郝偉林，林效賓，張 發(fā)

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；2.核工業(yè)203研究所，陜西 咸陽 712000）

吐哈盆地十紅灘鈾礦床鈾源條件

郝偉林1，林效賓1，張 發(fā)2

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；2.核工業(yè)203研究所，陜西 咸陽 712000）

以吐哈盆地十紅灘砂巖型鈾礦床為例，利用U-Pb同位素體系演化特征，計算含礦砂巖和頂?shù)装迥鄮r的原始鈾質(zhì)量分數(shù)及變化系數(shù)，認為賦礦地層沉積時就存在鈾的預富集，同生沉積碎屑巖和泥巖都是本區(qū)重要的鈾源。結(jié)合古水文地質(zhì)演化和碳-氧同位素特征，認為成巖期泥巖壓榨水攜帶鈾進入砂巖含水層，在砂巖中產(chǎn)生鈾的預富集。

原始鈾含量；鈾源；泥巖；壓榨水

關(guān)于沉積砂巖型鈾礦床鈾源的研究，許多學者［1-2］認為是來自于蝕源區(qū)和含礦碎屑巖本身，并疊加了深部油田水和構(gòu)造熱液流體的成礦作用［3］。在古水文地質(zhì)演化過程中，沉積期由于壓實作用，泥巖含水率大幅度降低，厚度減小，大量壓榨水進入砂巖中［4］，這一過程與鈾成礦的關(guān)系尚未進行深入研究。本文以吐哈盆地西南緣十紅灘鈾礦床為例，通過泥巖原始鈾質(zhì)量分數(shù)和變化系數(shù)的計算，對砂巖型鈾礦床鈾源條件進行了有益的探索。

1 地質(zhì)概況

吐哈盆地北以博格達山，南以覺羅塔格山為界，東西長為600 km，南北寬為50～130 km，面積約4.8×104km2，它位于天山褶皺帶內(nèi)，是一個不規(guī)則狹長的中新生代大型內(nèi)陸山間盆地。盆地直接基底為中石炭統(tǒng)迪坎兒組（C2d），主要由黃綠色凝灰質(zhì)砂巖、礫巖、硬砂巖、粉砂巖和薄層灰?guī)r組成；盆地南部蝕源區(qū)還有大面積分布的海西期花崗巖（γ4）；盆地蓋層主要為中-下侏羅統(tǒng)水西溝群（J1-2sh），局部見古近系鄯善群（E2-3sh）。含礦地層為水西溝群西山窯組（J2x），以礫巖、砂礫巖和中粗砂巖為主，頂?shù)装鍨楹駥幽鄮r或泥質(zhì)粉砂巖（圖 1）。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)及樣品平面分布圖［5］Fig.1 Geology and sample distribution map of ore district［5］

本研究樣品取自北礦帶西山窯組（J2x）含礦地層上、下泥巖、粉砂巖和砂礫巖中，取樣平面位置圖如圖1所示，挑選新鮮樣品，機械粉碎至200目。鈾鉛質(zhì)量分數(shù)采用ICPMS方法測定，鉛同位素比值采用ISOPROBET熱電離質(zhì)譜儀測定，分析結(jié)果見表1。

2 U0和ΔU的計算方法

根據(jù)砂巖和泥巖的U-Pb同位素演化特征，計算樣品中原始鈾質(zhì)量分數(shù)，從而了解這些巖石作為成礦鈾源的供鈾能力。計算方法為［1］：

巖石中的原始鈾質(zhì)量分數(shù)：

式中：N206Pb/N204Pb——樣品的Pb同位素比值；λ8——238U的衰變常數(shù)，其值為1.551 25×10-10/a；t——巖石的形成年齡，取170 Ma；NPb——樣品Pb的質(zhì)量分數(shù)，%；N204Pb——樣品中204Pb的原子數(shù)相對百分數(shù)，%；AU——樣品鈾相對原子質(zhì)量，其值為238.028；APb——樣品鉛相對原子質(zhì)量； （N206Pb/N204Pb）0——巖石的初始鉛質(zhì)量分數(shù)，考慮到泥巖和砂巖同物源，采用本區(qū)砂巖中的初始鉛質(zhì)量分數(shù)（N206Pb/N204Pb）0=17.851①。

