鄂爾多斯盆地志丹地區(qū)安定組鈾礦化地質(zhì)地球化學(xué)特征

湯超，肖鵬，魏佳林，徐增連，劉華建，趙麗君

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心天津，300170；2.中國地質(zhì)調(diào)查局鈾礦地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300170）

鄂爾多斯盆地地跨陜甘寧蒙晉五省區(qū)，面積約25×104km2，蘊(yùn)含豐富的煤炭、石油、天然氣及鈾礦資源，是我國最重要的能源基地之一。研究發(fā)現(xiàn)，鄂爾多斯盆地放射性異常分布范圍廣，異常層位包括二疊系、石炭系的含煤地層和中生代地層[1-2]。近十幾年來，在盆地東北緣發(fā)現(xiàn)了皂火壕、納嶺溝及大營等大型—超大型砂巖型鈾礦床，以及在盆地西緣寧東地區(qū)、西南緣焦家匯-國家灣地區(qū)及東南緣富縣-宜君地區(qū)發(fā)現(xiàn)了不同規(guī)模的砂巖型鈾礦或鈾礦化現(xiàn)象，展示了良好的找礦前景，含礦層位主要為中侏羅統(tǒng)直羅組和延安組、下白堊統(tǒng)華池-環(huán)河組[3-6]。隨著鈾礦床的發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)者對盆地內(nèi)自然伽馬高異常的關(guān)注度越來越高。由于受地浸開采技術(shù)的限制，目前砂巖型鈾礦床的勘查深度一般小于700 m,大多在500 m 以內(nèi)。因此，目前對鄂爾多斯盆地鈾礦的研究中，主要將注意力集中于淺部的白堊系和中侏羅統(tǒng)，對深部和泥巖的放射性異常關(guān)注較少[7]。深部泥巖鈾礦（化）埋深大、巖石致密，開采成本高，可不作為主要勘查對象。但這些鈾礦（化）也是隨著盆地的演化而富集并保存至今，研究其成因可為盆地砂巖型鈾礦成礦作用提供基礎(chǔ)資料。新一輪“油鈾兼探”工作在鄂爾多斯盆地志丹地區(qū)發(fā)現(xiàn)了大量高自然伽馬異常，通過初步調(diào)查，高自然伽馬異常主要見于安定組泥灰?guī)r層中，且異常主要由鈾富集引起。本文在放射性異常特征研的基礎(chǔ)上，對安定組泥灰?guī)r異常段巖心進(jìn)行野外觀察及系統(tǒng)采樣，結(jié)合電子探針及地球化學(xué)分析，對安定組鈾礦化地質(zhì)地球化學(xué)特征及鈾富集的控制因素進(jìn)行了研究。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是我國第二大沉積盆地，呈近南北向矩形展布，盆地南北緣分別受近東西向展布的祁連-秦嶺構(gòu)造帶及陰山構(gòu)造帶邊部深大斷裂的控制，太行-呂梁及賀蘭山南北向構(gòu)造帶分別構(gòu)成了盆地東西邊界。鄂爾多斯盆地大地構(gòu)造上屬于華北地臺西部，由不同時期（Mz/Pz2/Pz1）多個大型盆地疊加、復(fù)合形成，是典型的克拉通邊緣多重疊合型盆地[8]，為中國現(xiàn)存的最為穩(wěn)定、完整的一個構(gòu)造單元。盆地發(fā)展演化大致經(jīng)歷了古生代前陸盆地和中生代坳陷盆地兩個階段[9-10]，其中中元古代古構(gòu)造格局對盆地后期沉積演化、地質(zhì)流體運(yùn)移及聚集產(chǎn)生了重要影響[11]。盆地由結(jié)晶基底、地臺沉積蓋層及中生代沉積蓋層組成。結(jié)晶基底由太古界及古元古界變質(zhì)巖系組成，巖性主要為角閃巖相、綠片巖相、麻粒巖相變質(zhì)巖及混合花崗巖；地臺沉積蓋層由中元古界和古生界寒武系（∈）、奧陶系（O）、上石炭系（C2）、二疊系（P）組成；中生代沉積蓋層有中新生界三疊系（T）、侏羅系（J）、白堊系下統(tǒng)（K1）、古近系漸新統(tǒng)（E3）、新近系上新統(tǒng)（N2）及第四系（Q），其中三疊系、侏羅系和白堊系是盆地沉積蓋層的主體。鄂爾多斯盆地自燕山期以來劃分為伊盟隆起、渭北隆起、晉西撓褶帶、伊陜斜坡、天環(huán)向斜和西緣逆沖帶六個一級構(gòu)造單元。伊盟隆起、伊陜斜坡、西緣逆沖帶對盆地中生代沉積作用和鈾成礦作用具有直接的影響，是控制盆內(nèi)鈾成礦作用的重要構(gòu)造單元。

