砂岩型铀矿定年现状及测试方法研究

对砂岩型铀矿的大规模研究源于自上世纪九十年代开始的铀矿战略大转移,为保证后续分析成矿机制及物质来源等的准确性,对于砂岩型铀矿成矿时代的研究则是不可缺少的内容之一。目前,用以研究铀矿物年龄的最广泛的方法主要分为全岩-单矿物U-Pb等时线测试方法以及微区原位定年方法,而微区原位方法又分为电子探针化学测年和同位素原位微区精确定年。本文将通过对铀矿年代学的研究现状来总结对比,具体阐述和介绍目前定年的主要研究方法,从而为能够更为精确的分析构造演化历程提供具体依据。     

电子探针化学测年在攀枝花大田晶质铀矿中的应用及其意义

晶质铀矿和沥青铀矿是热液铀矿床的主要工业铀矿物,在研究热液铀矿床成因及成矿规律方面具有重要的意义。攀枝花大田地区是我国混合岩型热液铀矿分布区,已发现粗粒特富铀矿滚石(铀含量10%)及较富基岩矿石(铀含量为0.1%~2%),主要铀矿物为晶质铀矿,对两种晶质铀矿成分及形成时代的研究对该区混合岩型热液铀矿成矿规律研究具有重要的价值。本文通过对大田地区滚石中的晶质铀矿和基岩矿石中的晶质铀矿进行矿物学及电子探针分析,研究了晶质铀矿的成分及形成时代。结果表明:(1)大田地区滚石和基岩矿石中的晶质铀矿除铅之外化学成分较为相似,两类矿石晶质铀矿中UO_2含量为77.36%~84.04%,ThO_2含量为0.98%~5.59%,PbO含量为1.79%~8.8%,其中滚石晶质铀矿中的铅含量低于基岩晶质铀矿,钍含量高于基岩晶质铀矿;(2)电子探针化学定年结果表明,基岩矿石晶质铀矿的形成时代为774.9~785.5 Ma,滚石晶质铀矿的形成时代为783.7 Ma,与传统同位素测年结果(775~777.6 Ma)非常一致,一方面说明滚石晶质铀矿和基岩晶质铀矿为同一时代的产物,另一方面说明电子探针原位测年方法是可靠的;(3)在后期的热液蚀变中,晶质铀矿先后发生了硅化、碳酸盐化及赤铁矿化,蚀变发生的时间分别为730.6Ma、699.8 Ma和664.0 Ma。此结论对研究攀枝花大田地区热液铀矿成矿时代及成矿作用过程提供了依据。     

砂岩型铀矿中铀矿物U-Pb年代学研究现状及研究方向

该文基于中国地质调查局天津地质调查中心研究团队近年来的研究工作及对相关文献的综合研究,对砂岩型铀矿中一些重要铀矿物如沥青铀矿(晶质铀矿)、铀石、钛铀矿等的微区原位成因矿物学和U-Pb年代学研究现状进行了深入分析,提出新的研究方向,即通过采用二次离子质谱法、激光剥蚀多接收器电感耦合等离子体质谱法与电子探针化学分析法和同位素稀释热电离质谱法相结合的方式,综合研究砂岩型铀矿中沥青铀矿(晶质铀矿)、铀石、钛铀矿等铀矿物和金红石、磷灰石等含铀矿物的微区原位成因矿物学和U-Pb年代学,探索砂岩型铀矿中矿石矿物的U-Pb同位素测年新方法,获取更精确的砂岩型铀矿成岩成矿的年代学信息。这对于全面准确地认识砂岩型铀矿床的生成和演化历史,建立砂岩型铀矿床的成矿新理论具有十分重要的科学意义。铀矿物测年新方法在砂岩型铀矿床的地质勘探中也有广阔的应用前景。     

华南混合岩中的铀矿化

以浸染扶晶质铀矿形式产于混合岩中的铀矿化是华南一种新的铀矿化类型。根据晶质铀矿在矿体中的存在形式,可划分为原生型和改造型。原生型矿床中主要铀矿物是晶质铀矿,改造型矿床中的主要铀矿物是沥青铀矿和残余的晶质铀矿。此类型矿床是富铀地层选择性熔融,并在此过程中导致铀的活化、转移和局部富集的结果。     

