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”.      

松辽盆地西南部白垩系姚家组碎屑岩成岩作用与铀成矿

碎屑岩成岩作用过程中铀元素迁移、聚集规律一直是人们关注的热点。文章通过对松辽盆地西南部含矿目的层姚家组碎屑岩成岩作用特征研究,探讨了成岩演化过程中板状铀矿床的形成机理。研究表明,研究区姚家组含矿砂岩主要以岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩为主,成岩作用强度达到中成岩A期,可划分为同生期、早成岩A和B期、中成岩A期和表生成岩期等4个成岩阶段,同时,将成岩演化过程中的铀成矿作用划分为预富集阶段（沉积-同生期）、排铀阶段（早成岩期）、叠加改造作用阶段（表生成岩期）等3个阶段。在沉积-同生期,含矿层段中暗色泥岩发生了铀的强烈预富集作用,其富集的铀可能是铀成矿过程中最主要的铀来源;在早成岩期,压实作用导致铀从高含量暗色泥岩中排泄到邻近砂岩中可能是最重要的成矿作用,铀主要富集在靠近铀源的灰色砂岩中,其成矿流体迁移方向主要是沿垂向上的;在后期表生作用阶段,地表氧化流体对铀矿体产状进行了改造,促使其形成板状矿体。砂岩型铀矿体的产状可能与其铀的来源有着十分密切关系。     

马岭油田北三区延1021储层特征及其控制因素

利用薄片鉴定、扫描电镜、压汞实验及物性分析等资料,系统研究了马岭油田北三区延1021储层特征及其控制因素.结果表明,研究区延1021储集层以成分成熟度、结构成熟度中等或偏低的岩屑长石砂岩及长石石英砂岩为主,为典型的低孔、低渗储层;储层内部构型以泥质夹层为主.储集空间以粒间孔为主,孔隙结构微观非均质性强,较大喉道控制储层渗流能力.沉积相带的差异导致储层物性的差异,并影响成岩作用的类型和强度.压实、胶结作用是储层致密的主导因素,溶蚀作用在改善储集空间的同时,还增强了孔喉连通性.微观孔隙结构可有效反映储层品质特征.     

西沙群岛西科1井第四纪生物礁中典型暴露面的岩石学与孔隙特征

根据岩心观察、薄片鉴定和图像分析, 对西科1井第四纪发育的典型暴露面及其附近的岩石类型、成岩作用和孔隙类型进行了系统的分析.研究表明: 典型暴露面(埋深68.75~70.24 m)附近的岩石类型为骨架灰岩和泥粒灰岩, 成岩作用类型包括溶解作用、胶结作用、泥晶化作用和新生变形作用, 孔隙类型主要为粒间孔和粒间溶孔、粒内孔及粒内溶孔、生长骨架孔及其溶孔、铸模孔和晶间溶孔.碳酸盐矿物的悬垂状产状、生物体腔孔充填物的方解石化和普遍发育的溶解作用指示该深度段遭受了大气水淋滤的强烈改造.      

莺歌海盆地LD区块地层超压对储层成岩作用的影响及其地质意义

莺歌海盆地异常地层压力的分布状况、异常地层压力条件下的流-岩相互作用以及其对储层成岩演化影响方面的研究尚未展开, 综合应用岩石薄片鉴定、扫描电镜分析、稳定同位素分析、流体包裹体均一温度测试等技术, 系统分析了莺歌海盆地LD区现今压力分布特征、超压环境下储层成岩作用特征及超压流体活动对储层成岩演化的影响.结果表明: (1)地层超压驱动深层热流体向上释放, 富含碳酸盐类离子成分的热流体运移到超压顶界面附近时由于温压条件变化而重新沉淀, 形成高含量的碳酸盐胶结物致密层; (2)地层超压通过抑制粘土矿物的转化来减少碳酸盐胶结物的生成和石英次生加大, 使原生孔隙得以有效保存; (3)LD区块储层普遍富含CO₂, 在超压环境下CO₂在流体中溶解度增大, 会大量生成H+; 另外一方面, 超压增加了LD区块有机酸的释放空间和时间, 促进溶蚀作用的产生.由此可知, 造成研究区中深部超压储层具有较高的孔隙度的主要因素为超压抑制了胶结物的生成, 其次为超压降低了机械压实作用及促进了次生孔隙的发育.      

