新疆準噶爾盆地北部黃花溝地區(qū)鈾礦化特征及成因探討

朱斌，吳玉，鐘軍，陳虹，東前，毛廣振

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029；2.核工業(yè)二一六大隊，新疆 烏魯木齊 830011）

準噶爾盆地位于新疆北部，夾持于阿爾泰山脈與天山山脈之間，是新疆境內(nèi)第二大盆地，蘊含石油、天然氣、煤炭等能源礦產(chǎn)，也是我國砂巖型鈾礦的重點勘查區(qū)。該盆地及周邊鈾礦找礦工作始于1956，經(jīng)過近70 年勘探，雖發(fā)現(xiàn)了卡姆斯特、樓莊子兩個大型鈾礦產(chǎn)地、大慶溝小型鈾礦床和諸多鈾礦（化）點、異常點，但至今仍未落實中型及以上鈾礦床。然而，與準噶爾盆地毗鄰且同屬于中亞鈾成礦帶的伊犁盆地、吐哈盆地均發(fā)現(xiàn)了大型鈾礦床。因此，準噶爾盆地砂巖型鈾礦找礦勘查工作亟待突破。

2021 年，核工業(yè)二一六大隊在地質(zhì)調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)了黃花溝鈾礦化點。這是首次在準噶爾盆地北部發(fā)現(xiàn)地表鈾礦化點。該礦化點的發(fā)現(xiàn)，對提振準噶爾盆地砂巖型鈾礦的找礦信心具有重要意義。地表地質(zhì)特征顯示，黃花溝鈾礦化點的鈾礦體具有固結(jié)程度高、呈透鏡狀或板狀、順層、斷續(xù)分布的特點，與典型的層間氧化帶型鈾礦化特征差別較大。本次研究通過開展詳細地野外地質(zhì)觀察，系統(tǒng)地巖石地球化學和礦物學分析，揭示了黃花溝礦化點的鈾礦化特征，并對其鈾礦化成因進行探討。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

準噶爾地塊位于天山-準噶爾-北山造山系內(nèi)，其南北兩側(cè)通過額爾齊斯結(jié)合帶以及那拉提-南天山結(jié)合帶分別與阿爾泰弧盆系和塔里木陸塊相連，其東西兩側(cè)分別與西伯利亞板塊和哈薩克斯坦板塊相接（圖1），是哈薩克斯坦板塊的東延部分，也是中亞造山帶的重要組成部分［1-4］。準噶爾盆地是發(fā)育于準噶爾地塊之上，自石炭紀以來經(jīng)多期構(gòu)造演化形成的大型疊合復(fù)合盆地［5］。盆地三面被晚古生代縫合線和褶皺帶所圍限（分別為西準噶爾弧盆系、額爾齊斯結(jié)合帶、東準噶爾弧盆系、博格達裂谷盆地和依連哈比爾尕俯沖增生雜巖帶）（圖1），盆內(nèi)面積約13 萬km2。

圖1 準噶爾盆地及鄰區(qū)晚古生代大地構(gòu)造位置簡圖（據(jù)文獻［6］修改）Fig.1 Sketch map showing the tectonic location of Junggar Basin and its adjacent areas in Late Paleozoic（modified after reference［6］）

準噶爾盆地經(jīng)歷了海西、印支、燕山、喜山等多期次構(gòu)造運動，形成了多期重要不整合面。石油系統(tǒng)依據(jù)盆地內(nèi)部二疊系的沉積、構(gòu)造特征及后期構(gòu)造改造特征，將準噶爾盆地劃分為烏倫古坳陷、陸梁隆起、中央坳陷、北天山山前沖斷帶、西部隆起和東部隆起6 個一級構(gòu)造單元和44 個二級構(gòu)造單元［7］（圖2）。

圖2 準噶爾盆地構(gòu)造單元劃分及鈾礦化點分布圖（據(jù)文獻［7-8］修改）Fig.2 Distribution of structural units and uranium mineralization occurrences in the Junggar Basin（modified after references［7-8］）

