鄂尔多斯盆地东北缘纳岭沟东—皂火壕成矿区铀成矿特征和成矿机理分析

刘正义，李西得，黄 钢，2，刘红旭，王明太，惠小朝

(1.核工业北京地质研究院，北京 100029；2.中国地质科学院，北京 100037)

纳岭沟东—皂火壕研究区位于鄂尔多斯盆地东北部伊盟隆起南缘，地处中朝地台西部，欧亚大陆东西向巨型铀成矿带内。西邻西缘逆冲带，东邻伊陕斜坡带。该盆地从晚三叠世形成独立内陆盆地(万天丰，2001)。其构造运动表现为多期次整体升降并以坳陷为主要特征，盆地北部邻近前震旦纪变质岩系构成侵蚀区。盆地具“双重”基底结构，结晶基底由古元古界、中元古界变质岩组成；直接基底由中元古界和古生界寒武系、奥陶系，上石炭统、二叠系组成。沉积盖层为三叠系、中侏罗统、下白垩统、上新统和第四系(图1)。侏罗系自下而上分为下侏罗统富县组，中侏罗统延安组、直罗组和安定组。中生代以来发育的延安组/中侏罗统直罗组、中侏罗统直罗组/下白垩统不整合面与该区砂岩铀矿关系密切。研究区恰与石油天然气耗散区叠加重合(吴柏林等，2014)。侏罗纪时期为大面积稳定沉降阶段，接受了河流、湖泊含煤细碎屑岩和平原河流碎屑沉积。古气候显示为温暖潮湿，是重要的煤田期，至中-晚侏罗世转变为半潮湿和干旱(田在艺等，1997)。直罗组下亚段自纳岭沟由西向东，为砾质辫状河-砂质辫状河-分流河道体相展布的辫状河体系(张康等，2015)。直罗组未受氧化地层岩石中铀含量普遍较高，达到(30～60)×10-6，铀源主要来自盆地地层本身，并发现石油成为提供砂岩铀和一定成矿元素同生沉积成岩预富集的基础。矿体大多数呈层状，柴登壕(CD)区段出现多层矿柱式的矿体(图2)。

本研究2年已完成312个常量元素分析、190个黏土和部分全岩衍射、111个扫描电镜(TESCAN VEGAⅡ型扫描电子显微镜)、800个U、Th分析，98个酸解烃和90个有机碳、CO2分析、近百个样品浸液pH、Eh值测定等共计上千个分析数据，达到钻孔样品和测试数据在研究区全覆盖。

1 同生沉积成岩铀预富集特征

1.1 沉积成岩的介质环境

基于Th和U的地球化学差异，常利用Th/U比值法来判别沉积环境的氧化还原状态(王辉等，2012)。Th和U在还原状态下地球化学性质相似，而在氧化状态下差别较大。Th在氧化还原状态下均为+4价，不易溶解。而U在强还原状态下显示+4价，易在沉积物中富集，在氧化状态下显示+6价，在沉积物中丢失。根据表1可知，绿色砂岩Th/U值为0.12～0.81，平均0.42(n=10)，灰色砂岩Th/U值为0.06～0.21，平均0.15(n=3)，浅灰色-灰白色砂岩Th/U值为0.05～0.75，平均值0.23(n=10)，表明一般围岩中以灰色砂岩还原性强，浅灰-灰白色砂岩次之，绿色砂岩还原性最弱的岩石特点。表2显示矿化岩石Th/U比值较低，绿色砂岩Th/U值为0.010～0.020，平均0.015(n=2)，灰绿色砂岩Th/U值为0.001～0.004，平均0.003(n=2)，灰色砂岩Th/U值为0.009～0.090，平均0.033(n=14)，浅灰色砂岩Th/U值为0.007～0.020，平均0.014(n=2)，表明灰绿色砂岩为还原性强，是主要的含矿岩石，浅灰色、灰色、绿色砂岩次之。