本次研究區(qū)志丹地區(qū)位于鄂爾多斯盆地中東部，處于盆地三級構(gòu)造單元伊陜斜坡內(nèi)（圖1a）。區(qū)內(nèi)黃土廣覆，基巖出露差，僅在主要水系及其支溝兩側(cè)出露有侏羅系（J）、白堊系（K）地層（圖1b）。地層傾向北西-北，傾角平緩，一般3～4°。中侏羅統(tǒng)是工作區(qū)主要層位，自下而上可分為延安組（J2y）、直羅組（J2z）、安定組（J2a）。下白堊統(tǒng)之上依次為白堊系下統(tǒng)洛河組（K1l）、華池環(huán)河組（K1h），新近系上新統(tǒng)三趾馬組（N2），第四系（Q）。中侏羅統(tǒng)安定組（J2a）是本次研究的主要層位。

圖1 鄂爾多斯盆地志丹地區(qū)構(gòu)造位置（a）和區(qū)域地質(zhì)圖（b）Fig.1 Tectonic location(a)and regional geological map(b)of Zhidan area in Erdos basin

2 安定組地層發(fā)育特征

區(qū)域上安定組主要出露于鄂爾多斯盆地東部的葫蘆河、洛河、西杏子河、清漳河、大理河、無定河等河谷中，宜君-安塞-榆林-東勝一線以東全部剝蝕殆盡，在烏海東北部、鄂托克旗、鹽池西南部、環(huán)縣西北部和鎮(zhèn)原等處殘留厚度可達(dá)200～250 m 左右[12]。安定組巖性較復(fù)雜，主要包括河流相和湖湘沉積，上部為灰紫紅、灰黃色泥灰?guī)r，中下部為灰黃、紫紅色砂巖、泥巖夾泥灰?guī)r及灰黑色頁巖，與下伏直羅組呈整合接觸，上被洛河組的紅色、粗砂巖假整合覆蓋。志丹地區(qū)安定組地層廣泛出露，巖性中、上部為淺灰色泥灰?guī)r為主，夾紫灰色泥巖，底部為淺灰色砂巖。安定組泥灰?guī)r段是研究區(qū)中生界地層劃分的主要標(biāo)志層之一，分布穩(wěn)定，厚十幾至幾十米，測井曲線以高阻為特征，其下部是安定組的高阻砂泥巖、頁巖段，與上下相鄰地層的低阻成明顯對比（圖2）。

圖2 安定組泥灰?guī)r段標(biāo)志層特征（ZKYJ114孔）Fig.2 Characteristics of the mark layer of marl section in Anding group(hole ZKYJ114)

