川北廣元田壩子剖面含鈾瀝青脈的發(fā)現(xiàn)及其地質(zhì)意義

邱林飛，丁波，劉紅旭，胡寶群，王戰(zhàn)永，肖柯相

1)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京， 100029；2) 東華理工大學(xué)，南昌， 330013；3)核工業(yè)280研究所，四川廣漢，618300

內(nèi)容提要: 通過野外地質(zhì)調(diào)查，在四川盆地西北部廣元市青川縣田壩子剖面發(fā)現(xiàn)了多處具鈾異常(≈70×10-6)的含鈾瀝青脈。對(duì)含鈾瀝青脈開展了礦物學(xué)、元素地球化學(xué)、光譜學(xué)研究，并與研究區(qū)典型砂巖型鈾礦床(303礦床)中的“有機(jī)質(zhì)”開展了對(duì)比研究。研究表明，含鈾瀝青脈中含有大量的微粒狀礦物，包括微米級(jí)的石英、重晶石、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦及呈微—納米結(jié)構(gòu)的草莓狀黃鐵礦，瀝青脈中的微量元素和稀土元素十分富集，主要富集Mo、Re、Cd、U、Ba元素，次要富集Sc、V、Ni、Cu、Zn、Rb、Tl等。川北303砂巖型鈾礦床的礦石中也發(fā)現(xiàn)了鈾礦物與瀝青脈共生的現(xiàn)象，同時(shí)也具有重晶石—黃鐵礦—閃鋅礦等的礦物組合，其微量元素和稀土元素與田壩子剖面瀝青脈具有相似性，表明川北地區(qū)的鈾礦化可能與古油氣藏的裂解破壞具有成因上的聯(lián)系，在四川盆地的構(gòu)造活動(dòng)區(qū)，或許具有尋找與構(gòu)造油氣作用相關(guān)的鈾礦床的潛力。川北瀝青脈在灰化之后，其中的鈾、鉬、錸元素都富集到了可綜合利用的程度，建議在未來的研究中，可適當(dāng)關(guān)注川北瀝青脈的伴生元素的綜合利用。

四川盆地作為我國南方最大的含油氣盆地，歷來為地質(zhì)和勘探學(xué)家所關(guān)注。前人經(jīng)過20年多年的研究和找礦工作，已在四川盆地發(fā)現(xiàn)了4個(gè)中、小型鈾礦床(3031、3033、4210、7201)、數(shù)十個(gè)鈾礦點(diǎn)以及大量的異常點(diǎn)(帶)，是尋找砂巖型鈾礦的有利盆地(陳友良，1995；郭寧和孫澤軒，2017)。其中鈾礦床及鈾礦點(diǎn)主要集中在四川盆地北部蒼溪—通江地區(qū)，最為典型的為303中型礦床。前人對(duì)303礦床開展了少量的礦物學(xué)、元素地球化學(xué)、同位素、年代學(xué)等研究工作，普遍認(rèn)為川北303礦床屬于沉積成巖型鈾礦床，成礦過程中可能疊加了一定熱液流體的改造作用(巫聲揚(yáng)等，1988， 1991；朱西養(yǎng)等，2004；侯學(xué)文等，2017；莫幫洪等，2019)。按照這個(gè)成礦模式，幾乎“宣判”了在四川盆地北部尋找類似北方沉積盆地“層間氧化帶”型砂巖鈾礦床的可能性極低。依托中國鈾業(yè)有限公司地勘費(fèi)項(xiàng)目，筆者等在川北地區(qū)開展了大量的野外地質(zhì)調(diào)查工作，在廣元市青川縣建峰鎮(zhèn)田壩子剖面發(fā)現(xiàn)了多處寬度約為數(shù)十厘米至1 m不等的瀝青脈，手持式伽瑪輻射儀(HD-2000型)現(xiàn)場測試放射性強(qiáng)度超過120 Ur(放射性元素總含量單位)，這為研究川北地區(qū)鈾成礦和古油藏的關(guān)系提供了天然樣本。本文通過對(duì)川北田壩子剖面含鈾瀝青脈與303礦床鈾礦石的礦物學(xué)、元素地球化學(xué)、光譜學(xué)的對(duì)比研究，探討了303礦床中與鈾成礦密切相關(guān)的有機(jī)質(zhì)類型，提出了川北地區(qū)下一步鈾礦找礦的關(guān)注方向，并建議適當(dāng)關(guān)注川西瀝青脈的伴生元素的綜合利用。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

