齊天驕，李西得，劉旭，呂永華，許碧霞

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；2.核工業(yè)二〇八大隊(duì)，內(nèi)蒙古 包頭 014010；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)水利科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

二連盆地鈾礦勘查始于20 世紀(jì)80 年代，至今已發(fā)現(xiàn)了以“巴-塞-齊”鈾礦帶為代表的諸多鈾礦產(chǎn)地，二連盆地中東部的鈾礦主要賦存于下白堊統(tǒng)賽漢組砂體中，如喬爾古Ⅲ級(jí)遠(yuǎn)景區(qū)、哈達(dá)圖鈾礦產(chǎn)地、賽漢高畢鈾礦床、巴彥烏拉鈾礦床等［1-2］。前人針對(duì)這些鈾礦的成礦特征、成礦環(huán)境、成礦作用等已開(kāi)展了較多研究［3-6］，但對(duì)于新近發(fā)現(xiàn)的鈾礦床賦礦砂巖的地球化學(xué)特征等分析相對(duì)缺乏。芒來(lái)鈾礦位于馬尼特坳陷西部，屬于巴彥烏拉鈾礦田，向東與巴潤(rùn)鈾礦相鄰。筆者立足于芒來(lái)鈾礦，對(duì)礦區(qū)賽漢組上段砂巖巖心進(jìn)行了詳細(xì)的野外及鏡下巖石學(xué)觀察總結(jié)，并采集典型樣品進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析，初步討論了芒來(lái)礦區(qū)賽漢組上段賦礦砂巖的地球化學(xué)特征及其成巖成礦指示意義，為下一步的勘查研究提供有益參考。

1 地質(zhì)概況

二連盆地的基底總體屬于中亞造山帶東段興蒙造山系，是西伯利亞板塊與華北板塊、塔里木板塊的縫合部位（圖1a），是古亞洲洋構(gòu)造域經(jīng)歷多旋回構(gòu)造運(yùn)動(dòng)最終于海西構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中形成，后期還疊加蒙古-鄂霍茨克構(gòu)造體制和古太平洋板塊體制的作用。二連中生代盆地沉積蓋層覆蓋在二連-賀根山混雜巖帶和索倫山-西拉木倫縫合帶及其兩側(cè)的增生雜巖帶、島弧及巖漿巖體上（圖1b）。

圖1 區(qū)域大地構(gòu)造示意圖（據(jù)參考文獻(xiàn)［7］修改）Fig.1 The tectonic map of the study area

二連盆地是我國(guó)北方重要的產(chǎn)油氣、煤及鈾礦中-新生代陸相沉積盆地，鈾礦主要為古河谷砂巖型，產(chǎn)于二連盆地中東部下白堊統(tǒng)賽漢組古河谷中［8-9］。賽漢組又可劃分為上下兩段，上段主要為沖積扇-河流沉積，發(fā)育古潛水氧化帶型鈾礦化，下段主要為三角洲-湖泊沉積，主要發(fā)育層間氧化帶型鈾礦化［4，6-8］。鉆孔資料顯示，芒來(lái)礦區(qū)地層由老到新包括下白堊統(tǒng)賽漢組下段、賽漢組上段、古近系伊爾丁曼哈組，其中賽漢組上段是主要的鈾礦化層位［10］。

鉆孔巖心觀察顯示，賽漢組上段砂巖層總體上為黃色氧化砂巖（圖2a）和灰色還原砂巖（圖2b），砂巖整體松散，固結(jié)程度低，含有較多填隙物（15%～20%）（圖2c），主要為黏土礦物，總體上為基底膠結(jié)，局部可見(jiàn)孔隙膠結(jié)，碎屑顆粒主要為中粗粒，少數(shù)細(xì)粒，長(zhǎng)石多為鉀長(zhǎng)石、條紋長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石等，巖屑主要為中酸性侵入巖及火山碎屑巖等 （圖2d）?；疑V化砂巖中黃鐵礦及有機(jī)質(zhì)化較為發(fā)育，主要呈自形、半自形粒狀集合體或他形粒狀、球粒狀產(chǎn)出（圖2e），部分可見(jiàn)與白鐵礦或有機(jī)質(zhì)相伴產(chǎn)出，亦可見(jiàn)它形黃鐵礦呈假象充填于有機(jī)質(zhì)殘留胞腔內(nèi)（圖2f）。