2.1 志丹地區(qū)安定組空間展布特征

根據(jù)安定組標(biāo)志層特征，在研究區(qū)選取了1 846口鉆井進(jìn)行地層統(tǒng)計，繪制了安定組底板埋深等值線圖（圖3a）和地層厚度等值線圖（圖3b）。由圖3a可見，安定組底板埋深在160～1 055 m，變化較大，總體表現(xiàn)東高西低的特征，志丹—永寧東部埋深在600 m以淺，永寧—金鼎地區(qū)埋深等值線呈舌狀突出伸入凹陷區(qū)，金鼎西南部埋深最大，普遍大于900 m。研究區(qū)安定組地層厚度40～135 m，平均厚度79 m。從安定組地層厚度圖中（圖3b）可以看出安定組地層厚度具有西北、東南厚、中部薄的特征。東南部永寧地區(qū)厚度在80～100 m左右；向西北過渡至金鼎存在一個厚度較薄區(qū)域，地厚度普遍為40～60 m；金鼎-志丹一線西北部地層厚度逐漸增加，普遍大于80 m。整體看，安定組地層厚度由盆地邊部向沉積中心呈現(xiàn)增加趨勢。穩(wěn)定的地層傾向較好地控制了后期流體在鈾儲層中的輸導(dǎo)過程，為鈾的富集創(chuàng)造了有利的條件。

圖3 志丹地區(qū)安定組埋深等值線（a）及地層厚度等值線圖（b）Fig.3 Contour map of buried depth(a)and thickness(b)of Anding formation in Zhidan area

2.2 安定組自然伽馬異常分布特征

油田系統(tǒng)中對伽馬曲線的標(biāo)度皆使用API 這一單位，根據(jù)志丹地區(qū)1 846個鉆孔的放射性測井資料統(tǒng)計分析，安定組自然伽馬平均值一般為80 API。據(jù)此以自然伽馬值大于200 API 為異常標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)計研究。為了分析異常的程度及其空間分布規(guī)律，本次統(tǒng)計的異常程度參數(shù)主要是異常厚度和幅值。異常厚度的統(tǒng)計方法：分別讀取自然伽馬高異常層段上下伽馬值等于200 API 時的測井深度，然后兩者相減所得絕對值；幅值的統(tǒng)計則是該異常厚度范圍中的最大伽馬值。在對研究區(qū)自然伽馬異常層段統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，在垂向上繪制了單井和連井剖面，以揭示自然伽馬異常在縱向和剖面上的表現(xiàn)，在平面上繪制了自然伽馬異常值等值線圖，以反映異常值的分布規(guī)律。

（1）連井剖面異常特征

高自然伽馬異常層主要分布在安定組頂部，巖性主要為泥灰?guī)r，異常埋深200～1 000 m，異常值為240～1838 API，異常厚度0.5～8.5 m。如永金114井異常幅度顯著，異常值1 035 API，厚度4 m，埋深742～746 m。從研究區(qū)鉆孔連井剖面圖（圖4）可以看出，異常段安定組泥灰?guī)r層規(guī)模大、橫向連通性好，高自然伽馬異常層在橫向上具有良好的連續(xù)性和可追蹤性,反映異常分布范圍較大。

圖4 研究區(qū)鉆孔連井剖面圖Fig.4 Profile of borehole and continuous well in study area

（3）平面分布特征

安定組異常極值等值線圖顯示（圖5），異常強(qiáng)度在西北部地區(qū)可達(dá)1 838 API，過渡到東南部地區(qū)減弱到100 API左右；異常高值主要分布在金鼎西北地區(qū)，金鼎-志丹一線以南異常值較低，部分地區(qū)甚至沒有異常出現(xiàn)。異常強(qiáng)度呈現(xiàn)向西北方向逐漸增強(qiáng)的特征，這一特征與安定組地層厚度變化相吻合，異常高值對應(yīng)沉積中心，顯示越靠近當(dāng)時的湖盆中央，鈾異常越發(fā)育。

圖5 志丹地區(qū)安定組伽馬異常極值等值線圖Fig.5 Gamma anomaly extremum isoline map of Anding group in Zhidan area

3 樣品采集與測試

本次研究樣品來自金鼎地區(qū)施工的2個鉆孔，采樣位置集中在安定組泥灰?guī)r異常段，共采集新鮮巖石樣品26件，分析項(xiàng)目主要包括U、Ra、Th、K、orgC、∑S、微量元素、稀土元素等。樣品測試均在由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心完成，orgC、∑S采用CS580A碳硫分析儀測試，全巖微量元素和稀土元素測試在NexION300D 等離子體質(zhì)譜儀上進(jìn)行，分析精度在5%以內(nèi)。

