劉正義，劉武生，賈立城，史清平，彭 聰，陳 華

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029）

二連盆地馬尼特坳陷地處中朝板塊與西伯利亞板塊的縫合線上［1］，其南、北分別為蘇尼特和巴音寶力格隆起，屬晚古生代天山—興安嶺碰撞帶—中亞造山帶東延部分（318～260 Ma）。該區(qū)經(jīng)歷了前中元古代（1800 Ma前）巴彥淖爾北和托托尚—錫林浩特陸塊群，晚古生代天山—興安嶺碰撞帶和強(qiáng)變形區(qū)，燕山晚期興安嶺構(gòu)造巖漿帶，到盆嶺構(gòu)造發(fā)育的陸殼區(qū)（135～56 Ma）以及始新世—漸新世陸相沉積區(qū)和陸地（56～23 Ma），中新世—更新世火山巖區(qū)和陸地（23～0.78 Ma）階段。該地區(qū)鄰近西部大陸巖石圈與東部陸殼洋幔型巖石圈的分界線，是在興—蒙海西期多旋回、軟碰撞褶皺基底上晚古生代發(fā)展的裂谷盆地。到晚白堊世，隨著太平洋板塊俯沖帶的影響，該地區(qū)地殼隆升，盆地大部分停積，僅在鹽池等洼地沉積。晚白堊世晚期沉積的二連組，其上段為砂泥巖，下段為玄武巖、凝灰角礫巖，厚度30～400 m，屬河流-濱淺湖相沉積，為主要鈾礦化層。二連組不整合于巴彥花群賽漢組（K1bs）之上，賽漢組亦為主要含礦層。二連期為盆地萎縮階段，盆山高差較小，氣候干旱，沉積范圍局限。其上覆經(jīng)一段停積后，沉積古新統(tǒng)的腦木根組（局部礦床）。

隨著賦存于沉積盆地泥巖-泥砂巖中低品位鈾資源研究的開展，非常需要豐富對鈾成礦的識別評價技術(shù)和預(yù)測能力，前一階段二連中東部已經(jīng)取得一定進(jìn)展和突破。根據(jù)馬尼特坳陷西部勘查中對含礦地層所取標(biāo)本樣品鑒定及各項(xiàng)分析數(shù)據(jù)結(jié)果，初步對馬尼特坳陷鈾成礦環(huán)境提出幾方面的識別評價并對鈾成礦特征加以討論。

圖1 含礦巖石具明顯的褐鐵礦-赤鐵礦化特征Fig.1 Ore-bearing rock with the distinct limonitization and hematization

1 成礦環(huán)境識別評價

1.1 褐鐵礦-赤鐵礦化（紅化）是酸性水從還原環(huán)境運(yùn)移到氧化環(huán)境的產(chǎn)物，是鈾成礦識別的重要先導(dǎo)

紅化過程的反應(yīng)方程為：2Fe2＋＋1/2O2（g）＋5H2O＝2Fe（OH）3（s）＋4H＋，根據(jù)相關(guān)計算得 到 △G0298＝-33262.8 kJ/mol；△H0298＝-43597.28 kJ/mol，△S0298＝-84.01 J/K·mol［2］的反應(yīng)自由能等數(shù)據(jù)表明褐鐵礦化為典型低溫氧化產(chǎn)物，是可靠的低溫蝕變標(biāo)志。褐鐵礦易自發(fā)（如蒸發(fā)）脫水成為赤鐵礦產(chǎn)生紅化，同時溶液中鈾以（UO2）2＋遷移、沉淀，呈現(xiàn)與鈾伴生現(xiàn)象。野外巖心取樣與顯微鏡觀察，該地區(qū)礦化巖石出現(xiàn)大大小小褐（赤）鐵礦斑點(diǎn)以及掃描電鏡分析呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)性疏松程度（圖1）等表明鈾礦化層位與地表連通。地下深處鈾礦化部位連通富氧地表至關(guān)重要，富鈾礦化皆與斷層（走向或橫向）、裂隙、 孔隙相關(guān)，產(chǎn)于富含褐（赤）鐵礦呈灰黑帶磚紅色斑點(diǎn)的含砂泥巖（圖1C）以及含比較豐富的褐（赤）鐵礦灰色帶黃、淺灰色斑點(diǎn)含砂泥巖（圖1D）中。這些樣品從圖 1A到圖 1D U4＋/U6＋比值依次為 2.80、 26.04、 1.75 和7.45，與各樣品氧化程度具有很好的一致性（表 1）。