V和Ni都属铁族元素，它们的离子价态容易随氧化度而变化，V在氧化环境被吸附富集，Ni在还原环境更易富集。V/(V+Ni)高值(>0.84)反映水体分层及底层水体中出现H2S的厌氧环境；中等比值(0.82～0.60)为水体分层不强的厌氧环境；低比值(0.46～0.60)反映水体分层弱的贫氧环境(王立社等，2012)。V/(V+Ni)为0.58，反映水体分层弱的贫氧环境；绝大部分围岩以中等比值(0.82～0.60)，即水体分层不强的厌氧环境为主，占总样品的68%；WTNl-3绿色围岩样品V/(V+Ni)比值为0.35，属于低比值范围，表明水体分层贫氧，但为“相对氧化”的环境，与Th/U比值意义一致。

以(K+I)代表高岭石和伊利石之和；(C+S)代表绿泥石和蒙皂石(蒙脱石+皂石)之和，二者(K+I)/(C+S)比值可用以区别成矿溶液酸碱性。(K+I)/(C+S)比值较大表示矿化溶液偏酸性，较小则表示偏碱性。CD32-5-06、CD32-5-010、CD32-18-7等样品(K+I)/(C+S)比值为0.22、0.08、0.43，表示碱性-弱碱性。该组样品铀含量偏高至异常，应为铀的同生沉积成岩预富集，表示还原-弱还原环境下的含矿溶液偏碱性-弱碱性特点(表2)。

1.2 直罗组下亚段(J2z1-1)沉积环境及其地层含铀性

根据盆地不同演化阶段古地貌三维可视化模型(陈庸勋等，1981)所示，研究区在直罗组沉积期地形显示东北高、西南低的特征，位于东北部的呼斯梁至神山沟一带地势最高，西南部呈似半圆形凹陷的纳岭沟和呈东北向凹陷的柴登壕-泊江海子地势最低，为沉降中心的沉积区。纳岭沟东的皂火壕、沙沙圪台、孙家梁为半干旱次高区(产铀区)，高与次高区实为抬升-次抬升区。直罗组地形仍保持较为平坦，但气候属于潮湿与干旱过渡性气候条件环境，常见大量煤屑、黄铁矿碎屑，自生矿物石膏。直罗组沉积以河道相为主，河道多变，透镜状砂体发育，晚期为湖相沉积，属于“半干旱气候河湖相组”。砂岩含量普遍稍高，稍高区和稍低区于盆地边缘呈近南北向带状分布，由东往西砂岩层叠加厚度逐渐加大至200 m，个别地段可达240 m(陈庸勋等，1981)。直罗组下段的下亚段主干道砂体位于罕台川西10 km，厚度大于40 m，呈NW-SE向展布，向东西南有多个分岔，多个相间“分流河道”分布(焦养泉等，2012)，研究区直罗组下亚段地层铀含量普遍偏高。研究结果表明，湖相绿色、灰色细砂岩含铀性最好(8.58×10-6)，(K+I)/(C+S)比值反映偏碱性，部分明显偏酸性并有铀淋失。辫状河流相为多炭屑砂岩铀也较高(6.86×10-6)，其他辫状河流相一般灰色中细砂岩为(4.32～6.07)×10-6，绿色中砂岩(3.69～7.78)×10-6，灰白色中砂岩为5.27×10-6，灰绿-绿色粗砂岩为(3.55～5.82)×10-6。可见，碎屑沉积岩中以泥岩和细、中砂岩，以及由于湖泊干枯被河流冲刷形成“泥砾”地段铀含量较高。直罗组下亚段(J2z1-1)在垂向表现为多个不完整的正韵律，沉积砂岩岩性为岩屑长石砂岩，部分为长石岩屑砂岩，并含一定量炭化植物碎屑和沥青、劣质煤、碳质、黄铁矿等还原性物质。矿物碎屑以次棱角状为主，成分和结构的成熟度多为一般至中等水平。所含杂基多见黑云母、白云母类和高岭石、伊利石、蒙皂石、绿泥石等黏土矿物。在岩石粒间见新生钠长石和石英自生加大现象，并见呈胶结物产出的重晶石，个别为埃洛石、方沸石、电气石。黑云母、棋盘格钠长石被“溶蚀”。从砂岩粒度对含铀性的贡献上，直罗组下亚层中以中粒砂岩为优，地层厚度以中等厚度25～40 m为宜。泥岩层等特别是湖后沉积成岩预富集，奠定大规模铀成矿的坚实基础。研究区直罗组下亚段地层岩性含铀背景值表明，普遍达到偏高值(11.2～49)×10-6，经常达到异常值(50～99)×10-6，甚至接近最低工业品位(100×10-6)。赋矿砂体在同生沉积成岩阶段对铀有明显的预富集，直罗组下段的下亚段(J2z1-1)是主要含矿层段，岩性为透水性不强的中细砂岩，或发育泥砾或含有泥岩夹层的粗砂岩，受古隆起斜坡及坳陷坡、辫状河中上游岩相控制，进而地层原始铀含量(U0)较高(平均值达24.64×10-6)，铀品位小于0.01%样品的U-Pb等时线年龄为(177±16) Ma，它代表了同生沉积年龄。

