沉积盆地红层中砂岩型铀矿成矿模式构建方法

技术领域

本发明属于铀矿勘探技术领域，具体涉及一种沉积盆地红层中砂岩型铀矿成矿模式构建方法。

背景技术

原生为红层的地层指干旱气候条件下沉积的地层，地层颜色呈现黄色、红色、褐色等氧化色，缺乏有机质，F3+/Fe2+>1。

在砂岩型铀矿研究与勘探中，红层一般不作为找矿目的层，因此红层中砂岩型铀矿成矿模式的研究极少。红层在沉积盆地中广泛分布，在一定的地质条件下，红层中能够形成具有工业价值的砂岩型铀矿床，因此有必要建立一种红层中砂岩型铀矿成矿模式的构建方法，从而扩大砂岩型铀矿找矿空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种充分综合地层、构造、成矿流体等地质因素，揭示各地质作用对铀成矿的控制作用的沉积盆地红层中砂岩型铀矿成矿模式构建方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种沉积盆地红层中砂岩型铀矿成矿模式构建方法，包括以下步骤：

步骤一，收集、调查资料；

步骤二，进行野外地质调查；

步骤三，样品处理、岩矿鉴定及地球化学分析；

步骤四，测试数据处理、分析并判断结果；

步骤五，构建成矿模式；

所述步骤一中，收集调查的资料包括区域地质图、矿区地质图、遥感图、物化探图件；调查区域地质背景，构造演化、盆地演化、沉积演化背景。

所述步骤二中对野外地质进行剖面测量，成矿地带观察记录地层岩性、地层颜色、地层是否含碳屑、地层产状、地层厚度、构造产状、蚀变类型、矿化特征，统计地层厚度，建立地层结构，统计矿化与构造的位置关系、蚀变与构造的位置关系、初步判断红层中砂岩型铀矿的控矿因素、采集矿化砂岩、非矿化砂岩、蚀变泥岩、非蚀变泥岩样品；所述挑选单矿物的砂岩样品不少于1kg。

所述步骤三样品处理、岩矿鉴定及地球化学分析包括四部分：

3.1将砂岩样品切至0.3mm左右的光薄片、0.5mm左右的流体包裹体片，在光学显微镜下鉴定砂岩的物质组分和蚀变特征，使用JXA-8100电子探针分析仪分析铀矿物的化学组分和铀的存在形式；利用Linkam THMSG600冷热台测量包裹体温度，其测温范围为-196℃～600℃，用LABHR-VIS LabRAMHR800型显微激光拉曼光谱仪测得包裹体气相成分；

3.2将15g砂岩块样、15g泥岩块样，使用TESCAN VEGAⅡ型扫描电子显微镜定性鉴定物质组分，再将块样粉碎至300目，依据SY/T 5163-2010使用D8 DISCOVER型X射线衍射仪定量分析物质组分；

3.3将砂岩、泥岩样品粉碎至200目，不少于50g，并对其粉末使用AB-104L，PW2404 X射线荧光光谱仪测定主量元素，使用ELEMENT等离子体质谱分析仪测定微量元素；

3.4将矿化砂岩样品粉碎至80目，挑选沥青铀矿物和碳酸盐胶结物。使用ISOPROBE-T仪器对沥青铀矿进行U-Pb同位素测年，使用MAT253测定沥青铀矿O同位素；使用MAT 253仪器对碳酸盐进行C—O同位素测定。

