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理论创新

来源:     发布时间:2018年11月02日 10:41     作者:系统管理员    

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  砂岩型铀矿:以上世纪90年代初开始大规模寻找地浸砂岩型铀矿为标志,我国砂岩型铀矿的探索研究大致可以分成两大阶段。

  上世纪90年代之前,这一阶段地浸采铀技术没有完全突破和推广应用,早先即使在沉积盆地疏松、富水砂岩层中发现低品位铀矿,如伊犁盆地南缘510、511、512含铀煤型矿床中富水层低品位砂岩铀矿,由于常规开采技术上有困难,不经济,基本避开了相关的勘查和研究工作。这个时期探明的砂岩型铀矿床总体上规模偏小和较为分散,最大矿床的资源量也就是3000多吨,探明的总资源量仅约占全国总量的11%,能用于经济开发的甚少。但是,对适用于常规开采的砂岩型铀矿形成了较系统的理论认识和找矿方法,1997年出版了《砂岩型铀矿找矿指南》,把砂岩型铀矿床按成因分为成岩型、地下水改造型和火山热水改造型。认为成矿过程有四个大的发展阶段:盆地形成前的基底演化、盖层含矿主岩的沉积、含矿主岩的成岩和矿床(体)的后生改造。根据产铀沉积建造,认为成矿作用有多种方式,包括在红色碎屑岩沉积建造、暗色碎屑岩沉积建造、火山-碎屑岩沉积建造这三种条件下的成矿作用。其中火山-碎屑沉积建造尽管特别强调是“远离火山喷发中心的火山沉积盆地”的沉积建造,但也一直存在争论,如有的把江西白面石、河北青龙等矿床归到砂岩型铀矿床,大多则认为应归到火山岩型铀矿床。

  上世纪90年代初以来,我国砂岩型铀矿的探索研究进入一个新阶段。撇开陆相沉积盆地中常有出现的泥岩型、煤岩型(过去也称“含铀煤型”)铀矿床,真正的砂岩型铀矿床按照成因大致可归为四类:层间氧化型、潜水氧化型、沉积成岩型和复合成因型。其中又把沉积盆地内成矿期早于第四纪的层间氧化型铀矿床称为“古层间氧化带型铀矿床”,而第四纪仍在成矿的则称为“近代层间氧化带砂岩型铀矿床”。“古层间氧化带”是我国铀矿地质工作者的创新运用。

  砂岩型铀矿区域成矿研究方面:一是对大地构造条件有了新的认识,不局限于前苏联提出的“次造山构造成矿”和“地台(台坪)区古河谷成矿”,提出砂岩型铀成矿省经历了容矿主岩期的弱伸展和容矿主岩成矿期的弱挤压地质构造体制,认为在我国有多种构造背景下可以发生铀矿的大规模成矿,主要有巨型造山带中的大型山间盆地成矿(如伊犁盆地)、地台上的大型克拉通盆地成矿(如鄂尔多斯盆地)、裂陷构造环境下裂谷盆地成矿(如二连盆地)及中间地块盆地成矿(如准噶尔盆地),创造性提出适合我国地质条件的“动中找静、静中找动”的找矿思路。二是盆地的渗出、渗入要看地质演化的历史,如果现在看到盆地的现代浅地表水是渗出的,就要分析盆地地质史上是否渗入型,深部层位至今是否保留渗入型水动力系统,如鄂尔多斯盆地现在看到的含矿层潜水是向外渗流的,但在晚侏罗世至白垩纪时期是渗入型的,早已发育了“古层间氧化带”,出现浅层渗出是新构造运动以后的事。三是由于中国铀成矿地质构造背景较中亚复杂,建立起来的预测评价模式更全面地考虑了预测要素,除前苏联强调的大地构造、古气候、区域水动力等三大条件外,对基底成熟度、铀源、岩相古地理、新构造运动、区域性还原容量等都进行了深入研究,也作为重要的预测准则。

