鄂尔多斯盆地苏台庙地区砂岩地球化学环境和常量元素特征及对铀成矿的指示意义

涂 颖，蒋孝君，任志勇，秦培鹿

(核工业二○八大队，内蒙古包头 014000)

0 前言

鄂尔多斯盆地是我国重要的能源基地，蕴含丰富的石油、天然气、煤炭及铀等矿产资源(内蒙古自治区地质矿产局，1991)。盆地内铀矿地质工作始于1958年，至今已有60余年历史，20世纪90年代以前找矿效果不明显。核工业二○八大队自1998年开始在该区开展铀矿综合研究与编图，自2000年至今开展了大量的铀矿勘查工作，取得了巨大的找矿突破，先后发现和落实了大营超大型、皂火壕特大型、纳岭沟特大型、巴音青格利大型、柴登壕大型、磁窑堡中型等一批砂岩铀矿床，以及罕台庙、泊太沟、苏台庙等一系列铀矿产地，为我国铀矿勘查奠定了良好的基础(①～⑥；彭云彪等，2019)。苏台庙地区铀矿勘查起步较晚，但随着近年来砂岩层间氧化带型铀矿理论的不断完善，苏台庙地区铀矿勘查也取得了重要突破，落实砂岩铀矿产地1处，在直罗组下段上亚段发现了较好的工业铀矿化，取得了较好的找矿成果⑤～⑥。长期以来，鄂尔多斯盆地作为地质矿产研究热点，前人做了大量研究工作，特别是近年来随着砂岩型铀矿找矿的不断突破，关于铀矿的研究也越来越多。鄂尔多斯盆地砂岩型铀矿成因是古层间氧化成矿作用的认识已经得到众多学者的广泛认同(张金带等，2005；杨建新，2005；苗爱生等，2010；李西得等，2016；鲁超等，2018)，大量学者更是从砂体地球化学特征、沉积环境、粘土矿物、流体、油气等多个方面不断完善充实古层间氧化成矿作用过程(赵宏刚和欧光习，2006；李子颖等，2007；彭云彪等，2007；漆富成等，2007；易超等，2015；丁波等，2020；李华明等，2020)，进一步发展了层间氧化砂岩型铀成矿理论。但苏台庙是近年来新突破的铀矿产地，理论研究相对薄弱，仅部分学者对其铀成矿条件(李强，2018)、控制因素及找矿标志(陈霜等，2019)和直罗组下段沉积特征(张宾等，2020)进行了初步讨论，作为重要找矿依据之一的氧化还原分带的研究尚局限于岩心观察层面，急需地球化学等更精细化的证据补充。本文通过对苏台庙地区赋矿层位直罗组下段上亚段不同蚀变分带砂岩的特征解剖和环境地球化学分析，详细划分该区古层间氧化带的后生蚀变亚带，并初步建立分带指标模式，然后在此基础上，对找矿目的层直罗组下段上亚段砂岩常量元素进行统计分析，研究古层间氧化带不同蚀变亚带砂岩之间的地球化学行为，讨论古层间氧化带演化机制及对铀成矿的指示意义，从而为进一步铀矿勘查提供理论依据。

1 地质背景

苏台庙地区位于内蒙古鄂尔多斯市杭锦旗境内，属于鄂尔多斯盆地北部高原区，构造位置上处于鄂尔多斯中新生代盆地北部的伊盟隆起带北部，北邻河套断陷，南接伊陕斜坡(图1b)，且位于呼斯梁-皂火壕巨型铀成矿带的北西侧。研究区揭露地层主要包括下白垩统(K1)、中侏罗统直罗组(J2z)和延安组(J2y)，其中稳定分布的直罗组下段三角洲平原相砂带，是后期铀成矿良好的储层空间(李强，2018)。印支运动造就了盆地由北西向南东倾斜的大型斜坡带，为直罗组下段砂体的稳定连续展布提供了地形条件。研究区主要找矿目的层是直罗组下段上亚段(J2z1-2)，受燕山运动影响，盆地整体向西掀斜，其底面标高总体呈现了由北东向南西逐渐降低的特征(图1a)，发育向南西倾斜的单斜构造，倾角约2°～6°⑥，为古层间氧化带的发育提供了水动力条件，也为北部河套古隆起长期稳定的含氧含铀水补给提供可能。

