鄂爾多斯盆地南部鴨河灣地區(qū)砂巖型鈾礦元素地球化學特征及地質(zhì)意義

李孟華，邱林飛，胡寶群，王運，何中波，王婷婷，楊蘭

（1.東華理工大學 地球科學學院，江西 南昌 330013；2.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）

鄂爾多斯盆地是富含油氣、煤、鈾資源的集中產(chǎn)地［1］，在盆地東北部東勝—大營—杭錦旗，西北部毛蓋圖—紅井、西緣磁窯堡—惠安堡、西南部鎮(zhèn)原—新莊、南緣彬長—店頭—雙龍等地區(qū)，發(fā)現(xiàn)了多個砂巖型鈾礦床（礦產(chǎn)地），找礦潛力巨大。在盆地南部，前人以中侏羅統(tǒng)直羅組為找礦目的層位，發(fā)現(xiàn)了雙龍鈾礦床，金家渠、炭店和焦坪等眾多的礦化點和異常點。近年來，又落實了鴨河灣礦產(chǎn)地。盆地南部鈾礦化主要產(chǎn)于直羅組下段灰綠色砂巖和灰色砂巖之間的過渡位置［2-3］，顯示出盆地南部具有有利的鈾成礦地質(zhì)條件［4］。在鴨河灣地區(qū)，近幾年的勘查發(fā)現(xiàn)了多個產(chǎn)在直羅組的高品位工業(yè)鈾礦孔，指示了盆地南部直羅組具有較大的鈾成礦潛力［5］。

鴨河灣鈾礦產(chǎn)地的研究程度較低，僅少數(shù)學者開展了砂體蝕變特征、沉積特征與鈾礦化關(guān)系等方面的研究，認為鴨河灣鈾礦產(chǎn)地鈾礦化主要分布于辮狀河道主砂體內(nèi)的變異部位，鈾礦體以板狀或?qū)訝町a(chǎn)于綠色砂巖和灰色砂巖的接觸部位［6］。本文以鄂爾多斯盆地南部鴨河灣鈾礦產(chǎn)地為研究對象，基于直羅組砂巖巖心垂向上具有明顯的顏色分帶（紅色-灰綠色-灰色）特征，通過分析賦礦砂巖的主、微量元素地球化學特征，探討了鈾成礦過程中元素富集規(guī)律，并根據(jù)直羅組砂巖的元素地球化學與巖石學綜合研究來判別沉積物母巖巖性、風化程度，分析直羅組賦礦砂巖的物質(zhì)來源，以期豐富鄂爾多斯盆地南部鴨河灣礦產(chǎn)地的研究資料。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于我國中西部地區(qū)，華北陸塊區(qū)的西南部，面積約37萬km2，為我國第二大沉積盆地，盆地內(nèi)礦產(chǎn)資源極其豐富，其天然氣、煤層氣和煤炭三種資源探明儲量均居全國首位，石油資源居全國第四位。此外，還含有豐富的地下水資源、地熱、巖鹽、水泥灰?guī)r、天然堿、鋁土礦、油頁巖和褐鐵礦等其他礦產(chǎn)資源，是我國最主要的能源基地，同時也是非常重要的砂巖型鈾礦基地［7-8］。鄂爾多斯盆地南部分布大量油田，主要產(chǎn)在三疊系和侏羅系地層中；天然氣主要分布在盆地北部，在盆地周邊含有數(shù)量、規(guī)模不等的煤田，主要產(chǎn)于石炭系、二疊系和侏羅系，盆地南部有以中侏羅統(tǒng)延安組為含煤層的黃陵、彬縣等產(chǎn)地；鈾主要產(chǎn)于中侏羅統(tǒng)直羅組和下白堊統(tǒng)洛河、環(huán)河組砂巖中［9-10］。

