二連盆地巴彥烏拉鈾礦床賽漢組下段煤層與鈾成礦關(guān)系研究

高賀偉， 王 貴，唐大偉， 嚴(yán)兆斌，陳鳳興

（1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春 130012；2.中國核工業(yè)集團(tuán)公司，北京 100822；3.核工業(yè)二〇八大隊(duì)，內(nèi)蒙古 包頭014010；4.東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌330013）

二連盆地巴彥烏拉鈾礦床賽漢組下段煤層與鈾成礦關(guān)系研究

高賀偉1，2， 王 貴3，唐大偉3， 嚴(yán)兆斌4，陳鳳興3

（1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春 130012；2.中國核工業(yè)集團(tuán)公司，北京 100822；3.核工業(yè)二〇八大隊(duì)，內(nèi)蒙古 包頭014010；4.東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌330013）

巴彥烏拉鈾礦床是我國發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)古河谷可地浸砂巖型鈾礦床，鈾礦體產(chǎn)于賽漢組上段古河道砂體中，主要受層間氧化帶控制。含礦砂體底部與賽漢組下段頂部煤層直接接觸，煤層在變質(zhì)過程中釋放出大量的CH4、NH3、H2S、H2等煤成氣，提供氧化-還原過程中的主體還原介質(zhì)，形成“氣障”效應(yīng)，減緩了含氧含鈾層間水的運(yùn)移，一定程度上控制了層間氧化帶的產(chǎn)出部位和形態(tài)。

砂巖型鈾礦；煤層；賽漢組；巴彥烏拉；二連盆地

Abstract:Bayanwula uranium deposit is the first paleovalley leachable sandstone type uranium deposit discovered in China.Uranium ore occurred in braided river sand body of Upper member of Saihan Formation and controlled by inter-layer oxidation zone mainly.The top coal layer of Lower member of Saihan Formation contacted directly with bottom layer of ore-bearing sandstone.Large amounts of CH4、NH3、 H2S、 H2may be released during the deterioration process of coal layer， which could provide main reducing medium for the oxidation-reduction process and produce a “gas barrier” effect in ore-bearing sandstone， to slow down the migration of water with oxygen and uranium， and hence controlled the location and morphology of the interlayer oxidation zone to some extent.

Key words:sandstone type uranium deposit； coal bed； Saihan Formation；Bayanwula； Erlian basin

古河谷砂巖型鈾礦系指那些產(chǎn)于古河道沉積物內(nèi)（即古河道砂體）、受潛水氧化或?qū)娱g氧化作用形成的鈾礦床［1］。巴彥烏拉鈾礦床位于內(nèi)蒙古二連盆地馬尼特坳陷西部，夾持于巴音寶力格隆起與蘇尼特隆起之間，西鄰烏蘭察布坳陷。礦區(qū)呈北東向帶狀展布，東西長約20 km，南北寬10 km，面積約200 km2。巴彥烏拉鈾礦床是我國發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)古河谷可地浸砂巖型鈾礦床［2］，鈾礦體主要受層間氧化帶控制［3］?？臻g上砂巖型鈾礦與煤層呈上、下疊置，煤層所特有的各種化學(xué)和物理化學(xué)反應(yīng)能力，對層間氧化帶形成、鈾礦的富集起到至關(guān)重要的作用［4-5］。 筆者重點(diǎn)分析了煤層在鈾礦富集成礦過程中的作用機(jī)制，以及該機(jī)制下形成鈾礦的賦存特點(diǎn)，為下一步二連盆地古河谷砂巖型鈾礦找礦提供依據(jù)。

1 礦床地質(zhì)

1.1 構(gòu)造

巴彥烏拉鈾礦床礦體受賽漢組上段古河道砂體控制，古河谷的形成嚴(yán)格受基底構(gòu)造所造成的負(fù)地貌控制。凹陷內(nèi)蓋層斷裂只影響到下白堊統(tǒng)騰格爾組及之下地層，對賽漢組下段有微弱影響，但賽漢組上段古河谷中斷裂不發(fā)育（圖1）。由于晚白堊世構(gòu)造反轉(zhuǎn)造成該區(qū)不均衡抬升，其中河谷北側(cè)受F1斷裂逆沖的影響，抬升幅度相對較大，如靠斷裂一側(cè)賽漢組上段被剝蝕殆盡，并出露賽漢組下段的煤層（露頭和芒來煤礦）或騰格爾組，而古河道砂體也露出地表直接與古、新近系接觸，在晚白堊世到古近紀(jì)長時(shí)間的沉積間斷期，氧化作用強(qiáng)烈，是該區(qū)氧化帶形成及鈾成礦的主要時(shí)期［6］。

