范围在 - 60. 8‰到 - 68. 4‰之间( 表2) ,这与已出版和发表的文献中有关硫同位素比值的最小值接近[13—15],与其他砂岩型沉积铀矿床相比,伊犁盆地南缘这些少见和极低的 δ34S值暗示着微生物的调解作用是很活跃的。
5讨论
目前对砂岩型铀矿的研究主要讨论和分析的是铀源、构造、岩性岩相、地下水动力和地球化学障等成矿条件和控矿因素,这些成矿条件的相互耦合是层间氧化带和铀矿体形成和发育的基础。但是关于微观的铀成矿作用尤其是微生物成矿的研究却相对较少。根据有机碳在氧化带分带中的变化规律,黏土矿物的蚀变特征,以及硫同位素分馏及 δ34S的分布范围,可知铀成矿过程中存在还原物质的介入,而这种还原物质主要是微生物的调解作用产生的。由此可知微生物在蒙其古尔矿床的铀成矿过程中起着至关重要的作用。
事实上,关于微生物成因的铀矿物理论在伊犁盆地南缘扎吉斯坦、乌库尔其铀矿床中均开展过相关的研究工作。初步推测微生物参与铀矿化的过程为: 氧化-还原过渡带大量繁衍微生物和生成还原性气体,活体微生物的代谢性还原作用促成U4 +沉淀于菌胞外壁的同时造成大量微生物辐射致死,死体微生物在吸附U6 +的同时以非代谢性还原作用参与铀的沉淀富集,其分解析出的CH4等还原性气体促使U6 +还原成U4 +。最终,部分富集的U4 +( 沥青铀矿) 交代死体微生物,形成含铀的古菌藻类化石。 而矿石中成熟度较高的碳化木碎屑细胞腔中充填沥青铀矿,就是死体微生物还原铀的结果。
注: 由加拿大曼尼托巴大学 Clayton H. Riddell 环境、地质与能源。
6结论
( 1) 蒙其古尔铀矿床有机碳变化规律与铀元素十分相近,在氧化带中最低,其次是在还原带,而在过渡带中最高,加上含矿层砂体的强烈“白化”( 即高岭石化) 现象反映了成矿作用过程中存在还原物质的介入,而还原物质的介入对于目的层砂体中铀的快速沉淀富集具有积极意义。
( 2) 通过对蒙其古尔铀矿床含矿地层的黄铁矿进行硫同位素的分析测试,可以发现矿石中的黄铁矿 δ34S变化范围为 - 56. 5‰ ~ 68. 4‰,而这些少见和极低的 δ34S值暗示着微生物的调解作用是很活跃的。
( 3) 根据有机碳在氧化带分带中的变化规律, 黏土矿物的蚀变特征,以及硫同位素分馏及 δ34S的分布范围,可知铀成矿过程中存在还原物质的介入, 而这种还原物质主要是微生物的调解作用产生的。 由此可知微生物在蒙其古尔矿床的铀成矿过程中起着至关重要的作用。
摘要：蒙其古尔铀矿床是伊犁盆地南缘铀资源量最大的砂岩型铀矿床,关于该矿床的成因机理,也一直是铀矿地质学界关注的焦点。通过对该矿床含矿地层的地球化学特征、黏土矿物特征进行分析研究,以及对黄铁矿硫同位素的分析测试,认为在铀成矿过程中有还原物质的参与,而且该还原物质与生物作用有一定关系。生物作用参与成矿可能是蒙其古尔铀矿床矿体品位较高的重要原因。
关键词：伊犁盆地,蒙其古尔铀矿床,砂岩型铀矿,生物成矿作用
浅析砂岩型铀矿勘探方法新进展 篇2
我国经过50多年的铀矿勘查工作, 地表出露及浅埋矿床大部分已被发现, 随着找矿工作的不断深入, 找矿深度越来越大, 寻找隐伏铀矿床已成为目前铀矿勘查的重点任务之一。地震勘探作为一种高精度的物探方法已被广泛应用于石油、煤炭、多金属等矿产勘查中, 取得了大量勘探成果。近年来, 为提高可地浸砂岩型铀矿的找矿效果, 解决如地层、岩性、岩相划分和断裂构造解释等铀成矿环境问题, 该方法已被试验性地应用于铀矿勘查工作中, 并取得了明显的地质效果。与此同时, 常规的和传统的铀总量地球化学探矿方法, 主要是用元素总量来圈定出露矿化周围的地表次生分散晕、分散流或原生晕寻找露头矿、地表矿及浅部矿, 并取得了好的效果。但是它对覆盖层厚度数十米或数百米的隐伏矿无能为力。分量化探方法是对寻找深部隐伏铀矿的需求, 建立、发展的一整套深穿透地球化学勘查铀矿的新方法。十几年来, 通过在野外和实验室内进行的大量实验研究, 在理论、方法和应用等方面, 取得了一些新成果和新认识。该方法经过十几年的研究、改进和完善, 有了长足的进步, 逐步走向成熟和实用。当前, 铀矿地球化学勘查正从传统应用的总量化探转向以穿透性、直接性、有效性和多元性为特征的分量化探的新阶段。