图1 苏台庙地区直罗组下段上亚段底标高等值线图(b)及构造位置简图(a)Fig.1 Contours (colored,b) of bottom elevation of upper sub-member in lower member of Zhiluo Formation of Sutaimiao area,and sketch (a) showing tectonic setting1-工业矿孔；2-矿化孔；3-无矿孔；4-剥蚀边界；5-地名；6-一级构造单元分界线；7-二级构造单元分界线；8-一级构造单元编号：Ⅰ-伊陕单斜；Ⅱ-河套断陷；Ⅲ-阿拉善断块；Ⅳ-阴山断块；Ⅴ-山西断块;9-二级构造单元编号：Ⅰ1-伊盟隆起；Ⅰ2-西缘逆冲带；Ⅰ3-天 环向斜；Ⅰ4-伊陕斜坡；Ⅰ5-晋西挠褶带1-industrial ore hole;2-mineralized hole;3-barren hole;4-denudation boundary;5-place name;6-first-order tectonic unit boundary;7-second-order tectonic unit boundary;8-first-order tectonic unit number:I-Yishan monocline;II-Hetao fault-depression;III-Alashan fault-block;IV-Yinshan fault-block;V-Shanxi fault-block;9-second-order tectonic unit number:I1-Yimeng uplift;I2-west margin thrust belt;I3-Tianhuan syncline;I4-Yishan slope;I5-Jinxi deflection fold belt

2 样品采集及分析方法

在苏台庙地区直罗组砂岩中分别采取了116组地球化学环境样品和48组常量元素样品。其中地球化学环境样品统计了研究区绝大多数数据，涵盖了区内15个钻孔，常量元素样品则分别采自钻孔ZKS371-95、ZKS723-87、ZKS627-47和ZKS691-55(图1)。样品的分析测试均在核工业包头地质矿产分析测试中心完成。

常量元素采用硅酸盐岩石化学分析方法第28部分16个主次成分量测定方法测定，其中氧化亚铁采用硅酸盐岩石化学分析方法第14部分氧化亚铁量测定方法测定。有机碳采用灼烧-非水滴定法测定，全硫采用高频燃烧-红外吸收光谱法测定，低价流采用重量法测定，二氧化碳采用非水滴定容量法，氧化还原电位采用电位法测定。

3 古层间氧化带特征

根据钻探揭露和综合研究，苏台庙地区氧化砂岩与传统层间氧化砂岩不同，主要是其颜色表现为不同程度的绿色、灰绿色，而非黄色、红色、褐色等传统氧化色，这与其在早期古氧化作用之后又经历了油气的二次还原改造有关(漆富成等，2007)，属古层间氧化砂岩；原生(还原)砂岩则表现为不同程度的灰色；而铀矿化均产于绿色砂岩与灰色砂岩叠置带附近的灰色砂岩中，垂向上位于氧化-还原界面的上下翼。所以对古层间氧化带的亚带进行精确划分，并能够精准识别各亚带的地质特征，对进一步的铀矿勘查具有直接的指导作用。

研究区古层间氧化带通常分为古氧化带和还原带两部分，本文将古氧化带进一步细分为古氧化残留带和二次还原带，还原带进一步细分为叠置带和原生带，其中叠置带位于氧化-还原前锋线附近靠近还原带一侧，是还原带中分离出的亚带，也是研究区主要的含矿亚带。

通过对苏台庙地区已有工程纵向和横向上采集的116件岩石地球化学环境样品的统计分析⑥，笔者详细研究了古层间氧化带不同亚带的特征，并讨论了各亚带岩石地球化学环境参数的变化规律及与铀矿化的关系，分析项目包括Fe3+、Fe2+、全硫、S2-、有机碳含量、△Eh和CO2，具体统计结果见表1。

表1 古层间氧化带亚带地球化学环境参数表Table 1 Geochemical environmental parameters of paleo interlayer oxidation zones

3.1 古氧化残留带

苏台庙地区古氧化残留砂岩通常不含矿，铀含量普遍较低；Fe3+/Fe2+比值较高，平均3.07；ω(C有)较低，平均0.28%；ω(S全)较低，平均0.08%；ω(S2-)较低，平均0.04%；ω(CO2)较低，平均0.29%；△Eh较低，平均24 mV。

