松辽盆地西南部钱家店凹陷DL铀矿带铀的赋存形式及成矿时代

黄少华，秦明宽，刘章月，张亮亮，郭强，贾立城，江文剑，刘佳林，东艳

1) 中核集团铀资源勘查与评价重点实验室，核工业北京地质研究院，北京，100029；2) 核工业二四三大队，内蒙古赤峰，024000

内容提要:为查明松辽盆地西南部钱家店凹陷新发现DL铀矿带青山口组铀的赋存形式、富集成矿机制及过程，联合对灰色砂、泥岩矿石开展了系统的岩矿鉴定、扫描电镜观察、能谱及电子探针分析、全岩U—Pb同位素定年。结果表明，砂泥岩矿石属于多物源供给的辫状河流相碎屑岩建造，成分和结构成熟度均偏差；矿石中铀均主要以沥青铀矿为主，其次为含铀钛矿物，少量含铀碳酸盐矿物，含铀、锆、硅混合物及吸附态铀。沥青铀矿主要呈胶状、团块状及微粒状产在矿石局部强吸附还原域的杂基、碎屑矿物溶蚀孔洞(隙)或边缘等可赋存空间位置，且与碳屑有机质、黄铁矿、高岭石和蒙脱石黏土矿物、铁白云石及含钛矿物紧密共(伴)生。目的层总体先后存在弱酸性还原流体和碱性还原热液流体双重铀富集成矿作用；并通过矿石全岩U—Pb同位素定年新获得了50.6±1.6 Ma、32.2±3.9 Ma、27±4 Ma、26.0±2.7 Ma、23.9±2.8 Ma等一批成矿年龄，指示了古近纪期间的主成矿事件。基于区内构造—沉积演化特征，初步构建了DL铀矿带青山口组四阶段的多元流体耦合叠加铀成矿过程：① 沉积—成岩预富集阶段；② 嫩江期末构造反转初始成矿阶段；③ 古近纪热液流体改造成矿阶段；④ 新近纪叠加改造阶段。该研究对盆地下一步的铀矿找矿和后期地浸开采具有重要指导意义。

松辽盆地西南部钱家店凹陷自20世纪90年代首次在姚家组发现钱家店矿床(钱Ⅱ)以来，之后相继发现了宝龙山、钱Ⅲ、钱Ⅳ等大中型砂岩型铀矿(夏毓亮等,2003；万军等,2020)。许多学者对钱家店—宝龙山矿床开展了铀源、构造、沉积、后生蚀变、铀的赋存状态、形成时代、成矿模式及控矿因素等一系列卓有成效的研究(张明瑜等,2005；罗毅等,2012；Bonnetti et al.,2017；Zhao Long et al.,2018；贾立城等,2018；李建国等,2020；杨松林,2020；Rong Hui et al.,2021)，形成了经典的构造剥蚀天窗控矿认识(罗毅等,2012；Chen Zhenyan et al.,2021)。DL铀矿带是区内近年来该理论找矿取得的重大新发现，具有与钱家店—宝龙山矿床较相似的成因(禹宝利等,2020)。该矿带整体呈北东向展布，长约10 km，宽0.5～2 km不等，矿体延伸稳定，规模较大，目前研究程度较低。有学者已对该矿带上白垩统青山口组含矿层砂岩矿石中铀的赋存状态及矿物组成开展了少量刻画(邓刘敏等,2021)，但系统研究仍较为薄弱，对泥岩矿石铀的赋存形式、铀成矿年龄等方面还未有涉及。因此，笔者等以新发现的DL矿带青山口组砂、泥岩矿石为研究对象，全面开展了铀矿物种类及其共(伴)生关系深入剖析，较精确厘定了铀成矿年龄，探讨了区内青山口组多元流体多阶段耦合叠加铀富集成矿机制及过程，以期为进一步深化砂岩型铀矿成因理论认识和红杂色建造铀的富集机理提供矿物学和年代学约束；也可为盆地远景区预测和该矿带下一步地浸开采提供重要的参考依据。

