朱 強(qiáng), 俞礽安*, 李光耀, 文思博, 李建國, 司慶紅, 郭 虎

鄂爾多斯盆地東北部砂巖型鈾礦伴生礦物組合及其地質(zhì)意義

朱 強(qiáng)1, 2, 3, 俞礽安1, 2, 3*, 李光耀1, 2, 3, 文思博1, 2, 3, 李建國2, 4, 司慶紅1, 2, 3, 郭 虎1, 2, 3

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局 天津地質(zhì)調(diào)查中心, 天津 300170; 2.中國地質(zhì)調(diào)查局鈾礦地質(zhì)重點實驗室, 天津 300170; 3.華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心, 天津 300170; 4.中國地質(zhì)調(diào)查局自然資源實物地質(zhì)資料中心, 河北 燕郊 065201)

特征礦物是地質(zhì)作用的直接記錄, 研究鈾礦物伴生組合類型和特征為探討鈾礦床成因提供直接信息。本文以鄂爾多斯盆地東北部杭錦旗?納嶺溝地區(qū)含鈾巖系中侏羅統(tǒng)直羅組為研究對象, 通過巖心觀察、顯微觀察、掃描電鏡和電子探針分析等, 系統(tǒng)研究了含鈾砂巖中鈾礦物種類、賦存特征及典型礦物伴生組合類型, 在此基礎(chǔ)上, 結(jié)合鈾成礦過程中流體作用探討了鈾成礦機(jī)理。取得的主要成果和認(rèn)識如下: (1)研究區(qū)含礦目的層最主要的礦物類型為鈾石, 與鈾礦物相關(guān)的礦物組合包括: 莓球狀黃鐵礦?鈾石、黑云母?它形黃鐵礦?鈾石、膠狀黃鐵礦?鈾石、鈦鐵礦?銳鈦礦?鈾石、高嶺石?鈾石、蒙脫石/伊蒙混層?鈾石、方解石?鈾石、有機(jī)質(zhì)?鈾石和石英?鈾石9種; (2)研究區(qū)成礦環(huán)境經(jīng)歷了成巖期的中性?弱堿性氧化環(huán)境→弱酸性氧化環(huán)境→成礦早期的弱酸性還原環(huán)境→成礦中?晚期的弱堿性還原環(huán)境→成礦期后的堿性還原環(huán)境的轉(zhuǎn)變; (3)鈾礦物的富集可以分為5個階段: ①早期預(yù)富集的碎屑鈾; ②石英顆粒邊緣富集的瀝青鈾礦; ③莓球狀、它形、膠狀黃鐵礦、高嶺石、鈦鐵礦邊緣沉淀富集, 與酸性還原流體有關(guān)的鈾石; ④與石英、方解石、蒙脫石/伊蒙混層等伴生, 與堿性還原流體有關(guān)的鈾石; ⑤與莓球狀黃鐵礦、膠狀黃鐵礦、方解石伴生的受中低溫?zé)嵋焊脑斓拟櫴?。綜上所述, 研究區(qū)主成礦作用受酸性和堿性還原流體共同控制。

伴生礦物; 賦存狀態(tài); 砂巖型鈾礦; 成礦機(jī)理; 鄂爾多斯盆地東北部

0 引 言

鄂爾多斯盆地東北部分布有皂火壕、柴登、納嶺溝和大營等一批砂巖型鈾礦床, 該區(qū)砂體發(fā)育穩(wěn)定, 含礦目的層泥?砂?泥結(jié)構(gòu)完整, 具有流體運(yùn)移和成礦物質(zhì)卸載沉淀的有利空間。近年來勘查表明本區(qū)具有良好的找礦前景, 諸多學(xué)者在含鈾巖系蝕變礦物與成礦機(jī)理方面做了大量工作(李榮西等, 2011;焦養(yǎng)泉等, 2018a; 朱強(qiáng)等, 2019; Zhu et al., 2019; Jin et al., 2020), 確認(rèn)了礦體主要產(chǎn)出在灰色/灰綠色偏還原性砂巖中, 提出了多階段、多成因流體共同作用, 氧化、還原流體疊加改造成礦的模式, 并明確了內(nèi)部還原介質(zhì)和外部還原介質(zhì)的雙重還原介質(zhì)來源。前人通過大量鈾礦石的電子探針分析, 認(rèn)為研究區(qū)中侏羅統(tǒng)直羅組(J2)砂巖中鈾礦物主要為鈾石, 另外, 還存在水硅鈾礦及少量晶質(zhì)鈾礦UO2(瀝青鈾礦)和鈦鈾礦(U, Ca, Fe, Th, Y)(Ti, Fe)2O6等。苗愛生等(2009)發(fā)現(xiàn)鈾石通常以不規(guī)則的集合體產(chǎn)出于蝕變黑云母裂隙和黃鐵礦邊緣; 楊曉勇等(2009)提出鈾石主要是以微粒吸附形式存在(＜1 μm), 少數(shù)呈較大鈾石微粒集合體形式存在, 一般富集在鉀長石、微斜長石、白云母和砂巖的膠結(jié)物中; 馬曄等(2013)和馮曉曦等(2019)發(fā)現(xiàn)鈾礦物主要賦存于黃鐵礦、方解石、綠泥石、有機(jī)質(zhì)及石英的裂隙或礦物間隙中; 部分學(xué)者結(jié)合電子探針還發(fā)現(xiàn)了釷鈾石、鈦鈾礦等鈾礦物(肖新建等, 2004; 馬曄等, 2013)。以往工作缺乏對與鈾成礦相關(guān)的特征礦物系統(tǒng)的總結(jié), 沒有建立礦物伴生組合關(guān)系。為此, 筆者在系統(tǒng)的野外地質(zhì)調(diào)查和樣品采集的基礎(chǔ)上, 通過電子探針、掃描電鏡、巖礦鑒定和X-射線衍射(XRD)分析, 對該地區(qū)的鈾礦物種類、產(chǎn)出方式及典型蝕變礦物特征進(jìn)行詳細(xì)研究, 了解礦石中鈾的賦存狀態(tài)、礦物伴生組合類型, 以及蝕變作用與鈾礦化的關(guān)系, 進(jìn)而對礦床的成因和成礦環(huán)境進(jìn)行探討, 為完善砂巖鈾礦成礦機(jī)理和找礦標(biāo)志等提供科學(xué)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地地處華北板塊西北部, 總體呈矩形, 南北向展布, 面積約25×104km2, 南近秦嶺造山帶, 北跨伊盟隆起, 西鄰賀蘭山?六盤山, 東靠呂梁山(圖1a)(鄧軍等, 2005, 2006)。該盆地是中生代發(fā)育起來的大型內(nèi)陸拗陷盆地, 以整體抬升、持續(xù)沉降、坡度寬緩、低幅隆起、地層整一為特點, 盆內(nèi)背斜少見、沉積蓋層薄、巖漿活動弱(Darby et al., 2001; 鄭孟林等, 2006; 張?zhí)旄５? 2018; 王少軼等, 2020)。

