吐哈盆地十红滩铀矿床铀源条件

郝伟林，林效宾，张 发

（1.核工业北京地质研究院，北京 100029；2.核工业203研究所，陕西 咸阳 712000）

吐哈盆地十红滩铀矿床铀源条件

郝伟林1，林效宾1，张 发2

（1.核工业北京地质研究院，北京 100029；2.核工业203研究所，陕西 咸阳 712000）

以吐哈盆地十红滩砂岩型铀矿床为例，利用U-Pb同位素体系演化特征，计算含矿砂岩和顶底板泥岩的原始铀质量分数及变化系数，认为赋矿地层沉积时就存在铀的预富集，同生沉积碎屑岩和泥岩都是本区重要的铀源。结合古水文地质演化和碳-氧同位素特征，认为成岩期泥岩压榨水携带铀进入砂岩含水层，在砂岩中产生铀的预富集。

原始铀含量；铀源；泥岩；压榨水

关于沉积砂岩型铀矿床铀源的研究，许多学者［1-2］认为是来自于蚀源区和含矿碎屑岩本身，并叠加了深部油田水和构造热液流体的成矿作用［3］。在古水文地质演化过程中，沉积期由于压实作用，泥岩含水率大幅度降低，厚度减小，大量压榨水进入砂岩中［4］，这一过程与铀成矿的关系尚未进行深入研究。本文以吐哈盆地西南缘十红滩铀矿床为例，通过泥岩原始铀质量分数和变化系数的计算，对砂岩型铀矿床铀源条件进行了有益的探索。

1 地质概况

吐哈盆地北以博格达山，南以觉罗塔格山为界，东西长为600 km，南北宽为50～130 km，面积约4.8×104km2，它位于天山褶皱带内，是一个不规则狭长的中新生代大型内陆山间盆地。盆地直接基底为中石炭统迪坎儿组（C2d），主要由黄绿色凝灰质砂岩、砾岩、硬砂岩、粉砂岩和薄层灰岩组成；盆地南部蚀源区还有大面积分布的海西期花岗岩（γ4）；盆地盖层主要为中-下侏罗统水西沟群（J1-2sh），局部见古近系鄯善群（E2-3sh）。含矿地层为水西沟群西山窑组（J2x），以砾岩、砂砾岩和中粗砂岩为主，顶底板为厚层泥岩或泥质粉砂岩（图 1）。

图1 矿区地质及样品平面分布图［5］Fig.1 Geology and sample distribution map of ore district［5］

本研究样品取自北矿带西山窑组（J2x）含矿地层上、下泥岩、粉砂岩和砂砾岩中，取样平面位置图如图1所示，挑选新鲜样品，机械粉碎至200目。铀铅质量分数采用ICPMS方法测定，铅同位素比值采用ISOPROBET热电离质谱仪测定，分析结果见表1。

2 U0和ΔU的计算方法

根据砂岩和泥岩的U-Pb同位素演化特征，计算样品中原始铀质量分数，从而了解这些岩石作为成矿铀源的供铀能力。计算方法为［1］：

岩石中的原始铀质量分数：

式中：N206Pb/N204Pb——样品的Pb同位素比值；λ8——238U的衰变常数，其值为1.551 25×10-10/a；t——岩石的形成年龄，取170 Ma；NPb——样品Pb的质量分数，%；N204Pb——样品中204Pb的原子数相对百分数，%；AU——样品铀相对原子质量，其值为238.028；APb——样品铅相对原子质量； （N206Pb/N204Pb）0——岩石的初始铅质量分数，考虑到泥岩和砂岩同物源，采用本区砂岩中的初始铅质量分数（N206Pb/N204Pb）0=17.851①。