该亚带砂岩颜色多呈现为紫红色、砖红色，粒度较细，以细砂岩、粉砂岩为主，胶结程度较高，多数被绿色的二次还原砂岩包裹产出(图2a)，未见炭屑、黄铁矿等还原性物质，褐铁矿化强烈，表现出明显的被氧化特征。该亚带砂岩早期经历了强烈的古层间氧化作用，形成了古氧化砂体，后期深部油气上移，使古氧化砂体发生还原作用，但砂体受粒度、孔隙度、致密程度、胶结程度、还原物质含量等物理化学特性及外部环境影响，导致局部还原不彻底，从而形成了古氧化残留砂岩(图3)。

图2 苏台庙地区古层间氧化带各亚带砂岩特征Fig.2 Sandstone characteristics of subzones of paleo interlayer oxidation zone in Sutaimiao areaa-古氧化残留砂岩；b-二次还原砂岩；c-叠置带(含矿)砂岩；d-原生砂岩a-paleo oxidation residual sandstone;b-secondary reduction sandstone;c-superimposed zone (ore bearing) sandstone;d-primary sandstone

3.2 二次还原带

苏台庙地区二次还原(古氧化)砂岩Fe3+/Fe2+平均比值为1.02；ω(C有)平均为0.42%；ω(S全)较低，平均0.08%；ω(S2-)较低，平均0.05%；ω(CO2)平均为1.63%；△Eh平均为31 mV。

该亚带砂岩颜色表现为不同程度的绿色、灰绿色(图2b)，以细砂岩、粗砂岩为主，胶结程度较低，砂质疏松，极少见到炭屑、黄铁矿等还原性物质，局部包含的泥砾可见红色的残留氧化边，说明了砂岩曾经被氧化，有机质和黄铁矿等均被氧化分解，反映其早期经历了强烈的古层间氧化作用，后期又经历了来自深部油气的还原作用。

3.3 叠置(含矿)带

氧化还原叠置带是研究区主要的找矿部位，铀含量通常明显高于围岩，本次数据统计的样品全部来自于该带低品位矿石；Fe3+/Fe2+平均比值为1.64；ω(C有)较低，平均0.24%；ω(S全)较高，平均0.40%；ω(S2-)较高，平均0.22%；ω(CO2)平均为1.84%；△Eh较高，平均41 mV。

叠置(含矿)带砂岩颜色通常表现为灰色、暗灰色(图2c)，以中砂岩、粗砂岩为主，部分细砂岩中也见有铀矿化(图3)。岩石总体胶结程度较低，砂质疏松，多见炭屑和细晶状黄铁矿，同时可见褐铁矿化及赤铁矿化蚀变。有机碳、黄铁矿等不仅是还原剂，也是良好的吸附剂，且在还原条件下，具有更强的吸附能力。砂岩型铀成矿过程中，铀在还原环境中更难迁移，更利于铀的沉淀存储。铀矿化一般产出于氧化-还原叠置部位，含铀的层间流体遇到叠置带的还原障而沉淀富集。目前已发现的矿体基本都产于叠置带砂岩的上下翼，厚度较薄，叠置带的“舌”部是重要的找矿部位(图4)。

图3 苏台庙地区古水流方向上钻孔剖面图Fig.3 Borehole profile in the direction of paleocurrent in Sutaimiao area1-下白垩统；2-直罗组上段；3-直罗组下段上亚段；4-直罗组下段下亚段；5-分层界线；6-岩性界线；7-氧化前锋线；8-泥岩；9-古氧化 残留带；10-二次还原带；11-叠置带；12-原生带；13-矿体；14-矿化段；15-钻孔编号及标高；16-伽玛曲线1-Lower Cretaceous;2-upper member of Zhiluo Formation;3-upper sub-member of lower Zhiluo Formation;4-lower sub-member of lower Zhiluo Formation;5-layered boundary;6-lithologic boundary;7-oxidation front line;8-mudstone;9-paleo oxidation residual zone;10-secondary reduction zone;11-superimposed zone;12-primary zone;13-ore body;14-mineralized section;15-borehole number and elevation;16-gamma curve

3.4 原生带

苏台庙地区原生砂岩Fe3+/Fe2+平均比值为0.97；ω(C有)含量较高，平均为0.51%；ω(S全)平均为0.31%；ω(S2-)平均为0.20%；ω(CO2)含量较高，平均为3.75%；△Eh平均为39 mV。

