劉治國，楊冰彬，趙旭，王騰

（核工業(yè)二〇三研究所，陜西 咸陽 71200）

針對十紅灘鈾礦床成因，傅成銘、權建平、權志高等從構造，逢瑋、陳振等從水文地質，權建平等從含鈾目的層沉積體系，尚高峰、喬海明等從有機質與微生物作用與鈾礦化關系等方面進行了研究。礦床物質組分及元素地球化學特征對成礦作用具良好指示作用，為重要勘查標志。本文以十紅灘鈾礦床不同礦帶侏羅系含鈾礦層為研究對象，對砂體整體分選性、結構成熟度和成分成熟度及元素地球化學進行研究，試圖揭示研究區(qū)砂巖型層間氧化型鈾礦成礦機理，認識砂巖型鈾礦勘查地球化學標志。

1 地質概況

吐哈盆地為天山褶皺帶內不規(guī)則的中新生代內陸山間盆地，基底為中石炭統(tǒng)迪坎兒組，蓋層主要為中下侏羅統(tǒng)水西溝群，北部多見古近系鄯善群。區(qū)內及外圍構造活動相對較弱，斷裂構造主要有鷹咀崖斷裂，褶皺構造為寬緩背斜和向斜[1]。十紅灘鈾礦床位于盆地西南緣艾丁湖斜坡帶上（圖1），鈾礦床分為南、北、中3個礦帶，含礦層位為中侏羅統(tǒng)西山窯組。南礦帶產(chǎn)礦層位為西山窯組第一巖性段，北礦帶產(chǎn)礦層為西山窯組第三巖性段，中礦帶產(chǎn)礦層為西山窯組第二巖性段。

2 產(chǎn)礦巖石特征

圖1 新疆吐哈盆地十紅灘鈾礦區(qū)構造綱要略圖Fig.1 Structural outline map of Shihongtan uranium deposit in Turpan Hami basin

研究區(qū)南、北礦帶砂體巖性多為灰色含礫中細-中粗砂巖，疏松-較疏松為主，呈次棱角狀，以含礫不等粒狀為主，呈點-線接觸，顆粒支撐，膠結物少或無，次生孔隙發(fā)育，總面積率達7.8%～16.50%，以次生溶孔和破裂組合的孔隙占絕對優(yōu)勢，少量粒內溶孔，形成聯(lián)通性好的網(wǎng)狀（表1）。

產(chǎn)礦巖石主要礦物包括造巖礦物（石英、長石、黑云母、白云母）、重礦物、黃鐵礦、碳化植物碎屑、粘土礦物、方解石和巖屑。其中，造巖礦物中石英含量40%～50%；長石含量15%～35%，主要為斜長石和微斜長石、條紋長石；云母含量0.5%～5%，主要為黑云母，次為白云母；重礦物主要為綠簾石、電氣石、磷灰石、石榴子石；黃鐵礦、碳化植物碎屑含量0.1%～1.5%，碳化植物碎屑多呈條帶狀、棱角狀不均勻分布在巖石中；巖屑含量25%～50%，以中-基性火山巖巖屑、中酸性火山巖巖屑（安山巖、安山玢巖）、凝灰?guī)r巖屑和淺變質巖巖屑、花崗質巖屑為主；粘土礦物在鈾礦石中含量為15%～25%。

砂巖碎屑組分研究表明（表2），南、北礦帶砂體組分整體相似又略有不同，南、中、北礦帶均為巖屑砂巖，巖屑含量由南向北依次降低，礫巖、礫質成分明顯減少，結構成熟度逐漸增高，反映礦物成熟度由南到北依次降低。

西山窯組砂體受外力作用影響，砂體和碎屑產(chǎn)生大量破裂縫，次生孔隙在破裂縫基礎上進一步擴大溶蝕，膠結物中碳酸鹽不同程度裂開及溶蝕，方解石再次填充縫隙。

目的層水解作用發(fā)育，長石、云母、巖屑等在地下水長期溶蝕作用下發(fā)生水解作用，形成以高嶺石、伊利石、蒙脫石、綠泥石等為主的次生粘土礦物，砂巖滲透性降低，假雜基化嚴重。

3 鈾、釷變化及地球化學參數(shù)特征

南、北礦帶地球化學特征主要為鈾、釷變化及地球化學參數(shù)（包括有機碳、總硫、二氧化碳）變化特征（表3）。

從表3可看出，灰色透水砂體鈾背景值，南礦帶相對北礦帶高，中礦帶相對南北礦帶較低。由南至北鈾背景值均較高，即由J2x1→J2x2→J2x3，為4.52×10-6→3.65×10-6→6.35×10-6，均大于鈾的地殼克拉克值3.0×10-6的1～2倍，據(jù)此認為本區(qū)目的層西山窯組為富鈾層位。有機碳（C有機）和全硫（∑S）分布不均，南礦帶較高，北礦帶和中礦帶次之，均為灰色巖類巖石。

