巴音戈壁盆地塔木素铀矿床含矿砂岩特征分析

张 良，王凤岗，刘国宁

（1.核工业二〇八大队，内蒙古 包头014010；2.核工业北京地质研究院 中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京100029）

矿床行政区划属内蒙古自治区阿拉善盟阿拉善右旗管辖，位于塔木素苏木境内，交通便利。矿床采用一般工业指标圈定矿体，作者统计发现，砂岩型矿石所占比例最大（占比55.5%），因此本文仅针对砂岩型铀矿石进行分析探讨。

1 砂岩类型

含矿地层为下白垩统巴音戈壁组上段（K1b2），在该区属扇三角洲沉积体系，矿床特点为“近源、相变快、矿层多”。对砂岩矿石与砂岩围岩的类型进行对比分析：巴音戈壁组上段砂岩矿石按福克砂岩分类法，主要为长石砂岩，占92.1%；其次为岩屑长石砂岩，占6.5%；长石石英砂岩仅占1.4%（表1）。巴音戈壁组上段砂岩围岩按福克砂岩分类法，主要为长石砂岩，占86.4%；其次为岩屑长石砂岩，占10.7%；长石石英砂岩仅占2.9%。巴音戈壁组上段砂岩矿石和砂岩围岩按福克砂岩分类法，二者均以长石砂岩为主，不同的是砂岩矿石中长石砂岩比例更高（占92.1%），而岩屑长石砂岩和长石石英砂岩类比例均低于无矿砂岩。

另由于长石易水解，因此该区巴音戈壁组上段砂岩在成岩前所经受的搬运距离较短，这与该区处于扇三角洲相沉积环境相吻合。

2 砂岩物质成分

表1 巴音戈壁组上段砂岩矿石及围岩主要类型

砂岩矿石是砂岩经过成矿作用改变而成的，因此其主要矿物成分（包括岩屑）仍然继承了砂岩的特点。砂岩矿石中碎屑含量55%～95%不等（部分样品碎屑排列显示定向性），平均88%；碎屑中石英含量10%～80%，平均41.0%；长石含量15%～85%，平均52%；岩屑主要为花岗岩屑，含量1%～60%，平均8%；填隙物含量5%～45%，平均12%。砂岩围岩中碎屑含量65%～93%不等（部分样品碎屑排列显示定向性），平均85.8%；碎屑中石英含量42%～85%，平均64.1%；长石含量13%～50%，平均33.6%；岩屑主要为花岗岩屑，含量1%～41%，平均5.3%；填隙物含量7%～35%，平均14.2%（表2）。

表2 砂岩矿石与围岩主要物质成分统计表

从分析可知，砂岩矿石中石英含量小于砂岩围岩而长石含量略多于围岩，填隙物的含量两者接近，这或许与砂岩的非均质性有关。

3 砂岩化学成分

通过砂岩矿石与砂岩围岩的硅酸盐化学全分析对比（表3），首先矿床砂岩中SiO2的含量明显低于砂岩克拉克值，而FeO、TFe2O3、Al2O3、CaO、P2O5、Na2O的含量则明显高于砂岩克拉克值，其他成分含量较为接近。

表3 硅酸盐化学全分析一览表

砂岩矿石中的SiO2、FeO、Al2O3、P2O5、K2O含量略高于砂岩围岩，TFe2O3、MgO、Na2O、TiO2、CaO含量则低于砂岩围岩。

上述物质成分特点与矿床物源以花岗岩类岩石为主和搬运距离较短，不稳定矿物未得到充分流失，即砂岩成分成熟度较低的情况一致。烧失量含量较高，说明砂岩的有机质含量较高，还原能力较强。值得注意的是，砂岩矿石中Ca、Mg含量明显高于砂岩克拉克值。

4 砂岩矿石蚀变特征

塔木素铀矿床中砂岩颜色可分为灰色、褐红色和褐黄色三类，灰色为还原环境，褐红色、褐黄色则为氧化环境，从岩石的穿插关系来看，褐红色氧化早于褐黄色氧化，铀矿（化）体主要产于氧化砂岩与灰色砂岩或灰色泥岩相邻部位，部分产于还原带的灰色砂岩中。个别铀矿（化）体位于完全氧化带靠近过渡带位置，其矿化与氧化砂岩所夹的灰色细碎屑岩关系密切，矿化位于砂岩与泥岩的界面附近。

4.1 还原砂岩矿石蚀变特征

通过矿石中氧化砂岩环境样对比还原砂岩环境样统计结果（表4），可以看出，灰色砂岩矿石中有机炭、S2-、CO2、ΔEH平均含量高于氧化砂岩类矿石。从有机炭的含量变化来看，灰色砂岩类矿石中明显也高于氧化类砂岩矿石。这些有机质以及石油沥青在缺氧条件下产生的大量烃类，沿构造或可渗透岩层运移，在异地形成还原障对其围岩产生还原作用。具有较强的原生及后生还原能力，利于含氧含铀水中的铀在还原程度大的地段沉淀富集、成矿。二价硫的含量灰色砂岩矿石中平均含量最高（0.51%），高于氧化类砂岩矿石（0.36%），说明灰色砂岩矿石中具有较高含量的黄铁矿，处于强烈的还原环境。

