黃少華，秦明寬，劉章月，張亮亮，郭強，賈立城，江文劍，劉佳林，東艷

1) 中核集團鈾資源勘查與評價重點實驗室，核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京，100029；2) 核工業(yè)二四三大隊，內(nèi)蒙古赤峰，024000

內(nèi)容提要:為查明松遼盆地西南部錢家店凹陷新發(fā)現(xiàn)DL鈾礦帶青山口組鈾的賦存形式、富集成礦機制及過程，聯(lián)合對灰色砂、泥巖礦石開展了系統(tǒng)的巖礦鑒定、掃描電鏡觀察、能譜及電子探針分析、全巖U—Pb同位素定年。結(jié)果表明，砂泥巖礦石屬于多物源供給的辮狀河流相碎屑巖建造，成分和結(jié)構(gòu)成熟度均偏差；礦石中鈾均主要以瀝青鈾礦為主，其次為含鈾鈦礦物，少量含鈾碳酸鹽礦物，含鈾、鋯、硅混合物及吸附態(tài)鈾。瀝青鈾礦主要呈膠狀、團塊狀及微粒狀產(chǎn)在礦石局部強吸附還原域的雜基、碎屑礦物溶蝕孔洞(隙)或邊緣等可賦存空間位置，且與碳屑有機質(zhì)、黃鐵礦、高嶺石和蒙脫石黏土礦物、鐵白云石及含鈦礦物緊密共(伴)生。目的層總體先后存在弱酸性還原流體和堿性還原熱液流體雙重鈾富集成礦作用；并通過礦石全巖U—Pb同位素定年新獲得了50.6±1.6 Ma、32.2±3.9 Ma、27±4 Ma、26.0±2.7 Ma、23.9±2.8 Ma等一批成礦年齡，指示了古近紀(jì)期間的主成礦事件?；趨^(qū)內(nèi)構(gòu)造—沉積演化特征，初步構(gòu)建了DL鈾礦帶青山口組四階段的多元流體耦合疊加鈾成礦過程：① 沉積—成巖預(yù)富集階段；② 嫩江期末構(gòu)造反轉(zhuǎn)初始成礦階段；③ 古近紀(jì)熱液流體改造成礦階段；④ 新近紀(jì)疊加改造階段。該研究對盆地下一步的鈾礦找礦和后期地浸開采具有重要指導(dǎo)意義。

松遼盆地西南部錢家店凹陷自20世紀(jì)90年代首次在姚家組發(fā)現(xiàn)錢家店礦床(錢Ⅱ)以來，之后相繼發(fā)現(xiàn)了寶龍山、錢Ⅲ、錢Ⅳ等大中型砂巖型鈾礦(夏毓亮等,2003；萬軍等,2020)。許多學(xué)者對錢家店—寶龍山礦床開展了鈾源、構(gòu)造、沉積、后生蝕變、鈾的賦存狀態(tài)、形成時代、成礦模式及控礦因素等一系列卓有成效的研究(張明瑜等,2005；羅毅等,2012；Bonnetti et al.,2017；Zhao Long et al.,2018；賈立城等,2018；李建國等,2020；楊松林,2020；Rong Hui et al.,2021)，形成了經(jīng)典的構(gòu)造剝蝕天窗控礦認(rèn)識(羅毅等,2012；Chen Zhenyan et al.,2021)。DL鈾礦帶是區(qū)內(nèi)近年來該理論找礦取得的重大新發(fā)現(xiàn)，具有與錢家店—寶龍山礦床較相似的成因(禹寶利等,2020)。該礦帶整體呈北東向展布，長約10 km，寬0.5～2 km不等，礦體延伸穩(wěn)定，規(guī)模較大，目前研究程度較低。有學(xué)者已對該礦帶上白堊統(tǒng)青山口組含礦層砂巖礦石中鈾的賦存狀態(tài)及礦物組成開展了少量刻畫(鄧劉敏等,2021)，但系統(tǒng)研究仍較為薄弱，對泥巖礦石鈾的賦存形式、鈾成礦年齡等方面還未有涉及。因此，筆者等以新發(fā)現(xiàn)的DL礦帶青山口組砂、泥巖礦石為研究對象，全面開展了鈾礦物種類及其共(伴)生關(guān)系深入剖析，較精確厘定了鈾成礦年齡，探討了區(qū)內(nèi)青山口組多元流體多階段耦合疊加鈾富集成礦機制及過程，以期為進(jìn)一步深化砂巖型鈾礦成因理論認(rèn)識和紅雜色建造鈾的富集機理提供礦物學(xué)和年代學(xué)約束；也可為盆地遠(yuǎn)景區(qū)預(yù)測和該礦帶下一步地浸開采提供重要的參考依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)

