伊犁盆地南緣蒙其古爾礦床西段鈾礦物學特征及地質(zhì)意義

蔣宏 張成勇 王守玉 羅星剛

摘? ?要：蒙其古爾鈾礦床是伊犁盆地南緣地浸砂巖型鈾礦田的重要組成部分。在系統(tǒng)總結(jié)礦床成礦地質(zhì)特征基礎上，以蒙其古爾礦床西段發(fā)現(xiàn)的鈾礦物為研究對象，通過鈾礦物學、鈾賦存狀態(tài)及價態(tài)比值等研究，認為鈾礦化形成于弱酸性的氧化還原過渡環(huán)境，部分形成于強氧化環(huán)境。構(gòu)造活動的持續(xù)抬升對氧化流體的持續(xù)補給有利，氧化流體作用和次生鈾礦物是良好的找礦線索。

關(guān)鍵詞：伊犁盆地南緣;蒙其古爾礦床;鈾礦物學;鈾賦存狀態(tài)

蒙其古爾鈾礦床地質(zhì)構(gòu)造條件復雜，盆緣侏羅系或被控盆阻水斷裂切割或褶皺變形甚至倒轉(zhuǎn)，盆內(nèi)阻水斷裂切斷侏羅系水力聯(lián)系，地下水補徑排體系復雜。前人對蒙其古爾礦床東段開展了大量微觀鈾礦物學、元素地球化學、粘土和穩(wěn)定同位素等方面研究，總結(jié)了以雙礦帶和越流成礦為特征的“蒙其古爾式”成礦模式和富大礦體成因機制[1]。蒙其古爾礦床西部與東部相比，西部更靠近補給源，構(gòu)造更強烈，地下水補徑排體系更復雜。筆者據(jù)礦床勘查實踐，結(jié)合鈾礦物學特征，對蒙其古爾礦床西段鈾礦化環(huán)境及富集機制進行探討，旨在對區(qū)內(nèi)從事鈾礦找礦工作的同行有所啟迪。

1? 礦床地質(zhì)特征

1.1? 地層

礦區(qū)中新生代蓋層發(fā)育總體齊全，包括侏羅系、新近系和第四系。中下侏羅統(tǒng)水西溝群為一套潮濕氣候條件下形成的以灰色為主的暗色含煤碎屑沉積;頭屯河組為河流相沉積，為灰色含礫粗砂巖，雜色泥巖、粉砂巖;新近系為干旱氣候條件下形成的以褐紅、紅色為主的河湖相沉積;第四系為山麓洪積相沉積物。水西溝群可分為3個組：八道灣組為一套沖積扇相粗碎屑沉積，頂部為煤層;三工河組為辨狀三角洲沉積，下部為灰色泥巖和粉砂巖，上部為灰色粗砂巖、砂礫巖;西山窯組為扇三角洲平原沉積-曲流河沉積，下部為灰色粗砂巖，中部為泥巖夾煤層，上部為灰色粗砂巖、含礫粗砂巖，頂部為煤層。

1.2? 構(gòu)造

礦區(qū)位于伊犁盆地南緣斜坡帶東段構(gòu)造活動區(qū)，斜坡帶總體為北傾的單斜構(gòu)造。礦區(qū)內(nèi)主要發(fā)育F1、F2、F3等斷裂構(gòu)造。F1斷裂位于礦區(qū)東南部，為伊犁盆地南緣逆沖控盆斷裂;F2斷裂為F1斷裂分支，位于礦區(qū)西南部;F3斷裂位于礦區(qū)西北部，為隱伏逆斷層，對礦床地下水動力條件及層間氧化帶發(fā)育具明顯分割控制作用（圖1）。

1.3? 層間氧化帶發(fā)育特征

礦床內(nèi)層間氧化帶發(fā)育于三工河組、西山窯組砂體中，總體由南西向北東方向發(fā)育。平面上層間氧化帶前鋒線呈蛇曲狀NE向展布，互有疊置，寬200～2 000 m。剖面上層間氧化帶在F1、F2和F3斷裂夾持區(qū)內(nèi)呈疊瓦狀展布，局部呈透鏡體狀、對稱狀，厚0.2～24.6 m，埋深49.0～1 023.0 m。

