陳路路，聶逢君，嚴兆彬，殷棟法，楊冰彬，李曉東，李劍琦，劉 杰

(1.東華理工大學 核資源與環(huán)境國家重點實驗室培育基地，江西 南昌 330013;2.核工業(yè)270研究所，江西 南昌 330000;3.湖南核工業(yè)地質調查院，湖南 長沙 410000;4.甘肅省地礦局第二地質礦產勘察院，甘肅 蘭州 730020)

自20世紀50年代開始，美國等國家開始致力于砂巖型鈾礦的研究及勘探。到了80年代，由于國際鈾價低迷，鈾礦開發(fā)遭受重創(chuàng)。我國對砂巖型鈾礦的研究起始于90年代，雖然起步較晚，但由于國際鈾礦價格回暖和對國外先進勘查及開采技術的引進和發(fā)展，為中國砂巖型鈾礦的研究工作帶來了新的機遇。

中國的砂巖型鈾礦大多分布在北方的中、新生代沉積盆地里，且這些盆地多為煤-鈾沉積建造、油氣-鈾沉積建造或煤-油-鈾沉積建造。近年來，國內外學者對伊犁盆地、吐哈盆地、鄂爾多斯盆地、二連盆地、松遼盆地5個砂巖型鈾礦基地目的層的沉積體系和成礦模式做了大量的分析，并從巖石學和鈾賦存的角度提出鈾儲層的概念。鈾儲層即是砂巖型鈾礦的儲集層，焦養(yǎng)泉等(2007)認為鈾儲層是砂巖型鈾礦地質學的新概念，儲層中的孔隙不僅能提供鈾成礦流體的運移通道，還能為鈾成礦提供儲存空間［1］。由于國內對鈾儲層研究較少，且多是從宏觀角度分析其孔隙度及物性特征，或者是僅對鈾礦物賦存共生關系進行研究，沒有系統(tǒng)地對鈾礦物的賦存空間類型進行劃分和總結。因此，對于鈾儲層的儲集空間類型的研究具有重要的意義。

1 砂巖鈾儲層的空間類型劃分

鈾儲層是一個新概念。焦養(yǎng)泉等(2006)從沉積學角度對吐哈盆地和鄂爾多斯盆地的鈾儲層進了全面的闡述，認為砂巖型鈾礦的成礦作用實質上是在鈾儲層的多孔介質中完成的，并定性、定量地闡述了鈾儲層孔隙結構的復雜性和規(guī)律性［2］，認為鈾儲層孔隙類型微觀上分為4種，分別是原生粒間孔、殘余粒間孔、粒內溶孔和微裂縫。李思田等(1991)對鄂爾多斯盆地砂巖的孔隙結構及成巖作用進行了闡述，認為孔隙類型可劃分為5種類型，分別是粒間孔隙、殘留粒間孔隙、溶蝕孔隙、膠結物晶間孔隙和裂縫孔隙，其中溶蝕孔隙又包括溶孔、鑄模孔、顆粒內溶孔和膠結物內溶孔等［3］。因為中國北方盆地大多為含油氣-鈾沉積建造，研究者常根據油氣儲層進行孔隙類型劃分，將孔隙類型劃分為原生粒間孔、縮小粒間孔、溶蝕擴大粒間孔、顆粒溶孔、粘土礦物晶間微孔、膠結物溶孔、微裂縫等。楊威等、唐海發(fā)等(2006)也對油氣儲層的孔隙結構類型做了相似的劃分［4，5］。

本文綜合上述分類，并結合前人對各盆地砂巖型鈾礦中鈾礦物賦存關系的研究結果，對鈾儲層的儲集空間類型進行了新的劃分。筆者認為鈾儲層的儲集空間主要包括原生孔隙(主要是炭屑)、縮小(殘留)粒間孔隙、次生溶蝕孔隙、晶間孔隙及微裂縫，在這里把炭屑看作成可內部充填的顆粒。下面將分別詳述幾種孔隙類型特征及與鈾礦物賦存的關系。

2 原生孔隙

原生孔隙包括原生粒間孔和原生粒內孔。原生粒間孔隙通常指在成巖前期由于壓實作用和膠結作用而形成的粒間孔隙，與后期的溶蝕蝕變無關［2］，其鏡下鑄體薄片多呈三角形或多邊形。在成巖后生階段，由于復雜的地質作用，巖石的原生粒間孔隙多已損失殆盡了。原生粒內孔主要是成巖作用期的顆粒內部存在的孔隙，在這里主要是指植物炭屑。

