373鈾礦床有機質與鈾成礦關系

王朋沖 徐爭啟 李 萍 王 冶

(成都理工大學核技術與自動化工程學院，四川 成都 610059)

373鈾礦床有機質與鈾成礦關系

王朋沖 徐爭啟 李 萍 王 冶

(成都理工大學核技術與自動化工程學院，四川 成都 610059)

通過巖石熱解、氯仿瀝青“A”及其族組分提取定量、鏡質體反射率測定等分析方法研究礦床中有機質的類型、成熟度，進而分析有機質在鈾成礦過程中發(fā)揮的作用。結果顯示，373鈾礦床中有機質類型為Ⅱ2型，主要為海相浮游生物、微生物以及陸源植物的輸入。有機質的成熟度較低，處于未成熟—低成熟早期階段，與圍巖相比較，礦體受熱液和斷層影響，有機質經歷了相對較高的古地溫。有機質的類型和成熟度決定其演化歷史中產生了大量腐殖酸并保存在地層中。礦床中有機質中的氯仿瀝青“A”含量為(0.47～10.42)×10-6，其氯仿瀝青“A”中以瀝青質占絕對優(yōu)勢，氯仿瀝青“A”和瀝青質含量與鈾含量有較好的相關性。綜合研究表明，有機質在373鈾成礦過程中主要起到吸附、絡合和還原作用。

鈾礦化 有機質 成熟度 氯仿瀝青“A”

對有機質與鈾的關系前人曾做過很多研究，但大多是基于砂巖型鈾礦床，礦體賦存層位多屬于中—新生代，很少有人做過碳硅泥巖型鈾礦床中鈾礦化與有機質的關系。據前人研究，與鈾礦化關系最為密切的有機質為腐殖酸，腐殖酸與鈾酰存在著強烈的吸附與絡合關系。腐殖酸大多是腐殖型有機質未成熟前的產物，腐殖質在鈾富集過程中主要起到吸附、絡合和還原作用，實際上，有機質與鈾礦化的關系是一個十分復雜的問題。

1 礦床地質概況

373鈾礦床礦體中富含有機質、黃鐵礦，是典型的碳硅泥巖型礦床[1]。373鈾礦床位于桂西南地區(qū)，構造環(huán)境為華南褶皺系，武夷—云開造山系西南端，373凹斷束那嶺—俸屯背斜北東端。區(qū)內地層有寒武系水口群，下泥盆統(tǒng)蓮花山組，中泥盆統(tǒng)郁江組、東崗嶺組。下泥盆統(tǒng)蓮花山組與寒武系不整合接觸；中泥盆統(tǒng)郁江組分上下段，該組為下含礦構造巖帶原巖；東崗嶺組也分上下兩段。礦區(qū)無巖漿巖出露，區(qū)域上有微弱巖漿侵入，以輝綠巖脈形式存在。礦區(qū)主要巖性組合為碳酸鹽巖和碎屑巖。鈾礦化類型屬U-Mo型。礦體主要賦存于泥盆系與寒武系不整合面之上的破碎帶中，受構造控制，分布在F1和F2挾持部位，鈾礦化在F2的分支斷裂帶中，主要富礦層位為郁江組斷層和東崗嶺組內的斷層。礦體特征主要呈似層狀、透鏡狀。鈾礦物為瀝青鈾礦(少見)，主要是吸附狀態(tài)的含鈾黑色物質和含鈾黃鐵礦，主要非金屬礦物為石英、方解石、白云石、高嶺土、白云母。圍巖蝕變主要以硅化、黑色蝕變、黃鐵礦化為主，白云巖化和紅化次之。成礦通道為F2斷層，主要有65、140～120和380 Ma 3個成礦時代[2]。

2 有機質類型及成熟度

2.1 有機質類型

不同沉積環(huán)境中，有不同來源有機質形成的干酪根，其組成有明顯的差別。不同類型的有機質其富鈾能力和機制各不相同。根據干酪根元素組成、氯仿瀝青“A”的族組成、化學結構、顯微組分、沉積環(huán)境和演化程度，結合生油能力，劃分出3種類型的干酪根，即腐泥型干酪根Ⅰ、腐泥-腐殖質干酪根Ⅱ和腐殖型干酪根Ⅲ，腐泥-腐殖型干酪根又劃分為Ⅱ1和Ⅱ2型2個亞類，見表1。

表1 礦床中有機質的氯仿瀝青“A”族組成Table 1 Composition of chloroform bitumen “A” of organic matter in the deposit %

