吐哈盆地大南湖地區(qū)砂巖型鈾礦層間氧化帶發(fā)育及其地球化學(xué)特征

劉治國，殷棟法，喬海明，尚高峰，楊興

(1.核工業(yè)二○三研究所 咸陽 712000； 2.中煤地質(zhì)工程總公司 北京 100040)

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吐哈盆地大南湖地區(qū)砂巖型鈾礦層間氧化帶發(fā)育及其地球化學(xué)特征

劉治國1，殷棟法2，喬海明1，尚高峰1，楊興1

(1.核工業(yè)二○三研究所 咸陽 712000； 2.中煤地質(zhì)工程總公司 北京 100040)

吐哈盆地是我國西北地區(qū)一個(gè)重要的鈾成礦基地，已經(jīng)在北礦帶、南礦帶、八仙口等地段發(fā)現(xiàn)了工業(yè)礦床。盆地南緣東段地區(qū)是非常重要的成礦潛力區(qū)，通過對(duì)大南湖地區(qū)開展鉆探工作，發(fā)現(xiàn)了部分鈾礦化現(xiàn)象。經(jīng)過野外巖心觀察、綜合剖面研究及元素分析，認(rèn)為該地區(qū)可劃分為氧化帶、氧化還原過渡帶、原生巖石帶，從氧化帶到原生巖石帶，C有、Fe3+/Fe2+值、∑S具有從低變高的趨勢(shì)；利用現(xiàn)代分析測(cè)試手段研究了不同巖石帶內(nèi)常量元素、特征元素和微量元素的地球化學(xué)特征，結(jié)果顯示CaO、K2O、Na2O、MnO等活潑堿性金屬在鈾礦石中富集，V、Sc、Ga元素與鈾、釷含量具有正相關(guān)性。為研究區(qū)砂巖型鈾資源的進(jìn)一步擴(kuò)大提供了理論依據(jù)。

吐哈盆地; 層間氧化帶;砂巖型鈾礦;地球化學(xué)特征

0 前言

吐哈盆地是我國西北地區(qū)一個(gè)重要的鈾成礦基地，已經(jīng)在北礦帶、南礦帶、八仙口等地段發(fā)現(xiàn)了工業(yè)礦床。

為了擴(kuò)大吐哈盆地砂巖型鈾礦找礦成果，向盆地東南部開展工作十分有必要。

本次工作研究區(qū)位于新疆哈密盆地南緣東段，西自大南湖凹陷喬兒塔格，東至紅嶺坡，南界覺羅塔格山，北限于南湖凸起一線，東西長約60km，南北寬10～20km，總面積約900km2。行政區(qū)劃隸屬新疆維吾爾自治區(qū)哈密市管轄(圖1)。

1 層間氧化帶分帶發(fā)育特征

層間氧化帶是地下承壓水對(duì)滲透性質(zhì)不同的巖層長期進(jìn)行逐漸淋濾、滲透、氧化作用的結(jié)果，具有較明顯的地球化學(xué)分帶現(xiàn)象。

通過對(duì)大南湖地區(qū)鉆探施工和分析，根據(jù)該區(qū)層間氧化帶中巖石礦物成分的變化、顏色，低價(jià)鐵礦物的轉(zhuǎn)變，炭屑、有機(jī)質(zhì)的存在情況及Fe3+/Fe2+、S全等地化參數(shù)分析對(duì)比， 對(duì)該地區(qū)層間氧化帶的分帶發(fā)育特征進(jìn)行了研究。

圖1 工作區(qū)交通位置圖Figure 1 Traffic position map of study area

為了深入研究該地區(qū)層間氧化帶發(fā)育特征、探索其與砂巖型鈾礦成礦的關(guān)系，結(jié)合鉆探工程施工，繪制了該地區(qū)184號(hào)勘探線的剖面圖(圖2)。發(fā)現(xiàn)該區(qū)層間氧化帶較為發(fā)育，大致為5層，呈條帶狀發(fā)育特征，各氧化帶之間具備明顯的分隔層。研究認(rèn)為，該區(qū)層間氧化帶整體上可大致劃分為氧化帶、氧化-還原過渡帶和原生巖石帶，但層間氧化帶的嚴(yán)