所述步骤四测试数据处理、分析并判断结果包括以下步骤：

4.1根据光学显微镜下鉴定、扫描电镜鉴定、X衍射分析数据判断物质组分、蚀变特征；

所述物质组分，重点判断有无可提供铀的酸性火山物质；

所述蚀变特征，重点判断与铀成矿关系密切的绿泥石化、碳酸盐化、沸石化、火山玻璃脱玻化等；

4.2根据流体包裹体温度、流体包裹体气相成分、碳酸盐胶结物C—O同位素值、矿化砂岩稀土元素特征判断成矿流体性质及来源；

由于同位素分馏作用，碳酸盐胶结物的C-O同位素值不能直接反映成矿流体的C-O同位素值，需要根据方解石—流体C-O同位素平衡分馏方程矫正。

方解石—流体碳同位素平衡分馏方程为：

$>{10}^3{\mathrm{ln\alpha }}_{{\mathrm{CaCO}}_3-{\mathrm{CO}}_2}=\frac{A}{T^3}\times {10}^8+\frac{B}{T^2}\times {10}^6+\frac{C}{T}\times {10}^3+D---\left(2\right)$>

方程1中δ¹³C_PDB-流体为成矿流体中的C同位素值，δ¹³C_{PDB-方解石}为碳酸盐胶结物的C同位素值。

方程2和方程1中的为碳酸盐胶结物C同位素值换算为成矿流体中C同位素值的矫正值。

方程2中的A＝-8.914，B＝8.557，C＝-18.11，D＝8.27，T＝流体包裹体温度+273.15。

方解石—流体氧同位素平衡分馏方程为：

$>{10}^3{\mathrm{ln\alpha }}_{{\mathrm{CaCO}}_3-H_{2}O}=\frac{A}{T^2}\times {10}^6+\frac{B}{T}\times {10}^3+C---\left(4\right)$>

方程3中δ¹⁸O_SMOW-流体为成矿流体中的O同位素值，δ¹⁸O_{SMOW-方解石}为碳酸盐胶结物的O同位素值。

方程3和方程4中的为碳酸盐胶结物O同位素值换算为成矿流体中O同位素值的矫正值。

方程4中的A＝-8.914，B＝8.557，C＝-18.11，D＝8.27，T＝流体包裹体温度+273.15；

把矫正后的成矿流体C-O同位素值投到δ¹³C_PDB—δ¹⁸O_SMOW图中，判断成矿流体来源；

使用球粒陨石标准化后的矿化砂岩的稀土元素配分特征判断成矿物质性质，其中稀土元素Eu对成矿流体性质最为敏感，δEu为稀土元素被球粒陨石标准化后反应Eu特征的一个参数；当δEu>1，表示Eu正异常，则有来自深部的高温还原性流体加入成矿流体；当δEu<1，表示Eu负异常，则表示成矿流体中没有来自深部的高温还原性流体，还原性流体可能来自含矿层之下地层中的油气或煤层气等；

4.3根据沥青铀矿O同位素、镜下、扫描电镜、X衍射鉴定的物质组分、蚀变特征判断铀的来源。

由于O同位素的分馏作用，沥青铀矿O同位素不能直接反应成矿流体中O的同位素，需要根据沥青铀矿—流体O同位素平衡分馏方程矫正。

沥青铀矿—流体O同位素平衡分馏方程为：

$>{10}^3{\mathrm{ln\alpha }}_{{\mathrm{UO}}_2-H_{2}O}=\frac{A}{T^2}\times {10}^6+\frac{B}{T}\times {10}^3+C---\left(6\right)$>

方程5中的流体δ¹⁸O_V-SMOW为成矿流体中O同位值；

沥青铀矿δ¹⁸O_V-SMOW为沥青铀矿物中O同位素值；

方程5和方程6中的为沥青铀矿物O同位素值换算为成矿流体O同位素值的矫正值；

方程6中A＝3.63，B＝-13.29，C＝4.42，T＝流体包裹体温度+273.15＝368.15K；

矫正后的成矿流体中的O同位素值与岩浆水O同位素值、大气水氧同位值比较，可判断成矿流体中铀的来源；

如果如果成矿流体中的O同位素值落入岩浆水O同位素值范围，则成矿流体中铀来自深部；

如果成矿流体中的O同位素值落入大气水O同位素值范围，则成矿流体中铀来自大气水作用；

如果如果成矿流体中的O同位素值落入岩浆水O同位素值和大气水O同位素值的混合范围，则说明成矿流体中有大气水作用带来的铀，不排除有来自深部的铀，再综合蚀变特征等判断铀最有可能的来源。