1 地质背景

1.1 区域地质

钱家店凹陷属于松辽盆地西南部开鲁坳陷内的次级负向构造单位(万军等,2020)，是一个在海西期褶皱基底上发育起来的中—新生代断坳转换型叠合凹陷(图1a)。该凹陷呈北东向窄长条带状展布，长约100 km，宽9～12 km，面积约1280 km2(张明瑜等,2005)；研究区位于其东北部。该凹陷具有与盆地相似的断陷、坳陷和构造反转萎缩的三阶段构造—沉积演化过程(李建国等,2020)；基底主要为古生代变质岩系，还包括一些中生代火山岩，海西期和燕山期花岗岩(Liu Jialin et al.,2020)；盖层二元结构明显，主要包括下白垩统义县组(K1y)、九佛堂组(K1jf)、沙海组(K1sh)和阜新组(K1f)；上白垩统泉头组(K2q)、青山口组(K2qn)、姚家组(K2y)、嫩江组(K2n)、四方台组(K2s)和明水组(K2m)；中新统大安组(N1d)和上新统泰康组(N2t)，以及薄层第四系松散沙土堆积物(图1c)；大面积缺失古近系沉积(王伟等,2017；贾立城等,2018)。区域上，盆地基底断裂主要发育NE—NNE、NW、EW和SN向4组，其中以NE—NNE向最发育，EW和SN向断裂形成时间较早。研究区主要发育北东向贯穿基底的F1控凹断裂及其派生的F2、F3次级断裂(图1b)，它们不仅是深部岩浆、热液、油气等物质的上升通道，而且是地下流体的局部排泄区，控制着区内辉绿岩、砂岩型铀矿的形成和空间展布(刘汉彬等,2021)。此外，架玛吐隆起及后期构造挤压作用形成的白兴吐剥蚀天窗对各矿床的空间定位和保存也具有十分重要的控制作用(杨松林,2020)。

图1 松辽盆地西南部钱家店凹陷构造位置(a)、铀矿地质(b)和地层柱状图(c)(王伟等,2017)综合图Fig.1 Tectonic location(a),uranium geology(b) and stratigraphic column(c) of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin (modified from Wang Wei et al.,2017&)

1.2 矿化特征

松辽盆地西南部钱家店凹陷DL铀矿带是区内砂岩型铀矿找矿近年来取得的重大突破，总体具有与钱家店—宝龙山矿床较相似的成矿地质特征和统一的控矿规律(禹宝利等,2020)。矿区主要含矿层青山口组是一套半干旱—干旱气候条件下形成的辫状河流相红杂色碎屑岩建造(图1c)，顶板隔水层为一套厚8～20 m较稳定的泛滥平原相红色泥岩隔水层(Chen Zhenyan et al.,2021)，底板隔水层在西侧为下白垩统义县组红色泥岩，东侧较缺失，多直接角度不整合超覆于石炭系—二叠系变质岩和架玛吐海西期花岗岩体之上(图2)。铀矿化主要赋存于上白垩统青山口组，少量产于上白垩统姚家组，具体产于氧化还原过渡带之间残留的灰色层中(贾立城等，2018)。矿体具有多层板状、层状发育特征(图2)，不发育卷头或翼部矿，埋深一般在450～680 m之间，厚度为2～25 m不等，平均厚度6.22 m，具有由北东往西南逐步加深加厚的趋势(邓刘敏等,2021)；平均品位为0.03%，平米铀量为1.5～10 kg/m2，少量达30多kg/m2，平均4.05 kg/m2；平米铀量是指矿体(层)平面上单位面积内铀金属量，它是由矿体的品位、矿石密度与厚度组成的一个综合性指标。矿石岩性主要为(浅)灰色砂砾岩、(含砾)粗砂岩及中砂岩，少量灰色细砂岩和泥岩。此外，该矿带具有与国内外典型砂岩型铀矿床不同的成矿地质特征：①纵向上，青山口组具有独特的“两红夹一灰”的后生蚀变分带特征，且下氧化带控矿相对更为明显(图2)；②平面上，青山口组不具有明显的地球化学分区，含矿层的绝大多数砂体全部呈红色氧化，仅少量灰色体呈包裹残留状的北东向展布，这导致目前对地下水补给渗流方向判别难度较大，认识并不统一，也一定程度影响了找矿方向的预测；③底部第一层主矿体厚大(图2)，其规模及延伸稳定性最好，而上部的几层矿体多呈鸡窝状、规模较小；④相当一部分主矿体直接产于变质岩或花岗岩等基岩上部约10～20 m的青山口组灰色层中(图2)，并不发育底板泥岩隔水层。

图2 松辽盆地西南部钱家店凹陷DL铀矿带上白垩统青山口组氧化带、灰色层及矿体剖面展布图Fig.2 Profile of oxidation zone,gray layer and ore body from the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin

2 样品采集和分析

本次在钱家店凹陷DL铀矿带不同钻孔中采集了矿石样品共24个，岩性包括不同粒度的灰色、浅灰色砂岩和灰色泥岩。野外首先对这些样品进行了详细的岩性观察、照相及描述；之后，室内分别磨制了光薄片和适合扫描电镜观察的块样(长、宽、高均约为1 cm)；同时，对18件样品依次进行了碎样、Ra测试和全岩U—Pb同位素测年。最后，利用偏光显微镜对光薄片进行大量的岩矿鉴定，圈定出疑似铀矿发育部位；并与块样一起进行了扫描电镜观察、能谱半定量分析和电子探针定量分析。其中，ZEISS sigma300型高分辨率场发射扫描电镜的加速电压为20 kV，工作距离为10 mm，二次电子(SE)成像分辨率：低真空，1.5 nm，30 kV，高真空，1.0 nm，15 kV；背散射条件：30 kV时优于1.5 nm，10 kV优于3.5 nm，放大倍率范围：20～1000000倍；能谱仪型号为OXFORD X-MAX80，脉冲处理器档位为275 kcps，输入计数率在300～450 cps之间，分析元素范围为Be—U。电子探针仪器型号为JXA-8100，加速电压为20 kV，加速电流为10 nA，束斑直径为2～5 μm，采用波谱分析方式；U-Pb同位素测试仪器型号为ISOPROBE-T热表面电离质谱仪和Phoenix热表面电离质谱仪；镭(Ra)元素测试仪器型号为PC-2100氡(镭)分析仪，检测方法和依据为GB/T 13073-2010《岩石样品中226Ra的分析方法射气法》，以上样品处理和分析测试均在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成。

