东胜铀矿微量元素地球化学特征与成矿作用研究

李 鑫

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710054）

东胜铀矿微量元素地球化学特征与成矿作用研究

李 鑫*

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710054）

东胜地区是目前鄂尔多斯中新生代盆地寻找可地浸砂岩型铀矿的重要区段,东胜层间氧化带砂岩型铀矿的发现，标志着我国在大型地台盆地可地浸砂岩铀矿型勘探取得了重大突破。从微量元素地球化学入手，总结了东胜地区层间氧化带砂岩型铀矿微量元素地球化学特征，Hf、Zr与铀矿化密切相关，可作为铀矿化的指示元素。与东胜铀矿同为层间氧化带型的中亚地区铀矿不同，东胜铀矿相对围岩明显富集U、Zr、Hf等元素，鄂尔多斯盆地含丰富的煤、石油和天然气资源，铀矿石样品磨制的光片中见草莓状黄铁矿。认为东胜砂岩型铀矿成矿位置为氧化还原过渡带，并具有深源特点的微量元素组合，铀成矿过程中有深部流体和有机质的参与。

东胜地区；层间氧化带砂岩型铀矿；微量元素；深部流体

可地浸砂岩型铀矿是目前最有找矿前景的铀矿类型，规模大、污染小、成本低为其特点，东胜地区是目前鄂尔多斯中新生代盆地寻找可地浸砂岩型铀矿的重要区段,在孙家梁、皂火壕等地段均见到工业矿化，砂岩中铀主要赋存于直罗组中，品位一般是万分之一，最高可达千分之一。铀矿物主要是铀石、沥青铀矿以及一些吸附铀。东胜层间氧化带砂岩型铀矿的发现，标志着我国在大型地台盆地可地浸砂岩型勘探取得了突破。

前人对东胜砂岩型铀矿成矿作用进行了大量研究[1-12]，朱西养（2003）研究表明东胜铀矿富含Zr、Hf等亲地幔元素，LREE在成矿过程中发生了明显地富集，认为铀矿化与地幔流体有关。肖新建等（2004）根据铀矿物组合和流体包裹体等研究认为东胜铀矿的形成与来自于深部的低温热液流体有关。张复新（2006）通过蚀变黄铁矿硫同位素分析研究后认为东胜砂岩型铀矿成矿作用包括成岩、后生、低温热液3个阶段。李荣西（2006）用流体包裹体同位素方法研究了东胜铀矿，认为其成矿作用与地壳流体和深部流体有关。稀土元素地球化学特征不仅可以反映成矿物质和流体来源，而且可以示踪流体活动踪迹和成岩成矿作用[13]。本文从微量元素地球化学特征方面，对东胜地区层间氧化带砂岩型铀矿的微量元素与铀成矿作用进行初步研究，并与中亚典型的层间氧化带砂岩型铀矿进行对比，探讨成矿作用。

1 区域地质背景

研究区位于鄂尔多斯中新生代盆地北部的伊盟隆起。是一个由不同时代、不同类型沉积盆地叠合的克拉通盆地，从中元古代开始稳定接受沉积，隶属我国东部滨太平洋构造域与西部古特提斯—喜马拉雅2个构造域的过渡带,受两大构造域的双重影响而具有过渡性特征[14]。伊盟隆起北邻河套断陷，南与陕北斜坡、天环坳陷和晋西挠褶带分别以断层为界。东胜铀矿区于中侏罗统直罗组（J2z）。直罗组主要为一套杂色砂岩，覆盖于中侏罗统延安组（J2y）