根据步骤二所测的地层厚度、地层结构、构构造产状及分布，统计的矿化与构造的位置关系、蚀变与构造的位置关系、矿化与岩性的关系、矿化空间分布特征，提取的红层中砂岩型铀矿的控矿因素，利用Coreldraw画图软件勾画出地层、构造、矿化、蚀变的空间分布，结合步骤四的分析结果，将红层中砂岩型铀矿的铀矿化过程通过Coreldraw软件绘制成矿模式图。

本发明的有益效果是：

1.本发明集合了地层、构造、成矿流体、成矿物质来源等地质因素，能够有效地构建红层中砂岩型铀成矿模式，有效预测红层中砂岩型铀矿找矿靶区；

2.揭示各地质作用对铀成矿的控制作用；

3.扩大砂岩型铀矿找矿空间。

附图说明

图1是沉积盆地红层中砂岩型铀矿成矿模式构建方法流程图；

图2是砂岩型铀矿床成矿模式图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的一种沉积盆地红层中砂岩型铀矿成矿模式构建方法进行介绍：

一种沉积盆地红层中砂岩型铀矿成矿模式构建方法：

步骤一，收集、调查资料；

步骤二，进行野外地质调查；

步骤三，样品处理、岩矿鉴定及地球化学分析；

步骤四，测试数据处理、分析并判断结果；

步骤五，构建成矿模式；

所述步骤一中，收集调查的资料包括区域地质图、矿区地质图、遥感图、物化探图件；调查区域地质背景，构造演化、盆地演化、沉积演化背景。

所述步骤二中对野外地质进行剖面测量，成矿地带观察记录地层岩性、地层颜色、地层是否含碳屑、地层产状、地层厚度、构造产状、蚀变类型、矿化特征，统计地层厚度，建立地层结构，统计矿化与构造的位置关系、蚀变与构造的位置关系、初步判断红层中砂岩型铀矿的控矿因素、采集矿化砂岩、非矿化砂岩、蚀变泥岩、非蚀变泥岩样品；所述挑选单矿物的砂岩样品不少于1kg。

所述步骤三样品处理、岩矿鉴定及地球化学分析包括四部分：

3.1将砂岩样品切至0.3mm左右的光薄片、0.5mm左右的流体包裹体片，在光学显微镜下鉴定砂岩的物质组分和蚀变特征，使用JXA-8100电子探针分析仪分析铀矿物的化学组分和铀的存在形式；利用Linkam THMSG600冷热台测量包裹体温度，其测温范围为-196℃～600℃，用LABHR-VIS LabRAMHR800型显微激光拉曼光谱仪测得包裹体气相成分；

3.2将15g砂岩块样、15g泥岩块样，使用TESCAN VEGAⅡ型扫描电子显微镜定性鉴定物质组分，再将块样粉碎至300目，依据SY/T 5163-2010使用D8 DISCOVER型X射线衍射仪定量分析物质组分；

3.3将砂岩、泥岩样品粉碎至200目，不少于50g，并对其粉末使用AB-104L，PW2404 X射线荧光光谱仪测定主量元素，使用ELEMENT等离子体质谱分析仪测定微量元素；

3.4将矿化砂岩样品粉碎至80目，挑选沥青铀矿物和碳酸盐胶结物。使用ISOPROBE-T仪器对沥青铀矿进行U-Pb同位素测年，使用MAT253测定沥青铀矿O同位素；使用MAT 253仪器对碳酸盐进行C—O同位素测定。