圖2 廣元田壩子剖面瀝青脈及巴中303礦床鈾礦石野外宏觀產(chǎn)出特征Fig. 2 Outcropping of the bitumen vein from the Tianbazi section in Guangyuan and U-ores from the 303 deposit in Bazhong City

含鈾瀝青脈均發(fā)現(xiàn)于四川省廣元市，其大地構(gòu)造位置位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)與松潘—甘孜斷皺系的過渡部位(圖1a)、龍門山斷前構(gòu)造帶的北段廣元上寺—磨刀崖地區(qū)(圖1b)，該地區(qū)目前還未有砂巖型鈾礦床(點(diǎn))的報(bào)道。該區(qū)由于地表和鉆井中寒武系至三疊系油氣顯示極為豐富，下古生界又有大量瀝青脈而受到石油地質(zhì)專家的廣泛關(guān)注(劉光祥等，2003；周文等，2007；黃第藩等，2008；王約等，2008)。區(qū)內(nèi)出露地層包括下寒武統(tǒng)、中奧陶統(tǒng)、中—下志留統(tǒng)、泥盆系、石炭系、二疊系、中—下三疊統(tǒng)及侏羅系，除侏羅系為陸相沉積外，其他層系均屬海相或海陸過渡相沉積(劉光祥等，2003)。下寒武統(tǒng)中、下部為灰色、灰綠色泥質(zhì)粉砂巖—粉砂巖，間夾灰綠色頁巖，中奧陶統(tǒng)下部為鈣質(zhì)粉砂巖夾鈣質(zhì)頁巖，上部為龜裂紋灰?guī)r，中—下志留統(tǒng)為灰綠色頁巖、砂質(zhì)頁巖及粉砂巖，泥盆系、二疊系的棲霞組( P1q)、茅口組( P1m)、吳家坪組( P2w) 及下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組( T1f)以碳酸鹽巖為主，間夾薄層泥頁巖或硅質(zhì)巖，侏羅系為陸相砂泥巖，與下伏層系呈角度不整合接觸(劉光祥等，2003；王約等，2008；魏健，2014；饒丹等，2008)，不同層系巖石地層中均未見鈾異常。303鈾礦床位于含鈾瀝青脈發(fā)現(xiàn)點(diǎn)的正東約150 km的巴中市南江縣內(nèi)(圖1a)，鈾礦化主要產(chǎn)于侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組(J3p)與白堊系蒼溪組(K1c)的沉積間斷面之上(圖1c)，鈾礦體一般賦存于蒼溪組第一韻律底界之上0 ～ 8 m 的范圍內(nèi)，礦體呈似層狀、透鏡狀順地層分布，傾角一般為幾度至十幾度，賦礦砂巖為鈣質(zhì)膠結(jié)中細(xì)粒巖屑長石砂巖，富含黑色“有機(jī)質(zhì)”，鈾礦化與有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦化密切相關(guān)(侯學(xué)文等，2017)。

由于逆掩斷層的推覆作用，在四川盆地龍門山褶皺帶東南緣形成了2～3 排幅度相對(duì)較低的褶皺構(gòu)造，它們形成于海西運(yùn)動(dòng)的末期(黃第藩等，2008)。海西運(yùn)動(dòng)使龍門山褶皺隆升并向東南推掩而形成了東緣的褶皺帶，并且形成了一些與主軸方向大體一致的小型斷層和十分發(fā)育的裂縫系統(tǒng)，為下伏震旦系(埃迪卡拉系)和下寒武統(tǒng)油藏的原油注入提供了有利條件。川北廣元地區(qū)瀝青脈的形成與震旦系和寒武系的烴源巖有關(guān)(黃第藩等，2008，王杰等，2016)。

