鄂爾多斯盆地巴音青格利鈾礦床地球化學(xué)特征及其對鈾成礦的指示意義

劉威宏，劉紅旭，丁波，任志勇

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；2.核工業(yè)二〇八大隊(duì)，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

鄂爾多斯盆地位于華北板塊西部，橫跨陜西、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古與山西五省，是我國的第二大沉積盆地，也是我國現(xiàn)存的最穩(wěn)定、完整的構(gòu)造單元。盆地總體呈西翼陡窄，東翼寬緩、近南北走向的極不對稱向斜［1］。鄂爾多斯盆地東北部鈾礦集區(qū)是中國北方最重要的砂巖型鈾礦集區(qū)之一，由東向西依次發(fā)現(xiàn)了東勝鈾礦床、納嶺溝鈾礦床、大營鈾礦床和巴音青格利鈾礦床，成為我國目前砂巖型鈾礦發(fā)現(xiàn)規(guī)模最大、最具遠(yuǎn)景的地區(qū)。巴音青格利鈾礦床作為最新發(fā)現(xiàn)的大型礦床，其基礎(chǔ)地質(zhì)研究相對較薄弱，據(jù)現(xiàn)階段公開發(fā)表的資料，僅有部分學(xué)者針對巴音青格利鈾礦床地質(zhì)特征［2］、成巖與成礦序列［3］、綠泥石特征［4］以及黃鐵礦特征［5］等進(jìn)行了研究，但是對共生礦物之間的相關(guān)關(guān)系及其對地球化學(xué)環(huán)境的指示意義研究相對薄弱。本文以前人提出的疊合鈾成礦模式為指導(dǎo)［6-7］，通過掃描電鏡、X 射線衍射以及主量元素分析，對含礦目的層砂巖的主要造巖礦物特征、黏土礦物特征和元素組合特征展開研究，并對黏土礦物之間、黏土礦物與方解石之間的關(guān)系進(jìn)行分析，根據(jù)礦物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系以及元素的富集狀態(tài)與價(jià)態(tài)變化等來厘定鈾成礦過程中地球化學(xué)環(huán)境的變化過程，旨在提升對巴音青格利地區(qū)鈾成礦過程的認(rèn)識(shí)。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是一個(gè)大型的克拉通盆地，盆地位于華北克拉通的西部，可劃分為伊盟隆起、陜北斜坡、渭北隆起、晉西撓褶帶、天環(huán)坳陷和西緣逆沖構(gòu)造帶 6 個(gè)三級構(gòu)造單元。研究區(qū)位于北部伊盟隆起，區(qū)內(nèi)地層平緩，出露地層為三疊系、侏羅系、白堊系、新近系與第四系（圖1），直羅組下段為鈾礦主要賦礦層。中侏羅世晚期構(gòu)造掀斜作用造成盆地北部地區(qū)一帶直羅組被大面積剝蝕并出露地表，為含氧水的滲入并產(chǎn)生層間氧化帶及鈾礦成礦創(chuàng)造極為有利的條件。區(qū)內(nèi)斷裂發(fā)育較少，其中最為重要的是泊爾江海子斷裂。此斷裂為油氣大規(guī)模運(yùn)移創(chuàng)造有利條件，同時(shí)油氣藏的形成對周邊造成強(qiáng)還原的地下水動(dòng)力環(huán)境，是有機(jī)還原性流體直接來源［8］。杭錦旗東北部黑石頭溝下白堊統(tǒng)東勝組有玄武巖出露，位于納嶺溝鈾礦床北西部約 10 km，大營與巴音青格利鈾礦床東部約20 km 處［9］。

圖1 鄂爾多斯盆地北部地層出露圖（據(jù)核工業(yè)二〇八大隊(duì)修改，2022）Fig. 1 Outcrop map of strata in the northern Ordos basin （modified after Geologic Party No.208，CNNC，2022）

