鄂尔多斯盆地东南缘双龙铀矿含矿砂体有机质特征及其与铀矿化的关系

曹惠锋，刘厚宁，王军礼，田 亮

(中陕核工业集团地质调查院有限公司，西安 710100)

铀矿地质工作者大多将煤层、煤线、碳屑、碳化植物碎屑(地)沥青、腐殖质等归入有机质[1]。前人已对我国主要砂岩型铀矿床有机质对铀成矿的作用做了一定研究，一致认为有机质作为砂岩型铀矿重要的吸附剂与还原剂在铀成矿过程中主要起吸附作用、还原作用与络合作用[2]。

向伟东等[3]对吐哈盆地十红滩砂岩型铀矿矿石中铀与有机质进行了分离实验，认为腐殖酸中的富啡酸与砂岩后生铀富集成矿有密切关系，有一部分铀是呈富啡酸络合物形式存在并迁移、沉淀。杨殿忠等[4]又对吐哈盆地十红滩铀矿床矿石中的腐殖质进行了抽提实验，研究认为有机质对铀的吸附起重要作用的是黄腐酸，铀主要富集在黄腐酸中，且以黄腐酸铀酰络合物形式迁移、富集；腐殖酸与黄腐酸的作用有所不同，腐殖酸起着还原黄腐酸铀酰络合物为沥青铀矿的作用。薛伟等[5]通过实验研究了鄂尔多斯盆地东北缘侏罗系铀矿化与有机质的关系，认为流体中铀元素在砂岩层内流动和沉淀成矿与地层中有机质的氧化分解相伴发生。孙庆津等[6]通过实验模拟研究有机质在铀成矿过程中的作用，认为腐殖酸在地质条件下与铀进行配位络合，以六价铀酰配合物的形式在流体中被搬运迁移，促进分散的铀源进行富集，当迁移的铀酰配合物遇到煤、油、气所形成的还原化学障时，在适当的条件下，发生氧化还原反应，导致成矿物质沉淀，形成铀矿化。

笔者通过近年来在鄂尔多斯盆地东南缘双龙铀矿的工作实践发现，含矿砂体内有机质与铀矿化的关系不尽相同，部分有机质与铀矿化关系十分紧密，部分有机质与铀矿化几乎没有关系，并不能将砂体内的有机质简单的概括为吸附剂与还原剂，应该从有机质形态、产状、密集程度、成熟度等方面进行微细分析，从而更详尽的探讨有机质与铀矿化的关系，为后期铀矿勘查工作提供一些借鉴。

1 地质背景

研究区位于鄂尔多斯盆地的东南部黄陵县境内，大地构造位置处于伊陕斜坡区南端、店彬褶皱带北部(图1)。区内构造活动较弱，以东南向西北缓倾斜的单斜构造为主，地层倾角小于5°，发育少量北东向展布的舒缓开阔的小型褶曲，断裂构造不发育[7-12]。

图1 鄂尔多斯盆地南缘构造纲要及研究区位置图Fig.1 Structure outline of southern margin of Ordos basin and study area location map

区内钻孔揭露的地层主要为中生代陆相地层，自下往上依次为(图2)：上三叠统延长组(T3y)，灰色、灰绿色细碎屑岩；中侏罗统延安组(J2y)，一套沼泽相含煤碎屑岩沉积，为区内主要含煤岩系；中侏罗统直罗组(J2z)，一套河流相碎屑岩沉积，为区内储铀层；下白垩统志丹群洛河组(K1l)，为一套干旱气候条件下形成的红色沉积，主要岩性为棕红色中—细粒长石砂岩；第四系(Q)，土黄色、淡黄色黏土、亚黏土。

图2 鄂尔多斯盆地东南缘综合柱状图Fig.2 The southeastern margin of the Ordos Basin comprehensive histogram

2 含矿砂体基本特征

鄂尔多斯盆地南缘双龙铀矿赋矿层位为中侏罗统直罗组下段(J2z1)，赋矿岩性主要为灰色、灰白色、紫灰色、灰绿色中细粒长石砂岩、长石石英砂岩，呈砂状结构，块状构造(图3-a)。砂体形态呈面状、层状、似层状全区展布，厚度45～105 m，平均60 m。砂体整体呈NW缓倾的大型单斜构造，倾角小于5°，在此单斜上产生一些宽缓而不连续的褶皱及小型局部隆起与洼陷。岩相特征明显，总体以河流相沉积为主，而主要赋矿层位为辫状河砂体，粒度具下粗上细的正粒序结构。砂体中上部岩石的颜色多呈灰绿色、绿灰色，部分钻孔见到油浸现象(图3-b)，说明该层岩石发生了二次还原，即绿色蚀变(图3-c)。

