一种矿化微化石的确定方法和应用

1.本发明涉及一种确定方法，尤其涉及一种矿化微化石的确定方法和应用，属于油气地球化学技术领域。


背景技术：

2.pb、zn和fe等金属硫化物等构成的矿床以及单体au、u氧化物等构成的矿床，既可以是通过高温热液的原因形成，也可以是通过低温微生物的原因形成，而矿床的形成原因又关系到不同的成矿模式和找矿方向，因此确定矿床的成矿原因具有极为重大的意义。
3.现阶段，一般采用共生矿物流体包裹体均一化温度、氧同位素等间接的方法来确定成矿温度，从而根据成矿温度建立成矿模式。但是，采用流体包裹体的方法的前提是能够获得这些矿物中的流体包裹体，而矿床中这些矿物本身是不透明的、晶体往往很小，因此无法实现对其流体包裹体的利用。
4.除此之外，如果能够在矿床中发现微生物的化石，即矿化微化石，就能够确定其是通过低温微生物的机理形成的。现在已经报道了少量的微体细菌化石矿物结构，但是，考虑到岩石中金属矿的含量很低。比如，砂岩型铀矿床，铀元素含量很少超过1000ppm，而这1000ppm铀元素中可能只有<1
‰
铀能够形成化石。于是，我们可以估算，对全岩进行扫描电镜观察，能观察到微化石的概率大概为1
×
10
‑5。


技术实现要素：

5.本发明提供一种矿化微化石的确定方法，该方法有助于在含铀砂岩中发发现并获取铀矿中的矿化微化石，从而能够根据矿化微化石综合分析砂岩型铀矿的成矿机制和基本分布规律。
6.本发明还提供一种矿化微化石的确定方法在研究成矿机制中的应用，从而为砂岩型铀矿勘探提供重要的找矿线索和找矿方向。
7.本发明提供一种矿化微化石的确定方法，包括以下步骤：
8.对含铀砂岩进行粉碎处理，得到粉碎含铀砂岩；
9.收集所述粉碎含铀砂岩中的黄铁矿颗粒；
10.收集所述黄铁矿颗粒中的含铀黄铁矿颗粒；
11.根据所述含铀黄铁矿颗粒表面的具有细菌形貌的矿物结构，确定所述矿化微化石。
12.如上所述的矿化微化石的确定方法，其中，所述细菌形貌包括杆状、球状、哑铃状中的至少一种。
13.如上所述的矿化微化石的确定方法，其中，所述根据所述含铀黄铁矿颗粒表面的具有细菌形貌的矿物结构，确定所述矿化微化石，包括：
14.对所述含铀黄铁矿颗粒的岩石表面进行第一形貌检测，获取目标含铀黄铁矿；
15.对所述目标含铀黄铁矿进行第二形貌检测，得到所述矿化微化石；
16.其中，所述目标含铀黄铁矿的表面具有细菌形貌的矿物结构。
17.如上所述的矿化微化石的确定方法，其中，所述粉碎处理包括将所述含铀砂岩粉碎至粒径为60
‑
80目。
18.如上所述的矿化微化石的确定方法，其中，所述收集所述粉碎含铀砂岩中的黄铁矿颗粒包括：
19.对所述粉碎含铀砂岩进行水洗处理，获得重矿物；
20.利用双筒显微镜对所述重矿物进行检测分离，得到所述黄铁矿颗粒。
21.如上所述的矿化微化石的确定方法，其中，所述收集所述黄铁矿颗粒中的含铀黄铁矿颗粒包括：
22.对所述黄铁矿颗粒的表面进行喷金处理，得到喷金
‑
黄铁矿；
23.利用能谱扫描电镜对所述喷金
‑
黄铁矿颗粒进行检测，得到所述含铀黄铁矿颗粒。
24.如上所述的矿化微化石的确定方法，其中，所述含铀砂岩中的铀的含量大于1000ppm。
25.如上所述的矿化微化石的确定方法，其中，所述喷金
‑
黄铁矿中的金覆盖层的厚度为9
‑
11nm。
26.如上所述的矿化微化石的确定方法，其中，利用扫描电镜进行所述第一形貌检测和第二形貌检测。