地层平缓，倾角1°～3°，呈单斜构造。本区出露的地层自东向西由老到新依次为前寒武系变质岩（晋西隆起区）、早古生代台地相碳酸盐岩、晚古生代海陆过渡相含煤地层、三叠系河湖相碎屑岩系、侏罗系陆相含煤层系和白垩系河流碎屑岩系（图1）。其中铀矿赋存煤系地层之上。直罗组从岩性特征上可分为上、下2个岩性段，上段为一套杂色（黄、红、灰绿色）中细粒砂岩和泥岩。下段又可进一步细分为上、下2个亚段，上亚段为一套灰绿色泥岩、粉砂岩和砂岩，下亚段为一套灰色、灰白色中粗粒砂岩，顶部有一薄煤层。铀矿赋存在下亚段的灰白色粗粒砂岩中，铀矿顶板是灰绿色泥岩，底板是延安组顶部白色高岭土层。

图1 鄂尔多斯盆地东胜地区地质略图

2 样品采制与分析测试

2.1 样品采制

样品采自核工业部二○八所岩芯样，样品为砂岩样，在长安大学矿物实验室粉碎过筛100目，进行砂岩中微量元素的分析测试。所选取样品为有围岩、过渡带、矿石。

2.2 分析测试

样品是在西北大学教育部大陆动力学重点开放实验室分析的，采用ELAN6100DRC等离子体质谱仪进行样品测定,该仪器质谱采用PE公司的新一代ICPMS。

①将样品置于烘箱中，于105℃烘干2h。②从烘箱中取出样品,称取样品50mg左右于高压密闭Teflon溶样器中,缓慢加入1mL的高纯硝酸、1mL的高纯氢氟酸。③在电热板上于140℃将样品蒸至小体积，缓慢加入1.5mL的高纯硝酸、1.5mL的高纯氢氟酸,加盖并旋紧溶样器钢套。④将装有样品的溶样器放入烘箱中,于190℃保温加热48h。⑤待溶样器凉冷,开盖,在电热板上于140℃将溶液蒸至湿盐状,然后缓慢加入2～3mL40%的高纯硝酸,再次置于烘箱中140℃过夜。⑥重复上述过程,提取盐类。⑦待溶样器凉冷,将提取液用2%的硝酸稀释于清洗干净的PET(聚酯)瓶中(稀释因子为1∶1500)密闭保存,待上机测定。分析结果见表1。

表1 微量元素分析结果

3 分析结果与成矿流体来源

3.1 东胜铀矿具有深部流体作用的微量元素证据

3.1.1 微量元素特征

从微量元素标准化分布模式曲线（图2），可以看出东胜砂岩型铀矿中围岩背景值低于克拉克值有V、Ni、Cu、Sr、Nb、Ta等（富集系数小于1），二者相差无几的元素有Sc、Cr、Co、Zn、Ga、Ge、Cs、Th等（富集系数在1左右），相对富集的元素根据富集系数由大到小依次为U、Hf、Ba、Be、Rb、Pb、Zr；所以矿石中伴生元素为Hf、Ba、Be、Rb、Pb、Zr。

3.1.2 与铀矿化关系

对U和其伴生元素Hf、Ba、Rb、Pb、Zr的相关性分析结果表明，其含量高出克拉克值2～5倍，而且矿石比围岩也高出许多倍，例如，Hf元素，不含矿围岩（铀含量2.8μg/g）的Hf含量为2.66μg/g，高出其克拉克值(1.5μg/g)1.78倍，而铀矿石(铀含量174.1μg/g)的Hf含量为6.6μg/g，其高出围岩2.8倍，高出克拉克值4.4倍。因此Hf、Ba、Rb、Pb、Zr与铀矿化关系密切相关，Hf、Zr两元素与U相关性明显（图3），其余伴生元素在铀矿石中虽有富集，但与U相关性不明显，可能是由围岩高背景引起的。因此Hf、Zr与铀矿化密切相关，可作为铀矿化的指示元素。Hf和Zr元素为高场强亲地幔元素,其富集作用主要由内生地质作用驱动,多数为内生深源成因[15]。与东胜铀矿同为层间氧化带型的中亚地区铀矿不具有Zr、Hf元素富集现象。Hf、Zr随着U含量增大而增大，说明铀矿成矿与深部物质有关。