杭錦旗與納嶺溝地區(qū)位于鄂爾多斯盆地東北部, 研究區(qū)西鄰大營鈾礦床, 東鄰罕臺廟、皂火壕鈾礦床, 區(qū)內(nèi)出露三疊系、侏羅系、白堊系、新近系及第四系(劉曉雪等, 2016), 含鈾巖系隸屬于陰山?古河套物源?沉積體系。區(qū)內(nèi)地層呈單斜產(chǎn)出, 傾角較緩, 平均1°~3°, 含礦目的層厚度一般在140~260 m,與上覆下白堊統(tǒng)志丹群不整合接觸, 與下伏延安組平行不整合接觸。對鉆孔巖心和野外露頭的精細(xì)解剖發(fā)現(xiàn), 中侏羅統(tǒng)直羅組下段下亞段底部為灰白色、淺灰色砂礫巖、粗砂巖; 下段下亞段中上部為灰白色、灰色或灰綠色中粗砂巖, 局部夾薄層灰綠色泥巖; 下段上亞段主體為灰綠色中粗砂巖夾薄層灰綠色泥巖; 上段主要由灰綠色、紅色泥巖夾透鏡狀紅色、黃色、灰綠色中細(xì)砂巖組成(圖1b、2b)。含礦砂巖巖性為灰色、灰綠色中粗粒長石巖屑砂巖或巖屑砂巖, 碎屑顆粒成分主要由長石、石英、凝灰?guī)r巖屑、變質(zhì)石英巖巖屑、安山巖巖屑和黑云母等組成, 以泥質(zhì)膠結(jié)為主, 局部鈣質(zhì)膠結(jié), 少量菱鐵礦膠結(jié)。

1. 研究區(qū); 2. 構(gòu)造單元線; 3. 斷層; 4. 地名; 5. 雜色砂礫巖; 6. 灰色粗砂巖; 7. 灰色中砂巖; 8. 灰綠色中砂巖; 9. 褐色細(xì)砂巖; 10. 灰綠色細(xì)砂巖; 11. 灰綠色粉砂巖; 12. 紅色粉砂巖; 13. 褐色粉砂巖; 14. 紅色泥巖; 15. 灰綠色泥巖; 16. 煤層; 17. 鈾礦體。

直羅組下段的兩個含礦含水層顯示出較大的差異性, 下亞段儲層含砂率高、厚度大、連續(xù)性好, 炭屑、黃鐵礦等還原介質(zhì)豐富, 而上亞段儲層含砂率低、厚度薄、連續(xù)性差。不同的非均質(zhì)性和有機(jī)質(zhì)含量反映了上下兩套砂巖儲層具有不同的沉積成因, 導(dǎo)致鈾礦體主要產(chǎn)于直羅組下段下亞段。

2 樣品和研究方法

本次研究的樣品主要采自盆地東北部杭錦旗?納嶺溝地區(qū)鉆孔中, 鉆孔分布情況見圖2a。

電子探針、能譜分析用以確定不同類型鈾礦物元素含量差異, 在中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心非化石能源礦產(chǎn)實驗室完成, 所用儀器為JXA- 8100 型電子探針, 加速電壓15 kV, 束流20 nA, 束斑直徑為1 μm, 出射角40°, 分析方式為波譜分析, 修正方式為ZAF, 在進(jìn)行點定量分析之前, 首先用背散射電子圖像(BSE)觀察顆粒, 在一個顆粒選擇多個位置測量以保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

掃描電鏡觀察礦物微觀形態(tài)和伴生現(xiàn)象, 在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成。使用儀器為Nova NanoSEM 450超高分辨率掃描電子顯微鏡, 實驗溫度25 ℃, 濕度38%。

X射線衍射(XRD)分析用以查明黏土礦物種類和含量, 在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成, 測試方法和依據(jù)為SY/T5163-2010《沉積巖中黏土礦物和常見非黏土礦物X射線衍射分析方法》, 測試儀器名稱: Panalytical X’Pert PRO X射線衍射儀, 分析條件為40 kV電壓, 40 mA電流, 測試環(huán)溫度為20 ℃, 測量角度范圍3°~30°。為了盡量減少其他特征礦物的影響, 選取黏土礦物分析的砂巖樣品黃鐵礦、炭屑含量均很低, 且都不是鈣質(zhì)砂巖。

3 鈾礦物賦存狀態(tài)

電子探針、能譜及背散射圖像分析表明研究區(qū)鈾以吸附鈾、鈾礦物和碎屑鈾為主, 其中鈾礦物主要為鈾石, 以及少量含鈦鈾礦物、瀝青鈾礦等。與鈾礦物相關(guān)的礦物包括黃鐵礦、鈦鐵礦、銳鈦礦、蒙脫石、方解石、有機(jī)質(zhì)、長石、石英等。

3.1 黃鐵礦與鈾

利用巖心宏觀識別黃鐵礦的形態(tài), 可以分為結(jié)核狀、條帶狀、浸染狀和星點狀四大類。其微觀形態(tài)有莓球狀、膠狀、自形和它形四類(圖3a、b、c、d)。從形成期次及與鈾成礦的關(guān)系來看, 黃鐵礦總體可劃分為兩期, 第一期為成巖期黃鐵礦, 包括莓球狀黃鐵礦、自形粒狀黃鐵礦, 黃鐵礦晶形完整、自形程度高、粒度小, 未見與其他礦物穿插結(jié)構(gòu); 第二期為流體改造(蝕變)黃鐵礦, 主要有兩種類型, 一種在碎屑顆粒間呈膠狀分布, 另一種與黑云母伴生, 又包括呈半自形?它形和膠狀兩種形態(tài), 流體改造的黃鐵礦多呈脈狀或不規(guī)則斷續(xù)分布, 并與黑云母、鈾礦物有穿插現(xiàn)象。

與鈾成礦關(guān)系最密切的主要是莓球狀和膠狀黃鐵礦(黑云母解理縫中和顆粒間兩種)(圖3e、f、g、h), 其次為它形黃鐵礦(圖3i)。鈾石沿莓球狀或后生蝕變黃鐵礦邊緣生長, 部分樣品中可見鈾石呈脈狀充填膠狀黃鐵礦裂隙(圖3g、h、i)。苗愛生等(2009, 2010)在研究東勝鈾礦床過程中發(fā)現(xiàn)了鈾石呈透鏡狀或微細(xì)粒集合體產(chǎn)于黑云母解理縫中的現(xiàn)象, 其原因是存在黑云母蝕變生成的黃鐵礦, 為鈾的富集提供了還原介質(zhì)。

