錢(qián)家店鈾礦床紅色泥礫砂巖巖石學(xué)特征及礦化成因分析①

李林強(qiáng)

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京100029)

錢(qián)家店鈾礦床紅色泥礫砂巖巖石學(xué)特征及礦化成因分析①

李林強(qiáng)

(核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京100029)

錢(qián)家店凹陷中的含礦層位主要為上白堊統(tǒng)姚家組，在實(shí)際勘探過(guò)程中經(jīng)常見(jiàn)姚家組發(fā)育的紅色泥礫砂巖中存在鈾的富集。筆者對(duì)錢(qián)家店錢(qián)Ⅱ塊鈾礦床紅色泥礫砂巖的巖石學(xué)特征、U和Ra含量特征進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，紅色泥礫砂巖形成于還原性沉積環(huán)境，鈾礦化主要在沉積成巖期富集而成。紅色泥礫砂巖在成巖期后遭受氧化并發(fā)生鈾的遷移。

泥礫砂巖；巖石學(xué)特征；錢(qián)家店鈾礦床

錢(qián)家店凹陷處于松遼盆地西南部，為開(kāi)魯坳陷中的一個(gè)次級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元。核工業(yè)北京地質(zhì)研究院在評(píng)價(jià)遼河油田油氣勘探的放射性異常時(shí)，發(fā)現(xiàn)了錢(qián)家店鈾礦床[1]。該礦床為目前在松遼盆地白堊系中發(fā)現(xiàn)的唯一可地浸開(kāi)采的砂巖型鈾礦床，近年勘探結(jié)果表明其有望發(fā)展成一個(gè)超大型鈾礦床，因此深入研究其成礦規(guī)律對(duì)區(qū)域上的砂巖型鈾礦找礦工作具有重要的借鑒意義。

在實(shí)際勘探過(guò)程中，區(qū)內(nèi)姚家組經(jīng)常見(jiàn)到泥礫砂巖廣泛發(fā)育，其多為含泥礫細(xì)砂巖，部分為含泥礫中砂巖或粗砂巖。泥礫多為紫紅色，少量淺灰色。鉆孔資料統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在多數(shù)紅色泥礫砂巖中存在鈾異常，部分鉆孔紅色泥礫砂巖段達(dá)到鈾礦化級(jí)別。關(guān)于紅色泥礫砂巖沉積環(huán)境以及巖石中的鈾礦化成因目前還未見(jiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道，分析泥礫砂巖的地球化學(xué)特征，探討泥礫砂巖鈾富集機(jī)制，對(duì)進(jìn)一步明確該地區(qū)的區(qū)域鈾成礦規(guī)律，擴(kuò)大鈾礦找礦方向具有重要意義。

本文重點(diǎn)對(duì)錢(qián)家店鈾礦床紅色泥礫砂巖微觀特征及元素地球化學(xué)特征進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上探討紅色泥礫砂巖型鈾礦化的成因。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

錢(qián)家店鈾礦床位于開(kāi)魯坳陷東北部的錢(qián)家店凹陷。錢(qián)家店凹陷同開(kāi)魯坳陷一樣經(jīng)歷了早白堊世斷陷、早白堊世末抬升剝蝕、晚白堊世坳陷及末期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)、抬升剝蝕4個(gè)階段[2]。錢(qián)家店凹陷發(fā)育的地層主要為上白堊統(tǒng)青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺(tái)組、明水組的河流-湖相沉積。頂部為新近系大安組、泰康組及第四系松散堆積物[3]。其中，姚家組是本區(qū)主要找礦目的層。

區(qū)內(nèi)姚家組是鈾礦體賦存層位，可劃分為上、下兩個(gè)巖性段。姚家組上段巖性主要為淺灰色-灰白色和紅褐色厚層細(xì)砂巖、粉砂巖、含礫粗砂巖夾紫紅色和灰色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，局部含大量的炭化植物碎屑、黃鐵礦結(jié)核及深灰色泥巖夾層。姚家組下段主要為灰色-灰白色、紫紅色、黃褐色細(xì)砂巖，夾紫紅色、灰色泥巖及粉砂質(zhì)泥巖，局部鉆孔底部見(jiàn)雜色和紅褐色及灰色礫巖、砂質(zhì)礫巖和含砂礫泥巖。頂部分布有較為穩(wěn)定的紫紅色泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，構(gòu)成了姚家組下段砂巖的頂板隔水層和上段砂巖的底板隔水層，砂巖中可見(jiàn)油浸和還原作用的痕跡[4]。