27.本发明还提供一种上述任一项所述的矿化微化石的确定方法在研究成矿机制中的应用。
28.本发明的实施，至少具有以下优势：
29.本发明矿化微化石的确定方法，以含铀砂岩中的黄铁矿为媒介，通过对含铀砂岩中的黄铁矿进行一系列处理，能够对铀矿中的矿化微化石进行高效观察和有效收集，有利于真实地反映出砂岩中铀矿的形成机制。
30.本发明的矿化微化石的确定方法，通过对含铀砂岩中的矿化微化石进行收集，有利于还原和分析成矿时期环境中是否存在微生物，结合地球化学分析推断微生物类型，确定微生物在成矿过程中的作用。这样的成矿环境与早期缺氧且原核生物繁盛的地球环境非常类似，为科学家研究早期地球表生环境的条件、演变提供了类比物，推动了地质历史时期环境演化研究的发展。
31.本发明的矿化微化石的确定方法，能够阐明砂岩成岩过程中被微生物和有机质改造作用的机理，并提供强有力的证据，说明当时的环境特征。
32.本发明矿化微化石的确定方法，有利于实现砂岩型铀矿的成矿机制和基本分布规律的高效分析和总结，进而能够为砂岩型铀矿提供重要的找矿线索和找矿方向。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面对本发明实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
34.图1为东胜铀矿中部分zka151
‑
39灰色粗砂岩的场发射扫描电镜背散射图；
35.图2为东胜铀矿中部分zka151
‑
39灰色粗砂岩的场发射扫描电镜背散射图；
36.图3为钱家店铀矿的样号为410102的部分富矿砂岩的场发射扫描电镜背散射图；
37.图4为从图3中的含铀砂岩中获取的目标含铀黄铁矿中铀化石的场发射扫描电镜二次电子图；
38.图5为图4中的目标含铀黄铁矿中铀化石的场发射扫描电镜的能谱图；
39.图6为钱家店铀矿的样号为410102的部分富矿砂岩中获取的目标含铀黄铁矿中铀化石的场发射扫描电镜图；
40.图7为图6中的目标含铀黄铁矿中铀化石的场发射扫描电镜的能谱图；
41.图8为东胜铀矿床中部分zka147
‑
39砂岩目标含铀黄铁矿中获取的杆状铀化石的场发射扫描电镜二次电子图；
42.图9为图8中的目标含铀黄铁矿中铀化石的场发射扫描电镜的能谱图；
43.图10为东胜铀矿床部分zka147
‑
39砂岩目标含铀黄铁矿中获取的杆状铀化石的场发射扫描电镜二次电子图；
44.图11为图10中的目标含铀黄铁矿中铀化石的场发射扫描电镜的能谱图；
45.图12a为图10中一区域的透射电镜晶格边缘图像；
46.图12b为图10中另一区域的透射电镜晶格边缘图像。
具体实施方式
47.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.发明人为了能够高效的观察到含铀砂岩中的微化石，对铀矿(铀石usio4·
nh2o或沥青铀矿uo2)和其他矿物的共生组合关系进行了研究，并且惊喜的发现铀矿往往与黄铁矿具有紧密共生的关系。
49.图1为东胜铀矿中部分zka151
‑
39灰色粗砂岩的场发射扫描电镜背散射图。经过检测，该zka151
‑
39东胜铀矿灰色粗砂岩中的铀元素含量为67ppm。图1中，u所示为铀元素，py所示为黄铁矿。从图1可以看出，铀元素和黄铁矿存在紧密共生关系。
50.图2为东胜铀矿中部分zka151
‑