电子探针Th-U-Pb微区测年方法及其在铀矿地质研究中的应用前景

电子探针Th-U-Pb微区测年方法是新近发展起来的一项测年技术.该技术以放射性核素的衰变理论为基础,在一定条件下通过电子探针测量矿物中的Th、U、Pb含量,经过数据处理,最终计算出矿物的年龄.由于该项技术具有省时、费用低、不破坏样品等优点,现已广泛地应用于独居石、锆石的年龄研究中.在晶质铀矿年龄研究中的应用仅有零星报道,但由于该技术的高空间分辨率,将对不同产出状态的微小晶质铀矿颗粒的定年研究大有裨益.     

赣南6722铀矿床钛铀矿—晶质铀矿—铀石—沥青铀矿显微共生组合的厘定及成因意义

通过235U诱发裂变径迹及电子探针测试综合研究,在6722铀矿床的含矿隐爆角砾岩胶结物中首次发现钛铀矿—晶质铀矿—铀石—沥青铀矿显微共生组合。这样一种在1 cm2(光薄片)范围内分布,而且不存在任何脉状相互穿插现象的钛铀矿—晶质铀矿—铀石—沥青铀矿显微共生组合表明其形成于同一成矿物理化学体系中。根据UO2—TiO 2—H2O体系稳定场,确定6722铀矿床中钛铀矿—晶质铀矿—铀石—沥青铀矿显微共生组合形成温度范围为250~350℃,属中—高温热液成因。     

诸广三九矿田石壁窝矿区主要铀矿物电子探针定年

诸广中段三九矿田是新近发现的花岗岩型铀矿田,然而该区缺少铀矿物原位定年研究。本次研究以矿田南部石壁窝矿区铀矿石中铀矿物为对象,通过光学显微镜、扫描电镜（SEM）、X射线能量色散谱仪（EDS）和电子探针（EPMA）等手段,开展了铀矿物的矿物学研究。研究显示,晶质铀矿主要赋存于黑云母中,常呈不同程度溶蚀或交代状与石英、蚀变绿泥石、蚀变长石等矿物共伴生;沥青铀矿分布较广,常与黄铁矿、赤铁矿、硅质细脉等伴生。电子探针U-Th-Pb化学定年法测得铀矿石中晶质铀矿年龄为161.7～128.7 Ma,计算其加权平均年龄为（149.0±6.2） Ma (MSWD=3.9,n=6);测得沥青铀矿年龄为108.8～90.5 Ma,计算其加权平均年龄为（97.7±1.7） Ma (MSWD=0.99,n=5)。测得的晶质铀矿U-Pb年龄与前人的花岗岩锆石年龄相近,沥青铀矿形成年龄明显小于花岗岩结晶年龄,显示区内铀成矿存在较大岩矿时差。     

LA-ICPMS与EPMA结合测定铀矿物微区原位U-Pb年龄

晶质铀矿、沥青铀矿、铀石等铀矿物的微区原位U-Pb定年对研究铀矿床有着十分重要的意义。使用激光烧蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICPMS)与电子探针(EPMA)相结合的方法更加准确地测定铀矿物微区原位U-Pb年龄,既解决了EPMA不能测定同位素比值,无法准确扣除普通铅等不足,又解决了目前LA-ICPMS测定的铀矿物标样极少,标样难寻的困扰,从而有利于铀矿物微区原位U-Pb定年技术的推广使用,为铀矿床研究提供更准确的定年数据。这一定年方法不但在铀矿床的年代学研究中有重要的应用,在各种地质体的铀矿物U-Pb同位素年代学研究中也有广阔的应用前景。     

