任錦榮，夏毓亮，張振強(qiáng)

(1.中核通遼鈾業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；3.核工業(yè)二四○研究所，遼寧 沈陽 110032)

錢家店鈾礦床位于內(nèi)蒙古通遼市科爾沁區(qū)，是中國屈指可數(shù)的大型可地浸鈾礦床。礦床受“晚白堊世姚家期辮狀河道洼地、晚白堊世嫩江期末反轉(zhuǎn)隆升剝蝕構(gòu)造天窗、NNE向貫通性基底斷裂”三位一體控制，屬同生沉積后生疊加復(fù)成因型；歷經(jīng)了同生沉積成礦、油田流體疊加成礦和含氧含鈾流體疊加成礦3個(gè)階段[1-2]。鈾礦化產(chǎn)于上白堊統(tǒng)姚家組砂巖中，以吸附鈾形式為主[3]。

前人對(duì)于錢家店鈾礦床的鈾礦石常量元素、伴生元素，及微量元素研究不夠深入。而礦床元素地球化學(xué)特征是揭示成礦作用的良好標(biāo)志，研究礦石元素地球化學(xué)特征、分布規(guī)律，有利于探索元素地球化學(xué)與鈾成礦的關(guān)系，可進(jìn)一步提高對(duì)鈾成礦特征的認(rèn)識(shí)，并推斷成礦過程、成礦作用[4-7]，從而為該地區(qū)砂巖型鈾礦找礦提供更有利的依據(jù)。

鈾礦石中Re、Sc等伴生元素是戰(zhàn)略性礦產(chǎn)，因此，結(jié)合錢家店礦床獨(dú)特的CO2+O2地浸開采工藝，選取錢家店礦床錢Ⅱ塊鉆孔樣品進(jìn)行元素組合特征分析，對(duì)實(shí)現(xiàn)礦床綜合開采具有戰(zhàn)略和國民經(jīng)濟(jì)意義。

1 礦床地質(zhì)特征

錢家店鈾礦床處于開魯坳陷錢家店凹陷中，地層自下而上為上白堊統(tǒng)青山口組(K2qn)、姚家組(K2y)及嫩江組(K2n)。錢家店鈾礦床進(jìn)一步分為錢Ⅰ、錢Ⅱ、錢Ⅲ、錢Ⅳ等塊段[8](圖1)。

鈾礦化主要產(chǎn)于姚家組下段，其次為上段。礦體產(chǎn)狀與地層基本一致，傾角2～8°。礦體形態(tài)多為板狀、透鏡、不規(guī)則狀。礦體埋深為174.10～520.55 m。礦石平均品位為0.028 7%，平均厚度為5.65 m。含礦主巖以灰色細(xì)砂巖為主，部分為中砂巖。

1—新近系泰康組；2—上白堊統(tǒng)嫩江組；3—上白堊統(tǒng)姚家組；4—下白堊統(tǒng)阜新組；5—基性巖脈；6—海西期花崗巖；7—地質(zhì)界線；8—盆地邊界線；9—一級(jí)構(gòu)造單元界線；10—二級(jí)造單元界線；11—推測性質(zhì)不明斷層；12—正斷層；13—砂巖型鈾礦床；a—研究區(qū)所處構(gòu)造單元圖；b—礦區(qū)區(qū)塊劃分圖。圖1 錢家店鈾礦床地質(zhì)圖Fig.1 Geological map of Qianjiadian uranium deposit

2 樣品采集與分析測試

2.1 樣品采集

為了確保樣品的代表性、可靠性和完整性，共對(duì)42個(gè)鉆孔按規(guī)范要求和方法進(jìn)行取樣(圖2)。取樣要求和方法：1)鉆孔礦芯采取率85%以上，取樣鉆孔的分布在平面上具有代表性；2)沿傾向?qū)ΦV體增加取樣密度；3)用清水洗刷巖(礦)芯表面污染，根據(jù)地質(zhì)物探編錄并參照伽馬測井曲線確定樣品的分段，對(duì)不同強(qiáng)度、不同巖性、不同顏色的礦芯分別采樣；4)樣品長度一般為0.2～0.5 m，多數(shù)為0.2～0.4 m；5)主要采用劈心法取樣；在礦化特別均勻的礦段，有少數(shù)樣品采用揀塊法取樣；6)保持取樣段連續(xù)，取樣段一般均穿過礦體厚度，并在圍巖(礦體兩側(cè))取1～2個(gè)樣品。

2.2 分析測試

2.2.1 U、Th、伴生元素、微量元素分析

依據(jù)封閉酸溶ICP-MS法，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀NexION 350D，分析U、Th、伴生元素和微量元素。

稱取0.05～0.10 g樣品封閉于溶樣器的內(nèi)罐中，加水潤濕，依次加入氫氟酸、硝酸，密封;將溶樣器放入烘箱中，于185 ℃加熱24 h后取出內(nèi)罐，置于電熱板上加熱蒸至近干;稍冷后，加入混合酸(硝酸、鹽酸、氫氟酸、高氯酸、硫酸)，加熱蒸至近干;再加入2 mL硝酸蒸至近干，重復(fù)操作此步驟2次;然后加入5 mL(1+1)硝酸，再次密封，放入烘箱中，于130 ℃加熱3 h;冷卻后，取出內(nèi)罐，將溶液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶，定容，ICP-MS法測定。