格分帶規(guī)律并不明顯。

1.1 完全氧化帶

一般情況下，根據(jù)巖石的顏色大致可以分出完全氧化亞帶和不完全氧化亞帶(圖3)，但具體界線難以區(qū)分。

完全氧化亞帶巖石主要表現(xiàn)為褐黃色、淺褐黃色，間或夾淺玫瑰紅色，帶的上、下兩側(cè)有時(shí)可見褪色蝕變成灰白色， 巖石內(nèi)低價(jià)鐵礦物(如黃鐵礦、菱鐵礦)全部或大部分氧化。完全氧化帶主要發(fā)育于透水性好或較好的巖石中，部分由于地下水的后期改造出現(xiàn)鈣質(zhì)膠結(jié)，但巖石仍表現(xiàn)為褐黃色等。通過分析發(fā)現(xiàn)，巖石中有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)C有為0.02%～0.74%，平均為0.16%；Fe3+/Fe2+值為1.07～7.40，平均為4.35、∑S為0.01%～0.25%，平均值為0.04%。

1-煤；2-泥巖；3-粉砂巖；4-細(xì)砂巖；5-中砂巖；6-粗砂巖；7-礫巖；8-伽瑪曲線；9-層間氧化帶；10-推測(cè)鈾礦體圖2 184號(hào)勘探線地質(zhì)剖面圖Figure 2 Geological section of Line No.184

圖3 144線層間氧化帶分帶特征圖Figure 3 Line 144 interlayer oxidized zone zoning features

不完全氧化亞帶巖石主要呈深淺不一的褐黃色、黃色、淺黃色或灰色帶黃色、褐黃色暈斑，局部可見未徹底氧化的褐鐵礦結(jié)核、不完全氧化的炭屑或炭屑，不完全氧化帶主要發(fā)育于層間氧化帶的前端，在層間氧化帶兩翼也可以出現(xiàn)。

該帶可形成鈾礦化或異常，含礦化砂巖顏色均為褐黃色。巖石中有機(jī)質(zhì)含量C有為0.02%～0.74%，平均為0.23%；Fe3+/Fe2+值為1.31～4.61，平均為3.16；∑S為0.01%～0.07%，平均值0.02%。

1.2 氧化-還原過渡帶

過渡帶位于層間氧化帶的前端及兩翼。巖石多為疏松的深灰色、灰色、灰白色，有時(shí)為淡黃色或呈含黃色斑點(diǎn)、色暈的灰黑色礦石。黏土化蝕變較發(fā)育，主要為高嶺土化，次為伊利石化；多見粉末狀、微粒狀黃鐵礦、粉末狀炭質(zhì)物；礦石中存在大量吸附瀝青鈾礦；在某些鉆孔中也可見到弱氧化礦化巖石，其特點(diǎn)是在灰色礦化段常見到黃色斑點(diǎn)、色暈。過渡帶巖石有機(jī)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)C有為0.07%～0.75%，平均0.34%；Fe3+/Fe2+值為0.77～6.55，平均為3.05；∑S為0.16%～3.66%，平均值為1.31%。

1.3 原生巖石帶

由灰色、淺灰色、灰白色砂巖、含礫砂巖、砂質(zhì)礫巖等組成。巖石中黃鐵礦、炭屑物、菱鐵礦、黑云母未發(fā)生明顯變化，僅見長石及黑云母有輕微的水解現(xiàn)象。

其巖石中有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)C有為0.22%～1.19%，平均為0.60%；Fe3+/Fe2+值為0.56～1.80，平均值為1.24；∑S 0.03%～0.05，平均值為0.04%。

1.4 層間氧化帶與鈾礦化的關(guān)系

研究區(qū)內(nèi)的鈾礦化現(xiàn)象與層間氧化帶發(fā)育存在直接的成因關(guān)系，鈾礦化類型屬層間氧化帶型鈾礦化。富氧水在層間運(yùn)移的過程中，浸取所徑流目的層中的鈾元素形成富鈾含氧水，富鈾含氧水在向前運(yùn)移過程中，隨著自由氧的不斷消耗，遇富還原介質(zhì)的地球化學(xué)障，在還原地球化學(xué)障附近鈾元素被還原沉淀，進(jìn)一步富集后，形成鈾礦化或鈾異常。即鈾礦化形成于氧化-還原過渡帶；空間上，氧化-還原過渡帶位于層間氧化帶前鋒線及距前鋒線不遠(yuǎn)的層間氧化帶的上、下翼。

2 層間氧化帶地球化學(xué)特征

2.1 巖石化學(xué)成分

為了研究巖石化學(xué)成分，針對(duì)研究區(qū)大南湖地區(qū)后生氧化蝕變巖石、未蝕變?cè)疑珟r石及氧化還原過渡帶附近的異常巖石(或礦石)進(jìn)行了取樣及化學(xué)成分分析工作，分析結(jié)果(表1)顯示：