4 測試結(jié)果

4.1 巖石學(xué)特征

志丹地區(qū)鈾異常段主要位于安定組上部，巖性以泥灰?guī)r為主。本次采集的泥巖灰?guī)r樣品呈深灰色、灰黑色，巖石致密堅(jiān)硬，水平層理發(fā)育，并有少量沙紋狀層理及小型透鏡狀、脈狀層理（圖6a）。室內(nèi)巖石薄片鑒定發(fā)現(xiàn)，巖石主要由碳酸鹽、粘土質(zhì)及粉砂碎屑組成，另有少量鐵質(zhì)和有機(jī)質(zhì)。根據(jù)其成分與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將本次研究的泥灰?guī)r劃分為塊狀泥灰?guī)r及生物碎屑泥灰?guī)r。塊狀泥灰?guī)r巖石致密，成層性特征不明顯，以泥粒級泥晶方解石為主，含一定量的石英、長石等陸源碎屑，顯微鏡下多為微晶質(zhì)或隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，粒徑在0.01 mm以下（圖6b）。生物碎屑泥灰?guī)r成層性特征不明顯，基質(zhì)為泥晶方解石，生物屑主要為藻類、珊瑚、介殼和腕足碎片等（圖6c、d）。

圖6 志丹地區(qū)安定組泥灰?guī)r巖石學(xué)特征照片F(xiàn)ig.6 Petrological characteristics of marl from anding formation in Zhidan area

鈾礦物的類型和賦存狀態(tài)關(guān)系到成礦過程模擬和礦床開采過程中浸用劑的選擇和浸出的難易程度。本次研究電子探針分析未在異常段泥灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)鈾礦物的存在，可能鈾以吸附態(tài)的形式存在。電子探針結(jié)果表明安定組異常段泥灰?guī)r具有富草莓狀黃鐵礦和有機(jī)質(zhì)等特征。圖6e顯示，泥灰?guī)r中草莓狀黃鐵礦較豐富，可見草莓狀集合體，黃鐵礦顆粒較小，一般小于10 μm。黃鐵礦含量高可能與缺氧的沉積環(huán)境有關(guān)，在缺氧的條件下，有機(jī)質(zhì)還原出大量的HS-，能與游離的Fe2+及時結(jié)合，說明泥灰?guī)r沉積時以及沉積后地層都處于相對靜水還原水體環(huán)境，有利于鈾富集。此外，微觀特征還顯示斜長石等礦物具有蝕變特征（圖6f）。

4.2 地球化學(xué)特征

（1）鈾、鐳、釷、鉀含量

鈾、鐳、釷、鉀含量測試結(jié)果見表1。為便于下文討論，將樣品按照鈾含量分為3類：w（U）＜30×10-6為無礦圍巖，30×10-6≤w（U）＜100×10-6為鈾異常段，w（U）≥100×10-6為鈾礦化段。從表1可以看出，鈾含量最小5.92×10-6，最大211×10-6，平均46.43×10-6，說明鈾含量變化較大。釷含量最小2.35×10-6，最大68.9×10-6，平均14.96×10-6，釷含量變化較大。樣品Th/U比值為0.06～3.44，平均0.71，其中不含礦圍巖樣品Th/U比值較高，說明本區(qū)自然伽馬異常主要是由鈾的活化和聚集引起。鉀含量介于0.48×10-6～3.12×10-6，平均為1.25×10-6，鉀含量相對穩(wěn)定。

（2）有機(jī)碳、全硫地球化學(xué)

從表1 可以看到，26 個樣品的有機(jī)碳含量為0.78%～13.5%，平均4.32%，與鈾含量呈正相關(guān)性（圖7a）。進(jìn)一步對3類樣品的鈾和有機(jī)碳含量分析表明：圍巖13個樣品平均鈾含量14.72×10-6，平均有機(jī)碳含量2.95%，異常段11 個樣品平均鈾含量57.71×10-6，平均有機(jī)碳含量5.04%，鈾礦化段2個樣品平均鈾含量190.50×10-6，平均有機(jī)碳含量9.26%，顯示鈾元素富集與有機(jī)物質(zhì)密切相關(guān)，表明在安定組泥灰?guī)r發(fā)育期，在鈾來源相對充足的情況下，有機(jī)質(zhì)的存在顯著地促進(jìn)了鈾元素的富集。

