蒙其古爾礦床層間氧化帶各亞帶黏土礦物含量變化及其地質(zhì)意義

所世鑫 ，劉紅旭 ，張 曉 ，曹清艷 ，王 勛 ，陳 峰 ，虞 航 ，王永文

（1.東華理工大學(xué)，江西 撫州，344000；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；3.中國地質(zhì)大學(xué)（北京），北京 100083）

黏土礦物的形成與層間氧化帶物理化學(xué)條件息息相關(guān)，其含量以及存在形態(tài)能夠反映物理化學(xué)條件的變化，且鈾的沉淀富集也受層間氧化帶物理化學(xué)條件的控制，因此，黏土礦物在層間氧化帶中含量的變化對于探討鈾成礦作用過程具有重要意義。

1 礦床區(qū)域地質(zhì)

蒙其古爾地區(qū)位于伊犁盆地南緣斜坡帶東部構(gòu)造活動區(qū)與西部構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)的過渡部位，受南部山前斷裂和北部扎基斯坦河斷裂控制，扎基斯坦向斜整體上呈東、西、南三面翹起，向北東方向敞開的屜形向斜構(gòu)造形態(tài)，以扎基斯坦河斷裂為界，將扎基斯坦向斜劃分為東、西兩個獨(dú)立構(gòu)造單元，東部構(gòu)造單元產(chǎn)出蒙其古爾鈾礦床。

蒙其古爾地區(qū)南部是蝕源區(qū)（石炭紀(jì)火山碎屑巖），直接基底為石炭紀(jì)—二疊紀(jì)海陸過渡相中酸性火山碎屑巖、陸源碎屑巖。主要含礦地層是水西溝群，該層位為一套灰色含煤碎屑巖建造，地層主要分7個旋回，其中V、VII旋回是主要的含礦層位，含礦砂體主要為粗砂巖、含礫粗砂巖和砂礫巖。

2 樣品處理及分析方法

樣品采自V旋回含礦砂體巖礦心（圖1）；共33件，其中氧化帶6件（其中強(qiáng)氧化帶2件，弱氧化帶4件），過渡帶20件，還原帶7件。樣品表面泥漿應(yīng)清理干凈，以避免影響數(shù)據(jù)結(jié)果。

分析方法包括掃描電鏡和X衍射定量分析。其中掃描電鏡由中國石油勘探開發(fā)研究院石油地質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究中心完成，X衍射定量分析由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究所完成。

3 黏土礦物含量變化及原因

3.1 黏土礦物種類

掃描電鏡及X衍射結(jié)果顯示（表1），蒙其古爾礦床含礦層中黏土礦物主要是高嶺石、伊利石和伊蒙混層。其中，高嶺石集合體（圖2a）主要為成巖期直接沉淀形成，晶型為假六方形［1］，集合體為蠕蟲狀，而后期長石蝕變形成的高嶺石（圖2b）多呈不規(guī)則、散亂狀分布在砂巖的孔隙中；伊利石（圖2c）多為不規(guī)則的片絲狀、片狀或?qū)悠瑺睿?］；伊蒙混層（圖2d）是蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化的過渡產(chǎn)物，呈蜂窩狀、絮狀。

3.2 黏土礦物含量變化及原因

3.2.1 黏土礦物含量變化

綜合分析蒙其古爾礦床層間氧化帶各亞帶中的黏土礦物特征表明，黏土礦物主要為高嶺石和伊蒙混層，并且高嶺石含量變化呈此消彼長的關(guān)系。分析黏土數(shù)據(jù)（表1）發(fā)現(xiàn)：在強(qiáng)氧化帶，高嶺石體積分?jǐn)?shù)最低（58%），平均值為62.5%；伊蒙混層體積分?jǐn)?shù)高（最高達(dá)32%），平均值為29.5%。在弱氧化帶，高嶺石平均體積分?jǐn)?shù)為77.75%，伊蒙混層平均體積分?jǐn)?shù)為14%。在過渡帶，高嶺石體積分?jǐn)?shù)最高 （最高達(dá)87%），平均值為80.47%；伊蒙混層體積分?jǐn)?shù)最低（7%），平均值為16.35%；在原生帶，高嶺石平均體積分?jǐn)?shù)為71.86%，伊蒙混層平均體積分?jǐn)?shù)為18.57%。在層間氧化帶各個亞帶中，伊利石含量沒有較大變化，4個亞帶平均體積分?jǐn)?shù)分別為8%、8.25%、7.2%和9.57%。