1浅层地震勘探
徐国苍[1]等人通过某研究区浅层地震勘探野外数据采集、处理和推断解释 (水平叠加剖面、偏移剖面、深度剖面、“三瞬”属性剖面 (瞬时振幅、瞬时频率、瞬时相位) 等) 所取得的成果介绍与综合评价, 说明方浅层地震勘探方法在砂岩型铀矿勘查中所能解决的地质问题及应用效果。通过近年来的应用实践表明, 浅层地震勘探方法在解决研究区地层、岩性岩相划分、古河道及砂体识别以及断裂构造精细解释等铀成矿环境问题方面效果明显, 对后期钻探工程布置具有较好的指导作用。
2分量化探方法勘探
地球内部存在着上升的地气流, 在深部铀矿体及其周围, 存在大量亚微米、纳米级超微细微粒形成的原生晕[2]。当上升的地气流经过铀矿体时, 会将矿体和原生晕中的铀的活动态离子、胶体等超微细亚微米、纳米级微粒, 吸附在地气生成的微气泡表面或以弥散形式分散在地气中形成气溶胶, 随地气流一起上升迁移到浅部, 再叠加地下水循环、毛细管作用、离子扩散、蒸发等多种营力, 共同迁移到地表土壤中, 被土壤捕获、积累和浓集。在深部铀矿体上方一定区域内的地表土壤中, 形成铀和伴生元素活动尙叠加分量异常。正是这部分叠加的活动态铀和伴生元素的分量反映了深部铀矿化的信息。所以提取土壤中这部分活动态铀和伴生元素的分量, 是深部铀矿化的良好指示, 能有效地指示深部铀矿化的存在。分量化探法就是采用专利特效提取剂, 提取这部分活动态铀和伴生元素分量而进行找矿的。
葛祥坤等[3]利用分量化探方法从地表土壤中提取的铀分量是深部铀成矿直接信息, 显示的是深部铀矿在地表的“微露头”, 是直接找矿方法之一。它能给出在覆盖区寻找到隐伏铀矿的直接信息。方法简单、快速、有效, 从地表就能探测深部铀矿化。在区域调查、普查、详查等各个阶段均可应用。区域调查可圈定成矿远景区;普查可圈定详查和找矿靶区。该方法不仅是铀矿勘查获取深部铀成矿直接信息的重要手段, 而且可适用于与铀共生的钍、钼、铼等矿床的勘查及其它多金属矿种的勘查。分量化探新方法在我国北方勘查砂岩型铀矿和南方勘查热液型铀矿的应用效果较好, 是勘查铀资源有效的化探方法之一。其创新点是提取液的制备和测定。
3土壤氡测量方法
土壤氡活度浓度测量是放射性矿床攻深找盲的一种重要手段, 在砂岩型铀矿找矿中发挥着重要祫作用。韩娟、刘汉彬等[4]使用HDC型高灵敏度测氡仪野外实地测量土壤氡活度浓度, 之后对数据进行处理, 通过对土壤氡活度浓度异常分析, 为铀矿勘探提供参考依据。近期, 本人也使用过活性碳土壤测氡方法, 相对于其他仪器直接测氡方法, 活性碳测氡具有一定得稳定性, 数据的误差较小, 分析结果更加可靠。
土壤氡活度浓度测量方法是在寻找隐伏砂岩型铀矿床可开展的一种可行的区域评价方法, 能划分出氧化还原带前锋线分布趋势, 快速圈定土壤氡活度浓度的异常分布, 为铀矿勘探提供参考依据。
4结束语
在砂岩型铀矿的勘探道路上, 我们不能单一的利用某一勘探方法, 只有把物探方法和化探方法有机的结合起来勘探效果才可以更好。随着铀矿在中国发展中的战略地位越来越重, 对铀矿的勘探要求也越来越高, 这就要求铀矿勘探者不断进取。文中介绍了最近部分物探和化探在铀矿勘探中的应用以及各自的优点, 希望是读者对砂岩型铀矿勘探有一个基本的了解。
参考文献
[1]徐国苍, 张红建, 朱琳.浅层地震勘探在砂岩型铀矿勘查中的应用研究[J].铀矿地质, 2013, 29 (06) .37-46
[2]王学求.地球气纳微金属测量的概念、理论和方法[C].走向21世纪矿产勘查地球化学, 谢学锦等主编.北京:地质出版社, 1999:105～124
[3]葛祥坤, 尹金双等.分量化探法在铀资源勘查中的应用[J].铀矿地质, 2013, 29 (07) .47-51
砂岩铀矿 篇3
关键词：伊犁盆地,蒙其古尔,砂岩型铀矿,铀赋存状态
蒙其古尔矿床是今年来伊犁发现的最大规模的铀矿床,具有成矿层位多、品位高、储量大的特点,同时也具备良好的地浸条件。其成矿机制与伊犁盆地其他矿床明显不同,目前对其的研究主要集中在构造和水动力方面［1—4］,对铀赋存状态开展的研究较少。因此,本文选择以蒙其古尔矿床铀赋存形态为主要研究内容,通过野外观察、蚀刻径迹、电子探针等手段,系统研究该地区目的层铀的赋存位置及其影响因素,查明铀存在形式,为矿床成因解释和砂岩型铀矿地浸提供基础支持。
