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铀是发展核技术的的重要物质基础,由此成为影响当今世界和平与发展的重要能源、战略资源。根据我国的实际情况,当前铀矿资源的开采能力将难以满足未来社会的发展需求。江西省相山铀矿田是我国铀资源基地之一,享有“中国铀都”的美誉,不过其当前已探明的资源储量仍然不够乐观,寻找新矿点已刻不容缓。在相山矿田中寻找新矿点,首先要弄清其内部是否依然埋藏有未知的矿体,而确定未知矿体的存在则依赖于对矿田成因的充分认识。所以,探索相山矿田的成矿规律是问题的关键。在传统的成矿规律及找矿研究中,主要侧重于应用地球化学、矿床学等方法、手段来归纳出各种影响成矿的地球物理化学条件,而并未足够重视矿质源-运-聚这一成矿过程中的流体动力学分析,这也恰恰限制了当前矿田成因研究的发展。
本文以研究水在矿质由源向汇迁移过程中的作用为线索,首先根据相山区域沉积地层和不同构造期花岗岩铀含量的调查结果,结合区域地质演化过程中铀物质所遭受的外生水改造作用,从元素地球化学、外生水迁移铀物质的动力学过程以及相山矿床特征等方面证实区域早寒武世沉积地层就是相山矿田铀源。然后通过恢复成矿期相山区域古地形、研究深部岩浆的压力,来刻画在“双源”(即地形势和岩浆压力)共同作用下的水流运动规律,认为成矿期相山矿田所在地是外生水的一个局部流动系统补给区,外生水不能以对流形式进入富铀岩浆中,故对流运动的外生水对矿质的迁移富集意义不大。之所以在岩浆体中发现有大气降水来源的外生水,原因可能是外生水在岩浆体边缘发生了“湍流”。整个研究过程的具体步骤和内容如下:
(一)针对当前国内外关于铀矿床古水文地质研究现状,尤其是相山矿田的古水文地质分析现状,指出前人研究的不足之处,并阐述相山铀矿古水文地质分析中存在有铀源和铀物质迁移、富集等若干关键问题及其相应解决途径,提出了本文的研究思路。
(二)总结已有关于相山矿田铀源问题的研究成果,指出仅仅应用地球化学及矿物学知识、地质现象和矿床相互空间定位方法,在矿田内部(即矿质汇区)取样分析并不能揭示矿田铀物质的真实来源。
(三)分别收集了华南东部各个地质时代的沉积地层铀含量资料和整个华南地区四个主要构造期的花岗岩中铀含量数据,分析区域铀物质的时空分布特征,发现早寒武世沉积地层中铀丰度高达20ppm以上,其它地质时代的沉积地层丰度相对均一且大多为4~6ppm;早寒武世以前的构造期花岗岩铀含量接近区域地壳的平均水平,后期的花岗岩铀含量有所增大;将它们与相山矿田赋矿火山岩的铀含量相比,仅有早寒武世沉积地层超出。由此从地球化学方面推断早寒武世沉积地层为区域铀源,仅有它能够为相山矿田提供大量铀物质。
根据当前区域铀物质的分布状态,包括各时期地层中铀物质叠加系数和极差的大小,找出其中能反映各地质时期外生水水动力条件的线索,再结合区域岩相古地理的演化过程,
综合分析后认为早寒武世沉积地层形成后,外生水分散其内部的铀物质,但强度不大,以至于相山矿田成矿前它的铀物质可以得到保留。由此从外生水水动力方面推断早寒武世沉积地层可能为相山矿田的铀源。
此外,从当前铀矿床与区域早寒武世沉积地层的空间对应关系、相山矿田赋矿火山岩及其SiO<,2>含量与早寒武世沉积地层的岩性对应关系等现象米推断,相山矿田的铀源就是早寒武世的沉积地层。
(四)利用相山区域古构造和岩相古地理资料大致恢复了成矿期古地形(以地质剖面形式表示)。在此基础上,根据流体重力穿层理论刻画出地形势作用下的相山区域古流场,同时也通过压力计算发现对流运动模式下的外生水不能进入成矿期相山地区的高压岩浆中。
(五)对于那些存在于岩浆内部的外生水,依据流体系统的耗散结构理论,认为它们是高温岩浆作用下的“湍流”水。
(六)归纳了本次研究的具体结论,对进一步的相山矿田古水文地质分析研究也提出了相关建议。