1—鉆孔；2—采樣位置。圖2 采樣分布平面圖Fig.2 Sample distribution diagram

2.2.2 Al2O3、CaO、Fe2O3等分析

依據(jù)四酸分解ICP-OES法，使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(7300DV)，分析Al2O3、CaO、Fe2O3、K2O、MgO、MnO、Na2O、TiO2和P2O5。

稱取0.1 g(精確至0.000 1 g)試樣置于聚四氟乙烯坩堝中，用幾滴水潤濕，加入10 mL鹽酸和10 mL硝酸，蓋上坩堝蓋后，置于控溫電熱板上，于110 ℃加熱1 h；取下坩堝蓋，加入5 mL氫氟酸及2 mL高氯酸，蓋上坩堝蓋，于110 ℃加熱2 h；升溫至130 ℃，加熱2 h，取下坩堝蓋，升溫至160～180 ℃，待高氯酸煙冒盡，取下冷卻；加入5 mL(1+3)HCl溶解鹽類后，移至20 mL塑料比色管中，ICP-OES法測定。

2.2.3 FeO分析

采用重鉻酸鉀容量法分析FeO。稱取0.5 g試樣于鉑坩堝中，經(jīng)硫酸、氫氟酸溶解后，加入過量的硼酸配合氟，在硫酸-磷酸介質(zhì)中，以二苯胺磺酸鈉為指示劑，用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至紫色。

2.2.4 SiO2分析

采用氟硅酸鉀容量法分析SiO2。稱取0.1 g試樣于鎳坩堝中，經(jīng)氫氧化鉀堿熔后，在硝酸介質(zhì)和過量氯化鉀存在下，加入氟化鉀，使其與試液中的硅生成氟硅酸鉀沉淀；過濾，調(diào)pH至中性后，在沸水中水解生成氫氟酸；用酚酞做指示劑，用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液滴定至紅色終點(diǎn)。

2.2.5 pH、Eh測定

使用酸度計(jì)，按照《飲用天然礦泉水檢驗(yàn)方法》(GB/T 8538.6—2016)測定pH，按照《地下水質(zhì)檢驗(yàn)方法》(DZ/T 0064.7—1993)測定Eh。

3 常量元素地球化學(xué)特征

錢Ⅱ塊姚家組富礦石與貧礦石的常量元素組成特征見表1。

姚家組上段的砂巖富礦石富SiO2，平均含量為76.52%；貧Al2O3，平均含量為9.94%；CaO低，平均含量為1.03%；富FeO，平均含量為1.83%；w(Fe2O3)/w(FeO)低，平均為0.53；S含量較高，平均含量為1.08%。富礦石中的S含量明顯高于其在貧礦中的含量，這與富礦石富含黃鐵礦有關(guān)。富礦石的平均pH為7.28，ΔEh為44.63 mV，反映其形成于弱堿性的還原環(huán)境。貧礦石(鈾含量0.01%～0.1%)的CaO、MgO和燒失量明顯增高，反映膠結(jié)物中方解石、白云石含量高。

姚家組下段的砂巖富礦石，SiO2偏低，平均含量為65.92%；富Al2O3，平均含量為12.24%；CaO高，平均含量為4.80%；且其燒失量大，平均為6.88%，這反映礦石膠結(jié)物中碳酸鹽(CaCO3)較高。此外，礦石富FeO，平均含量為1.71%；w(Fe2O3)/w(FeO)為0.67；S的平均含量為0.55%，明顯高于貧礦石，也與富礦石富含黃鐵礦有關(guān)。富礦石的平均pH為8.97，ΔEh為41.50 mV，反映形成于堿性的還原環(huán)境。

雜色砂巖貧礦石與灰色砂巖富礦石相比，SiO2、Al2O3、K2O含量明顯偏低；Fe2O3含量明顯增高，平均為1.72%；w(Fe2O3)/w(FeO)高，為1.38；S含量低，平均為0.28，與貧礦石中黃鐵礦低有關(guān)。pH為9.42，ΔEh為32.86 mV，反映雜色砂巖貧礦石形成于堿性偏氧化的環(huán)境。

4 伴生與微量元素地球化學(xué)特征

錢Ⅱ塊伴生元素具有一定的分帶性。由氧化帶到過渡帶，趨向富集的元素主要為U、親石元素Ba、親硫元素Ni和性質(zhì)活躍的U伴生變價(jià)元素Mo、V和Re等[9]。Re與鈾的分布基本吻合，產(chǎn)于氧化還原過渡帶；硒、鈧主要分布于氧化帶的前緣及過渡帶的后方[10]。

4.1 伴生元素特征

4.1.1 錸(Re)

