鄂爾多斯盆地東北部中侏羅統(tǒng)直羅組地球化學(xué)特征及對鈾成礦的指示

楊桐旭，俞礽安，榮 輝，李 彤，朱 強(qiáng)，司慶紅，涂家潤，彭勝龍

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心（華北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心），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；3.中國地質(zhì)大學(xué)，武漢 430074；4.中國地質(zhì)科學(xué)院，北京 100037；5.中鋼集團(tuán)天津地質(zhì)研究院有限公司，天津 300181；6.內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局，呼和浩特 010010）

鄂爾多斯盆地是一個(gè)穩(wěn)定升降、坳陷遷移的大型多旋回疊合克拉通盆地，盆內(nèi)礦產(chǎn)資源豐富，盛產(chǎn)煤炭、石油、天然氣、鈾礦等多種能源礦產(chǎn)。其中，盆地東北部分布了大營、皂火壕、納嶺溝及塔然高勒等特大型、大型砂巖型鈾礦床，為我國重要的鈾資源基地之一。

近年來，學(xué)者們對盆地東北部砂巖型鈾礦床含礦砂體的巖石學(xué)[1]、沉積學(xué)[2]、砂巖重礦物[3]、碎屑鋯石U-Pb測年[4-7]、以及鈾儲層黃鐵礦演化規(guī)律[8]等開展了大量相關(guān)研究。其中，巖石地球化學(xué)對砂巖型鈾礦的物源分析和成礦作用具有重要的指示意義，前人研究發(fā)現(xiàn)U 元素與其伴生元素有明顯的相關(guān)關(guān)系，鄂爾多斯盆地西南緣鎮(zhèn)原地區(qū)含鈾砂巖中U含量與Th、Sc、Co、Mo含量之間呈明顯正相關(guān)關(guān)系[9]；大營鈾礦床直羅組砂巖的Mo、V、Ce、La與U具有明顯的正相關(guān)關(guān)系[10]；塔然高勒鈾礦床砂巖中U 與TFe2O3、CaO、Mo、Y、∑REE含量呈明顯正相關(guān)關(guān)系[11]；納嶺溝鈾礦床礦化砂巖中V、Mo、Ge、Re、Se 有明顯富集[12]。可見鈾元素的富集會造成其他元素的富集或虧損，查明與鈾伴生的各類元素的地球化學(xué)特征對于探討鈾成礦的原因具有重要的意義，但前人對含鈾層位砂巖的地球化學(xué)研究主要側(cè)重于單個(gè)礦床或礦區(qū)，并沒有對東北部的典型礦床、礦點(diǎn)及非礦區(qū)的地球化學(xué)差異性進(jìn)行對比研究和集成。

因此，筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，收集了鄂爾多斯盆地東北部大營、納嶺溝、皂火壕、塔然高勒等鈾礦床以及中部乃馬岱、烏審旗等地區(qū)直羅組砂巖的巖石學(xué)和地球化學(xué)等數(shù)據(jù)進(jìn)行對比研究，進(jìn)而探討盆地東北緣至盆地中部的地球化學(xué)特征變化及其對鈾成礦的指示，以求為盆地東北部直羅組物源區(qū)的演化發(fā)展和鈾資源評價(jià)等方面的認(rèn)識做進(jìn)一步的補(bǔ)充。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地是我國中生代典型的大型內(nèi)陸沉積盆地之一，構(gòu)造形態(tài)上為一走向南北、東緩西陡的不對稱向斜盆地，其四周被褶皺山系所圍限，北起陰山、大青山，南抵秦嶺，西至賀蘭山、六盤山，東達(dá)呂梁山、太行山，總面積約25萬平方公里。