表1 研究区含铀围岩介质水溶液、浸液性质、水体动力环境和酸碱度等参数Table 1 The parameters of medium aqueous solution, property of immersion fluid, hydrodynamic environment and pH degree of uranium-bearing wall rock in research area

表2 研究区矿化岩石介质水溶液、浸液性质、水体动力环境和酸碱度等参数Table 2 The parameters of medium aqueous solution, property of immersion fluid, hydrodynamic environment and pH degree of mineralized rocks in research area

1.3 研究区有关烃类有机地球化学参数

研究区烃类中的奇偶优势(OEP)和姥鲛烷、植烷、正构烷烃总量以及轻烃/重烃(C20-/C21+)等有机质标志性参数，亦可进一步反映沉积介质和有机质与氧化还原环境。当姥鲛烷/植烷(Pr/Ph)<1时，为还原环境，该值越低表明成烃古环境还原程度越强，同时表明古水体越深，故称为“植烷优势”。C33-26-5、C33-26-2、C33-26-7灰色细砂岩Pr/Ph<1，自浅至深分别为0.640、0.706、0.905，表明越往深部还原性越弱，可促使深部灰色砂岩铀呈二碳酸铀酰络合物迁移，致使U含量减少为(1.26～2.61)×10-6。当姥鲛烷/植烷(Pr/Ph)>1时，为氧化环境，该值越高表明成烃古环境氧化程度越高，同时表明古水体越浅(沼泽、湿地等)称为“姥鲛烷优势”(段毅，2010)；当Pr/Ph>3时，常与煤有关(刚文哲等，2011)。由表3可知，约85%的砂岩围岩Pr/Ph<1，其余样品的Pr/Ph>1，表明围岩以还原环境为主，且还原性较矿化岩石更强。一般认为OEP值在1.0～1.2为成熟有机质，1.2～1.4为低成熟有机质，>1.4时为未成熟有机质。由表3可知，围岩样品OEP值为1.03～2.23，其中15.38%的样品OEP为1.0～1.2，46.15%的样品OEP值为1.2～1.4，38.47%的样品OEP值大于1.4，表明围岩成熟度较低，无明显微生物降解作用。轻烃/重烃(C20-/C21+)为1.36～3.45，反映围岩样品为低碳数正构烷烃占优势，其正构烷烃总量为1 460～2 328 μg/kg，主峰碳数为17、15、16(表3，4)。

表3 研究区围岩有关烃类有机地球化学参数Table 3 The parameters of organic geochemistry of wall rocks in research area

表4 研究区铀矿化岩石有关烃类有机地球化学参数Table 4 The parameters of organic geochemistry of uranium mineralized rocks in research area

2 后生作用成矿条件分析

2.1 直罗组下亚段铀矿化与延安期“古地形”关系

直罗组下亚段铀矿化与延安期“古地形”关系较密切。直罗组古地形在纳岭沟以东的皂火壕、沙沙圪台、孙家梁等地段为半干旱次高区(产铀区)，高与次高区实为抬升-次抬升区。安定组时期，除北部罕台川以北、西北为隆起区，并向南呈半弧形高地势外，只有呈似圆形的纳岭沟地段少许抬升，其他向西南地势皆为逐渐降低。上白垩统-新生界沉积期，研究区纳岭沟-柴登-康巴什以北和以东皆为准平原化，整个东部全面抬升更明显。这一特点从直罗组下段底界面构造高程演化历史三维可视化模型可以看出，研究区在直罗组沉积期总体为东部高而西南低，其高差大约为227 m。安定组沉积期，总体呈东-东北部高，南-西南部低的趋势，平均埋深增加约60 m。芬芳河组沉积期埋深增加幅度甚微。下白垩统沉积期，平均埋深增加1 112.4 m，晚白垩世-新近纪沉积期，研究区的东部、东北部抬升明显，抬升幅度平均805.9 m，三叠系等地层遭到严重剥蚀(焦养泉等，2012)。

