中新生代盆地砂巖型鈾礦床成礦流體特征及成因

中新生代盆地砂巖型鈾礦床成礦流體特征及成因

20世紀50年代以來，中國進行了大規(guī)模的能源開采和勘探工作，發(fā)現(xiàn)了幾種類型的能源礦床。其中，花崗巖和砂巖能源床是第一個突破的兩種類型（劉興忠，1982）。在20世紀90年代之前，砂巖鋯礦床成為中國四大工業(yè)類型（花崗巖、火山巖、砂巖和碳硅泥巖）的前礦床之一，探明儲量在四種類型中的第三次。尤其是在1980年代以來,我國加強了北方中新生代盆地的找礦工作(陳戴生等,2003)。已經(jīng)探明,在伊犁盆地、吐哈盆地、巴音戈壁盆地、鄂爾多斯盆地、松遼盆地等都有一定儲量的鈾礦床(張金帶等,2010)。隨著成礦理論的日趨成熟,砂巖型鈾礦的研究也不斷深入。砂巖型鈾礦床以中細砂巖為賦存載體,礦體的形態(tài)和規(guī)模受層間氧化帶控制,并在完整的地下水補、徑、排體系中的氧化還原界面附近成礦(李盛富等,2004),地層結(jié)構(gòu)呈泥—砂—泥的沉積特點,砂體符合三性要求,即成層性、連通性和滲透性(吳仁貴等,2008)。我國中新生代盆地辮狀河三角洲發(fā)育,砂巖型鈾礦成礦條件極為有利,符合成礦要求,盆地周邊蝕源區(qū)巖漿巖提供了大量的鈾源。蝕源區(qū)含鈾含氧水進入層間氧化帶中運移,鈾主要為絡(luò)合物的形式[UO本文主要對中新生盆地內(nèi)砂巖型鈾礦鈾礦石做電子探針分析,以及綜合前人資料,系統(tǒng)的論述了砂巖型礦床鈾礦物的類型和賦存狀態(tài)。1賽漢高畢地區(qū)鈾礦床分析結(jié)果本次采樣工作區(qū)主要在伊犁盆地南緣某鈾礦床和巴音戈壁盆地塔木素鈾礦床,采取工業(yè)鉆孔含礦巖石—灰、深灰色中細砂巖。以及綜合前人二連盆地賽漢高畢地區(qū)某礦床、松遼盆地開魯白興吐鈾礦床、鄂爾多斯盆地東勝、黃龍砂巖型鈾礦床、吐哈盆地十紅灘砂巖型鈾礦床和二連盆地巴彥烏拉地區(qū)鈾礦床分析結(jié)果。樣品測試工作在東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境教育部重點實驗室測試完成,樣品分析之前經(jīng)渡碳處理,借助IncaENERGY能譜定性分析和JXA—8100電子探針進行定量測試,實驗條件為加速電壓15.0kV,探針速流2.00×102砂巖型鈾礦床根據(jù)電子探針分析結(jié)果(表1),鈾礦物主要為鈾石、水硅鈾礦、瀝青鈾礦、鈦鈾礦、鈾釷礦、菱鈣鈾礦和鈾的碳酸巖礦物。本次分析中均發(fā)現(xiàn)大量的鈾石,為砂巖型鈾礦的主要鈾礦物,其主要成分UO瀝青鈾礦亦為砂巖型鈾礦床中的主要鈾礦物,在中新生代盆地砂巖型鈾礦床中均可見,以UO鄂爾多斯盆地、二連盆地、巴音戈壁盆地、松遼盆地等砂巖型鈾礦中都發(fā)現(xiàn)鈦鈾礦,按其Ti和Fe的含量可以進一步細分為鈦鈾礦、鐵鈦鈾礦和含鈦鈾礦物。