盆地可劃分為渭北隆起、天環(huán)坳陷、陜北斜坡、晉西撓褶帶、伊盟隆起、西緣構(gòu)造帶6個(gè)一級構(gòu)造單元，研究區(qū)主要位于伊盟隆起構(gòu)造單元。鄂爾多斯盆地基底由前中生代沉積-變質(zhì)巖組成，并具有“雙重”基底的結(jié)構(gòu)特征，結(jié)晶基底為太古宇及古元古界變質(zhì)巖系。直接基底由中元古界和古生界的寒武系（?）、奧陶系（O）、上石炭統(tǒng)（C2）、二疊系（P）組成，之間缺失志留系（S）、泥盆系（D）、下石炭統(tǒng)（C1）[13]。沉積地層自下而上主要發(fā)育有三疊系、侏羅系、下白堊統(tǒng)、古近系、新近系和第四系（圖1）。其中，三疊系在盆地東部、東北部準(zhǔn)格爾旗呈三角形狀大面積出露，向西、南西傾伏于侏羅系之下；侏羅系在盆地東部鄂爾多斯—榆林一帶呈南北向帶狀大面積出露，向西傾伏于白堊系之下，延安組為盆地重要的含煤地層，直羅組下段為區(qū)內(nèi)鈾礦找礦的主要目的層，可分為上亞段（J2z1-2）和下亞段（J2z1-1）；下白堊統(tǒng)在盆地中部大部分地區(qū)分布，是盆地北部出露最廣泛的地層；古近系和新近系極不發(fā)育，只分布于盆地北部邊緣[14]。

圖1 鄂爾多斯盆地北部區(qū)域地質(zhì)簡圖[15-16]Fig.1 Regional geological map of northern Ordos Basin

2 含鈾地層和巖石特征

2.1 地層特征

鄂爾多斯盆地北部分布了大營、納嶺溝、塔然高勒、皂火壕等鈾礦床，其中大營鈾礦床的直羅組下段厚度比較大，為幾十到一百米左右，直羅組下段上亞段和下亞段均為主要賦礦層位，目地層砂巖主要為灰、淺灰色粗-中粗砂巖，其局部砂體膠結(jié)程度差、質(zhì)松，碳屑富集，并發(fā)育黃鐵礦[17]；納嶺溝鈾礦床礦體主要賦存在直羅組下段下亞段中下部灰綠色與灰白色砂巖的過渡部位，礦體呈板狀、透鏡狀產(chǎn)出，目的層砂巖粒度較粗，主要發(fā)育綠色-灰綠色、灰色砂巖，具有良好的孔滲性，富含有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦等還原性介質(zhì)[12]；塔然高勒鈾礦床鈾礦體主要賦存于中侏羅統(tǒng)直羅組下段，礦體埋深總體上由東向西、北向南埋深逐漸加大，主要巖性為灰色、淺灰色、綠色砂巖夾泥巖[7]；皂火壕鈾礦床的賦礦層位主要為直羅組下段下亞段，目的層砂體上下由粗砂巖、細(xì)砂巖疊壓組成。乃馬岱地區(qū)位于鄂爾多斯盆地陜北斜坡北部，主要含鈾地層為直羅組，含鈾砂體呈由東北部向西南部厚度變薄的特點(diǎn)，含鈾巖段砂巖主要為灰-灰綠色中粗砂巖，在礦段及圍巖砂巖中可清晰見到油跡殘留、有機(jī)質(zhì)條帶以及黃鐵礦化蝕變[18]?？梢姸鯛柖嗨古璧貣|北部各鈾礦床及乃馬岱地區(qū)含礦層位均為中侏羅統(tǒng)直羅組下段，巖性主要為綠色及灰色砂巖，且富含有機(jī)質(zhì)。

從鄂爾多斯盆地東北部至中部剖面圖（圖2）可以看出，北部始于伊盟隆起帶的大營鈾礦北部，南部終于靠近盆地中部伊陜斜坡帶的烏審旗煤田勘查區(qū)，南北延伸長度280 km，直羅組下段含鈾砂體由北向南厚度逐漸變?。坏撞炕疑皫r減少，灰綠色砂巖厚度增大。

圖2 鄂爾多斯盆地東北部至中部剖面圖[19]Fig.2 Section from the northeast to the middle of Ordos Basin