①SiO2含量在氧化巖石中最高，在鈾礦石中次之，在原生灰色巖石中最低，其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為77.75%、70.99%、64.71%，說明在后生蝕變過程中SiO2出現(xiàn)遷移或富集；②Al2O3在氧化帶中含量最低，礦石帶次之，原生灰色帶最高，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10.55%、10.63%、14.51%， 反映了Al2O3地球化學(xué)性質(zhì)比較活波，在蝕變巖石和礦石帶帶出，在原生巖石帶沉淀現(xiàn)象；③TFe2O3、MgO在未蝕變?cè)疑珟r石中含量最高(3.04%、1.17%)，在后生氧化蝕變巖石中次之(1.75%、0.79%)，在鈾礦石中最低(1.67%、0.64%)，反映了Fe2O3、MgO地球化學(xué)性質(zhì)比較活波，有在氧化帶、礦石帶帶出，在原生灰色巖石帶有沉淀富集作用；④CaO、K2O、Na2O、MnO等活潑堿性金屬均表現(xiàn)為在鈾礦石中富集的地球化學(xué)現(xiàn)象；⑤P2O5則表現(xiàn)了相對(duì)穩(wěn)定的的地球化學(xué)性質(zhì)，各巖石帶無明顯的變化規(guī)律。⑥TiO2在氧化巖石中含量最低，礦石帶次之，原生灰色帶最高，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.34%、0.39%、0.78%，與Al2O3有相同的地球化學(xué)性質(zhì)。

圖4 巖心氧化發(fā)育特征Figure 4 Core oxidation development features

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注：樣品分析由核工業(yè)203研究所分析測(cè)試中心完成，括號(hào)中數(shù)字為樣品數(shù)。

2.2 特征元素地球化學(xué)特征

表2 氧化巖石特征元素化學(xué)分析結(jié)果表

注：樣品分析由核工業(yè)203研究所分析測(cè)試中心完成

研究區(qū)特征元素分析結(jié)果(表2)表明：①U在氧化帶中的含量最低，原生灰色巖石帶中次之，氧化-還原過渡帶最高，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.03×10-6、7.15×10-6、80．61×10-6，說明含氧水將氧化巖石中的鈾元素帶入過渡帶中；②Th由氧化帶(7.39×10-6)、過渡帶(8.08×10-6)到原生灰色帶(8.34×10-6)中含量逐漸增高，但變化不大；③有機(jī)碳(orgC)在氧化帶中含量最低，原生灰色帶次之，過渡帶最高，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.23%、0.60%、0.64%，過渡帶與灰色帶含量幾乎相等；④S在氧化帶中的含量最低，原生灰色巖石帶次之，過渡帶含量最高，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.02%、0.04%、0.51%，特高的硫含量與砂巖中的黃鐵礦有很大關(guān)系，它與有機(jī)炭共同成為六價(jià)鈾的還原物質(zhì)；⑤Fe3+、Fe2+在原生灰色巖石中平均含量最高，無論是氧化帶、過渡帶還是原生灰色帶Fe3+含量均比Fe2+含量高，與樣品在干熱氣候中放置時(shí)間較長有關(guān)系；⑥Fe3+/Fe2+在氧化帶中平均值為3.16，灰色帶和原生還原帶中平均 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.59，1.24，具有較明顯的由氧化到還原的比值降低的趨勢(shì)，同時(shí)含礦巖石和異常巖石既有灰色也有黃色，對(duì)分析的結(jié)果也有一定影響。

2.3 微量元素地球化學(xué)特征

大南湖研究區(qū)70個(gè)樣品做了微量元素化學(xué)分析，分析結(jié)果見表3，結(jié)果顯示：

①V、Sc、Ga、Se均表現(xiàn)為在氧化-還原過渡帶中含量最高，分別平均為76.24×10-6、11.87×10-6、17.25 ×10-6、0.67 ×10-6；在原生灰色巖石帶次之，分別平均為60.60×10-6、9.45×10-6、13.91×10-6、0.07 ×10-6；在氧化巖石中最低，分別平均為40.30×10-6、5.25×10-6、9.9×10-6、0.05 ×10-6；反映了這些元素在氧化帶帶出，在氧化還原過渡帶相對(duì)富集的地球化學(xué)特征，部分元素已經(jīng)遷移至原生灰色巖石帶。②V、Sc、Ga還表現(xiàn)出隨巖石粒度變細(xì)含量增高的趨勢(shì)，與鈾、釷含量的變化具有一致性。③Se則表現(xiàn)出在氧化-還原過渡帶隨巖石粒度的變小，含量減少的趨勢(shì)，在原生灰色巖石帶隨巖石粒度變小有不明顯的增高。④Mo、Ge、Re元素表現(xiàn)出在原生灰、氧化帶和氧化還原過渡帶變化不大的地球化學(xué)特點(diǎn)。

