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十红滩层间氧化带铀矿床中可培养微生物类群分布特征及其与成矿关系研究

冯晓异  
【摘要】: 砂岩型铀矿是当前开采成本较低的铀矿床类型,也是世界铀产品的重要来源之一。本文通过研究新疆十红滩铀矿床中可培养微生物的种类、分布及与成矿作用之间关系等方面的内容,以期为铀矿的成矿理论研究及铀矿床的勘探和开采和提供生物学方法和手段。 目的:了解砂岩型铀矿床与地球化学环境中C、N、S、Fe、O、U等物质元素循环相关的主要可培养微生物类群及其分布特征;探讨不同微生物类群与铀的成矿机制作用关系。方法:利用生物学方法对新疆十红滩铀矿床各亚带岩石中的可培养微生物进行分离和鉴定;对铀矿床中微生物的成矿及浸矿作用进行模拟实验研究,设计了矿水+菌两相成矿实验体系及水-岩-菌三相浸矿实验体系,并通过矿水-细菌组合实验体系了解微生物在成矿过程中的相互作用关系。结果:1.从十红滩铀矿床中分离出了7类细菌:即硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)、铁细菌、硫杆菌(包括氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌、脱氮硫杆菌、排硫硫杆菌)、硝化细菌、亚硝化细菌、反硝化细菌、芽孢菌。它们在铀矿床不同亚带岩石中的分布受矿层中有机碳含量、Fe~(2+)含量、Fe~(3+)含量,溶解氧含量、硫酸盐含量和铀含量等因素的控制,呈现出明显的生物地球化学分带性:从氧化带→弱氧化带→矿石带→还原带,细菌种类和数量逐渐减少。其中SRB数量分布与铀含量之间的正相关关系具有指示铀矿床地球化学分带性的作用。2.铀矿床中微生物的成矿及浸矿作用模拟实验研究结果表明,SRB一方面可利用含矿含水层中的硫酸盐,代谢产生H_2S,为铀的还原沉淀并矿化提供了强的还原地球化学环境;另一方面可通过菌体对铀的直接吸附作用,再经过一系列的生物化学作用而达到成矿的作用,但以前者作用为主。还原型铁细菌也有将U(Ⅵ)还原为U(Ⅳ)的成矿能力。硫杆菌、硝化和亚硝化细菌可通过改变环境中pH,形成有利于U(Ⅵ)浸出的酸性环境,氧化型铁细菌代谢产生Fe~(3+)对U(Ⅳ)氧化为U(Ⅵ)有益。这些细菌类群的联合作用促进了铀在矿床中的浸出-迁移-沉淀。结论:十红滩铀矿床各亚带岩石中存在的可培养微生物类群表现出了生态多样性,其种类和数量在矿床中的分布呈现出明显的生物地球化学分带性。矿床中微生物类群的生态多样性是微生物发挥成矿作用的基础,各类群之间相互作用、相互影响促进了矿床中地质元素的循环,对铀矿床的形成具有十分重要的意义。


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