本區(qū)大量鈾異常-礦化暈-礦石的存在均反映了鈾的遷移富集成礦特點，釷在砂巖后生蝕變過程中變化微弱，Th/U變化大說明鈾的遷移富集特點。鈾礦化主要賦存在以黑、深灰色富含有機質及黃鐵礦的疏松-較疏松砂巖中，呈吸附狀以鈾、鈾礦物及含鈾礦物形式存在，鈾與有機碳、全硫關系密切。

表1 目的層西山窯組孔隙特征Table 1 Porosity characteristics of Xishanyao formation

表2 目的層西山窯組砂巖組分及定名Table 2 Sandstone component and denomination of Xishanyao formation 單位：×10-2

表3 西山窯組透水砂體鈾背景值及相應地化特征Table 3 Background values and corresponding geochemical characteristics of uranium in permeable sand bodies of Xishanyao formation

4 層間氧化帶及分帶特征

氧化帶在本區(qū)廣泛發(fā)育，包括潛水氧化帶和層間氧化帶。研究表明，南、北礦帶后生蝕變分帶特點除礦石帶外基本相似。

本區(qū)找礦目的層水西溝群發(fā)育層間氧化帶11層，主要位于西山窯組第一、第二、第三3個巖性段。層間氧化帶沿走向達數(shù)十公里，寬2～10 km。剖面上層間氧化帶多呈疊瓦狀、層狀排列。氧化尖滅線平面上向北突出，呈不規(guī)則蛇曲狀。層間氧化帶的分帶性，氧化明顯受巖石滲透性控制。滲透性好的砂體遭氧化呈黃、褐黃色，滲透性差的泥巖、粉砂巖、鈣質砂巖呈玫瑰紅色，煤層很少被氧化。氧化帶顏色具對稱性，該特點與潛水氧化帶明顯不同，說明含氧地下水為側向運移的承壓水。將野外地質工作與地球化學參數(shù)分析相結合，可將后生蝕變分為4個帶（表4）。

4.1 完全氧化帶

砂體呈褐黃、黃褐色，偶見玫瑰紅色，近頂、底板發(fā)生褪色，呈灰、灰白色。該帶在本區(qū)廣泛發(fā)育，主要為褐鐵礦大量渲染巖石中碎屑物和膠結物，沿孔隙、裂隙發(fā)育，屬高鐵再沉積型。低價鐵硫化物如黃鐵礦、白鐵礦，低價含鐵碳酸鹽如菱鐵礦幾乎全部氧化。碳屑物消失，見少量褐鐵礦化結核。

4.2 不完全氧化帶

砂體呈亮黃、雜紅色砂巖，主要分布在礦體附近。亮黃色砂巖為水針鐵礦染色。雜紅色砂巖呈微粒狀血紅色赤鐵礦或水赤鐵礦染色，為黃鐵礦或菱鐵礦不完全氧化的結果，且保留假象，這種氧化屬高價鐵交代型。巖石中見少量黑云母，邊部呈淺褐黃色，同時可見極少不完全氧化的碳屑物。

4.3 礦石帶

又叫氧化-還原過渡帶，多為疏松-較疏松灰色、深灰色砂巖，其中粘土礦物發(fā)育，主要為高嶺石、伊利石、蒙脫石、粒狀黃鐵礦、白鐵礦，見少量玉髓狀石英，粉末狀碳屑物。礦石中見廣泛溶蝕交代現(xiàn)象，粘土礦物溶蝕交代巖屑、長石甚至石英碎屑，礦石中存在大量的吸附狀鈾、瀝青鈾礦、鈾石，浸出率大于51%，礦段中見有含黃色斑點、色暈狀或呈土黃色礦石。

4.4 原生灰色巖石帶

為灰、淺灰色砂巖，含礫砂巖，砂質礫巖等，其中黃鐵礦、菱鐵礦、碳屑物、黑云母等基本保留完好，未發(fā)生明顯變化，僅見巖屑長石、黑云母和單礦物中少量長石、黑云母不同程度水解，其中碳屑物鏡下為淺棕黃色，表明有機質成熟度降低。

5 后生蝕變中常量組分變化特點

5.1 鋁硅酸鹽變化

表5，6分別列出南北礦帶透水砂（礫）巖的鋁硅酸鹽全分析結果。從表5，6中看出，該區(qū)砂巖屬少硫化物、少碳酸鹽的富鋁硅酸鹽碎屑巖型。礦石與含礦主巖及氧化砂巖主要組分基本一致，仍有較小差別，指示沉積、成巖環(huán)境及后生蝕變的不同。

表4 西山窯組后生蝕變分帶一覽表Table 4 A list of epigenetic alteration zone of Xishanyao formation

表5 南礦帶J2x1砂巖硅酸鹽全分析結果Table 5 Total analysis results of silicate in J2x1sandstone of South ore belt

