東勝鈾礦微量元素地球化學特征與成礦作用研究

李 鑫

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安710054）

東勝鈾礦微量元素地球化學特征與成礦作用研究

李 鑫*

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安710054）

東勝地區(qū)是目前鄂爾多斯中新生代盆地尋找可地浸砂巖型鈾礦的重要區(qū)段,東勝層間氧化帶砂巖型鈾礦的發(fā)現(xiàn)，標志著我國在大型地臺盆地可地浸砂巖鈾礦型勘探取得了重大突破。從微量元素地球化學入手，總結了東勝地區(qū)層間氧化帶砂巖型鈾礦微量元素地球化學特征，Hf、Zr與鈾礦化密切相關，可作為鈾礦化的指示元素。與東勝鈾礦同為層間氧化帶型的中亞地區(qū)鈾礦不同，東勝鈾礦相對圍巖明顯富集U、Zr、Hf等元素，鄂爾多斯盆地含豐富的煤、石油和天然氣資源，鈾礦石樣品磨制的光片中見草莓狀黃鐵礦。認為東勝砂巖型鈾礦成礦位置為氧化還原過渡帶，并具有深源特點的微量元素組合，鈾成礦過程中有深部流體和有機質的參與。

東勝地區(qū)；層間氧化帶砂巖型鈾礦；微量元素；深部流體

可地浸砂巖型鈾礦是目前最有找礦前景的鈾礦類型，規(guī)模大、污染小、成本低為其特點，東勝地區(qū)是目前鄂爾多斯中新生代盆地尋找可地浸砂巖型鈾礦的重要區(qū)段,在孫家梁、皂火壕等地段均見到工業(yè)礦化，砂巖中鈾主要賦存于直羅組中，品位一般是萬分之一，最高可達千分之一。鈾礦物主要是鈾石、瀝青鈾礦以及一些吸附鈾。東勝層間氧化帶砂巖型鈾礦的發(fā)現(xiàn)，標志著我國在大型地臺盆地可地浸砂巖型勘探取得了突破。

前人對東勝砂巖型鈾礦成礦作用進行了大量研究[1-12]，朱西養(yǎng)（2003）研究表明東勝鈾礦富含Zr、Hf等親地幔元素，LREE在成礦過程中發(fā)生了明顯地富集，認為鈾礦化與地幔流體有關。肖新建等（2004）根據(jù)鈾礦物組合和流體包裹體等研究認為東勝鈾礦的形成與來自于深部的低溫熱液流體有關。張復新（2006）通過蝕變黃鐵礦硫同位素分析研究后認為東勝砂巖型鈾礦成礦作用包括成巖、后生、低溫熱液3個階段。李榮西（2006）用流體包裹體同位素方法研究了東勝鈾礦，認為其成礦作用與地殼流體和深部流體有關。稀土元素地球化學特征不僅可以反映成礦物質和流體來源，而且可以示蹤流體活動蹤跡和成巖成礦作用[13]。本文從微量元素地球化學特征方面，對東勝地區(qū)層間氧化帶砂巖型鈾礦的微量元素與鈾成礦作用進行初步研究，并與中亞典型的層間氧化帶砂巖型鈾礦進行對比，探討成礦作用。

1 區(qū)域地質背景

研究區(qū)位于鄂爾多斯中新生代盆地北部的伊盟隆起。是一個由不同時代、不同類型沉積盆地疊合的克拉通盆地，從中元古代開始穩(wěn)定接受沉積，隸屬我國東部濱太平洋構造域與西部古特提斯—喜馬拉雅2個構造域的過渡帶,受兩大構造域的雙重影響而具有過渡性特征[14]。伊盟隆起北鄰河套斷陷，南與陜北斜坡、天環(huán)坳陷和晉西撓褶帶分別以斷層為界。東勝鈾礦區(qū)于中侏羅統(tǒng)直羅組（J2z）。直羅組主要為一套雜色砂巖，覆蓋于中侏羅統(tǒng)延安組（J2y）