1 区域地质概况
蒙其古尔铀矿床位于新疆伊犁盆地的伊宁凹陷南部斜坡带。大地构造上,伊犁盆蒙其古尔铀矿床总体位于伊犁盆地南缘斜坡带东段构造相对活动区内,属于次级构造单元扎吉斯坦向斜的东南翼的组成部分［1］,该向斜整体上呈东、西、南三面翘起,向北东方向敞开的屉状向斜构造形态,向斜的轴部位于扎吉斯坦河河谷地段,倾向45° ~ 48°,倾角6° ~8°。鉴于地层、构造和水文地质特征的差异,以F3断裂为界,将扎吉斯坦向斜划分为东西两个构造单元。西构造单元位于F3断裂以西,中生代地层超覆于古生代地层之上,由南往北呈稳定平缓单斜带,断裂构造不发育; 含矿建造水西沟群倾向北东,倾角6 ! ~ 8 !,埋深较浅。东构造单元位于F3断裂以东,盆缘中生代地层与古生代地层多呈断层接触,含矿建造埋深大于西构造单元。蒙其古尔铀矿床位于东构造单元,矿床总体上夹持于F3断裂和控盆F1断裂之间( 图1) ,矿床范围内,中生代地层呈向北东倾的单斜产出,产状相对平缓,倾角3° ~ 9°,平均6°。
研究区内揭露到的新生代地层有中下侏罗统水西沟群、中侏罗统头屯河组、上白垩统东沟组、古近系始- 渐新统安集海河组、新近系上新统及第四系。下中侏罗统水西沟群为一套陆相含煤碎屑岩建造,是盆地沉积充填的主体,白垩系为红色陆相碎屑岩建造,古近系-第四系为红色磨拉石建造［5］。水西沟群以冲积扇-扇三角洲沉积体系为主,是盆地主要的含矿层位,根据地层结构和区域对比,从上至下可进一步划分为八道湾组、三工河组和西山窑组。
北方的主要产铀盆地以层间氧化作用成矿为主,局部混有潜水氧化成矿,且铀成矿作用是多期次、多方位的叠加富集成矿［6］。目前,蒙其古尔铀矿床共揭露四层工业铀矿化,铀矿体分别赋存于三工河组下段( J1s1) 、三工河组上段( J1s2) 、西山窑组下段( J2x1) 和西山窑组上段( J2x3) 砂体中。平面上,矿带呈近北东向展布,由西南向北东矿体埋深逐渐增大。矿体形态各异,各矿带在投影平面上相互叠置,矿体之间空间关系较复杂。在该地区四层矿体中,西山窑组下段铀矿体最为稳定、连续,且规模较大,也是本次研究的主要层位。
2 样品采集与分析方法
2. 1 野外观察与样品采集
蒙其古尔地区西山窑组下段砂体以潮湿背景下的扇平原沉积为主,砂体以含砾粗砂岩和砾岩为主,见大量炭屑和黄铁矿,岩石粒度整体较粗,底部常见冲刷接触,常见板状、槽状交错层理和块状层理( 图2) 。因物源供应充分和河道侧向迁移性,钻孔中多表现为多期旋回和河道的多次叠加,夹多层泥岩,单旋回砂体向上粒度变细。该层砂体连通性好,厚度稳定,渗透性好,后期氧化改造作用明显,铀矿化的发育严格受层间氧化带前锋线控制,铀矿化主要赋存在氧化带尖灭部位的中粗砂岩中,同时,伊犁蒙其古尔地区水西沟群铀矿目的层砂岩成分成熟度和结构成熟度均较低,成岩作用较强,具有发育铀储层的物质基础［7］。
本次样品采集共采集矿样12 个,均采自西山窑组下段,岩性以灰色中砂岩,灰色粗砂岩和灰色含砾粗砂岩为主,伽马值区间为26 ~ 211 CPS,对比可知一般粒度越粗,伽马值越高( 表1) 。
2. 2 α 径迹蚀刻
把样品磨成光片,洗净表面,将感光胶片的片基薄膜覆在光片表面上,用钢针在薄膜上划出光片轮廓,便于以后观察时对位,然后将其捆紧,置于无灰尘、干燥、常温的地方,放足时间后取出拆开,将片基置于蚀刻溶液中进行蚀刻。蚀刻溶液配方为: 1 40KOH + 5 g KMn O4+ 100 m L H2O; 230 g KOH + 5g Na OH + 5 g KMn O4+ 100 m L H2O,蚀刻溶液温度为60 ℃,蚀刻时间为35 min,再用1∶ 1盐酸溶液溶去表面沉淀物,然后用清水洗净,晾干［8，9］。
采用第二种方法,蚀刻分两次进行,第一次时间为65 d,蚀刻时间过长,胶片显示蚀刻径迹过大,呈黑色团块状,影响鉴定,第二次蚀刻时间50 d蚀刻时间适中,胶片显示的效果较高。蚀刻完成后,在显微镜下对片基蚀刻的径迹进行整体观察并照相,同时根据镜下观察 α 径迹蚀刻进行同视域的镜下鉴定,分析径迹分布规模、强度与岩石、矿物特征之间的关系。