2 鈾礦化特征

巴音青格利鈾礦床位于鄂爾多斯盆地北部三級構(gòu)造單元伊盟隆起內(nèi)，大營鈾礦床北西部（圖1），為大營鈾礦床的西延部分，中侏羅統(tǒng)直羅組下段是巴音青格利礦床鈾礦體的賦存層位。從沉積特征來看，直羅組下段下亞段和上亞段存在明顯的差異，下亞段表現(xiàn)為辮狀河三角洲沉積體系，而上亞段主要表現(xiàn)為曲流河三角洲沉積體系（圖2）。古氧化帶砂體受二次還原作用被還原成綠色，可見少量紅色、黃色古氧化殘留體。綠色砂巖保留了層間氧化帶的形態(tài)，被稱為二次還原帶（圖3）。礦體主要賦存于中侏羅統(tǒng)直羅組下段上亞段及下亞段砂體中，上亞段鈾礦體受氧化帶前鋒線控制，平面上總體呈SN 向島狀、長條狀展布，礦體寬度較窄，沿走向呈“串珠狀”，剖面上呈多層狀、板狀產(chǎn)出，礦體厚度介于1.3～15.6 m 之間，平均 4.08 m，平均品位0.050 3 %，為本區(qū)的主礦體（圖3）。下亞段礦體與上亞段礦體空間上疊置，產(chǎn)出特征與上亞段礦體相似，整體呈長條帶狀、帶狀，剖面上呈層狀、板狀產(chǎn)出，礦體厚度介于1.4～8.9 m 之間，平均4.29 m，平均品位0.066 4 %，連續(xù)性相對較好，但分布范圍較上亞段小。主礦體東部沿傾向礦體寬度變化較大，即北部礦體寬度較小、向南礦體寬度逐漸變大。巴音青格利鈾礦床鈾礦物主要為鈾石，少量鈾釷石。鈾礦物呈冰花狀、條帶狀或條粒狀存在于碎屑顆粒表面及孔隙中，多與蒙皂石等黏土礦物、黃鐵礦、方解石或者白云母和黑云母等礦物共生，有時(shí)可見鈦鐵礦、褐鐵礦、銳鈦礦、方鉛礦和獨(dú)居石［2］。

圖2 巴音青格利鈾礦床沉積相剖面（據(jù)核工業(yè)二〇八大隊(duì)修改，2020）Fig. 2 Sedimentary facies profile of Bayinqinggeli uranium deposit （modified after Geologic Party No.208，CNNC，2020）

圖3 巴音青格利鈾礦床直羅組下段上亞段氧化帶、礦體分布圖及采樣位置（據(jù)核工業(yè)二〇八大隊(duì)修改，2020）Fig. 3 Oxidation zone，orebody distribution map and sampling location of upper sub-member of lower Member of Zhiluo formation in Bayinqinggeli uranium deposit （modified after Geologic Party No.208，CNNC，2020）

3 樣品采集與分析測試方法

研究中用到的 50 件樣品，采自巴音青格利鈾礦床內(nèi)9 口鉆孔的直羅組下段巖心（圖3）。樣品包括二次還原帶的綠色砂巖、氧化-還原過渡帶的礦化砂巖以及原生帶的灰色砂巖（分別簡述為綠色砂巖、礦化砂巖以及灰色砂巖）。

采用的實(shí)驗(yàn)方法主要有掃描電鏡、 X 衍射和主量分析，各項(xiàng)分析測試均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院地質(zhì)礦產(chǎn)研究所完成。掃描電鏡使用的設(shè)備為Nova Nano SEM450 掃描電子顯微鏡檢測，方法依據(jù) JY/T 0584-2020 掃描電子顯微鏡分析方法通則；X 衍射分析使用的設(shè)備名稱為 Panalytical X'Pert PRO X 射線衍射儀，依據(jù)SY/T5163-2018 沉積巖中黏土礦物和常見非黏土礦物X 射線衍射分析方法；主量元素測定使用的儀器為AB104L、Axios-mAX 波長色散X射線熒光光譜儀、CS-580A 高溫紅外碳硫分析儀，依據(jù)EJ/T 20154—2018［10］鈾礦石中硫、總碳、有機(jī)碳及無機(jī)碳的測定紅外吸收法、GB/T 14506.14—2010 硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第14 部分：氧化亞鐵量測定［11］、GB/T 14506.28—2010［12］硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第28 部分：16個(gè)主次成分量測定、GB/T 14506.34—2019［13］硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第34 部分：燒失量的測定重量法。