錢家店凹陷屬于松遼盆地西南部開魯坳陷內(nèi)的次級負(fù)向構(gòu)造單位(萬軍等,2020)，是一個在海西期褶皺基底上發(fā)育起來的中—新生代斷坳轉(zhuǎn)換型疊合凹陷(圖1a)。該凹陷呈北東向窄長條帶狀展布，長約100 km，寬9～12 km，面積約1280 km2(張明瑜等,2005)；研究區(qū)位于其東北部。該凹陷具有與盆地相似的斷陷、坳陷和構(gòu)造反轉(zhuǎn)萎縮的三階段構(gòu)造—沉積演化過程(李建國等,2020)；基底主要為古生代變質(zhì)巖系，還包括一些中生代火山巖，海西期和燕山期花崗巖(Liu Jialin et al.,2020)；蓋層二元結(jié)構(gòu)明顯，主要包括下白堊統(tǒng)義縣組(K1y)、九佛堂組(K1jf)、沙海組(K1sh)和阜新組(K1f)；上白堊統(tǒng)泉頭組(K2q)、青山口組(K2qn)、姚家組(K2y)、嫩江組(K2n)、四方臺組(K2s)和明水組(K2m)；中新統(tǒng)大安組(N1d)和上新統(tǒng)泰康組(N2t)，以及薄層第四系松散沙土堆積物(圖1c)；大面積缺失古近系沉積(王偉等,2017；賈立城等,2018)。區(qū)域上，盆地基底斷裂主要發(fā)育NE—NNE、NW、EW和SN向4組，其中以NE—NNE向最發(fā)育，EW和SN向斷裂形成時間較早。研究區(qū)主要發(fā)育北東向貫穿基底的F1控凹斷裂及其派生的F2、F3次級斷裂(圖1b)，它們不僅是深部巖漿、熱液、油氣等物質(zhì)的上升通道，而且是地下流體的局部排泄區(qū)，控制著區(qū)內(nèi)輝綠巖、砂巖型鈾礦的形成和空間展布(劉漢彬等,2021)。此外，架瑪吐隆起及后期構(gòu)造擠壓作用形成的白興吐剝蝕天窗對各礦床的空間定位和保存也具有十分重要的控制作用(楊松林,2020)。

圖1 松遼盆地西南部錢家店凹陷構(gòu)造位置(a)、鈾礦地質(zhì)(b)和地層柱狀圖(c)(王偉等,2017)綜合圖Fig.1 Tectonic location(a),uranium geology(b) and stratigraphic column(c) of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin (modified from Wang Wei et al.,2017&)

1.2 礦化特征

松遼盆地西南部錢家店凹陷DL鈾礦帶是區(qū)內(nèi)砂巖型鈾礦找礦近年來取得的重大突破，總體具有與錢家店—寶龍山礦床較相似的成礦地質(zhì)特征和統(tǒng)一的控礦規(guī)律(禹寶利等,2020)。礦區(qū)主要含礦層青山口組是一套半干旱—干旱氣候條件下形成的辮狀河流相紅雜色碎屑巖建造(圖1c)，頂板隔水層為一套厚8～20 m較穩(wěn)定的泛濫平原相紅色泥巖隔水層(Chen Zhenyan et al.,2021)，底板隔水層在西側(cè)為下白堊統(tǒng)義縣組紅色泥巖，東側(cè)較缺失，多直接角度不整合超覆于石炭系—二疊系變質(zhì)巖和架瑪吐海西期花崗巖體之上(圖2)。鈾礦化主要賦存于上白堊統(tǒng)青山口組，少量產(chǎn)于上白堊統(tǒng)姚家組，具體產(chǎn)于氧化還原過渡帶之間殘留的灰色層中(賈立城等，2018)。礦體具有多層板狀、層狀發(fā)育特征(圖2)，不發(fā)育卷頭或翼部礦，埋深一般在450～680 m之間，厚度為2～25 m不等，平均厚度6.22 m，具有由北東往西南逐步加深加厚的趨勢(鄧劉敏等,2021)；平均品位為0.03%，平米鈾量為1.5～10 kg/m2，少量達(dá)30多kg/m2，平均4.05 kg/m2；平米鈾量是指礦體(層)平面上單位面積內(nèi)鈾金屬量，它是由礦體的品位、礦石密度與厚度組成的一個綜合性指標(biāo)。礦石巖性主要為(淺)灰色砂礫巖、(含礫)粗砂巖及中砂巖，少量灰色細(xì)砂巖和泥巖。此外，該礦帶具有與國內(nèi)外典型砂巖型鈾礦床不同的成礦地質(zhì)特征：①縱向上，青山口組具有獨特的“兩紅夾一灰”的后生蝕變分帶特征，且下氧化帶控礦相對更為明顯(圖2)；②平面上，青山口組不具有明顯的地球化學(xué)分區(qū)，含礦層的絕大多數(shù)砂體全部呈紅色氧化，僅少量灰色體呈包裹殘留狀的北東向展布，這導(dǎo)致目前對地下水補給滲流方向判別難度較大，認(rèn)識并不統(tǒng)一，也一定程度影響了找礦方向的預(yù)測；③底部第一層主礦體厚大(圖2)，其規(guī)模及延伸穩(wěn)定性最好，而上部的幾層礦體多呈雞窩狀、規(guī)模較??；④相當(dāng)一部分主礦體直接產(chǎn)于變質(zhì)巖或花崗巖等基巖上部約10～20 m的青山口組灰色層中(圖2)，并不發(fā)育底板泥巖隔水層。

圖2 松遼盆地西南部錢家店凹陷DL鈾礦帶上白堊統(tǒng)青山口組氧化帶、灰色層及礦體剖面展布圖Fig.2 Profile of oxidation zone,gray layer and ore body from the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin

2 樣品采集和分析

本次在錢家店凹陷DL鈾礦帶不同鉆孔中采集了礦石樣品共24個，巖性包括不同粒度的灰色、淺灰色砂巖和灰色泥巖。野外首先對這些樣品進(jìn)行了詳細(xì)的巖性觀察、照相及描述；之后，室內(nèi)分別磨制了光薄片和適合掃描電鏡觀察的塊樣(長、寬、高均約為1 cm)；同時，對18件樣品依次進(jìn)行了碎樣、Ra測試和全巖U—Pb同位素測年。最后，利用偏光顯微鏡對光薄片進(jìn)行大量的巖礦鑒定，圈定出疑似鈾礦發(fā)育部位；并與塊樣一起進(jìn)行了掃描電鏡觀察、能譜半定量分析和電子探針定量分析。其中，ZEISS sigma300型高分辨率場發(fā)射掃描電鏡的加速電壓為20 kV，工作距離為10 mm，二次電子(SE)成像分辨率：低真空，1.5 nm，30 kV，高真空，1.0 nm，15 kV；背散射條件：30 kV時優(yōu)于1.5 nm，10 kV優(yōu)于3.5 nm，放大倍率范圍：20～1000000倍；能譜儀型號為OXFORD X-MAX80，脈沖處理器檔位為275 kcps，輸入計數(shù)率在300～450 cps之間，分析元素范圍為Be—U。電子探針儀器型號為JXA-8100，加速電壓為20 kV，加速電流為10 nA，束斑直徑為2～5 μm，采用波譜分析方式；U-Pb同位素測試儀器型號為ISOPROBE-T熱表面電離質(zhì)譜儀和Phoenix熱表面電離質(zhì)譜儀；鐳(Ra)元素測試儀器型號為PC-2100氡(鐳)分析儀，檢測方法和依據(jù)為GB/T 13073-2010《巖石樣品中226Ra的分析方法射氣法》，以上樣品處理和分析測試均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成。

3 結(jié)果分析

3.1 礦石巖石、礦物學(xué)特征

野外觀察發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)青山口組礦石大部分為灰色、灰白色等冷色調(diào)的不同粒級砂巖(圖3a、b)，少數(shù)為冷色調(diào)的泥巖和砂礫巖(圖3c)。其中，砂巖礦石巖性主要為淺灰色、灰色(含礫)粗砂巖，其次為砂礫巖和細(xì)砂巖，少量中砂巖。宏觀上，砂巖礦石一般膠結(jié)較疏松—疏松(圖3a、b)，透水性好，泥質(zhì)雜基充填，少量鈣質(zhì)膠結(jié)致密；其分選性中等—較好，磨圓度中等—偏差，碎屑成分由石英、火山巖屑和長石組成，成分成熟度偏低，屬于長石巖屑砂巖(張賓等，2020)；砂巖礦石通常發(fā)育較強烈的白色高嶺石化(圖3a)，局部肉眼可見少量細(xì)分散狀、團塊狀、(短)條帶狀的碳屑，但很少見黃鐵礦，還原容量一般。泥巖礦石分布較少，主要呈深灰色(圖3c)、灰色，塊狀致密，透水性差，后生蝕變?nèi)?；?nèi)部有時見較多雜亂分布的黑色碳質(zhì)碎屑，沿層理面發(fā)育，偶見細(xì)粒黃鐵礦，具較高的還原容量(丁波等,2020)。微觀上，砂巖礦石碎屑多呈次棱角狀(圖3d)，單晶石英和中酸性火山巖屑含量高(圖3d—f)，長石主要為聚片雙晶斜長石(圖3d)、格子雙晶的微斜長石和具條紋雙晶的條紋長石(圖3f)，少量條帶狀白云母壓實變形(圖3e)；顆粒間多為點—線接觸，顆粒支撐結(jié)構(gòu)，呈孔隙—接觸式膠結(jié)；同時，砂巖中常發(fā)育較多分散狀的自形—半自形碳酸鹽礦物(圖3d、e)，成分主要為白云石和鐵白云石，且對碎屑顆粒具有一定的交代作用(圖3e)，指示了其后生成因；巖石中局部還可見浸染狀或短條帶狀的有機質(zhì)；黃鐵礦含量較少，其形貌及分布特征主要有兩種：一種為分散的膠狀黃鐵礦(圖3g)，另一種為草莓狀黃鐵礦(圖3h)；局部可見大量膠狀黃鐵礦集合體呈膠結(jié)形式產(chǎn)出。鏡下特征顯示，泥巖礦石具有與砂巖相似的碎屑物質(zhì)組成，主要為石英和火山巖屑(圖3i)，其次為長石，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度均較低，指示其為泛濫平原相沉積成因(賈立城等,2018)；內(nèi)部常含較多細(xì)分散狀的碳屑及少量黃鐵礦和碳酸鹽礦物。

圖3 松遼盆地西南部錢家店凹陷DL鈾礦帶上白堊統(tǒng)青山口組不同巖性礦石宏觀及微觀特征Fig.3 Macro and microscopic characteristics of ores with different lithologyfrom the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin(a) 淺灰色粗砂巖礦石，分選性較好，99-5，488.85 m；(b) 灰色細(xì)砂巖礦石，135-1，680 m；(c) 深灰色泥巖礦石，19-17，559 m；(d) 巖屑砂巖，含碳酸鹽、有機質(zhì)，135-1；(e) 巖屑砂巖，含碳酸鹽，97-5-1，547 m；(f) 巖屑砂巖，97-5-3，546 m；(g) 分散膠狀黃鐵礦，97-5-1；(h) 草莓狀黃鐵礦集合體，135-1；(i) 泛濫平原相含碳酸鹽結(jié)核體的粉砂質(zhì)泥巖，19-11，563.2 m；Q—石英；De—巖屑；OM—有機質(zhì)；Cb—碳酸鹽礦物；Ms—白云母；Py—黃鐵礦；Mc—微斜長石(a) Light gray coarse sandstone ore with well sorting,99-5,488.85 m；(b) gray fine sandstone ore,135-1,680 m；(c) dark gray mudstone ore,19-17,559 m；(d) lithic sandstone,containing carbonate and organic matter,135-1；(e) lithic sandstone with carbonate,97-5-1,5475 m；(f) lithic sandstone,97-5-3,546 m；(g) dispersed colloidal pyrite,97-5-1；(h) pyrite framboid,135-1；(i) silty mudstone,19-11,563.2 m.Q—quartz；De—rock fragments；OM—organic matter；Cb—carbonate；Ms—muscovite；Py—pyrite；Mc—microcline

