新疆吐哈盆地十红滩铀矿床的流体—有机质—生物成矿作用研究

论文摘要

该项目属中国核工业地质局“十五”整装科研项目。为铀矿地质生产中科研项目。在野外地质调查，样品采集和分析、数据处理和综合的基础上，本文系统的分析吐哈盆地十红滩铀矿床容矿主岩的后生蚀变地球化学、同位素地球化学、地下水地球化学、有机地球化学和生物地球化学特征。认为容矿层岩石来源于南部觉罗塔格山，源岩类型主要为花岗岩，各地球化学分带的岩石具有相同物源和构造环境，均形成于被动大陆边缘，为低温成岩成矿作用的产物；有机质、生物参与了早成岩作用和表生成岩作用。在吐哈盆地西南缘弱挤压的构造环境下，在流体—有机质—生物的作用下，容矿主岩具有明显的地球化学水平分带性，依次可分为氧化带、弱氧化带、氧化还原过渡带和还原带。这一分带通过岩石的结构构造、颜色、蚀变矿物、常量元素含量、稀土元素含量以及U、Tu／U、Ra、S和有机质含量、微生物种群和数量等的规律性变化表现出来。通过水的离子成分、稀土元素组成和氢氧同位素等分析了含矿含水层地下水性质和来源，认为现代成矿流体属于外生流体，来源于南部的觉罗塔格山基岩裂隙水。地下水在含水层中径流过程时，在生物、有机质的作用下，发生了脱硫酸作用，形成具自生流体性质的强还原气体CH4、H2和H2S等。有机质的镜质体反射率、干酪根原子比和碳同位素研究认为，容矿层有机质的母质类型为含腐泥腐殖型，其演化处于暗褐煤与亮褐煤阶段，生烃模式处于生物化学生气阶段。容矿层岩石中的酸解吸附烃、可溶有机物和铀之间有明显的正相关关系，具有厌氧细菌的改造特征。不同地球化学环境岩石微生物的培养鉴定，结合室内微生物对铀的模拟氧化实验和还原实验不仅直接证明微生物能在含有剧毒、高含量铀的矿石中生存和繁殖，促使层间氧化带的发育和铀的溶解迁移，而且可以利用有机质的微生物降解作用形成的烃类作为其生长的碳源，通过生物地球化学作用，在直接促使铀的还原沉淀同时，改变流体的Eh—pH，导致铀的还原成矿和吸附成矿，控制了该矿床铀的富集成矿和定位。这一结论丰富了我国层间氧化带砂岩型铀矿床成矿理论，在含油气盆地进行层间氧化带砂岩型铀矿找矿、地浸开采、环境治理方面具有重要的实践意义。容矿层有机质生物标志化合物和矿床地质特征的研究，结合国外典型层间氧化带型铀矿床的形成条件和模式分析，认为在该矿床形成过程中发挥重要作用的烃类属于同生还原剂，并非来源于上覆煤层和邻近油气田，明确了在吐哈盆地铀与煤、天然气、油是同一盆地不同部位的共存能源。提出了艾丁湖斜坡带上的中侏罗统西山窑组辫状河砂体是该区矿床铀矿勘查的重点层位，在具体实践中应重视局部构造的研究和钻孔中与层间氧化带有关的矿化信息的研究，这样可以达到扩大找矿、提高找矿效益目的。该研究成果在矿床勘查中得到验证，并取得良好的找矿成果，新发现铀工业孔4个，新增铀资源量XXXX吨。本文的创新点为：1、首次把流体—有机质—生物成矿理论用于层间氧化带砂岩型铀矿床。以微生物为纽带，研究了具有外生流体性质的渗入地下水和自生流体性质烃类之间的相互关系及在铀矿床形成过程中的作用。2、在国内首次从层间氧化带砂岩型铀矿床容矿层岩石中培养出不同代谢特征的微生物种群。首次采用培养出的微生物成功的进行了铀的氧化实验和铀的还原沉淀实验。3、在国内首次把有机地球化学方法用于研究层间氧化带砂岩型铀矿床容矿层有机质的构成、演化以及在矿床形成过程中的作用。证明了油气在砂岩型铀矿床成矿过程中发挥了重要的作用，这对于在含油气盆地寻找可地浸砂岩型铀矿床具有重要的意义。