原生砂岩颜色一般表现为不同程度的灰色，粒度范围广，细砂岩、中砂岩、粗砂岩均有分布，胶结程度低，砂质较疏松，局部见有钙质胶结砂岩，砂质坚硬(图3)。岩石未经历早期古层间氧化作用，故见有较多的炭屑和团块状黄铁矿等还原性物质(图2d)。

3.5 地球化学环境参数规律

苏台庙地区直罗组下段砂体先后经历了古氧化作用、主铀成矿期、二次还原作用、叠加铀成矿作用等，不同区段不同地质演化过程的叠加，形成了如今地下复杂的地质形态，而地球化学环境参数的变化规律可以一定程度上反映其演化过程。

研究区各亚带砂岩Fe3+/Fe2+比值具有从古氧化带到还原带逐渐降低的趋势，其中叠置带出现了突然增高的现象；ω(S全)和ω(S2-)含量在还原带中明显高于古氧化带，两者表现了相同的演化趋势，且叠置亚带又高于原生亚带；还原带中ω(C有)明显高于古氧化带，其中二次还原亚带高于古氧化残留亚带，原生亚带高于含矿叠置亚带(图4)。

图4 苏台庙地区古层间氧化带分带指标模式图Fig.4 The mode chart of the altered zonation in Sutaimiao area1-古氧化残留砂岩；2-二次还原砂岩；3-叠置带(含矿)砂岩；4-原生砂岩；5-环境指标曲线1-paleo oxidation residual sandstone;2-secondary reduction sandstone;3-superimposed zone (ore-bearing) sandstone;4-primary sandstone; 5-environmental index curve

笔者认为这是由于原生砂岩成岩后，近地表的砂岩经历了含氧水的氧化改造，形成了早期的古氧化带和还原带，在氧化-还原叠置带附近的有利位置形成了早期的铀矿化；后期深部油气携带着大量的还原性物质上移，进入砂体中，使古氧化砂岩发生了二次还原作用，不仅利于原矿体的保存，也为后期的铀成矿提供更充足的还原剂(漆富成等，2007)。其中油气逸散方向上部由于还原不彻底形成了古氧化残留砂岩。

早期的古氧化作用，含氧水大量分解岩石中的黄铁矿和有机碳，将Fe2+转换为Fe3+，低价S转变为高价S，而S元素和C元素进入流体流失，直接导致古氧化带中Fe3+/Fe2+比值升高及ω(C有)、ω(S全)和ω(S2-)含量的降低。

铀成矿期间，盆地再次抬升，含氧含铀水由北东向南西在古层间氧化带中运移，从古氧化带进入还原带中，随着有机碳和黄铁矿等还原性物质的突然大量增加，环境也由氧化逐渐转变为还原环境，铀元素发生沉淀富集成矿作用。铀成矿过程中，氧化作用将Fe2+进一步转换为Fe3+，使叠置亚带中Fe3+/Fe2+比值明显高于原生亚带；含氧含铀水在经过古氧化带时，分解了少量的残留黄铁矿，流体中补充了少量的S元素，使叠置亚带中ω(S全)含量发生了微弱的沉淀升高，而ω(S2-)未发生明显变化；叠置亚带中ω(C有)含量明显低于原生亚带，则与有机碳被含氧含铀水氧化分解有关。

后期的油气二次还原作用，再将Fe3+还原为Fe2+，于是二次还原带中Fe3+/Fe2+比值发生显著下降，油气中富含C元素，但缺乏S元素，因此，ω(S全)和ω(S2-)含量没有发生明显变化，而ω(C有)发生一定程度的升高。

4 常量元素迁移规律探讨

在苏台庙地区共采集了48件常量元素样品，样品的采集尽量以(含矿)叠置带为中心向上下围岩辐射，以讨论不同亚带常量元素的演化趋势及与铀矿化的关系，分析项目和具体结果见表2。

对分析数据进行了分带统计，结果(表3)显示，在古层间氧化带的地质演化过程中，各亚带常量元素的含量发生了明显的变化，其变化规律则是岩石矿物地球化学的一种反映，利用这种规律可以初步推演不同亚带所经历的地质过程，这对进一步研究铀成矿作用具有一定的指示意义。