4 分析測試結(jié)果

4.1 X 衍射分析結(jié)果

全巖分析結(jié)果顯示（表1），巴音青格利鈾礦床直羅組砂巖碎屑物質(zhì)主要以石英為主，次為鉀長石、斜長石及黏土礦物，含有部分方解石和黃鐵礦。

表1 鄂爾多斯盆地巴音青格利鈾礦床直羅組下段上亞段砂巖X 衍射分析結(jié)果/%Table 1 X-ray diffraction analysis results of upper sub-member sandstone of lower member of Zhiluo formation in Bayinqinggeli uranium deposit，Ordos basin/%

不同類型砂巖中，石英的含量差別較小，綠色砂巖石英含量介于24.0 %～54.4 %之間，平均為38.03 %，礦化砂巖含量介于24.3 %～58.2 %之間，平均為39.81 %，還原帶灰色砂巖含量介于25.7 % ～49.6 % 之間，平均為37.64 %；鉀長石與斜長石含量有一定的差別，綠色砂巖中鉀長石含量介于8.2 %～26.5 %之間，平均為13.69 %、斜長石含量介于7.4 %～18.0 %之間，平均為12.25 %；礦化帶砂巖中鉀長石含量介于6.5 %～26.6 %之間，平均為11.98 %、斜長石含量介于6.3 %～28.3 %之間，平均為14.17 %，灰色砂巖中鉀長石含量介于9.9 %～25.4 %之間，平均為16.73 %、斜長石含量介于7.3 %～20.7 %之間，平均為13.29 %；黏土礦物含量差異性較大，綠色砂巖中黏土礦物含量較多，含量介于10.8 %～35.8 %之間，平均為27.72 %，礦化砂巖中黏土礦物含量介于10.8 %～29.4 %，平均為19.74 %，灰色砂巖中含量介于11.7 % ～26.2 % 之間，平均為19.90 %；方解石在各色砂巖中差異性均較大，綠色砂巖中的方解石較少，含量介于1.1 %～31.6 %之間，平均為8.20 %；礦化砂巖中含量介于2.6 %～35.3 %之間，平均為12.14 %，灰色砂巖中含量介于3.4 %～29.7 %之間，平均為11.89 %；黃鐵礦僅在部分礦化砂巖內(nèi)檢測出，含量介于1.4 %～9.0 %之間，平均為1.75 %。

由巴音青格利鈾礦床黏土礦物分析數(shù)據(jù)可知（表1），不同分帶砂巖黏土礦物類型均以蒙皂石為主，綠泥石次之，高嶺石與伊利石含量較低。其中，綠色砂巖蒙皂石含量介于68 %～96 %之間，平均為82.36 %，綠泥石含量介于1 %～14 %之間，平均為7.00 %，高嶺石含量介于1 %～9 %之間，平均為4.36 %，伊利石含量介于2 %～14 %之間，平均為6.27 %；礦化砂巖蒙皂石含量介于55 %～90 %，平均為73.14 %，綠泥石含量介于3 %～13 %之間，平均為8.05 %，高嶺石含量介于3 %～19 %之間，平均為9.48 %，伊利石含量介于4 %～16 %之間，平均為9.33 %；灰色砂巖蒙皂石含量介于52 %～94 %之間，平均為73.11 %，綠泥石含量介于3 %～16 %之間，平均為8.11 %，高嶺石含量介于3 %～24 %之間，平均為8.89 %，伊利石含量介于2 %～20 %之間，平均為9.89 %。

4.2 主量元素分析結(jié)果

主量元素的含量分析數(shù)據(jù)如表2 所示。各主量元素在不同類型砂巖中含量差別不大，僅CaO、MgO 等含量在不同的地球化學(xué)分帶中存在差異。其中CaO 在綠色砂巖中含量最低，含量介于0.73 %～13.32 %之間，平均為4.30 %，在灰色砂巖中最高，含量介于0.96 %～13.10 %之間，平均為6.28 %；MgO 在綠色砂巖中最高，含量介于0.83 %～1.84 %之間，平均為1.34 %，灰色砂巖中最低，含量介于0.76 %～1.25 %之間，平均為1.01 %。

表2 鄂爾多斯盆地巴音青格利鈾礦床直羅組下段上亞段砂巖主量元素分析結(jié)果/%Table 2 Major element analysis results of upper sub-member of lower member of Zhiluo formation in Bayinqinggeli uranium deposit，Ordos basin/%