3.2 泥巖礦石鈾的賦存形式

掃描電鏡觀察及能譜分析結(jié)果顯示，泥巖礦石中的鈾主要為瀝青鈾礦，其次為含鈾鈦礦物，少量吸附態(tài)鈾(圖4)；其中，瀝青鈾礦多呈非晶態(tài)膠狀形式產(chǎn)于鉀長石、巖屑等碎屑顆粒的溶蝕孔洞(隙)和雜基中(圖4a、b)，部分呈彌散狀吸附沉淀在高嶺石等黏土礦物粒間孔隙(圖4c)；其次，局部可見大量瀝青鈾礦與成礦期細(xì)粒狀黃鐵礦密切伴生，并穿插成巖期緩慢形成的粒徑較大的礦前草莓狀黃鐵礦(圖4d)；部分含砂泥巖礦石還遭受了一定的后期流體改造，可見早期形成于長石孔隙中瀝青鈾礦被更晚期的黃鐵礦完全包裹(圖4e)，部分瀝青鈾礦賦存在熱液成因鐵白云石的邊部，而相對晚期的礦后黃鐵礦周邊不含鈾(圖4f)。含鈾鈦礦物通常晶體形態(tài)差，其中鈾與鈦含量呈“此消彼長”的關(guān)系，鏡下亮白色鈾與灰色鈦呈雜亂交織顯示(圖4g)。

圖4 松遼盆地西南部錢家店凹陷DL鈾礦帶上白堊統(tǒng)青山口組泥巖礦石中鈾的賦存形式Fig.4 Uranium occurrence for the mudstone ore of the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin(a)鉀長石孔隙中的瀝青鈾礦；(b) 鉀長石、石英細(xì)顆粒與瀝青鈾礦；(c) 高嶺石粒間產(chǎn)瀝青鈾礦；(d) 鈾與黃鐵礦細(xì)顆粒共生，包裹早期草莓狀黃鐵礦；(e) 黃鐵礦包裹早期瀝青鈾礦；(f) 鐵白云石周邊含鈾，伴生黃鐵礦；(g) 含鈾、鈦的混合物。Pit—瀝青鈾礦；Kfs—鉀長石；Q—石英；Py—黃鐵礦；Klm—高嶺石；Ank—鐵白云石(a) Pitchblende occurred in pores of potassium feldspar；(b) pitchblende associated with fine potassium feldspar and quartz；(c) pitchblende existed within the kaolinite intergranular；(d) pitchblende associated with ore-stage pyrite,wrapped by pre-ore pyrite framboids；(e) pyrite wrapped early pitchblende；(f) pitchblende occurred around the ankerite,and associated with pyrite；(g) U—Ti bearing mixtures.Pit—pitchblende；Kfs—potassium feldspar；Q—quartz；Py—pyrite；Klm—kaolinite；Ank—ankerite

3.3 砂巖礦石鈾的賦存形式

根據(jù)掃描電鏡觀察、能譜及電子探針分析結(jié)果得出，砂巖礦石中鈾也主要是以瀝青鈾礦的形式存在，其次為含鈾鈦礦物，少量含鈾、鋯、硅混合物，含鈾碳酸鹽礦物和吸附態(tài)鈾(圖5)。背散射圖像顯示，鈾主要與有機質(zhì)、黏土礦物、黃鐵礦、鐵白云石及含鈦礦物關(guān)系密切，但并不與具體某種物質(zhì)呈嚴(yán)格的相關(guān)關(guān)系。其中，砂巖中可見兩種有機質(zhì)(圖5a)，早期深灰色有機質(zhì)屬于沉積成因碳質(zhì)碎屑(Rong Hui et al.,2021)，內(nèi)部常含較多瀝青鈾礦(圖5a)，有的邊緣含較多彌散狀鈾(圖5b—e)，往內(nèi)部逐漸減少，它們均是原生沉積碳屑在成礦階段對地下水中鈾吸附還原沉淀的(謝惠麗等,2020)；另一種有機質(zhì)常呈暗黑色浸染狀、條帶狀或團塊狀分布(圖5a—b)，有時候包裹在早期碳質(zhì)碎屑周邊，其內(nèi)部常不含鈾，可能是早期碳屑在后期受熱改造變質(zhì)形成的瀝青質(zhì)(Kochkin,2020)。礦石中鈾與黏土礦物關(guān)系顯示，有的瀝青鈾礦呈微納米級球狀產(chǎn)在片狀六方形高嶺石的邊部(圖5f)或書頁狀高嶺石的粒間，還可見熱液成因非晶態(tài)含鈾、鋯、鈦混合物與書頁狀高嶺石密切共生(圖5g)，呈港灣狀產(chǎn)出；而有的瀝青鈾礦則只賦存于長石發(fā)生堿性蝕變的絮狀、蜂窩狀次生蒙脫石中，而周邊的高嶺石不含鈾(圖5h)；表明砂巖可能具有不同酸堿性和不同溫度流體多階段成礦作用(劉章月等,2016;李建國等,2020)。此外，可見少量鈾僅被吸附在絮狀蒙脫石表面(圖5i)，邊部書頁狀高嶺石卻不吸附鈾，顯示出蒙脫石較高嶺石具有更高的吸附鈾的能力(丁波等,2020)。