表3 苏台庙地区古层间氧化带各亚带常量元素含量统计表(%)Table 3 Statistics of major element contents (%) in each sub zone of paleo interlayer oxidation zone in Sutaimiao area

通过各亚带分析数据与苏台庙地区原生砂岩的平均含量的对比，得出了各常量元素在各亚带之间的迁入迁出情况(表4)，再结合各元素在地质演化过程中对pH和Eh等介质条件变化的响应强度，将苏台庙地区常量元素初步划分为活动、次活动和惰性等3类组分。

表4 苏台庙地区古层间氧化带各亚带常量元素增量表(%)Table 4 Increment (%) of major elements in each sub-zone of paleo interlayer oxidation zone in Sutaimiao area

4.1 活动组分

研究区常量元素活动组分包括SiO2、Al2O3、TFe2O3和CaO，其活动性较强，在不同亚带之间发生了显著且有规律的变化(图5a)。

SiO2与原生砂岩相比，其他亚带增量均为正值，其中二次还原亚带最高，增量达4.47%；CaO与原生砂岩相比，古氧化残留亚带和二次还原带均表现了迁出特征，而叠置亚带则表现了弱的迁入特征(表4、图5a)。据Siever(1957)计算，SiO2与CaCO3在pH值等于9.8，温度等于25℃时，基本保持平衡状态；当pH>9.8时，石英溶解，方解石沉淀；当pH<9时，石英沉淀，方解石溶解。鄂尔多斯盆地北东部古氧化带砂岩中层间流体通常以中性或偏碱性为主，当流体从古氧化带进入还原带中，氧化环境转变为还原环境，酸碱度也由偏碱性逐渐转变为偏酸性(Li et al.,2008)。其中酸性条件下更易生长亲硫离子的细菌和微生物(赵瑞全等，1998)，这也进一步导致还原带砂岩中硫离子明显高于古氧化带，且这是一个相互作用的过程。因此，流体从地表到古氧化带，再到还原带，整体上具有由碱变酸的趋势，流体溶解岩石中SiO2的能力不断加强，造成了流体方向上游的古氧化残留亚带向下游的原生亚带SiO2含量逐渐降低的规律。其中二次还原亚带中增量显著增高则可能是由于后期的油气二次还原作用伴有含Si物质的生成有关，这一点同研究区东部的纳岭沟和大营铀矿床一致，但研究区古氧化残留带SiO2增量为正值，与纳岭沟和大营铀矿床不同，这与纳岭沟和大营铀矿床石英遭受了较强的溶蚀有关(易超等，2015)。与此同时，受古层间氧化带中介质条件(Eh、pH等)的变化影响，古氧化带中斜长石发生蚀变作用，方解石发生溶解作用，不断释放Ca2+离子，然后随流体迁出；但叠置亚带中却表现了迁入特征，这是由于铀成矿过程中流体携带的碳酸铀酰络合物发生还原作用，形成铀矿物发生沉淀，同时形成的CO32-离子与流体中Ca2+离子发生反应，生成方解石沉淀(王金平等，2005；李金宝等，2006；樊爱萍等，2007)，因此，叠置亚带中CaO含量较高，但其增量0.84%低于古氧化带总迁出量2.89%，说明仍有大量CaO随流体流失。

Al2O3与原生砂岩相比，古氧化残留亚带表现了迁入特征，增量为1.13%，二次还原亚带和叠置亚带表现了不同程度的迁出，增量分别为-0.11%和-1.34%(表4、图5a)。该迁移规律与伊犁盆地库捷尔太铀矿床一致(王金平等，2005)，首先二次还原亚带和叠置亚带SiO2含量绝对含量增加，因此Al2O3相对含量相对降低，但更重要的是，古层间氧化带流体方向上具有由碱变酸的趋势，特别是进入叠置亚带，流体中突然增加了大量的有机酸和S2-离子，pH值相对较低，极大地提高了长石的溶解能力，使铝硅酸盐以有机络合物形式迁移，造成SiO2和Al2O3的流失(史基安等，1994)。

图5 苏台庙地区古层间氧化带不同亚带常量元素迁移图解Fig.5 Migration diagram of major elements in different subzones of paleo interlayer oxidation zone in Sutaimiao area