注：①此数据据夏毓亮，等讨论结果，2003年。

岩石中铀的近代变化系数：

式中：wU——样品现测铀质量分数。

利用（1）、（2）式计算各样品原始铀质量分数和变化系数计算结果见表1。

3 原始铀质量分数计算结果

由计算结果可见：在十红滩铀矿床北矿带中，现今泥岩中平均铀质量分数为9.1×10-6，平均原始铀质量分数为20.1×10-6，平均 ΔU为-53.3%，经过各期次压实作用，泥岩中有超过一半的铀随压榨水进入砂岩；氧化砂体也有61.5%的铀被地下水带出，导致该砂岩铀质量分数较低（3.8×10-6）；靠近泥岩的钙质胶结砂岩铀富集达到58.6%，矿化砂岩和矿石中的ΔU更高［1］。这说明含矿砂岩和顶底板泥岩在沉积时预富集铀，泥岩和氧化带沉积碎屑岩均是铀成矿的重要铀源。

表1 十红滩矿区U-Pb同位素组成和原始铀质量分数表Table 1 U-Pb isotopic composition and initial uranium mass fraction in Shihongtan mine area

4 泥岩压榨水渗出的同位素证据

在沉积盆地演化过程中，沉积压实阶段，由于泥岩厚度大幅减小，泥岩压实作用释放出大量的压榨水（图2），西山窑组（J2x）含水层同生沉积水已经被泥岩压榨水交替多次［4］，成岩期泥岩压榨水携带铀进入砂岩含水层，在砂岩中产生铀的预富集。

图2泥岩压榨水形成示意图Fig.2 Formation schematic diagram of water squeezed out from mudstone

表2 方解石中碳-氧同位素分析结果Table 2 Analytical results on13C-18O isotope in calcite

压实过程中，当泥岩中的压榨水进入砂岩时，在砂岩层中部有机质分解产生有机酸和H2S等，使方解石难以沉淀［6］；在靠近泥岩的砂岩中首先产生钙质胶结（图2），钙质胶结中的碳-氧同位素特征保留了压榨水渗出痕迹。

图3 十红滩铀矿床碳-氧同位素成因图（据王大锐，2000）Fig.3 Diagram showing the genesis of carbon and oxygen isotopes in Shihongtan uranium deposit（After Wang Darui， 2000）

含矿目的层地表露头和钻孔样品的碳-氧同位素分布明显分为两个区间（表2、图3），地表露头处碳-氧同位素未受到成矿作用影响，保留压实成岩时的组成特征；钻孔样品中更富氢同位素，是成矿过程中有机质参与的结果［7］。

5 结 论

十红滩铀矿床含矿砂体顶底板泥岩丢失铀53.4%，氧化砂体丢失铀61.5%，本区地层沉积时就存在铀的预富集作用，沉积碎屑岩和泥岩都是本区重要的铀源，成岩期泥岩压榨水携带铀进入砂岩含水层，在砂岩中产生铀的预富集。

［1］夏毓亮，林锦荣，刘汉彬，等.中国北方主要产铀盆地砂岩型铀矿成矿年代学研究［J］.铀矿地质， 2003， 19（3）： 129-136.

［2］刘汉彬，夏毓亮，林锦荣，等.吐哈盆地砂岩型铀矿U-Pb同位素地质特征［J］.地球学报，2004， 25（2）： 196-198.

［3］张字龙，韩效忠，姚春玲.砂岩型铀矿床铀源条件评价方法探讨［J］.世界核地质科学，2006，23（2）： 67-72.

［4］谭鸿赞.吐哈盆地水文地质条件研究［J］.铀矿地质， 2002， 18（2）： 97-103.

［5］李保侠.吐哈盆地十红滩铀矿床地质特征及控矿因素分析［J］.华东地质学院学报（现名：东华理工大学学报）， 2002， 25（4）： 292-300.

［6］吴 勇，王旺章，周 健.川北砂岩型铀矿古水文地质研究［J］.四川地质学报， 1996， 16（4）： 349-354.

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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

郝伟林（1979—），男，山东聊城人，工程师，从事铀矿水文地质研究。E-mail：hwlin29@tom.com