论文目录

摘要

Abstract

第一章引言

第一节研究现状分析及存在问题

一、研究现状

二、有待解决的地质问题

第二节项目来源、研究选题和思路

一、项目来源

二、选题依据

三、研究思路和技术路线

四、研究内容

第三节研究合作与工作量

一、样品采集

二、样品分析

第四节主要研究认识与研究成果

第二章盆地砂岩型铀矿床成矿地质背景

第一节吐哈盆地基底与蚀源区地层与岩石

第二节吐哈盆地中-新生代沉积岩系

第三节吐哈盆地构造演化与砂岩型铀矿床成矿

一、盆地构造单元划分

二、盆地构造演化

第四节盆地现代流体运移特征

一、气象和水文特征

二、含水岩组特征

三、现代地下水水动力特征

第三章矿床地质特征

第一节矿区地质概况

一、地层

二、构造

第二节矿床地质概况

一、南矿带

二、北矿带

三、铀的赋存形式

四、铀成矿年龄

五、控矿地质因素分析

第四章容矿岩石地球化学

第一节容矿岩石化学组成

第二节容矿层的后生氧化特征

一、潜水氧化带

二、层间氧化带平面分布特征

三、容矿层层间氧化带的后生分带特征

第三节容矿层主岩的常量组分

第四节层间氧化带砂岩的铁存在形式及地球化学意义

一、各地球化学分带铁的存在形式

二、容矿层砂岩的价铁比值

第五节容矿层岩石的放射性元素含量

一、十红滩地区侏罗系地层的放射性元素含量

二、容矿层不同地球化学分带的放射性元素含量

第六节小结

第五章容矿主岩的稀土元素、同位素地球化学

第一节稀土元素地球化学

一、容矿层砂岩稀土元素的分布特征及对物源和构造背景的指示意义

二、铀成矿作用过程中稀土元素的变化特征

第二节容矿层中硫含量及黄铁矿硫同位素地球化学

一、容矿层的总硫量

二、容矿层的黄铁矿的硫同位素

第三节容矿层钙质砂岩的碳、氧同位素

一、容矿层钙质砂岩的分布特征

二、容矿层钙质砂岩的碳、氧同位素

第四节小结

第六章现代成矿流体的地球化学

第一节矿床地下水的运动特征

一、含矿含水层的结构特征

二、含矿含水层水动力特征

三、地下水运动与层间氧化带发育方向及铀矿化形态的关系

第二节区域地下水水化学特征

第三节矿床地下水的常量元素特征

一、矿床地下水的水化学类型

二、容矿层地下水的溶度积

三、容矿层地下水成因分析

第四节矿床地下水的水文地球化学特征

第五节矿床地下水的稀土元素

一、研究区地下水稀土元素的含量和迁移形式

二、研究区地下水稀土元素分布型式

第六节地下水的氢、氧同位素特征

一、蚀源区基岩裂隙水的氢氧同位素

二、含矿含水层地下水的氢、氧同位素

第七节地下水的气体成分

第八节地下水的放射性元素

一、地下水中放射性元素含量

二、地下水中铀的存在迁移形式

三、地下水中铀的沉淀成矿

第九节小结

第七章有机地球化学特征及其成矿作用

第一节研究区侏罗系地层的生物群特征

第二节区域有机地球化学特征

一、侏罗系地层的有机质丰度

二、侏罗系地层的有机质类型

第三节矿床有机地球化学特征

一、容矿层的有机质丰度

二、容矿层的有机质类型

三、容矿层的有机质成熟度

四、容矿层岩石的酸解吸附烃

第四节砂岩型铀矿床的有机成矿作用

一、有机质对铀溶解迁移的影响

二、有机质在铀沉淀成矿过程中的作用

第五节小结

第八章微生物活动、生物地球化学及其成矿作用

第一节样品的采集与细菌的培养

一、样品的采集和处理

二、各类细菌培养基成分

三、岩石样品中细菌的计数方法

四、各类细菌的富集、分离和纯化简介

五、各类细菌的鉴定

第二节容矿层岩石中的细菌种群和生化特征

一、硫酸盐还原菌

二、铁细菌

三、硫杆菌

四、硝化菌

第三节容矿层不同地球化学环境岩石中细菌的分布特征

一、硫酸盐还原菌

二、铁细菌

三、硫杆菌和硝化细菌的分布规律

第四节铀成矿过程中的微生物化学作用

一、微生物在层间氧化带形成过程中作用

二、微生物作用对铀溶解迁移的影响

三、硫酸盐还原菌在铀成矿过程中作用

第五节微生物在铀氧化迁移过程中作用模拟

一、实验材料

二、实验液的组成

三、实验方法

四、实验结果分析

第六节微生物在铀富积成矿过程中的作用模拟

一、实验材料

二、实验液的组成

三、试验方法

四、实验结果分析

第七节小结

第九章油气—煤与砂岩型铀矿成矿关系

第一节砂岩型铀成矿与煤的关系

一、研究区煤的分布特征

二、煤层地球化学特征

三、上覆煤层与砂岩型铀矿的成矿关系

第二节砂岩型铀成矿与油气矿床的关系

一、吐鲁番坳陷油气矿床与十红滩铀矿床的空间分布关系

二、吐鲁番坳陷油气矿床与十红滩铀矿床的储、运聚和形成时间的相似性

三、与油气有关的砂岩型铀矿床形成条件和矿床形态特征

四、十红滩铀矿床的矿床特征及与油气有关铀矿床的差异性

第十章铀成矿过程中流体—有机质—生物之间的相互作用

第一节成矿元素的溶解、迁移

一、觉罗塔格山基岩区的水—岩相互作用

二、层间氧化带的形成和铀的溶解迁移

第二节成矿元素聚集成矿过程中的流体—有机质—生物作用

一、有机质对流体中铀的吸附作用

二、粘土矿物对流体中铀的吸附作用

三、微生物和有机质的相互作用与铀的还原成矿

第三节成矿机制和找矿方向分析

一、流体—有机质—生物成矿机制研究

二、找矿方向分析

第四节小结

第十一章微生物技术在砂岩型铀矿勘查、开采和环境保护方面的应用分析

第一节微生物技术在砂岩型铀矿床勘查中应用

第二节微生物技术在矿床地浸开采方面的应用分析

一、地浸开采技术概述

二、十红滩铀矿床开采地浸开采简介

三、微生物技术和铀的浸出

第三节微生物技术在矿床地浸开采后环境恢复的应用

一、地浸开采对环境的污染分析

二、微生物在地浸开采后环境治理中的应用分析

第十二章主要结论和有待解决的问题

第一节结论

第二节有待解决的问题

致谢

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参考文献

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