一些較活潑的元素對地球化學(xué)環(huán)境的變化非常敏感，在其價(jià)態(tài)、含量或兩種參數(shù)的比值等方面保留環(huán)境的信息，故可以通過這些參數(shù)來研究層間氧化帶的蝕變特征。常用的地球化學(xué)參數(shù)有：Fe3+、Fe2+、Fe3+/Fe2+、TOC 和S全等。同前，本文選取不同蝕變類型的3種砂巖分別進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的測試，結(jié)果如表3。

Fe 以Fe2+和Fe3+的形式存在，F(xiàn)e2+在綠色砂巖中含量最高，含量介于1.02 %～2.55 %之間，平均為1.67 %，礦化砂巖與灰色砂巖中Fe2+的含量分別介于1.04 % ～2.21 % 和0.91 %～2.04 %之間，平均分別為1.37 %和1.39 %，F(xiàn)e3+在礦化砂巖中含量最高，含量介于0.52 %～5.66 %之間，平均為2.18 %，綠色與灰色砂巖中Fe3+的含量分別介于0.55 %～2.55 %和0.32 %～1.97 %之間，平均分別為1.12 %和0.90 %；S 在主要賦存于礦化砂巖中，含量介于0.074 %～3.590 %之間，平均為0.867 %；TOC 與S全特征相似，礦化砂巖中含量最高，含量介于0.098 %～1.490 %之間，平均為0.366 %。

5 討 論

5.1 各地球化學(xué)分帶中造巖礦物特征

通過對比巴音青格利鈾礦床不同類型砂巖全巖數(shù)據(jù)（圖4）可知，石英在礦化砂巖中最高，而灰色砂巖最低。石英在堿性環(huán)境中不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生部分溶解?；疑皫r石英含量最低，表明石英有溶解現(xiàn)象，指示還原帶為堿性環(huán)境。

圖4 巴音青格利鈾礦床直羅組下段上亞段全巖分析數(shù)據(jù)直方圖Fig. 4 Histogram of whole-rock analysis data of upper sub-member of lower member of Zhiluo formation in Bayinqinggeli uranium deposit

對比各地球化學(xué)分帶砂巖中方解石的相對含量（圖4）可以看出，綠色砂巖中方解石含量最低，礦段砂巖與灰色砂巖方解石含量較高，指示直羅組也遭受過酸性流體的侵蝕。后期直羅組遭受了酸性流體的滲入改造，推測發(fā)生在層間氧化階段早期。滲入的含鈾含氧流體使成巖期方解石溶解，隨層間水往前遷移，在過渡帶隨著鈾的還原沉淀，碳酸鈾酰離子中的碳酸根、長石蝕變釋放的鈣離子和氧化帶方解石溶解產(chǎn)生的鈣離子、碳酸根在過渡帶沉淀形成方解石，表現(xiàn)為礦化砂巖中方解石含量較高，成礦期的方解石膠結(jié)記錄了部分成礦時(shí)期的地球化學(xué)信息，同時(shí)也有一定的保礦作用，這也說明層間氧化時(shí)期過渡帶為堿性環(huán)境。

不同砂巖斜長石平均值含量變化不大，而鉀長石有較大差別，其在原生灰色砂巖中含量最高，綠色砂巖及礦化砂巖都有一定的虧損，而黏土礦物在各帶的含量趨勢則幾乎剛好相反。黏土礦物總量與巖石所經(jīng)歷的氧化蝕變作用密切相關(guān)，長石類礦物在含氧酸性滲入水的改造下容易被氧化蝕變成黏土礦物，致使其黏土礦物總量增加。在層間氧化作用階段，來自蝕源區(qū)的含鈾含氧水滲入直羅組中，使鉀長石發(fā)生蝕變形成黏土礦物，同時(shí)釋放出的硅為石英次生加大邊和鈾石的形成提供物質(zhì)，釋放的鈣離子為成礦期方解石膠結(jié)物的形成提供物質(zhì)來源［14］。

綠色砂巖的黏土總量明顯高于礦帶及灰色砂巖，而鉀長石總量則明顯低于灰色砂巖，指示改造過程中造成了鉀長石的蝕變導(dǎo)致其含量降低，而其黏土礦物多為后期改造形成的。綠色砂巖中的長石、方解石與黏土礦物含量呈較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明直羅組經(jīng)歷過長時(shí)間的流體改造。