图2 标准化分布模式曲线

鄂尔多斯盆地含丰富的煤、石油和天然气资源，所以东胜层间氧化带砂岩型铀矿成矿过程中有深部物质参与，氧化还原带的形成可能与含煤层气或油气流体作用有关，或者已形成的氧化带遭受了含煤层或油气流体的改造。在铀矿石样品磨制的光片中看到草莓状黄铁矿，铀矿石中黄铁矿的存在表明铀矿成矿作用环境属于还原环境，同时黄铁矿形态属于典型的草莓状生物成因的黄铁矿，证明铀矿成矿过程中有微生物有机质的参与。

东胜铀矿相对围岩明显富集U、Zr、Hf等元素，以Zr和Hf高场强亲地幔元素富集为标志的深源物质参与是东胜铀矿成矿作用特点。

图3 U-Hf、Zr关系图

4 结论

鄂尔多斯盆地中生代出现的高温异常，促进了煤热演化作用，使油气的形成和运移速度加快[16]。构造热事件导致大量裂隙的形成和深大断裂带的活化，为深部流体（包括油气）上涌提供了良好的通道，正是这种通道，使深部流体和形成的油气向上运移，充注到含铀碎屑颗粒砂岩中，对铀活化、迁移起到十分重要的作用。大规模的火山岩浆活动，不但提供了来自于深部的地质流体，而且为铀矿的形成提供了物质和能量。东胜铀矿主成矿年龄为（95～120）Ma，相当于早白垩世晚期，此时正处于燕山期构造岩浆热事件激烈活动时期和生气高峰期[16-17]。

东胜砂岩型铀矿微量元素地球化学特征不同于与东胜铀矿同为层间氧化带型的中亚地区铀矿不具有Zr、Hf元素富集现象。以Zr和Hf高场强亲地幔元素富集为标志的深源物质参与是东胜铀矿成矿作用特点。

综上所述，东胜层间氧化带型铀矿成矿过程中受到过来自于深部（地幔）流体的蚀变改造。鄂尔多斯盆地中生代末期构造热事件加速了深部流体（包括火山岩浆热液）和油气的形成以及大量裂隙和深大断裂带的活化。深部流体和油气沿裂隙和深大断裂带上涌，充注到含铀碎屑砂岩中，使铀发生活化、迁移，在合适的地质环境条件下成矿。

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图2 M3-9-M6铜矿体水平投影图

M3-9-M6铜矿体中块段334-2由工程ZK101、ZK901控制（图2）（H1、H2分别代表控制工程水平厚度），即：

若将此块段细分为如图2上、下2个小块段，则：

此结果与只考虑矿体沿二维方向是否存在外推点，并非考虑外推点个数相一致。

资源量估算方法中一般以矿体1/4尖推不加零点地质块段法较为准确，如图2块段全面积将减少1/2，即：

矿体1/2尖推地质块段法存在加零点的问题，不同加零点的方法所得结果相差较大，矿体1/2尖推地质块段法估算所得资源量与矿体1/4尖推不加零点地质块段法所得结果相差较大。

7 结论

资源量估算中地质块段法应用较为广泛，运用地质块段法进行计算时应注意块段平均厚度加零点问题，图件绘制时应注意投影图及投影面的选择、矿体外推的位置、不同块段品级的圈定等多种因素的影响。

一般情况下，对同一矿体不同方法资源量估算1/4平推地质块段法、1/4平推算术平均法和剖面法计算结果较为符合实际情况，考虑到1/2尖推地质块段法、1/2尖推算数平均法，需考虑加零点的问题，所得计算结果相对误差较大。在普遍情况下建议资源量估算尽量使用1/4平推地质块段法。

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P619.14

A

1004-5716(2015)05-0147-04

2014-04-21

国家重点基础研究发展计划“973”项目(2003CB2146000、2009CB219602)；中国煤炭科工集团有限公司科技创新基金项目（2014QN006）。

李鑫（1980-），男（汉族），甘肃张掖人，助理研究员，现从事铀矿地质勘探及煤层气测试工作。