(a)为砖红色含砾中砂岩,块状构造,469.0 m,P1311孔;(b)为灰色细砂岩见小型楔状交错层理,477.10 m,P2715孔;(c)为灰色粗砂与粉砂分界线,细砂中见水平层理,476.94 m,P2719孔;(d)为灰色中砂岩见平行层理,385.20 m,P500孔
2. 3 电子探针
在蚀刻鉴定和对比岩石薄片的基础上,选择蚀刻效果较好和铀代表性的样品,开展电子探针分析,在背散射图片下分析其赋存位置和定量分析其成分。
电子探针在东华理工大学核资源与环境国家重点实验室培育基地JXA—8100 型电子探针上完成,具体的测试条件是加速电压15. 0 k V,探针电流100m A,电子束斑为1 μm。
3 铀的赋存特征研究
3. 1 α 蚀刻径迹
通过对蒙其古尔地区西山窑组下段铀矿石薄片蚀刻的12 个胶片系统观察发现,径迹的分布有一定的规律,可以分为环带状、分散分布状、团块状和不规则条带状等四类( 图3) 。其中,环带状分布的现象较普遍,分散分布状主要出现在低品位的矿石中,团块状和不规则条带状径迹分布较密集,对应铀矿石品位也较高。
为了查明铀的赋存位于与矿物颗粒和有机质等之间的关系,开展了同一视域下径迹与岩石的观察比对工作,其结果显示,密集且规律性径迹的分布与矿物颗粒和性质之间的关系可以分为以下4 类。
(a)为薄片Y-11对应的蚀刻后照片,呈分散状分布;(b)为薄片Y-9对应的蚀刻后照片,呈分散状分布;(c)为薄片Y-19对应的蚀刻后照片,呈团块状分布;(d)为薄片Y-19对应的蚀刻后照片,呈环带状和不规则条带分布;(e)为薄片薄片Y-19对应的蚀刻后照片,呈不规则条带分布;(f)为薄片薄片Y-13对应的蚀刻后照片,呈团块状分布
3. 1. 1 环带状分布在石英、长石颗粒边缘
蒙其古尔地区砂岩的岩石类型主要有石英,长石,岩屑组成,α 蚀刻结果显示,径迹多呈环带状分布于碎屑颗粒边缘,铀矿化多发育碎屑颗粒边缘( 图4) 。
3. 1. 2 分散分布在填隙物中
镜下观察铀矿石中填隙物主要为自生黏土矿物和少量碳酸盐胶结物,对比 α 蚀刻结果发现铀矿化与填隙物密集共生,径迹多呈均匀分布状,密集程度对比较疏( 图4) 。
3. 1. 3 与黄铁矿共生
铀矿石中黄铁矿多以细晶状黄铁铁矿为主,在镜下显示为胶状或团块状分布在颗粒边缘,部分胶片径迹显示,其分布与黄铁矿关系密切,往往分布在黄铁矿集中分布的地方,但同时笔者也注意到,该地区炭屑与黄铁矿也往往出现共生的情况,因此,仅从径迹下观察,难以明确区分铀矿物到底是与黄铁矿关系密切还是与有机质关系密切[图5( a) ]。
3. 1. 4 与炭屑共生
蒙其古尔地区西山窑组下段砂岩中非常重要的特征就是见大量的植物碎片化石和煤质透镜体,α蚀刻结果显示,炭屑的分布与铀矿物关系密切,径迹多沿有机质表面或边缘分布,铀矿化范围与有机质分布范围一致[图5( b) ]。
(a)为薄片Y-19径迹蚀刻后的胶片及同一视域单偏光、正交偏光和反射光照片,α径迹在胶片中呈环带状分布于碎屑颗粒边缘;(b)为薄片Y-13径迹蚀刻后的胶片及同一视域单偏光、正交偏光和反射光照片,α径迹在胶片中均匀分布于填隙物周边
(a)为薄片Y-11径迹蚀刻后的胶片及同一视域单偏光、正交偏光和反射光照片,α径迹在胶片中呈团块状分布于黄铁矿颗粒边缘;(b)为薄片Y-4径迹蚀刻后的胶片及同一视域单偏光、正交偏光和反射光照片,α径迹在胶片中沿有机质边缘分布
3. 2 电子探针
为了进一步查明铀的赋存状态和其分布规律,开展了电子探针实验。电子探针结果显示,铀矿物主要为沥青铀矿,也见少量的铀石,其中沥青铀矿的UO2含量为66. 51% ~ 88. 68% ,含有少量铌和钍元素,铀石的UO2、Si O2含量分别为48. 99% ~65. 69% ,11. 46% ~ 46. 08% ( 表2) 。
综合分析电子探针数据和BSE图,将蒙其古尔矿床铀的分布规律分为以下两类。
3.2.1分布碎屑颗粒边缘、空隙中
碎屑颗粒主要类型为石英、长石和岩屑,背散射图显示,铀矿物分布尤其与石英密切相关,多见赋存于其溶蚀坑,边缘和裂隙部位,同时发现,赋存于碎屑颗粒边缘和空隙中的铀矿物多为沥青铀矿( 图6) 。