2 測(cè)試結(jié)果

砂巖樣品主量元素分析測(cè)試在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成。測(cè)試儀器為AB104L，Axios-mAX 波長(zhǎng)色散X 射線熒光光譜儀。根據(jù)巖心觀察和U 含量結(jié)果，整體上將砂巖分為氧化帶、礦化砂巖、礦石及原生帶。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

芒來(lái)鈾礦賦礦砂巖整體上SiO2、Al2O3含量較高（表1），SiO2含量為75.92%～88.71%，平均81.90%，Al2O3整體含量為5.47%～12.52%，平均9.27%；CaO、MgO 含量較低且變化不大，CaO 含量為0.19%～0.58%，平均0.30%，MgO 含量為0.08%～0.32%，平 均0.16%；Na2O 含量較低，為0.95%～2.86%，平均1.89%?；疑吹V化砂巖代表原生環(huán)境，以其作為標(biāo)準(zhǔn)化樣品，作“灰色砂巖”標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖（圖3）。從圖上可知，相對(duì)于原生帶砂巖，其他類型砂巖的MnO、TiO2、P2O5、TFe2O3相對(duì)變化大，SiO2、MgO、K2O 含量基本相當(dāng)，F(xiàn)eO、CaO、Na2O 含量稍高。

圖2 芒來(lái)礦區(qū)砂巖樣品及鏡下照片F(xiàn)ig.2 Macro and micro photos of sandstones in Manglai deposit

3 地球化學(xué)特征

3.1 常量元素變化規(guī)律

根據(jù)氧化帶中化學(xué)作用類型及元素地球化學(xué)活動(dòng)特征，將常量元素分成4組，其中在不同分帶砂巖中變化明顯的元素如圖4。

1） SiO2、Al2O3、K2O、Na2O

SiO2是含量最高的組分，原生帶砂巖中含量最高，氧化帶砂巖較低，其次為礦化砂巖，SiO2總體表現(xiàn)為遷出的特征；Al2O3為砂巖含量次高的組分，礦化帶砂巖中的含量較高，其次為氧化帶砂巖，原生帶灰色砂巖含量最低，顯示了遷入的特征；K2O、Na2O 變化特征相似，表現(xiàn)為在礦化帶含量較高、氧化帶及原生帶含量較低。

2） Fe2O3、FeO、TFe2O3

TFe2O3和FeO 變化趨勢(shì)相近，顯示為礦化帶含量較高，其次為氧化帶砂巖，在原生帶砂巖中含量最低，而Fe2O3含量整體相對(duì)不明顯，說(shuō)明Fe3＋在各類型砂巖中變化不大，F(xiàn)e2＋在層間氧化作用過(guò)程中整體流失，而在礦石砂巖中可能受到有機(jī)質(zhì)還原的作用，在礦石中發(fā)生二次富集。整體來(lái)看，F(xiàn)e2O3、FeO、TFe2O3在層間氧化作用及鈾礦化過(guò)程中表現(xiàn)較強(qiáng)的活動(dòng)性。

圖3 氧化帶和礦化帶砂巖相對(duì)原生帶砂巖標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.3 Progenetic sandstone normalized pattern of major elements of oxidized and mineralized sandstone

圖4 不同類型砂巖主要元素含量對(duì)比圖Fig.4 The average contents of the major elements in different sandstones

3） CaO、MgO、MnO

CaO 整體含量較低，具體表現(xiàn)為礦石含量稍較高，其次為氧化砂巖和礦化砂巖，在原生砂巖中含量較低，可能由于氧化帶中長(zhǎng)石中Ca 的淋失，被分解遷移到含礦帶中發(fā)生富集；MgO 整體含量低，變化較?。籑nO 整體含量低，氧化帶中相對(duì)較高。

4） TiO2、P2O5

TiO2在不同類型砂巖中的含量變化不明顯，化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定；P2O5相對(duì)在礦化帶中含量較高，其次為氧化帶砂巖，原生帶砂巖含量較低。