车镇北带古近系砂砾岩储层成岩作用特征及其对物性的影响

综合利用岩芯资料、铸体薄片、物性资料及相关分析测试资料,对车镇北带砂砾岩成岩作用特征及其对储层物性的影响进行了研究。研究表明:工区砂砾岩储层成岩作用主要有压实作用、胶结作用、溶蚀作用、灰泥重结晶作用和交代作用;成岩环境经历了中性/弱碱性→酸性→碱性→酸性→碱性的变化,相应的成岩作用序列为:压实作用→长石溶蚀/早期石英加大→碳酸盐胶结/石英溶蚀→长石溶蚀/碳酸盐胶结物溶蚀/晚期石英加大→黄铁矿胶结;区内砂砾岩储集物性较差,储集空间以次生孔缝为主;不同亚相岩相和成岩作用的差异使其储集物性有所不同,扇根主要发育颗粒支撑和杂基支撑砾岩,成岩作用以压实和灰泥重结晶为主,物性较差,发育无效储层;扇中亚相溶蚀作用较为发育,储集物性得到很好地改善,有效储层比例较高;扇缘亚相以胶结作用为主,使物性变差,局部溶蚀作用发育,可成为有效储层。     

黑龙江嘉荫连珠山金矿床成岩成矿年代学及其地质意义

连珠山矿床位于小兴安岭北麓,是一个产于花岗岩内部断裂体系的蚀变岩型金矿床。为了限定其成矿时代与成矿地质背景,本文对其赋矿围岩黑云母二长花岗岩和石英闪长岩进行了岩石地球化学、锆石U-Pb和绢云母40Ar/39Ar年代学的系统研究。定年结果表明黑云母二长花岗岩形成时代为中三叠世(243.7±1.3Ma,MSWD=0.77,n=12),岩浆上侵过程中受到早古生代(474~438Ma)和中二叠世(267~261Ma)的岩浆混染,而石英闪长岩形成于晚三叠世(215.3±1.3Ma,MSWD=0.35,n=17);黄铁绢英岩化矿石中的绢云母40Ar/39Ar坪年龄为194.2±2.0Ma,指示为早侏罗世成矿;元素地球化学特征显示连珠山侵入岩为准铝质-弱过铝质、高钾钙碱性岩石系列,具有I型花岗岩的地球化学属性;轻稀土元素富集,相对亏损重稀土元素,且具有弱的负Eu异常;富集大离子亲石元素(LILE),亏损高场强元素(HFSE)。结合小兴安岭-张广才岭地区已有年代学资料和区域构造演化特征,认为其成矿地质背景为兴蒙造山晚期与古太平洋板块俯冲转换期,或成矿发生在兴蒙造山期后的伸展阶段。     

羌塘盆地半岛湖地区上侏罗—下白垩统礁灰岩地球化学特征和成岩流体性质

半岛湖地区生物礁以发育灰岩为主,包括以造礁生物为主的骨架岩和非礁碳酸盐岩,针对生物礁相碳酸盐岩的显微组构分析和阴极发光分析,测得不同点礁各类礁相碳酸盐岩的常微量元素和碳、氧同位素组成,分别为:35件样品Mn,Sr,Fe元素平均质量分数为129×10-6,270×10-6和1 320×10-6,具有较低的Mn含量、较高的Sr含量、Fe含量,表明在成岩过程中海源流体发挥了主导作用,同时遭受了不同程度的大气淡水成岩流体的影响;碳同位素值变化不大且都为正值,变化区间为1.4‰~3.5‰,平均值为2.61‰;氧同位素值变化区间为-7.4‰~-2.7‰,平均值为-5.25‰,古海水盐度指数Z值变化较小,为126.6~132.7,平均值为130.5。结果表明,成岩流体盐度较高,溶蚀孔洞较为发育的颗粒灰岩和礁灰岩具有相对更低的δ18 O值,晚侏罗—早白垩世时期,羌塘盆地北部大量有机碳被高速埋藏是导致半岛湖地区礁相碳酸盐岩碳同位素值普遍偏高的首要原因。     

鄂尔多斯盆地吴起地区延长组长8储层成岩作用研究

探究吴起地区储层成岩特征,为研究区科学有效的开采提供依据,在储层沉积相研究的基础上,运用岩心观察、铸体薄片、扫描电镜及测井等资料对储层进行综合分析。结果认为,研究区碎屑岩储层成岩作用主要有机械压实作用、胶结作用、溶蚀作用,对储层影响较大。     

河南栾川南泥湖和上房沟花岗岩体黑云母成分特征及其成岩成矿意义

河南栾川南泥湖和上房沟花岗岩体与钼多金属成矿作用密切相关。本文用电子探针测试方法,分析了南泥湖岩体和上房沟岩体中黑云母的成分特征。结果表明,2个岩体中黑云母均具有高硅、富镁、低铝和贫铁的特征,属镁质黑云母。2个岩体的结晶温度分别为730~830℃和750~860℃,氧逸度(logfO2)分别为-8.5~-7.0和-8.0~-6.5,结晶压力和深度分别为72~120MPa、54~127MPa和2.62~4.37km、1.97~4.63km,有利于南泥湖-三道庄和上房沟超大型钼矿床的形成,地球化学特征显示2个岩体均属壳幔混源的Ⅰ型花岗岩,属深源中浅成花岗岩。