鄂爾多斯盆地是一個在古生代地臺基礎(chǔ)上發(fā)展起來的大型疊合盆地，盆地東北緣—北緣為陰山古陸，西北緣為阿拉善地塊，西南緣是隴西古陸，南緣是秦嶺造山帶。盆地構(gòu)造簡單，總體整體升降，地層產(chǎn)狀總體平緩，為盆地邊緣向盆地內(nèi)部緩慢傾斜，沉積蓋層較薄，巖漿在盆地活動較弱，可劃分為伊盟隆起、西緣逆沖帶、天環(huán)向斜帶、陜北斜坡、晉西撓褶帶和渭北隆起六個一級構(gòu)造單元［11］（圖1a）。前人研究認為，盆地具有間接基底和直接基底的雙重基底特點，盆地蓋層的結(jié)晶基底為太古界—古元古界，地臺沉積的蓋層為中元古界—古生界［5］。從中元古代開始，盆地經(jīng)歷了穩(wěn)定的沉積，晉寧運動—薊縣運動—加里東運動及海西運動主要表現(xiàn)為垂直運動，印支期盆地相對平靜，自燕山期活動加劇，之后與華北盆地分離，形成一個封閉穩(wěn)定的克拉通盆地［12］。進入中、晚中生代后，盆地繼續(xù)接受穩(wěn)定沉積。晚三疊世盆地沉積由古生代海相沉積轉(zhuǎn)變?yōu)橹猩懴喑练e，由臺地環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)榭死ㄅ璧?。中侏羅世和早白堊世的構(gòu)造運動導致盆地隆升，提供了便于油氣向上運移的通道，為鈾的沉淀提供了有利的成礦環(huán)境，對鈾的富集成礦起到了重要作用。

圖1 鄂爾多斯盆地地質(zhì)圖及研究區(qū)構(gòu)造區(qū)劃［13-14］Fig. 1 Geologic map of the Ordos basin and tectonic zoning of the study area［13-14］

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

鴨河灣鈾礦產(chǎn)地在地質(zhì)構(gòu)造單元上主要歸屬于盆地南緣的渭北隆起與陜北斜坡過渡部位（圖1c），總體構(gòu)造較簡單，出露一系列寬緩而不連續(xù)的褶皺，背斜兩翼多數(shù)不對稱，南翼較緩，背斜軸長介于9～30 km 之間，基本貫穿全區(qū)［13-14］。該區(qū)發(fā)育多個連續(xù)的EW 向延伸的背-向斜構(gòu)造，傾角介于10°～20°之間。鉆孔揭示該區(qū)主要發(fā)育一套中生代陸相地層，自下而上依次為中侏羅統(tǒng)延安組（J2y）灰色含煤砂巖、中侏羅統(tǒng)直羅組（J2z）雜色砂巖（底部灰綠色含礫粗砂巖為主要賦礦砂體）、下白堊統(tǒng)宜君組（K1y）紫紅色礫巖與洛河組（K1l）棕黃色粗砂巖（圖1b）。

鉆孔巖心顯示，鴨河灣鈾礦產(chǎn)地直羅組砂體顏色深淺不一，可分為上、下兩段，下段底部為灰色、灰白色，以含礫粗砂巖為主，局部夾泥巖；下段中部以灰綠色中細砂巖為主、局部夾粗砂巖；下段上部以紫紅色粉砂質(zhì)泥巖為主、局部為灰綠色粗砂巖。直羅組上段多為紫紅色泥質(zhì)粉砂巖及細砂巖，膠結(jié)較疏松，為泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，碎屑成分主要為石英及長石，其次為巖屑、云母、副礦物等。砂體分選性較差，磨圓中等-較差，呈棱角-次棱角狀，局部較致密。

鴨河灣鈾礦產(chǎn)地礦體長度約4 km，寬介于200～400 m 之間，工業(yè)鈾礦化主要呈蛇曲狀展布于過渡帶內(nèi)的灰色殘留體中，砂體厚度以12～22 m 為主，位于主河道內(nèi)。氧化帶與過渡帶、過渡帶與還原帶的接觸部位也發(fā)育數(shù)量不等的礦化孔和異?？祝▓D2）。

圖2 鴨河灣礦產(chǎn)地礦體特征（據(jù)核工業(yè)二〇三研究所，2022）Fig. 2 Characteristics of the ore body at the Yuhewan mine site （The Research Institute No.203，CNNC，2022）