表3 巖石微量元素化學(xué)分析結(jié)果表

注：樣品分析由核工業(yè)203研究所分析測(cè)試中心完成

3 結(jié)論

1.大南湖地區(qū)具備較為明顯的層間氧化帶發(fā)育，整體上可大致劃分為氧化帶、氧化-還原過渡帶和原生巖石帶，但嚴(yán)格的分帶界限并不明顯；氧化帶的發(fā)育有利于形成鈾礦化的良好條件，與鈾富集成礦密不可分。

2.通過取樣分析，進(jìn)一步研究巖石化學(xué)成分發(fā)現(xiàn)，氧化帶的蝕變過程中SiO2出現(xiàn)過遷移或富集，Al2O3、TiO2則表現(xiàn)為在蝕變巖石和礦石帶遷出，在原生巖石帶沉淀的規(guī)律；CaO、K2O、Na2O、MnO等活潑堿性金屬均表現(xiàn)為在鈾礦石中富集的地球化學(xué)現(xiàn)象。

3.特征元素表現(xiàn)出了很強(qiáng)的分帶性。U元素呈現(xiàn)出在地球化學(xué)分帶中較為明顯的從氧化帶遷移、在過渡帶富集的規(guī)律，鈾元素的富集與有機(jī)炭、S有密切關(guān)系；無論是氧化巖石還是原生灰色巖石，總體上粒度越細(xì)，鈾、釷含量越高；區(qū)內(nèi)巖石原生地球化學(xué)類型為灰色-黑色，orgC含量0.60%，F(xiàn)e3+/Fe2+=1.24還原能力強(qiáng)，有利于層間氧化帶型鈾礦床的形成。

4.微量元素V、Sc、Ga、Se呈現(xiàn)出了明顯的分帶分布特征，其中V、Sc、Ga表現(xiàn)出與鈾、釷含量具有正相關(guān)性；Mo、Ge、Re則無明顯分帶分布特征。

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Sandstone Uranium Ore Interlayer Oxidized Zone Development and Its Geochemical Features in Dananhu Area, Turpan-Hami Basin Its Geochemical Features in Dananhu Area, Turpan-Hami Basin

Liu Zhiguo1, Yin Dongfa2, Qiao Haiming1, Shang Gaofeng1and Yang Xing1

(1. No.203 Research Institute of Nuclear Industry, Xianyang, Shaanxi 712000; 2. China Coal Geological Engineering Corporation, Beijing 100040)

The Turpan-Hami Basin is an important uranium metallogenic base in Northwest China, and northern, southern and Baxiankou three pay grade ore belts have been found. The eastern sector of basin southern margin is an excellent metallogenic potential area. Through the drilling in the Dananhu area, has found some uranium mineralization phenomena. After field core observation, comprehensive sections study and elemental analysis have considered that the area can be partitioned into oxidized zone, redox transitional zone and primary rock zone, from the former to the latter, the Corg, Fe3+/Fe2+andΣShaveatrendfromhightolow.Usinguptodatemeansofanalysisandtestinghavestudieddifferentzonesmacroelement,eigenelementandmicroelementgeochemicalcharacteristics.TheresulthasshownthattheactivealkalimetalsincludingCaO,K2O,Na2OandMnOetc.haveenrichedinuraniumore;elementsV,ScandGahavepositivecorrelationwithuraniumandthoriumcontents.Thusthestudyhasprovidedfurtherexpandingofthesandstoneuraniumresourcesintheareawiththeoreticalbasis.

Turpan-Hami Basin; interlayer oxidized zone; sandstone uranium; geochemical characteristics

10.3969/j.issn.1674-1803.2017.05.08

1674-1803(2017)05-0039-06

劉治國(1983—)，男，甘肅隴西人，2008年畢業(yè)于長春工程學(xué)院資源勘查工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，長期從事砂巖型鈾礦勘查與研究工作。

2017-04-01

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

責(zé)任編輯：宋博輦