鈦鈾礦主要成分以UO聶逢君等(2010)在二連盆地2081礦床發(fā)現(xiàn)新類型鈾礦物——鈾釷礦,該類型鈾礦物主要以富含ThO二連盆地2082礦床(聶逢君等,2010)和巴音戈壁盆地塔木素礦床中均發(fā)現(xiàn)菱鈣鈾礦,UO鈾的碳酸鹽:在二連盆地2081礦床發(fā)現(xiàn)鈾的碳酸鹽礦物,其主要成分為UO3分散和復(fù)合礦物根據(jù)電子探針背散射電子圖像可以看出,砂巖型鈾礦床中鈾礦物主要賦存于礦化砂巖的填隙部位及碎屑物或礦物的解理中,交代黃鐵礦、炭屑等;部分分散形式的鈾礦物被砂巖填隙物中的粘土礦物、碎屑物和礦物顆粒表面或裂隙面吸附(閔茂中等,2006)。鈾礦物多與黃鐵礦共生,部分鈾礦物與石英,長石共生,電子探針背散射圖像見圖1。3.1氧化還原過渡帶成礦環(huán)境圖1A中所示,鈾礦物呈集合體或微脈狀沿石英顆粒裂隙發(fā)育,穿切碎屑石英。表明含鈾溶液的活動比較強烈,氧化還原過渡帶成礦環(huán)境為弱酸—弱堿性環(huán)境(陳友良等,2007;喬海明等,2011),因為在堿性條件下,二氧化硅才溶解,鈾元素能與二氧化硅生成鈾石類礦物而沉淀(苗愛生等,2010)。圖1B也顯示鈾礦物賦存于石英和鉀長石接觸面。3.2鈾礦物與斜長石的裂隙面關(guān)系本次電子探針分析中,大量的電子探針背散射圖像表明,斜長石碎屑裂隙面和解理面也是鈾礦物的賦存空間,如圖1C所示。圖1D中斜長石溶蝕孔隙中,瀝青鈾礦交代黃鐵礦與斜長石共生。3.3worm和黃鐵礦共生陳祖伊等(2007)根據(jù)實驗和綜合前人的工作認為,黃鐵礦與鈾礦物的共生關(guān)系存在兩種情況:(1)含鈾溶液中Fe3.4有機質(zhì)炭屑及鈾礦石充填在砂巖型鈾礦中有機質(zhì)對鈾的吸附作用也是鈾富集成礦的一種方式。呈炭屑狀分布的有機質(zhì),主要沿砂、礫巖層面分布;細分散狀有機質(zhì),分布于砂巖膠結(jié)物中。在腐殖酸的作用下,有機質(zhì)炭屑吸附鈾,鈾礦石中鈾主要以腐殖酸吸附或腐殖酸鹽形式存在(向偉東等,2006)。根據(jù)電子探針背散射圖(閔茂中等,2006)炭屑中鈾主要賦存于碳化木碎屑的木質(zhì)植物細胞腔內(nèi)。3.5鈾礦物的吸附形式粘土礦物伊利石、蒙皂石和高嶺石等對鈾的吸附作用也比較強烈,在本次研究中由于礦石品位較低,并未發(fā)現(xiàn)粘土礦物吸附形式鈾,但是在前人(閔茂中等,2006;聶逢君等,2010;苗愛生等,2010)工作中發(fā)現(xiàn)大量的鈾被粘土礦物吸附。研究認為礦物表面積越大對鈾的吸附能力越強,粘土礦物具有表面積大的特征,對鈾的吸附作用較強。4hs值和eh值變化的關(guān)系砂巖型鈾礦床中鈾礦物的沉淀富集除了與成礦帶中含大量的黃鐵礦、有機質(zhì)等還原劑有關(guān)外,與地層中含鈾溶液的pH值和Eh值的變化也有密切的關(guān)系。4.1在成礦帶和耐堿下的黃鐵礦氧化過程研究認為,鈾礦物的沉淀與成礦帶中溶液pH值和Eh值的降低是一個必不可少的條件。