3.2 鈦鐵礦、銳鈦礦與鈾

研究區(qū)鈦鐵礦保留有碎屑顆粒的輪廓, 前人通過對研究區(qū)砂巖中流體包裹體檢測顯示, 均一溫度峰值最高為160~180 ℃, 炭屑中鏡質(zhì)體反射率分析普遍在0.5%左右, 反映地層溫度高于賦礦地層最大埋深時的古地溫(60~75 ℃), 表明本區(qū)確實發(fā)生過熱異常事件(肖新建等, 2004; 張龍等, 2015), 但構(gòu)造熱事件強(qiáng)度并未使煤層發(fā)生深成變質(zhì)作用和巖漿熱變質(zhì)作用, 未達(dá)到鈦鐵礦的生成溫度, 因此我們認(rèn)為鈦鐵礦是陸源搬運(yùn)而來, 而非熱液成因。含礦目的層中鈦鐵礦常遭受不同程度的氧化, 其中心部分一般受影響較小, 邊緣鐵含量明顯降低。在研究區(qū), 鈾石與銳鈦礦、鈦鐵礦等礦物伴生現(xiàn)象也較常見, 且大多呈現(xiàn)出碎屑顆粒中心部位為鈦鐵礦, 向外過渡為銳鈦礦, 最外層為鈾石的位置分布關(guān)系(圖4),此外, 還可見少量蝕變鈦鐵礦或銳鈦礦的中心部位出現(xiàn)空隙, 鈾石富集于空隙的邊部。

3.3 蒙脫石、伊蒙混層與鈾

黏土作為陸源碎屑沉積物的一個重要組成部分, 廣泛存在于各種泥巖及砂、礫巖的膠結(jié)物中。國內(nèi)外學(xué)者早已注意到砂巖型鈾礦床中黏土礦物的存在。由于黏土礦物質(zhì)點細(xì)小, 具有很大的表面自由能和吸附能力, 因此既具有碎屑質(zhì)點的性質(zhì)又具有膠體質(zhì)點的性質(zhì)。黏土礦物的存在導(dǎo)致含氧富鈾水在經(jīng)過砂巖孔隙時被其吸附, 形成鈾的富集。在鄂爾多斯盆地, 黏土礦物對鈾礦床形成的積極作用, 前人也做過介紹(孫超等, 2016; 趙華雷等, 2018), 但并未具體提出高嶺石、蒙脫石、伊利石、伊蒙混層、綠泥石是否發(fā)揮了同樣積極作用, 還是有所差異。

1. 第四系; 2. 下白堊統(tǒng)東勝組; 3. 下白堊統(tǒng)羅漢洞組; 4. 下白堊統(tǒng)環(huán)河組; 5. 上三疊統(tǒng)延長組; 6. 采樣鉆孔位置及編號; 7. 地名; 8. 聯(lián)井剖面; 9. 剖面線; 10. 灰色砂巖; 11. 灰綠色砂巖; 12. 紅色砂巖; 13. 黃色砂巖; 14. 灰色礫巖; 15. 紅棕色礫巖; 16. 褐色砂巖; 17. 灰綠色泥巖; 18. 紅色/紫色泥巖; 19. 灰色泥巖; 20. 地層代號; 21. 地層底界面; 22. 鈾礦體。

(a) 莓球狀黃鐵礦(T3-5, 630 m, 灰綠色中砂巖); (b) 膠狀黃鐵礦(T3-3, 624.8 m, 灰綠色中砂巖); (c) 自形黃鐵礦(T3-4, 624.7 m, 灰綠色中砂巖); (d) 它形黃鐵礦(T4-5, 576 m, 灰綠色中砂巖); (e) 莓球狀黃鐵礦間富集鈾石(T2-5, 499 m, 灰綠色中砂巖); (f) 黑云母解理縫中膠狀黃鐵礦吸附鈾石(T11-2, 470 m, 灰綠色中砂巖); (g) 碎屑顆粒之間膠狀黃鐵礦(T11-2, 470 m, 灰綠色中砂巖); (h) 顆粒間膠狀黃鐵礦(T11-2, 470 m, 灰綠色中砂巖); (i) 黑云母解理縫中它形黃鐵礦與鈾石伴生(T4-5, 576 m, 灰綠色中砂巖)。礦物代號: Py. 黃鐵礦; Bt. 黑云母; Cof. 鈾石。

掃描電鏡下觀察黏土礦物微觀形態(tài), 綠泥石多呈片狀或針葉狀附著在顆粒表面及顆粒縫隙間(圖5a), 或成薄膜狀覆蓋在顆粒表面(李子穎等, 2007; 陳寶赟等, 2014), 蒙皂石和伊蒙混層多呈彎曲褶皺片狀或蜂窩狀分布在碎屑顆粒的表面或者孔隙中, 是鈾吸附沉淀的主要黏土類型(圖5b、c、d), 高嶺石多以疊片狀、蠕蟲狀分布在顆?？紫堕g(圖5e), 伊利石多呈片狀發(fā)育在孔隙中。

通過黏土礦物X射線衍射分析、紅外光譜掃描等方法, 將研究區(qū)直羅組樣品的黏土含量數(shù)據(jù)按砂巖不同的顏色及含礦性進(jìn)行分類整理(表1), 進(jìn)而分析杭錦旗?納嶺溝礦區(qū)直羅組砂巖成分特征及其與鈾礦化關(guān)系, 發(fā)現(xiàn)研究區(qū)黏土礦物與鈾礦物空間伴生關(guān)系緊密, 不含礦砂巖、礦化砂巖、富礦砂巖中蒙皂石、伊蒙混層和高嶺石含量呈遞增趨勢, 綠泥石含量呈遞減趨勢, 可能反映出蒙皂石、伊蒙混層和高嶺石對鈾礦物的吸附貢獻(xiàn)較好, 綠泥石對鈾礦物的吸附貢獻(xiàn)較差(圖6a、b、c)。

(a)~(b) 由內(nèi)部到邊部具有鈦鐵礦?銳鈦礦?含鈾鈦礦物結(jié)構(gòu), BSE(T11-2, 470 m, 灰綠色中砂巖); (c)~(f) Si、Fe、Ti、U元素面掃描圖像。

(a) 顆粒表面附著的片狀綠泥石(T3-4, 625 m, 灰綠色中砂巖); (b) 與伊蒙混層伴生的鈾石(T22-2, 678 m, 灰色中砂巖); (c) 與蒙脫石伴生的短柱狀鈾石集合體(T22-2, 678 m, 灰色中砂巖); (d) 與蒙脫石伴生的鈾石(T22-2, 678 m, 灰色中砂巖); (e) 疊片狀、蠕蟲分布的高嶺石(T16-21, 455 m, 灰色中砂巖); (f) 片狀伊利石(T6-2, 560 m, 灰綠色中砂巖)。礦物代號: S. 蒙皂石; I/S.伊蒙混層; It. 伊利石; Kao. 高嶺石; C. 綠泥石。

表1 研究區(qū)直羅組砂巖黏土礦物含量

注: / 表示未檢測出, 空白處表示未檢測。

綠泥石在研究區(qū)直羅組下段灰綠色砂巖中含量為23.08%, 礦化砂巖中占13.29%, 富礦砂巖中占10.33%。綠泥石整體含量較高可能與還原流體改造作用有關(guān), 蒙皂石和高嶺石等在堿性條件下, 可以向綠泥石轉(zhuǎn)化。礦化砂巖和富礦砂巖中的綠泥石含量較圍巖中低(圖5d), 說明綠泥石對鈾礦的吸附作用不是鈾富集沉淀的主要原因。

