油气耗散成岩成矿效应的稳定同位素示踪研究-以鄂尔多斯盆地东北部为例

鄂尔多斯盆地东北部东胜地区浅表层直罗组下部、延安组顶部发育规模巨大、形式多样的后生成岩成矿现象：如直罗组下部砂岩的绿色化、碳酸盐化、铀矿化，延安组顶部砂岩的白色化,这些现象的地质特征及形成环境彼此密切相关。初步研究表明,它们均与本区大规模油气耗散的地质作用存在着内在的成因联系，大规模油气耗散是东胜铀矿成为超大型矿床的主要因素。因此，如何有效识别后生成岩成矿是否为油气耗散作用所致,成为盆地内寻找超大型矿床,发现、扩大油气资源的一种新方法和新思路。目前的一些探索工作表明，系统地应用稳定同位素进行示踪研究，揭示油气耗散作用中碳、氢、氧、硫、硅同位素的作用特征和内在规律，将有可能确认油气耗散成岩成矿效应的识别标志、形成机制和成因特点，从而有望为盆地内发现超大型铀矿床提供重要的线索和科学依据；所得认识也将为盆地油气运移方向的判别及油气资源评价提供新的方法途径；为稳定同位素学科方向增添新的内容。

鄂尔多斯盆地北部东胜-杭锦旗地区存在系列的大型砂岩型铀矿。矿区浅表层容矿层直罗组下部发育规模巨大的后生成岩成矿现象：如直罗组下部砂岩的绿色化、碳酸盐化、铀矿化及其相关的黄铁矿化，延安组顶部砂岩的白色化。矿床地质的工作已初步表明，这些现象与本区大规模油气耗散的地质作用可能存在着内在的成因联系。因此，如何有效识别后生成岩成矿是否为油气耗散作用所致,成为盆地内寻找超大型矿床、扩大油气资源的一种新方法。本项研究针对上述现象系统地运用了碳、氢、氧、硫、硅稳定同位素示踪，以期揭示本区后生成岩成矿现象与油气耗散地质作用的联系。结果表明，①在大规模油气耗散作用下，在浅表地层易导致砂岩的绿色化、白色化、碳酸盐化（钙化木现象）、黄铁矿化、铀的富集及高岭石等相关矿床的形成。②其中铀矿化阶段流体具有低温热液作用的特征，且流体的氢氧同位素显示异常，氢同位素具有较明显的漂移现象。③与铀矿化伴生的黄铁矿化其硫同位素具有较大的负值，与沉积成岩作用形成的黄铁矿较小的负值或正值特征明显不同。与本区上古生界烃源岩有机硫同位素特征相似，说明两者的硫质具有同源性。④碳酸盐化（钙化木现象）其碳、氧同位素也具有较大的负值特征，经与本区各时代油、气、煤碳同位素对比，表明碳酸盐化形成的碳质来源与上古生界煤型天然气关系系密切。⑤铀矿化（铀石）、白色化（高岭石）硅同位素数值分布范围具有明显的一致性，且具有较高的负值，与成岩作用粘土矿物的硅同位素数值分布不同，说明铀的富集与砂岩的白色化关系密切，两者为相似温压环境下流体作用的产物。⑥油气耗散作用与上述后生成岩成矿蚀变现象时空序列特征具有较好的耦合性。在成矿时代研究中，同步开发研究了砂岩型铀矿精确定年的新方法，即初步建立了砂岩型铀矿FLA-ICP-MS 铀矿物微区原位U-Pb同位素定年新方法，并在盆地北部杭锦旗砂岩型铀矿的应用中取得了初步的效果。上述后生成岩成矿蚀变与油气耗散相互作用的地质现象及稳定同位素识别标志的认识，为确认油气耗散成岩成矿效应、为盆地内发现超大型铀矿床提供了重要的线索和科学依据；为盆地油气运移方向的判别及油气资源评价提供了新的思路和方法途径；也为稳定同位素学科方向增添了新的内容。同时，在该项研究的基础上同步开发的“副产品”，即砂岩型铀矿FLA-ICP-MS 铀矿物定年的一套技术方法，在进一步改进和完善之后，将具有广泛的应用前景和巨大的社会经济效益。