2.2 巖石學(xué)特征

大營地區(qū)直羅組砂巖中，石英平均含量為23%，長石平均含量為18%[17]；納嶺溝地區(qū)直羅組砂巖中，石英平均含量為45.95%，長石平均含量為28.38%[1]。皂火壕地區(qū)石英35%～60%，長石15%[20]，塔然高勒礦區(qū)直羅組砂巖以長石砂巖為主，其次為長石石英砂巖和巖屑長石砂巖，碎屑顆粒主要為石英45%～50%和長石25%～30%，其次為巖屑3%～5%和少量云母碎片1%[7]。乃馬岱研究區(qū)長石等粘土礦物含量較少，平均含量為23.00%～25.00%，主要為斜長石和鉀長石，而石英則相對較多，平均含量為50%。

可以看出，盆地東北部各地區(qū)的砂巖構(gòu)成較為相似，礦物碎屑含量分布較為相同，整體上從東北部到中部石英含量逐漸增多，長石含量除皂火壕地區(qū)較少外，東北部到中部呈逐漸減少的趨勢，反映出盆地中部乃馬岱地區(qū)物源長距離搬運(yùn)的特征，也從側(cè)面反映出其直羅組沉積古河道流向則為從北向南。

3 元素地球化學(xué)特征

3.1 主量元素特征

本次統(tǒng)計(jì)了前人在鄂爾多斯盆地東北部獲取的直羅組砂巖主量元素地球化學(xué)數(shù)據(jù)[12，17-20]，并制作了散點(diǎn)圖（圖3）。

圖3 鄂爾多斯盆地東北部各地區(qū)砂巖主量元素散點(diǎn)對比圖Fig.3 Scatter comparison of major elements of sandstones in northeast Ordos Basin

盆地各地區(qū)直羅組砂巖在化學(xué)成分上呈現(xiàn)主要組分含量波動(dòng)不大、硅高、鋁和堿土金屬元素鉀、鈉低的特征，表明與持續(xù)穩(wěn)定的宏觀表生沉積環(huán)境有關(guān)[21]，砂巖的主量元素與主動(dòng)大陸邊緣砂巖（ACM）的主量元素含量相似，認(rèn)為目的層砂巖源區(qū)構(gòu)造環(huán)境與主動(dòng)大陸邊緣環(huán)境關(guān)系密切[22]。由圖3 可以看出SiO2含量從大營到烏審旗地區(qū)逐漸增加，而CaO逐漸減少，Na2O、K2O 變化不大，也就是從盆地東北部至盆地中部，砂巖在成巖期經(jīng)歷了溶蝕作用，其中長石類礦物強(qiáng)烈粘土化，堿金屬離子流失，而較穩(wěn)定的SiO2沉淀。

3.2 微量元素特征

微量元素在巖石或礦物中含量甚少，在地質(zhì)地球化學(xué)過程中的濃度可發(fā)生明顯變化，被視為地質(zhì)地球化學(xué)過程的“指示劑”[23]，同時(shí)也能推斷當(dāng)時(shí)的沉積環(huán)境，反映沉積時(shí)期的地質(zhì)條件，尤其在孔隙度和滲透率比較大的砂巖中更加具有指示意義[11]。我國砂巖型鈾礦除U 外其它微量元素富集度普遍不高，但在北方含鈾盆地中的U與其中一些微量元素存在明顯的相關(guān)性。

根據(jù)前人在鄂爾多斯盆地東北部的地球化學(xué)研究數(shù)據(jù)，筆者將鄂爾多斯盆地各地區(qū)直羅組砂巖中微量元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行整理，利用Sun&McDonough原始地幔標(biāo)準(zhǔn)值[24]進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，獲得蛛網(wǎng)圖（圖4）并進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)各地區(qū)微量元素呈近似分布，總體上從左到右逐漸虧損，明顯富集Rb、Ba、Pb等大離子親石元素，而虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素，表明砂巖的源巖可能形成于典型的俯沖帶環(huán)境[20]，Y、Yb和Lu的含量較低，Sr含量中等，這與低Sr，高Y、Yb，及Eu明顯負(fù)異常的經(jīng)典弧火成巖地球化學(xué)特征明顯不同[25]，指示砂巖有大陸島弧沉積巖特征，但也可能有部分活動(dòng)大陸邊緣碎屑，也反映出從盆地東北部到中部的物源一致性。

