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东胜铀矿床位于鄂尔多斯盆地东北部,是近几年新发现的大型砂岩型铀矿床.研究区矿产丰富,天然气、煤炭资源发育,该铀矿床与有机矿产的联系是论文确立研究方向的基础。论文首先阐明了东胜铀矿床的地质构造背景和地质特征,对元素的地球化学分带特征进行了扼要的研究。在此基础上,对矿床中的固体有机质、矿床的有机地球化学环境、可溶有机质以及煤成烃与东胜铀矿床的关系进行了较为系统的研究,然后总结出东胜铀矿床的有机成矿过程。
论文对东胜铀矿床的有机地球化学进行了较为全面和深入的研究,在此基础上,将有机地球化学与东胜铀矿化成因结合起来,旨在突出有机和无机的相互作用。论文得出的结论和讨论均建立在大量的实验和分析数据基础之上。对于有机作用与砂岩铀矿床的关系如何进行系统的科学研究,论文的结构和行文初步回答了这一问题。有机和无机的相互作用研究是近年来兴起的地学界学科交叉领域,国内砂岩型铀矿与有机作用结合的研究有待于进一步加深认识。有机与无机的相互作用研究内容浩瀚,非常复杂,所以论文的研究方向既蕴涵着巨大的潜力,又有艰巨的挑战性,论文在这方面虽取得较多的认识和成果,但有些方面还需要在实践中进一步深入、升华,以求更加完善。
系列鉴定表明,东胜铀矿床中的固体有机质是“煤”而不是石油的蚀变衍生物—“沥青”,从而突出了“煤”在东胜铀床研究中的作用,在对煤的有机岩石学进行深入研究的基础上,对固体有机质与东胜铀矿化的关系进行了深入论证并取得突破,阐述了煤的显微(亚显微)组分、铀在煤中的赋存状态、矿床中煤的级别、煤的热变质程度以及它们与铀矿化的关系。在对固体有机质系列研究的基础上,笔者提出了“煤的有机地球化学相”的概念,并且对其平面展布特征进行了举例。
研究表明,东胜铀矿床的赋矿地层属于煤系地层,笔者对其特征进行了描述。通过对矿床中泥岩、煤岩等的有机质的丰度、类型、成熟度等研究,阐述了研究区的有机地球化学环境,认为铀矿床中的烃源岩虽然不能形成工业油气藏,但仍然可以提供一定的还原容量。
笔者对赋矿砂岩的可溶有机质进行了深入研究。利用岩石热解技术对东胜铀矿床中的烃类进行了检测,分析了烃类的特性、性质、含油气级别,并对原始总烃含量进行了恢复。进而发现有机碳的含量具有典型的地球化学分带规律,分析认为与腐植酸的横向搬运有关。砂岩氮仿抽提物的族组分分析表明,在四种组分中,非经和沥青质与铀矿化关系显著。赋矿砂岩残留烃类的生标组成表明,部分生标物具有典型的分带性特征,从而进一步与铀矿化联系起来。研究发现,残留烃类具有棍源的特点,即未低熟烃类和成熟烃类相棍合的特征。对赋矿砂岩中的残留烃类的来源进行了对比研究,由于可利用量少、生物降解严重以及混源特征的存在,东胜铀矿床中残留烃类的来源难以精确定位“是此非彼’卜。但是可以明确的是,煤成烃的还原作用是铀矿床作用的主要贡献者,深部上古生界的煤成气是灰绿色砂体“二次还原”的主要贡献者,侏罗系煤系地层的煤成烃是重要的参与者。进一步发现,矿床中的有机质存在显著的生物降解作用,在矿床伴生的煤屑以及矿石砂岩中.均发现了草甚状黄铁矿与铀石相互交代、共生的现象,这些现象的存在为过渡带铀富集的微生物成矿作用提供了佐证。
在对固体有机质研究的过程中,发现东胜铀矿床中存在显著的煤成烃现象,系统论证了煤成烃的生烃母质、煤成烃的残留物质(微粒体)、煤成烃初次运移和二次运移等多个证据,进一步从煤的生烃、排烃、初次运移、二次运移等方面揭示出东胜铀矿床中煤成烃的机理,总结出东胜铀矿床中的煤成烃运移模式。在煤成烃与东胜铀成矿的关系研究方面,发现煤成烃组分具有典型的分带性特征,分析认为与铀矿富集带对有机质的改造有关,这也可以作为有效的找矿标志。煤成烃存在“幕式”排烃的特点,并且已经发生了二到三期的幕式排烃过程,这几次排烃期可以和油气包裹体的发育期次对应起来。研究认为,东胜铀矿床侏罗系煤成烃开始生、排烃的时间发生在铀的主要成矿期之前,煤成烃可以先期为赋矿地层提供还原物质,矿区侏罗系煤成烃规模的讨论旨在说明煤成烃可以为铀成矿提供所必需的还原容量。研究还表明,东胜铀矿床中的煤成烃具有持续性的特点,这种目前仍存在的生烃状态使得矿层中的还原容量得到及时的补充和维持,这有利于东胜铀矿床的保存,但不利于后期的进一步铀富集。
在以上研究的基础上,笔者对东胜铀矿床的有机成矿过程进行了讨论。认为有三类有机质对东胜铀成矿作出了贡献,即赋矿地层中的腐植酸、侏罗系煤系地层中的煤成烃以及矿区深部地层的天然气,但是其各自的作用有别。进一步认为,上述三种有机质均与煤的作用有关,有机质的贡献实质上是“煤化作用”的系列结果,东胜铀矿床的有机成矿过程可以称之为与“煤化作用”参与有关的铀成矿过程。