砂岩型铀矿微区原位U-Pb同位素定年技术方法研究

铀矿物定年一直是成矿年代学中的难点,随着微区原位U-Pb同位素定年技术的发展,可以直接针对矿石矿物(铀矿物)进行同位素定年;但是其中的砂岩型铀矿由于其存在状态复杂,在原位定年中剥蚀要求高,也缺乏合适的外部校正标准物质,所以定年准确度有待提高。本文研究了两种微区原位U-Pb同位素测年的方法,对砂岩型铀矿定年进行了尝试,试图解决铀矿测年中的无基体匹配问题并提高砂岩型铀矿定年水平。一是建立了一种激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱仪联合电子探针进行微区原位U-Pb同位素测年的技术(LA-MC-ICP-MS&EMPA)。通过优化实验方法,对秦岭陈家庄花岗岩型铀矿进行了测试,获得与同位素稀释热电离质谱法(ID-TIMS)一致的年龄结果,证明了微区原位U-Pb同位素测年无基体匹配标准物质分析的可行性;并利用此法获得鄂尔多斯盆地红庆河和塔然高勒砂岩型铀矿的微区原位U-Pb同位素年龄信息。二是尝试了利用飞秒激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱法(fsLA-MC-ICP-MS)对红庆河和宁夏宁东砂岩型铀矿样品进行微区原位U-Pb同位素定年,并获得了微区原位U-Pb同位素年龄,表明飞秒激光剥蚀技术在砂岩型铀矿定年中有很好的应用前景。本文提出,比较单一且年龄偏老的单矿物样品可以选择LA-MC-ICP-MS&EMPA联合法进行分析,需要高空间分辨率的样品建议使用fsLA-MC-ICP-MS法。     

电子探针测年方法应用于粤北长江岩体的铀矿物年龄研究

晶质铀矿被认为是花岗岩型铀矿成矿的主要矿源提供者,在评价岩体的含矿性和确定成岩成矿年龄方面有重要意义。长江岩体属于诸广山复式岩体的一部分,是粤北地区重要的产铀花岗岩体,本文利用电子探针对该岩体中的铀矿物进行研究。结果表明:长江岩体中的铀矿物多以充填或被黄铁矿包围的形式存在,或者分布于石英、黑云母、绿泥石等矿物中;铀矿物类型主要有晶质铀矿、沥青铀矿、铀石、铀钍石四种。晶质铀矿/沥青油矿的化学年龄值可分为三组:~155 Ma、~106 Ma和~74 Ma。第一组年龄代表岩体的形成时代,后两组年龄代表铀矿的多期次成矿作用年龄。铀矿物从成岩后到~106 Ma,成分没有发生明显变化,直到~74 Ma后才发生明显的U元素活化、迁移。因此,可以推测长江岩体地区主要的铀矿成矿期应发生在~74 Ma及之后。     

纳米比亚欢乐谷地区白岗岩型铀矿矿物特征研究

本文通过系统的岩矿鉴定和电子探针分析,对纳米比亚欢乐谷地区白岗岩型铀矿的矿物特征进行了详细的研究.该地区铀的赋存形式以独立铀矿物为主,少量以类质同像形式存在于钍矿物中.铀矿物的主要种类有:晶质铀矿、钍铀矿、铀石、铀钍石、钛铀矿、沥青铀矿、硅钙铀矿和钒钾铀矿等,其中,晶质铀矿、钍铀矿和钛铀矿等原生铀矿物约占69％,而反应边状铀石、铀钍石、沥青铀矿、钒钾铀矿和硅钙铀矿等次生铀矿物约占31％.由此可见,该区铀矿化主要表现为原始岩浆的分异作用与后期热液改造作用的相互叠加,其热液改造程度不大,仅使铀发生内部再分配.     