地層平緩，傾角1°～3°，呈單斜構造。本區(qū)出露的地層自東向西由老到新依次為前寒武系變質巖（晉西隆起區(qū)）、早古生代臺地相碳酸鹽巖、晚古生代海陸過渡相含煤地層、三疊系河湖相碎屑巖系、侏羅系陸相含煤層系和白堊系河流碎屑巖系（圖1）。其中鈾礦賦存煤系地層之上。直羅組從巖性特征上可分為上、下2個巖性段，上段為一套雜色（黃、紅、灰綠色）中細粒砂巖和泥巖。下段又可進一步細分為上、下2個亞段，上亞段為一套灰綠色泥巖、粉砂巖和砂巖，下亞段為一套灰色、灰白色中粗粒砂巖，頂部有一薄煤層。鈾礦賦存在下亞段的灰白色粗粒砂巖中，鈾礦頂板是灰綠色泥巖，底板是延安組頂部白色高嶺土層。

圖1 鄂爾多斯盆地東勝地區(qū)地質略圖

2 樣品采制與分析測試

2.1 樣品采制

樣品采自核工業(yè)部二○八所巖芯樣，樣品為砂巖樣，在長安大學礦物實驗室粉碎過篩100目，進行砂巖中微量元素的分析測試。所選取樣品為有圍巖、過渡帶、礦石。

2.2 分析測試

樣品是在西北大學教育部大陸動力學重點開放實驗室分析的，采用ELAN6100DRC等離子體質譜儀進行樣品測定,該儀器質譜采用PE公司的新一代ICPMS。

①將樣品置于烘箱中，于105℃烘干2h。②從烘箱中取出樣品,稱取樣品50mg左右于高壓密閉Teflon溶樣器中,緩慢加入1mL的高純硝酸、1mL的高純氫氟酸。③在電熱板上于140℃將樣品蒸至小體積，緩慢加入1.5mL的高純硝酸、1.5mL的高純氫氟酸,加蓋并旋緊溶樣器鋼套。④將裝有樣品的溶樣器放入烘箱中,于190℃保溫加熱48h。⑤待溶樣器涼冷,開蓋,在電熱板上于140℃將溶液蒸至濕鹽狀,然后緩慢加入2～3mL40%的高純硝酸,再次置于烘箱中140℃過夜。⑥重復上述過程,提取鹽類。⑦待溶樣器涼冷,將提取液用2%的硝酸稀釋于清洗干凈的PET(聚酯)瓶中(稀釋因子為1∶1500)密閉保存,待上機測定。分析結果見表1。

表1 微量元素分析結果

3 分析結果與成礦流體來源

3.1 東勝鈾礦具有深部流體作用的微量元素證據(jù)

3.1.1 微量元素特征

從微量元素標準化分布模式曲線（圖2），可以看出東勝砂巖型鈾礦中圍巖背景值低于克拉克值有V、Ni、Cu、Sr、Nb、Ta等（富集系數(shù)小于1），二者相差無幾的元素有Sc、Cr、Co、Zn、Ga、Ge、Cs、Th等（富集系數(shù)在1左右），相對富集的元素根據(jù)富集系數(shù)由大到小依次為U、Hf、Ba、Be、Rb、Pb、Zr；所以礦石中伴生元素為Hf、Ba、Be、Rb、Pb、Zr。

3.1.2 與鈾礦化關系

對U和其伴生元素Hf、Ba、Rb、Pb、Zr的相關性分析結果表明，其含量高出克拉克值2～5倍，而且礦石比圍巖也高出許多倍，例如，Hf元素，不含礦圍巖（鈾含量2.8μg/g）的Hf含量為2.66μg/g，高出其克拉克值(1.5μg/g)1.78倍，而鈾礦石(鈾含量174.1μg/g)的Hf含量為6.6μg/g，其高出圍巖2.8倍，高出克拉克值4.4倍。因此Hf、Ba、Rb、Pb、Zr與鈾礦化關系密切相關，Hf、Zr兩元素與U相關性明顯（圖3），其余伴生元素在鈾礦石中雖有富集，但與U相關性不明顯，可能是由圍巖高背景引起的。因此Hf、Zr與鈾礦化密切相關，可作為鈾礦化的指示元素。Hf和Zr元素為高場強親地幔元素,其富集作用主要由內生地質作用驅動,多數(shù)為內生深源成因[15]。與東勝鈾礦同為層間氧化帶型的中亞地區(qū)鈾礦不具有Zr、Hf元素富集現(xiàn)象。Hf、Zr隨著U含量增大而增大，說明鈾礦成礦與深部物質有關。