所述步骤四测试数据处理、分析并判断结果包括以下步骤：

4.1根据光学显微镜下鉴定、扫描电镜鉴定、X衍射分析数据判断物质组分、蚀变特征；

所述物质组分，重点判断有无可提供铀的酸性火山物质；

所述蚀变特征，重点判断与铀成矿关系密切的绿泥石化、碳酸盐化、沸石化、火山玻璃脱玻化等；

4.2根据流体包裹体温度、流体包裹体气相成分、碳酸盐胶结物C—O同位素值、矿化砂岩稀土元素特征判断成矿流体性质及来源；

由于同位素分馏作用，碳酸盐胶结物的C-O同位素值不能直接反映成矿流体的C-O同位素值，需要根据方解石—流体C-O同位素平衡分馏方程矫正。

方解石—流体碳同位素平衡分馏方程为：

$>{10}^3{\mathrm{ln\alpha }}_{{\mathrm{CaCO}}_3-{\mathrm{CO}}_2}=\frac{A}{T^3}\times {10}^8+\frac{B}{T^2}\times {10}^6+\frac{C}{T}\times {10}^3+D---\left(2\right)$>

方程1中δ¹³C_PDB-流体为成矿流体中的C同位素值，δ¹³C_{PDB-方解石}为碳酸盐胶结物的C同位素值。

方程2和方程1中的为碳酸盐胶结物C同位素值换算为成矿流体中C同位素值的矫正值。

方程2中的A＝-8.914，B＝8.557，C＝-18.11，D＝8.27，T＝流体包裹体温度+273.15。

方解石—流体氧同位素平衡分馏方程为：

$>{10}^3{\mathrm{ln\alpha }}_{{\mathrm{CaCO}}_3-H_{2}O}=\frac{A}{T^2}\times {10}^6+\frac{B}{T}\times {10}^3+C---\left(4\right)$>

方程3中δ¹⁸O_SMOW-流体为成矿流体中的O同位素值，δ¹⁸O_{SMOW-方解石}为碳酸盐胶结物的O同位素值。

方程3和方程4中的为碳酸盐胶结物O同位素值换算为成矿流体中O同位素值的矫正值。

方程4中的A＝-8.914，B＝8.557，C＝-18.11，D＝8.27，T＝流体包裹体温度+273.15；

把矫正后的成矿流体C-O同位素值投到δ¹³C_PDB—δ¹⁸O_SMOW图中，判断成矿流体来源；

使用球粒陨石标准化后的矿化砂岩的稀土元素配分特征判断成矿物质性质，其中稀土元素Eu对成矿流体性质最为敏感，δEu为稀土元素被球粒陨石标准化后反应Eu特征的一个参数；当δEu>1，表示Eu正异常，则有来自深部的高温还原性流体加入成矿流体；当δEu<1，表示Eu负异常，则表示成矿流体中没有来自深部的高温还原性流体，还原性流体可能来自含矿层之下地层中的油气或煤层气等；

4.3根据沥青铀矿O同位素、镜下、扫描电镜、X衍射鉴定的物质组分、蚀变特征判断铀的来源。

由于O同位素的分馏作用，沥青铀矿O同位素不能直接反应成矿流体中O的同位素，需要根据沥青铀矿—流体O同位素平衡分馏方程矫正。

沥青铀矿—流体O同位素平衡分馏方程为：

$>{10}^3{\mathrm{ln\alpha }}_{{\mathrm{UO}}_2-H_{2}O}=\frac{A}{T^2}\times {10}^6+\frac{B}{T}\times {10}^3+C---\left(6\right)$>

方程5中的流体δ¹⁸O_V-SMOW为成矿流体中O同位值；

沥青铀矿δ¹⁸O_V-SMOW为沥青铀矿物中O同位素值；

方程5和方程6中的为沥青铀矿物O同位素值换算为成矿流体O同位素值的矫正值；

方程6中A＝3.63，B＝-13.29，C＝4.42，T＝流体包裹体温度+273.15＝368.15K；

矫正后的成矿流体中的O同位素值与岩浆水O同位素值、大气水氧同位值比较，可判断成矿流体中铀的来源；

如果如果成矿流体中的O同位素值落入岩浆水O同位素值范围，则成矿流体中铀来自深部；

如果成矿流体中的O同位素值落入大气水O同位素值范围，则成矿流体中铀来自大气水作用；

如果如果成矿流体中的O同位素值落入岩浆水O同位素值和大气水O同位素值的混合范围，则说明成矿流体中有大气水作用带来的铀，不排除有来自深部的铀，再综合蚀变特征等判断铀最有可能的来源。

