吐哈盆地十紅灘鈾礦床鈾源條件

郝偉林，林效賓，張 發(fā)

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；2.核工業(yè)203研究所，陜西 咸陽(yáng) 712000）

吐哈盆地十紅灘鈾礦床鈾源條件

郝偉林1，林效賓1，張 發(fā)2

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；2.核工業(yè)203研究所，陜西 咸陽(yáng) 712000）

以吐哈盆地十紅灘砂巖型鈾礦床為例，利用U-Pb同位素體系演化特征，計(jì)算含礦砂巖和頂?shù)装迥鄮r的原始鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)及變化系數(shù)，認(rèn)為賦礦地層沉積時(shí)就存在鈾的預(yù)富集，同生沉積碎屑巖和泥巖都是本區(qū)重要的鈾源。結(jié)合古水文地質(zhì)演化和碳-氧同位素特征，認(rèn)為成巖期泥巖壓榨水?dāng)y帶鈾進(jìn)入砂巖含水層，在砂巖中產(chǎn)生鈾的預(yù)富集。

原始鈾含量；鈾源；泥巖；壓榨水

關(guān)于沉積砂巖型鈾礦床鈾源的研究，許多學(xué)者［1-2］認(rèn)為是來(lái)自于蝕源區(qū)和含礦碎屑巖本身，并疊加了深部油田水和構(gòu)造熱液流體的成礦作用［3］。在古水文地質(zhì)演化過(guò)程中，沉積期由于壓實(shí)作用，泥巖含水率大幅度降低，厚度減小，大量壓榨水進(jìn)入砂巖中［4］，這一過(guò)程與鈾成礦的關(guān)系尚未進(jìn)行深入研究。本文以吐哈盆地西南緣十紅灘鈾礦床為例，通過(guò)泥巖原始鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)和變化系數(shù)的計(jì)算，對(duì)砂巖型鈾礦床鈾源條件進(jìn)行了有益的探索。

1 地質(zhì)概況

吐哈盆地北以博格達(dá)山，南以覺(jué)羅塔格山為界，東西長(zhǎng)為600 km，南北寬為50～130 km，面積約4.8×104km2，它位于天山褶皺帶內(nèi)，是一個(gè)不規(guī)則狹長(zhǎng)的中新生代大型內(nèi)陸山間盆地。盆地直接基底為中石炭統(tǒng)迪坎兒組（C2d），主要由黃綠色凝灰質(zhì)砂巖、礫巖、硬砂巖、粉砂巖和薄層灰?guī)r組成；盆地南部蝕源區(qū)還有大面積分布的海西期花崗巖（γ4）；盆地蓋層主要為中-下侏羅統(tǒng)水西溝群（J1-2sh），局部見(jiàn)古近系鄯善群（E2-3sh）。含礦地層為水西溝群西山窯組（J2x），以礫巖、砂礫巖和中粗砂巖為主，頂?shù)装鍨楹駥幽鄮r或泥質(zhì)粉砂巖（圖 1）。

圖1 礦區(qū)地質(zhì)及樣品平面分布圖［5］Fig.1 Geology and sample distribution map of ore district［5］

本研究樣品取自北礦帶西山窯組（J2x）含礦地層上、下泥巖、粉砂巖和砂礫巖中，取樣平面位置圖如圖1所示，挑選新鮮樣品，機(jī)械粉碎至200目。鈾鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用ICPMS方法測(cè)定，鉛同位素比值采用ISOPROBET熱電離質(zhì)譜儀測(cè)定，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

2 U0和ΔU的計(jì)算方法

根據(jù)砂巖和泥巖的U-Pb同位素演化特征，計(jì)算樣品中原始鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而了解這些巖石作為成礦鈾源的供鈾能力。計(jì)算方法為［1］：

巖石中的原始鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

式中：N206Pb/N204Pb——樣品的Pb同位素比值；λ8——238U的衰變常數(shù)，其值為1.551 25×10-10/a；t——巖石的形成年齡，取170 Ma；NPb——樣品Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；N204Pb——樣品中204Pb的原子數(shù)相對(duì)百分?jǐn)?shù)，%；AU——樣品鈾相對(duì)原子質(zhì)量，其值為238.028；APb——樣品鉛相對(duì)原子質(zhì)量； （N206Pb/N204Pb）0——巖石的初始鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)，考慮到泥巖和砂巖同物源，采用本區(qū)砂巖中的初始鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)（N206Pb/N204Pb）0=17.851①。

注：①此數(shù)據(jù)據(jù)夏毓亮，等討論結(jié)果，2003年。

巖石中鈾的近代變化系數(shù)：

式中：wU——樣品現(xiàn)測(cè)鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

利用（1）、（2）式計(jì)算各樣品原始鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)和變化系數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

