含矿流体来源

如题所述

砂岩型铀矿,也称为水成铀矿,它是地球表层不太深处含矿流体(含铀含氧地下水)流经可渗透的砂岩时遇到还原屏障使得铀发生沉淀作用而形成的矿床,由此可见,该类矿床的形成关键就是流体与岩石(有机质、黄铁矿、黏土矿物等均是岩石的组成部分)的相互作用,并促使了铀的沉淀。与流体密切相关的可以是岩石样品的同位素,主要包括S同位素(如黄铁矿)、C、O同位素,也可以是胶结物的包裹体温度、盐度以及半定量的成分等,都能很好地反映流体与岩石的相互作用。

本研究对工作区流体的研究主要从黄铁矿的硫同位素入手,做一探索性的研究。野外采集的9块含黄铁矿样品均采于2081地区,分别产出于铀矿化之下、矿化中和铀矿化之上,样品在东华理工大学核资源与环境教育部重点实验室测试,测试前把待测矿物碎样,在镜下挑出单矿物,研磨至200目以下,称取含S20~100μg待测样品,在1020℃下氧化为SO2,用Flash-EA与MAT-253质谱仪联机测试所得,精度:δ34S≤0.2‰,分析结果见表7-12。从分析结果可以看出,研究区硫同位素变化很大,介于-45.79‰~+20.65‰之间。整体而言,规律性还是很明显,赛汉组下段(K1bs1),所有产于铀矿化之下的黄铁矿虽然赋存的岩石为黑色、黑灰色泥岩,或者为褐煤,但δ34SCDT均为正值;产于铀矿化中的黄铁矿的δ34SCDT为-10‰左右;产出于铀矿化之上,或者说至少存在一次铀矿化之上的黄铁矿的δ34SCDT则很负,最负达-45.79‰。自然界中硫同位素组成变化范围较大(-65‰~+12‰)。许多环境过程可以引起硫同位素分馏,表生环境下微生物还原硫酸盐是最重要的硫同位素分馏过程。在≤50℃条件下,厌氧细菌使硫酸盐SO42-还原成H2S,后者与金属离子结合形成硫化物或直接从体系中逸出,导致轻同位素相对富集,这种硫循环过程是造成地球各层圈中硫的轻、重同位素变异的最主要原因。

表7-12 2081地区黄铁矿S同位素分析

环境中溶解态硫酸盐经厌氧细菌异化还原作用,使硫酸盐SO42-还原形成有机硫、硫化物和H2S,由于还原过程中对重硫同位素的歧视效应,所形成的硫化物的硫同位素组成中将显著地亏损34S。这种生物参与的还原反应在较长时间内是不可逆的,随着生物硫循环过程的反复进行,进而造成自然界中最大的硫同位素分馏。

总体来看,在硫酸盐通过细菌的还原作用形成硫化物时,硫同位素分馏的大小视参与反应的细菌种属、可利用的碳源类型、反应速率以及体系本身的条件而改变。

此外,Novák等研究泥炭时发现,随着剖面垂直深度的变化,总硫δ34S值和有机硫含量呈负相关关系。在近表层,由于大气中富34S的SO2-4输入和好氧菌对有机硫的矿化作用(释放出富32S的DMS和H2S等挥发性气体),负相关关系不明显。达到泥炭厌氧层深度时,厌氧细菌的硫酸盐异化还原作用强烈,34S亏损的有机硫产物不断形成并积累下来,总硫δ34S和有机硫含量就呈现明显的负相关关系。在成煤时期,由于硫酸盐生物还原作用导致的有机硫大量生成和积累可能也是海相或受海水影响较大的环境中形成高有机硫煤的主要原因。

综上所述,研究区黄铁矿的硫同位素在垂向上的变化规律与硫同位素的生物分馏和泥砂岩的埋深有一定的关系。

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