3 目標層巖石學特征

目標層砂巖（圖3a）以孔隙式膠結(jié)為主（圖3f），接觸式為輔，顆粒多為點接觸，局部線接觸，孔隙比較發(fā)育，巖屑及長石、白云石含量高，炭屑有機質(zhì)（圖3b、c）、黃鐵礦（圖3d）、閃鋅礦（圖3e）等較為發(fā)育，與鈾成礦關(guān)系密切（圖3g、h 和i）。砂巖石英含量介于53.2 %～73.2 %之間，平均為64.29 %；鉀長石含量介于3.7 %～19.2 %之間，平均為9.07 %；黏土礦物含量介于4.9 %～19.1 %之間，平均為11.55 %；局部發(fā)育斜長石和白云石，白云石含量介于1.7 %～18.7 %之間，平均為8.16 %。使用Folk（1968）的分類圖［16］，進行投圖（圖4），圖4 中顯示樣品投點大都落在砂巖分類圖的Ⅲ區(qū)，部分落在Ⅵ區(qū)和Ⅶ區(qū)，即主要為巖屑石英砂巖，部分為巖屑砂巖和長石巖屑砂巖，巖屑砂巖含量相對較高，反映出研究區(qū)直羅組下段下亞段砂巖成分成熟度較高，具有中遠物源沉積的特點。

圖3 研究區(qū)賦礦砂巖巖心及其鏡下顯微照片F(xiàn)ig. 3 Photo of core and microscopic featurc of U hosted sandstones in the study area

圖4 研究區(qū)直羅組下段砂巖分類圖解［16］Fig. 4 Classification diagram of sandstones in the lower member of the Zhiluo formation in the study area［16］

直羅組賦礦砂巖中富含碳屑有機質(zhì)及黃鐵礦，有機質(zhì)呈團塊狀、條帶狀及不規(guī)則狀充填于砂巖粒間孔隙中（圖3b），常圍繞碎屑礦物顆粒，黃鐵礦呈團塊狀、細粒狀充填于砂巖粒間孔隙中（圖3h）。此外，富鈾礦石中常見閃鋅礦以膠結(jié)物形式充填于砂巖粒間孔隙中，并發(fā)育粒狀鈾礦物，主要為鈾石，部分為瀝青鈾礦。鈾礦物還與黃鐵礦及有機質(zhì)共生，主要以獨立鈾礦物形式存在于砂巖粒間孔隙、碎屑礦物溶蝕孔及黏土礦物表面（圖3g）。巖石薄片中也發(fā)現(xiàn)了部分次鈾礦物，應為巖心暴露到空氣中氧化而形成的。

4 樣品與測試方法

本研究采集了鴨河灣鈾礦產(chǎn)地三口鉆孔中的18 件直羅組下段砂巖樣品，包括8 件含礦砂巖和10 件不含礦砂巖樣品。使用瑪瑙研缽進行無污染碎樣后，開展了全巖主微量元素分析，測試均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究所完成。主量元素測試采用熔片X 熒光光譜法（XRF），所用儀器為Axios-mAX 波長色散X 射線熒光光譜。微量元素分析采用溶樣法，利用ELEMENT XR 等離子體質(zhì)譜儀分析完成。主量元素、部分微量元素和稀土元素測試結(jié)果列于表1～3。

表1 鴨河灣地區(qū)直羅組砂巖主量元素分析結(jié)果表/%Table 1 Analytical results of major elements of Zhiluo formation sandstones in Yahewan area/%

表2 鴨河灣地區(qū)直羅組砂巖主要微量元素分析結(jié)果表/×10-6 Table 2 Analytical results of main trace elements of Zhiluo formation sandstones in Yahewan area/×10-6

表3 鴨河灣地區(qū)直羅組砂巖稀土元素分析結(jié)果表/10-6 Table 3 Rare earth element analysis results of Zhiluo formation sandstones in Yahewan are/10-6

5 元素地球化學特征

5.1 主量元素特征

測試結(jié)果表明：鴨河灣地區(qū)賦礦砂巖以SiO2和 Al2O3為主。其中含礦砂巖SiO2含量介于57.79 %～82.55 %之間，Al2O3含量介于6.73 %～18.00 %之間，TiO2含量介于0.13 %～1.01 % 之間，T（Fe2O3）含量介于1.10 % ～7.56 %之間，MnO 含量介于0.03 %～0.09 %之間，CaO 含量介于0.36 %～2.33 %之間，MgO 含量介于0.75 %～3.16 %之間，Na2O 含量介于0.11 %～1.82 %之間，K2O 含量介于2.08 %～3.60 %之間，P2O5含量介于0.02 %～0.12 %之間。不含礦砂巖SiO2含量介于46.32 %～85.94 %之間，Al2O3含量介于7.40 %～17.46 %之間，TiO2含量介于0.14 %～1.01 %之間，T（Fe2O3）含量介于0.76 %～12.10 %之間，MnO含量介于0.01 %～0.24 %之間，CaO 含量介于0.09 %～8.05 %之間，MgO 含量介于0.19 %～3.77 %之間，Na2O 含量介于0.09 %～2.08 %之間，K2O 含量介于2.07 %～3.70 %之間，P2O5含量介于0.03 %～0.22 %之間。