3.2 化學(xué)風(fēng)化特征

根據(jù)前人對(duì)化學(xué)風(fēng)化作用的常量元素研究，使用巖石化學(xué)蝕變指數(shù)（CIA），來(lái)定量表征基巖化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度［8］，使用成分變異指數(shù)（ICV），用于估計(jì)碎屑巖的原始成分變化程度，判斷碎屑巖是一次沉積還是源于再循環(huán)的沉積物或是受到強(qiáng)烈的風(fēng)化作用［11］。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知 （表1），總體上砂巖CIA 值為59.14～68.85 （CIA＜70），反映源區(qū)經(jīng)歷了寒冷、干燥條件下的弱化學(xué)風(fēng)化作用［8］。通常，ICV 值大于1.0，表明碎屑巖含有很少的黏土礦物，成熟度差，代表碎屑巖是活動(dòng)的構(gòu)造帶的首次循環(huán)產(chǎn)物［12］。本次在芒來(lái)礦區(qū)所測(cè)的砂巖樣品ICV 值均小于1.0 （0.59～0.78，表1），同時(shí)鏡下觀察到黏土礦物的含量整體較高，指示沉積物質(zhì)經(jīng)歷了再循環(huán)或是在強(qiáng)化學(xué)風(fēng)化條件下的首次沉積［9］。

3.3 常量元素相關(guān)性分析

使用軟件SPSS18.0 對(duì)芒來(lái)礦區(qū)賦礦砂巖常量元素進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示（表2）：氧化帶砂巖中相關(guān)度高的元素為SiO2與Al2O3，呈負(fù)相關(guān)；Al2O3與Na2O 呈正相關(guān)；Fe2O3與MnO 呈 正 相 關(guān)；TFe2O3與MgO 呈 正相關(guān)。礦化帶砂巖常量元素相關(guān)性分析結(jié)果顯示（表3），SiO2與Al2O3呈負(fù)相關(guān)；SiO2與MgO 呈負(fù)相關(guān)；SiO2與TiO2呈負(fù)相關(guān)；Al2O3與MgO 呈正相關(guān)；Al2O3與CaO，呈正相關(guān)；Al2O3與TiO2，呈正相關(guān)；TFe2O3與TiO2，呈正相關(guān)等；與U 相關(guān)度最高的元素為FeO（r＝0.675），呈正相關(guān)。

4 討論

4.1 成巖環(huán)境

魯超（2019）將巴彥烏拉地區(qū)構(gòu)造演化劃分為早-中侏羅世裂陷期、晚侏羅世-阿爾善組Ⅰ幕斷陷期、騰格爾組-賽漢組Ⅱ幕斷陷期、晚白堊裂后熱沉降期和古近系-新近系裂后期四大演化階段，其中賽漢組形成于裂陷Ⅱ幕的斷坳轉(zhuǎn)換期，該期控制了大規(guī)模賽漢組沖積-河流、大型辮狀河三角洲砂體。

表2 氧化帶砂巖常量元素相關(guān)性（r）分析結(jié)果（n＝9）Table 2 Pearson correlation coefficients of majon elements in oxidation sandstones （n＝9）

表3 礦化帶砂巖常量元素相關(guān)性（r）分析結(jié)果（n＝18）Table 3 Pearson correlation coefficients in of majon elements in mineralization sandstones （n＝18）

本次所測(cè)砂巖的化學(xué)風(fēng)化指數(shù)CIA 介于51～69，成分變異指數(shù)ICV 介于0.59～0.78，整體反映了源區(qū)經(jīng)歷了弱化學(xué)風(fēng)化作用，并且經(jīng)歷了沉積后的改造，這可能由于賽漢組沉積后在反轉(zhuǎn)構(gòu)造的作用下，盆地整體抬升及差異抬升，砂體遭受風(fēng)化剝蝕和淋濾的結(jié)果［9］。

前人對(duì)馬尼特坳陷西部賽漢組上段砂巖研究認(rèn)為，賽漢組沉積后經(jīng)過(guò)了構(gòu)造反轉(zhuǎn)和剝蝕作用的強(qiáng)烈改造，辮狀河三角洲沉積遭受強(qiáng)烈剝蝕［6，13］，在該背景下可能使砂巖受到水解溶蝕作用，長(zhǎng)石類礦物發(fā)生黏土化，相關(guān)性分析結(jié)果顯示Si 與Al、Ca、Fe、Na、Ti、Mn 呈顯著或較為顯著的負(fù)相關(guān)，表明砂巖中石英及硅酸鹽礦物顆粒較大程度上影響了全巖的化學(xué)性質(zhì)。其中最為明顯的負(fù)相關(guān)是Si與Al 元素（r氧化帶＝－0.835，r含礦帶＝－0.967），結(jié)合鏡下觀察可見(jiàn)較多黏土礦物的產(chǎn)出，說(shuō)明石英和富鋁質(zhì)黏土礦物較大影響了砂巖的地球化學(xué)特征。Fe 與Mn、Ti 等元素顯示明顯的正相關(guān)關(guān)系，反映砂巖組分中鐵鎂質(zhì)組分的影響。含礦砂巖中Ti 與Al 呈明顯的正相關(guān)，可能是TiO2在經(jīng)風(fēng)化作用后的鋁硅酸鹽中富集或被黏土礦物吸附［14-15］。