蒙皂石和伊蒙混層在研究區(qū)直羅組下段灰綠色砂巖中含量為47.92%, 礦化砂巖中為48.43%, 富礦砂巖中為61.78%, 礦化砂巖和富礦砂巖中含量高于灰綠色圍巖(圖6e), 可能是吸附鈾礦物最主要的黏土類型。

高嶺石在礦化砂巖中含量最高為28.29%, 在富礦砂巖中和圍巖(直羅組下段灰綠色砂巖)中含量相近, 分別為20.67%和21.54%(圖6f), 說明高嶺石在鈾富集過程中起到了積極作用, 但可能不是吸附的主要形式。

伊利石在研究區(qū)直羅組下段灰綠色砂巖中含量為7.46%, 礦化砂巖中為10%, 富礦砂巖中為7.22%, 含量較低且總體相差不大, 與鈾的相關(guān)性不明顯。

3.4 方解石與鈾

研究區(qū)碳酸鹽化大體可分為三期: 第一期形成泥晶方解石, 晶粒直徑僅幾微米(圖7a), 主要形成于沉積?同生成巖階段; 第二期形成粗晶方解石, 晶粒較粗, 直徑為0.5~2 mm或更大(圖7b), 亮度較差, 具有較明顯的重結(jié)晶的痕跡, 方解石常交代雜基并部分交代碎屑顆粒(圖7c); 第三期碳酸鹽化是區(qū)內(nèi)最晚期的碳酸鹽化, 呈方解石細(xì)脈或微脈產(chǎn)出, 可見2組或3組極完全解理(圖7d), 多見交代碎屑顆粒。在巖心中可見紅色鈣質(zhì)砂巖中發(fā)育碳酸鹽細(xì)脈, 灰色細(xì)砂巖中的植物炭屑內(nèi)部發(fā)育網(wǎng)格狀方解石細(xì)脈(圖7e), 這些特征均顯示后期流體作用的改造。與鈾礦物伴生關(guān)系緊密的多為第二期或第三期方解石, 鏡下可見鈾礦物交代方解石, 沿方解石的邊緣或溶蝕港灣富集(圖7f)。

3.5 有機(jī)質(zhì)與鈾

大部分煤層中的腐植酸會吸附鈾、釷等金屬離子, 形成金屬有機(jī)絡(luò)合物, 造成一定量的放射性異常(黃文輝等, 2010), 前人研究發(fā)現(xiàn)東勝鈾礦區(qū)直羅組含鈾砂巖中可見含瀝青質(zhì)的鏡煤, 石油和煤在退變質(zhì)分解階段會產(chǎn)生有機(jī)酸、腐殖酸、碳酸、CO2和硫酸, 腐殖酸的存在可以把鈾離子還原為不溶于水的鈾而固定在煤的有機(jī)組分中(楊斌虎等, 2006)。目的層砂巖中黃鐵礦的δ34S值分布在–32.3‰~22.9‰之間, δ34S較大的負(fù)值反映有機(jī)質(zhì)來源的特征(朱強(qiáng)等, 2018)。

圖6 研究區(qū)直羅組砂巖中黏土礦物組分含量關(guān)系圖(紅色虛線劃分了含礦砂巖與不含礦砂巖中黏土礦物含量集中分布區(qū))

(a) 泥晶方解石, 正交偏光(T2-1, 510 m, 灰綠色中砂巖); (b) 粗晶方解石, 正交偏光(T4-8, 577 m, 灰綠色中砂巖); (c) 粗晶方解石交代長石顆粒邊緣, 正交偏光(T20-5, 751.8 m, 灰綠色中砂巖); (d) 亮晶方解石, 正交偏光(T4-8, 577 m, 灰色中砂巖); (e) 植物炭屑內(nèi)部發(fā)育網(wǎng)格狀方解石細(xì)脈; (f) 方解石溶蝕邊富集鈾石, BSE(T4-4, 572 m, 灰綠色中砂巖); (g) 炭質(zhì)條帶, 反射光(T3-3, 608 m, 灰色中砂巖); (h) 與炭屑、黃鐵礦伴生的鈾石, BSE(T3-4, 624.7 m, 灰綠色中砂巖); (i) 植物胞腔內(nèi)充填有機(jī)質(zhì)和鈾石, BSE(T3-4, 624.7 m, 灰綠色中砂巖)。礦物代號: Cal. 方解石; CD. 炭屑; Cof. 鈾石; Fsp. 長石; OM. 有機(jī)質(zhì); Py. 黃鐵礦; PC. 植物胞腔; Qz. 石英。

煤等有機(jī)質(zhì)在鈾成礦過程中起到了吸附和還原兩方面的作用。研究區(qū)延安組、直羅組煤以不黏煤為主, 水分大, 含次生腐植酸, 鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組含量較高, 鏡質(zhì)組是較典型的生烴母質(zhì)(魏煥成等, 2007),惰質(zhì)組中的絲質(zhì)體孔隙發(fā)育, 對鈾酰離子具有很強(qiáng)的吸附作用, 使鈾酰離子聚集在煤表面, 煤表面的腐植酸又能將鈾酰離子轉(zhuǎn)化為絡(luò)合物的形式運(yùn)移, 在化學(xué)障附近沉淀, 因此含礦砂巖中可以見到鈾石交代炭質(zhì)碎屑, 充填植物腔胞的現(xiàn)象(圖7g、h、i)。

3.6 石英、長石等碎屑與鈾

石英是一種物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)均十分穩(wěn)定的礦物, 一般不易溶解, 然而在研究區(qū)含礦目的層中發(fā)現(xiàn)了石英溶解現(xiàn)象, 鏡下觀察到, 方解石成微脈狀穿插在碎屑石英中(圖8a), 巖屑充填在石英溶蝕孔隙中(圖8b), 鈾礦物在石英溶蝕孔隙中富集(圖8c)。

長石類型比較多樣, 可見斜長石、微斜長石與條紋長石, 其中以斜長石含量居多, 部分長石發(fā)生黏土化, 鈾石就吸附在長石顆粒表面以及長石邊緣黏土化程度較高的位置(圖8d)。

3.7 碎屑鈾

碎屑鈾是含鈾的碎屑顆粒, 隨流體運(yùn)移被搬運(yùn)至盆地內(nèi)部, 隨其他顆粒沉積、成巖。焦養(yǎng)泉等(2015)曾在大營鈾礦床識別出這種類型, 因為搬運(yùn)過程中容易破碎, 所以不是較為常見的類型。筆者在研究區(qū)也識別出了這種鈾礦物, 并且通過探針分析, 發(fā)現(xiàn)相比于鈾石, 其具有較低的Y2O3含量(朱強(qiáng)等, 2018), 具有一定的磨圓(圖9a、b), 主要成分為Si、Al、K(圖9c、d、e、f)。

(a) 方解石切穿石英顆粒, 表明堿性溶液活動能力較強(qiáng), 正交偏光(T4-8, 577 m, 灰綠色中砂巖); (b) 巖屑充填在石英溶蝕孔隙中, 正交偏光(T11-4, 471 m, 灰綠色中砂巖); (c) 鈾石在石英溶蝕邊富集, BSE(T4-4, 572 m, 灰綠色中砂巖); (d) 長石顆粒表面和邊部富集鈾石(T4-4, 572 m, 灰綠色中砂巖)。礦物代號: Cal. 方解石; Qtz. 石英; Cof. 鈾石; Fsp. 長石。