準噶爾盆地在古生界褶皺基底之上發(fā)育了較為完整的二疊系至第四系，各地層的分布、厚度及沉積相特征受各期構(gòu)造活動的控制。鈾礦地質(zhì)勘查發(fā)現(xiàn)，準噶爾盆地內(nèi)，侏羅系—新近系均發(fā)育有鈾礦化。研究發(fā)現(xiàn)，不同盆段、不同礦化類型的鈾礦化賦存層位存在顯著差異［8］。砂巖型鈾礦在盆地東部、南部和西部均有發(fā)育，含礦目的層以侏羅系八道灣組、三工河組、西山窯組和頭屯河組為主；盆地北部頂山地區(qū)在古近系烏倫古河組發(fā)育有鈾礦化，但規(guī)模不大；近年來在盆地西部車排子地區(qū)新近系沙灣組發(fā)現(xiàn)較好的砂巖型鈾礦化［9］。地瀝青型鈾礦化主要發(fā)育在盆地的南部和西北部，含礦層以白堊系吐谷魯群為主。煤巖型鈾礦化主要發(fā)育在盆地的東部和西北部，含礦層位以侏羅系西山窯組為主。

1.2 研究區(qū)地質(zhì)概況

黃花溝地區(qū)位于準噶爾盆地北部烏倫古坳陷內(nèi)，索索泉凹陷與紅巖斷階帶的交界處［10-11］。區(qū)內(nèi)斷裂、褶皺構(gòu)造發(fā)育，主要有區(qū)域大斷裂——吐絲托依拉斷裂和烏倫古北斷裂、次級斷裂——黃花溝斷裂和紅礫山背斜等。吐絲托依拉斷裂為烏倫古坳陷（一級構(gòu)造單元）內(nèi)索索泉凹陷和紅巖斷階帶2 個次級構(gòu)造的分界（圖2），在黃花溝地區(qū)為北西向延伸的高角度（40°～55°）逆沖推覆構(gòu)造，切穿石炭系—白堊系，主活動期為中生代，具有邊斷邊沉積的同生性質(zhì)［12］。喜山期，研究區(qū)多見古近系和新近系形成的北西向平緩褶皺，區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動微弱。受吐絲托依拉斷裂及其次級斷裂的影響，斷裂附近地層發(fā)生褶皺變形，形成紅礫山背斜（圖3）。

圖3 黃花溝地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.3 Sketch geology map of Huanghuagou area

黃花溝地區(qū)中-新生代地層不整合覆蓋在泥盆系和石炭系的凝灰質(zhì)火山巖之上。地震資料顯示［13］，自下而上依次為上三疊統(tǒng)（白堿灘組）、下侏羅統(tǒng)八道灣組（J1b）和三工河組（J1s）、中侏羅統(tǒng)西山窯組（J2x）、下白堊統(tǒng)吐谷魯群（K1tg）、上白堊統(tǒng)紅礫山組（K2h）、古近系烏倫古河組（E2-3w）、新近系索索泉組（N1ss）和第四系（Q）。鉆探揭露顯示，該地區(qū)三疊系零星分布，不整合覆蓋于泥盆系變質(zhì)火山巖之上。侏羅系近楔狀自北向南往盆地延伸，分布范圍自下向上逐漸變小，中侏羅統(tǒng)頭屯河組和上侏羅統(tǒng)齊古組缺失，反映晚侏羅世該地區(qū)遭受了強烈的隆升剝蝕；下白堊統(tǒng)吐谷魯群超覆沉積在侏羅系之上，分布范圍大；上白堊統(tǒng)不整合于下白堊統(tǒng)之上，區(qū)域上以一厚層底礫巖為典型特征。古近系烏倫古河組分布范圍最大，幾乎覆蓋整個盆地；新近系索索泉組是索索泉凹陷的代表地層，受新構(gòu)造運動的影響，晚期遭受一定的抬升剝蝕，分布范圍較烏倫古河組小。

研究區(qū)內(nèi)，侏羅系主要為一套潮濕氣候條件下形成的、表現(xiàn)為進積特征的湖岸沼澤-辮狀河三角洲-河流特征的暗色含煤碎屑建造［13］，厚層中粗粒結(jié)構(gòu)的砂體主要發(fā)育于三工河組和西山窯組；下白堊統(tǒng)主要為一套半干旱-干旱條件下形成的三角洲相沉積特征的灰色碎屑建造［14］，下部發(fā)育灰色中細粒三角洲平原相砂體，上部發(fā)育三角洲前緣相，以淺灰色細砂巖-粉砂巖與厚層淺棕紅色泥巖互層為典型特征。上白堊統(tǒng)紅礫山組至新近系索索泉組，整體為一套干旱條件下形成的紅雜色巖系，以褐黃色礫巖、棕黃色-灰白色中粗粒砂巖以及淺棕紅色泥巖為主，為沖積扇、辮狀河三角洲以及湖泊沉積體系。

