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鄂尔多斯盆地杭锦旗砂岩型铀矿成矿年代学及其地质意义

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鄂尔多斯盆地杭锦旗砂岩型铀矿成矿年代学及其地质意义

作者：宋子升西北大学

学位级别：硕士

在对砂岩型铀矿的找矿和研究工作中,首先必须揭示该类型铀矿的时空分布等成矿规律,而成矿时代的研究,则是其中不可缺少的内容之一。成矿相对于围岩的时间关系不但是研究金属成矿省地质历史演化的钥匙,还是深入探讨和研究矿床的成矿物质... 详细信息

在对砂岩型铀矿的找矿和研究工作中,首先必须揭示该类型铀矿的时空分布等成矿规律,而成矿时代的研究,则是其中不可缺少的内容之一。成矿相对于围岩的时间关系不但是研究金属成矿省地质历史演化的钥匙,还是深入探讨和研究矿床的成矿物质来源、成矿机制及成矿动力学背景等问题的重要基础。一直以来,受分析测试手段与样品因素的限制,在砂岩型铀矿中进行成矿定年多采用全岩/单矿物U-Pb法,但是争议颇大,如何精确获得砂岩型铀矿成矿年龄一直是困扰地质工作者的难题。本文通过对杭锦旗铀矿的岩石学矿物学的研究,表明研究区的铀矿物主要以铀石为主,与其成因相关且密切共生的矿物主要有：黄铁矿、钛铁矿、硒铅矿、方解石、绿泥石、高岭石以及有机质等;结合电子探针的分析与应用,创新性地利用飞秒激光剥蚀多接收等离子体质谱(fLA-MC-ICPMS)对研究区高含量矿石样品中的铀矿物进行原位微区U-Pb定年,获得五组铀石LA-ICP-MS U-Pb年龄,由早到晚依次为：晚白垩世68.6±2.1Ma、晚渐新世30±0.8Ma、中新世中期16.7±0.77Ma、中新世晚期7.07±0.24Ma与更新世1.2±0.07Ma。为了综合讨论铀石LA-ICP-MS U-Pb年龄的合理性,同时采用传统的全岩U-Pb等时线法与其作为对比。与16个样品获得的两组全岩U-Pb等时线年龄71±8Ma(晚白垩世)与39±11Ma(始新世早期-渐新世晚期)相比,认为铀石LA-ICP-MS U-Pb法不仅能测试出多个成矿期次,还包含了全岩U-Pb等时线方法所得的年龄信息;同时还可提供铀矿物原位微区的稀土和微量元素分析数据,显示铀石的铀源主要来自于地壳浅部,形成及保存条件为中性到还原的环境。表明了铀石LA-ICP-MS U-Pb法更为精确、全面以及高分辨率,拥有传统的全岩/单矿物U-Pb等时线法不可比拟的优点。对砂岩型铀矿矿石样品进行原位微区LA-ICP-MS U-Pb定年的应用无疑开拓了砂岩型铀矿成矿定年的新方法与新思路。利用本次获得的杭锦旗铀矿成矿年代学研究结果,探讨了铀成矿作用与盆地后期改造动力学演化之间的响应,认为杭锦旗砂岩型铀矿床的形成过程经历2个成矿阶段：①晚白垩世层间氧化成矿期(71±8～68.6±2.1Ma)：②始新世河套断陷盆地发育以来的富集改造保矿期(39±11～1.2±0.07Ma)。研究区的铀成矿是不同成因期次的地下水及油气热液流体对区内含铀砂体进行长期的富集改造成矿作用的结果。在配合全岩U-Pb等时线年龄研究同时,本文还做了大量的U-Ra平衡测试,通过铀镭平衡特征研究,认为杭锦旗砂岩型铀矿床矿石U-Ra平衡系数不服从正态分布,这一认识不利于对本矿床用同一个U-Ra平衡系数进行伽马测井数据修正。近代以来(16000年内)所有钻孔的矿石样品中铀具有迁移和富集的特性,整体上非矿化砂体铀迁出,矿化砂体获得铀,显示了非矿化砂岩是铀成矿的重要铀源;油气活动下形成的绿色蚀变带U-Ra达到平衡,显示了油气二次还原作用的保矿作用。