1.4? 礦體特征

礦床內(nèi)共發(fā)育4層工業(yè)鈾礦體，分別賦存于三工河組下段、三工河組上段、西山窯組下段和西山窯組上段砂體中，長度大于12 km，寬25～505 m。礦體平面上互相疊置，形態(tài)各異，空間關(guān)系較復雜（圖1）。鈾礦體總體呈NE向展布，傾角4°～8°，平均6°，以層狀和卷狀為主。主要發(fā)育于粗砂巖及砂礫巖內(nèi)，埋深75.35～1 023.30 m。礦體具厚度大、品位高特點，平均厚4.20 m，平均品位0.088%，平均鈾含量7.04 kg/m2。

2? 取樣與分析結(jié)果

樣品采自礦床西段工業(yè)鉆孔中富含有機質(zhì)、碳屑、硫化物的灰白、灰、灰黑色砂巖及砂礫巖中。樣品測試工作在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成，借助Inca ENERGY能譜進行定性分析和JXA-8100電子探針進行定量測試，實驗條件為：加速電壓15.0 kV，探針速流2.00×10-8A，束斑大小1 μm。

2.1? 鈾礦物類型

電子探針分析可知，蒙其古爾礦床西段鈾礦物主要為瀝青鈾礦，部分為鈾石，少量釩鈾礦和砷鈾礦，見較多鈦鈾混合物。

2.1.1? 瀝青鈾礦（UO2）

瀝青鈾礦中UO2含量63.95%～84.09%;SiO2含量1.29%～5.58%;K2O含量0.14%～4.52%;含少量MgO （0.06%～0.15%），Al2O3（0.73%～2.94%），F(xiàn)eO（0.21%～4.62%），Na2O（0.41%～0.2.24%），P2O5（0.04%～1.96%）等雜質(zhì);ThO2含量很低，大部分近乎不含。部分數(shù)據(jù)點SO3含量較高，為2.58%～7.62%。瀝青鈾礦電子探針成分總量相對較高，為83.56%～94.86%，平均89.46%。本次測試的瀝青鈾礦電子成分與標準礦物成分基本一致，確定蒙其古爾礦床P0線以西地段西山窯組下段主要鈾礦物為瀝青鈾礦（圖2-a～c）。

2.1.2? 鈾石（UO2）

測試中出現(xiàn)兩個點為鈾石，成分含量特征如下：UO2含量51.17%和65.46%，SiO2含量12.98%和15.56%;含少量CaO（1.08%～2.06%）、P2O5（3.86%～5.61%）和Y2O3（1.55%～3.30%）等雜質(zhì)。電子探針成分總量為85.65%～95.01%，成分數(shù)據(jù)與標準鈾石成分基本一致（圖2-d）。

2.1.3? 砷鈾礦和釩鈾礦

蒙其古爾礦床中首次發(fā)現(xiàn)次生鈾礦物，主要為砷鈾礦和釩鈣鈾礦。砷鈾礦成分含量特征為：UO2含量55.55%～63.22%，As2O3含量16.62～23.69%，電子探針數(shù)據(jù)總量偏低，與其含水有關(guān)。釩鈾礦成分含量特征為：UO2含量45.24%和52.61%，VO2含量14.94%和16.25%，K2O（0.49%和1.09%）和CaO（0.09%和0.07%）含量很低，明顯不同于釩鉀鈾礦和釩鈣鈾礦。綜合對比標準礦物成分特征，確定其為釩鈾礦（圖3）。釩鈾礦為研究區(qū)獨有礦物類型，在伊犁盆地其他礦床中未發(fā)現(xiàn)該礦物。

2.1.4? 鈦鈾混合物

礦石中見較多鈦鐵礦氧化物和金紅石等，周緣存在U礦物，部分形成UO2-TiO2混合物。成分特征為：UO2含量29.34%～44.81%，TiO2含量35.27%～48.34%，UO2和TiO2含量變化很大，明顯與典型鈦鈾礦含量不同。背散射圖中顯示礦物不均勻，結(jié)合產(chǎn)狀和礦物賦存形式，推測為UO2-TiO2混合物。

2.2? 鈾賦存狀態(tài)

2.2.1? 獨立鈾礦物

瀝青鈾礦是P0線以西地區(qū)出現(xiàn)豐度最高的獨立鈾礦物。礦石中鈾近乎70%以上呈微細瀝青鈾礦集合體形式，以浸染狀分布于砂巖填隙部位及微裂隙中，分布極不均勻，局部富集。顆粒大小變化很大，瀝青鈾礦集合體獨立分布或與分布于黃鐵礦、石英顆粒邊緣，為6～50 μm。這些瀝青鈾礦集合體不純凈，背散射圖上顯示很多解理和明暗不均勻情況。瀝青鈾礦主要分布在石英顆粒邊緣、表面溶蝕孔、黃鐵礦和少量微晶方解石周圍。形成石英-瀝青鈾礦組合、微晶黃鐵礦-瀝青鈾礦組合、半自形-自形細晶黃鐵礦-瀝青鈾礦組合和瀝青鈾礦-高嶺石-微晶方解石共生礦物組合等。