2 地表鈾礦化特征

黃花溝礦化點位于吐絲托依拉斷裂上盤（圖4a），靠近背斜核部（圖3，圖4b、c）。背斜兩翼均發(fā)育有鈾礦化，具有較強的順層特征（圖4c），礦化點附近出露下白堊統(tǒng)吐谷魯群、上白堊統(tǒng)紅礫山組及古近系烏倫古河組（圖3、圖4a）。

圖4 準噶爾盆地黃花溝地表礦化點典型地質(zhì)剖面圖Fig.4 Representative geological profile of uranium mineralization occurrences in Huanghuagou，Junggar Basin

研究區(qū)內(nèi)，吐谷魯群為一套半干旱-干旱條件下形成的三角洲相灰色碎屑建造，以青灰色-紅色雜色泥巖、淺灰白色細砂巖和含礫細砂巖為典型巖性組合，局部發(fā)育礫巖。鉆孔資料顯示，在吐絲托依拉斷裂兩側(cè)，吐谷魯群殘余厚度差異很大，斷裂上盤（北側(cè)）殘余厚度一般不足300 m，而斷裂下盤吐谷魯群的殘余厚度可達600 m 以上，表明吐絲托依拉斷裂的活動晚于吐谷魯群沉積期。紅礫山組為一套干旱條件下形成的河湖相紅雜色碎屑建造，以發(fā)育厚層紅色泥巖為典型特征，還發(fā)育灰白色中細粒砂巖及礫巖，底部以一套厚層的底礫巖不整合覆蓋于吐谷魯群之上。鉆孔資料顯示，研究區(qū)內(nèi)殘余厚度約100 m，在斷裂兩側(cè)紅礫山組殘余厚度不大，且具有較好的可對比性，表明在紅礫山組沉積期，吐絲托依拉斷裂活動已基本停止。烏倫古河組為一套典型的辮狀河相碎屑建造，巖石多呈淺灰白-淺黃白色，發(fā)育厚層中粗砂巖，其底部為一套粗砂巖覆蓋于紅礫山頂部的棕紅色泥巖之上。

黃花溝地表鈾礦體發(fā)育于吐谷魯群淺灰白色細砂巖中，礦化砂巖固結(jié)程度明顯較未礦化砂巖高，多呈透鏡狀、板狀產(chǎn)出（圖5）。礦化砂巖遇鹽酸不起泡，表明其非碳酸鹽膠結(jié)。此外，在礦化砂巖體附近多發(fā)育有褐鐵礦化、硬錳礦化，部分礦化砂巖中見紅色泥礫。

圖5 黃花溝礦化點野外露頭典型照片F(xiàn)ig.5 Photos of typical outcrops and samples in Huanghuagou uranium occurrences

黃花溝礦化點的礦化砂巖連續(xù)性較差，多呈點狀產(chǎn)出。目前已發(fā)現(xiàn)地表異常點十余處，呈北西西向展布，延伸超過1 km，總體與褶皺核部走向平行。伽馬輻射儀（型號為HD2000）測得等效U 含量多介于100×10-6～300×10-6，最高可達500×10-6以上（儀器分析獲得的等效U 含量單位為Ur，1 Ur等于1×10-6）；礦石微量元素分析結(jié)果顯示，鈾含量最高可達340×10-6。

3 樣品和分析方法

在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，利用伽馬輻射儀，在黃花溝地表鈾礦點的4 個異常點采集了13 塊樣品，包括未礦化砂巖、不同礦化程度的砂巖、赤鐵礦化及硬錳礦化的含礦砂巖，以及礦體附近的礫巖。詳細信息及典型照片見圖6和表1。