关键词：杭锦旗砂岩型铀矿铀石LA-ICP-MS U-Pb法定年全岩U-Pb等时线法鄂尔多斯盆地北部铀镭平衡放射性同位素盆地后期改造

鄂尔多斯盆地北部延安组白色砂岩形成的稳定同位素示踪及其地质意义

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地学前缘 2015年第3期22卷 205-214页

作者：吴柏林魏安军刘池洋宋子升胡亮王丹寸小妮孙莉罗晶晶西北大学大陆动力学国家重点实验室西北大学地质学系陕西西安710069

鄂尔多斯盆地东北部延安组顶部存在大规模的白色砂岩,形成当地的大型高岭土矿床。该白色砂岩与东胜—杭锦旗一带发现的大型砂岩铀矿含矿层位直罗组相邻相近;研究表明白色化与铀矿的富集保存、控矿砂岩的绿色蚀变、碳酸盐化等空间关系密... 详细信息

鄂尔多斯盆地东北部延安组顶部存在大规模的白色砂岩,形成当地的大型高岭土矿床。该白色砂岩与东胜—杭锦旗一带发现的大型砂岩铀矿含矿层位直罗组相邻相近;研究表明白色化与铀矿的富集保存、控矿砂岩的绿色蚀变、碳酸盐化等空间关系密切,成因相似,均与盆地中部上古生界天然气向北运移耗散所导致的低温气-水热液流体中烃类还原的流-岩作用有关。文中重点从稳定同位素示踪白色砂岩形成的地球化学成因机制和过程,同时也指示了本区存在天然气耗散的动力学背景。高岭石氢氧同位素揭示白色化砂岩形成的高岭土矿床成因以低温热液作用为主,与东胜铀矿形成的低温热液作用为同一性质及事件;高岭石硅同位素与铀矿石中铀矿物铀石的硅同位素数据相近,而与成岩作用黏土的硅同位素特征相去甚远,进一步证明了白色砂岩与铀矿化是在同一低温热液事件作用下的产物。碳氧同位素说明白色砂岩形成的流体与有机质来源有关,结合东胜砂岩铀矿有机地球化学及本区天然气耗散地质事件的背景,认为该有机质来源于向北耗散的上古生界天然气。方解石包裹体氢氧同位素特征表明,流体中水的性质和来源为大气降水。系统总结和综合以上认识认为,本区白色砂岩的形成过程是,中部上古生界低温天然气向北运移耗散至浅部延安组—直罗组,与地下水一起构成低温"天然气-水"混合热液,该低温热液的烃类还原作用同时导致了本区延安组顶部白色砂岩的形成以及直罗组下部东胜铀矿的富集保存、砂岩的绿色化和碳酸盐化等蚀变现象,从而形成本区东胜超大型铀矿及大型高岭土矿床和相关的烃类还原蚀变现象,构成现今多种能源及相关资源同盆共存、共荣的局面。

关键词：白色砂岩稳定同位素示踪天然气耗散烃类还原砂岩铀矿低温热液

鄂尔多斯盆地杭锦旗地区砂岩型铀矿流体作用与成矿

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地学前缘 2015年第3期22卷 368-381页

作者：张龙刘池洋赵中平王飞飞宋子升西北大学地质学系大陆动力学国家重点实验室陕西西安710069

鄂尔多斯盆地北部中侏罗统直罗组富铀砂岩成岩过程复杂,铀成矿并非典型的层间氧化带模式。通过对盆地北部杭锦旗地区矿化砂岩成岩矿物、方解石碳氧同位素、流体包裹体的综合分析,探讨了杭锦旗砂岩型铀矿的流体作用特征与铀成矿过程。结... 详细信息

鄂尔多斯盆地北部中侏罗统直罗组富铀砂岩成岩过程复杂,铀成矿并非典型的层间氧化带模式。通过对盆地北部杭锦旗地区矿化砂岩成岩矿物、方解石碳氧同位素、流体包裹体的综合分析,探讨了杭锦旗砂岩型铀矿的流体作用特征与铀成矿过程。结果表明:矿区砂岩遭受碱性渗入水、烃类降解酸性水、碱性热液3种类型流体作用;碱性热液为最晚期的流体活动,亮晶方解石捕获的原生流体包裹体均一温度峰值为140~160℃,盐度为8.00%~16.34%,方解石δ13C明显偏负(-7.1‰^-18.3‰),为有机来源碳参与的高盐度碱性热流体。前人证实盆地北部砂岩型铀矿具有生物成因特征,与热液活动相悖;结合铀元素迁移特征,认为热液活动与微生物还原作用并不矛盾,碱性热液改变了矿区砂岩流体的物理化学环境,稳定络合物的形成对铀元素具有萃取再富集作用;热液活动是富矿流体形成的关键事件,微生物活动在热液活动停止后直接参与铀还原成矿。