表1 志丹地區(qū)泥灰?guī)rU、Ra、Th、K、orgC、∑S分析結(jié)果表Table 1 Analysis results of U,Ra,Th,K,orgC and ∑S of marls in Zhidan area

樣品∑S含量為0.01%～3.71%，平均1.21%，是上地殼元素標(biāo)準(zhǔn)克拉克值6.3×10-5的192倍，∑S最高值達(dá)3.71%，與鈾含量呈明顯的正相關(guān)性（圖7b）。由于泥灰?guī)r中含有較豐富的黃鐵礦，∑Fe 平均值為2.28%，是上地殼元素標(biāo)準(zhǔn)克拉克值的7.4倍。圍巖樣品∑S平均含量0.75%，∑Fe平均2.13%，異常段樣品∑S平均含量1.42%，∑Fe平均2.59%，鈾礦化段∑S平均含量3.11%，∑Fe平均2.71%，顯示隨著鈾含量增高，∑S和∑Fe含量具有增加的趨勢。這主要是由于在長期缺氧的沉積環(huán)境中，有機(jī)物中的碳?xì)浠衔镌谟袡C(jī)硫酸鹽還原菌的參與下，使硫酸鹽還原產(chǎn)生硫化氫，營造出一種強(qiáng)還原環(huán)境，并且硫化氫又與富氧富鈾的碳酸鈾酞離子相互作用，從而在泥灰?guī)r中形成鈾富集沉淀，同時SO42-被還原成S2-,與Fe2+結(jié)合成黃鐵礦。

圖7 志丹地區(qū)安定組泥灰?guī)rU與orgC、∑S關(guān)系圖解Fig.7 Diagram of the relationship between U and orgC,∑S of marl in Anding formation,Zhidan area

上述分析結(jié)果表明，泥灰?guī)r中有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦與鈾富集關(guān)系密切，是鈾元素富集的重要因素。

（3）微量元素地球化學(xué)

根據(jù)上述樣品分類，將10件樣品分別劃分為無礦泥灰?guī)r、鈾異常泥灰?guī)r及鈾礦化泥灰?guī)r，并計算出3 類泥灰?guī)r中的微量元素平均含量及其濃集系數(shù)，列于表2。以中國沉積巖元素平均含量為基準(zhǔn)對樣品元素含量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，計算其相對富集系數(shù)K，采用公式K=x樣品/x沉積巖，其中：x樣品為樣品中元素的含量；x沉積巖為中國沉積巖元素豐度[13]。當(dāng)富集系數(shù)K＞1時，此元素在該樣品中呈相對富集；K＜1時，此元素在該樣品中呈相對虧損。

表2 志丹地區(qū)泥灰?guī)r微量元素平均含量、濃集系數(shù)及元素比值一覽表Table 2 Average content,concentration coefficient and element ratio of marl in Zhidan area

無礦泥灰?guī)r主要富集元素有V、Pb、Sr、Mo、Cd、Sb、Ba、U，其中U相對富集（富集系數(shù)5.47）；鈾異常泥灰?guī)r和鈾礦化泥灰?guī)r富集元素一致，主要富集V、Ni、Pb、Zn、Sr、Y、Mo、Cd、Sb、Ba、Bi、Th、U，其中U高度富集（富集系數(shù)分別為21.31、83.50）；相對無礦泥灰?guī)r，異常段泥灰?guī)r和鈾礦化泥灰?guī)r多富集Ni、Zn、Y、Bi、Th等元素，表明這些元素與U具有共同遷移富集特征；3類泥灰?guī)r普遍虧損高場元素Zr、Hf、Nb、Ta。在所有富集元素中Mo、U元素高度富集（Mo元素富集系數(shù)84.64～257.68、U 元素富集系數(shù)5.47～83.5），反映Mo為U的指示元素。

