松辽盆地南部钱家店铀矿床钱Ⅱ块元素地球化学特征研究

任锦荣，夏毓亮，张振强

(1.中核通辽铀业有限责任公司，内蒙古 通辽 028000；2.核工业北京地质研究院，北京 100029；3.核工业二四○研究所，辽宁 沈阳 110032)

钱家店铀矿床位于内蒙古通辽市科尔沁区，是中国屈指可数的大型可地浸铀矿床。矿床受“晚白垩世姚家期辫状河道洼地、晚白垩世嫩江期末反转隆升剥蚀构造天窗、NNE向贯通性基底断裂”三位一体控制，属同生沉积后生叠加复成因型；历经了同生沉积成矿、油田流体叠加成矿和含氧含铀流体叠加成矿3个阶段[1-2]。铀矿化产于上白垩统姚家组砂岩中，以吸附铀形式为主[3]。

前人对于钱家店铀矿床的铀矿石常量元素、伴生元素，及微量元素研究不够深入。而矿床元素地球化学特征是揭示成矿作用的良好标志，研究矿石元素地球化学特征、分布规律，有利于探索元素地球化学与铀成矿的关系，可进一步提高对铀成矿特征的认识，并推断成矿过程、成矿作用[4-7]，从而为该地区砂岩型铀矿找矿提供更有利的依据。

铀矿石中Re、Sc等伴生元素是战略性矿产，因此，结合钱家店矿床独特的CO2+O2地浸开采工艺，选取钱家店矿床钱Ⅱ块钻孔样品进行元素组合特征分析，对实现矿床综合开采具有战略和国民经济意义。

1 矿床地质特征

钱家店铀矿床处于开鲁坳陷钱家店凹陷中，地层自下而上为上白垩统青山口组(K2qn)、姚家组(K2y)及嫩江组(K2n)。钱家店铀矿床进一步分为钱Ⅰ、钱Ⅱ、钱Ⅲ、钱Ⅳ等块段[8](图1)。

铀矿化主要产于姚家组下段，其次为上段。矿体产状与地层基本一致，倾角2～8°。矿体形态多为板状、透镜、不规则状。矿体埋深为174.10～520.55 m。矿石平均品位为0.028 7%，平均厚度为5.65 m。含矿主岩以灰色细砂岩为主，部分为中砂岩。

1—新近系泰康组；2—上白垩统嫩江组；3—上白垩统姚家组；4—下白垩统阜新组；5—基性岩脉；6—海西期花岗岩；7—地质界线；8—盆地边界线；9—一级构造单元界线；10—二级造单元界线；11—推测性质不明断层；12—正断层；13—砂岩型铀矿床；a—研究区所处构造单元图；b—矿区区块划分图。图1 钱家店铀矿床地质图Fig.1 Geological map of Qianjiadian uranium deposit

2 样品采集与分析测试

2.1 样品采集

为了确保样品的代表性、可靠性和完整性，共对42个钻孔按规范要求和方法进行取样(图2)。取样要求和方法：1)钻孔矿芯采取率85%以上，取样钻孔的分布在平面上具有代表性；2)沿倾向对矿体增加取样密度；3)用清水洗刷岩(矿)芯表面污染，根据地质物探编录并参照伽马测井曲线确定样品的分段，对不同强度、不同岩性、不同颜色的矿芯分别采样；4)样品长度一般为0.2～0.5 m，多数为0.2～0.4 m；5)主要采用劈心法取样；在矿化特别均匀的矿段，有少数样品采用拣块法取样；6)保持取样段连续，取样段一般均穿过矿体厚度，并在围岩(矿体两侧)取1～2个样品。

2.2 分析测试

2.2.1 U、Th、伴生元素、微量元素分析

依据封闭酸溶ICP-MS法，使用电感耦合等离子体质谱仪NexION 350D，分析U、Th、伴生元素和微量元素。

称取0.05～0.10 g样品封闭于溶样器的内罐中，加水润湿，依次加入氢氟酸、硝酸，密封;将溶样器放入烘箱中，于185 ℃加热24 h后取出内罐，置于电热板上加热蒸至近干;稍冷后，加入混合酸(硝酸、盐酸、氢氟酸、高氯酸、硫酸)，加热蒸至近干;再加入2 mL硝酸蒸至近干，重复操作此步骤2次;然后加入5 mL(1+1)硝酸，再次密封，放入烘箱中，于130 ℃加热3 h;冷却后，取出内罐，将溶液转移至50 mL容量瓶，定容，ICP-MS法测定。