姚家組泥礫砂巖的礫石成分以泥礫為主，含量一般介于30%～70%。泥礫粒徑一般為0.1～0.5cm，部分大于1cm。泥礫呈灰色、紫紅色等，紅色泥礫由于后期遭受還原作用，使部分泥礫帶灰色環(huán)邊。泥礫形態(tài)為不規(guī)則狀，磨圓度差，反映沉積時(shí)的水動(dòng)力不太強(qiáng)(屬弱至中等強(qiáng)度)，泥礫未經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離搬運(yùn)而在河道沉積并得以保留下來(lái)，有的泥礫未完全固結(jié)，具拉長(zhǎng)、壓扁變形特征。泥礫間的砂質(zhì)一般為細(xì)粒級(jí)，部分為中-粗粒級(jí)，多顯示為灰色或雜色，在砂質(zhì)中，常見(jiàn)炭屑和黃鐵礦分布。

2 樣品采集與分析

筆者在錢(qián)Ⅱ塊鈾礦床采集了姚家組含紅色泥礫砂巖的巖心樣品，經(jīng)處理后磨制光薄片進(jìn)行顯微觀察，部分樣品進(jìn)行了U、Ra含量分析，U分析所用儀器為Finnigan ElementⅡ ICP-MS型質(zhì)譜儀，Ra分析采用射氣法。樣品處理和分析測(cè)試工作均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究所完成。

3 紅色泥礫砂巖巖石學(xué)特征

通過(guò)鏡下觀察，含紅色泥礫砂巖粒間可見(jiàn)顆粒狀鈦鐵礦(圖1a)或黃鐵礦(圖1b)分布，部分鈦鐵礦、黃鐵礦顆粒邊緣遭受較強(qiáng)的氧化。粒間可見(jiàn)碳化植物碎屑，并發(fā)生黃鐵礦化(圖1c、d)。部分樣品泥礫砂巖粒間存在大量碳酸鹽膠結(jié)物，膠結(jié)致密(圖1e)。部分樣品顆粒間可見(jiàn)油氣充填，UV激發(fā)下顯示較強(qiáng)的藍(lán)色或藍(lán)白色熒光(圖1f)。

詳細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，大部分紅色泥礫存在灰色環(huán)邊(圖1g)，由泥礫邊緣向泥礫中心方向顏色由灰色逐漸過(guò)渡為紅色。在紅色部分的泥礫內(nèi)發(fā)育大量結(jié)晶較好的顆粒狀黃鐵礦(圖1h)，而且越接近泥礫中心，黃鐵礦的分布越密集。在灰色環(huán)邊部分則觀察不到黃鐵礦。

分析認(rèn)為，含泥礫砂巖的紅色泥礫中含有大量的黃鐵礦，而砂質(zhì)間多見(jiàn)碳化植物碎片，表明含泥礫砂巖形成于相對(duì)還原的環(huán)境。

紅色泥礫與石英、長(zhǎng)石等碎屑顆粒以及植物碎屑等有機(jī)物同時(shí)發(fā)生沉積，伴隨著沉積作用的不斷進(jìn)行和埋深加大，砂質(zhì)間的有機(jī)物質(zhì)并未受到氧化作用，砂粒間飽和且呈靜止?fàn)顟B(tài)的地下水很快失去其中的自由氧，有效阻止了親氧菌對(duì)有機(jī)物質(zhì)的破壞。這種環(huán)境有利于厭氧菌活動(dòng)，細(xì)菌還原硫酸鹽并促進(jìn)了硫化氫的產(chǎn)生，沉積物內(nèi)的還原能力得到極大增強(qiáng)。硫化氫和紅色泥礫中的鐵質(zhì)礦物，例如磁鐵礦、赤鐵礦等相互作用，形成了黃鐵礦。這就是紅色泥礫中發(fā)育黃鐵礦最有可能的原因。

紅色泥礫砂巖形成后經(jīng)歷了一次較長(zhǎng)時(shí)間的氧化水體改造過(guò)程，造成緊靠泥礫邊緣的黃鐵礦首先被氧化直至消失。而靠近泥礫中心部位，由于泥礫的滲透性差，富氧流體不易進(jìn)入，因此黃鐵礦免于氧化而得以保存。這即是造成泥礫紅色部分富含黃鐵礦而泥礫灰色部分觀察不到黃鐵礦的原因。