表1 黏土礦物分析結(jié)果Table 1 Analytical results of clay minerals

3.2.2 黏土礦物含量變化原因

高嶺石為層間氧化帶中的H＋與長石、巖屑反應(yīng)的產(chǎn)物，即長石蝕變形成高嶺石，并隨之造成pH值的增大［2］；隨著pH值的逐漸增大，高嶺石逐漸向蒙脫石轉(zhuǎn)變。伊利石的形成受溫壓條件的控制，在溫度和壓力升高的情況下，蒙脫石會向伊利石轉(zhuǎn)化。

在強(qiáng)氧化帶，持續(xù)不斷的含氧含礦水進(jìn)入層間氧化帶，長石蝕變嚴(yán)重，形成大量高嶺石，但在這過程中又造成pH值的升高，促使高嶺石向蒙脫石轉(zhuǎn)變［2］；蒙脫石含量增大，又向伊利石轉(zhuǎn)化，伊蒙混層含量很高，這個過程最終達(dá)到平衡，所以在強(qiáng)氧化帶高嶺石含量低、伊蒙混層含量高。但是在過渡帶高嶺石含量又增大，說明過渡帶為酸性環(huán)境，pH 值減?。?］。

總的來說，高嶺石、伊蒙混層含量變化反映了層間氧化帶過渡帶酸堿交替的特點(diǎn)，并且說明層間氧化帶滾動發(fā)育的特征，不斷經(jīng)歷酸性、堿性環(huán)境的交替變化。

伊利石只在溫度、壓力增大情況下由蒙脫石轉(zhuǎn)化而來，并且溫度和壓力降低也不會轉(zhuǎn)化為蒙脫石［2］，其含量沒有變化，說明在層間氧化帶形成過程中的溫度和壓力沒有超過伊利石形成時的溫壓值，伊利石保持地層埋深最大時的含量；而溫壓大小與地層埋深呈正比，所以地層抬升剝蝕溫壓降低，不會使伊利石含量增大，這也說明在層間氧化帶形成過程中，地層沉降埋深沒有超過最大值，或許經(jīng)歷抬升過程。

4 討 論

黏土礦物形成受層間氧化帶物理化學(xué)條件控制，尤其是酸堿度、溫度和壓力。黏土礦物的含量變化說明了層間氧化帶物理化學(xué)條件的不斷改變。

（1）過渡帶高嶺石含量增大、伊蒙混層含量減小，說明pH值降低，反映過渡帶酸堿交替的環(huán)境，這與鈾富集條件相符，高價鈾正是從酸性含氧含礦水中被還原為低價鈾，所以酸堿交替的特點(diǎn)控制鈾的沉淀、富集。

（2）中下侏羅統(tǒng)在晚侏羅世到早白堊世末期持續(xù)沉降（圖 3），埋深也達(dá)到最大，但是從早白堊世到第四紀(jì)，中下侏羅統(tǒng)埋深一直沒有超過這個最大深度，也就是說，形成伊利石時，溫度、壓力為最大值。伊犁盆地從中晚侏羅世一直到古近紀(jì)經(jīng)歷擠壓-隆升-剝蝕階段，再從新近紀(jì)—第四紀(jì)盆地經(jīng)歷萎縮-消亡階段［3］，新構(gòu)造運(yùn)動時期伊犁盆地不斷隆升剝蝕［4］，結(jié)合伊利石含量變化及其原因，筆者等人可以大致推斷出伊利石的形成終止于盆地南緣最后一次沉降結(jié)束時，即早白堊世。

所以說，伊利石含量變化解釋地層沉降有一定的可靠性，其含量增大說明地層埋深增大。

5 結(jié) 論

（1）蒙其古爾礦床黏土礦物主要為高嶺石、伊利石和伊蒙混層。在層間氧化帶滾動發(fā)育過程中，含量發(fā)生不同的變化。

（2）高嶺石、伊蒙混層含量變化呈消減趨勢，并且反映出過渡帶酸堿交替的特點(diǎn)，該特征對鈾元素富集、沉淀和成礦起著重要的控制作用。

（3）伊利石的形成終止于早白堊世，根據(jù)伊利石含量變化推斷，地層埋深在中晚侏羅世到白堊世早期達(dá)到最大值。

［1］劉銘艷，張占峰.伊犁盆地南緣水西溝群黏土礦物特征研究及其意義［J］.鈾礦地質(zhì)，2007，23（5）:275-281.

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［3］王 勇，陳正樂，劉 健，等.伊犁盆地南部新構(gòu)造特征及其對砂巖型鈾礦的控制作用［J］.大地構(gòu)造與成礦學(xué)，2006，30（4）:486-494.

［4］韓效忠，李勝祥，蔡煜琦，等.伊犁盆地南緣隆升剝蝕及其盆地南部的沉積:利用磷灰石裂變徑跡 分 析 ［J］. 巖 石 學(xué) 報 ，2008，24（10）:2447-2455.