單廣寧，秦明寬，劉武生

（1.中國國核海外鈾業(yè)有限公司，北京 100013；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團核工業(yè)鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029）

二連盆地中部古河道型鈾成礦環(huán)境地球化學參數(shù)特征及應(yīng)用

單廣寧1，秦明寬2，劉武生2

（1.中國國核海外鈾業(yè)有限公司，北京 100013；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團核工業(yè)鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029）

二連盆地中部古河道型鈾礦床賦存于賽漢組上段古河道砂體中，屬潛水-層間氧化成因?；诘湫凸藕拥佬外櫟V床中環(huán)境地球化學參數(shù)分析認為，還原容量、氧化還原能力、黏土含量與鈾成礦作用關(guān)系密切，自氧化帶到氧化還原過渡帶到原生帶呈現(xiàn)由低－高－略低規(guī)律變化；酸堿度變化由氧化帶到原生帶呈現(xiàn)堿－中性（弱酸）－弱堿分帶性。通過二連盆地中部各地段環(huán)境地球化學參數(shù)對比分析，預(yù)測了7片有利和5片較有利古河道型鈾成礦的區(qū)段。

二連盆地；古河道型鈾礦；成礦環(huán)境；地球化學參數(shù)；成礦預(yù)測

砂巖型鈾礦環(huán)境地球化學參數(shù)主要指含礦砂體中標志成礦環(huán)境的特征參數(shù)，包括還原容量、氧化還原能力、酸堿度、黏土含量等。隨著砂巖型鈾成礦理論的日趨完善，認為鈾成礦參數(shù)中的還原容量和氧化還原能力在鈾元素的遷移和富集過程中起著重要的作用。因而，砂巖型鈾礦床有機地球化學研究長期以來受到礦床學家和有機地球化學家的廣泛重視，在建立的砂巖型鈾礦成因模式時認為，有機質(zhì)含量和氧化還原能力均起到關(guān)鍵的作用［1-4］。筆者在大量實驗分析的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)了研究區(qū)典型古河道型鈾礦床—巴彥烏拉、賽漢高畢鈾礦床的鈾成礦環(huán)境地球化學參數(shù)特征，探討了鈾成礦環(huán)境地球化學參數(shù)在礦床形成過程中的作用，以期對二連盆地古河道型鈾礦床的成因研究和擴大找礦有所裨益。

1 典型鈾礦床成礦地質(zhì)特征

二連盆地古河道主要發(fā)育于下白堊統(tǒng)賽漢組上段河流相砂體中，下伏賽漢組下段炭質(zhì)泥巖，上覆始新統(tǒng)紅色泥巖，屬建造間型古河道。目前，在二連盆地中部賽漢組上段古河道內(nèi)已發(fā)現(xiàn)了巴彥烏拉中大型鈾礦床、賽漢高畢中小型鈾礦床。鈾成礦是以賽漢晚期古河道為成礦場所，通過側(cè)向（谷坡）或順向（河道走向）的含氧含鈾水的補給，與容礦砂巖發(fā)生水-巖作用，順層發(fā)育潛水-層間氧化作用，尖滅于河道中心，形成復(fù)雜卷狀層間氧化帶型鈾礦體（圖1）。

圖1 巴彥烏拉B345勘探線地質(zhì)剖面圖（據(jù)劉武生等，2015）Fig.1Geological section of Exploration line B345 in Bayanwula area（After LIU Wusheng，et al.，2015）