  砂岩型铀矿床成矿机理理论研究方面:通过一系列矿床的发现和研究,我国北方沉积盆地(如伊犁)砂岩型铀矿既有类似美国和中亚的卷型铀矿,更有在中东部盆地普遍发育板状铀矿,我国铀矿地质工作者建立了反映我国地质条件特点的砂岩型铀矿“叠合复成因成矿理论”。该理论借鉴了前苏联“层间渗入成矿理论”和美国“卷型砂岩铀矿理论”,其中氧化还原作用是成矿机理的核心,即含铀含氧水通过主砂体的过程中,铀在氧化环境下主要呈U6+态络合物迁移,进入地球化学还原障后被还原吸附,开始沉淀成矿。所谓“叠合”,是盆缘蚀源区铀源、盆内沉积地层铀源、深部流体铀源的供给叠合,大气降水、油气流体和热流体等多种流体叠合,多阶段潜水氧化与层间氧化成矿作用的叠合。所谓“复成因”,即影响铀在成矿过程中迁移—沉淀机制的因素是复杂多样的,有沉积成岩的预富集因素、构造隆升导致地层出露掀斜使含氧水顺层渗入作用的因素、来自原岩还原剂的还原作用和来自深部还原剂的二次还原作用的因素等,有的已经发现还有热作用的因素。同时,建立了伊犁式、吐哈式、皂火壕式、努和廷式、巴彦乌拉式、钱家店式、磁窑堡式等不同构造背景下独特的铀成矿模式,指导北方沉积盆地找矿取得了显著效果。

  花岗岩型铀矿:对花岗岩型铀矿理论研究,早期受国外理论影响提出过侧分泌说、表生汲取说。上世纪60年代后,二机部三局多次组织过所、队联合研究,并组织过四省编图、诸广会战及科技会议等大型研究活动,研究队伍扩大,研究成果不断深化。对产铀花岗岩研究,证明所有产铀花岗岩均为多期次侵入形成的复式岩体,多为壳层重熔岩浆形成的黑云母花岗岩或二云母花岗岩;岩性均为富硅(SiO2>71%)富碱、钾大于钠、铝过饱和的钙碱性系列产物;副矿物研究富铀花岗岩含少量晶质铀矿。成矿热液蚀变既有碱交代,又有酸交代,属多期次、多阶段活动;成矿和成岩存在较大时差;构造研究表明控矿断裂多为长期活动深断裂,成矿常与地壳拉伸期红盆伴生的伸展构造活动有关;认为绝大多数产于硅化断裂带中的花岗岩型铀矿床属上升热液浸出成因,只有少数矿床存在次生富集作用。

  新世纪通过对中国花岗岩型铀矿床的系统研究评价,提出了花岗岩型铀矿早期常出现绢英岩化高温蚀变破碎带型铀矿,如果早期与晚期中低温成矿热液叠加,会形成富大铀矿床。成矿构造研究提出花岗岩岩体热隆抽拉构造成矿,成矿期构造应该视为走滑花状断裂系;铀成矿热液形成于每次区域性玄武岩事件之后,暗色岩墙是重要的找矿判据等新观点。

  火山岩型铀矿:早期,通过一系列所、队的联合科研及专题研究,解剖了小丘源、熊家、红山子、相山等典型矿床,以及对赣杭带、武夷山带火山岩综合研究,查明了所有产铀盆地均属陆相火山塌陷盆地或火山断陷盆地,并提出了火山岩型铀矿的“双混合成因”模式;火山沉积层均以酸性流纹岩为主体的岩性组合;含矿流纹岩岩性特征和产铀花岗岩性一致,属壳层重熔形成的富铀、富钾岩浆产物;成矿热液活动同样受切盆深断裂控制。

  新世纪通过对中国火山岩型铀矿床的系统研究评价,提出了产铀火山岩带集中分布在英安质-流纹质、安山质-英安质-流纹质、玄武质-流纹质、粗玄质-粗安质-粗面质等4种组合,中国东部产铀盆地中含铀流纹岩和产铀花岗岩区复式岩体是同源岩浆作用的产物,火山盆地底部与古陆壳上的含铀层或含铀体密切耦合才能产生产铀火山盆地,成矿溶液是火山盆地以下壳幔活动含铀深成岩浆与幔源热流体相互作用的产物,火山岩型铀矿体主要定位于火山盆地底部及其下覆含煤盆地及基底结合部位,构成的“三层楼”成矿模式。

