十红滩铀矿床层间氧化带尖灭区Se，Re，Mo的富集特征与机理

武正乾， 王居里， 周 伟， 曹 雷

(1.西北大学地质学系，陕西 西安 710069；2.核工业二○三研究所，陕西 咸阳 712000)

十红滩铀矿床层间氧化带尖灭区Se，Re，Mo的富集特征与机理

武正乾1,2， 王居里1， 周 伟2， 曹 雷2

(1.西北大学地质学系，陕西 西安 710069；2.核工业二○三研究所，陕西 咸阳 712000)

以十红滩铀矿床为例，阐述了层间氧化带尖灭区伴生元素Se，Re，Mo的含量特征和分布规律。研究表明伴生元素Se，Re，Mo在空间上与砂岩U矿体密切共生,层间氧化作用可以促使伴生元素Re，Se，Mo超常富集。Se，Mo与U在还原环境下具有相似的地球化学性质，而在氧化环境下地球化学行为不同；Re与U在氧化还原过程中具有相似的地球化学特征。在层间氧化分带剖面中地球化学介质Eh值逐步降低的位置，可清楚看出成矿元素有下列顺序：Se-U-Re-Mo。因此，层间氧化成矿作用是一种成矿的新机制，十红滩铀矿床不单是一个铀矿床，而且是一个与层间氧化成矿作用有关的多元素聚集的复合砂岩矿床。

Se；Re;Mo；富集机理；层间氧化；砂岩型铀矿；十红滩

武正乾，王居里，周伟，等.2017.十红滩铀矿床层间氧化带尖灭区Se，Re，Mo的富集特征与机理[J].东华理工大学学报：自然科学版，40(2)：126-131.

Wu Zheng-qian，Wang Ju-li，Zhou Wei，et al.2017.Enrichment mechanism of selenium、rhenium、molybdenum in the pinch-out area of interlayer oxidation zone in Shihongtan uranium deposit[J].Journal of East China University of Technology (Natural Science), 40(2)：126-131.

硒(Se)、铼(Re)、钼(Mo)在传统领域(化工、冶金、医学等) 应用广泛，同样在新型领域(太阳能、红外装置、电子、航空航天、核能技术等) 也具有广阔应用前景(王晓民，2011；程挺宇等，2009；刘辉等，2011)。这几种元素的价格比较昂贵(曾爱花，2012)，研究其特征及成因具有重要意义。

随着国内西北盆地砂岩型铀矿找矿的深入发展，从独联体国家引进了水成铀矿床、层间渗入成矿作用等理论*M·Φ·马克西莫娃,E·M·什玛廖维奇普.1996.层间渗入成矿作用(内部资料).夏同庆,潘乃礼,译.核工业西北地质局二〇三研究所.*A·N·别列里曼.1995.水成铀矿床(内部资料).熊福清,孙西田,狄永强,译.核工业西北地质局二〇三研究所.*周维勋,陈安平.2001.砂岩型铀矿与地浸砂岩型钏矿:回顾与展望.世纪之交的铀矿地质科技态势(内部资料).中国核工业地质局.*王正邦.2001.国外地浸砂岩型铀矿地质发展现状与展望.世纪之交的铀矿地质科技态势(内部资料).中国核工业地质局.。然而在美国及中亚等国家，该层间氧化带类型铀矿床中伴生有Se，Re，Mo，V，Sc及稀土元素等(狄永强等，1994)。研究表明，不同矿床伴生元素种类和分布特点各不相同。因此，要从全新的角度对这类砂岩型铀矿床的成因、铀的伴生元素特征及地浸试验进行详细研究，这些研究具有重要的国民经济意义。

目前，在对十红滩层间氧化带砂岩型铀矿床进行勘查过程中，已可靠地查明了除了铀之外，在层间氧化后生分带剖面中还常常伴生一些重要元素，如：Se，Mo，Re等(权志高等，2002；陈宏斌等，2007；权建平等*权建平，何永振，李继安，等.2008.新疆吐鲁番市十红滩铀矿床北带0～95线普查地质报告(内部资料).咸阳:核工业二〇三研究所.)，对它们进行综合评价对可地浸层间氧化带砂岩型铀矿床的地浸开采有着现实意义。