人們對于有機質與鈾成礦關系的研究由來已久。李盛富等(2004)認為有機質還原沉淀鈾的過程是一個復雜的物理化學過程，包括對鈾的還原、吸附等作用［8］。一般認為有機質主要與SO42-反應生成重要還原劑H2S，參與鈾的沉淀過程。而吸附作用主要表現(xiàn)在有機質深埋過程中產生腐植酸，與UO22+絡合形成鈾酰有機絡合物。

松遼盆地寶龍山地區(qū)含礦砂巖B03-2和B05-1的背散射電子圖像中顯示鈾礦物產于炭屑條帶中(圖1A、1B)。在圖1A中發(fā)現(xiàn)有黃鐵礦交代炭屑，且黃鐵礦與鈾礦物賦存共生于炭屑的內部或邊緣。徐喆(2011)認為黃鐵礦還原鈾礦物，炭屑的存在為黃鐵礦的形成發(fā)揮了作用［9］。

3 縮小粒間孔隙

縮小粒間孔隙也叫殘留粒間孔隙，指原生粒間孔隙由于自生礦物(如自生高嶺石、石英、方解石)占據了孔隙的一部分空間，使孔隙縮小后剩余的孔隙空間［7］。經填隙物局部改造后，粒間孔隙形狀不規(guī)則且大小不一。一般在砂巖儲層中，縮小粒間孔隙是鈾礦物最主要的孔隙類型之一，占孔隙總數(shù)的20% ～30%，大小約在20～90μm之間變化。

在縮小粒間孔隙中的鈾礦物又有多種共生關系和賦存空間，如繞黃鐵礦緊密共生、與碳酸鹽類膠結物共生或被粘土礦物吸附在表面等。在松遼盆地南部寶龍山地區(qū)采取的姚家組含礦砂體B06-1樣品中，背散射圖像顯示在灰色細砂巖中發(fā)育大量莓狀黃鐵礦，其存在于碎屑顆粒的粒間孔隙中，鈾礦物(主要是鈾石)圍繞莓狀黃鐵礦緊密共生，呈團塊狀聚集，周圍被碳酸鹽礦物膠結(圖1C)。樣品B15-1背散射電子圖像顯示灰色細砂巖中鈾礦物(瀝青鈾礦)呈粒狀或微脈狀賦存于碎屑顆粒與鐵白云石膠結物中。

4 次生溶蝕孔隙

次生溶蝕孔隙指在酸性或堿性條件下導致不穩(wěn)定碎屑顆粒內部和粒間孔隙中的某些易溶組分被部分溶蝕后所形成的孔隙空間。這類孔隙的大小變化很大，個別長石或巖屑顆粒大部或完全被溶蝕掉成為特大孔隙，可達200μm。次生孔隙的成因是成巖后生階段在CO2及水(包括大氣滲水和反應水)或有機酸作用下因巖石組分發(fā)生溶解而形成的，中期多為溶蝕孔隙，后期多為裂縫［11，12］。

在致密低滲透砂巖儲層中溶蝕作用比較重要。劉志武等(2008)認為若伴有次生孔隙、儲集物性其滲透率可得到極大改觀。溶蝕作用不僅能在儲層中產生空隙，還能溝通相鄰的孔隙，它是含鈾流體主要的運移通道和存儲空間［4］。

根據次生溶蝕孔隙的成因及對北方各盆地目的層的鈾礦物賦存共生關系的研究，認為次生溶蝕孔隙又可分為粒間溶孔、顆粒(長石、巖屑等)內溶孔、膠結物內溶孔等。

一般認為次生溶蝕粒間孔隙是在縮小粒間孔隙和原生粒間孔隙的基礎上溶蝕擴大空間，并溝通附近孔隙。寶龍山地區(qū)灰色含礦細砂巖B05-1和B03-3樣品的背散射電子圖像顯示，鈾礦物和黃鐵礦在孔隙中整體上呈巨脈狀賦存共生，溶蝕作用擴大并連通了附近孔隙中的鈾礦物組合，具后期熱液成因的特點(圖1E、F)。