39灰色粗砂岩的场发射扫描电镜背散射图。经过检测，该zka151
‑
39东胜铀矿灰色粗砂岩中的铀含量为29ppm。图2中，u所示为铀元素，py所示为黄铁矿。从图2可以看出，铀元素和黄铁矿存在紧密共生关系。
51.图3为钱家店铀矿的样号为410102的部分富矿砂岩的场发射扫描电镜背散射图。经过检测，该富矿砂岩中的铀含量为3140ppm。图1中，qtz所示为石英，kfs所示为钾长石，py所示为黄铁矿，cof所示为铀石，ab所示为钠长石。从图3可以看出，铀和黄铁矿存在紧密共生关系。
52.根据图1
‑
图3可知，无论铀矿中的铀含量多少，铀与黄铁矿都存在紧密的共生关系，并且黄铁矿在砂岩中的质量百分含量往往可以达到3％
‑
5％，因此，为了更好的观察到微化石，可以以黄铁矿为媒介进而完成对铀矿中微化石的观察和收集。基于此，本发明提供了一种矿化微化石的确定方法，包括以下步骤：
53.s101：对含铀砂岩进行粉碎处理，得到粉碎含铀砂岩；
54.s102：收集所述粉碎含铀砂岩中的黄铁矿颗粒；
55.s103：收集所述黄铁矿颗粒中的含铀黄铁矿颗粒；
56.s104：根据所述含铀黄铁矿颗粒表面的具有细菌形貌的矿物结构，确定所述矿化微化石。
57.首先，需要对含铀砂岩进行粉碎处理，具体地，可以将其粉碎至60
‑
80目，例如60目，得到粉碎含铀砂岩。
58.随后，收集粉碎含铀砂岩中的黄铁矿颗粒。本发明不限定在粉碎含铀砂岩中收集黄铁矿颗粒的具体方法。在一种实施方式中，收集粉碎含铀砂岩中的黄铁矿颗粒可以包括：
59.对所述粉碎含铀砂岩进行水洗处理，获得重矿物；
60.利用双筒显微镜对所述重矿物进行检测分离，得到所述黄铁矿颗粒。
61.具体地，水洗处理是指，在常温下利用水对粉碎含铀砂岩进行清洗，这样能够按照矿物的比重大小进行分选，每一次水洗后，把浮在水面的轻矿物筛选出去，对剩下的矿物进一步水洗，反复十多次，直到不同比重的矿物能有效地分离开，从而获得沉在底部的重矿物。
62.重矿物中，除了黄铁矿之外，还包括其他类型的矿物。进一步地，利用双筒显微镜对所述中间矿物进行观察，由于黄铁矿具有特殊的矿物学特征，具体地，黄铁矿呈现金黄色，因此可以在观察的过程中注意该颜色特征，一旦确认该特殊颜色，就可以认定其为黄铁矿并将其从其他矿物中挑选处理。
63.虽然铀与黄铁矿存在紧密共生的关系，但是能够理解，由于黄铁矿在含铀砂岩中的含量大于铀在含铀砂岩中的含量，因此需要对黄铁矿颗粒进行筛选，选出表面含铀的黄铁矿颗粒，即本发明的含铀黄铁矿颗粒。
64.本发明对在黄铁矿颗粒中收集含铀黄铁矿颗粒的方式不做限定。为了能够快速且准确的在黄铁矿颗粒中收集含铀黄铁矿颗粒，可以通过下述方式完成对含铀黄铁矿颗粒的收集。
65.对所述黄铁矿颗粒的表面进行喷金处理，得到喷金
‑
黄铁矿；
66.利用能谱扫描电镜对所述喷金
‑
黄铁矿颗粒进行检测，得到所述含铀黄铁矿颗粒。
67.为了便于发现含铀黄铁矿颗粒，可以通过喷金处理使黄铁矿颗粒的表面具有金覆盖层，从而使黄铁矿颗粒具有导电性进而能够使用能谱扫描电镜实现对含铀黄铁矿颗粒的高效检测和收集。
68.首先，在黄铁矿颗粒的表面进行喷金处理，具体操作为：在黄铁矿颗粒表面喷上一层金覆盖层。其中，若金覆盖层的厚度过厚，则会影响形貌观察；若金覆盖层的厚度过薄，则无法有效实现黄铁矿颗粒的导电性。因此，可以控制黄铁矿颗粒表面的金覆盖层的厚度为8
‑
11nm，例如为10nm。