TFe2O3与Al2O3相似，与原生砂岩相比，古氧化残留亚带也表现了迁入特征，增量为0.70%，二次还原亚带和叠置亚带则表现了不同程度的迁出，增量分别为-0.65%和-0.44%(表4、图5a)。TFe2O3的迁移规律与伊犁盆地库捷尔太铀矿床也具有高度的相似性(王金平等，2005)。鄂尔多斯盆地古氧化阶段，浅地表富含Fe元素的含氧水进入古层间氧化带中，发生氧化作用的同时，Fe元素形成Fe3+沉淀，随着流体中Fe不断沉淀消耗，不同亚带增量不断减少(易超等，2015)。但二次还原亚带和叠置亚带中TFe2O3表现了迁出特征，这是由于二次还原过程中，油气中酸解烃将砂岩中Fe3+还原为Fe2+发生迁移所致(漆富成等，2007)，其中叠置亚带迁出相对较弱则是因为铀成矿作用使其还原性降低，酸解烃与其发生了弱的还原作用所致。

4.2 次活动组分

研究区常量元素次活动组分包括Na2O、MgO和TiO2，其活动性其次，在不同亚带之间发生了一定的变化(图5b)。

Na2O与原生砂岩相比，古氧化残留亚带和二次还原亚带含量明显较高，而叠置亚带偏低(表4、图5b)。Na2O的迁移主要与长石的蚀变和溶解作用有关，在埋深较浅的条件下(<1500 m)，斜长石比钠长石和钾长石更容易蚀变和溶解，形成高岭石和蒙皂石等，Na+随流体迁出，特别是叠置亚带中pH值降低，长石溶解能力明显增强(史基安等，1994)，Na+迁出速率加快，而进入原生亚带，由于流体中Na+离子含量逐渐升高，溶蚀能力反而下降，Na+迁出速率降低。因此，Na2O在古层间氧化带中总体是迁出的，由于不同亚带迁出能力不同，从而形成了现今的Na2O组分分布特征。

MgO与原生砂岩相比，古氧化残留亚带、二次还原亚带和叠置亚带均表现了迁出特征，其中叠置亚带迁出量明显增高，增量达-0.24%(表4、图5b)。MgO在砂岩中主要以长石类矿物和碳酸盐形式存在，其中长石中MgO的演化同Na2O相似，通过溶蚀作用流失，但流失程度相对较弱；而碳酸盐中的MgO在叠置亚带的偏酸性环境下溶解流失明显。

TiO2与原生砂岩相比，古氧化残留亚带含量最高，二次还原亚带和叠置亚带均表现为迁出特征(表4、图5b)。苏台庙地区总体上钛含量较高，可能与含钛副矿物含量较高有关。通常钛铁氧化物的丰度在原始沉积岩中是比较一致的，在氧化带中相对稳定，而苏台庙地区下伏油气层中包含硫化氢等的还原性气体后期向上运移，进入直罗组砂岩中，发生二次还原作用的同时还发生了硫化作用，在此过程中黄铁矿和白铁矿部分交代钛铁氧化物(郑一星，1986)，造成了TiO2的流失。其中古氧化残留亚带保留了古氧化特征，受油气影响最小，含量相对较高，而二次还原亚带受油气影响最为深刻，TiO2迁出最明显。

4.3 惰性组分

研究区常量元素惰性组分包括K2O、MnO和P2O5，其活动性微弱，在不同亚带之间的变化幅度很小(图5c)，属于稳定的元素。其中MnO和P2O5通常与重矿物有关，在水-岩作用中参与度极低。K2O活动性低的特征则与伊犁盆地库捷尔太铀矿床和鄂尔多斯盆地纳岭沟、大营铀矿床均不同(王金平等，2005；易超等，2015)。K2O含量通常与长石类矿物及其蚀变矿物有关，其活动性低可能是由于研究区构造演化过程中未发生明显的沉降，直罗组埋深较浅(<1500 m)，且后期也未发生明显的构造热事件，岩石没有明显的升温，因此钾长石的蚀变和溶解作用较微弱(史基安等，1994)。

4.4 直罗组砂岩演化规律及指示意义

综合研究苏台庙地区直罗组下段上亚段砂岩的地球化学环境特征和常量元素运移特征，其不同的变化规律反映了目的层砂岩在沉积之后又经历了复杂且漫长的地球化学演化过程。研究区除了MnO和P2O5两种惰性组分之外，其他常量元素演化规律均与其东部纳岭沟和大营铀矿床有不同程度的区别(易超等，2015)，指示研究区可能具有不同的地质演化过程，后续勘查工作应加强对比，寻找本区的成矿中心。