表1 馬尼特坳陷成礦環(huán)境識別評價與預(yù)測參數(shù) （一）Table 1 Ore-forming environment identification evaluation and prognosis parameters of Manite depression（Ⅰ）

表1 （二）Table 1（Ⅱ）

續(xù)表 1（Ⅱ）

1.2 巖石富含炭質(zhì)、泥質(zhì)、黃鐵礦，與鈾礦化呈正相關(guān)

較強(qiáng)的巖石還原能力（ΔEh）表現(xiàn)為巖石富含有機(jī)炭、泥質(zhì)和黃鐵礦，并與鈾礦化呈正相關(guān)（表1）。礦石中蒙皂石占泥質(zhì)-黏土礦物總量80%以上，表明成礦溶液呈弱堿性；有機(jī)炭經(jīng)氧化表現(xiàn)為煙灰色，有機(jī)炭崩解成粉末，如圖2A；從深灰色的有機(jī)炭褪色變?yōu)闇\灰色，砂質(zhì)礫巖，結(jié)構(gòu)變得較疏松（掃描電鏡分析），如圖2B。同樣，圖 2C、2D樣品分別見有褪色痕跡呈質(zhì)地較疏松的特點(diǎn)。

1.3 巖石具“褪色”及結(jié)構(gòu)性疏松現(xiàn)象

巖石具“褪色”現(xiàn)象表明巖石遭受過包括鈾等元素的氧化和有部分組份遷移，如炭質(zhì)氧化褪色的砂巖（圖2C、D）中“活性鈾”的遷出。褪色巖石呈斑點(diǎn)狀分布在灰色巖中，且結(jié)構(gòu)疏松，也有一部分砂巖呈淺色，表明為淺水環(huán)境。褪色過程本質(zhì)是CO2和有機(jī)酸形成溶液的酸性反應(yīng)。CO2加強(qiáng)了鐵以Fe（HCO3）2形式從水云母和其他礦物中的帶出作用，進(jìn)而導(dǎo)致了這些礦物高嶺石化。褪色作用主要在重力水的參與下進(jìn)行，常常受水的最強(qiáng)烈運(yùn)動帶控制。這個帶不僅是成礦溶液的通道，還常常作為“暴露面”，控制鈾礦化分布。

1.4 巖石中“創(chuàng)面”痕跡不太發(fā)育，表明地殼上升隆起的時間間斷不長

鈾礦化不但受斷層、裂隙和孔隙的控制，亦受適度氧逸度fO2控制，而且還受巖石中的泥礫（表明巖石有“創(chuàng)面”，顯示水動力再沖刷）或多薄層泥巖角礫的控制，如煙灰色角礫狀含砂質(zhì)粉砂巖（圖2A）。實(shí)際情況看，研究區(qū)缺乏“創(chuàng)面”痕跡，表明地殼上升隆起的時間間斷不長或很短，這與本區(qū)在晚白堊世，地殼快速隆升，盆地大部分停積以及干旱氣候有關(guān)。

圖2 含礦巖石富含炭質(zhì)、泥質(zhì)和黃鐵礦，具褪色現(xiàn)象Fig.2 Ore-bearing rock enriched with carbonaceous，argillaceous rock and pyrite，with the phenomenon of decoloration

1.5 利用微量元素不同特點(diǎn)對各種巖石所處地質(zhì)微相、動力環(huán)境等進(jìn)行識別

Sr/Ba比值作為古鹽度識別的靈敏標(biāo)志，主要依據(jù)Sr在溶液中遷移能力及其硫酸鹽化合物的溶度積遠(yuǎn)大于Ba的地球化學(xué)性質(zhì)。根據(jù)Sr/Ba比值判別沉積介質(zhì)環(huán)境，一般淡水沉積相中Sr/Ba比值＞1，半咸水相為1～0.6，微咸水相為＜0.6。馬尼特坳陷2012年工作區(qū)數(shù)個鉆孔取樣分析數(shù)據(jù)表明，礦化巖石比一般圍巖“要咸一些”，Sr/Ba比值多大于0.2，為0.2～0.43，屬微咸水相標(biāo)志范圍。