通过对柴登壕地段、皂火壕地段等几十个钻孔见矿标高(包括铀异常)统计可知，成矿标高显示“北高南低，东高西低”的特点，总矿化高度为534.6 m。皂火壕E段见矿标高1 178.0～1 251.6 m，其中1 230.0 m以上占71.4%；皂火壕D段见矿标高716.95～1 243.0 m，矿化幅度较大，显示多层矿化特点，除样品DZK16-0外，大多见矿标高为1 123.0～1 126.0 m。皂火壕A段见矿标高为1 122.5～1 161.5 m，多在1 123.0 m以下，由此可知，从E段、D段到A段，见矿标高逐渐加深。柴登壕CD段见矿标高1 141.9～1 228.3 m，多在1 194.0 m以下，亦低于皂火壕E段，高于皂火壕D段和A段。纳岭沟地段见矿标高814.9～1 178.0 m，多在1 100.0 m以下，亦低于前述所有地段，目前也是铀矿化集中且较好的地段。

2.2 后生阶段矿化岩石一般成矿环境识别

富矿化U为(732～823)×10-6，其岩性依次为灰色、灰白色中砂岩，灰色含碳粗砂岩，灰白色含碳细砂岩，Th/U比表现为强还原性。一般矿化U为(112～640)×10-6，其岩性依次为灰色中砂岩、灰色中粗砂岩、绿色中砂岩、灰色含碳中砂岩，其Th/U比值属于较强还原-微弱还原范围。矿化岩石V/(V+Ni)比值多属高比值(>0.84)，反映水体分层及底层水体中出现H2S的厌氧环境。矿化岩石(K+I)/(C+S)比值表明其介质溶液可偏碱性也可偏酸性。这种溶液的“酸化”对矿化有利，如表2中T0-16-2、D0-16-1、D0-16-5等样品实验浸液pH值依次为7.89、8.89、8.45，显示明显降低，pH值具有一致性。Th/U和(K+I)/(C+S)比值同样表明，一般矿化岩石多为偏碱性；较富铀矿化多偏酸性对矿化有利。WTNl-5、A247-21-13等富铀矿化岩石也不例外，Th/U比值依次为0.005、0.007，表明还原性强，其(K+I)/(C+S)比值依次为1.08、1.56，表明其成矿溶液偏酸性(表2)。

从铀矿化岩石有关烃类有机地球化学参数来看，矿化岩石中Pr/Ph<1的占73%，表明成烃古环境还原程度强，古水体深，称“植烷优势”(表2)；轻烃/重烃(C20-/C21+)绝大多数>1，反映矿化岩石为低碳数正构烷烃占优势，主峰碳数主要为17，次为15。13.33%矿化岩石样品OEP值<1.0，为微生物降解有机质，20%样品OEP值为1.0～1.2，属于成熟有机质，46.67%样品OEP值为1.2～1.4，属于低成熟有机质，剩余20%样品OEP值>1.4，为未成熟有机质。据不完全统计，矿化者比围岩甲烷含量以偏高为主，为166～354 μg·kg-1(表4)。

2.3 延安组顶部事件对铀成矿的贡献

印支运动以后，研究区由丘陵地形逐渐夷平成冲积平原，接受了延安组的沉积。延安组上覆直罗组底部发育区域冲刷面和不整合面，不整合面之下延安组顶部发育古风化壳，有的已形成砂岩型高岭土矿床，表明延安组沉积以后经历长期沉积间断，长石风化蚀变高岭石形成了延安组白色风化壳。此种风化壳主要分布于湿热气候区，属于较早期形成。延安组顶部以高岭石为主风化壳已成为不整合面，这种高岭土型风化壳(硅铝黏土型)表明地表岩石经长期强烈化学风化，钾、钠、钙、镁等元素大量析出，硅也大量迁移，延安组向直罗组沉积转化过程中存在一次重要古气候升温事件。延安组上覆直罗组地形仍保持较为平坦，但气候属于潮湿与干旱过渡气候条件环境。

