罗晶晶;李艳青;庞康;张婉莹;孙斌;程相虎;郑欣;郝欣
【摘 要】鄂尔多斯盆地东北部砂岩型铀矿是我国典型的古层间氧化带铀矿床,目前已发现的大营铀矿主要位于中侏罗统直罗组下段上亚段,受层间氧化带和氧化带前锋线控制.笔者通过对大营砂岩型铀矿沉积特征、矿化特征以及层间氧化带发育特征进行分析,结果表明成矿过程中各种主要化学成分及地化指标的变化主要受成岩作用、水-岩作用和油气二次还原作用等的影响.大营砂岩型铀矿主要受沉积建造和古层间氧化带的控制,铀矿化主要位于辫状河道中-厚层砂体夹持的、相对薄的砂体中,以及曲流河道的边缘.绿蚀变与正常灰砂岩的接触线区域,也是砂岩型铀矿的主要富集地带.
【期刊名称】《铀矿地质》
【年(卷),期】2018(034)005
【总页数】8页(P280-287)
【关键词】鄂尔多斯盆地;砂岩型铀矿;直罗组;古层间氧化带;地球化学特征
秦皇岛教育学院
【作 者】罗晶晶;李艳青;庞康;张婉莹;孙斌;程相虎;郑欣;郝欣
【作者单位】西北大学地质学系,大陆动力学国家重点实验室,陕西西安710069;西北大学地质学系,大陆动力学国家重点实验室,陕西西安710069;西北大学地质学系,大陆动力学国家重点实验室,陕西西安710069;西北大学地质学系,大陆动力学国家重点实验室,陕西西安710069;西北大学地质学系,大陆动力学国家重点实验室,陕西西安710069;西北大学地质学系,大陆动力学国家重点实验室,陕西西安710069;西北大学地质学系,大陆动力学国家重点实验室,陕西西安710069;西北大学地质学系,大陆动力学国家重点实验室,陕西西安710069
【正文语种】中 文
【中图分类】P612
鄂尔多斯盆地蕴藏有丰富的矿产资源，盆地东北部东胜地区发育古层间氧化带砂岩型铀矿床［1-2］。多数学者在此作了大量研究，对矿床的地质背景及地球化学特征作了分析和探讨，认为该地区的砂岩型铀矿主要受氧化还原过渡带控制［3-8］；随后开展了沉积体系、岩石学特征、铀成矿特征、成矿机理及控矿因素等一系列研究，取得了较多的成果［9-16
］。但是，目前对大营铀矿的地化特征研究还相对薄弱，积累的资料不多。因此，笔者试图通过对该铀矿的成矿特征及古层间氧化带发育特征进行系统分析，探讨其古层间氧化带地球化学特征与铀矿化的关系，为区内砂岩型铀矿的进一步勘探提供更多依据。
1 地质概况
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大营铀矿矿区出露地层有下侏罗统延安组、中侏罗统直罗组和组 （图1）。在直罗组沉积时期受到燕山运动的影响，盆地北部总体呈现出北西高南东低的古地形［13］；与此同时，盆地开始整体上隆，伊陕单斜构造发生适度的掀斜作用。这些变化均代表了有利于铀矿化的构造活化、层间氧化作用的开始，并且这一构造格局也决定了中侏罗世晚期地下水的径流方向基本上与直罗组辫状河道砂体的发育方向保持一致，形成了沿河道砂体畅通完整、力度较强的古地下水 “补-径-排”水动力条件，有利于层间氧化带砂岩型铀矿的形成。
图1 大营砂岩型铀矿直罗组综合地层柱状图Fig.1 Comprehensive stratigraphic column in Zhiluo formation of Daying sandstone-type uranium deposit
2 铀成矿特征
2.1 赋矿地层沉积特征
图2 大营砂岩型铀矿直罗组下段上亚段砂体展布及厚度/m等值线图 （据张康，2015修改）Fig.2 Map of sand body distribution and its thickness contour in the upper subpart of lower member of Zhiluo formation in Daying uranium deposit