根据步骤二所测的地层厚度、地层结构、构构造产状及分布，统计的矿化与构造的位置关系、蚀变与构造的位置关系、矿化与岩性的关系、矿化空间分布特征，提取的红层中砂岩型铀矿的控矿因素，利用Coreldraw画图软件勾画出地层、构造、矿化、蚀变的空间分布，结合步骤四的分析结果，将红层中砂岩型铀矿的铀矿化过程通过Coreldraw软件绘制成矿模式图。

实施例1

步骤一：资料收集调查

收集1:10万区域地质图、1：2000矿区地质图、1:10万遥感图，调查区域地质背景，如调查区域构造背景、盆地演化背景，工作区受从白垩纪早期开始发育的非洲大裂谷的影响，在白垩纪，工作区整体处于拉张状态，断裂处于张性状态。

步骤二：野外地质调查

(1)阿泽里克地区下白垩统阿萨乌阿组以轻微角度不整合与下伏侏罗系不整合接触，与上覆下白垩统伊腊泽尔组整合接触。阿泽里克组厚度为20～40m，砂岩以中粗粒岩屑砂岩为主，为三角洲前缘分流河道砂岩。河道砂岩在阿泽里克地区呈北北东向展布，可识别出两条分流河道。阿泽里克组上覆厚约200m的伊腊泽尔组泥岩，泥岩夹5层厚约2～5m的紫红色凝灰岩。阿泽里克组与伊腊泽尔组均为褐红色地层。

(2)阿泽里克地区主要构造方向为北东向，次级构造方向为北西向。北东向阿泽里克大断裂为区域性断裂，切入盆地基底，该断裂提供了深部流体上升的通道。北西向断层均发育在盆地盖层中，断层规模较北东向小，矿化地带发育较为密集的北西向高角度张性断裂。

(3)阿泽里克地区矿化地带发育灰绿色还原蚀变，灰绿色还原蚀变受控于北西向断层，灰绿色还原蚀变沿北西向断层分布。矿化均发育在灰绿色还原蚀变砂岩中，矿化砂岩之上均覆盖有数十厘米至2m厚的伊腊泽尔组灰绿色还原蚀变泥岩。

(4)矿化呈板状，位于阿萨乌阿组砂岩顶部厚约2m～4m的范围之内。矿化砂岩钙质胶结强烈，见铜矿化与铀矿化伴生。

(5)采集灰绿色矿化砂岩5件、褐红色非矿化砂岩5件、灰绿色泥岩3件、褐红色泥岩3件、紫红色泥岩3件。

通过上述第(1)、(2)、(3)、(4)提取阿泽里克铀矿床控矿因素为河道砂体、北西向断裂、灰绿色还原蚀变带。

步骤三：样品处理及岩矿鉴定、化学分析

非矿化砂岩、矿化砂岩制作光薄片，对光薄片进行岩矿鉴定；矿化砂岩制作流体包裹体片，对流体包裹体进行测温及气相成分测定。非矿化砂岩、矿化砂岩、灰绿色泥岩、褐红色泥岩、紫红色凝灰岩进行扫描电镜、X衍射分析、地球化学分析。对矿化砂岩挑选沥青铀矿物、碳酸盐胶结物，并对沥青矿进行U-Pb同位素测年、O同为素测定，对碳酸盐胶结物进行C-O同位素测定。