3 结果分析

3.1 矿石岩石、矿物学特征

野外观察发现，矿区青山口组矿石大部分为灰色、灰白色等冷色调的不同粒级砂岩(图3a、b)，少数为冷色调的泥岩和砂砾岩(图3c)。其中，砂岩矿石岩性主要为浅灰色、灰色(含砾)粗砂岩，其次为砂砾岩和细砂岩，少量中砂岩。宏观上，砂岩矿石一般胶结较疏松—疏松(图3a、b)，透水性好，泥质杂基充填，少量钙质胶结致密；其分选性中等—较好，磨圆度中等—偏差，碎屑成分由石英、火山岩屑和长石组成，成分成熟度偏低，属于长石岩屑砂岩(张宾等，2020)；砂岩矿石通常发育较强烈的白色高岭石化(图3a)，局部肉眼可见少量细分散状、团块状、(短)条带状的碳屑，但很少见黄铁矿，还原容量一般。泥岩矿石分布较少，主要呈深灰色(图3c)、灰色，块状致密，透水性差，后生蚀变弱；内部有时见较多杂乱分布的黑色碳质碎屑，沿层理面发育，偶见细粒黄铁矿，具较高的还原容量(丁波等,2020)。微观上，砂岩矿石碎屑多呈次棱角状(图3d)，单晶石英和中酸性火山岩屑含量高(图3d—f)，长石主要为聚片双晶斜长石(图3d)、格子双晶的微斜长石和具条纹双晶的条纹长石(图3f)，少量条带状白云母压实变形(图3e)；颗粒间多为点—线接触，颗粒支撑结构，呈孔隙—接触式胶结；同时，砂岩中常发育较多分散状的自形—半自形碳酸盐矿物(图3d、e)，成分主要为白云石和铁白云石，且对碎屑颗粒具有一定的交代作用(图3e)，指示了其后生成因；岩石中局部还可见浸染状或短条带状的有机质；黄铁矿含量较少，其形貌及分布特征主要有两种：一种为分散的胶状黄铁矿(图3g)，另一种为草莓状黄铁矿(图3h)；局部可见大量胶状黄铁矿集合体呈胶结形式产出。镜下特征显示，泥岩矿石具有与砂岩相似的碎屑物质组成，主要为石英和火山岩屑(图3i)，其次为长石，成分成熟度和结构成熟度均较低，指示其为泛滥平原相沉积成因(贾立城等,2018)；内部常含较多细分散状的碳屑及少量黄铁矿和碳酸盐矿物。

图3 松辽盆地西南部钱家店凹陷DL铀矿带上白垩统青山口组不同岩性矿石宏观及微观特征Fig.3 Macro and microscopic characteristics of ores with different lithologyfrom the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin(a) 浅灰色粗砂岩矿石，分选性较好，99-5，488.85 m；(b) 灰色细砂岩矿石，135-1，680 m；(c) 深灰色泥岩矿石，19-17，559 m；(d) 岩屑砂岩，含碳酸盐、有机质，135-1；(e) 岩屑砂岩，含碳酸盐，97-5-1，547 m；(f) 岩屑砂岩，97-5-3，546 m；(g) 分散胶状黄铁矿，97-5-1；(h) 草莓状黄铁矿集合体，135-1；(i) 泛滥平原相含碳酸盐结核体的粉砂质泥岩，19-11，563.2 m；Q—石英；De—岩屑；OM—有机质；Cb—碳酸盐矿物；Ms—白云母；Py—黄铁矿；Mc—微斜长石(a) Light gray coarse sandstone ore with well sorting,99-5,488.85 m；(b) gray fine sandstone ore,135-1,680 m；(c) dark gray mudstone ore,19-17,559 m；(d) lithic sandstone,containing carbonate and organic matter,135-1；(e) lithic sandstone with carbonate,97-5-1,5475 m；(f) lithic sandstone,97-5-3,546 m；(g) dispersed colloidal pyrite,97-5-1；(h) pyrite framboid,135-1；(i) silty mudstone,19-11,563.2 m.Q—quartz；De—rock fragments；OM—organic matter；Cb—carbonate；Ms—muscovite；Py—pyrite；Mc—microcline