圖5 松遼盆地西南部錢家店凹陷DL鈾礦帶上白堊統(tǒng)青山口組砂巖礦石鈾—有機質(zhì)—黏土礦物賦存關(guān)系Fig.5 Occurrence relationship between uranium,organic matter and clay minerals for sandstone ore of the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin(a)早期碳屑有機質(zhì)內(nèi)部含大量瀝青鈾礦，被晚期有機質(zhì)包裹；(b—e) 碳屑顆粒邊緣含瀝青鈾礦；(f) 書頁狀高嶺石邊緣賦存瀝青鈾礦；(g) 書頁狀高嶺石粒間產(chǎn)含鈾、鈦、鋯、硅的膠狀混合物，伴生膠狀黃鐵礦；(h) 蜂窩狀蒙脫石含瀝青鈾礦；(i)絮狀蒙脫石邊緣吸附鈾。Pit—瀝青鈾礦；OM—有機質(zhì)；Py—黃鐵礦；Sm—蒙脫石；Klm—高嶺石(a) Pitchblende coexists with carbonaceous debris,wrapped within late homogeneous organic matter；(b—e) pitchblende occurred around the carbonaceous debris；(f) pitchblende existed on the edge of leaf-shape kaolinite；(g) U—Ti—Zr—Si mixtures developed within the intergranular of book-like kaolinite,associated colloidal pyrite；(h) pitchblende occurred around the honeycomb montmorillonite；(i) pitchblende existed on the edge of flocculent montmorillonite.Pit—pitchblende；OM—organic matter；Py—pyrite；Sm—montmorillonite；Klm—kaolinite

根據(jù)黃鐵礦與鈾礦之間的關(guān)系(Bonnetti et al.,2017)，砂巖礦石中也存在成礦前、成礦期和成礦期后三期不同類型的黃鐵礦(圖5、圖6)。背散射圖件結(jié)果顯示，礦前黃鐵礦形成于沉積成巖期，含量少，主要呈草莓狀，其次為少量細(xì)分散的膠狀，其邊部通常不含或少含鈾；礦期黃鐵礦與鈾關(guān)系密切，可見亮白色膠狀瀝青鈾礦內(nèi)部包裹一些細(xì)粒膠狀黃鐵礦(圖6a)，兩者呈先后析出或交代的關(guān)系。礦后期黃鐵礦含量高，主要呈膠狀，邊部均不含鈾或包裹早期形成的鈾礦物(圖5g、圖6b)。礦石中鈾與熱液成因鐵白云石關(guān)系密切是其與國內(nèi)其它礦區(qū)鈾賦存形式不同的一大顯著特征，鏡下可見大量膠狀瀝青鈾礦產(chǎn)于鐵白云石邊部(圖6b)或細(xì)粒自形石英顆粒表面(圖6c)，有的還形成了自形富鈾碳酸鹽礦物(圖6c)，并在周邊伴生含鈾的高嶺石(圖5f)；這亦是后期富CO2堿性熱液流體改造的結(jié)果(Ma Pengjie et al.,2021)。此外，礦石中還含較多含鈾鈦礦物，部分還保留了銳鈦礦的原生網(wǎng)格狀、柱狀晶體結(jié)構(gòu)(圖6d)，部分發(fā)生了鈾自邊緣往內(nèi)部逐漸交代的作用(圖6e)。因此，早期蝕源區(qū)母巖經(jīng)風(fēng)化、搬運、沉積形成的含鈦礦物(如銳鈦礦、鈦鐵礦或金紅石)在過渡帶成礦階段的還原環(huán)境下對含鈾含氧水中的鈾發(fā)生較低溫吸附—還原—交代作用是其富鈾機制之一(Pointer et al.,1989；丁波等,2020)；可能也含少量熱流體作用形成的鈦鈾礦。

圖6 松遼盆地西南部錢家店凹陷DL鈾礦帶上白堊統(tǒng)青山口組砂巖礦石鈾—黃鐵礦—鐵白云石—含鈦礦物的賦存關(guān)系Fig.6 Occurrence relationship of uranium,pyrite,ankerite,titanium bearing minerals from sandstone ores of the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin(a)瀝青鈾礦與礦期黃鐵礦交織共生；(b) 鐵白云石周邊產(chǎn)瀝青鈾礦；(c) 自形含鈾鐵白云石；(d) 含鈾銳鈦礦；(e) 鈾自邊緣往內(nèi)部逐漸交代銳鈦礦。Pit—瀝青鈾礦；Pit—瀝青鈾礦；Q—石英；Py—黃鐵礦；Klm—高嶺石；Ank—鐵白云石(a) Pitchblende coexistence with ore-stage pyrite；(b) pitchblende occurred on the edge of ankirite；(c) automorphic uranium bearing iron dolomite；(d) uranium bearing anatase；(e) anatase gradually metasomatized by uranium from the edge to the inside.Pit—pitchblende；Q—quartz；Py—pyrite；Klm—kaolinite；Ank—ankirite

進(jìn)一步的電子探針測試結(jié)果顯示(表1)，砂巖礦石中瀝青鈾礦的UO2為69.53%～71.71%，SiO2為1.42%～2.18%，CaO為1.71%～3.12%，P2O5為1.46%～1.56%，ZrO2含量為4.48%～5.59%，TiO2為1.67%～1.91%；此外還含痕量的Al2O3、FeO、MnO等雜質(zhì)。此次電子探針成分分析總量為84.71%～87.06%，總量偏低，具體原因見文獻(xiàn)謝惠麗等(2020)。