此外，礦化砂巖均含有一定含量的黃鐵礦，指示了黃鐵礦的形成與鈾富集也有一定的關(guān)系，礦化砂巖相比其他類型的砂巖具有強(qiáng)還原環(huán)境。

5.2 各地球化學(xué)分帶中黏土礦物特征

相比其他各帶砂巖，直羅組綠色砂巖中的黏土礦物總量普遍高于其他砂巖中的黏土礦物總量，反映綠色砂巖經(jīng)歷過強(qiáng)烈的后生蝕變作用。但是，黏土礦物總量一般受砂巖的粒度、沉積環(huán)境等影響較大，而相對含量則可以較好的反映黏土礦物形成期所代表的流體特征，及其黏土礦物之間的相互轉(zhuǎn)化規(guī)律［4］。

對比不同類型砂巖中黏土礦物含量發(fā)現(xiàn)（圖5），各帶砂巖中黏土礦物以蒙皂石為主，其他黏土礦物含量相當(dāng)。綠色砂巖中蒙皂石含量相對其他類型砂巖含量較多，而其他黏土礦物都相對最低。蒙皂石與伊利石、高嶺石和綠泥石都有明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系。由蒙皂石含量與其他三種黏土礦物的含量交匯圖可知（圖6），巴音青格利鈾礦床蒙皂石含量與伊利石、高嶺石和綠泥石含量呈很好的負(fù)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)R2分別達(dá)到0.891 6、0.834 4 和0.859 1。這說明黏土之間存在相互轉(zhuǎn)化，地層經(jīng)歷了多次酸-堿過渡的改造。

圖5 巴音青格利鈾礦床直羅組下段上亞段黏土礦物分析數(shù)據(jù)直方圖Fig. 5 Histogram of clay mineral analysis data of upper sub-member of lower member of Zhiluo formation in Bayinqinggeli uranium deposit

圖6 巴音青格利鈾礦床直羅組下段上亞段各地球化學(xué)分帶砂巖中蒙皂石與伊利石、高嶺石和綠泥石相對含量的關(guān)系圖Fig.6 Relationship between illite，kaolinite，chlorite and smectite contents in the sandstone of upper sub-member of lower member of Zhiluo formation in Bayinqinggeli uranium deposit

礦帶砂巖中高嶺石相對含量稍高，附近的納嶺溝鈾礦床與大營鈾礦床亦有此特征［15-16］。高嶺石主要在酸性條件下由長石蝕變或由其他黏土礦物轉(zhuǎn)變而來，礦段和灰色砂巖高嶺石相對含量偏高說明不僅氧化-還原過渡帶，還原帶地層也曾遭受過酸性蝕變。

高嶺石與蒙皂石在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下可以發(fā)生相互轉(zhuǎn)化（圖7）。當(dāng)砂巖環(huán)境呈酸性時(shí)，蒙皂石會(huì)向高嶺石轉(zhuǎn)化，而當(dāng)砂巖環(huán)境的pH 為6～8的時(shí)候，高嶺石開始向蒙皂石轉(zhuǎn)化。各帶黏土礦物以蒙皂石為主，表明地球化學(xué)為堿性主要環(huán)境。

圖7 黏土礦物的生成關(guān)系圖解（a）及黏土礦物之間相互轉(zhuǎn)化關(guān)系圖解（b）（據(jù)參考文獻(xiàn)［4］修改）Fig. 7 Formation relationship diagram of clay minerals （a） and mutual transformation between clay minerals （b） （modified after reference ［4］）

伊利石和綠泥石與蒙皂石呈較好的負(fù)相關(guān)性（圖6），而與高嶺石呈正相關(guān)，說明伊利石和綠泥石是由蒙皂石轉(zhuǎn)化而來，而并非高嶺石轉(zhuǎn)化。綠色砂巖中綠泥石含量略高于其他砂巖，也反映了綠色主要是由于砂巖孔隙中綠泥石所致，與皂火壕、納嶺溝和大營鈾礦床相同［17-18］。此外，綠色砂巖的伊利石含量也略低于其他類型砂巖，和綠泥石相同，也與蒙皂石呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系?；陴ね恋V物轉(zhuǎn)化，指示了在二次還原過程中地層處于弱堿性-堿性的環(huán)境。前人研究認(rèn)為，鄂爾多斯北部氧化帶呈綠色是綠泥石所致［20-21］，而綠泥石主要與深部滲出的油氣或堿性鐵鎂質(zhì)還原流體有關(guān)［21-22］。蒙脫石在富Fe 和Mg 的堿性條件下會(huì)轉(zhuǎn)化為綠泥石［23-24］。