總體上，研究區(qū)含礦砂巖與不含礦砂巖的主量元素總體變化不大，表明成礦過程中未發(fā)生主量元素的遷入遷出。直羅組砂巖成熟度值（Al2O3/SiO2）介于0.08～0.31 之間，平均值為0.16，表明研究區(qū)直羅組沉積物經(jīng)過了一定距離的搬運，含礦砂巖中石英或富SiO2的礦物含量高；Al2O3值遠遠大于TiO2，代表長英質(zhì)組分在物源區(qū)含量較高；K2O+Na2O 含量介于2.16 %～4.97 %之間，平均值為3.49 %，表明賦礦砂巖中長石或富鉀和鈉的礦物含量較低，同時Na2O 含量均低于K2O 含量，表明長石以鉀長石為主，這與薄片鑒定結(jié)果一致。另外SiO2與TiO2、MgO 呈負相關(guān)關(guān)系，SiO2與其他氧化物（如CaO、MgO 和Na2O 等）并無明顯相關(guān)性。巖石化學蝕變指數(shù)（CIA=100*［Al2O3/（Al2O3+CaO+Na2O+K2O）］）的平均值可判定砂巖物源區(qū)風化水平：CIA≤50，代表未化學風化；50＜CIA≤65，代表弱化學風化；65＜CIA≤75，代表中等化學風化，母巖中含有白云母等；若75＜CIA≤100，則代表強烈化學風化［10］。計算得出賦礦砂巖CIA 值介于42.71～84.49 之間，平均值66.74，按照Nesbitt 標準，物源區(qū)風化程度處于中等風化水平，古氣候條件較為濕潤。

5.2 微量元素特征

微量元素均一化圖顯示（圖5a、b），鴨河灣礦產(chǎn)地直羅組砂巖中Li、Sc、Cr、Zn、Rb、Mo、Sb、Re、Pb 和Th、U 等元素富集程度較高，Ⅴ、Ni、Cu、Co、Ga、In 等元素富集程度較低。含礦段砂巖Ba 的含量最高，最高達948×10-6；In 的含量最低，最大值為0.02×10-6。U 含量介于14.5×10-6～629×10-6之間，平均值為240.8×10-6，Th含量介于5.22×10-6～26.1×10-6之間，平均值為14.37×10-6，Th/U 比值范圍介于0.56～76.99之間，平均值0.45。不含礦砂巖中Ba 元素的含量最高， 最高達987×10-6；In 元素的含量最低，最大值為0.102×10-6。 U 含量介于2.02×10-6～8.68×10-6之間，平均值為5.06×10-6， Th含量介于4.58×10-6～26×10-6之間，平均值為12.76×10-6，w（Th）/w（U）比值范圍介于0.58～7.92 之間，平均值為3.26。與不含礦砂巖相比，含礦砂巖除富集U、Re 和Mo 元素外，其他元素總體變化不大，表明鈾礦化過程中也發(fā)生了Re和Mo 的富集。

圖5 鄂爾多斯盆地南部鴨河灣鈾礦產(chǎn)地直羅組含礦砂巖與不含礦砂巖微量元素蛛網(wǎng)圖［17］Fig. 5 Normalized trace element spiderweb diagram of ore-bearing sandstones （a） and barren sandstones （b） of Zhiluo formation in the Yahewan uranium occcurrence in the southern Ordos basin［17］

5.3 稀土元素特征

含礦砂巖的稀土元素總量（∑REE）介于70.46×10-6～315.01×10-6之間，平均值為153.96×10-6；輕稀土元素總量（∑LREE）介于64.41×10-6～281.14×10-6之間，平均值為139.38×10-6；重稀土元素總量（∑HREE）介于6.05×10-6～33.87×10-6之間 ，平均值為14.59×10-6；LREE/HREE 值介于7.1～12.36 之間；δEu 介于0.12～0.22 之間，平均值為0.18。δCe 介于2.93～3.47 之間，平均值為3.17。不含礦砂巖的稀土元素總量（∑REE）介于36.27×10-6～259.78×10-6之間，平均值為147.07×10-6；輕稀土元素總量（∑LREE）介于32.75×10-6～232.21×10-6之間，平均值為132.07×10-6；重稀土元素總量（∑HREE）介于3.52×10-6～30.76×10-6之間，平均值為15.26×10-6；LREE/HREE 值介于4.70～16.73 之間；δEu 介于0.14～0.21 之間；平均值為0.19；δCe 介于2.61～3.71 之間，平均值為3.02。