3.2 泥岩矿石铀的赋存形式

扫描电镜观察及能谱分析结果显示，泥岩矿石中的铀主要为沥青铀矿，其次为含铀钛矿物，少量吸附态铀(图4)；其中，沥青铀矿多呈非晶态胶状形式产于钾长石、岩屑等碎屑颗粒的溶蚀孔洞(隙)和杂基中(图4a、b)，部分呈弥散状吸附沉淀在高岭石等黏土矿物粒间孔隙(图4c)；其次，局部可见大量沥青铀矿与成矿期细粒状黄铁矿密切伴生，并穿插成岩期缓慢形成的粒径较大的矿前草莓状黄铁矿(图4d)；部分含砂泥岩矿石还遭受了一定的后期流体改造，可见早期形成于长石孔隙中沥青铀矿被更晚期的黄铁矿完全包裹(图4e)，部分沥青铀矿赋存在热液成因铁白云石的边部，而相对晚期的矿后黄铁矿周边不含铀(图4f)。含铀钛矿物通常晶体形态差，其中铀与钛含量呈“此消彼长”的关系，镜下亮白色铀与灰色钛呈杂乱交织显示(图4g)。

图4 松辽盆地西南部钱家店凹陷DL铀矿带上白垩统青山口组泥岩矿石中铀的赋存形式Fig.4 Uranium occurrence for the mudstone ore of the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin(a)钾长石孔隙中的沥青铀矿；(b) 钾长石、石英细颗粒与沥青铀矿；(c) 高岭石粒间产沥青铀矿；(d) 铀与黄铁矿细颗粒共生，包裹早期草莓状黄铁矿；(e) 黄铁矿包裹早期沥青铀矿；(f) 铁白云石周边含铀，伴生黄铁矿；(g) 含铀、钛的混合物。Pit—沥青铀矿；Kfs—钾长石；Q—石英；Py—黄铁矿；Klm—高岭石；Ank—铁白云石(a) Pitchblende occurred in pores of potassium feldspar；(b) pitchblende associated with fine potassium feldspar and quartz；(c) pitchblende existed within the kaolinite intergranular；(d) pitchblende associated with ore-stage pyrite,wrapped by pre-ore pyrite framboids；(e) pyrite wrapped early pitchblende；(f) pitchblende occurred around the ankerite,and associated with pyrite；(g) U—Ti bearing mixtures.Pit—pitchblende；Kfs—potassium feldspar；Q—quartz；Py—pyrite；Klm—kaolinite；Ank—ankerite

3.3 砂岩矿石铀的赋存形式

根据扫描电镜观察、能谱及电子探针分析结果得出，砂岩矿石中铀也主要是以沥青铀矿的形式存在，其次为含铀钛矿物，少量含铀、锆、硅混合物，含铀碳酸盐矿物和吸附态铀(图5)。背散射图像显示，铀主要与有机质、黏土矿物、黄铁矿、铁白云石及含钛矿物关系密切，但并不与具体某种物质呈严格的相关关系。其中，砂岩中可见两种有机质(图5a)，早期深灰色有机质属于沉积成因碳质碎屑(Rong Hui et al.,2021)，内部常含较多沥青铀矿(图5a)，有的边缘含较多弥散状铀(图5b—e)，往内部逐渐减少，它们均是原生沉积碳屑在成矿阶段对地下水中铀吸附还原沉淀的(谢惠丽等,2020)；另一种有机质常呈暗黑色浸染状、条带状或团块状分布(图5a—b)，有时候包裹在早期碳质碎屑周边，其内部常不含铀，可能是早期碳屑在后期受热改造变质形成的沥青质(Kochkin,2020)。矿石中铀与黏土矿物关系显示，有的沥青铀矿呈微纳米级球状产在片状六方形高岭石的边部(图5f)或书页状高岭石的粒间，还可见热液成因非晶态含铀、锆、钛混合物与书页状高岭石密切共生(图5g)，呈港湾状产出；而有的沥青铀矿则只赋存于长石发生碱性蚀变的絮状、蜂窝状次生蒙脱石中，而周边的高岭石不含铀(图5h)；表明砂岩可能具有不同酸碱性和不同温度流体多阶段成矿作用(刘章月等,2016;李建国等,2020)。此外，可见少量铀仅被吸附在絮状蒙脱石表面(图5i)，边部书页状高岭石却不吸附铀，显示出蒙脱石较高岭石具有更高的吸附铀的能力(丁波等,2020)。