注: 测试单位东华理工大学核资源与环境国家重点实验室,所用仪器为日本电子公司的JXA-8100 型电子探针,所用电压为15. 0 k V,探针束流100 n A,束斑直径为1 μm,“-”表示未测出。
(a)为碎裂石英颗粒中见大量沥青铀矿细脉,Y-11;(b)为钾长石表面溶蚀坑中见黄铁矿团块周围见沥青铀矿,Y-19;(c)为黄铁矿团块边缘见沥青铀矿,Y-6;(d)为石英颗粒表面溶蚀坑中见黄铁矿团块周围见沥青铀矿,Y-11;(e)为黄铁矿团块边缘见沥青铀矿,Y-11;(f)为颗粒间填隙物中见沥青铀矿,Y-4
3. 2. 2 与黄铁矿、炭屑共生
黄铁矿和炭屑中所含Fe2 +、有机质能为U4 +还原、沉淀营造良好的微环境［10］。背散射图显示,铀矿石中黄铁矿多分布碎屑溶蚀坑内和碎屑颗粒边缘,黄铁矿多呈胶状或不规则团块状,铀矿石分布与黄铁矿关系密切,同时发现炭屑与黄铁矿密切共生现象,结合电子探针分析显示,铀矿物与黄铁矿关系密切于有机质,黄铁矿、炭屑共生时铀矿物UO2 值高( 图6) 。
4 铀赋存规律总结
从以上的分析可以看出,蒙其古尔地区西山窑组下段中铀矿石中铀的赋存位置主要分布在石英,长石的边缘,尤其在石英颗粒表面溶蚀坑中分布较广泛,同时发现铀富集与黄铁矿、有机质关系密切,尤其是在有机质边缘出现黄铁矿情况下,铀的富集较明显。通过野外和镜下的观察,富矿砂体的特点是疏松多孔,流通性好及高岭土化普遍发育特点,整体指示,铀的成矿主要来自后期氧化流体运移过程,运移过程颗粒表面中黏土物质吸附有机质和黄铁矿,还原作用为主要铀沉淀富集机制,铀矿物主要为沥青铀矿,见少量铀石,矿物颗粒较小,具表生流体成矿作用特点。同时疏松的铀矿石具良好连通性和渗透性和以沥青为主的铀矿物使该地区具备良好地浸条件。
5 结论
( 1) 在蒙其古尔矿区砂岩型铀矿石研究中,利用 α 蚀刻径迹法对矿石中铀的赋存规律进行研究,得出了 α 径迹以环带状、分散分布状、团块状和不规则条带状四类为主,含铀矿物多分布碎屑颗粒边缘和填隙物中,与黄铁矿和炭屑密切共生。
( 2) 电子探针定量分析结果显示,研究区铀矿物以沥青铀矿为主,见少量铀石,铀矿物主要分布在碎屑颗粒边缘、裂隙部位,或与黄铁矿、炭屑共生,铀矿物中黄铁矿和炭屑共生情况下,铀矿物UO2值高。
砂岩铀矿 篇4
新疆伊犁盆地南缘可地浸砂岩型铀矿由于其特殊的成矿机制, 地表很难看到与成矿有关的迹象 (陈戴生等, 1997;秦明宽等, 1998;韩效忠等, 2004;侯惠群等, 2010) 。矿体与围岩之间的物性界面为渐变结构, 物性差异很不明显, 导致许多物化探方法不能发挥较好的效果。以GIS为基本技术平台, 通过数据处理和多源地学信息综合解释, 研究铀成矿地质环境或提取与铀成矿相关的弱信息, 可作为铀资源勘查工作部署的依据。可地浸砂岩型铀矿勘查工作需解决的主要问题有:
(1) 查明研究区的基底起伏形态, 划分断裂构造, 分析研究区的地球化学环境, 估算蚀源区的铀源淋失情况。
(2) 确定含矿砂体或有利赋矿岩性的空间展布、形态及规模。
(3) 快速探测沉积盆地浅部 (500 m以内) 地层精细结构与岩性分层。
(4) 提取地面和航空地球物理弱信息及综合解释多源信息。
(5) 直接圈定铀矿体的空间分布。
在地球物理勘探方法中, 地表的观测值实际上是地下不同深度、不同广度、不同形状的地质体在地表的综合反映, 即观测数据中既含有浅部的细节信息, 又含有深部的构造信息, 还含有各种噪声。在地球物理勘探中, 每种地球物理方法都有其应用前提, 不可避免地存在多解性, 需依靠地质资料, 通过多种方法的综合应用, 合理地减少解释的多解性 (段铮, 2008) 。目前, 常用的探测砂岩型铀矿的方法有很多 (叶庆森等, 2004) :如重磁方法、航空 (车载) 伽玛能谱测量方法、电法 (频率域和时间域两类) 、地震勘探、自然点位等。
实现时间域电磁成像技术所采用的方法是瞬变电磁方法 (TEM) 。核地研院采用的仪器是从澳大利亚进口的Terra TEM瞬变电磁仪。该方法的原理是利用一定波形的电磁脉冲激发地质体, 在一次场断电后, 观测二次场随时间的衰减特性。该系统除具有穿透高阻层能力强、人工源方法随机干扰影响小的优点外, 还能提高电性分辨能力;同时利用多次脉冲激发, 可以提高信噪比;选择不同的时间窗口进行观测, 可有效地压制地质噪声 (韩邵阳, 2004) 。