利用Th/U比值方法識別沉積環(huán)境的氧化或還原狀態(tài)，主要是利用差異的釷、鈾地球化學(xué)性質(zhì)。眾所周知，Th和U在還原條件下地球化學(xué)性質(zhì)相似，但在氧化狀態(tài)下差別就特別大。因此，利用Th/U比值方法可以判別沉積環(huán)境的氧化還原態(tài)。數(shù)據(jù)整理表明，礦化巖石Th/U比值要比圍巖小1～2個數(shù)量級，明顯處于缺氧環(huán)境。

V和Ni的離子價態(tài)容易隨氧化度而變化，兩者主要被膠體質(zhì)點(diǎn)或者黏土等吸附沉淀。V在氧化環(huán)境被吸附富集，Ni則在還原環(huán)境更易 富 集 。V/（V＋Ni）比 值 為 高 比 值 （＞0.84）時反映水體分層及底層水體中出現(xiàn)H2S的厭氧環(huán)境；中等比值（0.84～0.60）時反映水體分層不強(qiáng)的厭氧環(huán)境；低比值（0.46～0.60）時反映水體分層弱的貧氧環(huán)境［3］。 利用 V/（V＋Ni）比值方法進(jìn)行水體分層和底層水動力環(huán)境判別表明，富礦化（鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%～1.5%）如含砂或砂質(zhì)泥巖等，為0.84～0.60中等比值范圍；一般礦化（鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.0578%～0.0117%）如細(xì)砂巖、砂質(zhì)礫巖、泥巖，亦屬于中等比值范圍，皆反映水體分層不強(qiáng)的厭氧環(huán)境；而一般礦化的中粗砂巖和礫巖樣品，V/（V＋Ni）比值均屬＞0.84高比值范圍，反映水體分層及底層水體中出現(xiàn)H2S的厭氧環(huán)境。鈾偏高的圍巖大都屬于水體分層非常弱的貧氧環(huán)境［3-6］。

用高嶺石和伊利石（K＋I(xiàn)）代表含礦溶液的酸性，用綠泥石和蒙皂石（C＋S）代表成礦溶液的堿性，兩者之比值（K＋I(xiàn)）/（C＋S）可作為判別溶液酸堿性的參考參數(shù)。數(shù)據(jù)表明，巖石絕大多數(shù)是淺灰色、灰白色和黃色等氧化巖石，要比巖石含礦溶液更加酸性，鈾礦化巖石相對偏堿性。但是高品位的鈾礦化則與此相反，往往偏酸性?？傊?，利用所含微量元素不同特點(diǎn)，對各種巖石所處地質(zhì)環(huán)境等進(jìn)行識別，是一種比較好的探索方法（表 1）。

1.6 飽和烴類特點(diǎn)所反映的成礦環(huán)境

由表2可見，鈾礦化巖石Pr/Ph值多數(shù)分布在0.861～1.250，為弱氧化條件；而圍巖中則為相對還原條件，為0.753～1.250，只個別氧化環(huán)境為3.080。各種指標(biāo)參數(shù)表明有機(jī)質(zhì)處于非成熟階段，如奇偶優(yōu)勢OEP值分布在0.092～0.587范圍，數(shù)值處于中等，表明細(xì)菌的貢獻(xiàn)更為重要；飽和烴組份以正烷烴為主，為 1717～3169 μg·kg-1，故生物降解作用不明顯，屬生物降解輕微；而圍巖OEP值分布在0.111～1.100范圍，表明大多仍為非成熟階段，僅個別處于成熟階段。有機(jī)質(zhì)熱演化程度控制輕烴的生成和分布；正烷烴分布對比表明，巖石正烷烴的分布以前峰型為主，輕烴/重?zé)N（C20-/C21＋）比值也顯示這一特征。因此，含礦層位巖性以含砂或砂質(zhì)泥巖或細(xì)碎屑為主，有機(jī)質(zhì)處于非成熟階段，生物降解輕微；正烷烴的分布以前峰型為主。礦化巖石在沉積時為一種相對明顯缺氧、微咸水相、水體分層不強(qiáng)的厭氧環(huán)境，一般礦化成礦溶液偏堿性，富礦溶液偏酸性。

