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甘肃三道明水盆地白垩系砂岩型铀矿成矿模式与找矿方向

更新时间:2016-07-05

随着铀资源地下浸出技术不断完善,沉积盆地中砂岩型铀资源由原来的山地工程采矿技术所不能利用的贫铀矿化,转变为环保和经济可采的铀资源,从而成为一种经济价值可观的能源矿产[1-3]。我国在20世纪90年代开始,将铀矿地质工作的重点从原来主要寻找火山岩型和花岗岩型等内生铀矿床,转变到主要寻找沉积盆地内砂岩型铀矿,并陆续在我国北方的伊犁、吐哈、鄂尔多斯、二连等盆地获得找矿突破,发现了一大批铀矿床[4]。近年来,中国地质调查局天津地质调查中心组织实施了“北方砂岩型铀矿调查工程”,以打破常规的跨越式勘查理念,全面开展中国主要含煤盆地铀矿资源区域评价。以可地浸砂岩型铀矿成矿理论为指导,以成矿地质背景和成矿地质条件为基础,寻找地浸砂岩型铀矿找矿靶区为目的,对煤田钻孔资料进行“二次开发”,开展勘查选区研究,取得了一系列成果[5]。本文择优选择三道明水盆地煤田放射性异常孔进行钻孔验证,发现了铀矿化体,通过综合研究初步建立了该区砂岩型铀矿的成矿模式,可为在该区进一步开展工作提供依据。

1 区域地质特征

三道明水盆地位于甘肃北山东部地区,属山间断陷盆地,大地构造上位于天山-兴蒙造山系与塔里木地块结合带北侧的公婆泉岛弧(图1),成矿区带属于古亚洲成矿域、塔里木成矿省、磁海-公婆泉Fe-Cu-Au-Pb-Zn-Mn-W-Sn-Rb-V-U-P成矿带,是甘肃省乃至全国重要的成矿区带。

研究对象为我院2015年9月—2017年8月期间收治的45例周围神经鞘瘤患者,其中使用CT检查30例,使用MRI检查15例,男性患者27例、女性患者18例,年龄19~65岁、平均年龄(39.34±4.16)岁,病程从2个月~15个月、平均病程(7.74±0.93)个月。患者就诊时均主诉不同部位疼痛,根据患者检查意愿,对不同患者分别采取CT检查、MRI检查,各项资料完整,且随访到最终病理诊断结果。

图1 研究区大地构造位置图 Fig.1 Geotectonic map of the study area

三道明水盆地地层发育相对齐全,在前寒武纪变质岩基底之上依次发育志留系、侏罗系、白垩系、古近、新近系、第四系地层。周边侵入岩分布广泛,主要形成于华力西期造山阶段,以中酸性侵入岩为主,基性岩出露较少。侵入岩大都呈岩基状、岩株状或岩枝状产出,近东西向分布,明显受区域构造控制。研究区内区域变质岩较发育,其总体特征是,时代较老的前震旦基底岩系变质程度较深,达低角闪岩相;古生代多旋回造山期,变质变形主要受构造环境的制约,以区域低温动力变质和埋深变质为主;汇聚背景大地构造相条件下,常形成低绿片岩相岩石,变质作用类型为区域低温动力变质。接触变质岩主要见于加里东-印支期大型岩体的外接触带中,因受后期变质变形的叠加改造,接触变质岩和区域变质有时不易区分。

2 盆地演化及特征

三道明水盆地发育在古生代褶皱带内,是地台后造山带中的一个小型山间断陷盆地。该盆地前中生代经历了三大演化阶段:前震旦纪古板块活动期、震旦-泥盆纪现代板块体制活动期和石炭-二叠纪裂谷活动期;中新生代起决定作用的构造运动有三期:晚三叠世的印支运动表现为北北东-南南西向强烈拉张,形成了一系列北西西向为主的断陷盆地,并控制了早-中侏罗世盆地基底的形态;燕山运动Ⅰ幕表现为北北东-南南西向挤压,形成了大规模推覆构造,伴有岩浆活动;燕山运动Ⅱ幕表现为以北东及北北东向左行剪切为主的一组X型共轭剪切,控制了前白垩系变形呈北东走向,叠置在侏罗系断裂凹陷之上,沉积范围有所扩大;晚白垩世燕山运动Ⅲ幕造成盆地上升,使晚白垩世-中新世缺失沉积;上新世,喜马拉雅运动使局部地区下沉,只接受了厚度不大的上新统苦泉组和更新统-全新统沉积。