图5 松辽盆地西南部钱家店凹陷DL铀矿带上白垩统青山口组砂岩矿石铀—有机质—黏土矿物赋存关系Fig.5 Occurrence relationship between uranium,organic matter and clay minerals for sandstone ore of the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin(a)早期碳屑有机质内部含大量沥青铀矿，被晚期有机质包裹；(b—e) 碳屑颗粒边缘含沥青铀矿；(f) 书页状高岭石边缘赋存沥青铀矿；(g) 书页状高岭石粒间产含铀、钛、锆、硅的胶状混合物，伴生胶状黄铁矿；(h) 蜂窝状蒙脱石含沥青铀矿；(i)絮状蒙脱石边缘吸附铀。Pit—沥青铀矿；OM—有机质；Py—黄铁矿；Sm—蒙脱石；Klm—高岭石(a) Pitchblende coexists with carbonaceous debris,wrapped within late homogeneous organic matter；(b—e) pitchblende occurred around the carbonaceous debris；(f) pitchblende existed on the edge of leaf-shape kaolinite；(g) U—Ti—Zr—Si mixtures developed within the intergranular of book-like kaolinite,associated colloidal pyrite；(h) pitchblende occurred around the honeycomb montmorillonite；(i) pitchblende existed on the edge of flocculent montmorillonite.Pit—pitchblende；OM—organic matter；Py—pyrite；Sm—montmorillonite；Klm—kaolinite

根据黄铁矿与铀矿之间的关系(Bonnetti et al.,2017)，砂岩矿石中也存在成矿前、成矿期和成矿期后三期不同类型的黄铁矿(图5、图6)。背散射图件结果显示，矿前黄铁矿形成于沉积成岩期，含量少，主要呈草莓状，其次为少量细分散的胶状，其边部通常不含或少含铀；矿期黄铁矿与铀关系密切，可见亮白色胶状沥青铀矿内部包裹一些细粒胶状黄铁矿(图6a)，两者呈先后析出或交代的关系。矿后期黄铁矿含量高，主要呈胶状，边部均不含铀或包裹早期形成的铀矿物(图5g、图6b)。矿石中铀与热液成因铁白云石关系密切是其与国内其它矿区铀赋存形式不同的一大显著特征，镜下可见大量胶状沥青铀矿产于铁白云石边部(图6b)或细粒自形石英颗粒表面(图6c)，有的还形成了自形富铀碳酸盐矿物(图6c)，并在周边伴生含铀的高岭石(图5f)；这亦是后期富CO2碱性热液流体改造的结果(Ma Pengjie et al.,2021)。此外，矿石中还含较多含铀钛矿物，部分还保留了锐钛矿的原生网格状、柱状晶体结构(图6d)，部分发生了铀自边缘往内部逐渐交代的作用(图6e)。因此，早期蚀源区母岩经风化、搬运、沉积形成的含钛矿物(如锐钛矿、钛铁矿或金红石)在过渡带成矿阶段的还原环境下对含铀含氧水中的铀发生较低温吸附—还原—交代作用是其富铀机制之一(Pointer et al.,1989；丁波等,2020)；可能也含少量热流体作用形成的钛铀矿。

图6 松辽盆地西南部钱家店凹陷DL铀矿带上白垩统青山口组砂岩矿石铀—黄铁矿—铁白云石—含钛矿物的赋存关系Fig.6 Occurrence relationship of uranium,pyrite,ankerite,titanium bearing minerals from sandstone ores of the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin(a)沥青铀矿与矿期黄铁矿交织共生；(b) 铁白云石周边产沥青铀矿；(c) 自形含铀铁白云石；(d) 含铀锐钛矿；(e) 铀自边缘往内部逐渐交代锐钛矿。Pit—沥青铀矿；Pit—沥青铀矿；Q—石英；Py—黄铁矿；Klm—高岭石；Ank—铁白云石(a) Pitchblende coexistence with ore-stage pyrite；(b) pitchblende occurred on the edge of ankirite；(c) automorphic uranium bearing iron dolomite；(d) uranium bearing anatase；(e) anatase gradually metasomatized by uranium from the edge to the inside.Pit—pitchblende；Q—quartz；Py—pyrite；Klm—kaolinite；Ank—ankirite

进一步的电子探针测试结果显示(表1)，砂岩矿石中沥青铀矿的UO2为69.53%～71.71%，SiO2为1.42%～2.18%，CaO为1.71%～3.12%，P2O5为1.46%～1.56%，ZrO2含量为4.48%～5.59%，TiO2为1.67%～1.91%；此外还含痕量的Al2O3、FeO、MnO等杂质。此次电子探针成分分析总量为84.71%～87.06%，总量偏低，具体原因见文献谢惠丽等(2020)。

