李 鑫

（中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西西安710054）

東勝鈾礦微量元素地球化學(xué)特征與成礦作用研究

李 鑫*

（中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西西安710054）

東勝地區(qū)是目前鄂爾多斯中新生代盆地尋找可地浸砂巖型鈾礦的重要區(qū)段,東勝層間氧化帶砂巖型鈾礦的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著我國在大型地臺盆地可地浸砂巖鈾礦型勘探取得了重大突破。從微量元素地球化學(xué)入手，總結(jié)了東勝地區(qū)層間氧化帶砂巖型鈾礦微量元素地球化學(xué)特征，Hf、Zr與鈾礦化密切相關(guān)，可作為鈾礦化的指示元素。與東勝鈾礦同為層間氧化帶型的中亞地區(qū)鈾礦不同，東勝鈾礦相對圍巖明顯富集U、Zr、Hf等元素，鄂爾多斯盆地含豐富的煤、石油和天然氣資源，鈾礦石樣品磨制的光片中見草莓狀黃鐵礦。認(rèn)為東勝砂巖型鈾礦成礦位置為氧化還原過渡帶，并具有深源特點(diǎn)的微量元素組合，鈾成礦過程中有深部流體和有機(jī)質(zhì)的參與。

東勝地區(qū)；層間氧化帶砂巖型鈾礦；微量元素；深部流體

可地浸砂巖型鈾礦是目前最有找礦前景的鈾礦類型，規(guī)模大、污染小、成本低為其特點(diǎn)，東勝地區(qū)是目前鄂爾多斯中新生代盆地尋找可地浸砂巖型鈾礦的重要區(qū)段,在孫家梁、皂火壕等地段均見到工業(yè)礦化，砂巖中鈾主要賦存于直羅組中，品位一般是萬分之一，最高可達(dá)千分之一。鈾礦物主要是鈾石、瀝青鈾礦以及一些吸附鈾。東勝層間氧化帶砂巖型鈾礦的發(fā)現(xiàn)，標(biāo)志著我國在大型地臺盆地可地浸砂巖型勘探取得了突破。

前人對東勝砂巖型鈾礦成礦作用進(jìn)行了大量研究[1-12]，朱西養(yǎng)（2003）研究表明東勝鈾礦富含Zr、Hf等親地幔元素，LREE在成礦過程中發(fā)生了明顯地富集，認(rèn)為鈾礦化與地幔流體有關(guān)。肖新建等（2004）根據(jù)鈾礦物組合和流體包裹體等研究認(rèn)為東勝鈾礦的形成與來自于深部的低溫?zé)嵋毫黧w有關(guān)。張復(fù)新（2006）通過蝕變黃鐵礦硫同位素分析研究后認(rèn)為東勝砂巖型鈾礦成礦作用包括成巖、后生、低溫?zé)嵋?個階段。李榮西（2006）用流體包裹體同位素方法研究了東勝鈾礦，認(rèn)為其成礦作用與地殼流體和深部流體有關(guān)。稀土元素地球化學(xué)特征不僅可以反映成礦物質(zhì)和流體來源，而且可以示蹤流體活動蹤跡和成巖成礦作用[13]。本文從微量元素地球化學(xué)特征方面，對東勝地區(qū)層間氧化帶砂巖型鈾礦的微量元素與鈾成礦作用進(jìn)行初步研究，并與中亞典型的層間氧化帶砂巖型鈾礦進(jìn)行對比，探討成礦作用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)位于鄂爾多斯中新生代盆地北部的伊盟隆起。是一個由不同時代、不同類型沉積盆地疊合的克拉通盆地，從中元古代開始穩(wěn)定接受沉積，隸屬我國東部濱太平洋構(gòu)造域與西部古特提斯—喜馬拉雅2個構(gòu)造域的過渡帶,受兩大構(gòu)造域的雙重影響而具有過渡性特征[14]。伊盟隆起北鄰河套斷陷，南與陜北斜坡、天環(huán)坳陷和晉西撓褶帶分別以斷層為界。東勝鈾礦區(qū)于中侏羅統(tǒng)直羅組（J2z）。直羅組主要為一套雜色砂巖，覆蓋于中侏羅統(tǒng)延安組（J2y）

地層平緩，傾角1°～3°，呈單斜構(gòu)造。本區(qū)出露的地層自東向西由老到新依次為前寒武系變質(zhì)巖（晉西隆起區(qū)）、早古生代臺地相碳酸鹽巖、晚古生代海陸過渡相含煤地層、三疊系河湖相碎屑巖系、侏羅系陸相含煤層系和白堊系河流碎屑巖系（圖1）。其中鈾礦賦存煤系地層之上。直羅組從巖性特征上可分為上、下2個巖性段，上段為一套雜色（黃、紅、灰綠色）中細(xì)粒砂巖和泥巖。下段又可進(jìn)一步細(xì)分為上、下2個亞段，上亞段為一套灰綠色泥巖、粉砂巖和砂巖，下亞段為一套灰色、灰白色中粗粒砂巖，頂部有一薄煤層。鈾礦賦存在下亞段的灰白色粗粒砂巖中，鈾礦頂板是灰綠色泥巖，底板是延安組頂部白色高嶺土層。