图2 三道明水盆地基底埋深电测深推断图 Fig.2 Electrical sounding map of the Sandaomingshui basin depth

三道明水盆地基底岩石以早古生代碎屑岩为主,其次为前寒武纪变质岩及古生界浅变质岩、火山岩和古生代侵入岩。基底埋深电测深推断图(图2)显示,凹陷整体呈由北西向南东逐渐加深的箕状,ZK1202以西深度为100~700 m,以东加深至900~1 000 m以上;最大深度位于东南角,为4 500 m。从沉积环境、沉积厚度、分布范围及含铀性等方面来说,中下侏罗统、下白垩统为盆地主要的盖层,其与蚀源区为角度不整合接触,局部地段为断层接触。中下侏罗统底部为砾岩,下部为中细粒砂岩与泥岩互层,上部为含陆相火山岩夹层的细砂岩,主要分布在一些深度和面积较大的断陷中,是由温暖潮湿环境下沉积的暗色含煤碎屑岩建造而成,沉积厚度最大可达4 000多米,以湖沼环境为主,从沉积物中发育较细、较厚泥岩的情况来看,应存在深湖环境。下白垩统为杂色砂岩、粉砂岩、砾岩、泥岩夹泥灰岩、煤线、菱铁矿结核,往上含石膏层。晚白垩世至中新世为剥蚀期,直至上新世才沉积以红色为主的碎屑岩。

3 铀矿化特征

3.1 含矿目的层特征

三道明水盆地从沉积环境、沉积厚度、分布范围及含铀性等方面来说,中下侏罗统和下白垩统地层是盆地主要的盖层,也是砂岩型铀矿的主要含矿层。中下侏罗统沉积环境虽然稳定,相变不大,粒度粗,层内聚铀物质多,但因后期构造作用,岩层产状陡立,断裂多,岩层褶皱变形程度较高,埋藏深度一般大于300 m,固结程度较高,致密坚硬,含水性差,不利于含铀氧化水的渗入,且铀矿化均在煤层内,不易形成层间氧化带型铀矿。而早白垩世赤金堡组岩性组合为杂色砾岩、砂砾岩、长石砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、泥岩夹煤线,厚度300~700 m,为一套连续沉积的以灰色为主的含煤碎屑岩建造,具有泥-砂-泥组合。在盆地内埋深200~388 m,铀矿化产出在煤线和炭质泥岩上部的粉砂岩内,透水性相对较好,顶底板具有稳定的隔水性泥岩,砂体发育,主要以长石砂岩为主,单层砂体厚度适中,是寻找层间氧化带的主要矿目的层。

3.2 煤田孔矿化特征

(2)潜水氧化带型砂岩铀矿矿化主要受现代或古潜水氧化-还原界面控制,但该类矿床形成时间较新,缺少镭,所以很难发现放射性异常[2],而三道明水盆地现在还在进行着潜水氧化带的过程,故在U1靶区注重潜水氧化带型铀矿的找矿工作,工程布置时要结合前人测井资料对盆地边缘断裂附近可能具有潜水氧化带的部位开展钻探验证,编录时除了注重放射性异常外,重点寻找潜水氧化带界面。

从图8(a)、图8(b)可以看出,带内误差补偿前,成像场景中强目标距离向旁瓣很高,远端旁瓣数值也较高,会遮盖周围弱目标,成像效果很差。经过带内幅度和相位误差补偿后,旁瓣数值降低十分明显,远端旁瓣对周围目标的影响非常小,成像质量得到明显改善。综合以上处理结果可知,子带内幅度和相位误差得到了有效的补偿。