3.4 铀成矿时代

盆地砂岩型铀矿一般形成于动态的低温开放系统，铀的化学沉淀富集方式与热液型铀矿完全不同，前苏联称之为水成铀矿床(Kochkin,2020)。该类型矿床成矿在地质历史过程中既具有长期连续性，又具备幕式性，矿石始终遭受了后期流体的不断改造作用，U—Pb体系处于不完全封闭状态，铀、铅同位素处于或捕获或丢失状态(Golubev et al.,2013)，其成矿年龄的厘定一直是一个世界难题(Corcoran et al.,2020)。目前，砂岩铀矿定年总体上存在两种方法(张晓等,2020；林效宾等,2020)：①全岩或单矿物的U—Pb同位素溶蚀法(TIMS)，即稀释—热电离质谱测年；②原位微区测年：包括电子探针(EMPA)、激光剥蚀电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MS)、二次离子质谱(SIMS)。然而，由于矿石品位低、单矿物挑选困难且颗粒小、铀矿物内部元素和同位素分布不均一性、基体效应等诸多因素影响，原位微区定年方法当前仍存在较大的不确定性和难于操作性，技术应用还不太成熟。因此，利用传统的基于铀—镭平衡校正铀含量以消除铀迁移的全岩U—Pb同位素溶蚀法定年仍不失为一种较好的测年方法选择(夏毓亮等,2003)；它一定程度上消除了近代地下流体改造对成矿时代的影响，获得的年龄相对更切合地质事实(黄少华等,2020)，也是目前应用范围最广、效果较好的定年技术。

表1 松辽盆地西南部钱家店凹陷DL铀矿带上白垩统青山口组铀矿物电子探针测试结果(%)

本次对采自DL矿带3口钻孔的18个砂岩矿石样品开展了全岩铀—铅同位素定年，铀、镭及同位素测试结果见表2。由表2可得，砂岩矿石铀的非均质性强，含量为(62.9×10-6～6186×10-6)，Pb含量为(13.1×10-6～75.3×10-6)，Ra含量变化较大，为0.983～49.9 Bq/g，n(238U)/n(204Pb)为253.786～15115.86，n(208Pb)/n(204Pb)为38.68～38.806，n(n(207Pb)/n(204Pb)为15.736～20.399，n(206Pb)/n(204Pb)为20.844～104.031。通过对钻孔ZK兴97-7的1、2、7、9、11、14样品未进行Ra校正拟合得出了32.2±3.9 Ma的U—Pb等时线年龄，MSWD为1.4，年龄相对较可靠，是始新世末—渐新世初的成矿响应(图7a)；通过对钻孔ZK兴125-9-12的1、2、3、4号样品不进行Ra校正拟合得出相对更年轻的23.9±2.8 Ma的U—Pb等时线年龄(图7a、b)，MSWD为1.8，数据较可靠，是渐新世末构造隆升事件下的铀成矿作用；进一步联合对钻孔ZK兴125-9-11的1、3、4、5样品和ZK兴125-9-12的3、4样品进行Ra校正后拟合得出50.6±1.6 Ma的U—Pb等时线年龄(图7c)，指示了始新世早期的成矿作用。

图7 松辽盆地西南部钱家店凹陷DL铀矿带上白垩统青山口组砂岩铀成矿等时线年龄Fig.7 Isochron ages of sandstone oresfor the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin

表2 松辽盆地西南部钱家店凹陷DL铀矿带上白垩统青山口组矿石全岩U-Pb同位素测试结果Table 2 U-Pb isotopic results of whole ores from the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin

与此同时，林效宾等(2020)认为可以进一步利用n(238U)—n(206Pb)和n(235U)—n(207Pb)等时线年龄、n(206Pb)/n(204Pb)、n(207Pb)/n(204Pb)图解及初始铅同位素组成等指标对成矿年龄地质意义进行综合判定，之后利用“平行”等时线方法理论上可计算出更准确的砂岩成矿年龄。本次通过该处理方法重新对钻孔ZK兴97-7的6、11、14号样品进行Ra校正后拟合得出了n(238U)—n(206Pb)和n(235U)—n(207Pb)等时线年龄为26.0±2.7 Ma、27.0±4.0 Ma(表3，图8)；对125-9-11-3号和125-9-12-5号样品进行Ra校正后拟合得出了n(238U)—n(206Pb)和n(235U)—n(207Pb)等时线年龄为28.7±3.5 Ma、26.2±5.3 Ma(表3，图8)。以上所有的n(238U)—n(206Pb)和n(235U)—n(207Pb)年龄基本一致，可靠性较好，均代表了始新世中晚期的成矿。

图8 松辽盆地西南部钱家店凹陷DL铀矿带上白垩统青山口组n(238U)—n(206Pb)(a)和n(235U)—n(207Pb)(b)年龄图解Fig.8 n(238U)—n(206Pb) (a) and n(235U)—n(207Pb) (b) ages for the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin

表3 松辽盆地西南部钱家店凹陷DL铀矿带上白垩统青山口组成矿年龄统计表Table 3 Metallogenic ages for the Upper Cretaceous Qingshankou Formation of the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin

4 讨论

4.1 多元流体铀富集机制

砂泥岩矿石铀的赋存状态研究表明，DL矿带青山口组地质历史中存在不同性质的多元流体叠加铀富集成矿作用。泥岩通常在压实固结成岩后胶结致密(图3c)，不透水，后期流体改造弱，更能代表目的层沉积—成岩阶段的铀沉淀富集机制(秦明宽等,2017)。本次泥岩矿石中的铀大多呈细分散状分布在蚀变钾长石和火山岩屑表面或孔洞(孔隙)中(图4a、b)，可见书页状高岭石发育且局部吸附含铀(图4c)，且沥青铀矿与矿期黄铁矿密切共(伴)生(图4d)；以上这些均指示了青山口组灰色泥岩在沉积—成岩过程中发生了弱酸性还原孔隙流体控制的铀吸附还原沉淀作用(图9)，即沉积碳屑有机质在此埋藏压实过程中发生了厌氧菌硫酸盐还原作用(BSR)，生成了有机酸、CH4、H2S等酸性还原流体，导致了长石、岩屑等碎屑酸性溶蚀(张宾等,2020)，高岭石生成以及黄铁矿和铀矿的先后还原沉淀(Goswami et al.,2017)。相应的，这一铀预富集作用也会在青山口组灰色含碳屑砂体中发生。

砂岩矿石镜下可见书页状高岭石普遍发育(图5h)，其中大量沥青铀矿多赋存在长石、岩屑溶蚀孔洞或孔隙中(图5a)，有的与碳屑有机质(图5a—e)、书页状高岭石(图5f、g)、胶状细粒黄铁矿(图6a)共(伴)生关系密切；尽管很难获取它们的具体成矿时间，但以上现象表明砂岩中至少发生过一期与弱酸性还原流体有关的铀沉淀富集作用(李建国等,2020)。根据区内构造—沉积演化特征，推测砂岩中酸性还原流体具有两种来源：①同沉积—成岩阶段和晚期成矿阶段本身碳屑有机质微生物降解生成的有机酸；②嫩江期末和明水期末两期强构造挤压作用导致深部酸性烃类流体逸散渗出(Zhao Long et al.,2018)，这也是区内矿带主要发育在高岭石含量变化梯度带上的重要原因之一。

扫描电镜结果表明，砂岩矿石和含砂泥岩矿石中均存在一期明显的碱性还原热液流体叠加改造成矿作用(Ding Bo et al.,2020)，时间晚于酸性还原流体成矿；其证据主要有：可见亮白色沥青铀矿大量富集在热液成因铁白云石边缘(图4f，6b)，有的形成了自形含铀碳酸盐矿物(图6c)，并与早期形成的高岭石—沥青铀矿组合共(伴)生(图6c)；周边钾长石常发生了蒙脱石化或伊利石化，且可见细粒自生石英颗粒及次生蒙脱石表面富铀(图5h、i，6c)；热液成因胶状黄铁矿包裹早期富集在钾长石孔隙的沥青铀矿(图4e)；吸附沉淀在书页状高岭石的早期铀矿物被碱性热液改造形成港湾状分布的含铀、锆、硅、钛的混合物(图5g)；电子探针分析结果也显示(表1)，沥青铀矿均含一定量的ZrO2。该期富集成矿作用主要与区内古近纪期间基性岩浆岩侵入形成辉绿岩事件有关(刘汉彬等,2021)。其机制主要为岩浆期后富CO2碱性还原流体渗出至青山口组含矿砂体中，对其中的石英、黑云母、钾长石，锆石、磷灰石、含钛矿物等各类碎屑发生了压熔作用，致使大量Fe、Mg、Mn、P、Zr、Ti、Si等离子进入热液流体中(Pointer et al.,1989；René,2008；Ming et al.,2016；Ma Pengjie et al.,2021；丁波等,2021)，并导致早期铀矿溶解度增强，重新溶解形成碳酸铀酰离子；随着温度、碱度和CO2逸度的逐渐降低，自生石英细粒、次生成因蒙脱石或伊利石、铁白云石、富铀碳酸盐矿物、沥青铀矿、U—Zr—Si—Ti混合物(René,2008)、矿后黄铁矿等相继生成(Rong Hui et al.,2021)、沉淀共(伴)生富集(图9)。此外，热事件还会导致砂体中原生碳屑的热降解排烃，生成暗黑色沥青质(图5a、b)和还原性气体(刘章月等,2016)，进一步促进铀的就地沉淀富集。

图9 松辽盆地西南部钱家店凹陷DL铀矿带上白垩统青山口组多元流体多阶段耦合叠加铀成矿演化序列Fig.9 Multi-stage coupling uranium metallogenic evolution sequence by multi-fluids for the Upper Cretaceous Qingshankou Formation in the DL uranium mineralized belt of the Qianjiadian Sag,southwestern Songliao Basin