纳岭沟以东的孙家梁、皂火壕等直罗组砂岩中普遍有油气荧光显示，其中见有沥青斑点和细脉实为油珠、油脉的风化残留物，甚至全盆性油滴多期渗染，在一些铀矿石中见有大量沥青脉和煤岩、煤线(1)杜乐天，欧光习，2003.油气在北方砂岩型铀矿形成中的作用[R].核工业北京地质研究院(内部报告).，充分表明研究区处于石油的氧化区。直罗组上覆为安定组，古气候仍继续向干旱炎热方向转化，其晚期亦为湖相沉积。由于被冲刷剥蚀的缘故，研究区缺失安定组沉积。尔后直罗期-安定期处于缓慢抬升状态，晚侏罗世为剥蚀区，四周山岭逐渐升起，沉积范围大大缩小，气候由潮湿向干旱转变，沉积物夹有红色泥岩。研究还表明，虽然研究区缺失安定组(J2a)沉积，但安定组(J2a)的一套黑色、灰黑色油页岩、页岩以及钙质粉砂岩和灰黄色、桃红色泥灰岩沉积环境改变影响着直罗组环境。安定组时期研究区大部分为湖泊体系沉积，致使研究区直罗组与上覆地层——白垩系呈不整合或假整合接触，其中间演革较长时间，所有气候转换的特殊古地理环境显然对于直罗组铀成矿意义重大。

总之，延安组隆升长期沉积间断的“半干旱-干旱”气候，到直罗组坳陷沉积时期“半潮湿”，再到安定组及上侏罗统时期的“炎热干旱”气候。因此，在延安组以后多次显示气候以“潮湿造成铀的同生沉积成岩预富集”和“急速干旱环境等致使铀后生富集”的特点，为铀成矿以至形成大型铀矿创造了有利条件。从罕台川往南到榆林一线以东大部分区域被剥蚀，直罗组经历了前白垩纪和新生代区域剥蚀事件。裂变径迹研究吕梁山隆升时限及演化结果表明，鄂尔多斯盆地发育的主要时期是大型沉积盆地一部分，120～65 Ma是缓慢抬升阶段，65～23 Ma为加速抬升阶段，且具有区域整体性和区域动力背景与上述相呼应。23 Ma是强烈抬升阶段，届时吕梁山抬升海拔2 000 m以上遭受剥蚀。研究指出，该区具有(124±6) Ma和(80±5) Ma以及个别(20±2) Ma、(8±1) Ma等多次铀矿化。方解石胶结物Rb-Sr等时线测年的结果表明，在早白垩世、晚白垩世时期发生了较强成矿作用的碳酸盐化，由于铀常以二碳酸铀酰络合物容易迁移富集，故(159.5±4.9) Ma、(124±6) Ma和(80±5) Ma是研究区砂岩型铀矿成矿的主成矿期(夏毓亮等，2005)。

2.4 铀矿化产出主要部位的探讨

铀矿化主要产于直罗组下亚层(J2z1-1)“中下层位”绿色砂岩和灰色砂岩之间的层间氧化带中，亦产于下伏延安组(J2y)古坳陷的中下部沉积旋回砂岩中。铀矿化在空间上主要分布与辫状河分流河道、心滩等砂体中，厚度中等(25～45 m)，岩性主要为中粒砂岩、含泥砾粗砂岩。“层间氧化带”铀矿化的绿色砂岩与灰色砂岩厚度比例不同于无矿地段。如皂火壕ZKD7-7工业矿化孔中的矿化，见于延安组不整合面之上2.75 m处，绿色砂岩与灰色砂岩厚度之比为0.87，较有利于成矿。皂火壕直罗组下亚层(J2z1-1)钻孔ZKA279-55中绿色砂岩与下部灰色砂岩厚度比值为2.10，即绿色砂岩厚度为灰色砂岩的2倍，显示铀以氧化环境为主，此状态下铀矿化厚度仅有0.2 m。直罗组下亚层(J2z1-1)钻孔DZK7-16绿色砂岩与灰色砂岩厚度比值为0.11，该段以还原环境为主，无泥砾和褪色现象，仅见晶粒状黄铁矿和植物碳屑等弱还原物质，矿化不发育。直罗组下亚层(J2z1-1)钻孔ZKC123-142岩性全为绿色砂岩，且质地致密，渗透性差，矿化不发育。直罗组下亚层(J2z1-1)钻孔ZKC33-10绿色砂岩与灰色砂岩厚度比值为0.69，岩性以灰色砂岩为主，“泥-砂-泥”标准成矿构造发育不完全，矿化不发育。因此，只有当直罗组下亚层中绿色砂岩与灰色砂岩厚度比例合适时，矿化才发育，其厚度比值过大或过小时，钻孔见矿率均不高。