表1 黃花溝地表樣品采集信息表Table 1 Information of hand specimen from Huanghuagou area

圖6 典型手標本樣品照片F(xiàn)ig.6 Photos of representative hand specimen

對采集的樣品開展了巖石薄片鏡下鑒定、電子探針和能譜分析、全巖粉末的主量元素和微量元素分析。相關(guān)實驗均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成。電子探針和能譜分析使用的實驗儀器為日本JEOL 公司生產(chǎn)的JXA-8100型電子探針分析儀，分析測試條件：加速電壓為20 kV，束流為1×10-8A，分析束斑直徑為2 μm。主量元素分析采用X 射線熒光光譜法（XRF），測試儀器為荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的Axios-mAX AB104L 型波長色散X 射線熒光光譜儀。實驗過程中，X 射線管電壓為50 kV，電流為50 mA，元素的測定精度可達0.01%，分析誤差＜5%。此外，用化學分析法（CA）測定樣片中氧化亞鐵的含量（測定范圍＞0.5%）。微量元素采用ICP-MS 分析，使用儀器為美國Thermo Fisher 公司生產(chǎn)的ELEMENT XR 型號的高分辨電感耦合等離子質(zhì)譜儀，元素含量大于10×10-6時，相對誤差小于5%；小于10×10-6時，相對誤差小于10%。

4 分析結(jié)果和討論

4.1 巖石礦物學特征

巖石薄片顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，礦化砂巖為巖屑長石砂巖，碎屑顆粒主要由石英、鉀長石、斜長石、巖屑和少量黑云母組成，粒徑為0.1～0.4 mm，為中細砂巖（圖7a、b）。膠結(jié)物以泥質(zhì)為主，在強烈礦化的砂巖中多為磷灰石，可見磷灰石充填于長石裂隙以及黑云母的解理縫中，顯示后生交代的特點（圖7c、d、e）。此外，含礦砂巖中多發(fā)育有硬錳礦、赤鐵礦等，表明其遭受了較強的地表氧化改造。顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，硬錳礦、赤鐵礦及褐鐵礦呈膠狀包裹早期泥質(zhì)膠結(jié)物以及磷灰石顆粒（圖7f），表明其晚于磷灰石的形成，這與野外觀察吻合，即赤鐵礦、褐鐵礦與硬錳礦多以脈狀形式產(chǎn)出，切穿礦化砂巖。

圖7 典型顯微鏡下照片F(xiàn)ig.7 Microscope photos of typical ore

4.2 鈾賦存形式

電子探針分析發(fā)現(xiàn)，礦化砂巖中未見鈾的獨立礦物。全巖主量元素分析結(jié)果顯示，礦化砂巖相比于未礦化砂巖明顯富集磷和鈣，未礦化砂巖和礫巖（礫巖粉末樣品中不含礫石）的w（P2O5）和w（CaO）值僅為0.17%～0.26% 和1.06%～1.41%，而礦化砂巖的w（P2O5）和w（CaO）值高達3.94%～10.14% 和5.72%～14.66%（表2）。全巖粉末的元素含量協(xié)變關(guān)系圖解顯示，w（P2O5）與w（CaO）值呈強正相關(guān)（圖8a），且比值（0.737）與磷灰石的 P2O5/CaO 值一致（0.736），表明礦石中的磷和鈣基本都賦存于磷灰石中。更為重要的是，w（U）值與w（P2O5）和w（CaO）值呈良好的正相關(guān)（圖8b、c），表明鈾礦化與磷灰石之間具有成因聯(lián)系。

圖8 黃花溝地區(qū)全巖樣品元素協(xié)變圖Fig.8 Covariant diagram of elements for bulk rocks from Huanghuagou area

前人研究表明，磷灰石族礦物中經(jīng)常見到鈾的混入物，特別是在海相沉積的磷塊巖中。Kochenov 等［15］認為，沉積巖中有機質(zhì)和磷灰石的存在是巖石中鈾富集的必要條件。然而，目前關(guān)于鈾與磷灰石的關(guān)系仍存在爭議。早期學者基于U4+（0.95?）與Ca2+（0.97?）具有相似的離子半徑，推測鈾以類質(zhì)同象的形式替換鈣存在于磷灰石晶格中［16］。后來，部分學者通過對富鈾磷灰石開展選擇性分離和電滲法研究發(fā)現(xiàn)，鈾先于磷從膠磷礦（膠狀的磷灰石）中溶解出來，且溶液中鈾和磷被提取出來是毫不相干的，因此認為，鈾并非以類質(zhì)同象的形式存在于磷灰石中，而是以微細粒的鈾氧化物呈吸附態(tài)被磷灰石所捕獲［17］。

