CN111044708A - 一种适用于判断古河谷砂岩型铀矿铀源的评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铀矿成矿潜力评价技术领域，具体公开一种适用于判断盆地内砂岩型铀矿铀源的评价方法：步骤(1)采集含矿目层砂岩样品；步骤(2)挑选样品中碎屑锆石制作成锆石靶；步骤(3)测试锆石U‑Pb同位素和U元素含量；步骤(4)根据U‑Pb同位素和U元素含量得到锆石同位素年龄直方图和锆石U‑Pb同位素年龄与U含量元素图；步骤(5)根据步骤(4)分析为含矿目的层砂岩提供物源岩浆岩时代范围和地理分布特征；步骤(6)根据锆石U‑Pb同位素年龄与U含量元素图查明U含量和颗粒数量占比最高的碎屑锆石年代范围，结合步骤(5)厘定预富集阶段的铀源；步骤(7)根据步骤(5)、(6)判定成矿阶段的铀源。本发明的方法能够判定含矿目的层沉积成岩和成矿作用阶段铀源。

Description

一种适用于判断古河谷砂岩型铀矿铀源的评价方法
技术领域
本发明属于古河谷砂岩型铀矿成矿潜力评价和找矿技术领域，具体涉及一种适用于判断盆地内砂岩型铀矿铀源的评价方法。
背景技术
古河谷砂岩型铀矿是世界上最重要的铀矿床类型之一，也是我国铀矿勘查的主攻方向。大量研究表明，盆地周围的富U花岗岩为古河谷砂岩型铀矿床提供了主要的铀源和物源。但是，由于盆地周围的花岗岩分布广、数量多、U元素含量各异，使古河谷砂岩型铀矿床铀源的准确厘定成为矿床学研究和找矿勘查的难点。
研究表明，古河谷砂岩型铀矿床的铀源主要有两部分组成，一是含矿目的层成岩阶段发生铀预富集时的铀源；二是含矿目的层成岩后，成矿阶段的铀源。目前，对古河谷砂岩型铀矿床铀源的判定主要通过对比盆地周围不同时代花岗岩的全岩U元素含量来确定，但是这种方法存在诸多缺点，主要包括：①盆地周围出露的花岗岩多严重风化蚀变，导致其全岩U元素含量分析结果出现较大误差；②缺乏含矿目的层沉积物物源的精确厘定，无法判定含矿目的层沉积成岩过程的预富集阶段铀的来源；③未考虑成矿阶段的区域岩浆—构造活动对成矿作用的影响，使成矿阶段铀源的圈定依据不充分。因此，此类方法常使铀源岩石的圈定存在很大的不确定性，直接制约科学研究和找矿勘查工作。
最新研究表明，花岗质岩浆中的U元素在岩浆结晶过程中可以以一定的分配系数优先富集于锆石中，所以锆石中的U含量可以反映岩浆结晶时U元素的富集程度。因此，本发明通过测定含矿目的层中的碎屑锆石的U-Pb同位素年龄和碎屑锆石U元素含量，分析为含矿目的层提供物源的岩浆岩时代范围和地理分布特征，厘定含矿目的层沉积过程中的预富集阶段的铀源；利用含矿目的层碎屑锆石U-Pb同位素年龄和U元素含量关系图解，结合含矿目的层成岩后的区域岩浆—构造活动记录，分析为成矿阶段提供铀源的富U岩浆岩时代范围和地理分布特征，判定成矿阶段铀源。本方法显著优化了古河谷砂岩型铀矿铀源的判定方法，明显提升了古河谷砂岩型铀矿铀源评价的可信度。
发明内容
本发明解决的技术问题是现有技术中对古河谷砂岩型铀矿铀源的有效评价方法可信度较差的问题，进而提供一种能够有效评价古河谷砂岩型铀矿铀源的方法。
实现本发明目的的技术方案：一种判断古河谷砂岩型铀矿铀源的评价方法，该方法包括以下步骤：
步骤(1)，采集含矿目的层砂岩样品；
步骤(2)，挑选上述步骤(1)中采集的含矿目的层砂岩样品中的碎屑锆石并制作成锆石靶；