1 瞬变电磁法原理
瞬变电磁法是一种时间域的电磁测深法, 它利用接地电极或不接地回线建立起地下的一次脉冲磁场, 在一次磁场间歇期间接收感应的二次电场和磁场。TEM使用的人工场源通常有两种, 一种是电源, 它是向具有一定间距的一对电极发射电流, 产生一次电场信号。另一种是磁源, 它是通过向地面铺设的大回线发射大电流, 产生一次磁场信号。对应于磁场源观测系统的工作装置有多种。由发射机向铺设在地面的水平矩形线圈Tx中发送周期性双极性方波大电流, 当电流突然中断时 (对应于方波正极性的下降沿和负极性的上升沿) , 即形成阶跃脉冲源。脉冲源在下半空间中激励起感应涡流场以阻止一次场的衰减, 在脉冲电流关断瞬间, 涡流主要集中在Tx附近的地表, 随后, 此涡流开始扩散到下半空间中。在切断电流后的任意晚期时间内, 感应电流呈多个层壳状的环带形, 这些环带构成二次发射源在地表感应出磁场, 这就是我们所测量到的二次磁场。通过反演、成像和解释即可探测得到关于地下地质体的大小、导电性等丰富信息, 并可推断出赋存位置、埋藏深度及产状等 (陈载林, 2010;贺建国, 2006;赵希刚, 2009;陈玉梁, 2010;钟玉平, 2008;赏刚, 2005) 。
2 地球物理特征
矿区 (床) 岩石物性参数特征如表一所示。
根据测井和地质编录资料所统计的各岩性的视电阻率和密度, 结果表明:
(1) 各岩性间的视电阻率相差较明显, 从粗砂岩到泥岩视电阻率值依次变小 (张虎军, 2012) 。
(2) 煤的视电阻率值一般较大。
以上这些特征为在矿区利用地球物理测井资料划分钻孔剖面岩性提供了物理依据。
3 野外数据采集
3.1 时间范围的选择
美国地球物理学家M.N.Nabighan研究了断电后二次涡流的分布情况。他指出, 任一时刻的涡电流产生的磁场可等效为一个水平环状的线电流产生的磁场。
地下涡电流向下、向外扩散的现象———“烟圈效应” (李金铭, 2005;刘国兴, 2005) 。如图一所示。
“烟圈”的半径和深度为:
早期瞬变电磁场由浅部涡流产生, 反映浅部电性;晚期瞬变电磁场由深部涡流产生, 反映深部电性。观测研究瞬变电磁场随时间的变化, 可探测大地电性的垂向变化。观测研究用一时间瞬变电磁场沿剖面的变化规律, 可探测大地电性沿剖面变化。
依据水平导电薄板上的理论推导结果, 采样时间t与薄层纵向电导S、埋深h及探测深度H之间的关系为:
可见, 对目标层的探测深度是时间的函数。
根据地质任务, 假设目标层埋深范围为hmin∶hmax:
一般情况下, 要求其采样时间t1≤ (0.5∶0.7) tmin, 未测道的采样时间tn≈2ttmax, 在没有断面层参数可参考时, 取h=H/2, 得:
上两个公式便是常用来估算时间范围的公式。
根据上述公式, 结合测井资料, 取h=150m, 则H=2h=300m, 取最小电阻率为30Ω·m, smax=h/ρ=5, 则采样时间tn=1.6×4π×10-7×5×300=3ms。
瞬变电磁法探测深度为300m的铀矿层时, 探测时间约为3ms, 为了更保险, 设置采样时间>2tn即时间序列视窗选择>6ms。Terra TEM瞬变电磁仪自带有11种时间序列。在符合的时间序列中选取采样时间宽度>6ms的时间序列。在确定的采样时间内, 争取使采样点数最大化, 更清晰的分辨地层地质信息, 选取时窗>6ms, 采样窗口最多的时间序列:terra TEM高密度时间序列,
时窗选取:10ms, 131windows。
3.2 测线布设
研究区位于伊犁盆地南缘扎尔斯台510矿床。根据矿床铀矿层埋深、矿层走向、510矿床钻孔分布等情况, 设计三条测线, 分别是34号线、36号线和38号线。36号线和38号线穿过铀矿层, 经过510矿床已钻探钻孔。实际测线分布情况如图二所示。
测线布设如图二所示, 测点之间间距离为10m, 每条测线26个测点, 每条测线长共250m。用重叠回线装置进行数据采集, 发射线圈边长为10m, 匝数为6匝, 接受线圈边长为10m, 匝数也为6匝。时间序列采用高密度时间序列, 10ms, 131windows。叠加次数选取1024次叠加, 增益为16。采样延时取300us。
