砂岩型铀矿床黏土矿物形成过程中元素迁移率的计算方法与流程

1.本发明属于地质勘查领域，具体涉及一种砂岩型铀矿床黏土矿物形成 过程中元素迁移率的计算方法。


背景技术：

2.黏土矿物在各地球化学分带之间表现出的成分、含量的变化，实质是 元素的含量变化，微观上表现为元素的迁入、迁出。在研究时发现有两种 方式可以导致元素含量发生变化，第一种是元素自身含量的变化，第二种 是由于其他元素含量发生变化而导致的该元素含量发生变化。另外，在研 究时认为自然界中的地质过程绝大多数是在相对开放的体系中发生的，当 开放体系有显著的质量和体积变化时，就不能通过直接比较地质作用发生 前后岩石的元素含量来认识其化学组成的变化。
3.砂岩型铀矿床的研究亦是如此，前人对层间氧化带的元素地球化学的 研究主要集中在对不同地球化学分带元素含量进行分析对比，而少有学者 考虑到含矿目的层质量体积的变化对元素含量的影响。
4.砂岩型铀矿属于浅成-低温热液矿床，符合质量平衡理论应用要求，故 本次引入质量平衡理论，用此方法来定量探讨黏土矿物在各地球化学分带 中演化的元素变化规律。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种砂岩型铀矿床黏土矿物形成过程中元素迁 移率的计算方法，能够定量计算黏土矿物形成过程中各元素的迁入迁出程 度。
6.实现本发明目的的技术方案：
7.一种砂岩型铀矿床黏土矿物形成过程中元素迁移率的计算方法，所述 方法具体包括以下步骤：
8.步骤1、砂岩地球化学分带划分；
9.步骤2、样品采集；
10.步骤3、主量元素测定；
11.步骤4、惰性元素选取；
12.步骤5，迁移率计算。
13.所述步骤1具体为：按照岩石颜色、还原介质含量、铀元素分析将砂 岩划分为古氧化砂岩、铀矿化砂岩和原生砂岩；通过岩石颜色划分古氧化 砂岩和原生砂岩；通过还原介质含量及铀元素分析识别铀矿化砂岩。
14.所述步骤2具体为：选取可覆盖整个矿床的典型钻孔，在每个钻孔的 直罗组下段岩心中，分别选取古氧化砂岩、铀矿化砂岩及原生砂岩的样品， 样品岩性为块状粗砂岩。
15.所述步骤3具体为：清洁样品表面，将样品碎成粉末，利用x射线荧 光光谱仪进行主量元素分析。
16.所述步骤3中主量元素包括sio2、al2o3、cao、feo、fe2o3、mgo、 na2o、k2o、mno、tio2、
p2o5。
17.所述步骤4包括：
18.步骤4.1、制作grant图解；
19.步骤4.2、勾画grant等位线；
20.步骤4.3、选取惰性元素。
21.所述步骤4.1具体为：利用原生砂岩及古氧化砂岩、矿化砂岩的各种主 量元素组分蚀变前浓度c
io
、蚀变后浓度c
ia
分别做为x和y坐标投点，分 别制作古氧化砂岩-原生砂岩和铀矿化砂岩-原生砂岩grant图解。
22.所述步骤4.2具体为：利用公式k＝mo/ma计算grant等位线斜率k， 以计算获得的k为斜率，勾画一条通过原点(0，0)的直线，此直线即为 grant等位线。
23.所述步骤4.2中计算grant等位线斜率k包括：
24.一种主量元素情况：
25.k1＝mo/ma＝co/ca，
26.其中，k1为一种主量元素的斜率；mo、ma分别为蚀变前后的岩石质 量；co、ca分别为岩石中一种主量元素蚀变前后的浓度；
27.两种或两种以上主量元素情况：
28.k2＝mo/ma＝∑c
io
×cia
/∑(c
ia
)229.其中，k2为两种或两种以上主量元素的斜率；mo、ma分别为蚀变前 后的岩石质量；c
io
、c
ia
为岩石中元素i在蚀变前和蚀变后的浓度。
30.所述步骤4.3具体为：分析古氧化砂岩-原生砂岩和铀矿化砂岩-原生砂 岩grant图解，挑选同时位于原生砂岩-古氧化砂岩和原生砂岩-矿化砂岩 grant图解的grant等位线上的元素，即为惰性元素。
31.所述步骤5中迁移率的计算公式为：
32.△ci
＝c
ia
/k-c
io
33.其中，
△ci
为迁移率；
34.k为grant等位线斜率；
35.c
io
、c
ia
为岩石中元素i在蚀变前和蚀变后的浓度。
36.本发明的有益技术效果在于：
37.1、本发明提供的一种砂岩型铀矿床黏土矿物形成过程中元素迁移率的 计算方法能够直接判断砂岩型铀矿床蚀变过程中的活动元素与不活动元 素，且能定量计算各活动元素相对于原生砂岩的迁入迁出率。
38.2、通过本发明提供的一种砂岩型铀矿床黏土矿物形成过程中元素迁移 率的计算方法获得的元素迁入迁出率可以科学合理的解释蚀变过程中矿物 成分及含量变化的最本质原因，矿物都是由元素组成的，在砂岩型铀矿中， fe元素的迁入迁出可以理解为黄铁矿、绿泥石等矿物含量的增多或减少， ca元素的迁入迁出可以理解方解石含量的增多或减少，进而更准确的解释 铀矿床成因机制，进而预测远景区，指明找矿方向。