通過對黃花溝礦化砂巖中的磷灰石開展電子探針分析后發(fā)現(xiàn)，包裹于黑云母中的巖漿磷灰石（圖7c）幾乎不含U（低于檢測限），且具有較高的Cl 含量；而交代磷灰石（膠結(jié)物）具有很高的w（UO2）值，最高可達0.36%（表3）。結(jié)合全巖w（P2O5）值，簡單計算發(fā)現(xiàn)，磷灰石中的U 與全巖的U 含量基本一致。如樣品NJ21-11 中w（P2O5）值為4.70%（表2），其中磷灰石的w（UO2）平均值為0.193%（表3），P2O5占磷灰石中的含量按40%計算，則全巖樣品中磷灰石的鈾含量為227×10-6，與全巖微量元素分析獲得的U 含量幾乎完全一致（228×10-6，表4），表明鈾很可能以類質(zhì)同象的形式賦存于磷灰石中。

筆者認為，鈾在磷灰石中的賦存形式可能與磷灰石的產(chǎn)出形式有關(guān)。對于晶體磷灰石而言，如巖漿磷灰石，鈾以類質(zhì)同象的形式替換鈣進入到其晶格之中；對于膠磷礦（磷灰石呈膠體形式），由于膠體具有很強的吸附能力，因此，鈾以吸附態(tài)為主。黃花溝地區(qū)礦化砂巖中的交代磷灰石為礦物微晶，顆粒多介于3～10 μm，部分可達15 μm 以上，且晶形較好（圖7d、f），與海相磷塊巖中的膠磷礦（一般小于1 μm，多呈球狀集合體）差異較大［18］，因此鈾主要以類質(zhì)同象的形式賦存于微晶磷灰石中。

全巖的w（UO2）值與w（Al2O3）、w（SiO2）值和全堿含量呈負相關(guān)關(guān)系（圖8d、e、f），這是磷灰石交代（P2O5和CaO 含量升高）導(dǎo)致全巖中其他主量元素含量降低的結(jié)果。在砂巖型鈾礦中，鈾常被黏土礦物所吸附，因此，U 和Al2O3多呈正相關(guān)。黃花溝地區(qū)礦化砂巖中U 與Al2O3的負相關(guān)關(guān)系表明，黏土吸附鈾并非該地區(qū)鈾礦化的主要存在形式。

4.3 鈾礦化成因

砂巖型鈾成礦作用的核心機制是氧化還原反應(yīng)，即地表氧化性水體富含U6+，當其滲入到還原性地層時，與砂巖（或砂礫巖）中的還原性物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，流體的Eh 值降低，U6+還原為U4+，卸載成礦。因此，砂巖型鈾礦的礦體分布受氧化還原反應(yīng)界面控制明顯。層間氧化帶型砂巖型鈾礦是最重要的砂巖型鈾礦類型，前人研究表明，其多具有以下特征［19-24］：1）發(fā)育于厚層砂體中，其上部和下部具有良好的隔水頂板和底板；2）砂巖具有較高的還原容量，多見有機質(zhì)（如：植物炭屑）和黃鐵礦；3）鈾礦體規(guī)模較大，連續(xù)性好，礦體受氧化還原過渡帶控制明顯；4）多見高嶺土化、褐鐵礦化等后生蝕變；5）鈾礦物以瀝青鈾礦、鈾石為主，低品位鈾礦化中多見吸附態(tài)的鈾；6）Re、Mo、V、Se 等變價元素常與鈾共伴生。

黃花溝地表鈾礦點的鈾礦化特征與典型的氧化帶型砂巖型鈾礦明顯不同。鈾礦體上部和下部缺乏隔水頂板和底板，礦化砂巖中未見炭屑、黃鐵礦等還原性物質(zhì)，礦體雖然具有順層特點，但多呈點狀分布、連續(xù)性差、規(guī)模有限，未見明顯的后生氧化作用，無獨立鈾礦物，鈾礦化與磷灰石關(guān)系密切，未見明顯的Re、Mo、V 等變價元素富集（表4）。因此，黃花溝地區(qū)的鈾礦化可能是一種新的砂巖型鈾礦化類型。