鈾石顆粒細小，以集合體或聚形體為主，常與膠狀黃鐵礦一起分布在碎屑顆粒的溶蝕孔隙中，構(gòu)成鈾石-膠狀黃鐵礦組合，或分布在石英、長石邊緣，與粘土礦物共存，形成石英-粘土礦物-鈾石組合。部分樣品中可見砷鈾礦和釩鈾礦等次生鈾礦物，砷鈾礦以粒狀或板狀存在。集合體呈鱗片狀，似云母，解理發(fā)育。集合體獨立存在或賦存在鉀長石、粘土礦物邊緣。釩鈾礦呈板狀、集合體呈粒狀分布在碎屑顆粒邊緣。礦石樣品中見較多氧化鈦和金紅石等，部分與鈾礦物混合生長，形成UO2-TiO2混合物。UO2-TiO2混合物主要分布在金紅石邊緣或白云母解理縫隙中，構(gòu)成金紅石-UO2-TiO2混合物礦物組合、白云母-UO2-TiO2混合物礦物組合等。

2.2.2? 吸附形式鈾

吸附態(tài)鈾為砂巖型鈾礦中鈾常見和非常重要的存在形式。研究區(qū)內(nèi)見很多細小瀝青鈾礦（小于2 μm）分布在石英和高嶺石邊緣，為吸附態(tài)存在的鈾。高嶺石、綠泥石等粘土礦物中可見分散的、細小顆粒的吸附態(tài)鈾礦物存在。背散射圖像和能譜分析顯示，很多UO2-TiO2混合物以吸附態(tài)存在，分布在金紅石和石英等顆粒邊緣，或與粘土礦物分布在一起。鋯石、磷灰石等副礦物中含極微量類質(zhì)同像鈾。

3? 討論

3.1? 鈾礦化形成環(huán)境

前述鈾礦物學特征以瀝青鈾礦和吸附態(tài)鈾為主，對應成礦作用主要為氧化還原作用和吸附作用。礦石樣品中見明顯赤鐵礦與黃鐵礦共存現(xiàn)象，指示為氧化還原過渡帶環(huán)境。瀝青鈾礦主要分為兩類，一類分布在石英和長石等碎屑顆粒表面，另一類與細晶狀黃鐵礦共生。鈾礦物分布在石英等碎屑顆粒邊緣，見較多鈾礦物布滿整個碎屑顆粒。

釩鈣鈾礦產(chǎn)于完全氧化帶內(nèi)，與釩鉀鈾礦作為表生氧化流體成礦作用中的次生鈾礦物經(jīng)常出現(xiàn)，一般為早期形成的瀝青鈾礦等低價鈾礦物的再次改造[2]。砷鈾礦常產(chǎn)于鈾礦床氧化帶，發(fā)育在鈾黑帶或淋濾帶上部，賦存在瀝青鈾礦或鈾黑表面。蒙其古爾礦床西段位于扎吉斯坦河流上游，發(fā)育大面積露頭區(qū)，從新近系至今持續(xù)抬升接受地表氧化流體的滲入和改造[3]。研究區(qū)出現(xiàn)的釩鈾礦和砷鈾礦與強烈持續(xù)的氧化作用有關(guān)，兩個礦石樣品中極低的U4+/U6+比值（0.29和0.44），證實存在部分U沉淀于強氧化環(huán)境的現(xiàn)象。V和As元素來源可能與近巖漿巖活動區(qū)和近F1盆緣逆沖構(gòu)造活動區(qū)有關(guān)[4]，巖漿或構(gòu)造活動造成部分深部物質(zhì)聚集，并在持續(xù)氧化過程中造成氧化帶內(nèi)V和AS元素富集并與鈾酰離子結(jié)合，在氧化砂巖中形成釩鈾礦和砷鈾礦等次生鈾礦物。