2 樣品與實(shí)驗(yàn)方法

2.1 瀝青脈與鈾礦石宏觀產(chǎn)出特征

瀝青脈主要集中分布在下寒武統(tǒng)泥質(zhì)粉砂巖中，沿次一級(jí)斷層、裂隙分布，走向一般為30° ～ 50°，傾角為50° ～ 70°，呈脈狀、透鏡狀產(chǎn)出，寬度為數(shù)十厘米至2 m不等，長度為數(shù)米至數(shù)百米不等，是古油藏后期運(yùn)移、聚集和裂解的產(chǎn)物。手標(biāo)本呈黑色、塊狀構(gòu)造，與鏡煤或高碳質(zhì)頁巖相似，表面光亮，結(jié)構(gòu)均勻、堅(jiān)實(shí)，可以點(diǎn)燃(圖2a、b)。野外現(xiàn)場，手持式伽瑪輻射儀(HD-2000)現(xiàn)場測試該瀝青脈放射性強(qiáng)度超過120 Ur，本研究在田壩子剖面含鈾瀝青脈的北東段和南西段分別隨機(jī)性的各采集了一件樣品(樣品號(hào)：LQ-1和LQ-2)，兩塊樣品距離大約差距200 m，用于開展研究。并采集了303砂巖型鈾礦床中的2件高品位富鈾礦石(樣品號(hào)：LX25-5-5和LX25-5-6)和2件低品位鈾礦石(樣品號(hào)：LX25-5-1和LX25-5-4)進(jìn)行對(duì)比研究，303礦床富鈾礦石為富含有機(jī)質(zhì)的巖屑長石砂巖，手標(biāo)本一般呈深灰色、灰黑色，礦石中的有機(jī)質(zhì)呈浸染狀、細(xì)脈狀，部分沿層理順層分布，部分與巖層層理具有明顯的交角(圖2c、d)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

對(duì)采集的瀝青脈開展了顯微觀察、掃描電鏡、電子探針、顯微激光拉曼光譜、顯微紅外光譜、主量元素和微量元素和稀土元素的研究工作。其中，顯微觀察使用Leica DM4P偏光顯微鏡。掃描電鏡觀察使用TESCAN VEGA3和FEI Nova Nano SEM450型掃描電子顯微鏡，工作條件為20 kV，束流為15 μA。電子探針分析使用JXA-8000型電子探針高壓為20 kV，束流為10 nA，工作距離為11 mm，面掃描步長為1 μm。激光拉曼分析使用法國HORIBA公司生產(chǎn)的LabRAM Evolution型激光拉曼光譜儀，掃描范圍為100 ～ 4000 cm-1，激光器波長為532 nm。紅外光譜分析使用Bruker公司生產(chǎn)的LUMOS 顯微傅里葉紅外光譜儀，模式為ATR，掃描范圍為640 ～ 4000 cm-1。主量元素分析使用Axios-mAX 波長色散X射線熒光光譜儀和Z-2000 石墨爐原子吸收分析儀，將樣品粉碎至200目以下，稱取1 g樣品，先用馬弗爐在650 ℃條件測定燒失量后，再測定灰分中的主量元素，具體測試過程參照相關(guān)國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。微量元素測定使用ELEMENT XR 等離子體質(zhì)譜儀，將樣品粉碎至200目以下，稱取0.5 g樣品，使用硝酸溶解樣品后測定微量元素和稀土元素，參照國標(biāo)GB/T 14506.30-2010執(zhí)行，測試精度優(yōu)于0.01‰。上述測試均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成。

3 結(jié)果與討論

3.1 礦物學(xué)