1—钻孔；2—采样位置。图2 采样分布平面图Fig.2 Sample distribution diagram

2.2.2 Al2O3、CaO、Fe2O3等分析

依据四酸分解ICP-OES法，使用电感耦合等离子体发射光谱仪(7300DV)，分析Al2O3、CaO、Fe2O3、K2O、MgO、MnO、Na2O、TiO2和P2O5。

称取0.1 g(精确至0.000 1 g)试样置于聚四氟乙烯坩埚中，用几滴水润湿，加入10 mL盐酸和10 mL硝酸，盖上坩埚盖后，置于控温电热板上，于110 ℃加热1 h；取下坩埚盖，加入5 mL氢氟酸及2 mL高氯酸，盖上坩埚盖，于110 ℃加热2 h；升温至130 ℃，加热2 h，取下坩埚盖，升温至160～180 ℃，待高氯酸烟冒尽，取下冷却；加入5 mL(1+3)HCl溶解盐类后，移至20 mL塑料比色管中，ICP-OES法测定。

2.2.3 FeO分析

采用重铬酸钾容量法分析FeO。称取0.5 g试样于铂坩埚中，经硫酸、氢氟酸溶解后，加入过量的硼酸配合氟，在硫酸-磷酸介质中，以二苯胺磺酸钠为指示剂，用重铬酸钾标准溶液滴定至紫色。

2.2.4 SiO2分析

采用氟硅酸钾容量法分析SiO2。称取0.1 g试样于镍坩埚中，经氢氧化钾碱熔后，在硝酸介质和过量氯化钾存在下，加入氟化钾，使其与试液中的硅生成氟硅酸钾沉淀；过滤，调pH至中性后，在沸水中水解生成氢氟酸；用酚酞做指示剂，用标准氢氧化钠溶液滴定至红色终点。

2.2.5 pH、Eh测定

使用酸度计，按照《饮用天然矿泉水检验方法》(GB/T 8538.6—2016)测定pH，按照《地下水质检验方法》(DZ/T 0064.7—1993)测定Eh。

3 常量元素地球化学特征

钱Ⅱ块姚家组富矿石与贫矿石的常量元素组成特征见表1。

姚家组上段的砂岩富矿石富SiO2，平均含量为76.52%；贫Al2O3，平均含量为9.94%；CaO低，平均含量为1.03%；富FeO，平均含量为1.83%；w(Fe2O3)/w(FeO)低，平均为0.53；S含量较高，平均含量为1.08%。富矿石中的S含量明显高于其在贫矿中的含量，这与富矿石富含黄铁矿有关。富矿石的平均pH为7.28，ΔEh为44.63 mV，反映其形成于弱碱性的还原环境。贫矿石(铀含量0.01%～0.1%)的CaO、MgO和烧失量明显增高，反映胶结物中方解石、白云石含量高。

姚家组下段的砂岩富矿石，SiO2偏低，平均含量为65.92%；富Al2O3，平均含量为12.24%；CaO高，平均含量为4.80%；且其烧失量大，平均为6.88%，这反映矿石胶结物中碳酸盐(CaCO3)较高。此外，矿石富FeO，平均含量为1.71%；w(Fe2O3)/w(FeO)为0.67；S的平均含量为0.55%，明显高于贫矿石，也与富矿石富含黄铁矿有关。富矿石的平均pH为8.97，ΔEh为41.50 mV，反映形成于碱性的还原环境。

杂色砂岩贫矿石与灰色砂岩富矿石相比，SiO2、Al2O3、K2O含量明显偏低；Fe2O3含量明显增高，平均为1.72%；w(Fe2O3)/w(FeO)高，为1.38；S含量低，平均为0.28，与贫矿石中黄铁矿低有关。pH为9.42，ΔEh为32.86 mV，反映杂色砂岩贫矿石形成于碱性偏氧化的环境。

4 伴生与微量元素地球化学特征

钱Ⅱ块伴生元素具有一定的分带性。由氧化带到过渡带，趋向富集的元素主要为U、亲石元素Ba、亲硫元素Ni和性质活跃的U伴生变价元素Mo、V和Re等[9]。Re与铀的分布基本吻合，产于氧化还原过渡带；硒、钪主要分布于氧化带的前缘及过渡带的后方[10]。