步骤(3)，对上述步骤(2)中制作成靶的单颗粒碎屑锆石进行U-Pb同位素和U元素含量测试；
步骤(4)，对上述步骤(3)中得到的锆石U-Pb同位素和U元素含量测试数据进行处理，得到锆石的U-Pb同位素年龄，并构建锆石U-Pb同位素年龄直方图和锆石U-Pb同位素年龄与U元素含量关系图；
步骤(5)，根据上述步骤(4)中得到的锆石U-Pb同位素年龄直方图，结合矿区及盆地周围出露的各类岩浆岩年龄和古河道范围及流向特征，分析为含矿目的层砂岩提供物源岩浆岩时代范围和地理分布特征；
步骤(6)，根据上述步骤(4)中得到的碎屑锆石U-Pb同位素年龄与U元素含量关系图，查明U含量和颗粒数量占比最高的碎屑锆石年代范围，同时结合步骤(5)中得到的物源的岩浆岩时代范围和地理分布特征，厘定含矿目的层沉积过程中的预富集阶段的铀源；
步骤(7)，查明含矿目的层成岩后的区域岩浆—构造活动与成矿作用的关系，并根据步骤(5)中得到的物源的岩浆岩时代范围和地理分布特征和步骤(6)中得到的碎屑锆石年代范围，分析为成矿阶段提供铀源的富U岩浆岩时代范围和地理分布特征，判定成矿阶段的铀源。
所述的步骤(1)中在工作区采取含矿目的层砂岩样品；
所述的步骤(2)中利用电磁选法或者重液分选法分选碎屑锆石。
所述的步骤(3)中采用激光剥蚀***对单颗粒锆石进行U-Pb同位素、U元素分析测试。
所述的步骤(4)利用ISOPLOT/Ex软件计算锆石U-Pb同位素年龄和U元素含量，构建锆石U-Pb同位素年龄直方图和锆石U-Pb同位素年龄与U元素含量关系图。
所述的步骤(5)根据碎屑锆石U-Pb同位素年龄直方图，对比结合矿区周围出露岩体年龄和古河道范围及流向特征，确定为含矿目的层提供物源的岩浆岩时代范围和地理分布特征。
所述的步骤(6)中利用碎屑锆石的U-Pb同位素年龄与U元素含量关系图，对比锆石U-Pb年龄与U含量之间的关系，结合步骤(5)分析结果，厘定含矿目的层沉积过程中预富集阶段的铀源。
所述的步骤(7)中，通过查明含矿目的层成岩后的区域岩浆—构造活动与成矿作用的关系，并根据步骤(5)和(6)的分析结果，判定成矿阶段的铀源。
本发明的有益技术效果在于：本发明的判断古河谷砂岩型铀矿铀源的评价方法以研究区含矿目的层碎屑锆石U-Pb同位素及锆石U元素含量指标为基础，结合矿区周围岩体年龄和古河道特征，并调研含矿目的层沉积成岩到成矿阶段发生的岩浆—构造活动与成矿作用的关系，进而判定含矿目的层沉积成岩和成矿作用过程中的铀源，使古河谷砂岩型铀矿铀源评价更加可信有效。
附图说明
图1为本发明提供的判断古河谷砂岩型铀矿铀源方法流程图；
图2为本发明提供的代表性碎屑锆石阴极发光(CL)图像；
图3为本发明提供的二连盆地哈达图地区赛汉组碎屑锆石年龄与Th/U比值关系图解；
图4为本发明提供的二连盆地哈达图地区赛汉组石样品CZK3碎屑锆U-Pb年龄谐和图；
图5为本发明提供的二连盆地哈达图地区赛汉组样品FZK63-79碎屑锆石的U-Pb年龄谐和图；
图6为本发明提供的二连盆地哈达图地区赛汉组碎屑锆石U-Pb年龄直方图；
其中，图(6a)为本发明提供的二连盆地哈达图地区赛汉组石样品CZK3碎屑锆的U-Pb年龄直方图；图(6b)为本发明提供的二连盆地哈达图地区赛汉组样品FZK63-79碎屑锆石的U-Pb年龄直方图；