桂北沙子江铀矿床沥青铀矿原位微区年代学和元素分析:对铀成矿作用的启示

微区原位分析是地球科学研究的重要手段,但这些分析技术在华南热液铀矿床中的应用相对较少,限制了对铀矿床成矿机理的深入认识。沙子江铀矿床是华南著名的花岗岩型热液铀矿床。本文利用电子探针(EMPA)、激光电感耦合等离子体质谱(LA-ICPMS)以及二次离子探针(SIMS)等微区原位分析技术,对沙子江铀矿床中的沥青铀矿开展了U-Pb同位素年代学及元素组成研究,确定了沥青铀矿的形成时代及成分特征,并探讨了蚀变作用对沥青铀矿成分及其表面年龄或化学年龄的影响。电子探针分析结果显示,该沥青铀矿以富铀和钙、极低含量的ThO_2和稀土元素为特征,揭示其为低温热液成因,成矿热液富含Ca。LA-ICP-MS分析结果显示,沥青铀矿的稀土元素总量较低,其配分模式呈轻稀土富集型,具有明显的负Eu异常,与赋矿围岩豆乍山花岗岩的稀土元素组成相似,暗示其铀源可能与豆乍山岩体有密切的关系。蚀变和未蚀变沥青铀矿成分的对比研究显示,蚀变作用会导致硅元素大量进入沥青铀矿晶格,造成铀和铅的丢失,从而影响沥青铀矿的表观年龄或化学年龄,但沥青铀矿的稀土元素配分模式不会受到蚀变的影响。未蚀变沥青铀矿的SIMS微区原位分析获得的U-Pb年龄为101. 3±4. 5Ma,表明沙子江铀矿床存在100Ma左右的铀成矿事件。受岩石圈伸展控制形成的富CO流体与富铀花岗岩相互作用浸取出花岗岩中的铀,并在合适的构造部位沉淀形成了沙子江铀矿床。     

Uranium Behavior in the Process of Primary Pitchblende Ores Alteration by the Post‐ore Hydrothermal Solutions: An Application to Assessment of Uranium Migration from Underground Spent Nuclear Fuel Repositories

It has been shown that the main uranium ore mineral, pitchblende (uranium dioxide), is a natural analog of synthetic uraninite (also uranium dioxide), which constitutes 96% of spent nuclear fuel (SNF). Geochronological studies of the U‐Pb isotope systems in unaltered pitchblende from the orebodies reveal that these systems remained completely closed over the entire period (approximately 135 Ma) since the formation of the deposits. The bulk of the primary uranium ores within the Streltsovskoye ore field was influenced to various degrees by post‐ore hydrothermal solutions that led to pitchblende spherulites being replaced by pseudomorphs of an amorphous phase with a U‐Si composition; this phase also re‐precipitated in veinlets proximal to the pitchblende pseudomorphs. A technique specially developed by the authors was used to carry out quantitative counts of the abundance of uranium minerals by calculating the uranium mass balance in one of the orebodies subjected to hydrothermal alteration. The calculations reveal minimal uranium loss from the orebody. Uranium liberated in the process of the pseudomorphic replacement of pitchblende was immediately fixed, in situ, in the newly formed coffinite‐like amorphous U‐Si phase as a result of the development of an efficient geochemical barrier that prevented the long‐distance migration of uranium. In assessing the long‐term safety of underground SNF repositories, the results of the present study give us confidence that SNF uraninite, in terms of the preservation of its integrity as a mineral phase, provides for the reliable long‐term isolation of uranium, transuranium elements, and fission products that are “sealed” in the uraninite matrix. In the case of the mineral transformation of the uraninite matrix by hydrothermal solutions, the liberated uranium would be efficiently immobilized by the newly formed amorphous U‐Si phase.     

赣中紫云山花岗岩晶质铀矿的电子探针U-Th-Pb化学定年

紫云山岩体是赣中地区与钨铀成矿关系极为密切的过铝质花岗岩体,但目前该岩体的成岩时代尚不明确.通过偏光显微镜、扫描电镜、电子探针等手段,首次开展了紫云山花岗岩中赋存晶质铀矿的精细矿物学研究.结果表明:晶质铀矿主要赋存于黑云母之中,少数被黄铁矿包裹,部分晶质铀矿被不同程度溶蚀和交代,表明晶质铀矿是本区花岗岩型铀矿的主要铀源矿物之一.利用电子探针U-Th-Pb化学定年法测得蕉坑单元 (J₃J)5颗晶质铀矿年龄为154.5~168.9 Ma,加权平均年龄为161.8±2.4 Ma (MSWD=0.26,n=26),庙前单元 (J₃M) 三颗晶质铀矿年龄为152.8~164.7 Ma,加权平均年龄为159.7±3.2 Ma (MSWD=0.2,n=15).获得的年龄与南岭地区主要含钨花岗岩的侵入时间高度一致,对应华南中生代大规模岩浆活动的第二阶段.晶质铀矿年龄与华南含钨花岗岩锆石U-Pb年龄非常一致,验证了过铝质富铀花岗岩中晶质铀矿电子探针定年方法的可行性.      