表2 飽和烴分析結(jié)果得出的有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)Table 2 Organic geochemical parameters obtained by saturated hydrocarbon analysis

2 鈾成礦特征

2.1 富鈾礦化以含砂泥巖或細(xì)碎屑巖為主

瀝青鈾礦經(jīng)常于黃鐵礦邊緣沉淀，黃鐵礦呈碎屑顆粒狀進(jìn)入裂隙產(chǎn)于紅化（褐鐵礦和赤鐵礦）含砂（層）泥巖中（圖3A～G），同時在裂隙中富集多個自然硒顆粒（圖3D）。一般而言，自然硒是硒化物的風(fēng)化產(chǎn)物，來自硒鉛礦，常與褐鐵礦共生構(gòu)成氧化亞帶，偶見“自然硒”與瀝青鈾礦共生。這種瀝青鈾礦同自然硒共存現(xiàn)象，表明兩者是在酸性水中共存，因?yàn)樵谥行院蛪A性水中硒氧化物形成亞硒酸鹽和硒酸鹽。罕見的亞硒酸鹽、硒酸鹽SeO32-、HSeO3-和SeO42-僅在Eh很高的介質(zhì)中才穩(wěn)定。瀝青鈾礦不僅單獨(dú)呈粒狀顆粒存在含砂泥巖中（圖3E）；還經(jīng)常與多種單質(zhì)礦物、稀有礦物、重礦物產(chǎn)于碎屑巖和泥巖中（圖 3F、G）；瀝青鈾礦無 Th無Pb或含Ca、Si、Al、Na等雜質(zhì)，可能表明礦齡小、淺成。含雜質(zhì)較少的細(xì)?。?～3 μ）瀝青鈾礦獨(dú)立存在于灰色中粗砂巖、砂礫巖粗碎屑巖中 （沖洪積相），或粗砂巖、細(xì)砂巖、粉砂巖的雜基中（可能成巖期間生成，時代較早）。單質(zhì)礦物除自然硒外還有自然錫、自然鐵、自然銅以及其他礦物如硫鎘礦、硒鎘礦、硒鉛礦、條狀金紅石、磷釔礦、鋯石、獨(dú)居石、碎屑巖粒間的富釷獨(dú)居石、混有硒、鉛、銅的輝銀礦（Ag2S）、含銻方鉛礦等的存在，表明鈾來源于晚古生代花崗巖基底，并顯示強(qiáng)還原環(huán)境（圖3E～G）；瀝青鈾礦呈細(xì)小顆粒與黃鐵礦共產(chǎn)于石英、鉀長石、鈉長石等造巖礦物裂隙或單獨(dú)于礦物顆粒表面處（圖3H），表明底沉積時水的重力分選環(huán)境。

2.2 礦化具有一定層控性，含砂泥巖為主要礦化巖石類型，富含炭質(zhì)泥質(zhì)；后生階段熱作用是成礦關(guān)鍵

馬尼特坳陷鈾礦化類型，應(yīng)屬沖洪積辮狀河-濱湖相雙控的潛水-古河道近底沉積（主要是滯流相）熱水淋積成因類型。鈾礦化受河道近底層、滯流層和“小間斷”制約，地下水具弱分層性。炭質(zhì)、泥質(zhì)含量與鈾礦化呈正相關(guān)關(guān)系。一般巖石碳的同位素δ13Cv-PDB為-0.6‰～-5.5‰，富礦化巖石為-9.7‰～-10.5‰，低于圍巖-2.6‰～-8.8‰范圍。這可能與礦化巖石遭受熱作用干擾等因素有關(guān)（表1），反映地幔流體對礦化的貢獻(xiàn)。

2.3 堿性溶液的酸化與否是成礦的主要控制因素

該地區(qū)含礦層明顯以鈾偏高和異常層、鈾-鐳平衡中偏鈾等為其礦化特點(diǎn)。低品位鈾礦化明顯與偏堿性含鈾溶液有關(guān)；高品位鈾礦化的成礦溶液與堿性溶液的酸化有關(guān)（表 1）。