依據氯仿瀝青“A”族組分特征，研究區(qū)的有機質類型主要為Ⅱ2型，見圖1。有機質主要為海相浮游生物、微生物以及陸地植物的輸入。本研究區(qū)的有機質處于未成熟，低成熟階段及其偏腐殖質的性質決定了其演化階段產生大量的腐殖質和地瀝青等。據前人研究，與鈾礦化關系最為密切的有機質為腐殖酸[3]。腐殖酸與鈾酰存在著強烈的吸附與絡合關系[4]。腐殖質和地瀝青與鈾礦化關系密切。一般來說，腐殖質吸附能力強，富集鈾的能力比腐泥質大。例如，美國東部上泥盆統(tǒng)黑色炭質頁巖中的腐殖質富鈾量比腐泥質大10倍[5]。

圖1 373鈾礦床氯仿瀝青“A”族組成Fig.1 Composition of chloroform bitumen “A” of organic matter in the 373 uranium depositⅠ—標準腐泥型有機質；ⅡA—腐殖腐泥型有機質； ⅡB—腐泥腐殖型有機質；Ⅲ—標準腐殖型有機質

2.2 有機質成熟度

有機質成熟度是有機質最為重要的特征之一，具有不可逆性。眾所周知，鏡質組放射率Ro隨熱解演化程度的升高而穩(wěn)定增加，并具有相對廣泛、穩(wěn)定的可比性，使Ro成為目前應用最為廣泛、最為權威的成熟度指標。然而對缺少鏡質體的地層，尤其是下古生界海相碳酸鹽巖，很難用經過實踐證明是可信的源于高等植物碎屑的鏡質組反射率來作為成熟度指標[6]。事實證明測量樣品中很少見到鏡質組，僅測得2個瀝青反射率Rb。因此本次以Tmax作為成熟度指標的基礎來研究礦區(qū)的成熟度，對礦區(qū)的有機質成熟度進行研究，見表2。結果顯示該區(qū)有機質成烴演化階段主要為未成熟階段，少量低成熟階段。

表2 有機質成烴演化階段劃分及判別指標Table 2 Division of hydrocarbon generation evolution stage of organic matter and discriminant indexes ℃

研究區(qū)的Tmax普遍在435 ℃以下，最低為358 ℃，最高為435 ℃，平均溫度為407 ℃，見表3。根據陸相烴源巖有機質成烴演化階段劃分及判別指標(SY/T 5735—1995)，本區(qū)的有機質普遍為未成熟、低成熟的早期階段。礦體的成熟度特征決定其演化歷史中產生了大量腐殖酸并保存在地層中，這為腐殖酸吸附、絡合U提供了有利條件。然而礦體中的Tmax平均為414 ℃，高于圍巖Tmax(381 ℃)?？梢钥闯龅V體受熱液和斷層影響，經歷了比圍巖較高的古地溫。

表3 巖石最大熱解峰溫與相應的U含量Table 3 The pyrolysis peak temperature and the corresponding content of uranium

3 有機質與鈾礦化關系

3.1 礦體中有機質與鈾含量的相關性

礦體主要位于富含有機質、黃鐵礦的斷層中，但根據鈾與有機碳、氯仿瀝青“A”、氯仿瀝青“A”族組分含量的相關性計算發(fā)現(xiàn)，373鈾礦床中U含量與總有機碳含量之間并無明顯的相關性，這和野外觀察發(fā)現(xiàn)的情況相吻合，鈾含量高的巖石，有機碳含量一般較高，但有機碳含量高的地方，鈾含量并不是都高。例如砂巖型礦床中的典型相關系數r變化范圍為0.01～0.25，然而，當U的含量高達500×10-6時，r會很高(0.7)，很少有礦床的相關系數達到0.7。Pironon指出U和有機質的統(tǒng)計關系取決于研究水平以及U和有機質在沉積巖中的分布情況。而且，與礦化有關的有機質的變化可能引起C的流失，這樣也就降低了U與總有機碳的相關性[7]。

礦床中氯仿瀝青“A”含量與U含量見表4。鈾含量與氯仿瀝青“A”族組分中的瀝青質之間有較好的相關性，且相關系數為0.87，主要是因為氯仿瀝青“A”相對于干酪根具有較強的活動性，其吸附、絡合的U易于隨流體遷移富集成礦，從而導致氯仿瀝青“A”含量高的地方U含量也高。瀝青質在氯仿瀝青“A”中的含量百分比與鈾含量的關系見圖2。從圖中看出，鈾含量與氯仿瀝青“A”族組分中的瀝青質具有較好的相關性，這是因為瀝青質中高分子化合物含量高，具較大的相對分子質量。其比表面積大，因此對U的吸附性很高，因此瀝青質含量高的時候U含量也較多。