4 鈾礦物成分特征

利用電子探針對不同賦存狀態(tài)的鈾礦物進(jìn)行檢測, 分析結(jié)果見表2。由于探針無法檢測羥基、碳?xì)浜陀袡C(jī)質(zhì), 所以有機(jī)質(zhì)和水無法檢出, 造成總含量不夠100%。

通過對比發(fā)現(xiàn)(圖10), 不同賦存形式下的鈾石中UO2和SiO2含量相差不大, 其中石英顆粒邊緣吸附的鈾石具有相對較高的UO2(平均74.18%)和相對較低的SiO2(平均11.38%), 與莓球狀黃鐵礦伴生的鈾石具有相對較低的UO2(平均56%)。膠狀黃鐵礦、莓球狀黃鐵礦和方解石伴生的鈾石中Y2O3平均值分別為5.79%、8.78%和9.22%, 較其他類型中高出2~3倍, 石英顆粒邊部富集的鈾石和碎屑鈾中Y2O3含量最低, 分別為0.331%和0.72%; 黑云母解理縫中、長石邊部、鈦鐵礦中的Y2O3含量介于兩者中間。PbO2含量總體較低, 介于0~0.344%, 平均值0.037%, 但石英顆粒邊部伴生的鈾石有相對較高的PbO2(含量介于0.11%~0.34%)。

此外, 馬曄等(2013)對杭錦旗地區(qū)直羅組砂巖中黃鐵礦和方解石進(jìn)行電子探針分析, 顯示黃鐵礦均含有少量的U, UO2含量為0.048%~0.056%, 方解石中UO2的含量為0.207%~0.235%, 表明部分鈾礦物呈微細(xì)粒浸染狀寄生于黃鐵礦和方解石中。

5 礦石礦物組合類型及成因探討

5.1 鈾礦物組合特征

在不同類型流體參與下, 次生礦物形成、轉(zhuǎn)化過程中, 黃鐵礦、鈦鐵礦、方解石、有機(jī)質(zhì)、蒙脫石、伊蒙混層、石英、長石等成為鈾礦物沉淀富集的主要還原介質(zhì)或載體, 研究區(qū)與鈾石共存的礦物組合類型包括: 莓球狀黃鐵礦?鈾石、黑云母?它形黃鐵礦?鈾石、膠狀黃鐵礦?鈾石、鈦鐵礦?銳鈦礦?鈾石、蒙脫石?鈾石、高嶺石?鈾石、方解石?鈾石、有機(jī)質(zhì)?鈾石、石英?鈾石等9種。其中, 炭屑等有機(jī)質(zhì)主要為沉積時期隨河流搬運(yùn)而來, 主要起到了吸附作用, 黃鐵礦、銳鈦礦、高嶺石主要形成在酸性流體作用下, 粗晶、亮晶方解石、蒙脫石生成和石英溶蝕作用主要發(fā)生在堿性流體作用下, 與鈾礦物密切共生的幾種蝕變礦物特征和形成條件如下:

(1) 黃鐵礦?鈾石: 酸性含H2S流體作用增強(qiáng)后, 黑云母蝕變?yōu)樗谠颇富虬自颇? 生成它形、膠狀黃鐵礦, 鈦鐵礦蝕變、巖屑壓實析出、流體運(yùn)移帶來的Fe在碎屑顆粒間富集, 生成填充在孔隙內(nèi)的膠狀黃鐵礦, 鈾石就還原吸附在莓球狀和后生蝕變黃鐵礦的邊緣。部分樣品中可見鈾石呈脈狀充填在膠狀黃鐵礦裂隙或者呈星點狀被膠狀黃鐵礦包裹, 反映出莓球狀黃鐵礦形成于鈾礦富集之前, 膠狀黃鐵礦經(jīng)受了活動能力更強(qiáng)的含鈾溶液的改造, 早于鈾礦生成或者與鈾礦同期生成。

膠狀黃鐵礦、莓球狀黃鐵礦和方解石伴生的鈾石中Y2O3較其他類型中高出2~3倍, 反映不同的流體作用痕跡。馬曄等(2013)在對杭錦旗地區(qū)鈾石進(jìn)行分析時同樣發(fā)現(xiàn)Y元素含量均較高, 認(rèn)為可能是后期熱液作用參與的結(jié)果, 因為研究區(qū)與鈾礦伴生的黃鐵礦和方解石的形成不是同期, 分別代表了酸性和堿性流體作用, 推測在這兩期流體作用之后或許還存在一期富Y的低溫?zé)嵋焊脑熳饔? 造成了不同期次鈾石同樣富集Y元素的結(jié)果。

(a)~(b) 碎屑鈾, 具有一定的磨圓, BSE(T11-2, 470 m, 灰綠色中砂巖); (c)~(f) 圖b中碎屑鈾顆粒對應(yīng)的Al、K、Si、U元素面掃描圖像(T11-2, 470 m, 灰綠色中砂巖)。

表2 納嶺溝鈾礦床鈾石和碎屑鈾電子探針分析結(jié)果(%)

注: 空白處表示該項未檢測。

圖10 不同賦存狀態(tài)鈾礦物特征成分含量對比圖

(2) 銳鈦礦?鈾石: 鈦鐵礦的蝕變作用是在酸性條件下發(fā)生的, 蝕變產(chǎn)物是Fe2+和TiO2+(賀萬宇和黃焯樞, 1983), 鈾礦富集機(jī)理是含鈾溶液與產(chǎn)于砂巖中的蝕變含鈦礦物(如銳鈦礦等)發(fā)生作用, 使生成的鈾礦物吸附在銳鈦礦周緣, 化學(xué)反應(yīng)式為(魏觀輝等, 2006):

2FeTiO3+6H++2e→2Fe2++Ti2O3+3H2O

TiO2+(UO2)2+→UTi2~3O6~8

TiO2+(UO2)2+→Ti2()·UO2

有學(xué)者認(rèn)為交代作用發(fā)生后形成的礦物是鈦鈾礦(王貴等, 2017), 也有學(xué)者認(rèn)為是含鈾含鈦礦物(陳路路等, 2017), 因為鈦鈾礦多形成于中高溫成礦作用下, 形成溫度近300 ℃, 而研究區(qū)流體溫度不滿足此條件, 因此筆者傾向于認(rèn)為是含鈾含鈦礦物, 鈦鐵礦的蝕變作用發(fā)生在鈾礦物還原吸附作用發(fā)生之前, 鈾的沉淀富集作用多是從邊緣向中心部位減弱, 因此由顆粒內(nèi)部向外部呈現(xiàn)出鈦鐵礦?銳鈦礦?含鈾鈦礦物或者銳鈦礦?含鈾鈦礦物兩種存在形式。