圖1 含礦砂巖中賦存鈾的孔隙類型及特征背散射電子圖象Fig.1 The backscattered electron images showing uranium occurrence and pore types in the uranium-bearing sandstone samples

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粒內溶孔在含礦砂巖中比較常見。不穩(wěn)定組分如長石巖屑及部分石英在pH＞9.8時，會出現(xiàn)SiO2的溶解［12］。在二連盆地2081鈾礦化地區(qū)B399-101鉆井中發(fā)現(xiàn)鈾釷石與黃鐵礦共生在大粒的石英空洞中，且鈾釷石產于黃鐵礦邊緣位置(圖1G)。圖1H是二連盆地2082地區(qū)鈾礦化砂體背散射電子圖像，顯示菱鈣鈾礦產生于鉀長石或石英孔隙中［13］。寶龍山地區(qū)含礦砂巖B04-9樣品的背散射電子圖像顯示顯微粒狀的鈾石產于巖屑溶蝕孔隙中(1I)。在堿性水介質條件下，石英、長石等顆粒溶蝕或部分溶解形成小的空洞或顆粒邊緣呈鋸齒狀，且長石顆粒表面多發(fā)生高嶺土化或絹云母化等蝕變，蝕變后體積變小，留出空隙，且能生成的次生自生礦物具有一定數(shù)量晶間孔隙。而后期含鈾流體經過因外界還原因素和孔隙結構的不均一性而流速減緩，溶蝕孔隙的存在為鈾成礦提供了一種空間上的突變界面，使鈾得以在此還原富集成礦。

膠結物溶孔數(shù)量一般很少，主要為鐵質膠結物內溶孔(圖1J)和少量碳酸鹽膠結物內溶孔(圖1D)。

5 晶間孔隙

指雜基和自生粘土礦物晶粒之間的孔隙，它是孔隙系統(tǒng)中最小的孔隙，一般在背散射電子圖像中不易發(fā)現(xiàn)，但它的數(shù)量較多，且對孔隙連通的貢獻較大。一般的晶間孔隙存在于由長石或雜基蝕變成的自生粘土礦物中，由于晶形差、個體小，排列無規(guī)則，晶間孔隙發(fā)育。而由孔隙水沉淀成的自生礦物，晶形發(fā)育好，結晶粗大，所以晶間孔隙不發(fā)育［3］。

6 微裂縫

微裂縫一般數(shù)量極少、孔隙體積有限，但其能起到連通的作用。隨著埋藏深度增加，地層壓力、溫度的升高，成巖作用相應加強，巖石的脆性會更加明顯。微裂縫與儲集體往往形影相隨，如長石受擠壓沿雙晶破裂形成連通性好的裂縫孔隙，巖石因構造擠壓而產生相對明顯較大的縫隙。

張虎軍(2011)在研究伊犁盆地蒙其古爾鈾礦床含礦砂體的背散射電子像時也發(fā)現(xiàn)，瀝青鈾礦呈顯微粒狀分布于巖石裂縫中(圖1 K)［15］。寶龍山含礦樣品B04-4的背散射圖像顯示，鈾石與黃鐵礦緊密共生，并沿巖石裂隙呈脈分布(圖1L)。邢秀娟等(2006)在研究鄂爾多斯盆地店頭地區(qū)鈾礦物賦存關系時發(fā)現(xiàn)黑云母解理縫中存在鈾礦化現(xiàn)象［16］。

7 結論與認識

通過對松遼盆地、二連盆地等沉積盆地中含礦砂巖的背散射電子圖像的孔隙類型特征分析，并結合前人對砂巖鈾儲層孔隙結構的研究，筆者得出以下結論及認識:

(1)中國北方砂巖型鈾礦床鈾的儲集空間類型主要為原生孔(炭屑)、縮小粒間孔、次生溶蝕孔、晶間孔隙、微裂縫。

(2)縮小粒間孔和溶蝕孔是鈾礦物主要的賦存空間，有機質含量較高的巖石常發(fā)育原生孔。晶間孔、微裂縫及溶蝕孔隙在連通附近孔隙中貢獻較大。

(3)成巖作用和成巖后期蝕變改變鈾儲層的孔隙結構和類型，對鈾礦物的賦存空間影響較大，有利于鈾的還原沉淀。

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