根據(jù)鏡下觀察還發(fā)現(xiàn)，在含泥礫砂巖地層遭受氧化之后，區(qū)內(nèi)又經(jīng)歷了一次還原性流體活動(dòng)過(guò)程，其表現(xiàn)在泥礫邊緣形成褪色的環(huán)邊(Fe3+首先被還原成Fe2+)。泥礫中心由于滲透性較低，還原流體不易進(jìn)入，故其中的Fe3+未被還原而使得泥礫仍顯示紅色。區(qū)內(nèi)多數(shù)泥礫砂巖的粒間砂質(zhì)顯示為灰色、灰白色，且粒間發(fā)現(xiàn)有油氣顯示，這充分證實(shí)了還原性流體活動(dòng)的存在。

圖1 含紅色泥礫細(xì)砂巖的顯微特征Fig.1 Microscopic features of red muddy gravel-bearing fine sandstone

4 紅色泥礫砂巖鈾含量特征

對(duì)所采集的含紅色泥礫砂巖樣品進(jìn)行了U、Ra含量分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果(表1)顯示，其U含量為(16.5～489)×10-6，平均值為98.05×10-6，有3件樣品U含量超過(guò)100×10-6，達(dá)到了礦化級(jí)別。鈾-鐳平衡系數(shù)介于0.61～4.49，多數(shù)樣品平衡系數(shù)接近或者大于1，說(shuō)明紅色泥礫砂巖在近代有鈾的帶進(jìn)或帶出，但主要是鈾的帶出。

表1 紅色泥礫細(xì)砂巖U、Ra含量分析Table 1 Content of uranium and radium of red muddygravelbearing fine sandstone

注：樣品由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析中心測(cè)試。

5 紅色泥礫砂巖鈾礦化成因分析

資料表明，錢(qián)家店(錢(qián)Ⅱ塊)鈾礦床的礦體主要受辮狀河相心灘及邊灘亞相砂體控制，沉積物源是富鈾的酸性火山巖類(lèi)和花崗巖類(lèi)，姚家組形成于干旱與潮濕交替的古氣候環(huán)境，沉積物中普遍富含有機(jī)質(zhì)、硫化物等強(qiáng)還原劑[5]。因此，在粒間以及泥礫中形成了大量黃鐵礦。富含有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦的泥礫砂巖在沉積-成巖期可以吸附鈾，造成預(yù)富集。根據(jù)對(duì)泥礫砂巖的分析，部分樣品鈾含量在萬(wàn)分之一以上，達(dá)到工業(yè)富集或富礦化的程度。由于泥礫本身顯示為紅色，表明其原始形成于強(qiáng)氧化環(huán)境，不可能存在鈾的富集，因此含紅色泥礫砂巖中的鈾主要賦存在泥礫間的砂質(zhì)內(nèi)或被泥礫吸附。

含紅色泥礫砂巖形成鈾的初始富集之后，經(jīng)歷了區(qū)域氧化作用過(guò)程，使其中的鈾發(fā)生部分遷移。前人研究認(rèn)為[6]，區(qū)域氧化作用發(fā)生在晚白堊世與古新世之間，盆地的沉積蓋層(姚家組及其上覆沉積地層)經(jīng)受了近EW向的擠壓應(yīng)力作用而形成反轉(zhuǎn)構(gòu)造，隨后發(fā)生的區(qū)域隆升，使背斜頂部遭受剝蝕并形成“剝蝕天窗”。沉積-成巖階段形成鈾預(yù)富集的泥礫砂巖經(jīng)受了來(lái)自“剝蝕天窗”的大氣降水滲入和對(duì)地層的氧化改造，在后生含氧水的層間氧化作用下，原始富集的鈾部分被氧化并進(jìn)入地下水中，沿含礦層遷移，在氧化-還原界面附近發(fā)生沉淀和富集。因此，紅色泥礫砂巖也為錢(qián)家店砂巖型鈾礦的形成提供了部分鈾源。