39.3、本发明提供的一种砂岩型铀矿床黏土矿物形成过程中元素迁移率的 计算方法涵盖从野外地质观察采样到室内实验与数据分析过程，设计方法 切入点准确，抓住本质问题，采集样品对象、分析测试要求及目的明确， 公式计算步骤清晰合理，可操作性强。
附图说明
40.图1为本发明所提供的一种砂岩型铀矿床黏土矿物形成过程中元素迁 移率的计算方法流程图；
41.图2为本发明所提供的纳岭沟铀矿床应用grant方程及grant等位线斜 率得出的直罗组各地球化学分带惰性元素判别图；其中，图2a为古氧化带 惰性元素判别图；图2b为铀矿化带惰性元素判别图；
42.图3为本发明所提供的纳岭沟铀矿床直罗组各地球化学分带元素迁入
‑ꢀ
迁出图；其中，图3a为sio2、al2o3、feo、fe2o3迁入-迁出图；图3b为 cao、na2o、k2o迁入-迁出图；图3c为mgo、mno、p2o5迁入-迁出图。
具体实施方式
43.下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
44.如图1所示，本实施例以鄂尔多斯盆地东北部纳岭沟铀矿床为例，提 供一种砂岩型铀矿床黏土矿物形成过程中元素迁移率的计算方法，该方法 具体包括以下步骤：
45.步骤1、砂岩地球化学分带划分
46.按照岩石颜色、还原介质含量(手标本观测砂岩中碳屑(有机质)的 含量)、铀元素分析将砂岩划分为古氧化砂岩、铀矿化砂岩和原生砂岩。通 过岩石颜色划分古氧化砂岩和原生砂岩；通过还原介质含量及铀元素分析 识别铀矿化砂岩。
47.通过对钻孔岩心的观察，确定了纳岭沟铀矿床古氧化砂岩及原生砂岩 的划分标准：氧化残留砂岩颜色为紫红色、砖红色，粒度一般为细-粉砂岩， 胶结程度较高，基本未见有炭屑、黄铁矿等还原物质；目的层经历过后期 的油气二次还原的砂岩颜色表现为绿色、灰绿色，基本不含硫化物或有机 质等还原性物质，粒度一般为细-粗砂岩，胶结程度较弱，砂质疏松，极少 见到炭屑、黄铁矿等还原性物质。本区施工单位只保留二次还原砂岩，因 此只取二次还原砂岩作为古氧化砂岩。原生砂岩颜色表现为灰色，硫化物 或有机质等还原性物质含量较高，粒度分布范围广，砂质疏松，胶结程度 差，含有较多的炭屑及黄铁矿等还原性物质。铀矿化砂岩通过核工业北京 地质研究院制作的hd2000伽马辐射仪测量数值来初步识别，一般情况野 外测量岩心在5nc/kg.h以上即认为含矿；取样后分析测试u含量进一步确 定，一般u》100
×
10μg/g即认定为铀矿化砂岩。
48.步骤2、样品采集
49.在完成砂岩地球化学分带划分后，以矿床为单位采取样品，选取可覆 盖整个矿床的典型钻孔，即铀矿孔，在每个钻孔的直罗组下段岩心中，分 别选取具有代表性的二次还原砂岩、铀矿化砂岩及原生砂岩的样品。样品 岩性为块状粗砂岩，尺寸为3cm
×
6cm
×
9cm。对采集的样品进行编号：es1、 es2、es3、es4，
…
，esn。
50.步骤3、主量元素测定
51.取样后，将取得的样品去除样品表面不洁物及风化表皮后，碎成200 目粉未，取50g样品送往分析测试单位，利用ab104l,axios-max波长色 散x射线荧光光谱仪进行主量元素sio2、al2o3、cao、feo、fe2o3、mgo、 na2o、k2o、mno、tio2、p2o5等的分析，分析结果如表1所示。
52.表1主量元素含量测定分析结果
[0053] 古层间氧化带铀矿化带原生带sio270.8272.2472.46al2o312.9212.5712.96fe2o34.013.062.24feo2.261.711.44cao0.921.101.01na2o1.982.102.06k2o3.433.383.42mgo1.531.041.19mno0.060.050.03p2o50.090.090.09tio20.470.440.44
[0054]
步骤4、惰性元素选取
[0055]
将层间氧化砂岩分为古氧化砂岩、铀矿化砂岩和原生砂岩，下面将计 算各地球化学分带元素相对于原生砂岩元素的迁移量，从而阐述黏土矿物 演化过程中不同分带元素的定量迁移。
[0056]
步骤4.1、制作grant图解
[0057]
利用原生砂岩及古氧化砂岩、矿化砂岩的各种主量元素组分蚀变前浓 度c
io
、蚀变后浓度c
ia
分别做为x和y坐标投点，即，对于古氧化带惰性， 以原生带各元素含量的对数值为x轴，古氧化带各元素含量的对数值为y 轴，制作grant图解，grant图解如图2a所示；对于铀矿化带，以原生带 各元素含量的对数值为x轴，铀矿化带各元素含量的对数值为y轴，制作 grant图解，grant图解如图2b所示。