4.2 青山口组多阶段铀成矿过程

基于本次砂泥岩矿石铀的赋存形式和成矿时代研究结果，结合区内中新生代构造—沉积—古气候演化过程，初步构建了DL铀矿带多元流体多阶段耦合叠加铀成矿过程。

(1)沉积—成岩预富集阶段:青山口组沉积时期，自盆地南缘蚀源区发育了一条北东向的辫状河纵向河道，受东北侧架玛吐隆起的围限、堵水作用(图1b)，多物源和各水流汇聚在隆起的西南侧一带(Liu Jialin et al.,2020)，导致研究区存在南部山脉提供的辫状河道相外部物源和架玛吐隆起提供的冲积扇相内部物源双源供给，沉积层部分地段直接超覆在架玛吐隆起之上；且这些部位水体明显更深，发育了原生含碳屑和少量黄铁矿的灰色河道砂体和河道间湾泥岩(图3)。随后，这些灰色体在姚家期—嫩江期的埋藏压实成岩过程中发生了有机质的成熟演化作用(Bonnetti et al.,2017)，导致了地层中弱酸性后生蚀变及铀的预富集作用(图4、图5)。

(2)构造反转初始成矿阶段:嫩江期末，受东部太平洋板块的俯冲作用，松辽盆地发生坳陷沉积以来的首次较弱的构造挤压反转(王伟等,2017)；研究区也受此影响，发生了地层弱挤压变形，白兴吐天窗开始具备雏形，深部酸性油气流体幕式逸散渗出(Zhao Long et al.,2007)，提高了目标层的还原容量。此时，青山口组接受了浅部含氧含铀水的补给，并在凹陷中央构造剥蚀天窗及周边的断裂处排泄，形成完善的局部地下水补—径—排体系(秦明宽等,2017)，从而在目的层底部发生后生氧化—还原成矿作用(图9)，。明水期末的强烈构造反转再次导致深部酸性烃类流体沿断裂渗出至青山口组，含矿层的还原容量被进一步提高(Chen Zhenyan et al.,2021)，并在之后重新发生了层间氧化还原成矿作用。

(3)热液流体改造成矿阶段:古近纪成矿期间的某个阶段，研究区发生了一期大规模的辉绿岩侵入事件(罗毅等,2012)(图1b)，伴随了大量的碱性还原热液流体，进而打断了酸性还原流体铀成矿作用，破坏了区内的地下水化学和水动力系统，对早期形成的矿体发生了叠加改造(图4e、f，图6b、c)，对应于此次测得的一期50.6±1.6Ma热液改造成矿年龄(图7c，图9)，这与诸多学者得出的50 Ma左右的辉绿岩侵入时间基本一致(刘汉彬等,2021)。

(4)叠加改造阶段:随着凹陷不断抬升萎缩，在古近纪末或新近纪早期，研究区东侧架玛吐隆起和白兴吐构造剥蚀天窗的嫩江组被逐步剥蚀殆尽(图1b)，青山口组目的层此时在这些窗口开始由渗出作用转变为补给渗入作用，进而发生了一定量浅部含铀含氧水的渗入补给(夏毓亮等,2003)，不仅形成了上部氧化带及其伴生的铀矿体(图2)，同时对早期矿体起到了叠加改造作用(图9)。该期成矿时间对应于本次测得的32.2±3.9 Ma、27±4 Ma、26±2.7 Ma、23.9±2.8 Ma等一系列成矿等时线年龄(图7a、b，图8)，指示了始新世末—渐新世早期的成矿事件。

5 结论

(1)松辽盆地西南部钱家店凹陷DL铀矿带上白垩统青山口组砂泥岩矿石中铀均主要以胶状、微细粒状沥青铀矿独立矿物形式存在，其次为含铀钛矿物，少量含铀、锆、硅混合物、含铀碳酸盐矿物和吸附态铀；空间位置上与有机质、高岭石、蒙脱石、铁白云石、黄铁矿和含钛矿物等关系密切。

(2)矿物共伴生关系表明，青山口组存在与早期酸性还原流体和晚期碱性热液还原流体有关的两种铀富集成矿作用，分别伴随了长石、岩屑溶蚀、高岭石化、碳屑有机质生物降解、黄铁矿化等酸性蚀变和碳屑热解生烃、伊利石化、蒙脱石化、硅化、铁白云石化、黄铁矿化等碱性热液蚀变改造。

(3)厘定出区内青山口组50.6±1.6 Ma、32.2±3.9 Ma、27±4 Ma、26±2.7 Ma、23.9±2.8 Ma等一系列新的成矿等时线年龄，代表了区内古近纪的主成矿事件；进而构建了多元流体四阶段的板状铀成矿模式：①晚白垩世青山口期—嫩江期的沉积—成岩预富集阶段；②晚白垩世嫩江期末—明水期末的多幕式构造反转—烃类流体渗出耦合初始成矿阶段；③古近纪期间的深部热液流体改造成矿阶段；④古近纪末以来的表生流体叠加改造阶段。

致谢：感谢核工业二四三大队在野外矿石样品采集、资料提供方面给予的帮助和支持以及林效宾高工在成矿年龄数据处理方面给予的指导！同时，衷心感谢审稿专家对本文提出的建设性意见！