圖4 鄂爾多斯盆地各地區(qū)微量元素蛛網(wǎng)圖Fig.4 Cobweb map of trace elements in various regions of Ordos Basin

與穩(wěn)定元素Th相比，U 元素更容易在氧化風(fēng)化和再旋回過程中發(fā)生溶解和流失，進(jìn)而導(dǎo)致Th/U的升高。Th/U隨著高嶺石含量的增加而升高，可作為反映碎屑沉積源區(qū)風(fēng)化程度的有效參數(shù)[26]。值得注意的是，乃馬岱地區(qū)的Th元素明顯比其他盆地北部其他鈾礦區(qū)的數(shù)值高，即Th/U平均值為5.83，明顯高于上陸殼平均值3.8[26]，說明物源區(qū)遭受較強(qiáng)程度的風(fēng)化作用。

上述特征表明，鄂爾多斯盆地東北部各鈾礦床與中部地區(qū)的直羅組砂巖來源一致，源巖可能形成于典型的俯沖帶環(huán)境，受大陸島弧和活動(dòng)大陸邊緣構(gòu)造背景的影響，且盆地內(nèi)部地區(qū)相較于盆地邊緣的物源區(qū)，受到較強(qiáng)程度的風(fēng)化作用。

3.3 稀土元素特征

稀土元素（REE）在沉積成巖、化學(xué)風(fēng)化等外生地質(zhì)作用過程中保持穩(wěn)定，可以進(jìn)行成巖構(gòu)造環(huán)境和內(nèi)源物質(zhì)來源等方面的研究。研究表明在外生地質(zhì)作用、低溫、低壓、開放體系等條件下，稀土元素也可產(chǎn)生分餾，呈現(xiàn)出規(guī)律性變化[27]。根據(jù)前人在鄂爾多斯盆地東北部的地球化學(xué)研究，筆者同樣將各地區(qū)直羅組砂巖中稀土元素進(jìn)行整理并制成蛛網(wǎng)圖（圖5）并進(jìn)行對比分析。

圖5 鄂爾多斯盆地東北部各地區(qū)稀土元素蛛網(wǎng)圖Fig.5 Cobweb map of rare earth elements in the northeast of Ordos Basin

由圖5可以看出，不同地區(qū)砂巖的稀土元素配分模式都表現(xiàn)為相似的“右傾”特征，無Eu的異?；蛴腥鮁u的負(fù)異常，絕大多數(shù)樣品δCe無異?；蛉踟?fù)異常，反映了相似的稀土元素地球化學(xué)行為。沉積碎屑巖的稀土元素主要受控于物源區(qū)的巖石成分，風(fēng)化作用和成巖作用對稀土元素的再分配影響很小。由此可以推測，這個(gè)幾個(gè)地區(qū)的砂巖具有相同物源和經(jīng)歷了類似的沉積成巖演化環(huán)境，也反映了其物源為上地殼[30]。但從盆地邊緣到盆地中部，隨著直羅組砂巖中U 元素含量的減少，蛛網(wǎng)圖“右傾”逐漸平緩，LREE逐漸減少，而HREE變化不明顯，表明在鈾富集的過程中輕稀土元素隨之發(fā)生富集，而重稀土元素變化程度不明顯。