2.5 “碳酸盐”化介质等对铀体形态的制约作用

研究区中部地势较高的柴登壕沟谷地段钻孔ZKC32-5、KCD32-5-1铀矿化明显，发育“多层性矿柱式”现象，其孔位处于古地形较高的沟谷汇水区，发育半干旱气候下的碳酸盐化，伴随绿帘石化、绿泥石化、电气石化、方沸石化、白云母化、绢云母化以及黏土化等蚀变，导致层位连通性好。此外，碳酸盐具备以二碳酸铀酰络合物迁移形式连通各层位铀的能力，因此为形成多层位铀矿化提供了先决条件。研究区柴登壕区段“多层铀矿柱”式的矿体形成机制除碳酸盐化外，可能还有地层遭受“多层氧化”，并有铀丢失，与砂质辫状河多个分流河道重叠，以及延安组时期有利的古地形等。

2.6 锶同位素比值的地质意义和矿化岩石锶同位素比值的特征性反映

87Sr/86Sr比值变化反应地质体的形成条件和演化，一般以(0.698 990±0.000 047)作为地球形成时的初始比值，据Rb/Sr和87Sr/86Sr比及地球化学特点可用于判别幔壳和海、陆相成因岩石(黄宗理等，2006)。通过对比岩石氧化和还原环境的87Sr/86Sr比值发现，还原环境下形成的灰色砂岩锶同位素比值明显小于氧化环境下形成的绿色砂岩，而矿化岩石锶同位素组成介于两者之间，反映了氧化与还原环境下锶同位素组成的差异。

围岩中绿色砂岩锶同位素比值为0.718 828～0.718 874，要明显高于灰色砂岩锶同位素组成(0.714 842～0.716 816)，如表5所示。这表明了绿色与灰色砂岩间存在“氧化与还原明显差别”，同时也表明了绿色围岩普遍遭受氧化并位于含沥青的“石油氧化区”。浅灰-灰白色砂岩，如CD32-5-1-1和CD32-5-1-9的87Sr/86Sr比值分别为0.714 47和0.715 724，表明了它们弱还原性能。

表5 研究区矿化岩石和围岩234U/238U、230Th/232Th、87Sr/86Sr比值 Table 5 The ratios of 234U/238U，230Th/232Th and 87Sr/86Sr of mineralized rocks and wall rocks

矿化岩石87Sr/86Sr比值为0.715 255～0.717 613，低于绿色砂岩，而高于灰色砂岩，明显处于氧化还原环境。如样品A247-21-8、A247-21-9、A247-21-13等表现出低于绿色围岩而高于灰色围岩的“氧化-还原”环境特点。

2.7 铀矿化岩石中234U/238U和230Th/232Th比值的找矿意义

前苏联研究者叶夫谢耶娃等(1980)通过对建造水中的234U/238U、230Th/232Th的同位素研究认为，沉积岩中水的234U/238U≥5为矿化明显异常，230Th/232Th>20为明显异常或矿化。通过对研究区铀矿化岩石样品U、Th同位素研究发现234U/238U比值或大于1，或小于1，但是230Th/232Th均大于24.4，部分高达几百，显示明显矿化和异常，如表5中矿化岩石样品A247-21-8、A247-21-9以及A247-21-13等。近矿体氧化砂岩显著富集234U，是铀矿富集的重要来源。在临近氧化带边界的矿体中234U略有不足，铀再沉淀过程伴随234U和238U的分离现象。