4 数据处理
4.1 预处理过程
在地球物理电法数据采集中, 观测数据往往包含一些错误或误差, 如果将这些数据送入计算机进行反演处理, 得到的结果可能是不真实的, 还可能造成一些假象异常, 影响对真正异常的识别判断。因此需要在反演之前, 使用人工或者程序剔除的方法对数据进行预处理。人工预处理主要凭个人的知识与经验, 基本处理方法是根据视电阻率曲线的大体趋势, 利用手工进行视电阻率数据曲线的修正与圆滑, 故具有一定的不确定性。但由于人的经验是计算机难以模拟及实现的, 故人工圆滑也有其实用意义。使用计算机程序模拟一些人工判断经验, 可以减少人工处理的劳动强度, 提高处理效率。同时, 程序可以对数据进行较复杂的数值运算, 在一定程度上提高了数据处理的准确性, 并对误差进行统一标准的判断与修正。
4.2 典型测深曲线的解释
三条测线中, 38号线穿越矿区, 1~9号测点在铀矿床分布范围内。以38号测线为例, 进行数据处理与反演。反演图如图三所示。
由图三可以看出, 注酸阶段的低电阻率异常出现在38号线5~9号测点上, 长度约50米, 以38号线为中心, 向两侧扩散50米, 异常十分明显。低阻异常区上下均为红色高阻体, 推断上覆高阻体为煤层。低阻异常区域海拔高度大约为1100米, 即地面以下300米, 推断此处即为砂岩型铀矿矿层位置。低阻异常区域是由于铀溶液扩散而致, 从而得知铀溶液空间分布。
5 结束语
砂岩铀矿 篇5
关键词：可地浸层间氧化带型砂岩铀矿,自然电位异常,矿体形态
0 引言
中国正在加大能源结构调整力度,积极发展核电、风电、太阳能等清洁能源。在目前的技术条件下,核电是最有前途的、最可依赖的清洁能源之一,调整能源结构的优先选择是加快发展核电。核电不造成对大气的污染排放,在国际社会越来越重视温室气体排放、气候变暖的形势下,积极推进核电建设,是中国能源建设的1项重要政策。今后中国将进入1个核电快速发展时期,对铀资源的需求巨大。寻找铀矿资源,这不仅是中国经济发展的需要,同时也是保证我核大国地位的需要。
自20世纪80年代以来,中国铀矿工作发生了极为深刻的变化。砂岩型铀矿作为铀矿床的一种重要类型,在国内掀起一股新的寻找、研究与开发利用此类型矿床的热潮。地浸采铀以其独特的优越性和良好的经济效益而倍受青睐,寻找和开发适宜于地浸的砂岩型铀矿是摆在中国广大铀矿地质工作者面前的重大任务。
在寻找砂岩铀矿方面使用电阻率法、激发极化法、重力法、磁法、地震法、核物探方法都很难有明显的效果。理论和实际资料表明,在可地浸层间氧化带型砂岩铀矿上可观测到较明显的自然电位异常。为进一步研究自然电位异常与矿体形态的关系,提高勘探效果,有必要深入研究可地浸层间氧化带型砂岩铀矿独特的自然极化机理,探讨自然电位异常与矿体形态的关系,为自然电场法寻找可地浸层间氧化带型砂岩型铀矿提供有力的理论依据和技术支持[1] 。
1 可地浸层间氧化带型砂岩铀矿自然极化机理
1.1 矿井煤层情况
可地浸层间氧化带型砂岩铀矿床的成因是基于水成铀矿成矿理论。层间氧化带型砂岩铀矿床的形成是地质构造条件、古气候、岩相古地理、水动力系统、成矿物理化学条件以及元素地球化学行为等多种宏观与微观因素相互结合又相互制约以及长期的多次地质演化的结果,其形成与层间氧化带的发育有关,铀的活化、迁移、沉淀富集是在层间氧化带中进行,其形成中伴随着一系列物理-化学过程。
理论和实践研究都表明,层间氧化带型砂岩型矿床上可观察到明显的自然电位异常,其起因不同于电子导电体形成的氧化还原电场,而是在于发生在层间氧化带中一些非平衡现象之间的相互影响产生的混合电位,是由于溶液化学成分差异(主要是溶液Eh-pH差异)所形成的,在层间氧化带的各个亚带上,存在各种氧化还原“电对”,而氧化还原电场是所有“电对”综合作用的混合电位[2]。