3.4 鈾成礦時代

盆地砂巖型鈾礦一般形成于動態(tài)的低溫開放系統(tǒng)，鈾的化學(xué)沉淀富集方式與熱液型鈾礦完全不同，前蘇聯(lián)稱之為水成鈾礦床(Kochkin,2020)。該類型礦床成礦在地質(zhì)歷史過程中既具有長期連續(xù)性，又具備幕式性，礦石始終遭受了后期流體的不斷改造作用，U—Pb體系處于不完全封閉狀態(tài)，鈾、鉛同位素處于或捕獲或丟失狀態(tài)(Golubev et al.,2013)，其成礦年齡的厘定一直是一個世界難題(Corcoran et al.,2020)。目前，砂巖鈾礦定年總體上存在兩種方法(張曉等,2020；林效賓等,2020)：①全巖或單礦物的U—Pb同位素溶蝕法(TIMS)，即稀釋—熱電離質(zhì)譜測年；②原位微區(qū)測年：包括電子探針(EMPA)、激光剝蝕電感耦合等離子質(zhì)譜(LA-ICP-MS)、二次離子質(zhì)譜(SIMS)。然而，由于礦石品位低、單礦物挑選困難且顆粒小、鈾礦物內(nèi)部元素和同位素分布不均一性、基體效應(yīng)等諸多因素影響，原位微區(qū)定年方法當(dāng)前仍存在較大的不確定性和難于操作性，技術(shù)應(yīng)用還不太成熟。因此，利用傳統(tǒng)的基于鈾—鐳平衡校正鈾含量以消除鈾遷移的全巖U—Pb同位素溶蝕法定年仍不失為一種較好的測年方法選擇(夏毓亮等,2003)；它一定程度上消除了近代地下流體改造對成礦時代的影響，獲得的年齡相對更切合地質(zhì)事實(黃少華等,2020)，也是目前應(yīng)用范圍最廣、效果較好的定年技術(shù)。

表1 松遼盆地西南部錢家店凹陷DL鈾礦帶上白堊統(tǒng)青山口組鈾礦物電子探針測試結(jié)果(%)

本次對采自DL礦帶3口鉆孔的18個砂巖礦石樣品開展了全巖鈾—鉛同位素定年，鈾、鐳及同位素測試結(jié)果見表2。由表2可得，砂巖礦石鈾的非均質(zhì)性強，含量為(62.9×10-6～6186×10-6)，Pb含量為(13.1×10-6～75.3×10-6)，Ra含量變化較大，為0.983～49.9 Bq/g，n(238U)/n(204Pb)為253.786～15115.86，n(208Pb)/n(204Pb)為38.68～38.806，n(n(207Pb)/n(204Pb)為15.736～20.399，n(206Pb)/n(204Pb)為20.844～104.031。通過對鉆孔ZK興97-7的1、2、7、9、11、14樣品未進(jìn)行Ra校正擬合得出了32.2±3.9 Ma的U—Pb等時線年齡，MSWD為1.4，年齡相對較可靠，是始新世末—漸新世初的成礦響應(yīng)(圖7a)；通過對鉆孔ZK興125-9-12的1、2、3、4號樣品不進(jìn)行Ra校正擬合得出相對更年輕的23.9±2.8 Ma的U—Pb等時線年齡(圖7a、b)，MSWD為1.8，數(shù)據(jù)較可靠，是漸新世末構(gòu)造隆升事件下的鈾成礦作用；進(jìn)一步聯(lián)合對鉆孔ZK興125-9-11的1、3、4、5樣品和ZK興125-9-12的3、4樣品進(jìn)行Ra校正后擬合得出50.6±1.6 Ma的U—Pb等時線年齡(圖7c)，指示了始新世早期的成礦作用。

圖7 松遼盆地西南部錢家店凹陷DL鈾礦帶上白堊統(tǒng)青山口組砂巖鈾成礦等時線年齡Fig.7 Isochron ages of sandstone oresfor the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin

表2 松遼盆地西南部錢家店凹陷DL鈾礦帶上白堊統(tǒng)青山口組礦石全巖U-Pb同位素測試結(jié)果Table 2 U-Pb isotopic results of whole ores from the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin

與此同時，林效賓等(2020)認(rèn)為可以進(jìn)一步利用n(238U)—n(206Pb)和n(235U)—n(207Pb)等時線年齡、n(206Pb)/n(204Pb)、n(207Pb)/n(204Pb)圖解及初始鉛同位素組成等指標(biāo)對成礦年齡地質(zhì)意義進(jìn)行綜合判定，之后利用“平行”等時線方法理論上可計算出更準(zhǔn)確的砂巖成礦年齡。本次通過該處理方法重新對鉆孔ZK興97-7的6、11、14號樣品進(jìn)行Ra校正后擬合得出了n(238U)—n(206Pb)和n(235U)—n(207Pb)等時線年齡為26.0±2.7 Ma、27.0±4.0 Ma(表3，圖8)；對125-9-11-3號和125-9-12-5號樣品進(jìn)行Ra校正后擬合得出了n(238U)—n(206Pb)和n(235U)—n(207Pb)等時線年齡為28.7±3.5 Ma、26.2±5.3 Ma(表3，圖8)。以上所有的n(238U)—n(206Pb)和n(235U)—n(207Pb)年齡基本一致，可靠性較好，均代表了始新世中晚期的成礦。

圖8 松遼盆地西南部錢家店凹陷DL鈾礦帶上白堊統(tǒng)青山口組n(238U)—n(206Pb)(a)和n(235U)—n(207Pb)(b)年齡圖解Fig.8 n(238U)—n(206Pb) (a) and n(235U)—n(207Pb) (b) ages for the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin

表3 松遼盆地西南部錢家店凹陷DL鈾礦帶上白堊統(tǒng)青山口組成礦年齡統(tǒng)計表Table 3 Metallogenic ages for the Upper Cretaceous Qingshankou Formation of the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin

4 討論

4.1 多元流體鈾富集機制

砂泥巖礦石鈾的賦存狀態(tài)研究表明，DL礦帶青山口組地質(zhì)歷史中存在不同性質(zhì)的多元流體疊加鈾富集成礦作用。泥巖通常在壓實固結(jié)成巖后膠結(jié)致密(圖3c)，不透水，后期流體改造弱，更能代表目的層沉積—成巖階段的鈾沉淀富集機制(秦明寬等,2017)。本次泥巖礦石中的鈾大多呈細(xì)分散狀分布在蝕變鉀長石和火山巖屑表面或孔洞(孔隙)中(圖4a、b)，可見書頁狀高嶺石發(fā)育且局部吸附含鈾(圖4c)，且瀝青鈾礦與礦期黃鐵礦密切共(伴)生(圖4d)；以上這些均指示了青山口組灰色泥巖在沉積—成巖過程中發(fā)生了弱酸性還原孔隙流體控制的鈾吸附還原沉淀作用(圖9)，即沉積碳屑有機質(zhì)在此埋藏壓實過程中發(fā)生了厭氧菌硫酸鹽還原作用(BSR)，生成了有機酸、CH4、H2S等酸性還原流體，導(dǎo)致了長石、巖屑等碎屑酸性溶蝕(張賓等,2020)，高嶺石生成以及黃鐵礦和鈾礦的先后還原沉淀(Goswami et al.,2017)。相應(yīng)的，這一鈾預(yù)富集作用也會在青山口組灰色含碳屑砂體中發(fā)生。

砂巖礦石鏡下可見書頁狀高嶺石普遍發(fā)育(圖5h)，其中大量瀝青鈾礦多賦存在長石、巖屑溶蝕孔洞或孔隙中(圖5a)，有的與碳屑有機質(zhì)(圖5a—e)、書頁狀高嶺石(圖5f、g)、膠狀細(xì)粒黃鐵礦(圖6a)共(伴)生關(guān)系密切；盡管很難獲取它們的具體成礦時間，但以上現(xiàn)象表明砂巖中至少發(fā)生過一期與弱酸性還原流體有關(guān)的鈾沉淀富集作用(李建國等,2020)。根據(jù)區(qū)內(nèi)構(gòu)造—沉積演化特征，推測砂巖中酸性還原流體具有兩種來源：①同沉積—成巖階段和晚期成礦階段本身碳屑有機質(zhì)微生物降解生成的有機酸；②嫩江期末和明水期末兩期強構(gòu)造擠壓作用導(dǎo)致深部酸性烴類流體逸散滲出(Zhao Long et al.,2018)，這也是區(qū)內(nèi)礦帶主要發(fā)育在高嶺石含量變化梯度帶上的重要原因之一。

掃描電鏡結(jié)果表明，砂巖礦石和含砂泥巖礦石中均存在一期明顯的堿性還原熱液流體疊加改造成礦作用(Ding Bo et al.,2020)，時間晚于酸性還原流體成礦；其證據(jù)主要有：可見亮白色瀝青鈾礦大量富集在熱液成因鐵白云石邊緣(圖4f，6b)，有的形成了自形含鈾碳酸鹽礦物(圖6c)，并與早期形成的高嶺石—瀝青鈾礦組合共(伴)生(圖6c)；周邊鉀長石常發(fā)生了蒙脫石化或伊利石化，且可見細(xì)粒自生石英顆粒及次生蒙脫石表面富鈾(圖5h、i，6c)；熱液成因膠狀黃鐵礦包裹早期富集在鉀長石孔隙的瀝青鈾礦(圖4e)；吸附沉淀在書頁狀高嶺石的早期鈾礦物被堿性熱液改造形成港灣狀分布的含鈾、鋯、硅、鈦的混合物(圖5g)；電子探針分析結(jié)果也顯示(表1)，瀝青鈾礦均含一定量的ZrO2。該期富集成礦作用主要與區(qū)內(nèi)古近紀(jì)期間基性巖漿巖侵入形成輝綠巖事件有關(guān)(劉漢彬等,2021)。其機制主要為巖漿期后富CO2堿性還原流體滲出至青山口組含礦砂體中，對其中的石英、黑云母、鉀長石，鋯石、磷灰石、含鈦礦物等各類碎屑發(fā)生了壓熔作用，致使大量Fe、Mg、Mn、P、Zr、Ti、Si等離子進(jìn)入熱液流體中(Pointer et al.,1989；René,2008；Ming et al.,2016；Ma Pengjie et al.,2021；丁波等,2021)，并導(dǎo)致早期鈾礦溶解度增強，重新溶解形成碳酸鈾酰離子；隨著溫度、堿度和CO2逸度的逐漸降低，自生石英細(xì)粒、次生成因蒙脫石或伊利石、鐵白云石、富鈾碳酸鹽礦物、瀝青鈾礦、U—Zr—Si—Ti混合物(René,2008)、礦后黃鐵礦等相繼生成(Rong Hui et al.,2021)、沉淀共(伴)生富集(圖9)。此外，熱事件還會導(dǎo)致砂體中原生碳屑的熱降解排烴，生成暗黑色瀝青質(zhì)(圖5a、b)和還原性氣體(劉章月等,2016)，進(jìn)一步促進(jìn)鈾的就地沉淀富集。

圖9 松遼盆地西南部錢家店凹陷DL鈾礦帶上白堊統(tǒng)青山口組多元流體多階段耦合疊加鈾成礦演化序列Fig.9 Multi-stage coupling uranium metallogenic evolution sequence by multi-fluids for the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin

4.2 青山口組多階段鈾成礦過程

基于本次砂泥巖礦石鈾的賦存形式和成礦時代研究結(jié)果，結(jié)合區(qū)內(nèi)中新生代構(gòu)造—沉積—古氣候演化過程，初步構(gòu)建了DL鈾礦帶多元流體多階段耦合疊加鈾成礦過程。