3 成矿机制和成矿机理讨论

3.1 矿化中碱性介质溶液及碱交代作用

大量资料表明，围岩岩石存在一定碱交代现象(见棋盘格状、糖粒状钠长石化和钾长石化)，除常见碳酸盐化(浊晶和亮晶两种方解石化、少白云石化)、叶绿泥石化和铁绿泥石化、绢云母化、伊利石化外，普遍发育“氢交代和钙交代”的绿帘石化、钠交代的方沸石(Na2[AlSi2O6]2·2H2O)化、硅化等中低温热液蚀变，以及榍石-弱白钛石化(或锐钛矿化)，矿石矿物以沥青铀矿为主或以铀石为主，可能含有钛铀矿物等“钠交代矿床特征工业矿物组合”。铀矿化表现出同生沉积成因，大部分低品位铀矿含矿热液为碱性成矿溶液(蒙皂石占黏土矿物含量的64%～83%)，如图3所示。

虽然矿化岩石如CD32-18白色钙质中砂岩CaO含量是围岩灰色含碳钙质中砂岩CaO含量的一半，但K2O，TiO2，P2O5含量高，显示碱交代铀矿床特点。矿化岩石D7-7 TFe2O3，CaO，MgO，Na2O，K2O，P2O5等碱金属碱土金属含量高出围岩一倍有余，MnO和TiO2含量略低于围岩，显示碱性特点(表6)。因此，一般矿化溶液为碱性介质溶液。

铀矿化岩石样品较灰色砂岩样品，SiO2含量低1.78%，Fe2O3含量高0.22%，Al2O3含量高1.43%，CaO含量高0.55%，MgO含量高0.24%。矿化岩石样品表现出低Si，铝过饱和，富有机碳(0.3%)和高价铁(Fe3+/Fe2+=1.07)等特征，矿化岩石样品S2-含量仅次于灰色砂岩，表现出一定的“氧化-还原”环境，如表7所示(丁叶，2012)。因此，含矿溶液适当脱CO2或脱碳酸，加之“甲烷气、氢气、一氧化碳”等油气作用形成更富铀矿体(赵俊峰等，2006；刘正义等，2009)，该地区矿化砂岩中甲烷含量处于中等含量状态，正构烷烃和有机碳以及OEP值，都是油气中生油量不可缺少的参数，无论是煤成气还是石油气，特别是CH4、H2和CO等气体对铀成矿所起的作用无疑是积极肯定的。

表6 研究区矿化岩与围岩、褪色岩石常量元素(%)及地球化学特征参数Table 6 The geochemistry characteristics parameters and major element of mineralized rocks, wall rocks and fade rocks

3.2 褪色岩带上下盘与铀矿化相伴规律探讨

干旱-半干旱气候条件下，岩、矿石中长石常见被淋滤现象，说明这些是新生矿化、矿体的成矿物质来源，可见围岩褪色现象也是一个重要找矿标志。

这种灰白色褪色岩层位同绿色岩层一样，空间定位于矿化上下盘。大量薄片观察和鉴定得出：这种灰白色褪色岩层位同绿色岩层一样，早期铀经“大部分酸淋失”和部分“碱淋失”。钻孔深部875.93 m灰白色粗砂岩仍有铀丢失现象。因此“褪色作用”是成矿富集阶段重要环节。它们常常在含矿层附近上下层位与铀矿化紧密相伴。绝大多数表现为浅灰色-灰白色以及黄色等氧化岩石，它们要比含矿溶液更加酸性。以C33-26为例，常量元素严重淋失的围岩与一般围岩对比，Na2O、K2O、Al2O3及全铁TFe2O3和FeO百分含量皆要少一半以上，其次SiO2含量要少6%～40%，表明发生过酸性和碱性介质下铀等严重淋失。以T0-15-2、T0-15-3与T0-15-1样品比较，在酸性淋滤过程中，酸性水溶液带出U、Re、V、Bi、W，La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Lu及Nb、Ta、Y、Sc、Nb、Cs、Tl，酸性水溶液中增量的有Mo、Cd、Cu、Ba、Sr等元素。早期碱性淋滤作用表现如C33-26-3～C33-26-5样品中Th/U为2.55～3.44，明显为完全氧化带。这些样品(K+I)/(C+S)比值为0.1～0.2，表明了与偏碱性水溶液的一致性。由于遭受含大量碳酸盐偏碱性水淋滤作用，使得这些样品比一般正常围岩U含量要少约50%以上(表6,7)。