注：①此數(shù)據(jù)據(jù)夏毓亮，等討論結(jié)果，2003年。

巖石中鈾的近代變化系數(shù)：

式中：wU——樣品現(xiàn)測鈾質(zhì)量分數(shù)。

利用（1）、（2）式計算各樣品原始鈾質(zhì)量分數(shù)和變化系數(shù)計算結(jié)果見表1。

3 原始鈾質(zhì)量分數(shù)計算結(jié)果

由計算結(jié)果可見：在十紅灘鈾礦床北礦帶中，現(xiàn)今泥巖中平均鈾質(zhì)量分數(shù)為9.1×10-6，平均原始鈾質(zhì)量分數(shù)為20.1×10-6，平均 ΔU為-53.3%，經(jīng)過各期次壓實作用，泥巖中有超過一半的鈾隨壓榨水進入砂巖；氧化砂體也有61.5%的鈾被地下水帶出，導致該砂巖鈾質(zhì)量分數(shù)較低（3.8×10-6）；靠近泥巖的鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖鈾富集達到58.6%，礦化砂巖和礦石中的ΔU更高［1］。這說明含礦砂巖和頂?shù)装迥鄮r在沉積時預富集鈾，泥巖和氧化帶沉積碎屑巖均是鈾成礦的重要鈾源。

表1 十紅灘礦區(qū)U-Pb同位素組成和原始鈾質(zhì)量分數(shù)表Table 1 U-Pb isotopic composition and initial uranium mass fraction in Shihongtan mine area

4 泥巖壓榨水滲出的同位素證據(jù)

在沉積盆地演化過程中，沉積壓實階段，由于泥巖厚度大幅減小，泥巖壓實作用釋放出大量的壓榨水（圖2），西山窯組（J2x）含水層同生沉積水已經(jīng)被泥巖壓榨水交替多次［4］，成巖期泥巖壓榨水攜帶鈾進入砂巖含水層，在砂巖中產(chǎn)生鈾的預富集。

圖2泥巖壓榨水形成示意圖Fig.2 Formation schematic diagram of water squeezed out from mudstone

表2 方解石中碳-氧同位素分析結(jié)果Table 2 Analytical results on13C-18O isotope in calcite

壓實過程中，當泥巖中的壓榨水進入砂巖時，在砂巖層中部有機質(zhì)分解產(chǎn)生有機酸和H2S等，使方解石難以沉淀［6］；在靠近泥巖的砂巖中首先產(chǎn)生鈣質(zhì)膠結(jié)（圖2），鈣質(zhì)膠結(jié)中的碳-氧同位素特征保留了壓榨水滲出痕跡。

圖3 十紅灘鈾礦床碳-氧同位素成因圖（據(jù)王大銳，2000）Fig.3 Diagram showing the genesis of carbon and oxygen isotopes in Shihongtan uranium deposit（After Wang Darui， 2000）

含礦目的層地表露頭和鉆孔樣品的碳-氧同位素分布明顯分為兩個區(qū)間（表2、圖3），地表露頭處碳-氧同位素未受到成礦作用影響，保留壓實成巖時的組成特征；鉆孔樣品中更富氫同位素，是成礦過程中有機質(zhì)參與的結(jié)果［7］。

5 結(jié) 論

十紅灘鈾礦床含礦砂體頂?shù)装迥鄮r丟失鈾53.4%，氧化砂體丟失鈾61.5%，本區(qū)地層沉積時就存在鈾的預富集作用，沉積碎屑巖和泥巖都是本區(qū)重要的鈾源，成巖期泥巖壓榨水攜帶鈾進入砂巖含水層，在砂巖中產(chǎn)生鈾的預富集。

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Uranium sources condition of Shihongtan uranium deposit in Tulufan-Hami Basin

HAO Wei-lin1， LIN Xiao-bin1， ZHANG Fa2
（1.Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China；2.Research Institute No.203， CNNC， Xianyang， Shaanxi 712000， China）

By taking Shihongtan sandstone-type uranium deposit in Tulufan-Hami Basin as an example，parameters of U-Pb isotopic evolution system are used to calculate the initial uranium content and its variation coefficient of ore-hosted sandstone and its roof and floor mudstone.It is considered that uranium pre-enrichment occurred during ore-hosting strata formed，both the sandstone and mudstone could act as important uranium sources.According to the evolution of palaeohydrogeology and the characteristics of carbon and oxygen isotopes，water squeezed out from mudstone might carry uranium into sandstone in diagenetic stage and uranium was pre-enriched in sand bodies.

initial uranium content； uranium sources； mudstone； diagenetic water

P619.14；P597

A

1672-0636（2010）03-0130-04

10.3969/j.issn.1672-0636.2010.03.002

2010-04-13

郝偉林（1979—），男，山東聊城人，工程師，從事鈾礦水文地質(zhì)研究。E-mail：hwlin29@tom.com