3.2? 鈾礦化富集機制

蒙其古爾礦床靠近扎吉斯坦隆起附近，來自扎吉斯坦河上游的水流持續(xù)滲入，并在蒙其古爾礦床東段形成持續(xù)的NE向氧化成礦流體運移和尖滅區(qū)。側(cè)向補給時蒙其古爾礦床為成礦主要補給方式，盆緣斷裂F1中的次級構(gòu)造斷層形成的又一補給窗口，破壞了之前的礦體，使礦床東段礦體向NW向明顯突出，形成現(xiàn)在復雜、富大的礦體形態(tài)。研究認為，蒙其古爾礦床成礦作用階段較多，現(xiàn)今仍在持續(xù)成礦，主要證據(jù)為測得的成礦年齡（0.5～2 Ma），且氧化流體與現(xiàn)今地表水系仍相連通，現(xiàn)今地表水仍持續(xù)補給并推動礦體的持續(xù)滾動[5-6]。

相對蒙其古爾礦床東段，蒙其古爾礦床西段構(gòu)造和氧化流體存在明顯特殊之處。蒙其古爾礦床西段更靠近F1盆緣斷裂，構(gòu)造抬升幅度更大、剝蝕強度更大，工業(yè)鈾礦化幾乎接近地表。該地區(qū)正好位于扎吉斯坦河流上游，地層出露地表，現(xiàn)今扎吉斯坦和地表水和地下水水位幾乎一致，形成聯(lián)通地表氧化流體-地下成礦流體的持續(xù)補給區(qū)。氧化流體的持續(xù)補給，增強了氧化流體與含礦砂巖間的水巖作用，使鈾礦化砂巖更偏氧化。從蒙其古爾礦床東段與西段U4+/U6+比值來看，東段U4+/U6+比值較大，指示其處于氧化-還原過渡帶或過渡帶偏還原一側(cè)，對成礦富集有利。礦床西段受持續(xù)的后期改造作用，鈾沉淀于偏氧化環(huán)境，出現(xiàn)3個樣品U4+/U6+小于0.5，指示相對礦床東段，西段氧化作用更強（圖3）。按次生鈾礦物發(fā)育的U4+/U6+比值看，U4+/U6+比值小于0.5的情況下可能為強氧化環(huán)境，對次生鈾礦形成有利，其中出現(xiàn)的釩鈾礦和砷鈾礦等次生鈾礦物正是這種氧化環(huán)境成礦的證據(jù)。

蒙其古爾礦床西段位于整個蒙其古爾礦床氧化流體的主要補給區(qū)，氧化程度和水巖作用強度更大，早期沉淀的鈾礦化遭破壞，使早期沉淀的U4+在此溶解形成U6+，遷移至礦床東段一帶沉淀富集，為礦床東段形成集中的大規(guī)模鈾礦化提供了物質(zhì)和環(huán)境基礎。受此影響，P0線以西整體處于氧化流體強補給區(qū)和較強的氧化環(huán)境，造成鈾礦化連續(xù)性相對較差和多個透鏡狀鈾礦體產(chǎn)于氧化帶內(nèi)的現(xiàn)象。

3.3? 找礦啟示

相對伊犁盆地南緣其它礦床，蒙其古爾礦床形成的構(gòu)造背景活動性強，礦床西段構(gòu)造活動性更強。礦床西段鈾礦化勘查的持續(xù)擴大，說明構(gòu)造活動區(qū)對砂巖型鈾礦化的富集不是完全不利。P0線以西地段勘查和鈾礦物學研究表明，構(gòu)造活動的持續(xù)抬升對氧化流體的持續(xù)補給有利，現(xiàn)今地表水的持續(xù)滲入，改造了原有鈾礦物組合類型和鈾礦體的形態(tài)，推動鈾礦化向盆地滾動，造成補給區(qū)富集鈾礦化類型、礦物組合和礦體空間形態(tài)更復雜，形成的持續(xù)氧化流體作用和次生鈾礦物是良好的找礦線索。應加強構(gòu)造、地表水、地下水和古成礦流體的空間配置和耦合機理研究，加強地表和近地表富集鈾礦化物質(zhì)組分和成因機制的研究。

4? 結(jié)論

（1） 蒙其古爾礦床西段鈾礦物為瀝青鈾礦、鈾石、砷鈾礦、釩鈾礦等，鈾礦化形成于弱酸性的、氧化還原過渡環(huán)境，部分形成于強氧化環(huán)境。氧化流體的持續(xù)補給是強氧化帶形成鈾礦化的最主要原因。

（2） 構(gòu)造活動的持續(xù)抬升對氧化流體的持續(xù)補給有利，氧化流體作用和次生鈾礦物是良好的找礦線索。

（3） 鈾礦勘查過程中，近補給區(qū)的鈾成礦規(guī)律研究應采用宏觀與微觀有機結(jié)合方式，才不會遺漏氧化帶處的鈾礦體。

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