含礦砂體中Re平均含量為0.639×10-6(表2)。在個(gè)別鉆孔樣品中含量非常高，例如第1組灰色細(xì)砂巖富礦石(5個(gè)樣品組合，w(U)=1 732.5×10-6)中的w(Re)=11.80×10-6，第2組灰色細(xì)砂巖富礦石(5個(gè)樣品組合，w(U)=1 212.0×10-6)中的w(Re)=5.50×10-6，第3組灰細(xì)砂巖富礦石(4個(gè)樣品組合，w(U)=1 045.0×10-6)中的w(Re)=1.080×10-6，第4組灰色中細(xì)砂巖富礦石(3個(gè)樣品組合，w(U)=963.0×10-6)中的w(Re)=1.990×10-6。4組樣品中的w(Re)都達(dá)到綜合利用品位(0.2×10-6)[11]。

在礦化帶的灰色砂巖中Re強(qiáng)烈富集，且U與Re呈中度正相關(guān)，R為0.773(圖3)。

圖3 U-Re相關(guān)圖(R=0.773)Fig.3 Correlation diagram of U with Re

4.1.2 硒(Se)

含礦砂體中w(Re)平均為0.4×10-6(表2)，個(gè)別樣品Se含量較高，如灰細(xì)砂巖中w(Se)達(dá)2.419×10-6(w(U)平均為325×10-6)；但Se未達(dá)到綜合利用品位(10×10-6)。U與Se無相關(guān)關(guān)系，R僅為-0.012(圖4)。

圖4 U-Se相關(guān)圖(R=-0.012)Fig.4 Correlation diagram of U with Se

4.1.3 鉬(Mo)

含礦砂體中w(Mo)平均為3.223×10-6(表2)，雖個(gè)別樣品(灰色細(xì)砂巖，w(U)平均為1 723.5×10-6)中w(Mo)平均達(dá)36.65×10-6，但Mo遠(yuǎn)低于綜合利用品位(100×10-6)。U與Mo呈中度正相關(guān)，R為0.640(圖5)。

圖5 U-Mo相關(guān)圖(R=0.640)Fig.5 Correlation diagram of U with Mo

4.1.4 釩(V)

鈾礦化帶含礦砂體中w(V)平均為40.2×10-6(表2)，V遠(yuǎn)低于綜合利用品位(800×10-6)。U與V無明顯相關(guān)關(guān)系，R為0.11。

4.1.5 鈧(Sc)

含礦砂體中w(Sc)平均為4.44×10-6(表2)，Sc未達(dá)到綜合利用品位(7×10-6)。U與Sc無相關(guān)關(guān)系，R僅為-0.037。

4.2 微量元素特征

礦石中w(Pb)平均為23.73×10-6，w(Zn)平均為55.5×10-6，w(Cu)平均為10.16×10-6，w(Co)平均為5.26×10-6，w(Ni)平均為11.14×10-6，均未達(dá)到綜合利用品位。w(Y)平均為20.10×10-6，w(Ba)平均為577×10-6、w(Sr)平均為208×10-6、w(Th)平均為9.41×10-6，無明顯富集作用[12]。

U與微量元素相關(guān)分析見表3。U與Pb高度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)R為0.828；U與Ni、Y、Zn中度正相關(guān)，R分別為0.659、0.566、0.551；U與Co、Ba低度相關(guān)，R分別為0.327、0.319；U與Th、Cu、Se、Sr等元素不相關(guān)，R均小于0.30。礦石中的Pb、Zn、Mo與含礦層物源主要來自中酸性火成巖，Co、Ni等元素與礦石中富含黃鐵礦有關(guān)，表明鈾礦環(huán)境為弱還原環(huán)境。

表3 錢家店鈾礦床礦石微量元素與U相關(guān)分析Table 3 Correlation analysis of ore microelements of Qianjiadian uranium deposit n-2=100，γ0.05=0.241

5 結(jié)論

1)錢家店鈾礦床姚家組含礦砂體中，SiO2、Al2O3、CaO、MgO和S含量變化較大，這與礦石的生成環(huán)境有關(guān)。若礦石富含黃鐵礦，硫含量就高。膠結(jié)物富含方解石和白云石，CaO、MgO含量較高。雜色砂巖鈾礦石中w(Fe2O3)/w(FeO)高，反映礦石形成于氧化環(huán)境。

2)U與Re、Mo中度正相關(guān)，R分別為0.773、0.640。Re有較強(qiáng)的富集，w(Re)平均為0.639×10-6，部分樣品w(Re)達(dá)11.80×10-6，達(dá)到綜合利用品位。w(Mo)平均只有3.223×10-6，遠(yuǎn)低于綜合利用品位。U與Se、V、Sc不相關(guān)，平均品位也未達(dá)到綜合利用品位。

3)U與微量元素Pb高度正相關(guān)，R為0.828。U與Ni、Zn、Y中度正相關(guān)，R分別為0.659、0.551、0.556。Pb、Zn反映礦層物源為中酸性巖，Ni反映成礦為弱酸性還原環(huán)境。