掃描電鏡—能譜分析表明，含鈾瀝青脈中含有大量的微粒狀礦物，包括微米級(jí)的石英、鉀長石、鈉長石、白云石、重晶石、黃銅礦、閃鋅礦、方鉛礦及呈微—納米結(jié)構(gòu)的草莓狀黃鐵礦，個(gè)別礦物中含少量的鈾。其中，石英、鉀長石、鈉長石和白云石主要呈條狀、短柱狀、不規(guī)則狀(圖3a、b)，可能為古油氣流體所經(jīng)過的地層中混入的碎屑巖顆粒，重晶石、黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦、稀土礦物等呈極小的微米—亞微米結(jié)構(gòu)，一般為1 ～ 5 μm，呈微粒狀、草莓狀、渾圓狀(圖3c—f)，應(yīng)該為古油氣系統(tǒng)裂解后重新結(jié)晶形成的礦物，其中未發(fā)現(xiàn)獨(dú)立的鈾礦物。利用電子探針面掃描功能分析了Si、Fe、U、V、Mo、S、Ba元素分布狀態(tài)，其中Si、Fe、S、Ba、V元素含量較高(圖4a、b、d、e、f)，U、Mo元素含量相對(duì)較低(圖4c、g)，表明U和Mo元素可能以超顯微結(jié)構(gòu)存在瀝青中。303礦床富鈾礦石中的鈾礦物主要為鈾石，與細(xì)脈狀有機(jī)質(zhì)密切共生，并可見到黃鐵礦、重晶石、閃鋅礦等結(jié)晶礦物與鈾礦物相伴生，一般為1～10 μm，呈微粒狀、草莓狀、渾圓狀(圖3g—l)，指示鈾礦石中與成礦密切相關(guān)的蝕變礦物組合與瀝青脈中結(jié)晶的礦物組合特征具有一定相似性。

3.2 瀝青脈及鈾礦石中有機(jī)質(zhì)光譜學(xué)

對(duì)田壩子剖面瀝青脈和303礦床鈾礦石的有機(jī)質(zhì)分別開展了激光拉曼和紅外光譜分析，分析結(jié)果如圖5所示。瀝青脈具有較強(qiáng)的一級(jí)峰和較弱的二級(jí)峰特征，一級(jí)峰由1381 cm-1(D峰)和1577 cm-1(G峰)構(gòu)成，二級(jí)峰由2637 cm-1(2D峰)、2883cm-1(2D+2G峰)、3163 cm-1(2G峰)等構(gòu)成(圖5a)。鈾礦石中的有機(jī)質(zhì)僅具有較強(qiáng)的一級(jí)峰，由1309 cm-1(D峰)和1577 cm-1(G峰)構(gòu)成(圖5b)。D峰與碳物質(zhì)的無序程度有關(guān)，其譜帶的寬度隨著有機(jī)質(zhì)的演化而降低，G峰與碳物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中C = C鍵的拉伸振動(dòng)有關(guān)，其譜帶的強(qiáng)度隨著有機(jī)質(zhì)的演化而增加(Potgieter-Vermaak et al.，2011)。因此，瀝青為高無序度、高演化程度的有機(jī)質(zhì)，而鈾礦石中的有機(jī)質(zhì)有序度和演化程度均相對(duì)較低。

圖3 廣元田壩子剖面瀝青脈及巴中303礦床富鈾礦石中的主要礦物顯微特征: (a)—(f)，(i)、(j)、(l) 電子背散射照片; (g) 透射光照片; (h) 反射光照片; (k) 掃描電鏡面掃描合成圖。(a)、(b) 瀝青脈中發(fā)育微—細(xì)粒狀重晶石、黃鐵礦，條狀、短柱狀、不規(guī)則狀石英、鉀長石、白云石和菱鐵礦；(c)—(e) 瀝青脈中見草莓狀黃鐵礦、短柱狀重晶石及少量的黃銅礦；(f) 瀝青脈中發(fā)育草莓狀黃鐵礦及微粒狀稀土礦物；(g)—(l) 鈾礦石微裂縫中充填黑色脈狀有機(jī)質(zhì)及草莓狀黃鐵礦、細(xì)粒狀重晶石Fig. 3 Microscopic lithofacies of the bitumen vein from Tianbazi section in Guangyuan and U-ores from 303 deposit in Bazhong City: (a)—(f)，(i)、(j)、(l) BSE image; (g) Transmitted light image; (h) reflected light image; (k) Overlay image of elements by Scanning Electron Microscope (a)、(b) Micro—fine grained barite, pyrite, strip and short column quartz, potash feldspar, dolomite and siderite were observed in the bitumen vein；(c)—(e) Strawberry-shaped pyrite, short columnar barite and a small amount of chalcopyrite were observed in the bitumen vein；(f) Strawberry-like pyrite and particulate REE minerals were observed in bitumen vein；(g)—(l) The micro-fractures of uranium ore are filled with black vein-like organic matter, strawberry-like pyrite, and fine-grained barite