69.随后，利用能谱扫描电镜对喷金
‑
黄铁矿颗粒进行检测并根据能谱扫描的结果确定喷金
‑
黄铁矿颗粒中的含铀黄铁矿颗粒。
70.本发明所说的微化石是指微生物，如硫酸盐还原菌、硫细菌等，因此其具有特殊的生物形貌，具体地，呈现出细菌形貌。本发明所指的细菌形貌也可称为细菌形态，包括杆状、球状、哑铃状以及其中的至少一种。
71.因此，当在喷金
‑
黄铁矿颗中发现具有细菌形貌的矿物结构时，可以根据该具有细菌形貌的矿物结构确定矿化微化石。
72.本发明以黄铁矿为媒介，通过在含铀砂岩中筛选出黄铁矿而有效地找出含铀砂岩中的铀矿，进一步地，以矿物结构的形貌为线索，通过在铀矿中观察具有细菌形貌的矿物结构而确定矿物微化石。因此，本发明的矿化微化石的确定方法，能够在含铀砂岩或者铀矿中高效准确地找到铀矿砂岩中的矿化微化石，一方面，有利于真实地反映出含铀砂岩的成岩环境，另一方面也能够为砂岩型铀矿提供更有力的微生物参与铀矿形成的证据，实现砂岩型铀矿成矿机制和基本分布规律的高效分析和总结，进而能够为查找砂岩型铀矿提供重要的线索和指明找矿方向。
73.为了实现对矿化微化石的进一步检测，在一种具体的实施方式中，所述根据所述含铀黄铁矿颗粒表面的具有细菌形貌的矿物结构，确定所述矿化微化石，包括：
74.对所述含铀黄铁矿颗粒的岩石表面进行第一形貌检测，获取目标含铀黄铁矿；
75.对所述目标黄铁矿进行第二形貌检测，得到所述矿化微化石；
76.其中，所述目标含铀黄铁矿的表面具有细菌形貌的矿物结构。
77.具体地，利用扫描电镜，对含铀黄铁矿颗粒的表面进行第一形貌检测，一旦发现具有细菌形貌的矿物结构，就对该具有细菌形貌矿物结构的含铀黄铁矿进行收集，该具有细菌形貌矿物结构的含铀黄铁矿即为目标含铀黄铁矿。接着，需要将目标含铀黄铁矿从含铀黄铁矿颗粒中分离出来，该分离操作需要显微镜的协助，并且为了保证分离的准确性，尽可能需要请专业人士手工完成。随后，利用扫描电镜，对分离出来的目标含铀黄铁矿进行第二形貌检测，得到矿化微化石。能够理解的是，此处的矿化微化石中除了包括矿化微化石之外，还有铀矿以及黄铁矿。
78.需要注意的是，为了进一步提高矿化微化石的收集准确度，在进行第二形貌检测时，往往更加注意那些以群体出现的具有细菌形貌的矿物结构。原因在于，微生物是具有群居特征的，因此，目标含铀黄铁矿中会出现单个的具有细菌形貌的矿物结构的含铀黄铁矿颗粒和群体出现的具有细菌形貌的矿物结构的含铀黄铁矿颗粒，因此第二形貌检测用于观察群体出现的具有细菌形貌的矿物结构的含铀黄铁矿颗粒，即获得目标含铀黄铁矿。并且，这种群体出现的具有细菌形貌的矿物结构的含铀黄铁矿颗粒中，往往还可以找到其他细菌形貌的矿物结构。
79.图4为从图3中的含铀砂岩中获取的目标含铀黄铁矿中铀化石的场发射扫描电镜二次电子图，图5为图4中的目标含铀黄铁矿中铀化石的场发射扫描电镜的能谱图，图6为钱家店铀矿的样号为410102的部分富矿砂岩中获取的目标含铀黄铁矿中铀化石的场发射扫描电镜图，图7为图6中的目标含铀黄铁矿中铀化石的场发射扫描电镜的能谱图。图4和图6中，cof所示为铀石。从图5和图7可知，图4中含铀黄铁矿中获取的是铀矿，同样地，图6中含铀黄铁矿的获取的是铀矿。从图4和图6可知，含铀黄铁矿中确实能找到具有细菌形貌的矿物结构，即铀矿化过的微化石。
80.图8为东胜铀矿床中部分zka147
‑