高場強(qiáng)元素Nb、Ta、Zr、Hf、Th平均含量隨著無礦泥灰?guī)r→鈾異常泥灰?guī)r→鈾礦化泥灰?guī)r呈遞增態(tài)勢，含量在鈾礦化泥灰?guī)r中達(dá)到最高，為無礦泥灰?guī)r的1.1～2.1 倍，反映高場強(qiáng)元素隨著鈾的不斷富集而逐漸增加，說明高場元素Zr、Hf、Nb、Ta在鈾富集過程中發(fā)生了遷移。無礦泥灰?guī)r、鈾異常泥灰?guī)r及鈾礦化泥灰?guī)r的Zr/Hf 值分別為45.53、42.82 和46.96，變化不大。

根據(jù)無礦泥灰?guī)r、鈾異常泥灰?guī)r及鈾礦化泥灰?guī)r的微量元素蛛網(wǎng)圖（圖8）可見，無礦泥灰?guī)r、鈾異常泥灰?guī)r及鈾礦化泥灰?guī)r的3條曲線的變化規(guī)律大致相同，U、Mo存在明顯正異常，Sc、Co、Rb、Cs、Nb、Ta、Zr、Hf為負(fù)異常，但元素富集和虧損程度不一。從無礦泥灰?guī)r→鈾異常泥灰?guī)r→鈾礦化泥灰?guī)r，元素富集程度逐漸加強(qiáng)，而元素虧損則逐漸減弱。元素富集和虧損程度也是區(qū)分無礦泥灰?guī)r、鈾異常泥灰?guī)r及鈾礦化泥灰?guī)r的一種標(biāo)志。

圖8 志丹地區(qū)安定組泥灰?guī)r微量元素中國沉積巖標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖Fig.8 Standardized spider web diagram of trace elements in marl of Anding Formation in Zhidan area

（4）稀土元素地球化學(xué)

對不同類型泥灰?guī)r進(jìn)行了稀土元素檢測，分析結(jié)果及特征參數(shù)值見表3。稀土元素特征如下：

表3 志丹地區(qū)泥灰?guī)r微量元素平均含量及特征參數(shù)表Table 3 Average content and characteristic parameters of trace elements in marl in Zhidan area

無礦泥灰?guī)r稀土元素含量較低，∑REE為57.07×10-6，明顯低于上地殼，接近下地殼；ΣLREE/ΣHREE比值為7.06，(La/Yb)N值為5.93，表現(xiàn)出輕重稀土元素間強(qiáng)烈分餾特征，表明LREE 發(fā)生了富集，HREE虧損；(La/Sm)N為4.78，輕稀土元素間具有較強(qiáng)的分餾作用；(Gd/Yb)N為0.88，顯示重稀土元素分餾程度低；δEu值為0.67，呈強(qiáng)負(fù)Eu異常，δCe值為1.01，顯示為微弱正Ce異常；稀土模式曲線表現(xiàn)為平緩右傾斜（圖9），與上地殼稀土模式曲線形態(tài)基本一致，但富集程度明顯較上地殼低。

鈾異常泥灰?guī)r和鈾礦化泥灰?guī)r稀土模式和稀土比值特征相似，其 中∑REE 為106.73×10-6和117.34×10-6，接近上地殼；ΣLREE/ΣHREE 比值 為6.73 和5.33，(La/Yb)N值為5.75和4.28，表現(xiàn)出輕重稀土元素間強(qiáng)烈分餾特征，表明LREE 發(fā)生了富集，HREE 虧損；(La/Sm)N為3.86 和3.25，輕稀土元素間具有較強(qiáng)的分餾作用，但強(qiáng)度明顯低于無礦泥灰?guī)r；(Gd/Yb)N為1.07和0.94，顯示重稀土元素分餾程度低；δEu值為0.63和0.62，呈強(qiáng)負(fù)Eu 異常，δCe 值為0.98 和0.98，顯示為微弱負(fù)Ce 異常；稀土模式曲線表現(xiàn)為平緩右傾斜（圖9），與上地殼稀土模式曲線形態(tài)一致性好，輕稀土元素較上地殼含量低，重稀土元素較上地殼含量高。