关键词：流体作用碱性热液砂岩型铀矿鄂尔多斯盆地

鄂尔多斯盆地北部砂岩型铀矿铀矿物地质地球化学特征及其成因意义

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地质学报 2016年第12期90卷 3393-3407页

作者：吴柏林张婉莹宋子升寸小妮孙莉罗晶晶李艳青程相虎孙斌大陆动力学国家重点实验室西北大学地质学系西安710069

鄂尔多斯盆地北部已发现系列砂岩型铀矿,由东往西依次有东胜铀矿、杭锦旗(纳岭沟)铀矿、大营铀矿等大型、特大型矿床,成为我国目前砂岩型铀矿发现规模最大、最具远景的地区。研究表明,它们具有相似的矿床地质特征和形成环境。在矿床成... 详细信息

鄂尔多斯盆地北部已发现系列砂岩型铀矿,由东往西依次有东胜铀矿、杭锦旗(纳岭沟)铀矿、大营铀矿等大型、特大型矿床,成为我国目前砂岩型铀矿发现规模最大、最具远景的地区。研究表明,它们具有相似的矿床地质特征和形成环境。在矿床成矿作用研究中,铀的存在形式及铀矿物特征对砂岩铀矿来说是一项重要的内容,其认识对铀的地浸开采可提供重要依据,也是了解砂岩型铀矿形成机制或矿床形成环境及成因的重要信息。本文主要从三个方面对鄂尔多斯盆地北部大营铀矿、纳岭沟铀矿等主要砂岩型铀矿中铀矿物地质地球化学特征和成因进行了研究和探讨。通过电子探针测试,高分辨率扫描电镜观察等手段,认为盆地北部铀矿的铀矿物类型主要为铀石,含少量的沥青铀矿、钛铀矿、水硅铀石、钍铀石等;铀矿物常与黄铁矿、有机质(煤屑)及方解石相伴生。采用逐级化学提取等方法定量地分析了铀矿物占矿石中铀配分的比例关系,认为其中铀矿物和吸附态约各占铀存在形式的50%。首次对砂岩型铀矿的铀矿物进行微区原位LA-ICP-MS稀土元素分析,认为ΣREE在铀矿物铀石中高度富集,是矿石中稀土元素的主要载体;稀土元素是铀矿石中可综合利用的有益组份,其标准化曲线表现为明显的右倾型,轻稀土富集,轻重稀土分馏强烈,δEu和δCe具较弱的负异常,说明总体上铀矿化形成于外生后成环境。从上述铀矿物特征,初步探讨了铀矿化形成的环境与成因,认为铀矿化形成经历了至少为低温流体作用的环境;铀矿化形成于浅部地壳即外生后成环境而与深源作用无关。

关键词：砂岩型铀矿铀矿物铀石微区原位铀矿物稀土元素鄂尔多斯盆地北部低温热液

油气耗散作用及其成岩成矿效应：进展、认识与展望

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地质论评 2014年第6期60卷 1199-1211页

作者：吴柏林魏安军胡亮宋子升张本浩王海桐王丹寸小妮孙莉罗晶晶大陆动力学国家重点实验室(西北大学) 西北大学地质学系西安710069

油气生成后发生运移,在途经的围岩环境中发生流—岩相互作用而损耗,以及分散于地下或暴露地表而损失,这一过程即为油气耗散。油气耗散主要特点为流—岩地质作用,在这一过程中将产生系列成岩蚀变,如氧化砂岩的绿色化、白色化,以及局部碳... 详细信息