研究區(qū)賦礦砂巖富集輕稀土元素（LREE），重稀土元素（HREE）較為虧損，LREE、HREE 分異程度高，研究區(qū)指示賦礦砂巖經(jīng)歷了較強的成巖和后生蝕變作用。δEu 整體小于1，表現(xiàn)為Eu 負異常。δCe 整體大于1，表現(xiàn)為Ce 正異常。稀土總量約為球粒隕石稀土總量（3.96×10-6）的78 倍，但平均含量小于北美頁巖的稀土總量（173.2×10-6）。根據(jù)Boynton［18］的球粒隕石稀土元素（REE）數(shù)據(jù)對研究區(qū)賦礦砂巖樣品的稀土元素進行標準化（圖6a、b），發(fā)現(xiàn)其稀土元素分配模式整體表現(xiàn)為“緩右傾斜”的樣式，具有明顯的Eu 負異常，其余元素整體呈平坦型分布。

6 討 論

6.1 元素相關(guān)性探討

元素之間的相關(guān)性能夠反映沉積巖的物源性質(zhì)和沉積作用的特征。通過含礦砂巖與不含礦砂巖U 含量和Re 元素相關(guān)圖對比發(fā)現(xiàn)，U 元素和Re 元素呈正相關(guān)關(guān)系（圖7a、8a）；U 元素富集時，Re 元素也極其富集，可達地殼平均豐度的幾千倍，指示鈾成礦過程中發(fā)生了Re 的強烈富集（圖7a），其他微量元素富集度普遍不高，未出現(xiàn)中亞地區(qū)層間氧化帶砂巖型鈾礦中Mo、Ⅴ、Re 和Sc 等元素共同富集的現(xiàn)象，反映鄂爾多斯盆地南部直羅組鈾成礦作用與典型層間氧化帶型鈾礦不完全相同。

圖7 含礦砂巖U-Re，U-Cu，U-Th，U-Mo 相關(guān)關(guān)系圖Fig. 7 Correlation diagrams of U-Re，U-Cu，U-Th，U-Mo for mineralized sandstone

通過對比含礦砂巖與不含礦砂巖U 元素和Mo、Cu、Th 等元素發(fā)現(xiàn)：不含礦砂巖中U 和Th呈正相關(guān)關(guān)系（圖8c），礦化砂巖中U 強烈富集，Mo 略微富集（圖7d），而Th 并沒有相應的增高（圖7c），說明成礦過程中有U 和Mo 的帶入，而Th 并沒有帶入，并且成礦過程中沒有發(fā)生Cu 的明顯富集（圖7b）。

圖8 不含礦砂巖U-Re，U-Cu，U-Th，U-Mo 相關(guān)關(guān)系圖Fig. 8 U-Re，U-Cu，U-Th，U-Mo correlations for unmineralized sandstones

6.2 物質(zhì)來源探討

由于Th、Sc、Co、Zr、Hf、Nb 和REE 等元素的化學性質(zhì)不活潑，這些元素一般穩(wěn)定賦存于沉積物中，在母巖風化、剝蝕、搬運、沉積及成巖的過程中含量幾乎不發(fā)生變化，因此可以用來反映物源區(qū)的特征［19］。根據(jù)砂巖泥巖判別圖解，賦礦砂巖均落入石英巖沉積物源區(qū)（圖9a），反映該碎屑沉積巖可能來自古老的沉積地體或克拉通再旋回造山帶。Allègre 在1978年提出的La/Yb-∑REE 判別圖解可以很好地反映巖石成因特征［20］。依據(jù) La/Yb-∑REE 判別圖解，鴨河灣直羅組砂巖樣品主要落入花崗巖區(qū)域（圖9c），表明直羅組物源較單一，母巖可能主要為花崗巖類。此外，F(xiàn)loyd 等在1989年根據(jù)穩(wěn)定微量元素的含量及比值特征提出利用Hf-La/Th 圖解判別不同源區(qū)的構(gòu)造環(huán)境［21］，基于此方法，大部分砂巖樣品都落入長英質(zhì)及長英質(zhì)與基性混合物源區(qū)（圖9d），表明直羅組砂巖的源巖主要來自于上地殼， 并有少量基性巖漿巖等火山弧物質(zhì)混入。Gu××等人于2002年建立的 Co/Th-La/Sc 圖解也可以用來判別不同的沉積物源和弧成分［22］。Co/Th-La/Sc圖解顯示（圖9b）研究區(qū)賦礦砂巖位于“長英質(zhì)”組分與“花崗巖”組分之間，與La/Yb-∑REE圖解判別的“花崗巖”及Hf-La/Th 圖解判別的“長英質(zhì)及長英質(zhì)、基性混合物源區(qū)”基本吻合。綜合La/Yb-∑REE、Hf-La/Th 及Co/Th-La/Sc 圖解判斷顯示，直羅組沉積物是來自同一物源體系下的產(chǎn)物，結(jié)合巖屑特征顯示出直羅組沉積物的源巖具有變質(zhì)巖及巖漿巖的性質(zhì)，可以推斷研究區(qū)直羅組沉積物的母巖主要為中酸性巖漿巖及變質(zhì)巖。