1 十红滩铀矿床地质概况

十红滩铀矿床位于新疆吐鲁番市艾丁湖斜坡带(王刚等，2015)，是我国目前发现的大型可地浸层间氧化带砂岩型铀矿床之一(权志高等，2002；权建平等，2006)，主要产铀层位为中侏罗统西山窑组(J2x)。矿体在空间上严格受层间氧化带控制，层间氧化带由南向北发育，依次可划分为氧化带、氧化-还原过渡带和还原带。矿体空间上定位于灰色与浅黄色砂体接触部位，位于层间氧化带前锋线或靠近顶﹑底板的上﹑下翼；在平面上呈不规则蛇曲状，NW-SE向展布；在剖面上以板状和卷状为主。铀在矿石中主要以吸附态和铀矿物形式赋存，两者约各占50%左右(乔海明，2006)。矿石中大部分伴生元素出现明显富集。

2 伴生元素Se，Re，Mo在砂岩铀矿中的含量特征

对十红滩铀矿床128件铀矿石及围岩样品测定U，Se，Re，Mo的含量，测试单位为核工业二〇三研究所，其中U含量测试仪器为MUA型激光荧光仪(核工业北京地质研究院制造)，检测方法依据EJ/T550—2000；Se含量测试仪器为AFS-230E(海光制造)，检测方法依据EJ/T754—1993；Re，Mo的含量测试仪器为XSERIES2型ICP-MS(Thermo Fisher制造)，检测方法依据DZ/T14506.30—2010。按照岩性、铀含量区间分类对伴生元素Se，Re，Mo元素含量进行统计(表1)，表中可以看出高品位砂岩铀矿石中Se，Re，Mo含量总体偏高，Se比中低品位矿石高18倍，达24.33×10-6，Re也高出中低品位矿石近一倍，Mo要高出中低品位矿石约3倍，而中低品位矿石中伴生元素含量较为接近。不同岩性矿石、矿化岩石中伴生元素含量与砂岩型铀矿石差异较大，普遍Se、Re含量较低，其它元素含量变化不大、仅钙质砂岩中Mo含量较高，达7.30×10-6。

表1 十红滩铀矿床伴生元素含量统计表

3 伴生元素Se，Re，Mo在层间氧化带中的分布规律

通过对十红滩铀矿床典型地球化学剖面研究发现，沿层间氧化带发育方向，砂体中的特征元素含量也发生明显变化，根据其变化规律将层间氧化带沿其发育方向同样可划分为完全氧化亚带、不完全氧化亚带、氧化-还原过渡带(铀矿石亚带、铀扩散晕亚带)及原生岩石带。各亚带岩石中的伴生组分含量有明显的变化规律(表2、图1)。

表2 十红滩铀矿床63号线层间氧化带砂体伴生及铀元素含量表

(1)伴生元素变化趋势较为明显，Se在氧化带含量比在氧化—还原过渡带和还原带更高，主要在层间氧化带前锋线后缘富集，其锋值(2.06×10-6)提前铀锋值在不完全氧化亚带中出现，在铀矿石中有所增高。

Re，Mo主要分布在层间氧化带前锋线部位，即分布在铀矿石带部位，其含量锋值同铀含量锋值几乎同步出现。从表2中可以看出，Re，Mo略倾向于铀扩散晕亚带，偏于还原带一侧。在矿石中Re富集达到了综合利用品位，而Mo很少能富集到可综合利用的含量。

(2)元素共生具有分带性。Se 含矿岩性主要为浅黄色砂岩，U，Re 含矿岩性为灰色、浅灰色砂岩，Mo赋存岩性为灰色、深灰色砂岩。

4 伴生元素Se，Re，Mo与U的相关性

对十红滩铀矿床层间氧化带不同地球化学亚带铀矿石及围岩样品中U与Se，Re，Mo之间的相关系数计算(表3)，显示在层间氧化带分带中，各亚带岩石中的Se，Re，Mo与U均存在相关性。

图1 十红滩铀矿床63线剖面层间氧化带砂体铀及伴生元素含量折线图Fig.1 Line of uranium and associated element in sand of interlayer oxidation from the line63 of Shihongtan uranium deposit

层间氧化带分带(亚带)氧化带氧化-还原过渡带还原带完全氧化亚带不完全氧化亚带铀矿石亚带铀扩散晕亚带原生带样品数(n-2)1024612215校验标准γ(0．01)0．7070．4920．4940．3210．640γ(0．05)0．5750．3870．3860．2470．516U·Se0．271-0．0680．9470．604-0．274U·Re0．7470．9460．7180．8620．697U·Mo0．0150．1710．6080．3350．394