4.2 成礦指示

使用常量元素不同的特征值投圖分析，挑選出相對(duì)較為明顯能區(qū)分礦化帶砂巖與非礦砂巖的圖解（圖5）。其中，F(xiàn)e3＋/Fe2＋與P2O5投點(diǎn)圖相對(duì)較好區(qū)分含礦砂巖與未礦化砂巖樣品（圖5a），這可能由于成礦過(guò)程中層間氧化作用使得含礦砂體中Fe3＋大量被還原為Fe2＋，導(dǎo)致礦化砂巖Fe3＋/Fe2＋值相對(duì)較小且變化范圍不大，效果較好得將含礦砂巖區(qū)分出來(lái)。CaO 與MnO（圖5b）、Na2O 與MnO（圖5c）、Al2O3/SiO2與MnO（圖5d）的投點(diǎn)圖顯示，含礦砂巖MnO 含量相對(duì)變化范圍較小，具有較好得區(qū)分效果，在鄂爾多斯東北部砂巖鈾礦中礦石同樣富集MnO［16］，可能也與含礦帶水-巖作用較強(qiáng)有關(guān)。

前人研究認(rèn)為巴彥烏拉地區(qū)鈾礦受控于整體抬升與構(gòu)造反轉(zhuǎn)形成的構(gòu)造斜坡和剝蝕作用導(dǎo)致的潛水-層間氧化帶，芒來(lái)礦區(qū)賽漢晚期以來(lái)的剝蝕厚度在1 000～1 500 m，屬于較強(qiáng)烈反轉(zhuǎn)構(gòu)造區(qū)，賽漢組上段抬升至地表后局部遭受剝蝕，鈾礦化主要為潛水或潛水-層間氧化，而巴彥烏拉地段屬于中等程度反轉(zhuǎn)構(gòu)造區(qū)，賽漢組上段相對(duì)發(fā)育層間氧化鈾礦化。已有資料顯示，芒來(lái)鈾礦化位于氧化帶界面之下的灰色砂體中，且緊靠著底板之上產(chǎn)出，礦體整體呈單層板狀（圖6），而巴彥烏拉鈾礦體呈多層的板狀、卷狀，受潛水-層間氧化帶控制［17-18］。綜上對(duì)比可以看出，芒來(lái)鈾礦礦體相對(duì)更加具有受潛水氧化控制的特征。

圖5 芒來(lái)鈾礦不同類型砂巖常量元素指標(biāo)投圖Fig.5 Diagrams of different ratios of major elements in Manglai deposit

圖6 芒來(lái)鈾礦勘探線剖面圖（改自文獻(xiàn)［10］）Fig.6 Geological exploration section profile of Manglai uranium deposit

5 結(jié)論

1） 芒來(lái)鈾礦床賽漢組上段砂巖的碎屑成分主要為石英、巖屑，長(zhǎng)石次之，巖屑多為中酸性侵入巖及火山碎屑巖，砂巖中填隙物含量較高（15%～20%）且以黏土礦物為主，定名為中粗粒雜砂巖。

2） 成巖方面，砂巖整體SiO2含量較高，其次為Al2O3。Si 與Al、Ca、Fe、Na、Ti、Mn呈顯著或較為顯著的負(fù)相關(guān)，F(xiàn)e 與Mn、Ti 等元素顯示明顯的正相關(guān)關(guān)系，該結(jié)果主要受到了硅酸鹽礦物的種類及含量的影響。砂巖CIA 值為59.14～68.85（CIA＜70），反 映 源區(qū)經(jīng)歷了寒冷、干燥條件下的弱化學(xué)風(fēng)化作用。

3） 相對(duì)未礦化砂巖，含礦砂巖中SiO2表現(xiàn)為遷出組分，Al2O3、K2O、Na2O、CaO、MnO 等表現(xiàn)為遷入組分，較大程度上代表了成巖后期到成礦期的水-巖作用。砂巖樣品ICV 值均小于1.0（0.59～0.78），指示黏土礦物含量高，可能是由于構(gòu)造反轉(zhuǎn)使導(dǎo)致地層受到風(fēng)化剝蝕和淋濾的原因，具體代表了成礦前到成礦過(guò)程中經(jīng)歷的潛水氧化過(guò)程。