紅外光譜分析結(jié)果顯示，瀝青脈具有800 cm-1、876 cm-1、1028 cm-1、1161 cm-1、1375 cm-1、1455 cm-1、1602 cm-1、2854 cm-1、2924 cm-1及3430 cm-1附近的吸收峰，鈾礦石中的有機(jī)質(zhì)具有694 cm-1、788 cm-1、1021 cm-1、1245 cm-1、1455 cm-1、1550 cm-1、1649 cm-1、2852 cm-1、2924 cm-1、2959 cm-1及3700 cm-1附近的吸收峰。其中，3430 cm-1與3700cm-1附近的吸收峰與H2O和羥基的振動(dòng)有關(guān)，2854 cm-1～2924 cm-1的吸收峰與脂肪族中的甲基、亞甲基的伸縮振動(dòng)有關(guān)，1600 ～ 1650 cm-1附近的吸收峰與苯環(huán)的C=C 鍵或甲基—亞甲基團(tuán)中的C—H 鍵的伸縮振動(dòng)有關(guān)(Masson et al., 2001; Karlsson, 2003)，1450 ～ 1550 cm-1附近的吸收峰與CH2和CH3基團(tuán)的C—H鍵的變形振動(dòng)和對(duì)稱拉伸振動(dòng)有關(guān)，1380 cm-1附近的吸收峰與CH2和CH3基團(tuán)的彎曲振動(dòng)或芳族化合物COO-基團(tuán)的不對(duì)稱拉伸振動(dòng)有關(guān)，1245 cm-1附近的吸收峰與醛類化合物的伸縮振動(dòng)有關(guān)，1030 cm-1附近的吸收峰與醇類、醚類的C—O鍵的彎曲振動(dòng)有關(guān)(Wu Meng et al.，2016)，700 cm-1～ 800 cm-1的譜帶與芳族化合物的振動(dòng)有關(guān)(Guan Xiaohong et al.，2007)。因此，無論是田壩子剖面的瀝青脈，還是303鈾礦床中的有機(jī)質(zhì)，它們都是一種具有復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)，包含多個(gè)基團(tuán)(甲基、亞基金、羧基、苯環(huán)等)的大分子有機(jī)物。

3.3 元素地球化學(xué)

3.3.1主量元素

田壩子剖面瀝青脈與303礦床富鈾礦石主量元素分析結(jié)果如表1所示。瀝青脈的燒失量約為70%，其中的SiO2含量可達(dá)20%以上，其次含有Al、Fe、Mg、Ca、K等。瀝青脈的燒失量基本反應(yīng)了其中的有機(jī)質(zhì)含量，其中也含有少量的碳酸鹽礦物(方解石和白云石)分解所釋放的CO2，高SiO2含量與掃描電鏡礦物學(xué)研究所觀察到的結(jié)果一致。高品位富鈾礦石(鈾含量大于2‰)的燒失量為14.7% ～ 17.53%，SiO2含量為47% ～ 49%，CaO含量為14% ～ 19%，低品位鈾礦石(鈾含量大于0.3‰)的燒失量為8.21% ～ 9.38%，SiO2含量為60.61% ～ 64.08%，CaO含量為5.53% ～ 9.38%，富鈾礦石和鈾礦化砂巖中的Al、Fe、Mg、K等的含量變化不大，低品位鈾礦石的燒失量低于富鈾礦石約為6% ～ 8%。303礦床鈾礦石中較高的碳酸鹽含量指示賦礦砂巖曾發(fā)生強(qiáng)烈碳酸鹽膠結(jié)作用，較高的燒失量除與碳酸鹽較為發(fā)育外，還與鈾礦石中富含有機(jī)質(zhì)有關(guān)。