(3) 高嶺石?鈾石和長石?鈾石: 鈾石吸附在長石顆粒溶蝕邊附近, 鏡下觀察發(fā)現(xiàn)這類長石都發(fā)生了蝕變作用, 因此其可能與長石的高嶺土化有關(guān), 我們本次將其歸為同一類型。高嶺石一般為氧化成因, 在酸性條件下穩(wěn)定存在, 隨著成巖早期SO42–離子含量的升高, 長石開始向高嶺石化轉(zhuǎn)化。延安組煤層的生排烴作用的持續(xù)進(jìn)行, 促進(jìn)了直羅組下段砂巖高嶺土化的發(fā)生, 雖然高嶺石的吸附性低于蒙脫石, 但由于直羅組下段底部砂巖中高嶺土化含量豐富, 仍然吸附了大量鈾酰離子, 形成了品位略低的鈾礦化砂巖。

2KAlSi3O8(鉀長石)+2H++H2O→

Al2Si2O5(OH)4(高嶺石)+4SiO2+2K+

2NaAlSi3O8(鉀長石)+2H++H2O→

Al2Si2O5(OH)4(高嶺石)+4SiO2+2Na+

CaAl2Si2O8(鈣長石)+2H++H2O→

Al2Si2O5(OH)4(高嶺石)+Ca2+。

(4) 蒙脫石/伊蒙混層?鈾石: 蒙脫石和伊蒙混層是研究區(qū)含量最豐富的黏土礦物類型, 同時蒙脫石的比表面積最大且存在大量層間陽離子, 溶液中的鈾酰離子可以與層間陽離子發(fā)生交換反應(yīng), 因此蒙脫石的吸附率最大(陳陽等, 2015), 蒙脫石/伊蒙混層成為研究區(qū)吸附鈾礦物的最主要黏土類型。

(5) 方解石?鈾石: 鏡下可以觀察到方解石和膠狀黃鐵礦的相互穿插現(xiàn)象, 反映黃鐵礦與方解石的形成時間較為相近, 亮晶和粗晶方解石開始形成于酸性還原環(huán)境, 但此時酸性條件下不穩(wěn)定, 多發(fā)生溶蝕現(xiàn)象, 進(jìn)入堿性流體作用階段后, 方解石含量趨于穩(wěn)定, 亮晶方解石呈網(wǎng)格狀切穿植物炭屑, 說明其是后期流體作用生成, 鏡下可見鈾礦物交代方解石, 沿方解石的邊緣或溶蝕港灣富集, 反映鈾礦物的形成時間不早于粗晶方解石和亮晶方解石。

(6) 石英?鈾石: 方解石和鈾礦物能穿切碎屑石英, 表明此期含鈾溶液的活動能力比較強(qiáng), 指示堿性環(huán)境, 因為在堿性環(huán)境下較低溫度時(100 ℃), SiO2即可發(fā)生溶解, U元素能與SiO2反應(yīng)生成鈾石類礦物而沉淀(陳修等, 2015)。石英顆粒邊部富集的鈾石和碎屑鈾中Y2O3含量較低可能表示此類鈾礦物的形成受熱液改造作用影響較小, 相對較高的PbO2(含量介于0.11%~0.34%), 反映這類鈾石可能是早期生成的瀝青鈾礦與介質(zhì)中的SiO2作用生成的(閔茂中等, 1999)。

5.2 鈾礦成因探討

這些與鈾成礦緊密相關(guān)的礦物有原生成因的, 也有酸性流體作用和堿性流體作用成因的, 說明了鈾成礦過程的復(fù)雜性, 流體作用類型的多樣性。

鄂爾多斯盆地東北部在晚侏羅世?早白堊世早期的抬升和掀斜運(yùn)動過程中, 盆地北部蝕源區(qū)及直羅組長期暴露地表并遭受風(fēng)化剝蝕, 盆地東北部接受來自蝕源區(qū)含氧富鈾水的補(bǔ)給, 此時滲入的大氣降水呈堿性(張龍等, 2015), 含氧水在層間發(fā)生運(yùn)移將黃鐵礦氧化為褐鐵礦, 因此黃鐵礦的褐鐵礦化發(fā)生在成巖階段早期; 在氧化環(huán)境中, U呈六價(U6+)隨流體在砂層中運(yùn)移, 含氧富鈾流體在砂巖層中運(yùn)移的過程中對黃鐵礦、鈦鐵礦、炭屑、黑云母、長石等碎屑顆粒等進(jìn)行改造, 原生黃鐵礦、炭屑、有機(jī)質(zhì)遭受氧化作用消耗, 形成SO42–離子, 地下水酸性增強(qiáng)。

晚侏羅世到早白堊世之間, 盆地中生界烴源巖經(jīng)歷了最重要的熱事件, 已達(dá)生排烴高峰期, 前人認(rèn)為盆地內(nèi)部中生界、上古生界的油氣、煤成氣沿斷裂向上運(yùn)移, 往盆地邊緣逸散, 充當(dāng)了鈾成礦過程中最重要的還原劑(任戰(zhàn)利等, 1996, 2006; 李士祥等, 2010; 趙興齊等, 2015)(圖11)。通過對前人成果的綜合分析, 并結(jié)合野外露頭的考察, 我們認(rèn)為在此時期, 延安組煤層埋藏厚度較深, 由于鏡質(zhì)組含量較高, 產(chǎn)生較大量的H2S和CH4氣體, 同樣提供了大量的還原介質(zhì)。如, 晉香蘭和張泓等(2008)對鄂爾多斯盆地延安組煤的生氣能力進(jìn)行分析, 研究區(qū)包括盆地北部鄂托克旗、烏審旗、東勝地區(qū), 結(jié)果判定延安組煤的生烴潛力為弱?中等生氣, 盆地延安組煤的平均產(chǎn)氣率大體為45~102 m3/t。Feng et al. (2017)提出鈾礦床通常在空間上遠(yuǎn)離油田, 油氣田淺區(qū)或大量的烴類消散區(qū)可能會抑制含鈾絡(luò)合物的運(yùn)移和沉淀, 并不是尋找砂巖型鈾礦的理想位置, 而延安組煤層產(chǎn)生的適量的還原流體不存在這方面的不利因素。劉正邦等(2013)通過對東勝鈾礦區(qū)鈾儲層中酸解烴類類型和含量的檢測, 發(fā)現(xiàn)含礦砂巖中酸解烴與本區(qū)中侏羅統(tǒng)延安組第Ⅳ、Ⅴ巖段２、３號煤層氣的主要成分一致, 指示砂巖中鈾礦化與CH4(煤層氣)具有明顯的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。侯惠群等(2016)采用DCR-e等離子體質(zhì)譜儀對大營、納嶺溝礦床的樣品進(jìn)行U、Th、K的元素分析, 發(fā)現(xiàn)賦礦層位的煤屑有機(jī)質(zhì)都含有較高的U含量, 最高的可達(dá)9514 μg/g;朱強(qiáng)等(2018)通過統(tǒng)計, 發(fā)現(xiàn)研究區(qū)鈾礦體與延安組煤層厚度、直羅組炭屑層數(shù)等正相關(guān)性明顯; 焦養(yǎng)泉等(2018a, 2018b)開展鈾儲層非均質(zhì)性地質(zhì)建模發(fā)現(xiàn), 與工業(yè)煤層毗鄰的鈾儲層砂體中黃鐵礦結(jié)核的直徑和發(fā)育密度均表現(xiàn)出與下伏煤層的距離呈負(fù)相關(guān), 黃鐵礦成為煤層含烴流體向鈾儲層砂體輸導(dǎo)運(yùn)移的成巖痕跡和標(biāo)志, 同樣反映了煤層在成巖演化過程中釋放的含烴流體導(dǎo)致了鈾儲層砂體強(qiáng)還原成巖環(huán)境的形成。這些宏觀與微觀現(xiàn)象說明鈾礦物的形成與以煤為代表的有機(jī)質(zhì)有密切關(guān)系。其形成機(jī)理是有機(jī)質(zhì)吸附U6+后將其還原為U4+, 吸附鈾礦物的主要的有機(jī)質(zhì)類型是炭化程度低、處于未成熟或褐煤階段的炭屑、煤線和細(xì)分散狀的有機(jī)質(zhì)。筆者在研究區(qū)通過宏觀巖心及野外露頭觀察到, 直羅組下段底部砂巖中長石蝕變?yōu)楦邘X石, 形成大范圍的灰白色砂巖, 直羅組與延安組交界處生成大量的莓球狀黃鐵礦(圖11), 都是酸性還原流體作用的結(jié)果; 直羅組下段砂巖中豐富的有機(jī)質(zhì)通過沉積成巖壓實作用, 導(dǎo)致氧化、降解和脫羧基作用, 生成CO2, 延安組煤系地層產(chǎn)生的煤成氣與上古生界油氣(富含CH4)氧化產(chǎn)生的CO2共同成了CO32–離子濃度的升高(湯超等, 2016; 朱強(qiáng)等, 2018), 在偏氧化環(huán)境下, 生成的CO32–使鈾礦物質(zhì)形成易遷移的碳酸鈾酰絡(luò)合物, 隨著還原流體的增多, 轉(zhuǎn)變?yōu)槠€原環(huán)境后, 又使碳酸鈾酰絡(luò)合物沉淀, 同時伴隨鈾黃鐵礦和方解石的富集(馮喬等, 2016), 化學(xué)反應(yīng)如下:

3CO32–+UO22+→[UO2(CO3)3]4–

UO22++2H2S+Fe2+→UO2+FeS2↓+4H+

Ca2++SO42–+CH4→H2S+CaCO3↓+H2O

隨著后期深部堿性流體的增多, 地球化學(xué)環(huán)境由酸性轉(zhuǎn)變?yōu)槿鯄A性, 導(dǎo)致目前直羅組砂巖的pH普遍大于9, 黑云母發(fā)生綠泥石化, 析出K+和Fe2+, 巖屑蝕變形成蒙脫石, 鉀長石蝕變?yōu)榫G泥石, 析出K+, 高嶺石在早期有K+參與的堿性環(huán)境下, 向伊利石發(fā)生轉(zhuǎn)化, 后期有Ca2+、Mg2+、Na+參與條件下, 又向綠泥石和蒙脫石轉(zhuǎn)化(趙華雷等, 2018), 造成了綠泥石含量在直羅組下段地層中的升高, 為鈾石的保存提供了有利環(huán)境。

K(Mg·Fe)3(AlSi3O10)(OH)2(黑云母)+OH–+Mg2++Al3+→

(Mg·Al)3(OH)6{(Mg·Fe·Al)3(Si·Al)4O10(OH)2}

(綠泥石)+K++Fe2

K(AlSi3O8)(鉀長石)+0.3Mg2++0.4Fe2++14H2O→

0.3(Fe1.4·Mg1.2·Al2.5)(Al0.7·Si3.3)O10(OH)8(綠泥石)+ +2SiO2+0.4H++K+

5.3 鈾礦物形成階段探討

根據(jù)流體酸堿性變化和典型礦物與鈾礦物的伴生關(guān)系, 將主要的蝕變礦物生成次序劃分為沉積、成巖、成礦和成礦期后改造4個階段。

鈾成礦作用主要發(fā)生在流體酸性減弱, 堿性增強(qiáng)的環(huán)境改變過程中, 可以分為以下幾個主要形成階段: ①碎屑鈾是含鈾的碎屑顆粒, 從蝕源區(qū)隨流體運(yùn)移被搬運(yùn)至盆地內(nèi)部, 隨其他顆粒沉積、成巖, 屬于最早期預(yù)富集的鈾礦物類型, 因搬運(yùn)過程中容易被破壞, 保留下來的較少, 不是成礦的主體類型, 在研究區(qū)僅可以見到少量磨圓較好的含鈾碎屑顆粒;②瀝青鈾礦生成于中性?弱堿性、弱氧化?弱還原介質(zhì)(100~–350 mv)中(閔茂中等, 1999), 也有學(xué)者認(rèn)為, 酸性至堿性還原環(huán)境均可形成瀝青鈾礦(張成江等, 2007), 雖然具體的成礦環(huán)境還存在爭議, 但是酸性、弱氧化?弱還原的環(huán)境下可以形成瀝青鈾礦得到了較多學(xué)者的認(rèn)可, 隨著研究區(qū)含礦目的層中含氧含鈾水消耗、酸性還原流體持續(xù)富集, 流體性質(zhì)從弱氧化向弱還原過渡, 生成第二階段的鈾礦物?瀝青鈾礦, 主要在石英顆粒邊緣及碎屑顆?？紫堕g富集, 隨著介質(zhì)中SiO2濃度的增大, 瀝青鈾礦與SiO2進(jìn)一步作用生成鈾石; ③鈾石可以形成于多種地質(zhì)條件下, 閔茂中等(1999)認(rèn)為鈾石主要生成于中性?弱酸性、較強(qiáng)還原性介質(zhì)(Eh=0~–500 mv)中, 鄧啟榮等(1982)認(rèn)為鈾石在弱堿性或堿性條件下才穩(wěn)定, 而在中性或弱酸性條件下容易分解成瀝青鈾礦和鈾石英, 其是在溫度、pH兩者或其中之一下降(溫度由230 ℃降至常溫, pH由堿性降至弱堿性)、溶液中U6+/SiO44–比例和Eh適當(dāng)?shù)臈l件下形成的, 隨著酸性還原流體作用, 鈾石在膠狀黃鐵礦、它形黃鐵礦、銳鈦礦、高嶺石中沉淀富集; ④因為酸性還原流體的來源主要是中生界侏羅系、上古生界二疊系、石炭系煤系地層, 煤層處于最大埋深時間較短, 酸性流體作為主要還原類型的時間有限, 堿性還原流體持續(xù)增強(qiáng)后, 與蝕變黃鐵礦、鈦鐵礦、高嶺石等伴生富集的鈾石得以保存, 而與粗晶方解石、亮晶方解石、蒙脫石、石英等伴生的鈾石又成為主要的富集類型; ⑤碎屑顆粒間的膠狀黃鐵礦、硒鐵礦、閃鋅礦等金屬硫化物反映出研究區(qū)曾遭受過中低溫?zé)嵋毫黧w的改造, 前人也通過對含礦砂巖方解石中的流體包裹體分析, 證實了中晚侏羅世以后發(fā)生過顯著的構(gòu)造熱作用(肖新建等, 2004; Cao et al., 2016), 熱液流體以及因熱液作用對油氣中微生物活化的促進(jìn), 對次生礦物形成和元素地球化學(xué)變化可能造成了一定的影響, 對與膠狀黃鐵礦、莓球狀黃鐵礦、方解石伴生的鈾石起到了改造作用, 但這一作用過程和作用機(jī)理目前還缺少足夠的證據(jù), 需要進(jìn)一步的工作明確。