4 討論

4.1 母巖類型分析

巖石的元素地球化學(xué)特征可以反映碎屑物質(zhì)的母巖類型，不同來源的碎屑物質(zhì)地球化學(xué)特征不同：基性巖的風(fēng)化產(chǎn)物中富集鎂鐵質(zhì)元素（Fe、Mg、Ti等）和小離子元素（Na、Sr等），中酸性巖的風(fēng)化產(chǎn)物富集大離子元素（K、Rb、Pb、Th、U、REE等）[31]。由統(tǒng)計(jì)的鄂爾多斯盆地東北部鈾礦區(qū)與中部地區(qū)的直羅組砂巖微量元素與稀土元素含量來看，明顯富集Rb、Ba、Pb等大離子親石元素，推測碎屑物質(zhì)主要為中酸性巖的風(fēng)化產(chǎn)物。

根據(jù)wt（K2O）%-Rb 與wt（TiO2）%-Ni 來判斷母巖性質(zhì)（圖6），由圖反映出盆地各地區(qū)直羅組砂巖的物源區(qū)母巖成分主要有中酸性成分（圖6a），與酸性巖有關(guān)（圖6b）。

圖6 wt(K2O)%-Rb與wt(TiO2)%-Ni母巖性質(zhì)判別圖Fig.6 Discrimination diagram of wt(K2O)-Rb and wt(TiO2)-Ni parent rock properties

通過樣品稀土元素與不同構(gòu)造環(huán)境下巖石的稀土元素的比較，可以區(qū)分樣品母巖的類別與構(gòu)造環(huán)境，根據(jù)Nb-Y與Rb-(Y+Nb)來判別母巖類型（圖7），由圖可知，除大營地區(qū)個(gè)別樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)落在WPG和ORG區(qū)域外，其余盆地各地區(qū)大部分?jǐn)?shù)據(jù)點(diǎn)均落在VAG（火山弧花崗巖）區(qū)域，表明其源區(qū)母巖類別為火山弧花崗巖，形成于與俯沖作用有關(guān)的活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境。

圖7 Nb-Y與Rb-(Y+Nb)母巖類別判別圖Fig.7 Discrimination diagram of Nb-Y and Rb-(Y+Nb)parent rock category

4.2 物源區(qū)構(gòu)造背景分析

為了確定鄂爾多斯盆地東北部直羅組地層的構(gòu)造背景及物源屬性，筆者將各礦區(qū)直羅組砂巖的物源屬性進(jìn)行對比。主量元素反映了沉積巖對源區(qū)的物質(zhì)組成繼承和搬運(yùn)距離和路徑的影響，因此，穩(wěn)定性高的成分集中，可以反映陸塊的構(gòu)造背景。由圖8可見，各地區(qū)構(gòu)造背景相似，主要與主動(dòng)大陸邊緣活動(dòng)相關(guān)，但盆地東北部大營、納嶺溝、皂火壕及塔然高勒等鈾礦床大部分樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)都落在ACM（主動(dòng)大陸邊緣）區(qū)域，而偏向盆地內(nèi)部鈾礦化比較薄弱的乃馬岱和烏審旗地區(qū)，還有部分樣品數(shù)據(jù)點(diǎn)顯示在ARC（島弧）區(qū)域，說明靠近盆地內(nèi)部的地區(qū)，其直羅組砂巖源區(qū)構(gòu)造背景還受到大陸島弧的影響。

圖8 K2O/Na2O-wt(SiO2)構(gòu)造背景判別圖Fig.8 K2O/Na2O-wt(SiO2)tectonic background discrimination map

綜上所述，鄂爾多斯盆地東北部大營、納嶺溝、皂火壕、塔然高勒等鈾礦區(qū)與盆地中部乃馬岱、烏審旗等地區(qū)直羅組砂巖源區(qū)構(gòu)造背景相似，母巖類別為火山弧花崗巖，形成于與俯沖作用有關(guān)的活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境，但越靠近盆地內(nèi)部，受到大陸島弧構(gòu)造背景的影響也越大。