圖1 鄂爾多斯盆地東勝地區(qū)地質(zhì)略圖

2 樣品采制與分析測試

2.1 樣品采制

樣品采自核工業(yè)部二○八所巖芯樣，樣品為砂巖樣，在長安大學(xué)礦物實(shí)驗(yàn)室粉碎過篩100目，進(jìn)行砂巖中微量元素的分析測試。所選取樣品為有圍巖、過渡帶、礦石。

2.2 分析測試

樣品是在西北大學(xué)教育部大陸動力學(xué)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室分析的，采用ELAN6100DRC等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行樣品測定,該儀器質(zhì)譜采用PE公司的新一代ICPMS。

①將樣品置于烘箱中，于105℃烘干2h。②從烘箱中取出樣品,稱取樣品50mg左右于高壓密閉Teflon溶樣器中,緩慢加入1mL的高純硝酸、1mL的高純氫氟酸。③在電熱板上于140℃將樣品蒸至小體積，緩慢加入1.5mL的高純硝酸、1.5mL的高純氫氟酸,加蓋并旋緊溶樣器鋼套。④將裝有樣品的溶樣器放入烘箱中,于190℃保溫加熱48h。⑤待溶樣器涼冷,開蓋,在電熱板上于140℃將溶液蒸至濕鹽狀,然后緩慢加入2～3mL40%的高純硝酸,再次置于烘箱中140℃過夜。⑥重復(fù)上述過程,提取鹽類。⑦待溶樣器涼冷,將提取液用2%的硝酸稀釋于清洗干凈的PET(聚酯)瓶中(稀釋因子為1∶1500)密閉保存,待上機(jī)測定。分析結(jié)果見表1。

表1 微量元素分析結(jié)果

3 分析結(jié)果與成礦流體來源

3.1 東勝鈾礦具有深部流體作用的微量元素證據(jù)

3.1.1 微量元素特征

從微量元素標(biāo)準(zhǔn)化分布模式曲線（圖2），可以看出東勝砂巖型鈾礦中圍巖背景值低于克拉克值有V、Ni、Cu、Sr、Nb、Ta等（富集系數(shù)小于1），二者相差無幾的元素有Sc、Cr、Co、Zn、Ga、Ge、Cs、Th等（富集系數(shù)在1左右），相對富集的元素根據(jù)富集系數(shù)由大到小依次為U、Hf、Ba、Be、Rb、Pb、Zr；所以礦石中伴生元素為Hf、Ba、Be、Rb、Pb、Zr。

3.1.2 與鈾礦化關(guān)系

對U和其伴生元素Hf、Ba、Rb、Pb、Zr的相關(guān)性分析結(jié)果表明，其含量高出克拉克值2～5倍，而且礦石比圍巖也高出許多倍，例如，Hf元素，不含礦圍巖（鈾含量2.8μg/g）的Hf含量為2.66μg/g，高出其克拉克值(1.5μg/g)1.78倍，而鈾礦石(鈾含量174.1μg/g)的Hf含量為6.6μg/g，其高出圍巖2.8倍，高出克拉克值4.4倍。因此Hf、Ba、Rb、Pb、Zr與鈾礦化關(guān)系密切相關(guān)，Hf、Zr兩元素與U相關(guān)性明顯（圖3），其余伴生元素在鈾礦石中雖有富集，但與U相關(guān)性不明顯，可能是由圍巖高背景引起的。因此Hf、Zr與鈾礦化密切相關(guān)，可作為鈾礦化的指示元素。Hf和Zr元素為高場強(qiáng)親地幔元素,其富集作用主要由內(nèi)生地質(zhì)作用驅(qū)動,多數(shù)為內(nèi)生深源成因[15]。與東勝鈾礦同為層間氧化帶型的中亞地區(qū)鈾礦不具有Zr、Hf元素富集現(xiàn)象。Hf、Zr隨著U含量增大而增大，說明鈾礦成礦與深部物質(zhì)有關(guān)。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)化分布模式曲線