圖1 巴彥烏拉鈾礦床地震剖面解譯略圖Fig.1 Seismic interpretation sketch of Bayanwula uranium deposit

1.2 地層

巴彥烏拉鈾礦床南北兩側(cè)蝕源區(qū)分布大面積的中酸性侵入巖與火山-沉積巖，規(guī)模較大的巖體有蘇左旗巖體、紅格爾巖體等，伽馬照射量率為 9.55 nC/kg·h～10.06 nC/kg·h，鈾含量高，有大面積鈾的異常場及遷移高場，鈾浸出明顯，可提供豐富的鈾源。另外，含礦砂體物質(zhì)成分分析表明，砂體碎屑物主要來自周邊的花崗巖，這對巖石中鈾的預(yù)富集提供有利條件，白堊系鈾含量為6.7×10-6，為后生成礦提供豐富的鈾源。

區(qū)內(nèi)蓋層沉積物主體是下白堊統(tǒng) （圖2），自下而上依次為阿爾善組（K1a）、騰格爾組（K1t）、賽漢組 （K1s）；始新統(tǒng)伊爾丁曼哈組（E2y）和上新統(tǒng)寶格達(dá)烏拉組（N2b）；第四系主要分布在地勢相對較低的淖爾和盆緣河谷。巴彥烏拉鈾礦化主要產(chǎn)在賽漢組上段古河道砂體中，其上為K1s2頂部泥巖、下部為賽漢組下段頂部炭質(zhì)泥巖夾煤層古河谷內(nèi)發(fā)育辮狀河道亞相的骨架砂體，內(nèi)部有多層連通的泥巖夾層，構(gòu)成有利成礦的 “泥-砂-泥”巖性結(jié)構(gòu)；賦礦巖性以灰色砂質(zhì)礫巖、含礫粗砂巖、中細(xì)砂巖及少量含粉砂細(xì)砂巖為主，為多粒級組合體，成分及結(jié)構(gòu)成熟度低，非均質(zhì)性好；礦石中普遍含有機(jī)炭和黃鐵礦，其中細(xì)脈狀炭屑及呈膠結(jié)物產(chǎn)出的黃鐵礦是吸附態(tài)鈾的重要載體。

圖2 巴彥烏拉地區(qū)地層結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Stratigraphic structure of Bayanwula area

1.3 鈾礦體

平面上，鈾礦體主要位于古河谷長軸線附近的砂體厚度變異部位（圖3），該處砂體厚度及含砂率均較高，礦體順古河道砂體呈北東-南西向帶狀展布，長約4.0 km，寬0.2～1.0 km；垂向上，鈾礦體呈板狀、卷狀產(chǎn)于賽漢組古河道砂體的中、下部（圖4），沿傾向方向連續(xù)性好，含礦主巖為灰色砂巖，產(chǎn)于層間氧化帶前鋒線部位靠還原帶一側(cè)。

1.4 氧化帶

巴彥烏拉地區(qū)賽漢組上段古河道砂體形成后，來自北側(cè)幫含氧水的滲入起主導(dǎo)作用，并疊加沿河谷展布方向從西向東的古含氧水的作用，兩種作用在巴彥烏拉鈾礦床交匯，不斷向南、向東推進(jìn)氧化帶前鋒線的位置。主含礦層賽漢組上段古河道砂體發(fā)育潛水-層間氧化帶，氧化帶的形態(tài)控制著礦體的分布。平面上，礦體主要位于氧化帶前鋒線附近，即沿氧化-還原過渡帶分布，在未蝕變帶也有分布。垂向上，西部氧化帶為板狀，所形成礦體也為下翼板狀礦體，東部氧化帶為舌狀，所形成礦體為卷狀（圖4）。無論西部或東部所發(fā)現(xiàn)的鈾礦體均受潛水-層間氧化帶前鋒線控制，礦體產(chǎn)于前鋒線附近的灰色砂體中。