綜上所述，綠泥石和伊利石為二次還原過程中由蒙皂石轉(zhuǎn)化而來，因此得出黏土礦物蝕變順序：地層中由于酸性流體的侵入使礦物蝕變形成大量高嶺石，而后環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)閴A性，高嶺石向蒙皂石轉(zhuǎn)變，最后由于還原性流體滲出使得蒙皂石向綠泥石和伊利石轉(zhuǎn)變。

5.3 各地球化學(xué)分帶中主量元素特征

根據(jù)各元素的含量直方圖分析可知，不同類型砂巖主量元素的差別主要體現(xiàn)在Ca 與Mg的含量上，其他元素在各類型砂巖中的變化并不明顯（圖8）。

圖8 巴音青格利鈾礦床直羅組下段上亞段主量元素分析數(shù)據(jù)直方圖Fig. 8 Histogram of major element analysis data of upper sub-member of lower member of Zhiluo formation in Bayinqinggeli uranium deposit

礦化砂巖與灰色砂巖中的CaO 含量較高，而綠色砂巖中CaO 含量較低。綠色砂巖中CaO含量低反映其膠結(jié)程度弱，易于被改造的特點(diǎn)，既容易被氧化流體氧化改造，同時(shí)也容易被深部還原流體進(jìn)行二次還原改造。礦化砂巖中CaO 含量高則是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過程，其中一部分CaO 應(yīng)是在成礦期與鈾礦物同期形成。納嶺溝及大營鈾礦床中也發(fā)現(xiàn)有此現(xiàn)象［25-26］。

從各類型砂巖中MgO 與TFe 含量的變化來看，礦化砂巖的TFe 最高，是由于U 與Fe 共同吸附沉淀所致。相比灰色砂巖，綠色砂巖表現(xiàn)出有鐵鎂質(zhì)的帶入特征，推測這與深部鐵鎂質(zhì)流體的滲出有關(guān)。而氣態(tài)的天然氣難以攜帶金屬元素遷移，單盆地?zé)崃黧w也難以遷至盆緣。薛春紀(jì)［27］通過流體模擬得出，在考慮油氣生烴的情況下盆地鹵水可以滲出至盆緣。故在二次還原的過程中流體應(yīng)為烴類氣態(tài)-堿性液態(tài)混合流體。Fe2+在礦化砂巖中主要以黃鐵礦的形式存在，而綠色與灰色砂巖也有較高的Fe2+，F(xiàn)e3+的含量則遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于礦化砂巖。通過反映氧化-還原性程度的參數(shù)Fe3+/Fe2+，發(fā)現(xiàn)綠色砂巖與灰色砂巖的比值相似，且表現(xiàn)為強(qiáng)還原環(huán)境。Fe3+/Fe2+比值與最后一次的流體蝕變特征基本對應(yīng)，說明了二次還原的流體具有強(qiáng)還原性。而礦化砂巖的Fe3+/Fe2+相對比被還原改造的灰色、綠色砂巖高，但比值并不高，仍保留了氧化-還原過渡帶的特征，說明U 與Fe 同時(shí)吸附沉淀時(shí)成礦期的方解石膠結(jié)使得礦化砂巖避免了后期的流體改造，保留了成礦期的特征。綠色與灰色砂巖被還原改造后使得Fe3+降低，F(xiàn)e2+升高，主要以綠泥石、蝕變黑云母的形式存在。

S全基本可以代表黃鐵礦的含量，礦石中黃鐵礦含量明顯高于其他砂巖類型，即礦石形成于較強(qiáng)還原環(huán)境。而據(jù)前文分析，礦化砂巖總體處于氧化-還原過渡環(huán)境，鈾礦物是被強(qiáng)還原介質(zhì)、礦物還原同時(shí)被吸附富集形成。綠色砂巖中的全S全含量均偏少，都在0.1 %以下，即基本不含黃鐵礦，說明綠色砂巖均遭受過氧化蝕變，有S 的帶出，帶出的S元素在過渡帶以黃鐵礦的形式沉淀。