大营铀矿主要赋存于直罗组下段上亚段，从其砂体展布及厚度变化 （图2）可以看出，从北西至南东方向砂体呈现出由厚变薄的趋势，北东部地层已被剥蚀殆尽。矿区西部的砂体厚度较大，说明该处在沉积早期地势较低；而中部塔拉沟-新胜地区的砂体厚度较小，说明沉积时地势相对较高，构成了古隆起构造。该古隆起的西侧小斜坡便是大营铀矿的主要赋矿区。也就是说，该次级鼻状古隆起的附近及其两翼是大营铀矿的主要富集区。大营砂岩型铀矿的形成，主要受控于辫状河-辫状河三角洲亚相 、曲流河-曲流河三角洲亚相的发育。该沉积微相易发育 “泥-砂-泥”的典型地层结构，为铀矿的赋存提供了合适的地球化学还原障。
2.2 铀矿化特征
扫描电镜下观察发现，大营铀矿含矿砂岩中的铀矿物以铀石为主，含少量钛铀矿及沥青铀矿。铀矿物及其他碎屑颗粒和填隙物被大量绿泥石所围绕 （图3）。这些绿泥石的存在，是造成含矿砂岩呈灰绿的主要原因。
图3 大营铀矿含矿砂岩电子探针背散射图（钻孔 ZKD208-23）Fig.3 The electron probe back scattering images of ore hosting sandstone in Daying uranium deposit
与铀矿物共生的主要有黄铁矿、钛铁氧化物、方解石、石英、钾长石等；与铀矿化有关的后生蚀变有碳酸盐化、绿泥石化、黄铁矿化、高岭石化，以及有机质的氧化等。
3 古层间氧化带发育特征
3.1 层间氧化带的空间分带
路径依赖理论>平行空间论
从平面上看，大营铀矿的整个主矿体呈弧形或卷状分布，与层间氧化带的空间分布极为相似，但又不同于一般的典型层间氧化带；从垂向上看，由于受潜水氧化带的影响，矿体往往呈板状。古层间氧化带矿化砂岩以舌状体形态插入到原生灰砂岩中，大部分铀矿体产于灰绿砂岩与还原带灰砂岩的接 触 部 位 ， 即 在 氧 化 带 前 锋 线 富 集 成 矿 ［4，
12］。前人通过对东胜铀矿床的赋矿砂岩进行研究，认为灰绿砂岩在成岩以后经历了早期的氧化作用与后期油气等有机质的二次还原作用 ［9，17-21］， 主要呈现出 （古） 层间氧化带的岩石特征。因此可以认为，大营铀矿床应属于 （古）层间氧化带砂岩型铀矿床。
3.2 岩石主要化学成分分析
对大营铀矿床直罗组下段进行岩心采样分析，样品分别采自氧化带的古氧化残留砂岩、二次还原砂岩和过渡带的矿化砂岩，以及还原带的灰砂岩。
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样品的主要化学成分测试分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。从测试结果 （表1、2）来看，不同蚀变程度的砂岩与原生砂岩相比，其主要化学成分含量变化比较明显，反映在铀成矿过程中经历了不同的地球化学变化。具体如下：
SiO2：与原生砂岩相比，古氧化残留砂岩中减少了9.66%。这主要是由于在含氧水的迁移过程中，水-岩作用产生的黏土膜增加了SiO2的溶解度，造成砂岩中SiO2的迁出；在弱二次还原中SiO2含量增加了0.34%，主要是随着含氧水的不断向前迁移，在接近矿化带的灰
绿粗砂岩中以胶结物的形式沉淀下来［22］；矿化砂岩的SiO2减少1.26%，主要是与本区的铀矿物以铀石为主有关，形成了铀的硅酸盐。