表7 层间氧化带酸性、弱碱性淋滤作用造成岩石铀迁移丢失Table 7 The uranium loss during the process of acidic and weak alkaline fluid leaching in interlayer oxidation zone

3.3 铀矿化和铀矿物生成的特殊环境

D16-0-2土黄色中细砂岩粒间发育属于钠交代的方沸石化(Na2[AlSi2O6]2·2H2O)，A247-29-2灰白色钙质中粗砂岩中见新生钠长石，灰白色钙质中细砂岩中见棋盘格状钠长石被方解石交代，表明含矿岩石发生了碱交代热液蚀变，方解石胶结物Rb-Sr等时线年龄测定得出的(159.9±4.9) Ma、(124±14) Ma两组年龄，表明在早白垩世、晚白垩世发生较强成矿作用的碳酸盐化(夏毓亮等，2005)。

一些矿床(段)主要铀矿物为铀石，少沥青铀矿，铀石U(SiO4)1-x(OH)4x早期称水硅铀矿，其ΔGf0的特性决定了其在低温建造水中较晶质铀矿更稳定，在干旱气候下的水体及碱性含矿溶液的酸化过程中，通常因过饱和而发生沉淀，而在中性、弱酸、弱碱性介质中通过还原作用发生沉淀。此外，在常温常压下，铀矿物种类还取决于水溶液中可溶性SiO2与UO2+的浓度比，当溶解的硅超过60×10-6时，铀石USiO4与晶质铀矿UO2具有相对稳定的结晶关系(欧光习等，2005；闵茂中等，1992；Langmuir，1978)。另见有与铀矿化相伴的蒙皂石、高岭石、黄铁矿、胶黄铁矿含铀矿物以及硒铅矿、方铅矿等。总之，成矿溶液的早期显示碱性(富含蒙皂石或绿泥石，常含钙)，相当一般矿石特点，较晚的“酸化”(富含高岭石或伊利石)促使铀矿化更富，是成矿机制机理的重要关键因素之一。

4 结论

(1)改变了绿色砂岩形成于氧化环境的传统观念。矿化砂岩介质溶液可偏碱性，也可偏酸性，但溶液酸化对矿化富集有利。矿化砂岩Pr/Ph<1，表明成烃古环境还原程度强，古水体深，称为“植烷优势”。轻烃/重烃(C20-/C21+)绝大多数大于1，反映矿化砂岩为低碳数正构烷烃占优势，主峰碳数主为17，次为15。

(2)砂岩原始古铀(U0)含量为24.64×10-6，同生沉积成矿预富集年龄为(177±16) Ma。方解石胶结物Rb-Sr等时线年龄分别为(159.9±4.9)Ma、(124±14) Ma，表明在早白垩世及晚白垩世发生了较强的与成矿作用相关的碳酸盐化，这与白垩盆地东部隆升，导致盆地东部三叠系和中侏罗统剥蚀，使铀源充分的结论一致。

(3)褪色岩带上下盘与铀矿化相伴，“褪色作用”是成矿富集阶段重要一环，也是明显找矿标志。

(4)古气候由潮湿到半干旱的多次转变致使铀成矿多次矿化叠加致富的成矿机理，矿床为同生沉积成岩预富集-层间氧化发育渗入成矿-热水再造的地浸砂岩类型。

(5)铀矿化岩石87Sr/86Sr比值低于绿色围岩和高于灰色围岩，反映成矿溶液大部分碱性也有酸性类型并处于氧化还原环境。铀矿化岩石中234U/238U或大于1，或小于1，但230Th/232Th皆大于24.4，明显具有矿化异常特点，为进一步找矿指出方向和地点。

感谢核工业208大队彭云彪总工程师、苗爱生处长以及核工业北京地质研究院范洪海所长大力支持。先后参加野外工作的还有中国煤炭地质总局特种技术勘探中心韩效忠，山东地震局张斌，核工业北京地质研究院王明太、惠小朝等。