沉积、成岩与铀成矿:中国砂岩型铀矿研究的创新发现与认知挑战

21世纪,中国在砂岩型铀矿勘查领域获得了前所未有的辉煌成就.砂岩型铀矿产出于沉积盆地,铀矿的形成必须经历由沉积埋藏到抬升成矿两个重要的演化阶段.其中,在抬升成矿阶段,大气降水和氧化-还原作用的参与和约束是最显著的成矿特征.显然,这是一种典型的表生成岩作用的产物,是铀储层复杂成岩序列中的重要一环,隶属于“外生成矿”的范畴.虽然,砂岩型铀矿的成矿作用遵循氧化还原与铀变价的普遍机理,但是特殊的沉积背景却导致了铀成矿作用的多样性和地区的专属性.一些由沉积作用、沉积环境和古气候造就的关键控矿要素,能够从“基因”上直接影响表生成岩阶段的铀成矿作用,由沉积、成岩到铀成矿是一个具有成因联系的地质过程,而盆山耦合机制始终是其最根本的原始驱动力.随着对铀成矿作用细节行为研究的深入,一些创新发现不断地冲击着以往固有的认识,诸如碳质碎屑与铀成矿的相互作用、黄铁矿复杂而有序的演化习性、碳酸盐胶结物与铀成矿的共生叠置、敏感矿物的流体示踪、铀储层非均质性制约下的铀成矿机理、双重还原介质制矿模型、铀成矿的复合地球化学障等.还有一些研究对传统地质学理论提出了认知挑战,诸如,铀储层开放成岩环境中碳质碎屑的“碳化作用机理”、黄铁矿溶蚀或者生长界面上的铀沉淀化学动力机制、干旱沉积背景的铀成矿机理等.同时,铀成矿机理和普遍规律的研究,也为砂岩型铀矿的衰变地质效应研究和盆地铀资源的系统探索奠定了良好的地质基础.相信,针对沉积盆地整装的系统的成矿机理与成因联系研究,必将释放巨大的盆地铀资源潜力和矿床产能,在进一步丰富铀成矿理论的同时助力实现“双碳目标”.      

测老庙坳陷早白垩世巴音戈壁组叠锥构造特征及其环境解释

为了全面了解测老庙坳陷早白垩世叠锥构造的沉积特征,并探讨其成因及形成环境等问题,运用野外露头实测、光薄片观察、X射线衍射分析、阴极发光照相、扫描电镜照相等方法,发现叠锥构造发育于钙质结核外侧,覆盖所有方向,呈放射状,直圆锥锥顶指向结核中心;叠锥矿物成分主要为纤维状低镁方解石,纤维状方解石呈锥形套叠,具波状消光;阴极发光显微镜下呈均一的棕红色,不具微量元素分异和析出的成岩色带;叠锥结核的发育规模明显受制于原生沉积环境.结果表明叠锥结核的发育具有明显的阶段性;其发育的原生沉积环境应为水深在5~30 m、水体能量较高的滨浅湖沉积环境.推测叠锥构造的形成可能是同沉积期生物沉积作用和胶结作用,以及后期上覆岩层静压力共同作用的结果.      

铀储层结构与成矿流场研究:揭示东胜砂岩型铀矿床成矿机理的一把钥匙

以鄂尔多斯盆地北部的砂岩型铀矿为目标,在铀储层形成发育的沉积学背景研究基础上,重点通过砂分散体系、沉积物
粒度、隔挡层厚度和孔隙度的定量分析,精细地刻画了直罗组铀储层的外部几何形态和内部复杂结构,充分展示了铀储层的定量
非均质性。依据盆地构造充填演化阶段、铀成矿年代学和地学空间信息三维可视化平台,分别对5个演化阶段的古地貌进行了恢
复,并对不同演化时期的铀储层空间位置给予了准确定位,从而揭示了直罗组铀储层从沉积到接受铀成矿再到铀矿被改造期间的
空间形态演化历史。在盆地构造充填演化研究、古地貌恢复和铀储层定量非均质性分析的基础上,重建了5个不同时期古地下水
系统结构和参数的空间变化面貌,并运用地下水数值模拟方法再现了研究区5个演化阶段成矿古流场的特征及其演化规律。综
合分析认为,铀储层的空间演变和内部非均质性制约了成矿流场的基本格局,成矿流场又无疑控制着层间氧化带的发育和铀成
矿。当铀储层形成期的古水流方向与主成矿期地下水流场方向总体一致时有利于铀成矿,而当两者流向垂直时则成矿效率降低。      