二連盆地古河道型鈾的遷移、沉淀主要受氧化還原過渡帶控制。在氧化條件下，砂巖中的鈾及其微量元素（Se、Mo、Re、Zn、Pb、Cu、Ni、Co、Sc、V和REE等）由于含氧水的作用被淋濾浸出，與來自蝕源區(qū)的含鈾含氧水一起運移；鈾在地下水中主要以UO2（CO3）22-和UO2（CO3）34-碳酸鈾酰離子形式遷移；伴生元素以簡單陽離子、氫氧化物或其他絡(luò)合物形式搬運。在氧化還原過渡帶中的鈾是“滾動”的，早期沉淀的鈾發(fā)生溶解，并隨地下水向前運移，在地球化學障內(nèi)沉淀。地球化學障是一個pH值、Eh值、有機質(zhì)含量、黏土含量等都發(fā)生急劇變化的地球化學障，該區(qū)域的硫酸鹽在有機質(zhì)的作用下生成硫化氫，形成強烈的還原環(huán)境，不僅使圍巖中的氧化鐵還原生成黃鐵礦，同時也使水溶液中的六價鈾還原沉淀。4UO22＋＋H2S＋10OH-→4UO2↓＋SO42-＋6H2O。在原生帶中，地下水為含Cl-、HCO3-和SO42-的還原性地下水，對巖石中的鈾沒有淋濾能力，攜帶的鈾等元素也早在地球化學障內(nèi)卸載，因此不發(fā)生后生氧化蝕變，也沒有鈾的帶入與帶出［5］。

二連盆地中部古河道型鈾礦石類型主要為長石砂巖，砂巖為不等粒狀結(jié)構(gòu)的暗灰色含礫中細砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，碎屑顆粒圓度多為棱角狀、次棱角狀，分選差，巖石中有平行層紋分布的、不連續(xù)的炭化植物碎屑。鈾礦存在形式有3種：吸附狀態(tài)、鈾礦物和含鈾礦物。其中，以吸附狀態(tài)鈾為主（＞90%），鈾的吸附劑主要為雜基（黏土礦物），次為有機碳（炭屑）；鈾礦物見有瀝青鈾礦、鈾黑、鈾石和鈾釷礦等；含鈾礦物見有含鈾鈦鐵礦、含鈾銳鈦礦和含鈾稀土礦物等。

從鈾礦床特征可以看出，二連盆地古河道型鈾礦床是潛水-層間氧化型鈾礦床，受賽漢組上段古河道砂體有機質(zhì)、黏土含量等影響，主要形成以吸附態(tài)為主的鈾礦化。

2 樣品采集與分析

本次研究采集的樣品以典型古河道型鈾礦床—巴彥烏拉、賽漢高畢鈾礦床的賽漢組上段砂巖為主，結(jié)合二連盆地各主要區(qū)段，按氧化帶不同的地球化學環(huán)境分別進行采樣。樣品覆蓋2個典型古河道礦區(qū)，14片主要成礦區(qū)段；其中，氧化帶樣品312件，氧化還原過渡帶樣品134件，原生帶樣品178件。樣品全部由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究所分析。其中，用氣相色譜法測定有機碳質(zhì)量分數(shù)，用ICP-MS法測定全硫質(zhì)量分數(shù)，用X射線熒光光譜法測定Fe2O3、用化學滴定法測定FeO質(zhì)量分數(shù)，用玻璃電極法測定pH值、用復(fù)合鉑電極法測定ΔEh值，用氣相色譜法測定酸解烴，用X射線衍射分析方法分析黏土含量。

3 鈾成礦環(huán)境地球化學參數(shù)特征及應(yīng)用

3.1 典型鈾礦床環(huán)境地球化學參數(shù)特征

通過巴彥烏拉、賽漢高畢典型古河道型鈾礦床環(huán)境地球化學參數(shù)分析，從氧化帶到氧化還原過渡帶到原生帶，古河道砂體中的還原容量、氧化還原能力、黏土含量呈現(xiàn)由低－高－略低規(guī)律變化，以氧化還原過渡帶最高；砂體中的酸堿度呈現(xiàn)氧化帶為弱堿性，氧化還原過渡帶呈現(xiàn)中性-弱酸性，原生帶回返弱堿性規(guī)律變化（表1）。

表1 二連盆地典型古河道型鈾礦床環(huán)境地球化學參數(shù)特征表Table 1Environment geochemical parameters of typical Paleo-valley uranium mineralization in Erlian Basin

3.1.1還原容量

還原容量是指沉積物中分散具備還原能力物質(zhì)的富集程度，是衡量氧化還原過渡帶地球化學障差異性的主要成礦環(huán)境參數(shù)之一［5-6］。常用的評價指標為有機碳、總烴和生烴總量等。