本次研究在姚家組含礦砂體中發(fā)現(xiàn)有深部油氣的活動(dòng)跡象，表現(xiàn)為部分砂巖粒間顯示較強(qiáng)的藍(lán)色熒光(圖1f)，存在紅色砂體或泥巖顆粒發(fā)生灰色褪色蝕變(圖1g)，局部地層存在較強(qiáng)的碳酸鹽膠結(jié)(圖1e)等。筆者通過(guò)觀察和分析認(rèn)為，沿?cái)嗔褞仙挠蜌鈹U(kuò)散到滲透性較好的姚家組砂巖層中，由于砂體上部泥巖隔水層的屏蔽，油氣常聚集于砂體的上部，并沿砂巖層傾向運(yùn)移，形成局部還原障，使砂體發(fā)生油氣還原作用。深部油氣活動(dòng)主要發(fā)生在區(qū)域?qū)娱g氧化作用之后，它使氧化砂體再次被還原，形成了疊加的褪色蝕變帶。在實(shí)際勘探過(guò)程中，應(yīng)注意這種油氣還原疊加的蝕變帶可能是一種特殊的“二次還原帶”，在空間上位于隔水層之下的砂體頂部位置，對(duì)指導(dǎo)找礦有重要意義。

6 結(jié)論

錢(qián)家店(錢(qián)Ⅱ塊)鈾礦床廣泛發(fā)育的含紅色泥礫砂巖形成于還原環(huán)境，沉積物中普遍富含有機(jī)質(zhì)、硫化物等強(qiáng)還原劑，是紅色泥礫砂巖鈾預(yù)富集的原因。含紅色泥礫砂巖后期經(jīng)歷了氧化作用并發(fā)生鈾的遷移，為砂巖中鈾礦體的形成提供了鈾源。油氣等還原性流體活動(dòng)發(fā)生在區(qū)域氧化作用之后，增加了地層的還原容量，再次還原不僅有利于鈾礦化進(jìn)一步富集，而且對(duì)已形成的鈾礦體起到了保護(hù)作用。

[1]夏毓亮，林錦榮，李子穎，等.松遼盆地錢(qián)家店凹陷砂巖型鈾礦預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)和鈾成礦規(guī)律研究[J].中國(guó)核科技報(bào)告，2003，105-117.

[2]殷敬紅，張 輝，昝國(guó)軍，李曉晨.內(nèi)蒙古東部開(kāi)魯盆地錢(qián)家店凹陷鈾礦成藏沉積因素分析[J].古地理學(xué)報(bào)，2000，2(4)：76-83.

[3]陳方鴻，張明瑜，林暢松.開(kāi)魯盆地錢(qián)家店凹陷含鈾巖系姚家組沉積環(huán)境及其富鈾意義[J].沉積與特提斯地質(zhì),2005，25 (3) ：74-79.

[4] 陳曉林，向偉東，李田港，等.松遼盆地QJD 鈾礦床層間氧化帶的展布特征及其與沉積相、鈾成礦的關(guān)系[J].世界核地質(zhì)科學(xué)，2006，23(3)：137-144.

[5]夏毓亮，林錦榮，李子穎，等.松遼盆地錢(qián)家店鈾礦床成礦特征和成礦模式[J].礦床地質(zhì)，2010，29：154-155.

[6]夏毓亮，李林強(qiáng).錢(qián)家店鈾礦床地質(zhì)特征和成因機(jī)制研究[C]∥核工業(yè)地質(zhì)局.核地質(zhì)科技論文集.北京：地質(zhì)出版社，2009，65-71.

PetrologicalCharacteristicandMineralizationAnalysisofRedMuddyGravelledSandstoninQianjiadianUraniumDeposit

LI Lin-qiang

(BeijingResearchInstituteofUraniumGeology，Beijing100029，China)

Ore-bearing sequence in Qianjiadian sag is mainly the Upper Cretaceous Yaojia formation.In the exploration，the red muddy gravel sedimentation is often found with uranium enrichment in Yaojia formation.According to the result of petrological characteristic and content of uranium and radium analysis，the red muddy gravel was originally formed in reducing environment and the uranium enrichment was controlled by reduction condition in deposition-diagenesis stage which made the uranium precipitation and enrichment possible.Oxidation after diagenesis made the sediment turning into red and cause the activation and migration of uranium.

mud gravelled sandstone；petrological characteristic；Qianjiadian uranium deposit

2014-04-09

李林強(qiáng)(1974—)，男，高級(jí)工程師，博士，2004年畢業(yè)于石油大學(xué)(北京)地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè)，主要從事鈾礦成礦規(guī)律研究。E-mail：lilinqiang@sohu.com

1000-0658(2014)05-0271-05

P581

A