3 原始鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)：在十紅灘鈾礦床北礦帶中，現(xiàn)今泥巖中平均鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.1×10-6，平均原始鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.1×10-6，平均 ΔU為-53.3%，經(jīng)過(guò)各期次壓實(shí)作用，泥巖中有超過(guò)一半的鈾隨壓榨水進(jìn)入砂巖；氧化砂體也有61.5%的鈾被地下水帶出，導(dǎo)致該砂巖鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低（3.8×10-6）；靠近泥巖的鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖鈾富集達(dá)到58.6%，礦化砂巖和礦石中的ΔU更高［1］。這說(shuō)明含礦砂巖和頂?shù)装迥鄮r在沉積時(shí)預(yù)富集鈾，泥巖和氧化帶沉積碎屑巖均是鈾成礦的重要鈾源。

表1 十紅灘礦區(qū)U-Pb同位素組成和原始鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)表Table 1 U-Pb isotopic composition and initial uranium mass fraction in Shihongtan mine area

4 泥巖壓榨水滲出的同位素證據(jù)

在沉積盆地演化過(guò)程中，沉積壓實(shí)階段，由于泥巖厚度大幅減小，泥巖壓實(shí)作用釋放出大量的壓榨水（圖2），西山窯組（J2x）含水層同生沉積水已經(jīng)被泥巖壓榨水交替多次［4］，成巖期泥巖壓榨水?dāng)y帶鈾進(jìn)入砂巖含水層，在砂巖中產(chǎn)生鈾的預(yù)富集。

圖2泥巖壓榨水形成示意圖Fig.2 Formation schematic diagram of water squeezed out from mudstone

表2 方解石中碳-氧同位素分析結(jié)果Table 2 Analytical results on13C-18O isotope in calcite

壓實(shí)過(guò)程中，當(dāng)泥巖中的壓榨水進(jìn)入砂巖時(shí)，在砂巖層中部有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生有機(jī)酸和H2S等，使方解石難以沉淀［6］；在靠近泥巖的砂巖中首先產(chǎn)生鈣質(zhì)膠結(jié)（圖2），鈣質(zhì)膠結(jié)中的碳-氧同位素特征保留了壓榨水滲出痕跡。

圖3 十紅灘鈾礦床碳-氧同位素成因圖（據(jù)王大銳，2000）Fig.3 Diagram showing the genesis of carbon and oxygen isotopes in Shihongtan uranium deposit（After Wang Darui， 2000）

含礦目的層地表露頭和鉆孔樣品的碳-氧同位素分布明顯分為兩個(gè)區(qū)間（表2、圖3），地表露頭處碳-氧同位素未受到成礦作用影響，保留壓實(shí)成巖時(shí)的組成特征；鉆孔樣品中更富氫同位素，是成礦過(guò)程中有機(jī)質(zhì)參與的結(jié)果［7］。

5 結(jié) 論

十紅灘鈾礦床含礦砂體頂?shù)装迥鄮r丟失鈾53.4%，氧化砂體丟失鈾61.5%，本區(qū)地層沉積時(shí)就存在鈾的預(yù)富集作用，沉積碎屑巖和泥巖都是本區(qū)重要的鈾源，成巖期泥巖壓榨水?dāng)y帶鈾進(jìn)入砂巖含水層，在砂巖中產(chǎn)生鈾的預(yù)富集。

［1］夏毓亮，林錦榮，劉漢彬，等.中國(guó)北方主要產(chǎn)鈾盆地砂巖型鈾礦成礦年代學(xué)研究［J］.鈾礦地質(zhì)， 2003， 19（3）： 129-136.

［2］劉漢彬，夏毓亮，林錦榮，等.吐哈盆地砂巖型鈾礦U-Pb同位素地質(zhì)特征［J］.地球?qū)W報(bào)，2004， 25（2）： 196-198.

［3］張字龍，韓效忠，姚春玲.砂巖型鈾礦床鈾源條件評(píng)價(jià)方法探討［J］.世界核地質(zhì)科學(xué)，2006，23（2）： 67-72.

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［7］黃建新，耿海波，喬海明，等.十紅灘鈾礦床中微生物及其成礦作用實(shí)驗(yàn)研究［J］.沉積學(xué)報(bào)，2006， 24（3）： 395-398.

Uranium sources condition of Shihongtan uranium deposit in Tulufan-Hami Basin

HAO Wei-lin1， LIN Xiao-bin1， ZHANG Fa2
（1.Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China；2.Research Institute No.203， CNNC， Xianyang， Shaanxi 712000， China）

By taking Shihongtan sandstone-type uranium deposit in Tulufan-Hami Basin as an example，parameters of U-Pb isotopic evolution system are used to calculate the initial uranium content and its variation coefficient of ore-hosted sandstone and its roof and floor mudstone.It is considered that uranium pre-enrichment occurred during ore-hosting strata formed，both the sandstone and mudstone could act as important uranium sources.According to the evolution of palaeohydrogeology and the characteristics of carbon and oxygen isotopes，water squeezed out from mudstone might carry uranium into sandstone in diagenetic stage and uranium was pre-enriched in sand bodies.

initial uranium content； uranium sources； mudstone； diagenetic water

P619.14；P597

A

1672-0636（2010）03-0130-04

10.3969/j.issn.1672-0636.2010.03.002

2010-04-13

郝偉林（1979—），男，山東聊城人，工程師，從事鈾礦水文地質(zhì)研究。E-mail：hwlin29@tom.com