3.1.1.1 有機碳含量

鈾在有機物質(zhì)中富集的機理相當復(fù)雜，據(jù)研究，促使鈾在其中富集的主要因素是還原作用、吸附作用和形成有機化合物的化學反應(yīng)［7-9］。

二連盆地已知古河道型砂巖鈾礦（主要為巴彥烏拉、賽漢高畢鈾礦床）有機碳含量在氧化還原過渡帶最大，達1.21%～1.78%；氧化帶有機碳含量最小，僅為0.09%～0.10%；原生帶有機碳含量較穩(wěn)定，為0.36%～0.38%。表明氧化帶內(nèi)有機質(zhì)大部被“燃燒”完，氧化還原過渡帶由于巖性、砂體的非均質(zhì)性、沉積微相的變化，富集豐富的有機質(zhì)，有利于層間氧化成礦作用。

3.1.1.2 酸解烴含量

油氣參與鈾成礦作用主要體現(xiàn)在砂體中酸解烴含量變化上。研究表明，油氣對地浸砂巖型鈾礦有吸附作用、還原作用和保礦作用。

二連盆地中部賽漢組上段古河道型鈾礦化與油氣存在一定的關(guān)聯(lián)。其中，巴彥烏拉礦床古河道砂體內(nèi)酸解烴含量較高，且在氧化帶、氧化還原過渡帶和原生帶內(nèi)不具分帶性，即酸解烴含量變化不大。甲烷378～420 μL·kg-1，重烴95～102 μL·kg-1，說明油氣未參與鈾成礦作用，但由于氧化帶酸解烴含量高，能夠阻止含氧水向下滲入，起到保礦作用。賽漢高畢礦床古河道砂體內(nèi)酸解烴含量較高，且在氧化帶、氧化還原過渡帶和原生帶內(nèi)具分帶性，即氧化帶甲烷為136 μL·kg-1，重烴31 μL·kg-1；氧化還原過渡帶甲烷380 μL·kg-1，重烴77 μL·kg-1；原生帶介于兩者之間，甲烷170 μL·kg-1，重烴39 μL·kg-1，表明油氣作為還原容量參與鈾成礦作用。其反應(yīng)方程式如下：

3.1.2 氧化還原能力

表征巖石氧化還原能力的參數(shù)主要有氧化還原電位（ΔEh）和巖石內(nèi)鐵氧化物的含量和比值［5-6］。

3.1.2.1 氧化還原電位（ΔEh）

氧化還原電位（ΔEh）能較好地反映巖石的氧化還原能力，ΔEh值越高，表明巖石的氧化還原能力越強。

二連盆地已知古河道型砂巖鈾礦（主要為巴彥烏拉、賽漢高畢鈾礦床）氧化還原電位（ΔEh）在氧化帶為55～65 mV，氧化還原過渡帶ΔEh值為138～147 mV，原生帶ΔEh值為60～104 mV。說明氧化還原能力強，有利于古河道型鈾成礦。

3.1.2.2 鐵氧化物

在砂巖型鈾礦研究中可用鐵氧化物含量作為地球化學環(huán)境的標志［7-9］。二連盆地中部巴彥烏拉、賽漢高畢古河道型鈾礦氧化帶內(nèi)FeO含量為0.35%～0.67%、Fe2O3含量為1.14%～1.61%、Fe2＋/Fe3＋為0.31～0.42，說明氧化程度高，二價鐵大都被氧化為三價鐵；氧化還原過渡帶內(nèi)FeO含量為0.49%～0.92%、Fe2O3含量為0.50%～0.86%，F(xiàn)e2＋/Fe3＋為0.98～1.07，說明氧化程度降低，還原能力增高；原生帶FeO含量為0.58%～1.08%、Fe2O3含量為1.00%～1.43%，F(xiàn)e2＋/Fe3＋為0.58～0.72，說明還原能力增高。

3.1.3 酸堿度（pH）

典型的氧化帶型砂巖鈾礦一般具有堿-中性（或弱酸）-堿的水平分帶性，二連盆地中部亦具有此特征。從巴彥烏拉、賽漢高畢已知古河道型鈾礦床看，氧化帶一般具有弱堿性特征，pH值為8.98～9.8；氧化還原過渡帶一般具中性，pH值為7.59～7.29；原生帶呈弱堿性，pH值為8.0～9.4。產(chǎn)生該特征的主要原因是氧化還原過渡帶發(fā)育高嶺土化酸性蝕變引起。

