核能是最重要的清洁能源之一,也是一个国家能源储备、国防建设与经济发展的重要战略资源;近年来在我国对核能的开发利用和研究又引起一股热潮。众所周知核能的主要原料是铀矿,对铀矿资源的勘探开发与研究越来越受重视,有关数据显示近些年发展最快的铀矿类型是陆相沉积盆地中的砂岩型铀矿。砂岩型铀矿是一种以水为载体进行迁移、转化、富集的水成铀矿床,沉积盆地的地质演变、地下水系统演化影响着砂岩型铀矿成矿条件,不同地质历史时期的地下水流场特征控制了铀成矿的作用规律。松辽盆地西南部的开鲁盆地发现有重要工业价值的大型砂岩型铀矿床,研究开鲁盆地地下水系统以及重要成矿时期的古流场特征对掌握开鲁盆地铀成矿规律以及远景找矿有着重要的指导作用。本文以开鲁盆地为主要研究对象,通过前期基础资料收集分析,野外地质勘察和试验工作成果,系统分析整个开鲁盆地地质历史时期构造运动特征、沉积相和沉积环境的时空变化规律,总结了重要时期铀成矿水文地质条件。在此基础上利用岩矿测试资料、野外水文地质试验的成果,反演识别了古水文地质参数、古气候降雨;通过钻探资料和前人研究的古地貌资料构建重要成矿时期盆地含水系统的宏观结构,并进行地下水流场数值模拟;在恢复了古流场基础上对典型含矿地层剖面,建立了铀的水文地球化学反应过程模型,进行地下水流运动与铀的水化学反应-迁移耦合模拟;研究得到不同历史时期,姚家组、泉头组含水层中成矿流体的迁移-富集规律,定量模拟得到典型剖面铀成矿推进距离,预测了姚家组地层中盆地其他区域和深部泉头组中铀成矿有利部位。通过论文研究可以得到下面几点结论:1、开鲁盆地构造演化宏观上控制了铀储层（含水层）形成与地下水系统的结构特征开鲁盆地是形成于海西期褶皱基底上的一个断坳型盆地。根据盆地不同地质构造背景、构造发育和沉积物特征与地层的展布规律,开鲁盆地的构造演化可划分为二叠纪—晚侏罗世基底形成阶段、早白垩世义县期—阜新期裂陷阶段、晚白垩世泉头期—嫩江期裂后热沉降阶段、嫩江末期—四方台期反转褶皱阶段、四方台—明水期隆升剥蚀阶段以及新生代再次伸展坳陷阶段六个演化阶段。各个时期的构造运动特征决定了当时的古沉积环境,进而控制了地下水含水系统的结构及空间展布规律,对地下水系统演化及铀成矿条件具有重要的影响,其中,裂后热沉降阶段是开鲁盆地地区铀储层形成的主要时期,构造反转阶段是铀成矿的重要时期。2、沉积环境的演化影响了各时期铀储层（含水层）的水文地质特性泉头组-青山口初期,开鲁盆地沉积了一套以砂砾岩、砂岩为主的粗碎屑沉积,为典型的冲、洪积扇类沉积的特征,具有良好的铀储层结构;青山口末期,研究区内沉积一套以细颗粒为主的泥岩或泥岩与砂岩互层,为泛滥平原沉积-滨湖相沉积。姚家组沉积时期,总体表现为冲积扇相—辫状河相—曲流河相—滨浅湖相渐变的特征,砂岩为主有泥岩夹层,具有良好的铀储层结构。嫩江期,松辽盆地大规模湖泛,盆地内沉积了一套稳定的暗色泥岩,构成区域上稳定的弱透水层。四方台组沉积时期,沉积特征表现为以粗颗粒的河流相沉积为主,部分地区缺失。明水期总体上继承了四方台期的沉积特点,沉积了一套下粗上细的河流相地层。至明水末期,湖盆消亡,河流沉积取而代之,新生代以来,全盆接受沉积,形成一套以河流相为主的粗颗粒沉积层。3、晚白垩世以来盆地地下水系统的演化规律（1）构造反转前阶段:泉头组-青山口组中期,研究区地下水系统为一个开放的潜水循环系统,地下水接受大气降水补给,由盆地周边向盆地中心（龙湾筒一带）汇流,排泄入湖。青山口末期至嫩江期,松辽湖盆构成区域地下水的排泄中心,地下水在盆地西南缘接受补给后,往东北方向松辽湖盆径流排泄。