2006年春末,将甲、乙2棵三角枫树在B点捆绑在一起,待两棵树在B处完全长连在一起后,将甲树在A处、C处锯断。之后,AB段的横截面(A处)伤口不断地愈合,BC段逐渐死亡。以上的实验经过几次重复,结果一致。

[5]金若时,黄澎涛,苗培森,等.准格尔盆地东缘侏罗系砂岩型铀矿成矿条件与找矿方向[J].地质通报,2014,33(2-3):359-369.

U2靶区异常产出于泥质粉砂岩和夹煤线的含砾砂岩内,异常钻厚1.4~2.5 m,异常极值为32.5 γ。

3.3 验证孔矿化特征

(3)U2靶区从钻孔验证和前人研究结果[6,10-11]上都说明确实在原煤田孔ZK9001至ZK9004间存在氧化-还原带过渡带,在进行工程部署时,要主要部署在原煤田孔ZK9001至ZK9004间的氧化-还原带过渡带内具有断裂构造附近。

(5) 若P(a≥b)≥0.5,P(b≥c)≥0.5;则P(a≥c)≥0.5;当且仅当P(a≥b)=0.5,且P(b≥c)=0.5,则P(a≥c)=0.5

烟灰色炭质粉砂质泥岩:烟灰色、灰黑色,泥质结构,中厚层状构造,成分主要为泥质(98%)、微见粉砂(1%),断续见煤屑(5%),局部见有黄铁矿。

图3 三道明水盆地砂岩型铀矿预测图 Fig.3 Prediction chart of sandstone type uranium deposit in Sandaomingshui basin 1.敦煌杂岩;2.北山群各种片岩、大理岩、石英岩;3.公婆泉群浅变质中酸性火山岩夹生物灰岩;4.白山组千枚岩夹含铁石英岩、中酸性火山岩;5.红柳园组长石石英砂岩、细砂岩夹火山岩;6.大山口群,碎屑岩夹煤层,偶夹褐红色粗砂岩;7.赤金堡组,长石石英砂岩夹粉砂质泥岩、炭质泥岩和煤线;8.苦泉组粉砂质泥岩夹碎屑岩、盐岩、石膏;9.上更新统洪积砂、砾;10.志留纪辉长岩;11.志留纪斜长花岗岩;12.石炭纪闪长岩;13.石炭纪混合花岗岩;14.石炭纪花岗闪长岩;15.石炭纪斜长花岗岩;16.石炭纪花岗岩;17.二叠纪花岗岩;18.古板块缝合带;19.走滑逆断层;20.逆断层;21.铁矿;22.铜矿;23.铀矿(化)点;24.潜在铀矿化孔(煤);25.铀矿化孔(煤);26.无矿孔(煤);27.筛选的矿化区及编号

图4 验证孔中铀矿化特征 Fig.4 Characteristics of the uranium mineralization in the test hole 1.ZK3201验证孔含黄铁矿泥岩;2.ZK3201验证孔含炭屑粉砂岩;3.ZK9004验证孔铀矿化段;4.ZK9004验证孔铀矿化泥质粉砂岩