鄂爾多斯盆地含豐富的煤、石油和天然氣資源，所以東勝層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦過程中有深部物質(zhì)參與，氧化還原帶的形成可能與含煤層氣或油氣流體作用有關(guān)，或者已形成的氧化帶遭受了含煤層或油氣流體的改造。在鈾礦石樣品磨制的光片中看到草莓狀黃鐵礦，鈾礦石中黃鐵礦的存在表明鈾礦成礦作用環(huán)境屬于還原環(huán)境，同時黃鐵礦形態(tài)屬于典型的草莓狀生物成因的黃鐵礦，證明鈾礦成礦過程中有微生物有機(jī)質(zhì)的參與。

東勝鈾礦相對圍巖明顯富集U、Zr、Hf等元素，以Zr和Hf高場強(qiáng)親地幔元素富集為標(biāo)志的深源物質(zhì)參與是東勝鈾礦成礦作用特點(diǎn)。

圖3 U-Hf、Zr關(guān)系圖

4 結(jié)論

鄂爾多斯盆地中生代出現(xiàn)的高溫異常，促進(jìn)了煤熱演化作用，使油氣的形成和運(yùn)移速度加快[16]。構(gòu)造熱事件導(dǎo)致大量裂隙的形成和深大斷裂帶的活化，為深部流體（包括油氣）上涌提供了良好的通道，正是這種通道，使深部流體和形成的油氣向上運(yùn)移，充注到含鈾碎屑顆粒砂巖中，對鈾活化、遷移起到十分重要的作用。大規(guī)模的火山巖漿活動，不但提供了來自于深部的地質(zhì)流體，而且為鈾礦的形成提供了物質(zhì)和能量。東勝鈾礦主成礦年齡為（95～120）Ma，相當(dāng)于早白堊世晚期，此時正處于燕山期構(gòu)造巖漿熱事件激烈活動時期和生氣高峰期[16-17]。

東勝砂巖型鈾礦微量元素地球化學(xué)特征不同于與東勝鈾礦同為層間氧化帶型的中亞地區(qū)鈾礦不具有Zr、Hf元素富集現(xiàn)象。以Zr和Hf高場強(qiáng)親地幔元素富集為標(biāo)志的深源物質(zhì)參與是東勝鈾礦成礦作用特點(diǎn)。

綜上所述，東勝層間氧化帶型鈾礦成礦過程中受到過來自于深部（地幔）流體的蝕變改造。鄂爾多斯盆地中生代末期構(gòu)造熱事件加速了深部流體（包括火山巖漿熱液）和油氣的形成以及大量裂隙和深大斷裂帶的活化。深部流體和油氣沿裂隙和深大斷裂帶上涌，充注到含鈾碎屑砂巖中，使鈾發(fā)生活化、遷移，在合適的地質(zhì)環(huán)境條件下成礦。

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圖2 M3-9-M6銅礦體水平投影圖

M3-9-M6銅礦體中塊段334-2由工程ZK101、ZK901控制（圖2）（H1、H2分別代表控制工程水平厚度），即：

若將此塊段細(xì)分為如圖2上、下2個小塊段，則：

此結(jié)果與只考慮礦體沿二維方向是否存在外推點(diǎn)，并非考慮外推點(diǎn)個數(shù)相一致。

資源量估算方法中一般以礦體1/4尖推不加零點(diǎn)地質(zhì)塊段法較為準(zhǔn)確，如圖2塊段全面積將減少1/2，即：

礦體1/2尖推地質(zhì)塊段法存在加零點(diǎn)的問題，不同加零點(diǎn)的方法所得結(jié)果相差較大，礦體1/2尖推地質(zhì)塊段法估算所得資源量與礦體1/4尖推不加零點(diǎn)地質(zhì)塊段法所得結(jié)果相差較大。

7 結(jié)論

資源量估算中地質(zhì)塊段法應(yīng)用較為廣泛，運(yùn)用地質(zhì)塊段法進(jìn)行計(jì)算時應(yīng)注意塊段平均厚度加零點(diǎn)問題，圖件繪制時應(yīng)注意投影圖及投影面的選擇、礦體外推的位置、不同塊段品級的圈定等多種因素的影響。

一般情況下，對同一礦體不同方法資源量估算1/4平推地質(zhì)塊段法、1/4平推算術(shù)平均法和剖面法計(jì)算結(jié)果較為符合實(shí)際情況，考慮到1/2尖推地質(zhì)塊段法、1/2尖推算數(shù)平均法，需考慮加零點(diǎn)的問題，所得計(jì)算結(jié)果相對誤差較大。在普遍情況下建議資源量估算盡量使用1/4平推地質(zhì)塊段法。

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P619.14

A

1004-5716(2015)05-0147-04

2014-04-21

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973”項(xiàng)目(2003CB2146000、2009CB219602)；中國煤炭科工集團(tuán)有限公司科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目（2014QN006）。

李鑫（1980-），男（漢族），甘肅張掖人，助理研究員，現(xiàn)從事鈾礦地質(zhì)勘探及煤層氣測試工作。