从沉积到成岩两种截然不同的地质环境——吐哈盆地砂岩型铀矿研究实例

砂岩型铀矿床的形成既需要适当的沉积环境做准备, 又与成岩环境关系密切.通过宏观沉积学和泥岩元素地球化学分析探讨了吐哈盆地西南缘水西沟群的沉积介质环境, 利用砂岩样品的流体包裹体及激光拉曼光谱分析阐明了成岩环境.研究发现, 从沉积期到成岩期研究区的水西沟群具有2种截然不同的地质环境: 沉积期泥岩矿物中Sr/Ba比值小于0.3, B平均值为46.35×10-6, 同时具有淡水动物化石组合, 显示为温暖潮湿的贫氧、淡水介质环境, 但到成岩期却演化为具有有机质参与的中低温(156.1℃)、超盐度(7.4%)成岩环境, 现今环境(地下水盐度为7.8%)恰好与成岩环境相似.值得注意的是, 研究区铀成矿的年龄(104± 1)Ma、(24± 1)Ma、(7± 0)Ma与成岩期基本吻合, 表明具有有机质参与的中低温、超盐度环境也可能是砂岩型铀矿的成矿环境.      

黔北务正道地区早二叠世铝土矿沉积古地理及其控矿意义

通过野外地质调查、手标本观察、底板地层分布和矿体—含矿层厚度分析,对黔北务正道(务川—正安—道真)地区铝土矿沉积古地理及其与铝土矿成矿之间的关系进行了研究。结果表明:(1)铝土矿沉积盆地北以武隆为界,西北至南川,东至沿河,南至绥阳—凤冈一线;(2)研究区古地貌具南高北低的特点,沉积相带可分为海湾中心和滨岸湿地两部分,优质的铝土矿区均位于滨岸湿地;(3)沉积古地理决定了含矿层的厚度,但并不直接控制高品位铝土矿的形成,只有在其余成矿条件都适合的情况下,古地理通过控制铝土矿的沉积环境间接控制高品位铝土矿的形成。     

扇三角洲沉积体系及其与油气聚集关系

扇三角洲沉积体系是断陷盆地中极为发育的一种沉积体系,主要由扇三角洲平原组合、扇三角洲前缘组合和前三角洲沉积构成,可识别出9种成因相。受沉积物供给速率、可容空间增长速率及盆缘断裂产状等因素控制可划分出退积型、加积型、前积型、陡坡型和缓坡型5种扇三角洲类型。位于扇三角洲平原的辫状分流河道砂体及其位于扇三角洲前缘的与之有成因联系的水下分流河口坝、洪水型重力流砂体等物性好,可以构成优质储层。含油性勘探成果亦证实各主力油层段平面上主要分布于扇三角洲前缘及分流间湾区,小部分位于扇三角洲平原区。受埋藏深度和成岩场的影响,不同地区、不同层位主力油层段的物性与岩性相关性各异。因此,应用沉积体系分布与油气聚集规律挖掘剩余油层及进行远景区预测是有效的与可行的。     

柯坪—巴楚露头区海相地层声波速度与沉积体系的关系

为了对沉积体系中各种沉积环境地层的物性进行精细研究,对塔里木盆地柯坪—巴楚露头区台地边缘—斜坡沉积体系和碎屑滨岸带沉积体系的地层进行了踏勘取样。在常温、常压下对岩样进行了超声波纵、横波速度测量,主要获得以下结论:(1)岩样超声波速度与岩样所处的沉积环境关系密切,在生物礁剖面上,从礁基、礁核、到礁盖速度递增;在三角洲剖面上,从水下分流河道、河口坝到前缘泥速度递增。(2)在生物礁剖面上,生物屑的含量是影响速度的主要因素。生物碎屑含量越高,速度越低。(3)生物礁内生物的大小与生长方向是控制岩样速度各向异性的主要因素之一。     

鄂尔多斯盆地东北部延安组铀异常与沉积体系的关系

在鄂尔多斯盆地东北部,延安组第V成因单元存在着多处铀异常,这对铀的后备战略基地建设有重要意义。从沉积学的角度重建了第V成因单元的沉积体系,识别出两种沉积体系,分别是位于研究区西北部的辫状河沉积体系和东南部的曲流河沉积体系。通过对铀异常信息的成功提取及平面编图,发现延安组中铀异常呈一个又一个具有自我中心的单元出现,且与曲流河沉积体系的关系密切:通常发育于河道分岔或转弯处;普遍发育于薄砂带(区),一般砂体厚度在30 m以下,含砂率小于40%;铀异常单元与厚煤层关系密切;主要赋存于粒度较细的岩性中,部分也富集于煤中,但铀异常最高值富集于中砂岩中。