4.1 伴生元素特征

4.1.1 铼(Re)

含矿砂体中Re平均含量为0.639×10-6(表2)。在个别钻孔样品中含量非常高，例如第1组灰色细砂岩富矿石(5个样品组合，w(U)=1 732.5×10-6)中的w(Re)=11.80×10-6，第2组灰色细砂岩富矿石(5个样品组合，w(U)=1 212.0×10-6)中的w(Re)=5.50×10-6，第3组灰细砂岩富矿石(4个样品组合，w(U)=1 045.0×10-6)中的w(Re)=1.080×10-6，第4组灰色中细砂岩富矿石(3个样品组合，w(U)=963.0×10-6)中的w(Re)=1.990×10-6。4组样品中的w(Re)都达到综合利用品位(0.2×10-6)[11]。

在矿化带的灰色砂岩中Re强烈富集，且U与Re呈中度正相关，R为0.773(图3)。

图3 U-Re相关图(R=0.773)Fig.3 Correlation diagram of U with Re

4.1.2 硒(Se)

含矿砂体中w(Re)平均为0.4×10-6(表2)，个别样品Se含量较高，如灰细砂岩中w(Se)达2.419×10-6(w(U)平均为325×10-6)；但Se未达到综合利用品位(10×10-6)。U与Se无相关关系，R仅为-0.012(图4)。

图4 U-Se相关图(R=-0.012)Fig.4 Correlation diagram of U with Se

4.1.3 钼(Mo)

含矿砂体中w(Mo)平均为3.223×10-6(表2)，虽个别样品(灰色细砂岩，w(U)平均为1 723.5×10-6)中w(Mo)平均达36.65×10-6，但Mo远低于综合利用品位(100×10-6)。U与Mo呈中度正相关，R为0.640(图5)。

图5 U-Mo相关图(R=0.640)Fig.5 Correlation diagram of U with Mo

4.1.4 钒(V)

铀矿化带含矿砂体中w(V)平均为40.2×10-6(表2)，V远低于综合利用品位(800×10-6)。U与V无明显相关关系，R为0.11。

4.1.5 钪(Sc)

含矿砂体中w(Sc)平均为4.44×10-6(表2)，Sc未达到综合利用品位(7×10-6)。U与Sc无相关关系，R仅为-0.037。

4.2 微量元素特征

矿石中w(Pb)平均为23.73×10-6，w(Zn)平均为55.5×10-6，w(Cu)平均为10.16×10-6，w(Co)平均为5.26×10-6，w(Ni)平均为11.14×10-6，均未达到综合利用品位。w(Y)平均为20.10×10-6，w(Ba)平均为577×10-6、w(Sr)平均为208×10-6、w(Th)平均为9.41×10-6，无明显富集作用[12]。

U与微量元素相关分析见表3。U与Pb高度相关，相关系数R为0.828；U与Ni、Y、Zn中度正相关，R分别为0.659、0.566、0.551；U与Co、Ba低度相关，R分别为0.327、0.319；U与Th、Cu、Se、Sr等元素不相关，R均小于0.30。矿石中的Pb、Zn、Mo与含矿层物源主要来自中酸性火成岩，Co、Ni等元素与矿石中富含黄铁矿有关，表明铀矿环境为弱还原环境。

表3 钱家店铀矿床矿石微量元素与U相关分析Table 3 Correlation analysis of ore microelements of Qianjiadian uranium deposit n-2=100，γ0.05=0.241

5 结论

1)钱家店铀矿床姚家组含矿砂体中，SiO2、Al2O3、CaO、MgO和S含量变化较大，这与矿石的生成环境有关。若矿石富含黄铁矿，硫含量就高。胶结物富含方解石和白云石，CaO、MgO含量较高。杂色砂岩铀矿石中w(Fe2O3)/w(FeO)高，反映矿石形成于氧化环境。

2)U与Re、Mo中度正相关，R分别为0.773、0.640。Re有较强的富集，w(Re)平均为0.639×10-6，部分样品w(Re)达11.80×10-6，达到综合利用品位。w(Mo)平均只有3.223×10-6，远低于综合利用品位。U与Se、V、Sc不相关，平均品位也未达到综合利用品位。

3)U与微量元素Pb高度正相关，R为0.828。U与Ni、Zn、Y中度正相关，R分别为0.659、0.551、0.556。Pb、Zn反映矿层物源为中酸性岩，Ni反映成矿为弱酸性还原环境。