圖9 鄂爾多斯盆地南緣鴨河灣直羅組砂巖判別圖解Fig. 9 Diagnosis diagram of sandstones of the Zhiluo formation in the Yahewan uranium occurrence，southern margin of Ordos basin

前人研究認為，盆地周緣潛在的物源區(qū)有盆地北側(cè)的陰山造山帶、盆地南側(cè)和西南側(cè)的祁連—秦嶺造山帶以及盆地西北側(cè)的阿拉善地塊。依據(jù)前人在阿拉善古陸、陰山造山帶、隴西古陸及秦嶺造山帶獲得的稀土元素研究數(shù)據(jù)［23-25］，其中陰山造山帶和阿拉善古陸源巖的稀土元素分配模式較為相似，均表現(xiàn)為整體向右緩傾，重稀土元素（HREE）較平坦，但是陰山造山帶δEu 輕微虧損，而阿拉善古陸部分不同巖石稀土分配曲線特征存在差異，較陰山造山帶因δEu 虧損表現(xiàn)為淺V 字形（圖10a、b）；隴西古陸砂巖的分配模式總體比較平緩，沒有明顯虧損或者富集（圖10c）；秦嶺造山帶砂巖的分配模式因δEu 嚴重虧損而表現(xiàn)為深V 字形，HREE 呈平坦型分布（圖10d）。研究區(qū)稀土元素因δEu 嚴重虧損表現(xiàn)為深V 字形（圖6），這與鄂爾多斯盆地南緣的秦嶺造山帶稀土元素整體特征較一致，指示研究區(qū)直羅組砂巖的物源區(qū)可能為盆地南緣的秦嶺造山帶。

圖10 研究區(qū)周緣潛在物源區(qū)REE 分配模式Fig. 10 REE of rocks patterns of in potential source areas around the study area

6.3 賦礦砂巖沉積環(huán)境探討

沉積巖的地球化學特征是推斷沉積階段古環(huán)境和古氣候較好的指示劑，其中含有一些對氧化-還原敏感的微量元素，溶解度明顯受沉積環(huán)境氧化-還原狀態(tài)控制，進而在水體和沉積物中遷移并富集。如U、Ⅴ、Cr 和Co 等對氧化-還原條件較為敏感，在氧化的沉積環(huán)境下易溶解，在貧氧的沉積環(huán)境中易富集，成巖之后幾乎不發(fā)生遷移，保持了沉積時的原始記錄；U元素在自然界水體中因易與還原劑作用生成鈾黑或其他物質(zhì)吸附而沉淀；Th的絡(luò)合物在弱堿性溶液中易水解，變成氧化物或氫氧化物沉淀。基于元素的地球化學性質(zhì)差異，利用其性質(zhì)作為恢復古水介質(zhì)氧化-還原環(huán)境判別指標［26］。