圖3 巴彥烏拉地區(qū)賽漢組上段砂體厚度等值線Fig.3 Thickness contour line of sandbody in Upper member of Saihan Formation，Bayanwula area

圖4 巴彥烏拉鈾礦床縱Ⅰ號地質(zhì)剖面圖Fig.4 Longitudinal geology SectionⅠin Bayanwula uranium deposit

2 鈾、煤產(chǎn)出特征

早白堊世賽漢早期，沉積中心與早白堊世早期對應(yīng)性好，繼承性發(fā)展明顯，但沉積范圍縮小（圖5），發(fā)育沖積扇、辮狀河及三角洲的沉積體系，巖性為砂巖、含礫砂巖、泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等，向盆內(nèi)以湖沼相或淺湖相為主，巖性為灰色、灰黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾砂巖，其頂部見2～5層褐煤層，煤層厚度0.3～3.8 m，呈板狀，規(guī)模加大、連續(xù)性好；賽漢晚期，受F1斷裂逆沖（圖1）及北部白音希勒凸起持續(xù)隆升控制，該區(qū)沉積范圍進(jìn)一步縮小到坳陷低凹區(qū)域，形成河谷型盆地，沉積中心略向南東偏移，賽漢組上段古河道砂體即在此背景下形成，以辮狀河沉積為主，厚度0～300 m，底板埋深20～320 m，其分布嚴(yán)格控制在凹陷中部。

賽漢組上段沉積時(shí)，古河道對賽漢組下段下切作用強(qiáng)烈，使下段頂部煤層剝蝕或直接與上段古河道砂體接觸，被剝蝕的煤層則以煤屑的形式賦存于上段古河道砂巖中。在巴彥烏拉礦床位置，煤層與賽漢組上段古河道砂體直接接觸，接觸范圍主要分布在礦床西部，與鈾礦體有較好的垂直對應(yīng)關(guān)系（圖4）。巴彥烏拉鈾礦床西南側(cè)河道砂體以氧化為主，大面積發(fā)育完全氧化帶，而河道北東側(cè)主要為地球化學(xué)還原環(huán)境，完全氧化帶和還原帶之間發(fā)育 “U”型氧化-還原過渡帶，寬為1.0～2.0 km。巴彥烏拉鈾礦床鈾礦體主要受層間氧化作用控制，沿古河道砂體，處于氧化-還原過渡部位和層間氧化帶前鋒線附近。

3 煤層與鈾成礦關(guān)系

賽漢組上段古河道砂體巖性主要為黃色、灰色中砂、中細(xì)砂和細(xì)砂巖，碎屑物成分以石英、長石為主，巖屑次之，云母極少量，砂巖中富含煤屑和炭化植物碎屑，其中，炭化植物碎屑多為細(xì)脈狀或根須狀，部分保留細(xì)胞結(jié)構(gòu)。

賽漢組上段砂巖中黃鐵礦分布較廣，含量較高，一般為1%～5%，高者可達(dá)10%～28%，多以膠結(jié)物形式產(chǎn)出。黃鐵礦與鈾礦化關(guān)系密切，電子探針分析結(jié)果顯示，鈾礦物多與黃鐵礦共生，主要為兩種形式：一種是以吸附態(tài)存在于早先形成的黃鐵礦表面（圖6A、B），而黃鐵礦本身卻沒有氧化的痕跡，這種形式的鈾很有可能是被其他還原物質(zhì)還原后，再被吸附在黃鐵礦表面；另一種是存在于黃鐵礦中的（圖6C、D），是和黃鐵礦共沉積的產(chǎn)物，該種形式的鈾屬后生蝕變共生礦化。因此可以判定，在鈾礦化形成過程中，構(gòu)成鈾還原障的物質(zhì)可能不包括黃鐵礦，或者并不發(fā)揮主要作用，只是作為鈾礦物被吸附的一個(gè)重要載體。

圖5 巴彥烏拉鈾礦床地球化學(xué)分帶示意圖 （含礦體、煤分布）Fig.5 Schematic geochemical zonation in Bayanwula uranium deposit （with ore body and coal distribution）