通过岩矿鉴定、扫描电镜、X衍射测试，阿萨乌阿组矿化砂岩及非矿化砂岩均富含酸性火山玻璃(酸性火山玻璃铀含量高)，方沸石化强烈，发育酸性火山玻璃脱玻化。伊腊泽尔组褐红色泥岩、灰绿色泥岩、紫红色凝灰岩均发育方沸石化。

方沸石是酸性火山玻璃在较低温度、压力下与大气水作用形成的，方沸石化的过程中，酸性火山玻璃释放铀进入流体，为铀成矿提供铀元素。酸性火山玻璃脱玻化为一种自发的作用，大离子半径的铀在脱玻化过程中，无法进入石英晶体，被排出进入流体，为铀成矿提供铀元素。

通过镜下鉴定及电子探针分析，铀主要以沥青矿物、其次为铀石存在，以胶结物的形式存在于砂岩的碎屑粒间孔隙、碎屑裂隙及孔洞中。常见铀与铜伴生。

流体包裹体测温显示温度范围为60℃～140℃，主要集中在80℃～100℃，平均温度为95℃。流体包裹体气相成分为H₂、CO₂、CH₄、N₂、其中H₂为强还原物质，为铀成矿提供还原剂，H₂来自深部，不可能来自地表。

矿化砂岩稀土元素特征显示为明显的Eu正异常，指示有来自深部的高温还原性流体加入成矿流体中。

矿化砂岩中挑选出的沥青铀矿U-Pb同位素测年显示阿泽里克铀矿床成矿年龄为101.3±2.0Ma，为早白垩世晚期。

矿化砂岩碳酸盐胶结物的C-O同位素，通过方解石—流体C-O同位素平衡分馏方程矫正后，再投到δ¹³C_V-PDB—δ¹⁸O_V-SMOW图中显示成矿流体中的C来自地幔，O来自岩浆水与大气水的混合，说明成矿流体为地幔还原性流体与大气水的混合。

矿化砂岩中挑选出的沥青铀矿O同位素，通过沥青铀矿—流体O同位素平衡分馏方程矫正后，显示成矿流体具有明显的大气水作用。结合地层富酸性火山玻璃、发育方沸石化、火山玻璃脱玻化，说明阿泽里克铀矿床中的铀来自地层本身。

步骤五：构建成矿模式

根据步骤二的地层结构、岩性、构造、矿化特征及提取的控矿因素，结合步骤四的分析判断结果，构建阿泽里克砂岩型铀矿床成矿模式，并用Coreldraw软件绘制成矿模式(图2)。

Ⅰ：白垩纪早期阿萨乌阿时期，阿泽里克地区沉积了褐红色以中粗粒砂岩为主富含酸性火山玻璃的阿萨乌阿组，接着在伊腊泽尔时期，阿萨乌阿组之上覆盖了至少约200m厚的褐红色泥岩，泥岩中夹5套紫红色凝灰岩，泥岩中富含酸性火山凝灰质。阿萨乌阿组河道砂体具良好的渗透性，即有利于成矿流体在砂体中流通，又能为铀成矿提供良好的容矿空间。阿萨乌阿组和伊腊泽尔组中丰富的酸性火山物质能够为铀成矿提供良好的铀源。

Ⅱ：在早白垩世晚期(101.3Ma)，阿泽里克地区受非洲大裂谷的影响，阿泽里克大断裂呈张性状态，来自地幔的还原性流体沿阿泽里克大断裂上升，还原性流体进入与阿泽里克断裂沟通的北西向断裂继续向上流动，当遇到厚层的伊腊泽尔组泥岩封堵时，还原性流体横向进入渗透性良好的阿萨乌阿组顶部砂体，在阿萨乌阿组顶部砂体中形成了沿北西向断裂分布的还原空间。由于阿萨乌阿组和伊腊泽尔组中酸性火山物质的方沸石化及火山玻璃脱玻化，铀元素进入大气水流体，铀随流体进入还原空间，与还原性流体发生氧化—还原反应，铀在还原空间中沉淀并富集成矿。