TOC 含量在礦化砂巖中含量最高，與S全類似，其在綠色砂巖中的含量均較小，說明綠色砂巖曾遭受過氧化蝕變，其有機(jī)質(zhì)被氧化殆盡。此外，礦化砂巖中的有機(jī)碳含量明顯高于其他類型砂巖，表明在鈾成礦過程中TOC 與U富集有著密切關(guān)系。

5.4 鈾礦物與各礦物組合特征

電子顯微鏡下可以觀察到巴音青格利鈾礦床的鈾礦物以鈾石為主，與蒙皂石、黃鐵礦和方解石關(guān)系密切。鈾與蒙皂石共生說明礦化段在成礦期為堿性環(huán)境，并且在后期二次還原階段也有部分蒙皂石向綠泥石的轉(zhuǎn)換（圖9a）。鈾石附近往往伴生有黃鐵礦（圖9b），示意礦化點(diǎn)具有強(qiáng)還原性，同時(shí)黃鐵礦也有利于鈾的吸附與還原。鈾石附近往往伴生方解石膠結(jié)（圖9c），指示著伴隨鈾成礦有方解石的沉淀。有機(jī)質(zhì)也對鈾有較強(qiáng)的還原與吸附作用（圖9d）。

圖9 鄂爾多斯盆地巴音青格利鈾礦床直羅組下段下亞段砂巖鈾礦物掃描電鏡特征Fig. 9 Scanning electron microscopy characteristics of uranium minerals in the lower sub-member of lower member of Zhiluo formation，Bayinqinggeli uranium deposit，Ordos basin

5.5 元素富集與鈾礦化關(guān)系

基于對成礦過程的分析（圖10），認(rèn)為鈾成礦與黃鐵礦、有機(jī)質(zhì)和方解石有密切的關(guān)系。當(dāng)氧化流體遷移至氧化-還原過渡帶，水中氧含量消耗殆盡，地層處于無氧還原環(huán)境，在硫酸鹽還原菌參與下，有機(jī)質(zhì)附近流體中的SO42-被還原生成H2S 氣體及CO32-。CO32-與水中Ca2+生成CaCO3沉淀下來，H2S 還原了水中的U6+使其沉淀富集，還原Fe 形成黃鐵礦沉淀富集，并捕獲在有機(jī)碳中，形成了鈾礦物與Fe、S同時(shí)沉淀并被方解石膠結(jié)的現(xiàn)象，也就造成了在礦化砂巖中CaO、TFe、S全和TOC 含量偏高的特征。因此，這是在成礦期及其之后形成的，不影響鈾在砂巖中的富集沉淀并避免了后期堿性熱流體的改造。

圖10 成礦過程示意圖Fig.10 Schematic diagram of metallogenic process

5.6 地球化學(xué)環(huán)境變化與鈾成礦關(guān)系

綜上所述，通過黏土礦物蝕變順序及造巖礦物特征分析認(rèn)為：巴音青格利鈾礦床中侏羅統(tǒng)直羅組經(jīng)歷了多次不同性質(zhì)流體的改造，分別發(fā)生于成巖時(shí)期、早期層間氧化階段、晚期層間氧化階段以及二次還原階段。

在直羅組成巖過程中地層處于封閉體系（圖11a），延安組大量有機(jī)物向煤層轉(zhuǎn)變，直羅組中夾有的有機(jī)質(zhì)也進(jìn)入降解生烴階段，此階段產(chǎn)生大量酸性的腐殖質(zhì)與酸性有機(jī)流體，使附近的地層轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝赃€原環(huán)境，同時(shí)形成大量高嶺石［28］。

圖11 巴音青格利鈾礦床地層地球化學(xué)環(huán)境變化與鈾成礦關(guān)系示意圖Fig. 11 Relationship between stratigraphic geochemical environment changes and uranium mineralization in Bayinqinggeli uranium deposit