Al2O3：蚀变岩石与原生岩石相比整体表现为带出特征。在灰矿化砂岩中减少了2.36%，这与SiO2含量的变化具有相同的特点；二次还原的灰绿砂岩中减少量有所增加，可能是氧化带前锋线附近呈酸性、导致长石黏土化更为强烈所致。
TFe2O3：与原生岩石相比，整体表现为带入特征。古氧化砂岩带入最为明显，增加了2.15%；矿化砂岩在酸性还原环境中形成，在这个过程中有Fe2＋的强烈流失，增加量为0.24%。
CaO和MgO：与原生砂岩相比，氧化砂岩中CaO含量增加5.98%。结合野外岩心采样，棕红的氧化砂岩均较致密，滴酸起泡，说明其为致密钙质胶结，故而CaO含量明显偏高。在矿化砂岩中CaO再次富集 （增量2.08%），这主要是由于氧化砂岩在二次还原中有CaO淋失，并随着地下水迁移至矿化砂岩中富集。MgO在矿化砂岩中表现为微弱的带出特征 （减少0.28%）；在灰绿砂岩中则含量较高，主要是后期油气的二次还原使绿泥石含量增加所致。
K2O和Na2O：在矿化砂岩中K2O和Na2O均表现为带出特征，分别减少0.19%和0.37%。主要是由于岩石在层间氧化作用过程中遭受了水解、溶蚀，长石类矿物发生黏土化并引起碱金属离子的流失，造成K2O和Na2O的减量［23］。
TiO2、MnO、P2O5含量在各类岩石中变化不大，属于相对稳定的化学成分。
3.3 相关的地球化学指标
对研究区氧化带、还原带、过渡带样品中的有机碳、 总硫（∑S）、 Fe3＋/Fe2＋、TFe、Th/U等相关的地球化学指标进行测试分析，从结果 （表3）可以看出：
有机碳：氧化带含量较低，为0.08×10-2；还原带和过渡带含量相对较高，分别为0.81×10-2和0.90×10-2。说明氧化带的原生还原性物质已基本不存在，而铀矿化与固体有机质的关系密切。
总硫 （∑S）：主要反映了黄铁矿的含量，以及砂岩遭受氧化还原作用的强弱。在氧化带中∑S含量最低，为0.015×10-2；过渡带和还原带中∑S含量较高，分别为3.58×10-2和0.10×10-2。研究资料表明，这种发育典型层间氧化带的砂岩中，黄铁矿与铀矿化有着密切
的关系，在过渡带砂岩中黄铁矿含量最高，氧化带砂岩中含量最低［24］。钻孔岩心中可以普遍看到，在氧化带绿砂岩中残留有红、黄的团块，证明在 “绿蚀变”之前遭受了比较完全的氧化蚀变。
Th/U值：在氧化带中最高，其次为还原带，而过渡带中最低。这反映了氧化蚀变过程中U的带出迁移，并为过渡带富集成矿提供了部分铀源。
Fe3＋/Fe2＋值：在氧化带最高，其次为过渡带，而还原带中比值最低。其反映了一种相对混杂的地化环境，说明经过后生氧化，从过渡带到还原带大部分Fe3＋转化为Fe2＋，环境由氧化性转变为较强的还原性。这与铀成矿所需的环境条件相吻合。
通过上述主要化学成分及相关地球化学特征分析，笔者认为，随着含氧地下水的不断渗入和铁、镁离子的带入，伴随水-岩作用产生的黏土膜增加了SiO2、Al2O3的溶解度，使氧化带发生SiO2、Al2O3迁移；由于氧化带前锋线附近环境呈酸性，长石的黏土化更为强烈，使SiO2以胶结物形式发生沉淀。赋存于长石等矿物中的CaO则随着水解、溶蚀等作用的发
生，从氧化砂岩经过二次还原砂岩淋滤出来，迁移到矿化砂岩中发生重结晶作用，造成矿化砂岩中CaO含量的增加。研究区铀矿物以铀石为主，这种铀硅酸盐矿物的形成造成了SiO2的重新分配。氧化带、过渡带、还原带的Fe2O3/FeO值依次降低，表明了环境的过渡性转变与铀成矿相符合。成矿后期由于油气的逸散运移，对砂岩进行了二次还原作用，使得Fe3＋还原为Fe2＋，同时促使长石等硅酸盐矿物黏土化强烈，使含铀砂岩呈现为灰绿。
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