39砂岩目标含铀黄铁矿中获取的杆状铀化石的场发射扫描电镜二次电子图，图9为图8中的目标含铀黄铁矿中铀化石的场发射扫描电镜的能谱图，图10为东胜铀矿床部分zka147
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39砂岩目标含铀黄铁矿中获取的杆状铀化石的场发射扫描电镜二次电子图，图11为图10中的目标含铀黄铁矿中铀化石的场发射扫描电镜的
能谱图。根据图8可知目标含铀黄铁矿含有杆状微生物化石，根据图9可知该微生物化石已发生铀矿化；根据图10可知目标含铀黄铁矿含有杆状和球状微生物化石，根据图11可知该微生物化石已发生铀矿化。
81.此外，为了快速地观察并确定矿化微化石，尽可能挑选铀的含量大于1000ppm含铀砂岩作为本发明矿化微化石的确定方法的原料。
82.为了进一步验证本发明的客观性和准确性，本发明还对按照上述方法获得的矿化微化石进行了验证。具体地，对目标含铀黄铁矿进行制片处理，然后在高分辨透射电镜下对矿化微化石进行观察、并检测下述参数进行。检测参数包括：晶体的晶格距离、晶体的大小、晶体构造是否为纳米晶体、晶体中的元素组成等。其中，晶体的晶格距离、晶体结构用于判别晶体的矿物组成(即铀石或沥青铀矿)；而晶体大小是否由纳米晶体构成，则是用于判别是否是生物化石。我们利用h
‑
9000nar型300千伏高分辨率透射电镜仪器，对利用本发明的方法获得的目标含铀黄铁矿进行能谱测试，找准其中微化石矿物结构，测量微化石的晶格距离、晶体大小。
83.图12a为图10中一区域的透射电镜晶格边缘图像，图12b为图10中另一区域的透射电镜晶格边缘图像。图12a和12b的左下角为d
‑
空间晶格距离，大小为3.44
‑
3.48nm，图12b左上角为傅里叶变换图像。如图12a和12b所示，发现晶体大小主要由4nm到80nm的晶体组成，以5
‑
25nm为主，即由纳米晶体构成，晶体距离为和非常接近铀石的晶间距(和)，证实了微化石纳米晶体为铀石的四方双锥结构，因此能够确定该目标微化石的矿物成分为铀石晶体。
84.进一步地，我们进行了透射电镜能谱分析，发现微化石结构中除si、u元素外，还含有k、c和p等生命元素。结合上述其他证据，我们认为这些生命元素应该是微生物残留下来，进一步证实是微化石。因此上述检测步骤能够验证本发明实现了对铀矿中微化石的查找和筛选，因此本发明查找矿化微化石的方法具有客观性和准确性。
85.本发明的矿化微化石的确定方法，有利于还原和分析成矿时期环境中是否存在微生物，结合地球化学分析推断微生物类型，确定微生物在成矿过程中的作用。这样的成矿环境与早期缺氧且原核生物繁盛的地球环境非常类似，为科学家研究早期地球表生环境的条件、演变提供了类比物，推动了地质历史时期环境演化研究的发展。
86.需要注意的是，目前只能根据微体化石的形貌对微生物的类型进行初步鉴定，并根据地球化学测试结果所推测的成矿过程中可能出现的微生物类型进行讨论，而对微生物的确切种属的判断还是需要其他信息和手段的进一步协助。
87.本发明还提供一种上述矿化微化石的确定方法的应用，具体地，利用该方法在研究成矿机制中的应用，有利于实现砂岩型铀矿在构造方面的成矿机制和基本规律的高效分析和总结，进而能够为砂岩型铀矿提供重要的找矿线索和找矿方向。
88.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。