3.3.2微量元素和稀土元素

田壩子剖面瀝青脈與303礦床富鈾礦石及低品位鈾礦石的微量元素和稀土元素分析結(jié)果如表2所示。分析結(jié)果表明，瀝青脈中的微量元素和稀土元素十分富集，總含量達(dá)到了8000×10-6以上，主要富集Mo、Cd、U、Re、Ba元素，次要富集Sc、V、Ni、Cu、Zn、Rb、Tl，相對(duì)虧損Li、Be、Co、In、Th等(圖6)。稀土元素配分曲線顯示，瀝青脈的各類稀土元素豐度均為球粒隕石的十倍以上，表明田壩子剖面瀝青脈中是十分富含稀土元素的，輕重稀土的分異不大，整體表現(xiàn)為略微右傾的緩傾斜型(圖7)。303礦床高品位富鈾礦石中的微量元素和稀土元素也十分富集，總含量達(dá)到了5000×10-6以上，主要富集Mo、Cd、U、Re、Ba元素，次要富集Sc、V、Sb、Rb、Tl，相對(duì)虧損Be、Co、Ga、In、Th等，低品位鈾礦石中的微量元素和稀土元素也十分富集，總含量介于2500×10-6～5800×10-6之間，微量元素與高品位富鈾礦石基本一致，也主要富集Mo、Cd、U、Re元素，次要富集Sc、V、Sb、Rb、Tl，相對(duì)虧損Be、Co、Ga、In、Th等，但含量總體低于高品位富鈾礦石。303礦床富鈾礦石的稀土元素配分曲線表現(xiàn)為右傾型，更為富集輕稀土，具有低負(fù)Eu異常(δEu為0.19 ～ 0.31)?？傮w上，田壩子剖面瀝青和鈾礦石中的大部分微量元素特征都表現(xiàn)出了較高的相似性，尤其是都富含Mo、Cd、U、Re、Sc、Sb元素，稀土元素含量都較高，普遍達(dá)到球粒隕石的十倍以上，但303礦床鈾礦石中的輕稀土相對(duì)更為富集，這可能與測試的樣品為粉碎后的砂巖全巖樣品有關(guān)，砂巖全巖樣品中往往含有更富輕稀土的殼源巖石組分端元。

表1 廣元田壩子剖面瀝青脈與巴中303礦床富鈾礦石砂巖主量元素含量(單位：%)Table 1 Major elements content (%)of the bitumen vein from the Tianbazi section in Guangyuan and uranium ores from the 303 deposit in Bazhong City

表2 廣元田壩子剖面瀝青脈與303礦床鈾礦石及鈾礦化砂巖微量元素、稀土元素含量(×10-6)Table 2 Trace elements and REE elements content (×10-6) of the bitumen vein from the Tianbazi section and U-ores from the 303 deposit, Guangyuan

4 地質(zhì)意義

4.1 對(duì)鈾成礦的啟示

圖5 廣元田壩子剖面瀝青脈和巴中303礦床富鈾礦石中有機(jī)質(zhì)的顯微激光拉曼與紅外光譜圖: (a) 田壩子剖面瀝青脈的顯微激光拉曼光譜圖；(b) 303礦床富鈾礦石中有機(jī)質(zhì)的顯微激光拉曼光譜圖；(c)田壩子剖面瀝青脈的紅外光譜圖；(d)303礦床富鈾礦石中有機(jī)質(zhì)的紅外光譜圖Fig. 5 Micro laser Raman and infrared spectrum of the bitumen vein from the Tianbazi section in Guangyuan and organic of U-ores from the 303 deposit in Bazhong City: (a) Micro-laser Raman spectra of the bitumen vein from the Tianbazi section；(b) Micro-laser Raman spectra of organic matter in high grade uranium ore from the 303 deposit；(c)Infrared spectrum of the bitumen vein from the Tianbazi section；(d)Infrared spectrum organic matter in high grade uranium ore from the 303 deposit