近期，張成勇等［25］在內(nèi)蒙古西部巴音戈壁盆地本巴圖地區(qū)下白堊統(tǒng)巴音戈壁組砂礫巖中也發(fā)現(xiàn)了磷灰石型鈾礦化，在礦化砂巖中未見到獨立鈾礦物?；诘V化砂礫巖較未礦化砂礫巖明顯富集REE、Y、W 和Sr 等元素，張成勇等認為蘇紅圖組玄武巖噴發(fā)形成的火山熱液與大氣降水混合后，交代早期菱鐵礦，形成磷灰石型鈾礦化。在鄂爾多斯盆地的延長組長7 段的富鈾烴源巖中，鈾同樣賦存于膠磷礦中，且膠磷礦中U 和ΣREE 含量呈明顯的正相關(guān)，推測火山噴發(fā)（形成凝灰?guī)r）是造成烴源巖富鈾的主要原因［26］。

與巴音戈壁盆地本巴圖鈾礦化砂礫巖一樣，黃花溝地表鈾礦化砂巖的賦礦巖石同樣產(chǎn)于下白堊統(tǒng)地層（吐谷魯群），富鈾的微晶磷灰石同樣為氟磷灰石，但二者的微量元素特征明顯不同。黃花溝地區(qū)礦化砂巖與非礦化砂巖具有相似的微量元素和稀土元素配分模式，除明顯富集U 和P 外，礦化砂巖并不富集ΣREE、Sr、W、Y 等元素（圖8g、圖9、表4），且該地區(qū)不存在白堊紀之后的巖漿活動，因此，鈾成礦作用與巖漿熱液無關(guān)。

圖9 黃花溝地表鈾礦化樣品微量元素蛛網(wǎng)圖（a）和稀土元素配分圖（b）Fig.9 Patterns of trace elements（a）and rare earth elements（b）from different rocks in Huanghuagou area

如前所述，黃花溝地表礦化砂巖中未見植物炭屑、黃鐵礦等還原性物質(zhì)，未發(fā)現(xiàn)Re、Mo、V 等變價元素富集（表4），且U 含量與Fe3+/Fe2+值無相關(guān)性（圖8h），表明其鈾礦化的形成與氧化還原過程關(guān)系不大。

那么黃花溝地區(qū)磷灰石型鈾礦化究竟是如何形成的呢？

野外露頭顯示黃花溝地區(qū)磷灰石型鈾礦體發(fā)育于吐谷魯群淺灰白色細砂巖中，具有一定的順層特點，且礦化砂巖固結(jié)程度明顯較未礦化砂巖高，多呈透鏡狀、板狀產(chǎn)出。巖石薄片顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，礦化砂巖中早期泥質(zhì)膠結(jié)物被晚期的磷灰石所交代，導(dǎo)致其固結(jié)程度增強。由于磷灰石中具有很高的鈾含量，因此伴隨磷灰石的交代過程，鈾的富集成礦隨即發(fā)生。

那么在富磷富鈾的流體交代早期細砂巖時，為什么會形成這種“透鏡狀”、“板狀”的差異性交代呢。最有可能的是，這種差異性在交代之前就已經(jīng)存在了。事實上，不僅是黃花溝地區(qū)，整個準噶爾盆地西北緣下白堊統(tǒng)吐谷魯群A、B 亞群的砂巖中均發(fā)育有鈣質(zhì)結(jié)核和板狀鈣質(zhì)砂巖層（如烏爾禾地區(qū)的白楊河大峽谷和魔鬼城附近出露的吐谷魯群地層）。富鈾的磷酸鹽流體交代砂巖中的鈣質(zhì)結(jié)核和板狀鈣質(zhì)砂巖，由于磷酸鈣的溶度積較碳酸鈣小，因此，磷酸鹽會將砂巖中的碳酸鈣置換為磷酸鈣（磷灰石），具體的反應(yīng)方程［27］如下：