圖9 志丹地區(qū)安定組泥灰?guī)r稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分曲線圖Fig.9 Normalized REE chondrite distribution curve of Anding formation marl in Zhidan area

從無礦泥灰?guī)r→鈾異常泥灰?guī)r→鈾礦化泥灰?guī)r，ΣREE 隨著U含量的增加而不斷增加，鈾礦化泥灰?guī)r中的ΣREE 最高，而δEu隨著U含量的增加而不斷降低，這表明鈾礦化過程中，稀土元素出現(xiàn)了明顯富集，Eu 容易發(fā)生遷移。

5 討論

5.1 鈾富集與有機(jī)質(zhì)關(guān)系探討

研究表明，有機(jī)質(zhì)在砂巖型鈾礦成因中主要存在以下2方面作用：（1）有機(jī)質(zhì)對鈾的吸附作用，鈾以分散吸附狀態(tài)存在，有機(jī)質(zhì)為主要吸附劑，且吸附狀態(tài)的鈾呈離子狀態(tài)（主要為UO22+和絡(luò)離子）；（2）有機(jī)質(zhì)對鈾的還原作用，鈾主要以鈾礦物和分散吸附狀態(tài)存在，六價鈾在有機(jī)質(zhì)的還原作用下形成四價鈾礦物。本次研究未在鈾礦化泥灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)獨(dú)立鈾礦物的存在，但鈾含量與有機(jī)質(zhì)豐度具有明顯的正相關(guān)性，鈾富集與有機(jī)物質(zhì)有著密切的關(guān)系，因此推測鈾可能以吸附態(tài)的形式存在，有機(jī)質(zhì)吸附則是鈾富集的重要因素。安定組泥灰?guī)r中含大量生物碎屑，有機(jī)質(zhì)含量高，成巖過程中有利于大量有機(jī)酸物質(zhì)的形成，具有較大的吸附和吸收能力。

值得注意的是，鈾礦化泥灰?guī)r中P2O5含量較高，達(dá)到0.67%。巖石中磷主要來自磷灰石或膠磷灰石，而膠磷灰石具有較強(qiáng)的鈾吸附能力[15-17]。另外，由于U4+與Ca2+的半徑相近，電負(fù)性相似，鈾也能以類質(zhì)同像的形式置換磷灰石中的鈣。因此，巖石中磷灰石或膠磷灰石對安定組泥灰?guī)r的鈾富集也可能起了重要作用。而且生物碎屑泥灰?guī)r中本身含有許多低等生物的骨骼和外殼，其中磷的含量較高，可以提供磷質(zhì)來源。

5.2 安定組形成環(huán)境

目前，氧化—還原環(huán)境的判別主要是根據(jù)沉積物中某些微量元素及其比值來推斷沉積期的氧化還原條件。研究表明，V/Cr、V/（V+Ni）和Ce/La等微量元素比值作為判別標(biāo)志相對準(zhǔn)確[18-20]，其比值分別大于4.25、0.84和2.0指示缺氧還原環(huán)境，小于2、0.6和1.5則代表富氧氧化環(huán)境，比值介于二者之間代表過渡環(huán)境或貧氧環(huán)境。V/Cr、V/（V+Ni）和Ce/La 氧化還原判別圖（圖10）顯示安定組泥灰?guī)r樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)主要落入貧氧過渡環(huán)境，表明整體處于貧氧過渡狀態(tài)下的濱淺湖沉積環(huán)境。另外，Sr/Ba 值可以幫助判斷沉積時水體的古鹽度[21]，無礦泥灰?guī)r、鈾異常泥灰?guī)r及鈾礦化泥灰?guī)r中的Sr/Ba 值均大于1，表明沉積時水體的鹽度較大。