4.3 鈾與伴生元素之間的關(guān)系

胡妍等[9]通過研究鄂爾多斯盆地西南緣鎮(zhèn)原地區(qū)含鈾砂巖的地球化學(xué)特征，認(rèn)為含鈾砂巖富集LREE，虧損HREE，U 含量與Th、Sc、Co、Mo 含量之間呈明顯正相關(guān)關(guān)系。劉武生等[32]通過研究二連盆地哈達(dá)圖礦床砂巖的主微量元素、△Eh、共伴生元素等，認(rèn)為高品位礦石與強(qiáng)氧化還原能力△Eh、富Re等密切相關(guān)；張賓等[10]研究認(rèn)為大營鈾礦床砂巖中微量元素W、Mo、V、Ce、La在含礦砂巖中強(qiáng)烈富集，且Mo、V、Ce、La元素與U具有明顯的正相關(guān)關(guān)系，可以作為鈾礦化典型的地球化學(xué)標(biāo)志；吳金鐘等[11]發(fā)現(xiàn)塔然高勒鈾礦床中，U與TFe2O3、CaO、Mo、Y、∑REE含量呈明顯正相關(guān)關(guān)系，Y元素可以作為鈾礦化的指示元素，Mo 元素可以作為鈾礦化的參照元素；羅晶晶等[12]發(fā)現(xiàn)納嶺溝鈾礦床礦化砂巖中V、Mo、Ge、Re、Se有明顯富集，U和部分伴生元素的含量有明顯的正相關(guān)性。

可見鈾元素的富集會造成其他元素的富集或虧損，與鈾伴生的、和鈾含量關(guān)系密切的元素主要有Mo、V、Y、Th等微量元素以及稀土元素，查明這些元素的地球化學(xué)特征對于探討鈾成礦的原因具有重要的意義。因此，筆者將各地區(qū)直羅組砂巖中U、La、Ce及REE含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并制成U與伴生元素關(guān)系圖（圖9），來探討鄂爾多斯盆地東北部直羅組砂巖的地球化學(xué)特征對鈾成礦的指示，由于大營、納嶺溝等大型鈾礦床直羅組砂巖與乃馬岱、烏審旗等地區(qū)砂巖鈾含量差別很大，所以在分析各伴生元素與鈾元素之間的關(guān)系時(shí)，對各元素含量分別取對數(shù)以消除鈾含量差異造成的影響，從而更加明顯地反映各伴生元素與鈾元素之間的關(guān)系。

圖9 鄂爾多斯盆地東北部各地區(qū)砂巖U與伴生元素關(guān)系圖Fig.9 Relationship between U and associated elements of sandstone in northeast Ordos Basin

在盆地不同地區(qū)的直羅組砂巖中，U 和La以及U和Ce的含量存在差異。在東北部大營、納嶺溝等鈾礦床直羅組砂巖中，U強(qiáng)烈富集，La的富集程度較盆地中部地區(qū)砂巖更加明顯，表明La的富集與U關(guān)系密切。根據(jù)所有砂巖的lgU-lgLa的關(guān)系可以看出U 的含量與La 的含量具有明顯的正相關(guān)關(guān)系（圖9a）。與La 相似，Ce 在東北部鈾礦床砂巖中相對富集，在盆地中部地區(qū)砂巖中含量較低，砂巖的lgUlgCe的關(guān)系表明U和Ce具有正相關(guān)關(guān)系（圖9b），表明Ce伴隨U的富集而富集。

稀土元素組成特征除了受源區(qū)母巖類型的控制外，還與鈾元素的富集有一定的關(guān)系。砂巖的稀土元素配分曲線（圖5）顯示鄂爾多斯盆地各地區(qū)鈾礦床砂巖稀土元素組成表現(xiàn)為輕稀土富集、重稀土相對虧損的特征。根據(jù)lgU-lgHREE和lgU-lgLREE的關(guān)系可以看出砂巖中重稀土元素含量與鈾含量的相關(guān)性不明顯（圖9d），而輕稀土元素含量與鈾含量具有明顯的正相關(guān)關(guān)系（圖9c），表明在鈾富集的過程中輕稀土元素隨之發(fā)生富集，而重稀土元素變化程度不明顯，稀土元素配分模式中“右傾”的趨勢從盆地邊緣到中部逐漸平緩，與前文描述的內(nèi)容相一致。