表6 北礦帶J2x3砂巖硅酸鹽全分析結果Table 6 Total analysis results of silicate in J2x1 sandstone of North ore belt

5.1.1 SiO2的地球化學行為及特征

SiO2及硅酸鹽礦物風化作用的地球化學行為分為3種類型：①易于溶解的硅酸鹽；②不易分解而易轉變?yōu)檎惩恋V物的硅酸鹽（如長石、云母）；③輕度溶解，基本為穩(wěn)定的礦物（如石英）。表生作用中，H2O、O2、CO32-都是硅酸鹽礦物和石英分解的主要因素，中偏堿性pH=7.5時，蛋白質非晶質SiO2溶解度大大增加，pH=8.5時，可達220 mg/L，所形成的H4SiO4是以分子形式遷移的硅酸，在層間滲入作用中為一種“通過”組分，在酸性層間水中可發(fā)生部分沉積，即在酸性地球化學障上-層間氧化帶的前部和礦化帶后部發(fā)生沉積。本區(qū)在地球化學剖面上也發(fā)現(xiàn)SiO2和鈾的氧化物，同時析出鈾石，常出現(xiàn)碎屑石英的次生加大及玉髓的形成。據(jù)鈾礦水文地球化學，pH=7.5時，為完全氧化帶；pH=8.5時，為不完全氧化帶。

從表5，6中看出，由氧化帶→異常帶→工業(yè)礦石→灰色砂巖，SiO2明顯具波動性，南北礦帶工業(yè)礦石帶處酸度增加，這一特征與水文地球化學鈾成礦機理一致。

5.1.2 Al2O3的地球化學行為及特征

Al2O3賦存在鋁硅酸鹽礦物中，如長石、輝石、角閃石、云母等，分布廣泛。它們在風化作用下，均可轉化為粘土礦物，未被水溶液帶走。Al2O3在表生作用中通常為弱遷移組分，在酸性介質中，其性質類似稀土元素，即由層間氧化帶前部巖石中浸出，并在鈾礦石中再沉積，形成少量后生粘土礦物。

十紅灘鈾礦床南、北礦帶鈾礦石中Al2O3含量相對穩(wěn)定，為11.17×10-2～11.27×10-2。兩個礦帶較庫捷爾太鈾礦石略高，反映十紅灘鈾礦床砂巖水解作用較強。這與該區(qū)砂巖富含火山碎屑、花崗質巖屑，后生蝕變過程中在相對較高的礦化水作用下發(fā)生較強水解作用有關。Al2O3與Th、MgO、TiO2、P2O5等變化趨勢大體一致。

6 后生蝕變帶中伴生元素特征

后生蝕變帶中伴生元素含量變化見表7。從表7中看出，氧化帶中伴生元素含量很低(K≤1)，不完全氧化帶中Se有富集現(xiàn)象（K=9.33）。礦石帶中Se，Mo，Re具明顯地球化學富集現(xiàn)象（K＞1），Re達工業(yè)指標。

經(jīng)R型相關分析，伴生元素與鈾相關不明顯，相關系數(shù)較低(K＜0.5)，采用協(xié)方差因子旋轉，獲得良好矩陣，表明Re與U有關，Ga，V與Th有關，礦石中這種相關類型組合充分顯示了鈾成礦與復合地球化學障的存在密切相關。

表7 層間氧化帶后生分帶中U，Th、伴生元素含量變化表Table 7 Contents variation of U,Th and associated elements in the epigenetic zone of interlayer oxidation zone

7 結論

（1）十紅灘鈾礦床鈾礦物組分基本相似，含礦主巖主要巖性為長石巖屑砂巖和巖屑砂巖，為灰色巖類地化類型。碎屑組分中北礦帶含礦砂巖的分選性、結構成熟度和成分成熟度均比南礦帶、中礦帶好，且南、北、中礦帶孔隙結構略有差別。

（2）南、北礦帶產(chǎn)礦層位鈾背景值較高，均為富鈾層位，后生蝕變及成礦過程中鈾發(fā)生明顯遷移和富集，同時與伴生元素V，Mo，Se，Re，Ga，Ge，Sc有不同程度遷移與富集，與U關系密切的為Se、Re；Re主要富集在鈾礦石帶中；而Se與U共同富集在礦石帶中，且具綜合利用價值。Th表現(xiàn)穩(wěn)定，后生分帶中Th/U變化很大。

（3）十紅灘鈾礦床不同礦帶中數(shù)量分布特征與礦帶C有機、Fe3+/Fe2+、∑S等因素存在相關性。礦帶鈾分布與C有機、∑S等存在正相關性，與Fe3+/Fe2+比值呈負相關性。認為各礦帶目的層物質組分，碳、硫和鐵等元素含量及碳酸鹽分布特征與鈾成礦形成密切相關。

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