3.1.4 黏土含量

二連盆地已知古河道型鈾礦礦石主要特征是泥質(zhì)膠結(jié)，黏土含量高，且黏土含量可利用主量元素Al2O3、CaO的含量來表征，具分帶性。其中，氧化帶Al2O3、CaO含量較低，Al2O3為9.68%～9.90%，CaO為0.39%，Al2O3＋CaO含量為10.00%～10.29%；氧化還原過渡帶Al2O3、CaO含量較高，Al2O3為10.33%～12.56%，CaO為0.51%～0.68%，Al2O3＋CaO含量為10.84%～13.24%；原生帶Al2O3、CaO含量介于前兩者之間，Al2O3為9.55%～10.35%，CaO為0.43%～0.44%，Al2O3＋CaO含量為9.98%～10.79%；以氧化還原過渡帶最高，說明該帶黏土含量高，有利于黏土吸附成礦。

3.2 鈾成礦環(huán)境地球化學參數(shù)預(yù)測評價

3.2.1 評價準則

上述4個環(huán)境地球化學參數(shù)中，可分為兩類參數(shù)。還原容量和黏土含量主要體現(xiàn)含礦砂體本身性質(zhì)，由含礦層沉積微相、砂體的非均質(zhì)性決定，是代表沉積期環(huán)境特征，與后生作用無關(guān)；氧化還原能力和酸堿度是體現(xiàn)后生改造作用的參數(shù)，由氧化作用強度、油氣滲出還原決定。根據(jù)二連盆地兩個典型礦床環(huán)境地球化學參數(shù)特征，結(jié)合各參數(shù)實際地質(zhì)意義，將此兩類參數(shù)分以下3種情況進行評價：1）將沉積期參數(shù)和后生改造作用參數(shù)均有利的區(qū)段評價為有利于古河道型鈾成礦區(qū)域；2）將沉積期參數(shù)和后生改造作用參數(shù)中一種有利，另一種較有利的區(qū)段評價為較有利于古河道型鈾成礦區(qū)域；3）將沉積期參數(shù)和后生改造作用參數(shù)中一種或兩種不利的區(qū)段評價為不利于古河道型鈾成礦區(qū)域。

3.2.2 預(yù)測評價

根據(jù)古河道型鈾成礦環(huán)境地球化學參數(shù)評價準則，在二連盆地主要發(fā)育賽漢組上段古河道的未知區(qū)進行系統(tǒng)取樣分析，預(yù)測評價有利成礦區(qū)段（表2、圖2）。

表2 二連盆地典型地段古河道型鈾礦床環(huán)境地球化學參數(shù)特征表Table 2Environment geochemical parameters of typical Paleo-valley uranium mineralization in typical section of Erlian Basin

續(xù)表2

圖2 二連盆地中部古河道型鈾礦成礦預(yù)測圖Fig.2Metallogenic prospection map of Paleo-valley uranium mineralization in middle of Erlian Basin

結(jié)果表明，二連盆地中部的白音塔拉、巴潤、都西烏拉、那仁和道爾蘇等地區(qū)，有機質(zhì)含量在原生帶達0.35%～1.02%，氧化還原過渡帶高達1.47%～3.70%，說明沉積期參數(shù)有利；氧化還原電位（ΔEh）在氧化帶為30～33 mV，氧化還原過渡帶為149 mV，原生帶為60～100 mV，后生改造作用參數(shù)有利。哈達圖和喬爾古地區(qū)，氧化還原過渡帶酸解烴含量高達596 μL·kg-1，增加了砂體中的還原容量，Al2O3＋CaO含量達13.83%，說明沉積期參數(shù)有利；氧化還原電位（ΔEh）在氧化帶為47 mV，氧化還原過渡帶為188 mV，原生帶為98 mV，且酸堿度具備分帶性，后生改造作用參數(shù)有利。依據(jù)建立的古河道型鈾成礦環(huán)境地球化學參數(shù)評價準則，上述7片地區(qū)有利于古河道型鈾成礦。