在磷灰石沉淀過程中，流體中的鈾以類質(zhì)同象的形式替換鈣進入到磷灰石晶體，進而形成鈾礦化。

解決了黃花溝礦化砂巖中磷灰石的形成過程，那么交代鈣質(zhì)砂巖的富鈾、富磷流體又從何而來呢？

黃花溝地表鈾礦化主要沿吐絲托依拉斷裂兩側(cè)發(fā)育，特別是在斷裂上盤，顯示出較好的斷裂控礦特點，那么該富鈾、富磷的流體是不是深部來源呢？黃花溝地區(qū)的鉆探查證工作顯示，吐絲托依拉斷裂帶內(nèi)，巖石發(fā)生強烈的機械破碎和變形，但蝕變十分微弱，流體改造跡象不明顯。此外，磷灰石型鈾礦化僅發(fā)育于近地表環(huán)境，鉆孔內(nèi)未揭露到同類型的鈾礦化，表明成礦流體很可能來自淺部地表環(huán)境，礦化砂巖下部的泥巖阻隔了富鈾、富磷流體進一步向深部滲入成礦。

微量元素協(xié)變圖解中，礦化砂巖中U 與Be呈很好的正相關(guān)關(guān)系（圖8i），指示二者具有一定的成因聯(lián)系。黃花溝北西西方向約180 km 處，是著名的白楊河特大型鈾鈹?shù)V床。黃花溝磷灰石型鈾礦體的鈾成礦年齡為（76.5±6.6）Ma（全巖U-Pb 等時線法，它文另述），彼時北西西方向的謝米斯臺山是黃花溝地區(qū)的主要物源。

磷是地殼中第11 豐富元素，主要賦存于磷灰石和長石中。全球尺度磷的生物地球化學循環(huán)系統(tǒng)中，磷的最初來源是土壤發(fā)育過程中大陸風化作用產(chǎn)生的磷。大陸風化作用將巖石中的磷灰石和長石以溶解態(tài)和顆粒態(tài)的形式釋放出來，通過河流、大氣、地下水等方式搬運到海洋［28］。此外，磷作為一種生命元素，生物圈是磷的一個重要地球化學儲庫。因此，表生流體往往具有較高的磷含量。尤其是在干旱條件下，土壤中的灰質(zhì)（碳酸鹽）含量增加，具有更高的磷含量。

據(jù)此推測，晚白堊世，受吐絲托依拉逆沖斷裂影響，黃花溝地區(qū)下白堊統(tǒng)吐谷魯群被抬升至地表，遭受剝蝕。表生富磷流體將白楊河鈾鈹?shù)V床中的鈾和鈹淋濾出來，在向盆地內(nèi)部遷移過程中進一步淋濾地層中的鈾，至黃花溝地區(qū)與吐谷魯群砂巖中的鈣質(zhì)結(jié)核和板狀砂巖發(fā)生磷酸鹽交代作用，形成磷灰石型鈾礦化。該交代作用為典型的潛水氧化型，交代的規(guī)模和范圍受底板泥巖和鈣質(zhì)砂巖共同控制，故而，在黃花溝地區(qū)淺表地層中形成典型的順層、斷續(xù)發(fā)育的磷灰石型鈾礦化。

5 結(jié)論

1）黃花溝地區(qū)發(fā)現(xiàn)的地表鈾礦化位于下白堊統(tǒng)吐谷魯群下部的巖屑長石砂巖中，鈾礦體具有固結(jié)程度高、呈透鏡狀或板狀、順層、斷續(xù)分布的特點。全巖主微量元素特征及巖石薄片顯微分析均表明，鈾礦化與晚期的磷酸鹽交代關(guān)系密切，鈾主要以類質(zhì)同象的形式賦存于磷灰石中。

2）表生富鈾富磷流體交代吐谷魯群A 亞群砂巖中的鈣質(zhì)結(jié)核及板狀鈣質(zhì)砂巖是形成磷灰石型鈾礦化的主要機制，黃花溝北西方向謝米斯臺山的白楊河鈾鈹?shù)V床可能為其提供了重要鈾源。

3）黃花溝地區(qū)的磷灰石型鈾礦化是一種新的砂巖型鈾礦化類型，鈾礦化與氧化還原過程無關(guān)，主要受表生富磷流體與碳酸鹽礦物反應(yīng)所控制。形成于干旱環(huán)境的富鈣砂巖是該類型鈾礦化的潛在目標。

致謝：感謝中核集團集中研發(fā)項目（編號：中核科發(fā)2021-143）；核材料創(chuàng)新基金項目（編號：ICNM-2022-ZH-07）；鈾礦地質(zhì)勘查項目（編號：2022006006）和中核集團青年英才“菁英”項目（編號：地QNYC2201）對本文的支持。