(1)沉積—成巖預(yù)富集階段:青山口組沉積時期，自盆地南緣蝕源區(qū)發(fā)育了一條北東向的辮狀河縱向河道，受東北側(cè)架瑪吐隆起的圍限、堵水作用(圖1b)，多物源和各水流匯聚在隆起的西南側(cè)一帶(Liu Jialin et al.,2020)，導(dǎo)致研究區(qū)存在南部山脈提供的辮狀河道相外部物源和架瑪吐隆起提供的沖積扇相內(nèi)部物源雙源供給，沉積層部分地段直接超覆在架瑪吐隆起之上；且這些部位水體明顯更深，發(fā)育了原生含碳屑和少量黃鐵礦的灰色河道砂體和河道間灣泥巖(圖3)。隨后，這些灰色體在姚家期—嫩江期的埋藏壓實成巖過程中發(fā)生了有機質(zhì)的成熟演化作用(Bonnetti et al.,2017)，導(dǎo)致了地層中弱酸性后生蝕變及鈾的預(yù)富集作用(圖4、圖5)。

(2)構(gòu)造反轉(zhuǎn)初始成礦階段:嫩江期末，受東部太平洋板塊的俯沖作用，松遼盆地發(fā)生坳陷沉積以來的首次較弱的構(gòu)造擠壓反轉(zhuǎn)(王偉等,2017)；研究區(qū)也受此影響，發(fā)生了地層弱擠壓變形，白興吐天窗開始具備雛形，深部酸性油氣流體幕式逸散滲出(Zhao Long et al.,2007)，提高了目標(biāo)層的還原容量。此時，青山口組接受了淺部含氧含鈾水的補給，并在凹陷中央構(gòu)造剝蝕天窗及周邊的斷裂處排泄，形成完善的局部地下水補—徑—排體系(秦明寬等,2017)，從而在目的層底部發(fā)生后生氧化—還原成礦作用(圖9)，。明水期末的強烈構(gòu)造反轉(zhuǎn)再次導(dǎo)致深部酸性烴類流體沿斷裂滲出至青山口組，含礦層的還原容量被進(jìn)一步提高(Chen Zhenyan et al.,2021)，并在之后重新發(fā)生了層間氧化還原成礦作用。

(3)熱液流體改造成礦階段:古近紀(jì)成礦期間的某個階段，研究區(qū)發(fā)生了一期大規(guī)模的輝綠巖侵入事件(羅毅等,2012)(圖1b)，伴隨了大量的堿性還原熱液流體，進(jìn)而打斷了酸性還原流體鈾成礦作用，破壞了區(qū)內(nèi)的地下水化學(xué)和水動力系統(tǒng)，對早期形成的礦體發(fā)生了疊加改造(圖4e、f，圖6b、c)，對應(yīng)于此次測得的一期50.6±1.6Ma熱液改造成礦年齡(圖7c，圖9)，這與諸多學(xué)者得出的50 Ma左右的輝綠巖侵入時間基本一致(劉漢彬等,2021)。

(4)疊加改造階段:隨著凹陷不斷抬升萎縮，在古近紀(jì)末或新近紀(jì)早期，研究區(qū)東側(cè)架瑪吐隆起和白興吐構(gòu)造剝蝕天窗的嫩江組被逐步剝蝕殆盡(圖1b)，青山口組目的層此時在這些窗口開始由滲出作用轉(zhuǎn)變?yōu)檠a給滲入作用，進(jìn)而發(fā)生了一定量淺部含鈾含氧水的滲入補給(夏毓亮等,2003)，不僅形成了上部氧化帶及其伴生的鈾礦體(圖2)，同時對早期礦體起到了疊加改造作用(圖9)。該期成礦時間對應(yīng)于本次測得的32.2±3.9 Ma、27±4 Ma、26±2.7 Ma、23.9±2.8 Ma等一系列成礦等時線年齡(圖7a、b，圖8)，指示了始新世末—漸新世早期的成礦事件。

5 結(jié)論

(1)松遼盆地西南部錢家店凹陷DL鈾礦帶上白堊統(tǒng)青山口組砂泥巖礦石中鈾均主要以膠狀、微細(xì)粒狀瀝青鈾礦獨立礦物形式存在，其次為含鈾鈦礦物，少量含鈾、鋯、硅混合物、含鈾碳酸鹽礦物和吸附態(tài)鈾；空間位置上與有機質(zhì)、高嶺石、蒙脫石、鐵白云石、黃鐵礦和含鈦礦物等關(guān)系密切。

(2)礦物共伴生關(guān)系表明，青山口組存在與早期酸性還原流體和晚期堿性熱液還原流體有關(guān)的兩種鈾富集成礦作用，分別伴隨了長石、巖屑溶蝕、高嶺石化、碳屑有機質(zhì)生物降解、黃鐵礦化等酸性蝕變和碳屑熱解生烴、伊利石化、蒙脫石化、硅化、鐵白云石化、黃鐵礦化等堿性熱液蝕變改造。

(3)厘定出區(qū)內(nèi)青山口組50.6±1.6 Ma、32.2±3.9 Ma、27±4 Ma、26±2.7 Ma、23.9±2.8 Ma等一系列新的成礦等時線年齡，代表了區(qū)內(nèi)古近紀(jì)的主成礦事件；進(jìn)而構(gòu)建了多元流體四階段的板狀鈾成礦模式：①晚白堊世青山口期—嫩江期的沉積—成巖預(yù)富集階段；②晚白堊世嫩江期末—明水期末的多幕式構(gòu)造反轉(zhuǎn)—烴類流體滲出耦合初始成礦階段；③古近紀(jì)期間的深部熱液流體改造成礦階段；④古近紀(jì)末以來的表生流體疊加改造階段。

致謝：感謝核工業(yè)二四三大隊在野外礦石樣品采集、資料提供方面給予的幫助和支持以及林效賓高工在成礦年齡數(shù)據(jù)處理方面給予的指導(dǎo)！同時，衷心感謝審稿專家對本文提出的建設(shè)性意見！