古乃素木、茫來、二連鹽池、腦木根和額仁淖爾等地區(qū)，有機質(zhì)含量較低，原生帶為0.10%～0.28%，Al2O3＋CaO含量為12.38%～14.68%，分帶性較差，但部分地區(qū)酸解烴含量高達4 745 μL·kg-1，說明這些地區(qū)沉積期參數(shù)較有利；氧化還原電位（ΔEh）反差較大，鐵氧化物表明氧化作用強烈，酸堿度具備堿-中性（弱酸）-弱堿分帶性，表明后生改造作用參數(shù)有利。依據(jù)建立的古河道型鈾成礦環(huán)境地球化學參數(shù)評價準則，上述5片地區(qū)較有利于古河道型鈾成礦。

東烏旗、阿旗地區(qū)，Al2O3＋CaO含量分帶性較差，沉積期參數(shù)較不利；氧化還原電位（ΔEh）反差小，氧化能力較弱，酸堿度呈堿性，不具分帶性，表明后生改造作用參數(shù)不利。依據(jù)建立的古河道型鈾成礦環(huán)境地球化學參數(shù)評價準則，上述2片地區(qū)不利于古河道型鈾成礦。

4 結(jié)論

1）二連盆地古河道型鈾礦屬潛水-層間氧化成因，受古河道砂體內(nèi)有機質(zhì)豐富、黏土含量高影響，鈾主要以吸附態(tài)存在。

2）通過對巴彥烏拉、賽漢高畢典型古河道砂體中環(huán)境地球化學參數(shù)分析認為，還原容量、氧化還原能力、黏土含量與鈾成礦作用關(guān)系密切，自氧化帶到氧化還原過渡帶到原生帶均呈現(xiàn)由低－高－略低規(guī)律變化，以氧化還原過渡帶最高；酸堿度變化是黏土化作用引起的，由氧化帶到原生帶呈現(xiàn)堿－中性（弱酸）－弱堿分帶性。

3）利用二連盆地古河道中環(huán)境地球化學參數(shù)分帶性特征，在未知地區(qū)開展環(huán)境地球化學分析預(yù)測，結(jié)果認為，二連盆地中部的白音塔拉、哈達圖、喬爾古、巴潤、都西烏拉、那仁和道爾蘇等7片地段，有利于古河道型鈾成礦；古乃素木、茫來、二連鹽池、腦木根和額仁淖爾等5片地段，氧化作用強烈，還原能力較差，應(yīng)尋找灰色殘留砂體區(qū)才有利于古河道型鈾成礦；東烏旗、阿旗等2片地段，氧化帶分帶性不強，不具酸堿分帶性，砂巖型鈾成礦作用局限。

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Characteristics of environmental geochemical parameter of paleochannel uranium mineralization and its application in middle of Erlian Basin

SHAN Guangning1，QIN Mingkuan2，LIU Wusheng2
（1.China Uranium Corporation Limited，Beijing 100013，China；2.CNNC Key Laboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China）

Paleo-channel uranium mineralization in Middle Erlian Basin，developed in paleo-channel sandstone of Upper Saihan Formation，is of phreatic interlayer oxidation origin.According to analysis on environmental geochemical parameter for typical paleo-channel uranium mineralization，there exists a close relationship between mineralization，reduction capacity，redox ability and clay mineral content.Besides，from oxidation zone to redox transitional zone to reduction zone，uranium mineralization presents the feature from low to high to slightly low.From oxidation zone to primary zone，pH change presents feature from alkaline to neutral（slight acid）to slightly acid.Therefore，based on the comparison and analysis of environmental geochemical parameters of different zones in Middle Erlian Basin，seven favorable sections and five slightly favorable sections have been prospected for paleo-channel mineralization.

Erlian Basin；paleo-channel uranium mineralization；mineralization environment；geochemical parameter；mineralization prospecting

P59；P619.14結(jié)果A

1672-0636（2015）03-0152-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2015.03.005

2015-05-05；

2015-05-29

單廣寧（1970—），男，內(nèi)蒙古赤峰人，高級工程師，主要從事礦產(chǎn)普查與勘探工作。

E-mail:shmufu@163.com.