沉積盆地內(nèi)，有機(jī)質(zhì)參與金、銅鉛鋅等各類金屬(尤其是鈾)礦床的成礦作用的早已被國內(nèi)外學(xué)者所證實(shí)(Spirakis，1996；Langmuir，1978；盧家爛等，2004；Qiu Linfei et al.，2021)。在砂巖型鈾成礦作用中，鈾的成礦機(jī)理可概括為：蝕源區(qū)或地層中的鈾，經(jīng)表生流體的氧化作用形成鈾酰離子(UO22+),當(dāng)含鈾酰離子的含礦流體流經(jīng)富含還原性介質(zhì)的地層時(shí)，發(fā)生氧化—還原作用，使易溶解遷移的6價(jià)鈾轉(zhuǎn)化為難溶解遷移的4價(jià)鈾而發(fā)生沉淀(Langmuir，1978)。根據(jù)鈾成礦作用中有機(jī)質(zhì)的類型又可以分為兩種成礦模式(圖8)(Bonnetti et al.，2020):第一種認(rèn)為還原劑主要為地層中的沉積有機(jī)質(zhì)(如炭屑、腐殖質(zhì)等)，第二種認(rèn)為還原劑主要為深部油氣分異—裂解過程中所形成的H2S和輕烴組分(C1～ C5)，哪類有機(jī)質(zhì)在鈾成礦作用中起主導(dǎo)作用還存在明顯不同的認(rèn)識(shí)。

圖6 廣元田壩子剖面瀝青脈與巴中303礦床鈾礦石/礦化砂巖微量元素蛛網(wǎng)圖Fig. 6 Trace element change curve of the bitumen vein from the Tianbazi section in Guangyuan and U-ores from the 303 deposit in Bazhong City

圖7 廣元田壩子剖面瀝青脈與303礦床鈾礦石稀土元素配分曲線Fig. 7 REE distribution patterns of the bitumen vein from the Tianbazi section in Guangyuan and U-ores from the 303 deposit in Bazhong

四川盆地西北部具有良好的鈾成礦條件，下白堊統(tǒng)蒼溪組為一套紫色、深灰色、灰黑色富含有機(jī)質(zhì)的中細(xì)粒巖屑砂巖，砂巖巖屑中富含火山巖巖屑，賦礦砂巖U含量一般在10×10-6～ 50×10-6，具有良好的鈾源條件(朱西養(yǎng)等，2004)。該區(qū)下寒武統(tǒng)地層中廣泛出露瀝青脈(黃第藩等，2008；周文等，2007；劉光祥等，2003)，其形成時(shí)代為新元古代晚震旦世(572 ～ 559 Ma)(王杰等，2016)，指示川西地區(qū)古油藏分布廣，晚震旦世油氣活動(dòng)強(qiáng)烈。本研究發(fā)現(xiàn)，在田壩子剖面下寒武統(tǒng)地層中產(chǎn)出多處瀝青脈，含有較高的鈾含量(約70×10-6)，而未見獨(dú)立的鈾礦物，也未發(fā)現(xiàn)其它礦物中含鈾，鈾應(yīng)該是以超顯微結(jié)構(gòu)的形式賦存在瀝青中，這表明了鈾可以超顯微結(jié)構(gòu)形式(可能為絡(luò)合物或螯合物)隨油氣共同遷移，這一點(diǎn)也被大量的成礦模擬實(shí)驗(yàn)所證實(shí)(Meunier et al.，1990；Wood et al.，1996；Sharma et al.，2020)。顯微激光拉曼和紅外光譜學(xué)研究表明，田壩子剖面的瀝青脈和303鈾礦床中的有機(jī)質(zhì)具有相似性，它們都是一種具有復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)、包含多個(gè)基團(tuán)(甲基、亞基基、羧基、苯環(huán)等)的大分子有機(jī)物，瀝青脈具有更高的無序度和演化程度。303礦床富鈾礦石中的特征元素(Mo、Cd、U、Re、Sc等)與田壩子剖面瀝青脈具有很大的相似性，并且都富集稀土元素，這些都表明303鈾礦床的形成或許與油氣流體的活動(dòng)有關(guān)。事實(shí)上，國際上與瀝青(古油藏)密切相關(guān)的大型—超大型鈾礦床(田)的實(shí)例非常豐富，如美國的grants、加蓬的Oklo及加拿大的Athabasca等(Lecomte et al.，2020；Fuchs et al.，2017; Alexandre and Kyser, 2006)。因此，本研究認(rèn)為：在川北地區(qū)，鈾成礦作用與油氣流體活動(dòng)具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，該區(qū)是四川盆地內(nèi)古油藏出露最為普遍的地區(qū)，具有尋找與油氣流體活動(dòng)相關(guān)的鈾礦床的潛力，未來的鈾礦找礦工作中，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注古油氣藏(瀝青)所出露的地區(qū)。