表4 礦床中氯仿瀝青“A”含量與U含量Table 4 Content of chloroform bitumen “A” and uranium in the deposit ×10-6

圖2 瀝青質在氯仿瀝青“A”中的含量百分比與鈾含量的關系Fig.2 Relationship between the percentage of content in asphaltene and chloroform bitumen “A” and uranium content

3.2 有機質在鈾成礦中的作用

礦區(qū)的有機質為Ⅱ2型有機質以及其未成熟特征決定其演化過程中會產生大量的腐殖酸和地瀝青等。在表生氧化條件下，腐殖酸很容易與無機配位體競爭而與U形成絡合物，因而增加U的溶解度。程如楠[8]研究了麻布崗地區(qū)水中鈾和腐殖酸的相互關系，發(fā)現(xiàn)當水中腐殖酸含量由0.66 mg/L增加到6.6 mg/L時，水中鈾含量由1.0×10-7g/L增加到9.25×10-5g/L。在弱酸性—中性水條件下，腐殖酸鈾酰是水中鈾的主要存在遷移形式。373鈾礦床在大氣降水的淋濾下腐殖酸鹽隨著流體一起運移至儲礦空間，在合適的地方富集成礦。

當含鈾溶液流經富含有機質的層位時，吸附劑就會大量的吸附鈾，使鈾富集成礦。顯而易見,當有機質含量多時其吸附鈾的能力就越強，吸附鈾的量也就越多，這也就造成鈾的含量與有機質的正相關性[9]。

O.

此外，有一部分H2S氣體可能來源于有機質的分解。水體中的親硫元素形成不溶的硫化物沉淀，同時造成高價鈾被還原為低價鈾而沉淀。隨著地下熱液的不斷輸入，在有機質造成的氧化還原過渡帶造成鈾等元素的富集。Fe3+在這一過程中被首先還原，然后與H2S氣體反應生成黃鐵礦[10]，造成了373鈾礦床中有機質、黃鐵礦、鈾礦化共生的現(xiàn)象。

綜合研究表明，有機質在373鈾成礦過程中主要起到吸附、絡合和還原作用。

4 結 論

373鈾礦床有機質類型為Ⅱ2型，有機質成熟度較低，處于未成熟—低成熟早期階段，有機質的類型及其成熟度決定其在演化過程中產生了大量腐殖酸、地瀝青等并保存在地層中，并且礦體中的有機質受熱液和斷層影響經歷了比圍巖較高的古地溫。礦床中的氯仿瀝青“A”中以瀝青質占優(yōu)勢，鈾含量與氯仿瀝青“A”以及瀝青質具有較好的正相關性。礦床中有機質對鈾的富集作用主要是通過腐殖酸的吸附、絡合鈾，并隨著流體遷移富集成礦，并有部分有機質還原地下熱液中的鈾，使之疊加富集成礦。

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(責任編輯 鄧永前)

The Relationship between the Organic Matter Uranium Mineralization at 373 Uranium Deposit

Wang Pengchong Xu Zhengqi Li Ping Wang Ye

(TheCollegeofNudearTechnologyandAutornationEngineering，ChengduUniversityofTechnology，Chengdu610059，China)

The type and maturity of organic matter in deposit are obtained by using rock pyrolysis，extracting and quantification of chloroform bitumen “A” and its group components and determination of the vitrinite reflectance so as to analyze the role of the organic matter in the process of uranium mineralization.The results showed that the type of organic matter in 373 uranium deposit isⅡ2，which mainly comes from marine plankton，microorganisms and terrestrial plants.The organic matter owns a low maturity and lies in the early stage of immature and low mature.Compared with the surrounding rock，organic matter has experienced the relatively high palaeogeothermal on account of the effects of hydrothermal and fault on ore-body.The large amount of humic acid that are determined by the type of organic matter and maturity are produced in the evolution process of organic matter and are stored in strata.The content of chloroform bitumen “A” of organic matter in the deposit is(0.47～10.42)×10-6，asphaltene is the main composition of chloroform bitumen “A” of the organic matter.Chloroform bitumen “A” has good correlation with the asphaltene content and uranium content.The comprehensive research results showed that absorption，complexation and reduction are the main function of organic matter in the process of 373 uranium mineralization.

Uranium mineralization，Organic matter，Maturity，Chloroform bitumen “A”

2013-11-05

國家自然科學基金項目(編號：41173059)，中國核工業(yè)地質局重點科研項目(編號：201148)。

王朋沖(1986—)，男，碩士研究生。 通訊作者:徐爭啟( 1975—) ，男，教授。

P593

A

1001-1250(2014)-03-101-04