2.4 巖石蝕變?nèi)狈Α疤妓猁}化”但存在早期酸性淋濾作用

巖石膠結(jié)物缺乏碳酸鹽表明鈾以鈾酰、硫酸鈾酰及有機(jī)絡(luò)合物等形式遷移。這可能與礦化巖石早期鈾酸性淋濾有關(guān)（表1）。酸性淋濾溶蝕的產(chǎn)物主要為SiO2石英和黏土成分，巖中大量石英（表1中有的達(dá)到60%左右）出現(xiàn)可能與此（次生石英）有關(guān)。長石淋濾溶蝕作用化學(xué)反應(yīng)式為：

總之，在約60 Ma時期該區(qū)正處于古近紀(jì)初期，二連組正處在盆嶺構(gòu)造發(fā)育后期的陸殼區(qū)。沉積厚度不大的濱淺湖（非鹽湖）-河流相的二連組上段為砂泥巖；下段是玄武巖、凝灰角礫巖。由于受太平洋板塊首次向西俯沖擠壓影響較大，以濱淺湖為主的辮狀河流-沖洪積入湖處或“小間斷”（表現(xiàn)少量泥礫、泥巖角礫和褐鐵礦以部分潛水面狀氧化帶出現(xiàn)）。經(jīng)古地下水先酸性（淋濾）逐漸變?yōu)槿鯄A性，鈾不斷向深部和側(cè)向遷移，逐步構(gòu)成地下深部一種相對明顯缺氧、微咸水相、水體分層不強(qiáng)的厭氧環(huán)境，造成溶液偏堿性，形成似層狀，由異常層不斷演化成一般礦化，后因斷層、裂隙連通地表致使成礦溶液偏酸性 （瀝青鈾礦與自然硒共存產(chǎn)于含砂泥巖裂隙），鈾再沉淀富集形成更富的礦體。

2.5 鈾、釷同位素異常特征

圖3 瀝青鈾礦賦存部位特征Fig.3 Features on occurring location of pitchblende

一般沉積巖中水的234U和238U的比值≥5為明顯異常值，230Th/232Th＞20為明顯異常值［7］。富鈾礦化的含砂泥巖明顯地富集234U，鈾的氧化再沉淀過程伴隨234U和238U的分離現(xiàn)象，如表 1的 Em12-61樣品234U/238U 為 1.19±0.03，230Th/232Th為118±11。但目前較多的情況是，礦化巖石經(jīng)常出現(xiàn)234U/238U低值、230Th/232Th特高異常值的規(guī)律，如表1中樣品Em12-64、Em12-65、Em12-103和 Em12-107因鄰近氧化帶邊界，234U顯不足，234U/238U依次為 1±0.01、0.92±0.01、 0.94±0.02、 0.82±0.05；230Th/232Th依次為 187±38、131±15、 140±11、 134±12，分別為釷特高異常20的8、6、7和6倍。大部分具有230Th/232Th＞20異常者則是圍巖特點(diǎn)，而非鈾礦化。因此，利用230Th/232Th特高異常值的規(guī)律可以進(jìn)行預(yù)測、預(yù)報。究其原因，后者是由于氧化鈾的破壞伴隨234U的優(yōu)先淋濾，阻礙了鈾同位素的分離。這可解釋從該沉積物古氧化帶中帶出部分鈾，特別是地下水從巖石淋蝕的鈾，幾乎總是不同程度富集234U的原因。

3 結(jié)論

馬尼特坳陷在古近紀(jì)初期盆嶺構(gòu)造時期發(fā)育后期的陸殼區(qū)辮狀河流-沖洪積入湖處的古河谷底沉積物以及部分潛水氧化面的“小間斷”。其鈾成礦過程為經(jīng)潛水的酸性（淋濾）變?yōu)閴A性，深部明顯缺氧的微咸水相，水體分層不強(qiáng)的厭氧環(huán)境不斷演變后由堿性環(huán)境形成一般礦化，再經(jīng)氧化，使礦液變酸性形成更富礦石。鈾礦化多產(chǎn)于含砂泥巖，礦石中出現(xiàn)褐鐵礦，富含黃鐵礦。沉積間斷及褐鐵礦化部位是尋找鈾礦的主要位置，巖石遭淋濾的褪色部位，常常是現(xiàn)測鈾丟失而230Th/232Th出現(xiàn)異常部位。另外，在找礦過程中多注意鈾、鐳平衡，以免丟礦、漏礦發(fā)生。

致謝：工作中得到核工業(yè)208大隊(duì)楊建新處長、彭云彪總工程師等的大力支持和幫助。

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