巴彥烏拉鈾礦床含礦砂體中層間氧化和鈾礦（化）體空間展布形態(tài)、位置均與其直接接觸的下賦煤層具有很好的疊置對應(yīng)性，賽漢組下段頂部煤層在變質(zhì)作用過程中釋放出來的 H2S、CH4和其他碳?xì)浠衔铮?-8］，直 接 上溢進(jìn)入其上部賽漢組上段古河道砂體，形成強(qiáng)還原環(huán)境，使水溶液中的六價(jià)鈾還原沉淀：

并伴隨大量黃鐵礦形成，形成了由含礦砂體底部向上至氧化-還原界面黃鐵礦含量逐漸減少的現(xiàn)象。筆者認(rèn)為賽漢組下段頂部煤層為巴彥烏拉鈾礦床提供最主要的還原介質(zhì)，在含礦砂體的氧化-還原過程中起主體還原作用。

另外，隨著煤層中有機(jī)質(zhì)經(jīng)過分解、聚合、凝聚等一系列地質(zhì)-地球化學(xué)過程，形成CH4、 NH3、 H2S、 H2等煤成氣［9］直接進(jìn)入煤層上方賽漢組上段含礦砂體，形成一個(gè) “氣障”，延緩含氧含鈾層間水在含水層中的運(yùn)移速度，與煤層釋放出的還原介質(zhì)共同作用，控制層間氧化帶的形成。而層間氧化帶前鋒線的產(chǎn)出位置與下部煤層的接觸范圍存在一定偏移（圖4），前鋒線位置相對煤層沿層間水運(yùn)移方向向前約400 m，這主要受層間水在含水層中運(yùn)移的 “拖拽效應(yīng)”影響。

圖6 鈾礦物與黃鐵礦共生關(guān)系 （據(jù)核工業(yè)二〇八大隊(duì)勘查報(bào)告）Fig.6 Symbiotic relations between pitchblende and pyrite （After Report of Geology Party No.208， CNNC.）

4 結(jié)論

1）巴彥烏拉鈾礦層間氧化帶形成過程中構(gòu)成還原障的物質(zhì)主要為賽漢組下段頂部煤層和地層本身富含的有機(jī)質(zhì)，而黃鐵礦并不能作為構(gòu)成還原障的還原介質(zhì)。

2）巴彥烏拉鈾礦床礦化受氧化作用和煤成氣還原作用聯(lián)合控制，賽漢組下段頂部褐煤層與鈾礦化產(chǎn)出關(guān)系密切，在含礦砂體的氧化-還原過程中起主體還原作用。煤層在變質(zhì)作用過程中釋放出來的H2S、CH4和其他碳?xì)浠衔?，使水溶液中的六價(jià)鈾還原沉淀，并伴隨大量黃鐵礦形成。

3）賽漢組下段頂部煤層的熱演化過程中，釋放出大量CH4、NH3、H2S、H2等煤成氣直接進(jìn)入煤層上方的賽漢組上段含礦砂體中，構(gòu)成一個(gè) “氣障”，延緩層間水運(yùn)移速度，以控制層間氧化帶的形成。

（，Continued on page 144）（，Continued from page 136）

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Study on relations between coal bed and uranium mineralization at Lower member of Sanhan Formation in Bayanwula uranium deposit of Erlian basin

GAO Hewei1，2， WANG Gui3， TANG Dawei3， YAN Zhaobin4， CHEN Fengxing3
（1.College of Earth Sciences， Jilin University，Changchun 130012， China； 2.China National Nuclear Corporation， Beijing 100822， China；3.Geological Party No.208，CNNC，Baotou， Inner Mongolia 014010， China； 4.State Key Laboratory Breeding Base of Nuclear Resource and Environment， East China Institute of Technology， Nanchang 330013， China）

P619.14；P618.11

A

1672-0636（2017）03-0131-06

10.3969/j.issn.1672-0636.2017.03.002

中國核工業(yè)地質(zhì)局鈾礦地質(zhì)勘查項(xiàng)目（編號：201601）、中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目（編號：DD2016013608）聯(lián)合資助。

2016-10-31；

2017-2-14

高賀偉（1984— ），男，黑龍江齊齊哈爾人，工程師，主要從事鈾礦地質(zhì)勘查和鈾資源區(qū)域評價(jià)工作。E-mail:276028387@qq.com