深绿色泥质粉砂岩:呈深绿色、黑色,水平层理,泥质粉砂结构,主要由粉砂级石英、长石和泥质(20%~30%)组成,泥质胶结,含少量有机碳质,形成于还原环境。

3.4 对比分析

从验证结果看,三道明水盆地含矿目的层是以冲积扇、辨状河和扇三角洲沉积的白垩纪赤金堡组,砂体产状一般3~7°,地层见有少量黄铁矿和未碳化植物碎屑,具明显的泥-砂-泥组合,从盆地边缘向盆地中心,砂泥比例逐渐增高,在盆地边缘砂泥比例一般1/1~3/1,砂体厚度几十厘米至十几米,隔水层厚度与透水层相当;盆地中心砂泥比例达4/1~5/1,砂体厚度达几十米,隔水层厚度小于透水层。从矿化情况上看,异常层数减少(ZK3201从原先煤田孔四层变成三层,ZK9004孔由原煤田孔三层变为一层),异常厚度变薄,异常深度变深;从含矿岩性上,从原煤田孔杂色砂砾岩、深灰色细砂岩、泥岩和煤层变成透水性差的粉砂质泥岩和泥质粉砂岩;分析结果看从最高0.256%降低到0.013%。从岩芯颜色上可以看出,原煤田孔和验证孔矿化均产自于明显的还原带内。

U1靶区矿化产出层位不透水,在层内未见明显氧化还原带,但在垂向上见从氧化到还原的过渡带,矿化产出于还原带内,以上说明该处的铀矿化为潜水氧化带型铀矿化,该矿化连续性差、规模小、厚度薄;U2靶区异常层透水型好,ZK9001异常层产出氧化带,异常弱,而ZK9004异常层产出于还原带,异常稍强,说明该异常是由于层间氧化带引起的,根据水流方向说明在ZK9001和ZK9004之间确实存在一个氧化还原过渡带,这与陈功新[6]对三道明水盆地水文地质条件与该区水源点反应条件指数(RCI)的研究预测的氧化还原带位置一致(图5);但在垂向明显可见氧化-还原带,在矿化层上部为黄褐色砂砾岩(氧化带),下部为灰色长石砂岩(还原带),而铀矿化正产出于深绿色、黑灰色泥质粉砂岩的氧化还原带过渡带内;结合测井资料(图6),可以看出原煤田孔1985年的伽马异常在2015年的验证中也基本可见,验证孔第一层异常减弱,而第二层异常深度下移并明显加强,第四层异常明显减弱,以上事实说明在30年内铀矿化在垂向上明显在运移,从异常岩性上看,原煤田孔第一层和第三层异常产在粉砂质泥岩的极弱透水层内异常只是减弱,而第二层异常产在含砾中细粒砂岩内,透水性强故异常层下移。

图5 三道明水盆地东部水文地质区RCIEH图(据参考文献[6]修改) Fig.5 The RCIEhisogram in the east of the Sandaomingshui basin(after Chen GX et al.,2002) 1.排泄源;2.水源点及编号;3.钻孔及编号;4.地下水流向;5.推测的氧化还原过渡带;6.RCIEh等值线

图6 煤田孔ZK9004与验证孔伽马测井曲线对比图 Fig.6 Contrast map of gamma logging curves between coalfield drilling ZK9004 and verification hole

4 成矿模式和找矿方向分析

通过以上的分析认为,三道明水盆地矿化可能为层间氧化带和潜水氧化带复合型铀矿化,初步建立三道明水盆地砂岩型铀矿的成矿模式,可分为四个阶段:原生沉积预富集阶段、前期潜水氧化带作用阶段、前期层间氧化带叠加阶段、后期潜水氧化带改造阶段(图7)。

原生沉积预富集阶段(图7A):盆地南西侧发育了大量的华力西期富铀花岗岩,强度可达30~50 γ,U值5~10 ug/g,为盆地下白垩统地层提供丰富的物源和铀源。早白垩世中晚期,气候由干热转化为温湿,动植物处于相对繁盛时期,植物主要为Ruffordia-0nychiopsis组合,可见丰富的介形类、瓣鳃类、腹足类、叶肢介、轮藻、鱼、昆虫等动物化石[7],由于湖泊多处于相对稳定的封闭和半封闭状态,沉积物中普遍出现泥灰岩、薄层石膏,局部出现油页岩沉积,湖相泥岩中富含菱铁矿,黄铁矿结核。早白垩世晚期北山地区再度抬升,湖盆萎缩,湖水变浅,局部出现沼泽、半沼泽化,在三道明水盆地形成含煤碎屑岩沉积,这为铀的原始富集提供了丰富的还原剂。

参考文献:

它由交叉熵和L2正则化项组成。第1部分为交叉熵,计算了真实类别yi与预测类别之间的误差。第2部分为L2正则化项,引入正则化项可以控制网络内部权值参数的数量级,避免训练得到的模型过于复杂,从而改善模型的过拟合现象,提高泛化能力。其中λ为正则化项的比例参数,λ越大,正则化项的影响越大;ω表示网络内部的权值。

后期潜水氧化带改造阶段(图7D):在新构造运动的影响下,产生新断裂构造,使下白垩统赤金堡组内承压水遭到破坏,近现代气候干旱、干燥的环境,使地表形成的富氧含铀水以洪流的方式沿盆地水平运移,借助断裂的通道沿垂直渗入,再次发生潜水氧化作用,使层间氧化带形成的矿体遭到破坏,在具还原物质粉砂岩内形成新的矿化。

通过近年来的勘查与研究,砂岩型铀矿已成为我国主要的铀矿类型,我国北方诸如鄂尔多斯盆地、二连盆地、伊犁盆地均发现可地浸的砂岩型铀矿床[5,8-9],甘肃省三道明水盆地与东边的二连盆地马尼特式和西边的伊犁盆地伊犁式大型铀矿处于同一个大地构造位置,在铀源条件、构造条件、气候条件、元素迁移条件、地层结构和层间氧化带发育条件上都具有较好的找矿潜力[6,8,10-11]。通过对三道明水盆地矿化特征和成因探讨,认为应从以下几个方面加大找矿力度:

(1)在三道明水盆地内,以层间氧化带和潜水氧化带复合型铀矿化的成矿模式开展找矿工作,可能会实现更好的找矿效果。

通过对三道明水煤田钻孔资料进行“二次开发”,共筛查煤田孔15个,在早白垩世赤金堡组圈定了两个砂岩型铀矿找矿靶区(图3),分别是以ZK3201和水井孔为中心的U1靶区和以ZK9001和ZK9004为中心的U2靶区。

PPP项目期限长、金额大,政策性银行参与的PPP项目多,商业银行参与程度不高。但自2014年以来,商业银行信用风险高发,不良贷款增加,经营压力增大,其寻找基石资产、降低贷款不良率的愿望强烈,而PPP项目则成为最佳突破口。商业银行参与PPP项目的模式各有不同,对2014年以来各地商业银行参与支持PPP项目实践进行总结归纳,主要包括以下两种模式:

图7 三道明水盆地砂岩型铀成矿模式图 Fig.7 metallogenic model of sandstone type uranium deposit in Sandaomingshui basin 1.侏罗系大山口组;2.下白垩统赤金堡组;3.新近系苦泉组;4.第四系;5.花岗岩;6.砂岩;7.砂砾岩;8.泥岩;9.断层;10.不整合面;11.氧化带;12.还原带;13.矿化体;14.水流方向

在天津地质调查中心铀矿项目的支持下,分别对U1和U2原煤田孔进行了原位验证。U1靶区内ZK3201见三层矿化,铀品位为0.011%~0.013%,宽0.2~0.4 m,岩性为烟灰色炭质粉砂质泥岩;水井孔内未见异常;U2靶区内ZK9004见一层异常,铀品位为0.005%,宽0.07 m,岩性为深灰绿色泥质粉砂岩;ZK9001未见异常。含矿岩性特征如下(图4):

5 结论

(1)通过明水盆地煤田钻孔资料的“二次开发”,确定白垩系为其找矿目的层,并划分出东西两个找矿靶区,择优对靶区内煤田放射性异常孔进行原孔验证。

定义降阶运行模式为:在系统运行平稳后为一个预设常数),将x1,k降为一维向量降为二维向量结构不对称变量θk和Φk固化为上一时刻的估计值,从而减小CPU(central processing unit,中央处理器)的计算量,提高算法的实时性。