Fe3+/Fe2+的比值却相差较大，在氧化类砂岩矿石中比值为1.92，而灰色砂岩中为1.12，说明氧化类砂岩矿石经历了强烈的氧化作用。

4.2 氧化砂岩矿石蚀变特征

针对褐红色氧化砂岩矿石和褐黄色氧化砂岩矿石，分别统计环境指标样（表5），褐红色砂岩矿石中全硫平均含量（1.49%）明显高于褐黄色砂岩矿石中全硫平均含量（0.44%），这也代表了褐红色砂岩矿石中的石膏含量高于褐黄色砂岩矿石中的石膏含量，而褐红色砂岩矿石中Fe3+含量明显高于褐黄色砂岩矿石，这也许是砂岩成褐红色的原因。从实际工作来看，铀矿体的产出与后期的褐黄色氧化砂岩关系更为密切。

4.3 砂岩矿石中蚀变矿物特征

矿石除了继承砂岩的矿物组分外，也生成了一系列新的矿物。本文针对具有代表性的碳酸盐化及石膏化做简单研究。

根据砂岩中蚀变矿物统计表（表6）也可看出，砂岩中胶结物是以方解石和石膏为主，且砂岩矿石中的方解石及石膏平均含量略高于砂岩围岩中的平均含量。

表4 砂岩矿石环境指标样统计一览表

表5 氧化砂岩矿石环境指标样统计一览表

表6 砂岩蚀变矿物含量统计表

首先是碳酸盐化：依据观察和数据分析，可分为白云石化、方解石化两种，作者借助硅酸盐全分析数据统计后（表3），发现砂岩矿石中Ca、Mg含量明显高于砂岩克拉克值。由于斜长石中含钙（如花岗岩中虽然没有碳酸盐，但仍可含5%的CaO），因此，不能用全分析中的CaO含量代替方解石中的钙。而砂岩中除白云石外，基本不含其他含镁矿物，因此MgO的含量可代表白云石的含量，而统计出砂岩中的MgO的含量明显高于砂岩克拉克值，这说明砂岩中白云石含量高。

另一种重要的胶结物是石膏，巴音戈壁组上段砂岩中可见三种形态的石膏产出，即顺层产出的石膏、切穿层理呈脉状产出的石膏和较均匀分布在砂岩胶结物中的石膏，这些具有沉积成因和后生成因的特点。从矿物间相互关系可以看出，石膏形成时间要晚于该地区的白云石系列矿物形成时间（图1），而且，石膏是在干旱炎热，蒸发强烈的条件下形成，表明在形成石膏阶段该地区的环境为干旱的环境，水体蒸发强烈，导致水中矿化度增高并封存，这可能也是该地区地下水矿化度高、涌水量大的重要原因之一。

最后通过引用主流的分析方法是染色法和电子探针分析成果加以证实：“砂岩型铀矿石为高碳酸盐型铀矿石，碳酸盐平均含量为22.29%，其中碳酸盐胶结物主要为白云石（9.70%）、含铁白云石（9.33%）及铁白云石（3.20%）”[2]，“碳酸盐胶结物大多数为白云石和铁白云石”[3]。

无论是白云石、铁白云石还是方解石，它们属于不同时期成岩-改造的产物，均属钙质胶结物。以上分析说明塔木素铀矿床中巴音戈壁组上段砂岩是以钙质胶结及膏质胶结为主。加之埋深很深，地层压实作用大，受后期地下卤水浸泡后，其硬度也变大，这或许是塔木素铀矿床砂岩致密的原因。

5 结论

（1）塔木素铀矿床中砂岩均属长石砂岩，因此该区巴音戈壁组上段砂岩在成岩前所经受的搬运距离较短，而砂岩矿石中长石砂岩比例更高（占92.1%），而岩屑长石砂岩和长石石英砂岩类比例均低于无矿砂岩。

图1 石膏及白云石系列胶结物[2]

（2）砂岩矿石中石英含量小于砂岩围岩而长石含量略多于围岩，填隙物的含量两者接近。

（3）砂岩矿石中的SiO2、FeO、Al2O3、P2O5、K2O含量略高于砂岩围岩，TFe2O3、MgO、Na2O、TiO2、CaO含量则低于砂岩围岩。

（4）灰色砂岩矿石中有机炭、S2-、CO2、ΔEH平均含量高于氧化砂岩类矿石。褐红色砂岩矿石中的石膏含量高于褐黄色砂岩矿石中的石膏含量，而褐红色砂岩矿石中Fe3+含量明显高于褐黄色砂岩矿石，这也许是砂岩成褐红色的原因。从实际工作来看，铀矿体的产出于褐黄色砂岩关系更为密切。

（5）塔木素铀矿床中巴音戈壁组上段砂岩是以钙质胶结及膏质胶结为主。加之埋深很深，地层压实作用大，受后期地下卤水浸泡后，其硬度也变大，这或许是塔木素铀矿床砂岩致密的原因。