由上述可知，鄂爾多斯盆地東北部直羅組砂巖主量元素與主動(dòng)大陸邊緣砂巖的主量元素含量相似，認(rèn)為目的層砂巖源區(qū)的構(gòu)造環(huán)境與主動(dòng)大陸邊緣環(huán)境關(guān)系密切，SiO2含量從大營到烏審旗地區(qū)逐漸增加，而CaO逐漸減少，Na2O、K2O變化不大，也就是從盆地東北部至盆地中部，砂巖在成巖期經(jīng)歷了溶蝕作用，其中長石類礦物強(qiáng)烈粘土化，堿金屬離子流失，而較穩(wěn)定的SiO2沉淀。微量元素與稀土元素配分模式相似，反映了相似的地球化學(xué)行為，表明盆地各地區(qū)的直羅組砂巖具有相同物源和經(jīng)歷了類似的沉積成巖演化，源巖可能形成于典型的俯沖帶環(huán)境，源區(qū)構(gòu)造背景主要為活動(dòng)大陸邊緣，靠近盆地內(nèi)部的地區(qū)，還受到大陸島弧的影響。

值得注意的是，從盆地邊緣到盆地中部，隨著直羅組砂巖中U元素含量的減少，La、Ce、LREE的富集程度降低，蛛網(wǎng)圖“右傾”程度逐漸平緩，而HREE變化不明顯。表明在鈾富集的過程中La、Ce等元素與輕稀土元素隨之發(fā)生富集，而重稀土元素變化程度不明顯。乃馬岱地區(qū)的Th元素明顯比其他盆地北部其他鈾礦區(qū)的數(shù)值高，該地區(qū)位于盆地內(nèi)部，受到油氣酸性流體的改造作用較強(qiáng)，形成了較強(qiáng)的高嶺石化作用，說明物源區(qū)遭受較強(qiáng)程度的風(fēng)化作用。

4.4 古沉積環(huán)境對鈾成礦的制約

古沉積環(huán)境包括古沉積水體鹽度、古氣候和古沉積水體的氧化還原性等。

Sr/Ba 是判別古水體鹽度的常用指標(biāo)，一般認(rèn)為，Sr/Ba＜1 時(shí)，沉積古水體為淡水環(huán)境（其中Sr/Ba小于0.5時(shí)，代表微咸水相，Sr/Ba在0.5～1時(shí)，代表半咸水相），而Sr/Ba＞1 時(shí)，代表沉積古水體為咸水環(huán)境[33-34]。筆者將鄂爾多斯盆地東北部各地區(qū)直羅組砂巖中Sr與Ba含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并制成比值圖（圖10），可見從盆地東北部到中部，古水體鹽度均小于1，為淡水環(huán)境，但整體呈現(xiàn)微咸水相（大營、納嶺溝、皂火壕）到半咸水相（塔然高勒、乃馬岱）再到微咸水相的趨勢（烏審旗）。

圖10 鄂爾多斯盆地東北部各地區(qū)直羅組砂巖Sr/Ba比值分布圖Fig.10 Distribution map of Sr/Ba ratio in sandstones of the Zhiluo Formation in various regions of the northeast Ordos Basin

Rb/Sr可以有效用于古氣候的判斷[35]，由于Sr易發(fā)生淋失，Rb較為穩(wěn)定，所以在干旱氣候條件下，Sr淋失較少，使得Rb/Sr值較低，而當(dāng)氣候濕潤時(shí)，Sr大量淋失導(dǎo)致Rb/Sr值較高。筆者將鄂爾多斯盆地東北部各地區(qū)直羅組砂巖中Rb 與Sr 含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并制成比值圖（圖11），可見從盆地東北部到中部，整體上Rb/Sr值逐漸增大，代表古氣候逐漸變得濕潤，特別是到了盆地中部的烏審旗地區(qū)，Rb/Sr值較其他地區(qū)更大，說明其直羅組沉積時(shí)的氣候較為濕潤。