研究區(qū)直羅組含礦砂巖的w（U）/w（Th）、w（V）/w（Cr）和w（Ni）/w（Co）值分別介于0.56～76.99、0.27～0.96 和1.89～3.11 之間，平均值分別為25.90、0.58 和2.0。不含礦砂巖的w（U）/w（Th）、w（V）/w（Cr）和w（Ni）/w（Co）值分別介于0.13～0.64、0.10～1.12和1.70～3.15之間，平均值分別為0.36、0.44 和2.5。根據(jù)判別指標（表4），除U 含量異常的含礦砂巖外，其余指標對應富氧環(huán)境或過渡環(huán)境。綜合直羅組鉆孔巖性組合特征及上述各項環(huán)境參數(shù)指標分析認為，研究區(qū)直羅組砂巖沉積環(huán)境經(jīng)歷了還原環(huán)境向氧化環(huán)境的轉(zhuǎn)變。

表4 古水體氧化-還原環(huán)境微量元素判別指標Table 4 Trace element discriminators for oxidizing-reducing environments in paleo-waters

氧化-還原條件不同會導致Ce、Eu 呈現(xiàn)不同價態(tài)而分餾，從而形成Ce、Eu異常，在還原條件下，Eu 易形成可溶的 Eu2+，隨著氧化作用減弱，Eu 更加富集，研究區(qū)直羅組含礦砂巖的δEu 隨著U 含量增大而增大（圖11），此外，含礦砂巖及不含礦砂巖的Fe3+/Fe2+值分別介于0.42～2.58、0.18～10.59 之間，平均值為0.99、2.65，意味著鈾的富集成礦經(jīng)歷了由氧化向還原環(huán)境轉(zhuǎn)化的過程。

圖11 含礦砂巖U-δEu，U-δCe 關(guān)系圖Fig. 11 Plot of U-δEu，U-δCe relationships for mineralized sandstone

6.4 鈾成礦作用初探

鴨河灣地區(qū)鈾主要賦存于直羅組下段灰色砂體中，沉積物源主要來自秦嶺造山帶花崗巖及部分變質(zhì)巖，鈾源條件較好；含礦砂體以辮狀河道砂體為主，頂?shù)装灏l(fā)育中層厚泥巖，具有典型的“泥-沙泥”結(jié)構(gòu)，可為后期發(fā)育大規(guī)模層間氧化鈾成礦作用提供重要基礎(chǔ)。晚侏羅世、早白堊世是盆地抬升剝蝕階段，是該區(qū)層間氧化作用的主要發(fā)育期，是砂巖型鈾成礦作用的重要時期，形成了SW-NE 向的層間氧化帶。氧化-還原過渡帶是層間氧化帶型鈾礦體的賦存部位，研究區(qū)鈾礦化主體產(chǎn)于過渡帶內(nèi)的灰色殘留體中，其中礦化部位常分布大量碳屑和黃鐵礦，富礦砂巖主要為灰綠色、灰色含炭砂巖?；疑皫r中可見較多的炭屑、黃鐵礦和閃鋅礦，還原劑豐富，有利于鈾的沉淀富集。

7 結(jié) 論

1）鴨河灣地區(qū)直羅組賦礦砂巖主量元素反映其可能來自古老沉積地體或克拉通/再旋回造山帶的石英巖沉積物源區(qū)。判別圖解顯示直羅組沉積物是來自同一物源體系下產(chǎn)物，母巖巖性主要為中酸性巖漿巖及變質(zhì)巖，賦礦砂巖富集LREE、虧損HREE，輕、重稀土分異程度高，研究區(qū)經(jīng)歷了較強的成巖和后生蝕變作用。

2）賦礦砂巖稀土元素配分曲線均具有明顯的Eu 負異常，結(jié)合盆地周緣物源區(qū)稀土元素數(shù)據(jù)，認為研究區(qū)賦礦砂巖與秦嶺造山帶源巖的稀土元素分配模式相似，指示研究區(qū)物源區(qū)為盆地南緣的秦嶺造山帶。

3）鴨河灣礦產(chǎn)地直羅CIA 指數(shù)顯示，物源區(qū)風化程度處于中等風化水平；綜合w（U）/w（Th）、w（V）/w（Cr）、w（Ni）/w（Co）指標及直羅組鉆孔巖性組合特征分析認為，研究區(qū)中侏羅統(tǒng)直羅組含鈾砂巖的沉積環(huán)境經(jīng)歷了還原環(huán)境向氧化環(huán)境的轉(zhuǎn)變；成礦過程中經(jīng)歷了氧化向還原環(huán)境轉(zhuǎn)變。

4）鴨河灣鈾礦產(chǎn)地中礦化砂巖的U 與Re、Mo 元素呈正相關(guān)，Re 和Mo 可作為鈾礦化富集的重要指示元素。