油气生成后发生运移,在途经的围岩环境中发生流—岩相互作用而损耗,以及分散于地下或暴露地表而损失,这一过程即为油气耗散。油气耗散主要特点为流—岩地质作用,在这一过程中将产生系列成岩蚀变,如氧化砂岩的绿色化、白色化,以及局部碳酸盐化等;导致一些成矿效应,如铀矿化、高岭土化等。从而在沉积盆地中构成有机与无机、金属与非金属矿产同存共荣于一盆,此即为沉积盆地成藏(矿)系统。因而油气耗散作用内容属于交叉学科方向,目前仅在鄂尔多斯盆地得到初步研究。在油气耗散成岩及成矿作用过程中,部分微量元素、有机地球化学参数、以及碳、氢、氧、硫、硅等稳定同位素可表现出一定的标志性特征。这在目前"油气—铀溶液—砂岩"相互作用模拟实验中也已得到初步的证实。当前,沉积盆地中油气耗散方向与规模、成岩与成矿效应的地球化学作用机理、有机—无机(如烃源岩—铀等无机元素)作用效应及对相关资源评价的影响、多种能源综合协同预测与勘探等方面是未来油气耗散作用学科领域的主要发展方向。

关键词：油气耗散成岩蚀变成矿效应多种能源地球化学鄂尔多斯盆地

鄂尔多斯盆地HJQ地区砂岩型铀矿铀赋存状态研究

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西北地质 2013年第2期46卷 141-152页

作者：马晔吴柏林刘亚非刘池阳赵忠平王海桐宋子升魏安军大陆动力学国家重点实验室(西北大学) 西北大学地质学系陕西西安710069 中国地质调查局西安地质调查中心陕西西安710054

砂岩型铀矿床是一种具有重要经济价值的铀矿类型,受到世界各国地质勘探部门的高度关注。通过电子探针、α径迹蚀刻、逐级化学提取等方法的联合应用,对鄂尔多斯盆地HJQ砂岩型铀矿铀的赋存状态进行研究。结果表明,该地区铀矿物以铀石为主... 详细信息

砂岩型铀矿床是一种具有重要经济价值的铀矿类型,受到世界各国地质勘探部门的高度关注。通过电子探针、α径迹蚀刻、逐级化学提取等方法的联合应用,对鄂尔多斯盆地HJQ砂岩型铀矿铀的赋存状态进行研究。结果表明,该地区铀矿物以铀石为主,还有极少量的钍铀石和钛铀矿,这些矿物主要是以微粒吸附形式存在(1～5μm),部分呈较大铀石微粒集合体形式存在的铀矿物颗粒主要存在于黄铁矿、绿泥石、方解石及有机质的裂隙中,还有少数存在于石英、褐铁矿、云母等矿物的裂隙之中。逐级化学提取实验进一步证实,铀矿物占很大比例,约为50%。分散吸附态的铀约占50%。在分散吸附态的铀中又以黄铁矿和有机质吸附为主,其他矿物吸附的铀在分散吸附的铀中约占5%。

关键词：砂岩型铀矿铀的赋存状态电子探针逐级化学提取 α径迹蚀刻

鄂尔多斯盆地北部HJQ砂岩型铀矿电子探针测定成矿时代的探讨

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地下水 2013年第3期35卷 185-188页

作者：宋子升章志明梁秋明西北大学地质系大陆动力学国家重点实验室陕西西安710069 广西区域地质调查研究院广西桂林541003

砂岩型铀矿成矿年龄一直是地学领域的难点,通过应用电子探针化学测年技术对HJQ砂岩型铀矿中的铀矿物进行年龄测定,认为在微小铀矿物(<10μm)和多成因、多阶段铀矿体的微区定年研究中更能显示其优越性;并且HJQ铀矿床的形成经历了一个长... 详细信息

砂岩型铀矿成矿年龄一直是地学领域的难点,通过应用电子探针化学测年技术对HJQ砂岩型铀矿中的铀矿物进行年龄测定,认为在微小铀矿物(<10μm)和多成因、多阶段铀矿体的微区定年研究中更能显示其优越性;并且HJQ铀矿床的形成经历了一个长期和多阶段的过程,成矿时代与鄂尔多斯盆地中新生代北部演化具有良好耦合关系。

关键词：电子探针定年砂岩型铀矿成矿年龄

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西准噶尔南部晚古生代侵入岩特征和构造背景

地质与资源 2011年第6期20卷 440-451页

作者：党飞鹏王居里杨猛宋子升西北大学地质学系陕西西安710069

西准噶尔地区南部达拉布特断裂两侧广泛发育晚古生代花岗岩类，其锆石u—Pb年龄范围为337～276Ma，属早石炭世一早二叠世．基于前人相关研究资料和成果，总结区内花岗岩类的岩石学、地球化学特征，认为：①岩石类型从早到晚由中性的闪... 详细信息