圖11 鄂爾多斯盆地東北部各地區(qū)直羅組砂巖Rb/Sr比值分布圖Fig.11 Distribution map of Rb/Sr ratio in sandstones of the Zhiluo Formation in various regions of the northeast Ordos Basin

Ni/Co 比值可作為指示古水體氧化還原條件的可靠參數(shù)（Ni/Co＞7，古水體為缺氧環(huán)境；Ni/Co在5～7之間，古水體為貧氧環(huán)境；Ni/Co＜5，古水體為富氧環(huán)境）[36]。原因在于Co、Ni 在氧化條件下易溶于水，而在還原條件下不易溶于水，因而其在沉積物中的含量高低可以判別古水體氧化還原條件[35]。筆者將鄂爾多斯盆地東北部各地區(qū)直羅組砂巖中Ni 與Co含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并制成比值圖（圖12），可見從盆地東北部各地區(qū)Ni/Co比值均小于5，說明直羅組沉積時(shí)期古水體環(huán)境均為富氧環(huán)境。

圖12 鄂爾多斯盆地東北部各地區(qū)直羅組砂巖Ni/Co比值分布圖Fig.12 Distribution map of Ni/Co ratio in sandstones of the Zhiluo Formation in various regions of the northeast Ordos Basin

由上述可知，鄂爾多斯盆地東北部各地區(qū)直羅組沉積時(shí)古水體環(huán)境為淡水、富氧環(huán)境，從盆地東北部到中部，古氣候逐漸變得濕潤，對鈾成礦作用有著重要得地質(zhì)意義。

5 結(jié)論

（1）鄂爾多斯盆地東北部直羅組砂巖中主量元素與主動(dòng)大陸邊緣砂巖的主量元素含量相似，與主動(dòng)大陸邊緣環(huán)境關(guān)系密切。SiO2含量從大營到烏審旗地區(qū)逐漸增加，而CaO 逐漸減少，Na2O、K2O 變化不大，也就是從盆地東北部至盆地中部，砂巖在成巖期經(jīng)歷了溶蝕作用，其中長石類礦物強(qiáng)烈粘土化，堿金屬離子流失，而較穩(wěn)定的SiO2沉淀。

（2）鄂爾多斯盆地東北部直羅組砂巖中微量元素呈近似分布，總體上從左到右逐漸虧損，明顯富集Rb、Ba、Pb等大離子親石元素，而虧損Nb、Ta、Ti等高場強(qiáng)元素，Y、Yb和Lu的含量較低，Sr含量中等，表明各地區(qū)的直羅組砂巖來源一致，可能形成于典型的俯沖帶環(huán)境。稀土元素配分模式相似，反映了相似的稀土元素地球化學(xué)行為，但從盆地邊緣到盆地中部，隨著直羅組砂巖中U 元素含量的減少，蛛網(wǎng)圖“右傾”逐漸平緩，LREE 逐漸減少，而HREE 變化不明顯。

（3）鄂爾多斯盆地東北部直羅組砂巖源區(qū)母巖類別為火山弧花崗巖，可能形成于與俯沖作用有關(guān)的活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境，源區(qū)構(gòu)造背景主要為活動(dòng)大陸邊緣，靠近盆地內(nèi)部的地區(qū)還受到大陸島弧的影響，且盆地內(nèi)部的物源區(qū)相較于盆地邊緣，受到較強(qiáng)程度的風(fēng)化作用。

（4）鄂爾多斯盆地東北部大營、納嶺溝等鈾礦床直羅組砂巖中，U 強(qiáng)烈富集，La、Ce、LREE 的富集程度較盆地中部地區(qū)砂巖更加明顯，表明La、Ce伴隨U的富集而富集，而HREE變化程度不明顯；盆地各地區(qū)直羅組沉積時(shí)古水體環(huán)境為淡水、富氧環(huán)境，從盆地東北部到中部，古氣候逐漸變得濕潤。