圖2 標準化分布模式曲線

鄂爾多斯盆地含豐富的煤、石油和天然氣資源，所以東勝層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦過程中有深部物質參與，氧化還原帶的形成可能與含煤層氣或油氣流體作用有關，或者已形成的氧化帶遭受了含煤層或油氣流體的改造。在鈾礦石樣品磨制的光片中看到草莓狀黃鐵礦，鈾礦石中黃鐵礦的存在表明鈾礦成礦作用環(huán)境屬于還原環(huán)境，同時黃鐵礦形態(tài)屬于典型的草莓狀生物成因的黃鐵礦，證明鈾礦成礦過程中有微生物有機質的參與。

東勝鈾礦相對圍巖明顯富集U、Zr、Hf等元素，以Zr和Hf高場強親地幔元素富集為標志的深源物質參與是東勝鈾礦成礦作用特點。

圖3 U-Hf、Zr關系圖

4 結論

鄂爾多斯盆地中生代出現(xiàn)的高溫異常，促進了煤熱演化作用，使油氣的形成和運移速度加快[16]。構造熱事件導致大量裂隙的形成和深大斷裂帶的活化，為深部流體（包括油氣）上涌提供了良好的通道，正是這種通道，使深部流體和形成的油氣向上運移，充注到含鈾碎屑顆粒砂巖中，對鈾活化、遷移起到十分重要的作用。大規(guī)模的火山巖漿活動，不但提供了來自于深部的地質流體，而且為鈾礦的形成提供了物質和能量。東勝鈾礦主成礦年齡為（95～120）Ma，相當于早白堊世晚期，此時正處于燕山期構造巖漿熱事件激烈活動時期和生氣高峰期[16-17]。

東勝砂巖型鈾礦微量元素地球化學特征不同于與東勝鈾礦同為層間氧化帶型的中亞地區(qū)鈾礦不具有Zr、Hf元素富集現(xiàn)象。以Zr和Hf高場強親地幔元素富集為標志的深源物質參與是東勝鈾礦成礦作用特點。

綜上所述，東勝層間氧化帶型鈾礦成礦過程中受到過來自于深部（地幔）流體的蝕變改造。鄂爾多斯盆地中生代末期構造熱事件加速了深部流體（包括火山巖漿熱液）和油氣的形成以及大量裂隙和深大斷裂帶的活化。深部流體和油氣沿裂隙和深大斷裂帶上涌，充注到含鈾碎屑砂巖中，使鈾發(fā)生活化、遷移，在合適的地質環(huán)境條件下成礦。

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圖2 M3-9-M6銅礦體水平投影圖

M3-9-M6銅礦體中塊段334-2由工程ZK101、ZK901控制（圖2）（H1、H2分別代表控制工程水平厚度），即：

若將此塊段細分為如圖2上、下2個小塊段，則：

此結果與只考慮礦體沿二維方向是否存在外推點，并非考慮外推點個數(shù)相一致。

資源量估算方法中一般以礦體1/4尖推不加零點地質塊段法較為準確，如圖2塊段全面積將減少1/2，即：

礦體1/2尖推地質塊段法存在加零點的問題，不同加零點的方法所得結果相差較大，礦體1/2尖推地質塊段法估算所得資源量與礦體1/4尖推不加零點地質塊段法所得結果相差較大。

7 結論

資源量估算中地質塊段法應用較為廣泛，運用地質塊段法進行計算時應注意塊段平均厚度加零點問題，圖件繪制時應注意投影圖及投影面的選擇、礦體外推的位置、不同塊段品級的圈定等多種因素的影響。

一般情況下，對同一礦體不同方法資源量估算1/4平推地質塊段法、1/4平推算術平均法和剖面法計算結果較為符合實際情況，考慮到1/2尖推地質塊段法、1/2尖推算數(shù)平均法，需考慮加零點的問題，所得計算結果相對誤差較大。在普遍情況下建議資源量估算盡量使用1/4平推地質塊段法。

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A

1004-5716(2015)05-0147-04

2014-04-21

國家重點基礎研究發(fā)展計劃“973”項目(2003CB2146000、2009CB219602)；中國煤炭科工集團有限公司科技創(chuàng)新基金項目（2014QN006）。

李鑫（1980-），男（漢族），甘肅張掖人，助理研究員，現(xiàn)從事鈾礦地質勘探及煤層氣測試工作。