圖8 砂巖型鈾礦兩種主要的成礦模式(據(jù)Bonnetti et al., 2020修改)Fig. 8 Two main metallogenic models of sandstone-type uranium deposits(modified after Bonnetti et al.,2020)

4.2 瀝青脈中金屬元素的綜合利用

元素分析結(jié)果顯示，川西瀝青脈中主要富含Mo(450×10-6)、Cd(13×10-6)、U(70×10-6)、Re(0.4×10-6)、Ba(4000×10-6)、V(1700×10-6)、Cu(160×10-6)、Zn(360×10-6)等，其燒失量約為70%。在瀝青被煅燒(灰化)后，其中的有機(jī)質(zhì)基本被去除，因而其金屬含量可以增長為原來的3.5倍左右，即主要富集元素分別可達(dá)：Mo(1575×10-6)、Cd(45×10-6)、U(245×10-6)、Re(1.4×10-6)、Ba(14000×10-6)、V(5950×10-6)、Cu(560×10-6)、Zn(1260×10-6)。上述富集元素中，Mo(工業(yè)品位一般為600×10-6～ 800×10-6)、U(工業(yè)品位一般為300×10-6)、Re(稀有稀散元素，地球平均豐度僅為0.001×10-6)在瀝青灰化之后，可達(dá)工業(yè)綜合利用價(jià)值。U是核工業(yè)的“糧食”，是發(fā)展核工業(yè)必不可少的原料，Mo是具有高熔點(diǎn)(2620℃)、高沸點(diǎn)(5560℃)、強(qiáng)度大、電導(dǎo)率大、導(dǎo)熱性能好、耐腐蝕等顯著的特征(李龍杰等，2020)，錸是一種稀散難熔金屬，具有高熔點(diǎn)(3180℃)、高沸點(diǎn)(5627℃)、耐熱、耐腐蝕、耐磨等特性(陳振巖等，2021)，鉬錸合金因其良好的力學(xué)性能、熱物理、抗輻照等特性被廣泛用作核反應(yīng)堆的核材料(黃洪濤等，2016；張家潤等，2020)，此外還廣泛應(yīng)用于國防、航空航天、電子及機(jī)械工業(yè)等特殊行業(yè)(張家潤等，2020)。綜上所述，鈾、鉬、錸元素是發(fā)展核工業(yè)十分重要的核材料，而川北瀝青脈在灰化之后，其中的鈾、鉬、錸元素都富集到了可綜合利用的程度。此外，川北廣元市朝天區(qū)、劍閣縣、青川縣等地區(qū)廣泛發(fā)育瀝青脈，其產(chǎn)出規(guī)模大，延伸穩(wěn)定(魏健，2014)。建議在未來的研究中，可適當(dāng)關(guān)注川北瀝青脈伴生元素的綜合利用。

5 結(jié)論

(1) 本文詳細(xì)研究了川北含鈾瀝青脈的礦物學(xué)、元素地球化學(xué)及光譜學(xué)特征，并對(duì)比研究了303礦床鈾礦石及其有機(jī)質(zhì)，證實(shí)了川北瀝青脈中含有不可見的鈾。

(2) 鈾可能以超顯微結(jié)構(gòu)形式(可能主要為絡(luò)合物或螯合物)隨古油氣流體共同遷移，結(jié)合303礦床鈾礦石的蝕變礦物組合、有機(jī)質(zhì)光譜學(xué)特征及其微量元素特征，認(rèn)為川北地區(qū)的鈾成礦作用與油氣流體活動(dòng)具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，具有尋找與油氣流體活動(dòng)相關(guān)的鈾礦床的潛力。未來的鈾礦找礦工作中，川北地區(qū)應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注古油氣藏(瀝青)所出露的地區(qū)。

(3) 川北地區(qū)瀝青脈經(jīng)煅燒(灰化)之后，其中的U、Mo、Re已經(jīng)達(dá)到了綜合利用價(jià)值，應(yīng)給予適當(dāng)關(guān)注。