应用大地热流和地下流体氦同位素组成资料计算中国大陆地壳生热元素丰度

汪洋

应用大地热流和地下流体氦同位素组成资料计算中国大陆地壳生热元素丰度

汪洋^1,2

1.
中国地质大学地球科学与资源学院, 北京100083
2.
中国科学院广州地球化学研究所同位素年代学和地球化学重点实验室, 广东广州 510640

基金项目: 国土资源部科技发展计划“中国岩石圈三维结构”（200010101），国家自然科学基金项目(40376013, 40104003)和中国博士后科学基金资助。

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出版历程
- 刊出日期: 2006-08-24

Radioactive heat-producing element abundance in the crust of continental China estimated from terrestrial heat flow and the helium isotopic composition of underground fluids

WANG Yang^1,2

1.
School of Earth Science and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
2.
Key Laboratory of Isotope Geochronology and Geochemistry, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, Guangdong, China

摘要

摘要: 提要：根据能量守恒原理和中国大陆实测热流数据，给出中国大陆地壳生热率上限值为1.3μWm-3。根据热流值和地下流体氦同位素组成资料，估算出中国大陆地壳生热率为0.58～1.12μWm-3，中位数为0.85μWm-3，相应的铀、钍、钾丰度范围分别是0.83～1.76μg/g、3.16～6.69μg/g和1.0%～2.12%。中国陆壳铀、钍、钾元素整体丰度值明显高于太古宇地壳，反映中国陆壳成分演化程度较高。同时，中国大陆地壳成分具有明显的横向非均匀性特征：东部地壳相对西北部富集铀、钍、钾等强不相容元素，褶皱带相对克拉通地区富集铀、钍、钾元素。基于大陆地壳SiO2含量与地壳生热率之间的正相关关系推断，中国东部地壳较西部富长英质组分，褶皱带地壳成分较克拉通富长英质组分。此区域性变化特征与基于地震波速资料推断的结果相符。基于中国大陆地壳生热率变化范围以及地震波速低于全球平均值的特征，推断Rudnick和Fountain（1995）、Rudnick和Gao（2003）、Weaver和Tarney（1984）、Shaw等（1986）以及Wedepohl（1995）的全球陆壳成分模型均高估了铀、钍、钾等强不相容元素丰度。
- 大陆地壳成分 /
- 大地热流 /
- 氦同位素组成 /
- 中国大陆
Abstract: Abstract: Based on the law of conservation of energy and heat flow data in continental China, the upper limit of heat production for the crust beneath continental China is determined as 1.3μWm-3. Then, using the data of the heat flow and helium isotopic composition of underground fluids, the heat productions of various tectonic units in the crust of continental China are estimated to be in the range of 0.58-1.12μWm-3 with a median of 0.85μWm-3, and the corresponding U, Th and K abundances are in the ranges of 0.83-1.76μg/g, 3.16-6.69μg/g and 1.0%-2.12% respectively. These data indicate that the abundances of the radioactive elements U, Th and K in continental crust of China are notably higher than those in the Archean crust, suggesting that the components of continental crust of China are highly evolved. In addition, the crustal composition of continental China exhibits significant lateral heterogeneity. The crust beneath eastern China is enriched in highly incompatible elements such as U, Th and K relative to that beneath western China, and the crust beneath fold belts is enriched in U, Th and K relative to that beneath cratonic areas. It is inferred on the basis of a positive correlation between the SiO2 content and heat production of continental crust that the crust beneath eastern China and fold belts are more felsic than beneath western China and cratons. This regional variation is consistent with the results of inference from the seismic wave velocity data in China. According to the fact that the seismic wave velocity and heat production range of the crust of continental China are lower than the global average values, combined with a comparison with the global crustal composition models published by previous studies, it is deduced that the abundances of highly incompatible elements such as U, Th and K in continental crust are overestimated in the average composition models of global continent crust constructed by Rudnick and Fountain (1995), Rudnick and Gao (2003), Weaver and Tarney (1984), Shaw et al. (1986) and Wedepohl (1995).
- composition of continental crust /
- heat flow /
- helium isotopic composition /
- continental China

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1.   研究目的（Objective）

研究区地处鄂尔多斯盆地北部伊盟隆起中部的塔然高勒地区，其东侧紧邻纳岭沟铀矿，西侧为大营铀矿，区内地层整体为一向西南缓倾的单斜构造，含铀目的层为中侏罗统直罗组下段。塔然高勒铀矿的发现有望使大营和纳岭沟相连，成为世界级的铀矿田。

2.   研究方法（Methods）

依靠煤田和石油勘查钻孔资料“二次”开发的创新性思路，中国地质调查局天津地质调查中心在鄂尔多斯盆地东北缘塔然高勒地区通过收集分析研究区煤田勘查、开发钻孔资料以及区域地质、矿产、物探、化探、遥感及水文地质等资料，开展铀矿战略选区；编制研究区目的层系列图件，分析铀矿成矿地质条件，圈定找矿靶区；优选放射性异常钻孔和成矿有利地段进行钻探施工，分析放射性异常和含矿目的层的空间位置以及矿体分布、矿石质量等特征，初步评价铀资源潜力。

3.   研究结果（Results）

排查研究区煤田测井资料，发现潜在铀矿孔164个，潜在铀矿化孔65个。自然伽玛强度值较高，放射性异常钻孔形态连片、成带特征明显，规模较大。通过对优选的放射性异常钻孔和成矿有利地段进行钻探施工，共发现铀矿工业孔14个，铀矿化孔26个，矿区达到大型铀矿产地规模；铀矿体平面上总体呈北东—南西向展布，矿体平均埋深526 m，由北东向南西方向埋深逐渐增大。垂向上，铀矿体主要赋存于中侏罗统直罗组下段下亚段的灰色砂体中，矿体形态为板状。矿石岩性为中粗粒砂岩，碎屑物胶结类型以接触式、孔隙式胶结为主，铀的存在形式以吸附态为主，含铀矿物主要为铀石。

研究区目前共圈定6个工业矿体，矿体厚度变化范围为1.30~7.50 m，平均值为4.33 m；矿体平均品位为0.0342%，矿体平米铀量变化范围为1.76~ 11.20 kg/m²，平均值为3.49 kg/ m²。

目前主要对研究区东部矿体进行钻探工程控制，而矿体向西南方向深部的延伸情况及其西部矿体的分布情况均未进行有效控制，矿区仍具有较大的铀矿找矿潜力。

4.   结论（Conclusions）

（1）鄂尔多斯盆地东北缘塔然高勒铀矿的发现拓展了该地区的铀矿找矿空间，扩大了鄂尔多斯盆地东北部铀资源基地规模。

（2）研究区与周边的大营、纳岭沟铀矿具有相似的优越铀矿成矿地质条件，铀源丰富、泥砂泥结构完整、辨状河道砂体发育，炭屑、有机质等找矿标志明显。通过加大该地区的铀矿调查力度，有望使该地区成为世界级铀矿田。

（3）该地区铀矿的发现是利用煤田资料“二次开发”技术思路快速寻找砂岩型铀矿的成功范例之一，该技术方法极大减少了铀矿调查周期，节省了大量勘查成本。

图 1 塔然高勒研究区钻孔剖面图(a—南北向; b—东西向）

Figure 1. Drilling profile of the Tarangaole area (a-in north-south direction; b- in east-west direction)

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5.   致谢（Acknowledgements）

感谢李建国、李效广及项目组成员的支持。