Se与U。Se在铀矿石亚带及铀扩散晕亚带尽管富集但含量不高，但Se与U呈正相关关系，其相关系数分别为0.947和0.604，大于相关校验标准，而在完全氧化带、不完全氧化带中尽管富集程度相对更高，但Se与U正相关关系不明显，其相关系数分别为0.271和-0.068。这可能是在表生氧化作用下有较多的Se被氧化带内粘土矿物吸附沉淀，而U则主要表现为迁移特征。所以氧化带内Se含量所高，但与U无同步消长关系；而在还原带内Se与U共还原、沉淀，呈同步消长关系。因此，Se与U在还原环境中具有相似的地球化学性质，在氧化环境中地球化学行为不同。

Re与U。Re与U的正相关系数均大于校验标准，正相关可信。反映Re与U在氧化还原过程中具有相似的地球化学特征(Re与U在层间氧化带分带中含量折线图也间接说明了这一点)，即在强氧化环境中易淋失，在还原环境下沉淀的特点。

Mo与U。Mo与U的正相关系数在完全氧化带、不完全氧化带的相关系数为0.015和0.171，均低于校验标准，而在铀矿石亚带、铀扩散晕亚带及原生带的相关系数均大于校验标准，正相关可信。由此可见，Mo与U在还原环境中具有相似的地球化学特征，而在氧化环境中地球化学行为不同。

上述伴生元素分带模式与国外典型层间氧化带分带②和国内伊犁盆地含矿层间氧化带分带模式(王正其等，2006；曾爱花，2012；乔海明，2006；郭召杰等，2006)基本一致。

5 伴生元素Se，Re，Mo富集机理

虽然U与伴生元素Se，Re，Mo成矿机制相似，均受发育于砂体中的层间氧化带控制(王正其等，2006)，但富集形成条件存在差异。U与伴生元素Se，Re，Mo均属氧化还原敏感性变价元素，在氧化介质中具有高活动性而在还原介质中趋于沉淀富集(陈祖伊等，2010)，这是因为层间氧化带尖灭区既是氧化-还原电位(Eh值)又是酸碱度(pH值)的急剧变化区。

最常用的定量表示这种边界的Eh-pH坐标如图2所示①，图中列出了还原的铀氧化物及所研究矿床的伴生元素(自然硒、铼的硫化物和氧化物、钼的硫化物)从层间水沉积的Eh值区间。这些元素从层间水沉积的Eh值是由理论上所预测的数值①②，再和矿床详细的水文地球化学取样测试结果对照，经过研究对比和协调而获得的⑤。

U从层间水中沉积发生在Eh最大=+175～+80 mV和Eh最小=-70～-155 mV的区间中(图2)，这一Eh区间在层间含水层中位于水合氧化铁(针铁矿+水针铁矿)-黄铁矿的平衡线之下，此与含低价铁(黄铁矿、少量白铁矿)的灰色岩石中常在的位置大体上相一致。在层间氧化带终端，铀矿体位于层间褐铁矿带尖灭处之外。

图2 计算的还原沉积带Eh-pH图的相互关系①Fig.2 Interrelation of calculate form the figure of Eh- pH in restore sedimentary belt 1.Sek形式的晒；2.UO2形式的铀；3.ReS2+ReO形式的铼； 4.MoS2形式的钼；5.针铁矿+水针铁矿-黄铁矿的平衡线

由下列不完全反应式(1)和(2)①计算自然晒还原沉积带：

(1)

(2)

从图2可以看出，相对于横坐标，硒比水合氧化铁(针铁矿+水针铁矿)-黄铁矿的平衡线要陡，并在pH=7.5～9.5值区间切穿后者。硒的沉积带位于铁通常的氧化-还原边界附近，尤其是在酸性区要稍高出一些。自然硒在含高价铁的岩石中、尤其是在增高了酸性的介质中是能沉积的，主要还是聚集在褐铁矿化岩石中。在碱性介质中，硒和铁的氧化还原边界基本相一致，在这种地球化学环境中，硒不仅以自然硒的形式沉积，而且铁的二硫化物也大为富集，同时又形成晒的矿物、首先是硒铁矿(FeSe2)②。上述论证与在层间氧化带分带中，硒矿化与铀矿体分带位置相符，在矿卷中硒矿卷在铀矿卷的内侧。该处硒既聚集在褐铁矿化的岩石中，也聚集在紧靠层间褐铁矿化尖灭处的灰色岩石中。

Re元素。现已查明十红滩层间氧化带砂岩型铀矿床中，铼均形成了后生聚集并达到综合利用指标。所圈定的铼矿体与铀矿体大体上相符，铼在空间上的分布向层间氧化分带剖面的前部移动。在这种情况下，铼在分带中占据着铀和钼之间的过渡位置。