早白堊世時(shí)期，受晚期燕山運(yùn)動(dòng)的影響，盆地北部的直羅組局部出露地表，使得延安組的煤層氣向上泄壓滲出（圖11b）。同時(shí)地表的雨水、河流水等氧化性流體滲入，氧化了地層中的C、S 等非金屬元素，形成了偏酸性的氧化滲入流體。滲出的還原酸性煤層氣與滲入的氧化偏酸性流體相互作用，使得直羅組的成巖環(huán)境向酸性轉(zhuǎn)變，此階段是高嶺石形成的主要時(shí)期。同時(shí)被氧化活化的鈾發(fā)生遷移，在流體匯聚處的氧化-還原過渡帶富集，形成了直羅組早期鈾礦化。

晚白堊世時(shí)期，鄂爾多斯盆地北部環(huán)境逐漸轉(zhuǎn)為干旱，隨著地層中的非金屬元素氧化殆盡，滲入水逐漸轉(zhuǎn)為堿性（圖11c），這與前人研究的鄂爾多斯北部含鈾含氧大氣滲入水的性質(zhì)相符合［7-29］。燕山運(yùn)動(dòng)后至始新世，盆地未再經(jīng)歷重大構(gòu)造事件，盆地格局較為穩(wěn)定，來自北部蝕源區(qū)的含鈾堿性氧化水不斷滲入直羅組，穩(wěn)定而長時(shí)間的層間氧化作用形成了巴音青格利鈾礦床的主成礦期。在礦床形成過程中，隨著滲入水的不斷推進(jìn)，導(dǎo)致砂巖經(jīng)歷了酸-堿性的環(huán)境變化，早期形成的鈾礦化會(huì)再一次氧化而溶解，并隨著層間水向前遷移，同時(shí)前一階段酸性條件下形成的大量高嶺石向蒙皂石轉(zhuǎn)化。而灰色砂巖中的高嶺石主要形成于成巖階段，以填隙物的形式分布在顆粒之間，與后期流體接觸面積小，不易被改造。在氧化-還原過渡帶中，隨著成礦期的方解石膠結(jié)，使得部分高嶺石也避免了改造。在長時(shí)間的層間水作用下，隨著煤層氣的散盡，直羅組轉(zhuǎn)變?yōu)閴A性環(huán)境，黏土礦物被改造為以蒙皂石為主。在此作用下，形成了礦化砂巖與灰色砂巖中高嶺石較多，而綠色砂巖中高嶺石相對較少的現(xiàn)象。

始新世晚期，受喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)中晚期的構(gòu)造影響，鄂爾多斯盆地再次進(jìn)入活躍期，進(jìn)入了快速抬升階段，造成河套斷陷的形成，切斷了來自蝕源區(qū)的含鈾水的補(bǔ)給，導(dǎo)致研究區(qū)鈾成礦作用的終止［30］。同時(shí)強(qiáng)烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使得上古生界的油氣與盆地?zé)崃黧w向上逸散［31］，促使直羅組中的蒙皂石向綠泥石與伊利石轉(zhuǎn)變（圖11d）。

6 結(jié) 論

通過X 衍射、主量元素與掃描電鏡分析，大體明確了巴音青格利鈾礦床成礦過程中各階段的巖石學(xué)和礦物學(xué)特征，探討了各礦物之間的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)礦物之間的相關(guān)關(guān)系來反演目的層砂巖經(jīng)歷的改造過程，可以得到以下結(jié)論：

1）巴音青格利鈾礦床的砂巖以石英為主，二次還原帶的綠色砂巖具有長石溶解且黏土礦物較多的特點(diǎn)，礦化段及灰色砂巖具有較多方解石膠結(jié)的特點(diǎn)。

2）各帶砂巖的黏土礦物都以蒙皂石為主，灰色砂巖及礦化砂巖具有與大營、納嶺溝鈾礦床相似的高嶺石偏多的特征。

3）砂巖中CaO 含量與方解石的含量較為吻合，礦化砂巖至少經(jīng)歷了成礦期、二次還原期兩次方解石膠結(jié)。礦化期的膠結(jié)使得Fe、S與U 共同沉積并吸附于有機(jī)碳中，使其避免了后期二次還原的改造。

4）巴音青格利鈾礦床從成巖階段、早期層間氧化階段、晚期層間氧化階段、二次還原階段依次受到還原酸性煤層氣、偏酸性氧化滲入水、堿性氧化滲入水以及還原堿性油氣的改造。