  碳硅泥岩型铀矿:中国中南部、西南部发育大面积震旦系至整个古生代形成的海相碳酸盐岩建造,部分地区产有含铀碳硅泥岩亚建造。经对产于碳硅泥岩中的铀矿床研究,发现工业铀矿床均属后生叠加再造产物,原生含矿层经造山期受褶皱、断裂作用,产生的层间破碎带成为改造成矿的容矿空间,成矿年代均为中、新生代,并以新生代为主。规模较大的矿床均发育围岩蚀变及热液矿床特有的矿物组合。含铀碳硅泥岩建造有三种铀成矿作用:沉积—成岩成矿作用、淋积成矿作用和热液(热水)叠加改造成矿作用。

  新世纪通过对中国碳硅泥岩型铀矿床的系统研究评价,提出了海相含铀碳硅泥岩层的形成是地壳演化特定沉积相的产物。热改造型相当一部分实际上是典型深源热液型,沉积成岩型与外生后成渗入型是多种成矿因素耦合的结果,沉积成岩型产于稳定的陆块区被动陆缘斜坡带的小洼地内,热液型主要产于构造岩浆活化区,外生后成渗入型产于富铀地层(体)发育区内弱到中等构造活化区等观点。

  铀成矿区带划分和全国铀矿资源潜力预测评价:2012年完成了全国铀矿资源潜力预测评价,把我国铀矿成矿单元划分为4个铀成矿域、11个铀成矿省和49个铀成矿区(带)(图1-3),并通过对典型矿床的解剖,构建了75个铀矿床式及111个典型铀矿床成矿模式。在此基础上,充分利用地、物、化、遥异常信息建立了相应的预测评价模型,优选出340多个预测区,首次定位、定深、定量、定型预测出全国铀矿资源总量超过210万吨(未包括非常规铀资源)和各预测区资源量,圈定万吨至10万吨级的远景区40多个。

  

  图1-3 中国铀成矿区带划分图

  深部铀矿科学探测:铀矿找矿正向500~1500m深度的“第二找矿空间”推进,并见到很好的富矿。2013年在江西相山铀矿田完成了中国铀矿第一科学深钻工程,终孔深度首次突破2800m,全孔岩矿心编录采用了高光谱技术,建立了多种热液蚀变矿物光谱库,实现了高光谱异常信息提取。基于对相山火山盆地高精度“地质CT扫描”,提出新的结构模型,扩大了找矿空间。该深钻在1500~2818m深度发现了多处好的多金属矿化,表明在1500m以下可能仍有较大潜力的“第三找矿空间”。

  “幔汁成矿理论”和“热点成矿理论”:我国学者还提出了铀矿“幔汁成矿理论”和“热点成矿理论”,都属于深源成矿理论。

  杜乐天提出了“幔汁成矿理论”,强调成矿热液是来自地幔流体(化学成分HACONS,简称幔汁)。它和玄武岩更有紧密的时间、空间和成因联系(在花岗岩区是基性岩墙;火山岩区是英安岩、斑岩);成矿铀不是来自花岗岩岩浆而是含铀花岗岩岩石,或含铀碳硅泥岩系;幔汁是超临界态流体(高于374度),通过碱交代(长石化)从含铀岩体、地层萃取岩石铀,然后通过绢英岩化或绿英岩化使铀沉淀成矿。幔汁成矿论现在可以解释全球热液铀矿成因,不再局限于花岗岩、火山岩,凡是任何时代的含铀岩体、地层甚至盆地砂岩,只要受到幔汁碱交代,都有可能找到大铀矿。我们现在把碱交代又分成两类:内生碱交代和砂岩中的表生碱交代。

  李子颖提出了“热点成矿理论”,是指在热点作用或其影响下产生的铀成矿作用,成矿元素铀是在复杂的多期次岩浆和流体作用过程中在晚期的熔体或流体中富集;铀主要来自深部,成矿流体具还原性,是具复杂组成的超临界流体;铀的迁移主要以四价的复杂络合物或配合物形式搬运;铀的富集沉淀主要是成矿流体在作用于近地表时,由于物理化学条件的改变产生;铀成矿主要形成于热点作用晚期产生的伸展构造动力学背景,控制铀矿的核心因素是热点作用与构造作用的叠合。

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