由图2可看出，计算出的铼从层间水中的沉积带位于硒沉积带之上和钼之下，在后方比较酸性的部位，铼的沉淀富集应与铀同时沉积，在前部相对碱性的带中，铼的沉积要求更强一些的还原环境。此决定了铼矿石分布的外部边界，相对于铀矿化范围而言移向未氧化无矿岩石那一方①。

形成四价钼的硫化物要比形成铀的氧化物，对Eh要求降低的更多。

图2中可以看出，四价钼的硫化物平衡线位于铀沉积平衡线之下，因而形成钼的硫化物沉积所需的还原条件比铀沉积的更强。钼的硫化物和铀从层间水中沉积所需的Eh值区间的互相位置，这一特征同层间氧化带分带剖面中钼矿化相对于铀矿化的位移，钼矿化晚育铀矿化沉淀富集基本相符合的。

综上所述，在含水层中氧化还原电位急剧降低时，但仍处于自然硒、铀氧化物、铼和钼的硫化物沉积所需的一般Eh值区间之内，就有可能出现它们沉积的重叠区，同时，沿层间水渗滤方向氧化还原电位降低的相对比较小的，它们可能在空间上连续沉积成带状分布。按照在后生分带剖面中岩性水文地球化学介质Eh值逐步降低的位置，可清楚看出成矿元素有下列顺序：Se-U-Re-Mo。

6 结论

通过对十红滩铀矿床伴生元素分布特征和形成条件的分析，获得以下认识：

(1)高品位砂岩铀矿石Se，Re，Mo含量总体偏高，矿石中Se，Re，Mo出现明显富集，其中Re达到了综合利用指标。

(2)Se主要在层间氧化带前锋线后缘富集，Mo，Re主要在层间氧化带前锋线部位(铀矿石带部位)富集。

(3)成矿元素有下列成矿顺序：Se-U-Re-Mo。Se含矿岩性主要为浅黄色砂岩，U，Re含矿岩性为灰色、浅灰色砂岩，Mo赋存岩性为灰色、深灰色砂岩。

(4)Se，Mo与U在还原环境下具有相似的地球化学性质，而在氧化环境下地球化学行为不同；Re与U在氧化还原过程中具有相似的地球化学特征，在强氧化环境中易淋失，在还原环境下沉淀的特点。

(5)Se与U，Re，Mo的沉淀富集条件有差异。层间氧化带的分带性及其氧化-还原环境是导致U及Se，Re，Mo在层间氧化带砂岩中呈现富集分带的主要原因。

(6)层间氧化成矿作用是一种成矿的新机制，十红滩铀矿床不单是一个铀矿床，而且是一个与层间氧化成矿作用有关的多元素聚集的复合砂岩矿床。

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Enrichment Mechanism of Selenium、Rhenium、Molybdenum in the Pinch-outArea of Interlayer Oxidation Zone in Shihongtan Uranium Deposit

WU Zheng-qian1,2， WANG Ju-li1， ZHOU Wei2， CAO Lei2

(1.Department of Geology，Northwest University，Xi’an，SX710069,China;2.No.203 Research Instituteof Nuclear Industry，Xianyang，SX 712000,China)

The study of Shihongtan uranium ore deposit，shows contents and distribution of associated element Se，Re，Mo in the pinch-out area of interlayer oxidation zone．It is concluded that，associated elements (Se)，rhenium (Re)，molybdenum (Mo) are characterized by associated with uranium orebodies，interlayer oxidation can promote the super-richening of associated elements Re，Se，Mo．Se，Mo and U have similar geochemical properties at reducing environment，and in an oxidizing environment in different geochemical behavior；Re and U have similar geochemical characteristics of the redox process．the position of geochemical media Eh values gradually lowered in the interlayer oxidation zonation sectional view，can be clearly seen that ore-forming elements have the following order：Se-U-Re-Mo．Therefore, Interlayer oxidation is a new type of metallogenetic mechanism，Shihongtan uranium deposit is not only a uranium deposit，and is a a layer between the multi-element oxide mineralization related to aggregation of composite sandstone deposit．

Se;Re;Mo；enrichment mechanism；interlayer oxidation；sandstone-type uranium deposit；Shihongtan

2016-07-26

国家科技支撑计划项目(305项目)子专题(2011BAB06B07-02)；中国核工业地质局铀矿勘查项目(201345)

武正乾(1983—)，男，工程硕士，工程师，主要从事铀矿地质勘查和研究工作。E-mail:wuzq0214@163.com

10.3969/j.issn.1674-3504.2017.02.004

P619.14

A

1674-3504(2017)02-0126-06