[0058]
步骤4.2、勾画grant等位线
[0059]
计算grant等位线斜率，grant等位线斜率公式如下：
[0060]
一种主量元素情况：
[0061]
k1＝mo/ma＝co/ca，
[0062]
其中，k1为一种主量元素的斜率；mo、ma分别为蚀变前后的岩石质 量；co、ca分别为岩石中一种主量元素蚀变前后的浓度；
[0063]
两种或两种以上主量元素情况：
[0064]
k2＝mo/ma＝∑c
io
×cia
/∑(c
ia
)2[0065]
其中，k2为两种或两种以上主量元素的斜率；mo、ma分别为蚀变前 后的岩石质量；c
io
、c
ia
为岩石中元素i在蚀变前和蚀变后的浓度。
[0066]
本实施例中包括两种以上主量元素，因此图2的grant图解的grant等 位线斜率k2分别为：对于古氧化带-原生带岩石(图2a)，k2计算结果为 0.9889；对于铀矿化带-原生带岩石(图2b)，k2计算结果为0.9905。
[0067]
以计算获得的k1或k2为斜率，勾画一条通过原点(0，0)的直线， 此直线即为grant等位线，grant等位线如图2所示。
[0068]
步骤4.3、选取惰性元素
[0069]
grant等位线是连接浓度变化比值相同的元素从原岩演变轨迹的点，非 活动性元
素常常位于一条浓度等位线上。综合对古氧化砂岩、矿化砂岩相 对原生砂岩的不活动元素(惰性元素)进行分析。如图2所示，分析古氧 化砂岩-原生砂岩和铀矿化砂岩-原生砂岩grant图解(图2a为古氧化砂岩
‑ꢀ
原生砂岩grant图解，图2b为铀矿化砂岩-原生砂岩grant图解)，挑选同 时位于原生砂岩-古氧化砂岩和原生砂岩-矿化砂岩grant图解的grant等位 线上的元素，即为合适的惰性元素(不活动元素)。
[0070]
如图2所示，可用作惰性元素的有tio2、sio2、al2o3、k2o、na2o， 但是考虑到含矿目的层在埋藏过程及层间氧化过程可能或遭受酸性或碱性 流体的改造，易造成sio2、al2o3、k2o、na2o的迁入与迁出，故最终选取 tio2为惰性元素。
[0071]
步骤5，迁移率计算
[0072]
依据步骤4得出的惰性元素tio2，计算各地球化学分带相对于原生带 的元素获得或丢失的增量
△
c，并做直罗组各地球化学分带元素迁入-迁出 图。
[0073]
根据gresers公式计算各地球化学分带相对于原生带的元素获得或丢失 的增量
△ci
，gresers公式如下：
[0074]cia
＝mo/ma(c
io
+
△ci
)
[0075]
其中，
[0076]cio
、c
ia
为岩石中元素i在蚀变前和蚀变后的浓度；
[0077]
△ci
为岩石中各地球化学分带相对于原生带的元素i的获得或丢失的增 量，即元素i的迁移率；
[0078]mo
、ma分别为蚀变前后的岩石质量。
[0079]
岩石中元素i的获得或丢失的增量
△ci
的计算公式为：
[0080]
△ci
＝c
ia
/(mo/ma)-c
io
＝c
ia
/k-c
io
[0081]
其中，
[0082]
k为grant等位线斜率；
[0083]cio
、c
ia
为岩石中元素i在蚀变前和蚀变后的浓度。
[0084]
各地球化学分带相对于原生带的元素获得或丢失的增量
△
c的计算结 果，如表2所示。
[0085]
表2各地球化学分带相对于原生带的元素获得或丢失的增量
△
c的计算结果
[0086][0087]
在grant图解中元素的投影点在grant等位线上方的点代表该元素在蚀 变或成矿作用过程中获得，而投影点位于grant等位线下方，则代表该元素 发生了丢失。
[0088]
如图3所示，可以非常直观的看出元素在铀成矿过程中的迁入-迁出特 征。其中，古氧化带砂岩相对于未遭受氧化改造的原生带砂岩迁入的元素 有fe2o3、feo、mgo、mno，而迁出的元素有sio2、al2o3、cao、na2o、 k2o、p2o5，说明古氧化带砂岩在遭受早期强烈的酸性氧化流体的改造之后， 也遭受后期碱性富fe、mg流体的改造；铀矿化带砂岩相对于原生带砂岩迁 入的元素有fe2o3、feo、cao、na2o、mno，而迁出的元素有sio2、al2o3、 k2o、mgo，说明铀成矿过程中与碳酸盐的形成有密切关系。
[0089]
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于 上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱 离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可 以采用现有技术。