铀矿资源的勘察一直是全球矿业领域的一个重点和热点领域。铀是地壳中常见的化学元素,也是一种放射性元素,通常作为原子能和核武器的原料,为世界各地政府部门所重视。铀具有原生和次生的矿物载体,常见的有铀石(U02)和沥青油矿(U3O8).根据寄主岩石、沉积构造控制及矿物学特征,铀矿类型可以分为不同类型。砂岩型铀矿属于陆相沉积沉积类型的铀矿资源,占有全球铀矿供应需求量的30%。中国南北各地成矿省拥有不同的铀矿资源。砂岩型铀矿在1990年代开始勘察,特别是在伊犁盆地、吐哈盆地及鄂尔多斯盆地出现了良好的成矿前景。本文工作重点在鄂尔多斯盆地的砂岩型铀矿。鄂尔多斯盆地是中国的第二大油气盆地,含有油气煤铀等多种资源与能源,被称为一个“能源盆地”。砂岩型铀矿主要集中在东胜、陇县、黄陵地区,主要有东胜矿床、郭家湾矿床及店头矿床。新发现的东胜矿床及店头矿床都赋存在侏罗系直罗组地层中,东胜铀矿是盆地中储量最大品位最高的一个。地质-地球化学研究表明,铀矿来源及富集于侏罗系直罗组内。岩相学研究表明中下侏罗统直罗组系有粗中粒长石砂岩组成,矿物分析显示该砂岩由石英、长石和岩屑组成,铀矿赋存的砂岩为胶结疏松的次长石砂岩,具有中等的分选度。由于岩石普遍含碳质,颜色呈现黑色。薄片分析显示绿泥石化和绢云母化是岩石的常见蚀变。绿泥石化在直罗组地层内主要产生绿色蚀变,是由于绿泥石代替黑云母的过程,从而使的原来的白色砂岩变为绿色砂岩,高含量的绿泥石使岩石有白色转化为绿色。在此之前经历了一个强烈的氧化过程,对于铀矿的富集至关重要。绢云母化是白云母替代钾长石的过程,这是一个水化的过程。扫描电镜发现一种载铀矿物-水硅铀矿[(USiO4)1-x(OH)4x]内部具有十分特殊的构造特征。能谱分析检测显示这些特殊的显微构造矿物相属于水硅铀矿。高分辨的扫描电镜填图给出了不同元素的分布情况。铀矿标本的元素特征显示,具有富集轻稀土,亏损重稀土且具有Ce的异常。Ce的负异常显示铀元素富集的环境属于还原氛围,铀为正四价阳离子状态。而Ce的正异常显示铀元素的属于氧化环境,为正六价阳离子状态,刚好有利于铀元素的迁移。此外Pb,Mo和Ba显示和U元素呈正相关关系,这些元素有可能作为铀矿寻找和勘探的指示元素。稳定同位素可以示踪自生矿物形成的地球化学环境以及成因机制。为了找到东胜铀矿的白云石和黄铁矿这些胶结物的源区,对其进行了C、S同位素测定,结果显示δ13C的值变化在-2.2‰到-26.7‰之间,大部分都大于-10‰,显示很大的有机碳的来源。球状黄铁矿的634S变化于-3.2‰到-25.2‰,直罗组中的自形-半自形黄铁矿的634S在4.5‰到10.2‰之间,低于有机成因的634S。C和S同位素说明了细菌硫酸盐参与的还原氛围。在三叠纪延长组的泥灰岩地层中发现了高的伽马异常,我们推测这些高放射性异常可能属于地层中U和Th元素引起,本文对这些富集铀的凝灰岩也开展了主微量元素测定。主量元素显示SiO2/Al2O3比值在3.28-6.11之间,平均值是3.74,TiO2/Al2O3变化在0.037-0.201之间,平均值是0.061,指示凝灰岩源自长英质岩浆岩。Harker图解也证实Si02与Al,K呈现正相关关系。稀土元素特征显示富集轻稀土亏损重稀土的特征,并且具有Eu的负异常,指示U元素富集的还原环境。Si02和Ti02关系图解显示大部分凝灰岩样品源自岩浆岩区,说明这些凝灰岩来自火山喷出岩,根据大地构造背景分析,应该源自三叠纪的秦岭造山带火山喷发。侏罗纪地层中的富集铀元素的流体向下运动遇到还原性气体的在凝灰岩中富集成矿。据此,我们根据盆地中各种地质因素建立了鄂尔多斯盆地砂岩型铀矿富集的氧化-还原模型。模型显示,铀矿的富集是由于盆地的有机质和富集细菌的硫酸盐以及构造活动的水力梯度共同作用,把早先在地层流体中搬运的U6+还原成U4+的铀矿石。还原过程是次生的铀矿富集的最重要的过程。氧化-还原过程在铀矿成矿过程中扮演着主要作用。由于砂岩的疏松和多空隙以及胶结松散低较低的成岩作用的特点,具有特别好的渗透性,对于铀元素搬运十分有利,也造就了铀矿成矿的环境。这个铀矿成矿模型很好地揭示了鄂尔多斯盆地侏罗纪直罗组长石砂岩地层及三叠纪延长组凝灰岩组铀矿富集沉淀成矿的一般规律。