电化学氧化还原反应,把化学能转化为电能,产生自然电流场。随着电流的流动,氧化-还原电位差将逐渐减少,只有氧化-还原电化学反应不断进行下去,自然电流才得以维持,形成在地表上能观测到的稳定的自然电场。容易理解,通过大气降雨的不断循环,含6价铀络和物、金属离子和大量游离氧的地下水不断沿岩层流动,氧化剂和还原剂因地下水的循环对流得到补充,就能一直保持层间氧化带的这种极化不均匀性,提供了氧化-还原电场的能源。氧化还原电位取决于溶液的Eh、pH值差异以及所含离子的性质和数量。Eh、pH差异越明显,所含离子的浓度和性质越大,阳极和阴极之间的混合电位差异就越大,就能产生强大的自电异常,这为自然电场法寻找可地浸砂岩型铀矿提供有力勘探手段和定位判据。氧化-还原作用是形成矿体的必要先决条件,也是形成自然电位的直接原因,从这一方面讲,可地浸砂岩型铀矿自然电场勘探方法乃是一种间接找矿方法。
也有学者认为:层间氧化带铀矿床形成与氧化还原作用有关,因而产生了氧化还原电场,此外,地下水沿层间氧化带流动,遇到砂体时,由于渗滤作用,形成渗滤电场,氧化还原电场和渗滤电场叠加在一起,形成铀矿床周围特有的自然电场。
2 可地浸层间氧化带型砂岩铀矿自然电位异常与矿体形态的关系
在地面上观测到的自然电位异常强度和特征和许多因素有关,这些因素有:矿体与围岩水溶液的成分、矿体的形状、大小、产状、埋藏深度以及矿体与围岩电阻率的大小和均匀程度等。
假如我们能给出电位方程,就能通过组合模拟单独的电位来解释SP资料,或象任何其它位场一样处理SP资料和按地下源的分布模拟自然电位在地表的分布,采取近似的方法,在此方法中得电子和失电子的分开部位(“电对”)构成电流双极。因为电流源头和尾闾的强度不能预先计算出来,我们可以将自然电位观测结果除以原生电动势。这种归一化异常或等效异常形态,则可用来估计此双极的位置、取向、大小和深度,而这些参数与矿体的定位有着密切的关系[4]。
2.1 倾斜板体
板状体是野外常见的矿体形态。设在均匀介质中,有一走向很长的直立厚层板状极化体均匀极化,板体与围岩接触面上的电位跃沿极化方向按线性变化。
undefined
式中,E0为板体左、右两端的电位跃;L为板体的延伸之1/2。
以矿体顶端中心在地面上之投影点为坐标原点,见图1(b/L=2/7,L/h0=1.0),则距原点为x的任意观测点P的电位可以看成由AB、BD、DC、CA4个偶电层在P点产生电位之和,即
undefined
曲线特征分析:利用电位曲线和电位梯度曲线可以判断板体的空间位置和倾向;异常的大小与 板体的原主电动势E0成正比。
2.2 卷状矿体
卷状矿体对形见图2。(b/L=2.0,L/h0=1.0,α=15°,h1=h0)的卷状矿体,仿照公式(2),地面上任一点P的电势为:
undefined
曲线特征分析:曲线异常特征与倾斜板体相似,同等条件下,卷状体的异常幅值比单一板体大。
2.3 前后2个倾斜板体
倾斜板体对形见图3。(b/L=2/7,L/h0=1.0,D/L=1.0,α=15°)的前后两个倾斜板体,仿照(2)式,可得地面上任一点P的电势为
undefined
2.4 叠瓦状2个倾斜板体
叠瓦状倾斜板体对形见图4。(b/L=2/7,L/h0=1.0,D/L=1.0,α=15°)的叠瓦状两个倾斜板体而言,增大了D/L,其自然电位曲线如下曲线分析:从图1、2、3中可以看出,电位梯度曲线的分辨率比电位曲线好,从图3、4可以分析出,当D/L较大时,利用电位梯度曲线可以划分出两个板体。
3 结语
可地浸砂岩型铀矿是今后相当一段时间内地质工作者的主攻方向。应用地面物探方法寻找此类矿床效果不甚理想[5]。从层间氧化带自然电场的形成机理分析入手,分析不同地质条件下层间氧化带型砂岩铀矿床上方的自然电位曲线,研究自然电位异常与矿体形态的关系,工程实例表明自然电位异常能很好地指示氧化还原过渡带的位置,为寻找可地浸砂岩型铀矿提供了方便、实用的技术方法[3]。
参考文献
[1]尹志勇,汤洪志,谢宏桥,等.可地浸层间氧化带型砂岩铀矿自然电位特征研究[C].中国地球物理学会第二十六届年会论文集.北京:地震出版社,2010:634.
[2]汤洪志,刘庆成,龚育龄.可地浸层间氧化带型砂岩铀矿自然电场形成机理研究[J].地学前缘,2003,10(1):162.
[3]姚毅锋,陈志国.自然电场法在寻找层间氧化带型砂岩铀矿中的应用[J].物探与化探,2003,27(3):187-188.
[4]汤洪志,姚小虹,刘庆成,等。可地浸层间氧化带型砂岩铀矿自然电位异常计算[J].物探化探计算技术,2003,25(3):232-236.