圖11 鄂爾多斯盆地東北部直羅組巖性?巖相組合與烴類蝕變作用帶空間配置模式圖(據(jù)漆富成等, 2007修編)

Fig.11 Spatial configuration of the lithology-lithofacies association and the acidolysis hydrocarbon induced alteration zone of the Zhiluo Formation in the northeastern Ordos Basin

鄂爾多斯盆地東北部地區(qū)鈾礦床成礦環(huán)境經(jīng)歷了成巖期的中性?弱堿性氧化環(huán)境→弱酸性氧化環(huán)境→成礦早期的弱酸性還原環(huán)境→成礦中?晚期的弱堿性還原環(huán)境→成礦期后的堿性環(huán)境的轉(zhuǎn)變(圖12)。

6 結(jié) 論

(1) 鄂爾多斯東北部杭錦旗?納嶺溝地區(qū)直羅組地層中鈾以吸附鈾、鈾礦物和碎屑鈾為主, 其中鈾礦物最主要的類型為鈾石, 其次為少量含鈦鈾礦物、瀝青鈾礦等。與鈾礦物賦存相關(guān)的礦物類型包括黃鐵礦、銳鈦礦、蒙脫石/伊蒙混層、高嶺石、方解石、有機(jī)質(zhì)、石英等。礦物組合類型包括: 莓球狀黃鐵礦?鈾石、黑云母—它形黃鐵礦?鈾石、膠狀黃鐵礦?鈾石、鈦鐵礦?銳鈦礦?鈾石、高嶺石?鈾石、蒙脫石/伊蒙混層?鈾石、方解石?鈾石、有機(jī)質(zhì)?鈾石、石英?鈾石等最常見的9種。

圖12　鄂爾多斯盆地東北部地區(qū)直羅組蝕變礦物生成序列

(2) 與膠狀黃鐵礦、莓球狀黃鐵礦、方解石伴生的鈾石形成富集過程很可能與熱液作用有關(guān), 石英顆粒邊部富集的鈾石和碎屑鈾的形成受熱液作用影響較小。

(3) 鄂爾多斯盆地東北部地區(qū)鈾礦床成礦環(huán)境經(jīng)歷了成巖期的中性?弱堿性氧化環(huán)境→弱酸性氧化環(huán)境→成礦早期的弱酸性還原環(huán)境→成礦中?晚期的弱堿性還原環(huán)境→成礦期后的堿性環(huán)境的轉(zhuǎn)變。

(4) 鈾礦物的富集可以分為5個階段: ①早期預(yù)富集的碎屑鈾; ②石英顆粒邊緣及碎屑顆?？紫堕g富集的瀝青鈾礦; ③莓球狀、膠狀黃鐵礦、鈦鐵礦邊緣、長石顆粒邊緣沉淀富集的與酸性還原流體有關(guān)的鈾石; ④石英、方解石、蒙脫石等伴生的與堿性還原流體有關(guān)的鈾石; ⑤莓球狀、膠狀黃鐵礦、方解石伴生的受中低溫?zé)嵋焊脑斓拟櫴?/p>

致謝:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)焦養(yǎng)泉教授和另一位匿名審稿專家在審稿過程中提出建設(shè)性的修改意見, 使作者受益匪淺, 在此表示衷心的感謝！

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Associated Mineral Assemblage of Sandstone-type Uranium Deposit in the Northeastern Ordos Basin and its Geological Significance

ZHU Qiang1, 2, 3, YU Reng’an1, 2, 3*, LI Guangyao1, 2, 3, WEN Sibo1, 2, 3, LI Jianguo2, 4, SI Qinghong1, 2, 3and GUO Hu1, 2, 3

(1. Tianjin Center, China Geological Survey, Tianjin 300170, China; 2. Key Laboratory of Uranium Geology, China Geological Survey, Tianjin 300170, China; 3. North China Center for Geoscience Innovation, Tianjin 300170, China; 4. Cores and Samples Center of Natural Resources, China Geological Survey, Yanjiao 065201, Hebei, China)

Thetypical diagnostic minerals are direct records of geological processes. The types and characteristics of minerals associated with uranium minerals may provide direct information concerning the genesis of the deposits. Here we report a case study on the uranium-bearing rock series in the Hangjinqi-Nalinggou area. Through core observation, microscopic observation, scanning electron microscopy and electron probe analysis, the uranium mineral types, occurrence characteristics and typical mineral assemblage were systematically investigated, combining with the fluid features, the mechanism of uranium mineralization is discussed. The main conclusions can be summarized as follows: (1) The main mineral type in the study area is coffinite. The mineral assemblages associated with uranium enrichment include 9 types: framboidal pyrite-coffinite, biotite-xenomorphic pyrite-coffinite, colloidal pyrite-coffinite, ilmenite-anatase- coffinite, kaolinite-coffinite, montmorillonite/montmorillonite-illite mixed layer-coffinite, calcite-coffinite, organic matter- coffinite and quartz-coffinite. (2) The ore-forming environment varied from neutral-weakly alkaline oxidation →weakly acidic oxidation →weakly acidic oxidation in the early stage;weakly alkaline reduction environment in the middle and late stage; and alkaline reduction in the post-mineralization stage. (3) Uranium enrichment can be divided into 5 stages:① pre-enrichment of detrital uranium minerals; ② pitchblende enrichment at the edge of quartz particles; ③ coffiniteprecipitation at the edge of the colloidal pyrite, framboidal pyrite, anatase and kaolinite under acidic reducing environment; ④coffinite precipitated from alkaline reducing fluids and associated wiht quartz, calcite and montmorillonite/montmorillonite-illite mixed layer; ⑤ coffinite modified by medium-low temperature hydrothermal fluids and associated with framboidal pyrite, colloidal pyrite and calcite. In summary, the main mineralization in the study area was controlled by both acidic reducing and alkaline reducing fluids.

associated mineral; existing state; sandstone-type uranium deposit; metallogenic mechanism; northeastern Ordos Basin

2019-07-10;

2020-01-10

國家重點研發(fā)計劃項目(2018YFC0604200)、中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目(DD20190119)、國際地球科學(xué)計劃(IGCP675)和國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目(2015CB453000)聯(lián)合資助。

朱強(qiáng)(1987– ), 男, 工程師, 從事鈾礦地質(zhì)調(diào)查與研究工作。Email: zhuq1987@163.com

俞礽安(1980– ), 男, 正高級工程師, 從事礦產(chǎn)勘查和研究工作。Email: 121181748@qq.com

P619.14; P612

A

1001-1552(2021)02-0327-018

10.16539/j.ddgzyckx.2021.02.005