图7为本发明提供的哈达图地区赛汉组碎屑锆石U-Pb同位素年龄与U含量关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
以二连盆地哈达图地区为例，详细说明本发明所提供的一种判断古河谷砂岩型铀矿铀源的评价方法。
如图1所示，本发明所提供的一种判断古河谷砂岩型铀矿铀源的评价方法，该方法具体包括以下：
步骤(1)，采集含矿目的层砂岩样品；
本实施例中，采集二连盆地哈达图地区含矿目的层赛汉组上段砂岩样品。
用于碎屑锆石年代学研究的FZK63-79样品采自哈达图地区FZK63-79钻孔372m处，为黄色中—细砂岩，样品CZK3采自哈达图地区CZK328钻孔281.5m处，为黄色中砂岩。两个样品采自赛汉组上段下部，均含不同程度的矿化。
步骤(2)，挑选上述步骤(1)中采集的含矿目的层砂岩样品中的碎屑锆石并制作成靶；
利用电磁选和重液分选等方法分选锆石，并在显微镜下挑选相对自形、杂质较少和新鲜的锆石晶体制作成样品靶。将样品靶打磨和抛光至大部分锆石颗粒中心部位暴露后，选择需开展锆石U-Pb同位素分析的锆石进行透射光、反射光和阴极发光拍照(图2中CL图像)。
步骤(3)，对上述步骤(2)中制作成靶的单颗粒碎屑锆石进行U-Pb同位素、U元素含量测试；
单颗粒碎屑锆石U-Pb同位素和U元素含量测试采用的仪器为RESOlution和ThermoiCAP RQ ICP-MS组成的激光剥蚀***，仪器能在33μm的范围内对单颗粒锆石进行U-Pb同位素及U含量测试。在激光剥蚀过程中，采用氦气作载气、氩气为补偿气以调节灵敏度。锆石的U、Th、Pb含量通过标准硅质玻璃NIST SRM 612作为外标进行计算。样品和空白信号的选择、仪器灵敏度漂移校正、元素含量及U-Th-Pb同位素比值等采用软件ICPMSDataCal完成。
步骤(4)，对上述步骤(3)中得到的锆石U-Pb同位素和U元素含量测试数据进行处理，得到锆石的U-Pb同位素年龄(图4；图5)，并构建锆石U-Pb同位素年龄直方图(图6)和锆石U-Pb同位素与U元素含量图(图7)；
本实施例中，对上述步骤(1)中采集的含矿目的层砂岩样品FZK63-79和CZK3中的177颗碎屑锆石进行了177个测点的分析，分析结果和锆石阴极发光图像见图2。由CL图像(图2)可知，绝大部分锆石主要呈自形—半自形结构、长柱状晶形，具明显的环带结构。部分锆石的边部还发育不同程度的蚀变。锆石微量元素组成显示，168颗锆石的Th/U值大于0.4，8颗锆石的Th/U比值介于0.1～0.4之间，1颗锆石Th/U比值小于0.1(样品CZK3)(图3)。上述特征说明，赛汉组第三段砂岩中的锆石绝大多数以岩浆锆石为主，其余9颗锆石较低的Th/U比值可能与后期改造作用或者变质重结晶作用不彻底有关。
所有分析结果的数据点皆落于206Pb/238U-207Pb/235U谐和图上的谐和线附近(图4；图5)，协和度均大于90％，206Pb/238U年龄值范围介于122±1Ma至1975±21Ma之间，代表了锆石的形成时代。
步骤(5)根据上述步骤(4)中得到的碎屑锆石U-Pb同位素年龄直方图(图6)，结合矿区及盆地周围出露的各类岩浆岩年龄和古河道范围及流向特征，厘定为含矿目的层砂岩提供物源的岩浆岩时代范围和地理分布特征；