（2）构造反转后阶段:在嫩江组末期,开鲁盆地的东部的哲东南一带隆起、大幅度抬升,其北段架玛吐隆起构成松辽盆地与开鲁盆地的分水岭,大气降水从盆地四周入渗后经下部承压含水层向盆地中央汇流,经湖下断裂构造向上运移排泄入湖,重新转化为往盆地中心汇流型。四方台时期地下水系统基本上延续了嫩江期末构造反转后流场的特征,明水期地下水流场与四方台期基本相同。（3）现代阶段:新生代以来,研究区主要以河流相粗颗粒沉积为主,在浅地表形成一套潜水含水层。含水层接受大气降水入渗补给,然后往东北方向径流排泄。深部承压含水层在接受盆地周边降水入渗补给后,地下水进一步往东北盆地深部运移,经断层向上运动进入浅部含水层后往东北方向排泄。4、重要成矿时期的古气候恢复与古水文地质参数反演结果为了对盆地重要成矿时期的古流场进行地下水数值模拟恢复,概化成矿时期铀储层的水文地质参数,通过地层孢粉组合特征对古气候的恢复研究得到青山口末期年均降雨量约为1500-1650mm/年,姚家组初期年均降雨量约为1800-2000mm/年;嫩江末期年均降雨量约为450-600mm/年,四方台时期年均降雨量约为600-850mm/年。通过岩芯电镜分析与粒度测试对铀储层在重要成矿时期的古水文地质参数反演得到姚家组地层上段孔隙度为0.28,渗透系数为0.18m/d;姚家组下段孔隙度为0.30,渗透系数为0.21m/d;泉头组上段孔隙度为0.35,渗透系数为0.28m/d,泉头组下段孔隙度为0.41,渗透系数为0.36m/d。5、青山口末期至姚家时期与嫩江末期至四方台时期分别在泉头组和姚家组含水层中形成有利铀成矿条件青山口末期至姚家组时期,开鲁盆地连通了松辽盆地,松辽湖盆则变成整个区域的排泄中心,研究区的流场从早先以龙湾筒为排泄中心的汇流型转变为向北东松辽湖盆排泄的泄水型。盆地从西南部潜水含水系统,向龙湾筒及钱家店方向一带转变成为承压含水系统,地下水氧化环境向盆地深部逐渐转变成还原环境。这个时期在泉头组地层与青山口组地层形成的大规模“基底-砂-泥”层间氧化带型铀成矿结构,在承压水系统中形成早期较大规模的成矿条件。嫩江末期至四方台时期,盆地随着区域构造运动作用发生大规模构造反转运动,构造格局产生很大变化,铀成矿的条件也较前期不同。由于四周地层隆起抬升遭受剥蚀,盆地四周地下水系统为开启的潜水含水系统,但由于早先沉降坳陷作用,盆地内部依然保持了承压含水系统特点,并发育一系列断层构造,构成了深部地下水循环。含氧大气降水从盆地四周入渗后经下部承压含水层向盆地中央汇流,经湖下断裂构造向上运移排泄入湖,早先盆地内部的还原环境加上后期含氧水流入渗构成了非常有利的铀成矿条件。6、开鲁盆地姚家组、泉头组地层铀成矿距离数值模拟结果开鲁盆地外围基岩山区的火山岩、火山碎屑岩与岩浆岩等原岩,这些都是砂岩铀矿的良好物源,在两个重要的成矿时期,大气降水淋滤、河流入渗到岩石的裂隙或孔隙中,持续的将岩石中的固态四价铀氧化成水溶态六价铀,再经地下水补给径流至盆地深部的泉头组、姚家组承压含水层,在这种具有较大规模的泥-砂-泥互层结构中形成良好的成矿和保矿条件;通过典型剖面地下水流与水文地球化学模拟结合钱家店铀矿床勘探结果分析,铀成矿的空间分布规律既与含水层非均质性、渗透性差异有关,也与古气候降雨量、水动力条件差异有关;姚家组地层铀成矿时期古渗透性相对泉头组地层差,降雨补给量相对也较小,水动力条件相对弱,所以姚家组地层铀成矿推进距离相对泉头组地层较小,更加靠近盆地补给边缘。