(2)经对验证结果的对比分析认为,三道明水盆地铀矿化可能为层间氧化带和潜水氧化带复合型铀矿化;并结合该盆地的成矿地质条件,初步建立三道明水盆地砂岩型铀矿的成矿模式,可分为四个阶段:原生沉积预富集阶段、前期潜水氧化带作用阶段、前期层间氧化带叠加阶段、后期潜水氧化带改造阶段。

(3)根据其成矿模式探讨了两个靶区的找矿方向,为在该盆地继续开展砂岩型铀矿找矿工作提供新的思路。

致谢:感谢甘肃省地矿局四勘院杨镇熙工程师提供的部分资料,感谢审稿专家提出的宝贵意见。

2017年,四川粮食产量3498.4万吨,仅占全国粮食总产量的5.66%,粮食总产量排名也从2003年仅次于山东和河南的第3位下降到2017年的7位,2011-2016年四川粮食产量在全国的排名也不理想,同时四川人均粮食产量0.42吨,人均排名仅为16名。这意味着,四川粮食生产处于全面下降之中。2006年-2017年期间,全国粮食累计增长率为24.1%,而四川粮食累积增长率为22.3%,由此可见,四川粮食累计增幅大幅低于全国水平。(见表1)

前期潜水氧化带作用阶段(图7B):晚白垩世至上新世(K2-N2),受燕山运动的影响,盆地处于长期的隆升阶段,赤金堡组长期暴露在地表,晚白垩世-中新世沉积缺失,伴随在这一地质时期古气候向干旱、半干旱转变,蚀源区形成的富铀富氧水向盆地运移并沿地表垂直渗入,发生潜水氧化作用,在隔水层泥岩上部具还原剂的粉砂质泥岩内形成铀矿化。前期层间氧化带叠加阶段(图7C):上新世,喜马拉雅运动使局部地区下沉,只接受了厚度不大的上新统苦泉组和更新统-全新统沉积。古地表含氧富铀水沿盆地边部不整合面的砂体向盆地中心继续运移,由于赤金堡组含矿砂体上下泥岩的隔挡作用,形成了层间富氧富铀的承压水,对早期潜水氧化带形成的部分矿体造成破坏。在遇到含丰富有机质、黄铁矿等还原剂后,则再次叠加富集。

[1]赵鹏大.非传统矿产资源概论[M].北京:地质出版社,2003,1-10.

[2]王永和,焦养泉,吴立群.从铀成矿条件分析西北地区砂岩型铀矿找矿[J].西北地质,2007,40(1):72-82.

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[4]吴伯林.中国西北地区砂岩型铀矿地质与成矿作用[D].西北大学博士论文,2005.

U1靶区矿化产出于杂色砂砾岩、深灰色细砂岩、泥岩和煤层内,两个孔均有分布,砂砾岩铀品位为0.015%,钻厚1.41 m;深灰色细砂岩的铀品位为0.004%~0.044%,钻厚5.88 m;泥岩的铀品位为0.003%~0.022%,钻厚0.20~2.04 m,泥岩内具黄铁矿和炭屑;煤层的铀品位为0.026%~0.256%,钻厚0.31~0.61 m;

[6]陈功新,刘金辉,成海.反应条件指数在铀矿成矿预测中的应用-以甘肃北山公婆泉盆地为例[J].华东地质学院学报,2002,25(4):301-304.

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从表3可以看出,在所采用的3种捕收剂中,当采用Z200时获得的铜品位最高,表明其选择性较好,而采用丁基黄药时对应的回收率最高,表明其捕收能力较强。综合品位和回收率两个技术指标,使用Z200和丁基黄药组合药剂有可能取得理想的技术指标,同时二者也是生产中常用的捕收剂。

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入库河道是水、沙、污染物等进入库区水体的重要通道,对库区水文条件、淤积量、水体环境以及生态环境均具有非常重要的影响。因此,根据不同入库河道的特点对河道实施生态建设是保护和改善库区生态环境非常重要的措施。

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任文秀,刘子锐,王怀涛,马永东
《地质调查与研究》 2018年第01期
《地质调查与研究》2018年第01期文献

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