碎屑锆石U-Pb年龄直方图显示(图6中的图(6a)、图(6b))，哈达图地区赛汉组上段砂岩中的碎屑锆石年龄以中侏罗世—早白垩世(170Ma～120Ma)和早二叠世—晚三叠世(290Ma～220Ma)为主，其次为晚石炭世、晚泥盆世、晚志留世—早泥盆世、中晚奥陶世、寒武纪以及中—古元古代。大量的地质年代学研究显示，二连盆地巴音宝力格***与苏尼特***中发育有大量的早白垩世、中—晚侏罗世、晚石炭世、晚泥盆世、晚志留世—早泥盆世、中晚奥陶世、寒武纪以及中—古元古代侵入岩、火山岩和变质岩。这些岩石的年龄分布范围与研究区赛汉组上段碎屑锆石的年龄分布具有相似性，暗示上述岩体可能是哈达图地区赛汉组上段潜在的物源。然而，研究表明，二连盆地中部的齐哈日格图赛汉组古河谷和赛汉高毕赛汉组古河谷的古流向均为南西—北东向。因此，哈达图地区赛汉组上段物源应由齐哈日格图古河谷的上游提供，即其南部的苏尼特***。研究表明，苏尼特***中的岩浆岩成岩年龄主要以古生代和中生代为主。因此，结合盆地地质特征、古河道特征和碎屑锆石U-Pb年龄结果可知，苏尼特***上的早二叠世—晚三叠世和中侏罗世—早白垩世岩浆岩为哈达图地区赛汉组上段提供了主要物源。
步骤(6)，根据上述步骤(4)中得到的碎屑锆石U-Pb同位素年龄与U元素含量关系图(图7)，查明U元素含量和颗粒数量占比最高的碎屑锆石年代范围，同时结合步骤(5)中得到的物源的岩浆岩时代范围和地理分布特征，厘定含矿目的层沉积过程中的预富集阶段的铀源；
由图7可知，赛汉组上段不同时代碎屑锆石的U含量具有明显差异。其中，145～130Ma碎屑锆石U含量为210×10-6～2052×10-6，平均为697×10-6；270～255Ma碎屑锆石的U含量为101×10-6～2001×10-6，平均为559×10-6，而其他年龄锆石的U含量则相对较低，主要分布于500×10-6以下，平均值约为300×10-6。由此可知，在赛汉组上段物源区中，145～130Ma和270～255Ma的花岗岩含铀量相对最高，说明苏尼特***上的145～130Ma和270～255Ma花岗岩为含矿目的层沉积过程中的预富集阶段提供了大量成矿物质。
步骤(7)，查明含矿目的层成岩后的区域岩浆—构造活动与成矿作用的关系，并根据步骤(5)中得到的物源的岩浆岩时代范围和地理分布特征和步骤(6)中得到的碎屑锆石年代范围，判断成矿作用过程中的铀源；
研究表明，赛汉组上段沉积时代为早白垩世晚期，而二连盆地中部发育的哈达图、赛汉高毕和和巴彦乌拉矿床砂岩型铀矿床的成矿时代均为古近纪。这说明，二连盆地中部赛汉组上段砂岩型铀矿成矿作用发生于含矿目的层砂体沉积成岩后至少40Ma之后。成岩年代学研究显示，从大兴安岭南段至阿拉善的广大地区鲜有晚白垩世及古近纪岩浆活动的报道，说明哈达图地区所处的兴蒙造山带于早白垩世后逐渐进入岩浆活动的平静期。此外，最新研究显示，二连盆地及东部的大兴安岭南段于100Ma～50Ma之间发生过一次显著的抬升剥蚀事件。上述证据表明，从赛汉组上段沉积完成至成矿作用发生的这一时期，区域几乎没有发生明显的岩浆活动。然而，伴随100Ma～50Ma发生的构造隆升事件，导致为含矿目的层—赛汉组上段提供碎屑沉积物的富U花岗岩在晚白垩世至古近纪可能仍然继续接受剥蚀，从而为成矿作用提供大量的铀等成矿物质。因此，结合区域地质特征、物源区特征以及碎屑锆石年龄可知，苏尼特***上的145～130Ma和270～255Ma花岗岩为含矿目的层成岩后的成矿作用过程中提供了大量的成矿物质，是成矿作用阶段的铀源。