鄂尔多斯盆地北东部在中生代早期，总体格局为北西高南东低，形成了延安组和直罗组厚大稳定的砂带。白垩纪以后，盆地北部、东部分别抬起，整体又呈现为北东高南西低的构造格局，为目的层直罗组下段上亚段后续长期稳定的北东南西向古氧化作用提供了有利条件⑥。古层间氧化过程中，古层间氧化带流体方向上具有由碱变酸的趋势，浅地表富含Fe的含氧水进入砂体，随着介质条件的变化Fe逐渐沉淀，同时伴随斜长石和碳酸盐的溶解，造成Si、Al、Na、Ca和Mg的向下游运移和流失，特别是叠置亚带中pH值相对较低，迁出更明显。

古层间氧化带形成之后，长期稳定的含氧含铀水进入古层间氧化带中，发生了第一期铀成矿作用，也是研究区的主成矿期。期间，流体中碳酸铀酰络合物形成铀矿物的同时，释放出CO32-离子，与流体中Ca2+离子生成方解石沉淀，造成叠置亚带Ca含量升高。铀成矿作用消耗还原性物质，并不断改变该亚带的介质条件。

后期二次还原过程中，油气中上移的酸解烃、硫化氢等还原性气体进入直罗组砂岩，发生还原作用和硫化作用，不仅利于保矿，也为后续的多期次铀叠加成矿作用提供了还原剂，同时导致了二次还原亚带和叠置亚带中TFe2O3流失和钛铁氧化物的交代流失；该过程还伴随有含Si物质的生成，所以二次还原亚带和叠置亚带Si含量有后期迁入，且二次还原亚带迁入显著。

研究区常量元素的演化特征，K2O含量通常与长石类矿物及其蚀变矿物有关，其活动性低可能是由于研究区构造演化过程中未发生明显的沉降，直罗组埋深较浅(<1500 m)，且后期也未发生明显的构造热事件，岩石没有明显的升温，因此钾长石的蚀变和溶解作用较微弱(史基安等，1994)。

综上所述，苏台庙地区还原介质和常量元素Ca的演化规律与铀成矿作用有着密切的关系，而常量元素Si、Fe、Ti的演化还明显受到二次还原作用的影响，其演化规律对寻找后期铀叠加成矿作用形成的矿体具有一定的指示意义。研究区的铀矿勘查不仅要重点关注直罗组下段上亚段的叠置亚带，还应兼顾寻找二次还原亚带中的后生矿体。

5 结论

(1)结合岩石特性和地球化学环境特征，将苏台庙地区直罗组下段上亚段砂岩详细划分为古氧化残留带、二次还原带、叠置带和原生带等4个亚带，不同亚带之间的地球化学环境特征越显著，分带演化越完善，更利于铀成矿。

(2)研究区直罗组砂岩常量元素在古层间氧化带中具有明显的活动性，根据其活动规律，认为岩石依次经历了成岩作用、古氧化作用、主成矿期铀成矿作用、二次还原作用和叠加铀成矿作用等，且在演化过程中未经历大幅度的沉降和明显的构造热事件。

(3)研究区铀成矿作用与还原介质和Ca含量关系最密切，其次是常量元素Si、Fe、Ti。铀矿勘查应以直罗组下段上亚段的叠置亚带为重点，并兼顾二次还原亚带。

致谢：核工业二○八大队苏台庙项目组全体成员在野外工作中提供了帮助，核工业二○八大队分析测试中心在样品测试分析过程中提供了支持，成文过程中得到了核工业二○八大队研究员级高工侯树仁的指导意见，在此一并表示衷心的感谢。

[注 释]

①核工业二○八大队.2000.内蒙古杭锦旗-东胜地区砂岩型铀成矿地质条件研究及编图成果报告[R].

②核工业二○八大队.2005.鄂尔多斯盆地北部地浸砂岩型铀资源调查评价成果报告[R].

③张金带，李子颖，简晓飞等.2010.中国铀矿床研究评价[R].

④核工业二○八大队.2012.鄂尔多斯盆地西北缘铀矿调查评价成果报告[R].

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