圖10 志丹地區(qū)安定組泥灰?guī)rV/Cr、V/（V+Ni）和Ce/La沉積環(huán)境判別圖Fig.10 Discrimination map of V/Cr,V/(V+Ni)and Ce/La sedimentary environments of marls from Anding Formation in Zhidan area

5.3 鈾富集的控制因素

鈾是變價元素，在近地表?xiàng)l件下以U6+和U4+兩種價態(tài)存在。在還原條件下，鈾常形成難溶解的U4+鈾礦物，在pH值很低且較高溫度下，它的溶解度才有所增大。在氧化環(huán)境中，U4+很容易被氧化為U6+，U6+易溶于氧化性較強(qiáng)的地表水或地下水，并可在很寬的pH條件范圍內(nèi)與陰離子（如CO32-、HCO3-、SO42-等）形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。因此，在氧化環(huán)境中，鈾容易從巖石中被萃取出來，并在還原環(huán)境中發(fā)生沉淀富集。近年研究結(jié)果表明，在沉積巖中磷灰石和富有機(jī)質(zhì)的黑色頁巖是鈾濃度增加的重要場所[15,22]。在缺氧環(huán)境中鈾富集的最有利因素是沉積物中富集有機(jī)質(zhì)和磷酸鹽。有機(jī)質(zhì)和磷酸鈣對鈾具有很強(qiáng)的吸附能力，在鈾富集過程中具有重要的富集作用。

志丹地區(qū)泥灰?guī)r具有高C、S、P含量及微量元素V/Cr、V/（V+Ni）、Ce/La 比值均顯示形成于貧氧環(huán)境。另外泥灰?guī)r中還存在眾多的草莓狀狀黃鐵礦，其顆粒較小，一般小于10 μm，反映與缺氧的沉積環(huán)境及微生物作用有關(guān)。安定組泥灰?guī)r在長期貧氧的沉積環(huán)境中，生物碎屑等有機(jī)物中的碳?xì)浠衔镌谟袡C(jī)硫酸鹽還原菌的參與下，使硫酸鹽還原產(chǎn)生硫化氫，而則營造出一種強(qiáng)還原環(huán)境，并且硫化氫又與富氧富鈾的碳酸鈾酞離子相互作用，從而使鈾以吸附態(tài)的形式存在于有機(jī)質(zhì)中。由于水溶液中RE3+具有與UO2+類似的性質(zhì)，隨著鈾的富集，REE也一同富集沉淀，造成鈾礦化泥灰?guī)r的稀土元素含量明顯高于無礦泥灰?guī)r。

前人研究認(rèn)為盆地自早-中侏羅世延安組到中侏羅世直羅組經(jīng)歷了溫暖潮交替到干旱-半干旱的轉(zhuǎn)變過程[23-24]。安定組沉積末期，氣候條件進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)榘敫珊笛谉幔璧刂芫壍暮鹾櫟乇硭粩噙M(jìn)入湖盆中，在貧氧環(huán)境的沉積成巖作用過程中，使鈾從水體中向泥灰?guī)r中擴(kuò)散、遷移，被有機(jī)質(zhì)吸附沉淀，是泥灰?guī)r鈾富集的主要控制因素。

6 結(jié)論

（1）安定組泥灰?guī)r具有高阻、高伽馬測井曲線特征。高自然伽馬異常層在橫向上具有良好的連續(xù)性和可追蹤性，異常分布范圍大。測試結(jié)果表明自然伽馬異常主要由鈾富集引起，自然伽馬異常增大是由于鈾增加而引起。

（2）安定組泥灰?guī)r形成于貧氧環(huán)境，具有富有機(jī)質(zhì)、草莓狀黃鐵礦等特征。有機(jī)碳與鈾含量呈明顯的正相關(guān)性，是鈾元素富集的重要因素。

（3）貧氧的沉積環(huán)境、豐富的鈾源及有機(jī)質(zhì)的吸附作用共同促進(jìn)了志丹地區(qū)安定組泥灰?guī)r中的鈾富集。