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，本发明适用于我国古河谷砂岩型铀矿成矿区，不限于上述实用案例，在本领域的科研技术人员所具备的知识范围内，可在不脱离本发明宗旨的情况下提出其他补充方法。该发明对古河谷砂岩型铀矿床铀源的判定具有重要的借鉴意义。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (8)

1.一种判断古河谷砂岩型铀矿铀源的评价方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤(1)，采取含矿目的层砂岩样品；
步骤(2)，挑选含矿目的层砂岩中的碎屑锆石并制作成锆石靶；
步骤(3)，对单颗粒碎屑锆石进行U-Pb同位素和U元素含量分析；
步骤(4)，对锆石U-Pb同位素和U元素含量测试数据进行处理；
步骤(5)，根据锆石U-Pb同位素年龄分析结果，结合矿区及盆地周围出露的各类岩浆岩年龄和古河道范围及流向特征，分析为含矿目的层提供物源岩浆岩时代范围和地理分布特征；
步骤(6)，通过对比碎屑锆石的U元素含量与U-Pb同位素年龄的关系，查明U含量和颗粒数量占比最高的碎屑锆石年代范围，同时结合步骤(5)分析结果，厘定含矿目的层沉积过程中的预富集阶段的铀源。
步骤(7)，结合已有的地质资料，查明含矿目的层成岩后的区域岩浆—构造活动与成矿作用的关系，并根据步骤(5)和(6)的分析结果，分析为成矿阶段提供铀源的富U岩浆岩时代范围和地理分布特征，判定成矿阶段的铀源。
2.根据权利要求1所述的一种判断古河谷砂岩型铀矿铀源的评价方法，其特征在于：所述的步骤(1)中在工作区采取含矿目的层砂岩样品。
3.根据权利要求1所述的一种判断古河谷砂岩型铀矿铀源的评价方法，其特征在于：所述的步骤(2)中利用电磁选和重液分选等方法分选碎屑锆石，分选的锆石要求环带晶型完好，然后制作成锆石靶。
4.根据权利要求1所述的一种判断古河谷砂岩型铀矿铀源的评价方法，其特征在于：所述的步骤(3)中对单颗粒锆石进行U-Pb同位素、U元素分析测试。
5.根据权利要求1所述的一种判断古河谷砂岩型铀矿铀源的评价方法，其特征在于：所述的步骤(4)利用ISOPLOT/Ex计算锆石U-Pb同位素年龄和U元素含量，并将测试结果按照年龄区间做出年龄直方图。
6.根据权利要求1所述的一种判断古河谷砂岩型铀矿铀源的评价方法，其特征在于：所述的步骤(5)根据碎屑锆石U-Pb同位素年龄分析结果，对比结合矿区周围出露岩体年龄和古河道范围及流向特征，确定为含矿目的层提供物源的岩浆岩时代范围和地理分布特征。
7.根据权利要求1所述的一种判断古河谷砂岩型铀矿铀源的评价方法，其特征在于：所述的步骤(6)中利用碎屑锆石的U含量和U-Pb年龄数据，对比锆石U-Pb年龄与U含量之间的关系，结合步骤(5)分析结果，厘定含矿目的层沉积过程中预富集阶段的铀源。
8.根据权利要求1所述的一种判断古河谷砂岩型铀矿铀源的评价方法，其特征在于：所述的步骤(7)中，通过查明含矿目的层成岩后的区域岩浆—构造活动与成矿作用的关系，并根据步骤(5)和(6)的分析结果，判定成矿阶段的铀源。
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