粤北青嶂山岩体江头矿区铀矿微区矿物学、年代学特征及其成矿动力背景制约

粤北诸广和贵东是华南最重要的两个花岗型铀矿密集区,青嶂山(龙源坝)岩体位于两者之间,是华南花岗岩型铀矿研究薄弱地区。江头铀矿区地处青嶂山岩体北部与南雄断陷盆地的结合部位,该矿区的铀成矿年代学研究几为空白。本文通过电子探针方法研究了青嶂山岩体、及与该岩体密切相关的江头矿区中的铀矿物微区矿物学特征,获得岩浆成因的晶质铀矿与热液成因的沥青铀矿的U-Th-Pb化学年龄,探讨了华南铀成矿作用动力学背景及成矿地质体。研究表明:青嶂山岩体粗粒斑状黑云母花岗岩和中粒斑状黑云母花岗岩中的铀矿物主要有晶质铀矿、铀石,部分晶质铀矿存在明显铀释放的特征,其晶质铀矿化学年龄分别为246.8±8.8Ma、161.5±8.0Ma,与前人获得的锆石U-Pb年龄结果在误差范围内一致,分别代表了区内印支期与燕山期花岗岩体的成岩年龄,表明在南雄断陷盆地形成之前,青嶂山岩体与诸广岩体可能为一有机整体,有着相同的成岩、成矿环境。江头矿区矿石中铀矿物主要为沥青铀矿,伴有少量钛铀矿、铀石等,沥青铀矿化学年龄分别为121.3±9.8Ma、98.8±8.0Ma、73.2±8.8Ma,分别代表区内3期铀成矿作用的时代,结合华南中生代以来构造运动特征,认为区内铀成矿作用是受中-新生代盆地边缘深大断陷活动、产铀花岗岩体分布的双要素成矿动力学背景制约,青嶂山岩体应与诸广、贵东岩体具有相似的找矿前景。     

粤北石角围花岗岩型铀矿床沥青铀矿LA-ICP-MS原位U-Pb定年研究

石角围花岗岩型铀矿床位于粤北下庄铀矿田东部,沥青铀矿是矿床的主要矿石矿物,也是厘定成矿年龄的理想对象。前人采用同位素稀释法(ID-TIMS)和电子探针U-Th-totalPb化学定年法获得的成矿年龄为38～138Ma,但前人年龄变化范围大,可靠性有待考究,难以有效约束矿床的成矿时代。本文利用LA-ICP-MS原位微区分析技术,对石角围矿床矿石中沥青铀矿开展了原位U-Pb定年。研究表明:沥青铀矿的206Pb/238U年龄为52. 46～56. 89Ma,加权平均年龄为54. 68±0. 53Ma(MSWD=1. 19,n=18)。本次沥青铀矿原位U-Pb定年与前人相比更好地避免了矿物包裹体、后期次生变化、显微裂隙等因素的影响,获得的沥青铀矿原位U-Pb同位素年龄代表矿床的成矿年龄。本研究获得的石角围矿床成矿年龄(～55Ma)与华南花岗岩型铀矿床主成矿期(～50Ma)相一致,指示石角围矿床铀成矿作用与华南岩石圈局部伸展作用下的断裂构造活动密切相关。     

Deposition and remobilization of uranium in the North Baikal region: Evidence from the U-Pb isotopic systems of uranium ores

Based on the study of local volumes of minerals, including their microsampling and subsequent analysis of Pb/Pb and U/Pb isotope ratios with the classic methods of isotopic dilution and thermoionization mass spectrometry (TIMS), U-Pb and Pb-Pb isotopic datings of minerals were carried out in uranium ores from deposits in the Akitkan and Nechera-Nichatka ore districts (North Baikal region). Reliable evidence in favor of the Middle Devonian (384 ± 8 Ma) remobilization of Paleoproterozoic primary uranium concentrations and the redeposition of uranium as pitchblende 2 has been obtained for the first time for ores of the Akitkan district. The Paleoproterozoic (1832 ± 13 Ma) age of uraninite mineralization and the timing of the latest (377 ± 5 Ma) transformation of uranium ores at the Chepok deposit (Nechera-Nichatka district) are substantiated.