西准噶尔地区南部达拉布特断裂两侧广泛发育晚古生代花岗岩类，其锆石u—Pb年龄范围为337～276Ma，属早石炭世一早二叠世．基于前人相关研究资料和成果，总结区内花岗岩类的岩石学、地球化学特征，认为：①岩石类型从早到晚由中性的闪长岩向酸性的花岗岩及碱长花岗岩转变．相应地，成因类型由埃达克岩质花岗岩-岛弧I型花岗岩-A型花岗岩．②岩石系列从早到晚由钙碱性向高钾钙碱性及后期钾玄岩系列转变．相应地，Na20／K20比值亦由大于1向小于1转变．③从早到晚区内花岗岩类的∑REE、8Eu、L／H及Sr、Yb含量均呈规律性变化．并且相对富集LILE，亏损HFSE和不同程度亏损Nb、Ta．④均具有高正ENd（t）、低（87Sr／S6Sr）；值和Nd模式年龄较小的特征．⑤在构造环境判别图解上，区内花岗岩从早到晚显示出由碰撞挤压向后碰撞伸展体制转换的趋势．上述几点说明区内花岗岩可能主要产出于后碰撞挤压-伸展转换和伸展拉张的构造背景，并且早阶段的岩浆活动可能与俯冲-碰撞背景下的俯冲板片断离密切相关．

关键词：花岗岩类俯冲板片断离后碰撞晚古生代西准噶尔

内蒙古东胜铀矿区后生蚀变的稳定同位素特征及其地质意义

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地质通报 2016年第12期35卷 2133-2145页

作者：吴柏林魏安军胡亮寸小妮孙莉罗晶晶宋子升张龙程相虎张婉莹王建强张东东大陆动力学国家重点实验室/西北大学地质学系陕西西安710069 陕西省核工业地质调查院陕西西安710100

近十几年来,在鄂尔多斯盆地北部伊盟隆起东胜及其以西杭锦旗一带,相继发现了东胜等系列大型-特大型砂岩铀矿,目前已成为中国砂岩铀矿发现潜力最大的地区。矿床的主要特征是矿体受直罗组砂岩绿色蚀变带控制;同时,在容矿层及其附近伴生有... 详细信息

近十几年来,在鄂尔多斯盆地北部伊盟隆起东胜及其以西杭锦旗一带,相继发现了东胜等系列大型-特大型砂岩铀矿,目前已成为中国砂岩铀矿发现潜力最大的地区。矿床的主要特征是矿体受直罗组砂岩绿色蚀变带控制;同时,在容矿层及其附近伴生有砂岩白色化、后生碳酸盐化及方解石脉、黄铁矿化等蚀变现象。通过后生蚀变的C、H、O、S等稳定同位素方面研究、示踪和探讨了蚀变的形成过程和成因及其与铀矿化的关系。镜下特征显示,铀矿石中存在的大颗粒结核状黄铁矿与铀矿物共生,两者为同时期的产物;该类样品S同位素表现为较大的负值,表明硫质来源的微生物作用特征明显;与盆地内可能提供硫源的直罗组煤屑、延安组煤层、延长组和延安组原油、上古生界煤系地层等有机S同位素对比,发现铀矿与上古生界煤系烃源岩的有机硫源关系密切。延安组顶部大规模白色化砂岩的高岭石H、O同位素表明,其成因与低温热液作用有关;容矿层后生方解石C、O同位素表明,其形成主要是有机质作用提供了碳源,且其碳质来源主要为上古生界气源岩,而与奥陶系及延长组油气的碳源无关。后生作用流体包裹体的测温及其H、O同位素组成表明,成矿流体以低温的大气降水为主,且与上古生界天然气一起形成低温热液的气-水混合流体;正是这一特点的流体作用形成了本区与铀矿化关系密切的上述各类后生蚀变现象。各类后生蚀变的稳定同位素特征表明,东胜铀矿床形成过程中存在后生低温热液和油气还原改造作用两大特点。本次研究结果为东胜铀矿区的成因认识提供了证据。

关键词：稳定同位素油气耗散后生蚀变砂岩型铀矿低温热液东胜铀矿