如圖2所示,從氧化帶到成礦帶(氧化還原過渡帶)pH值、Eh值明顯降低(陳祖伊等,2007;王正其等,2006)。在氧化帶中溶液呈堿性或弱堿性,pH值較高,約為7.5~8.5,溶液中含大量的自由氧,Eh值也較高(陳祖伊等,2010;張映寧等,2006;喬海明等,2011);當溶液滲入到成礦帶時,原生沉積的黃鐵礦發(fā)生氧化,生成大量的SO同時,HpH值降低,溶液呈中性或弱堿—弱酸性,Eh值也降低,這一區(qū)域為極弱氧化—極弱還原環(huán)境(陳祖伊等,2010;喬海明等,2011)。溶液中碳酸鹽絡(luò)合物[UO4.2關(guān)于鉻礦物成因的研究如前所述,在氧化還原過渡帶,溶液呈中性或弱堿—弱酸性,且UO4.2.1氣體還原作用氧化還原過渡帶中鈾礦物形成的還原作用主要有氣體還原作用和固體還原作用(李盛富等,2004)。氣體還原作用主要是H在巴音戈壁盆地塔木素礦床的野外實際調(diào)查工作中,ZKH32-16孔591.5m處灰色賦礦砂巖孔隙中見硫單質(zhì)可以確切的證明上述反應(yīng)的可能性。固體還原作用主要是指原生黃鐵礦的還原作用,大量學(xué)者普遍認為黃鐵礦還原是砂巖型鈾礦床鈾礦物富集沉淀的主要作用。Fe4.2.2有機鈾絡(luò)合物的制備根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查可知,砂巖型鈾礦床賦礦砂體中含大量的植物碳屑,有機質(zhì)含量較高,有機質(zhì)對鈾的絡(luò)合作用和吸附作用是鈾礦物在氧化還原過度帶形成富集的重要因素(李盛富等,2004;張明瑜等,2005;王正其等,2006)。李盛富等(2004)認為有機質(zhì)的絡(luò)合作用主要是指腐植酸和富里酸的絡(luò)合作用,它們能強烈的絡(luò)合鈾和其它金屬離子,形成有機鈾酰絡(luò)合物。根據(jù)紅外光譜證實,鈾以鈾酰離子的形式被固態(tài)腐植酸滯留,腐植酸中的羧基起著雙齒狀配位體的作用與UO砂巖型鈾礦床中鈾礦物的吸附主要是粘土礦物和有機質(zhì)的吸附,根據(jù)電子電子顯微鏡下觀察(苗愛生等,2010)植物碳屑細胞腔內(nèi)和粘土礦物解理面內(nèi)鈾礦物以吸附形成存在,α徑跡實驗(徐喆等,2010)可以觀察到,鈾礦物在粘土礦物和植物碳屑周圍或裂隙面以分散狀、條帶狀分布。5鈾的賦存狀態(tài)(1)中新生代砂巖型鈾主要以中細砂巖為賦礦載體,在氧化還原過渡帶隨著溶液中自由氧的耗盡,pH值和Eh值的降低,鈾礦物富集沉淀。電子探針分析顯示,鈾礦物類型為鈾石、水硅鈾礦、瀝青鈾礦、鈦鈾礦、鈾釷礦、菱鈣鈾礦和鈾碳酸巖。(2)鈾石和水硅鈾礦是在堿性環(huán)境下含鈾溶液與石英反應(yīng)而沉淀富集,二者存在一定的界限,但在表生作用下可以相互轉(zhuǎn)換。(3)鈦鈾礦根據(jù)Ti和Fe含量的不同可以進一步細分為鈦鈾礦、鐵鈦鈾礦和含鈦鈾礦物。(4)鈾礦物主要和石英、長石、黃鐵礦等共生,長石裂隙和解理面也是鈾礦物良好的