含矿砂岩碎屑物含量约占90%以上，其中石英碎屑占50%～80%；长石碎屑占15%～25%，以斜长石为主，其次有钾长石，部分斜长石绢云母化；岩屑约占5%～10%，成分有酸性熔岩、蚀变岩等。碎屑物形状不规则，岩石总体为中细砂级。磨圆度中等偏低呈棱角状，分选程度中等，均匀分布。碳酸盐含量较低，一般约在3%以下，成分主要为方解石，呈微粒状散布。岩石由杂基物和碳酸盐共同胶结，呈接触式、孔隙式胶结(图3-d、3-e)。

3 含矿砂体有机质特征

选择鄂尔多斯盆地南缘双龙铀矿20个钻孔岩芯进行统计分析，发现直罗组下段砂体内富含煤线、煤屑、植物碎屑、碳屑等有机质，并且砂体上部有机质含量明显高于下部。含矿砂体上部有机质往往呈细线状、细条状、透镜状、似层状、蜂窝状等密集分布于中—细粒砂岩中(图4-a、4-b、4-c)；含矿砂岩下部有机质多呈粗条状、枝状、块状、粒状存在于含砾粗砂岩、粗砂岩中(图4-d、4-e、4-f)，密集程度差，分布不均匀。

选择13个见矿钻孔上部含矿岩芯和下部不含矿岩芯进行有机质成熟度分析(表1)，砂体上部有机质Ro值0.32%～0.49%，成熟度较低，在偏反光显微镜下对煤屑煤岩显微组分进行观察，其显微组分多为镜质组和惰质组，镜质组以结构镜质体为主。砂体下部有机质Ro值0.43%～0.76%，砂体下部有机质成熟度明显高于上部，上部有机质总体热演化程度较低，处于低成熟阶段，该阶段有机质活性大，孔隙度高，比表面积大，常具有多种活性官能团分布，具有很强的吸附能力。

图3 含矿砂体特征照片Fig.3 Microscopic photographs containing ore bodies

图4 直罗组下段砂体分布的有机质照片Fig.4 Organic photos of the distribution of sand bodies in the lower section of Zhiluo group

表1 直罗组下段砂体Ro值统计表

4 有机质与铀矿化的关系

从钻孔岩芯中可以看出，铀矿化主要集中在含矿砂体上部，受砂体上部细而密集分布的有机质控制，具体表现为砂体中见到铀矿化必然具有密集分布的细线状有机质。对比7个无矿孔和13个见矿孔，发现无矿孔砂体上部细线状有机质条带密度变稀疏，总体数量明显少于见矿孔；含矿砂体下部有机质变化不明显，仍以粗条状、块状为主，分布不均匀。

为了研究清楚形成这一现象的原因，笔者选取了见矿情况最好的4个钻孔矿段样品进行电子探针分析。样品采集的过程是利用HD-2004(γ+β)岩芯编录仪对矿段进行全面扫测，对放射性最强的矿段岩芯进行劈半、密封包装送至西安地质矿产研究所国家重点实验室完成测试。测试所用仪器型号为EMX-SM7，采用标准：GB/T 15245-2002GP/T。

从电子探针照片可以看出(图5)，有机质呈细线状、条带状、细颗粒状充填在石英颗粒间隙内。铀矿物都围绕有机质边缘分布或分布在有机质周围的空隙之中，有机质与铀矿物关系密切。这是由于这些低成熟度有机质具有很强的吸附能力，当含氧含铀流体经过砂体富含低成熟度有机质层位时，有机质作为吸附剂就会大量的吸附铀，形成了铀矿的预富集。前苏联专家古勃金H B和斯米尔诺夫A A通过实验证实，植物残骸、炭质、煤等有机质在某种程度上都吸附铀，但是有机质所吸附的铀并不牢固，不能形成工业铀矿床[13]。天然条件下工业铀矿床主要还是通过还原剂将含氧含铀溶液中U6+还原为U4+而沉淀、沉积成矿，主要的还原剂是硫化氢。

双龙铀矿含矿砂体下覆地层为延安组含煤地层和延长组含油层，这两层烃源岩中的烃类气体和硫化氢等还原气体向上逸散进入直罗组下段砂体，这部分硫化氢既能对有机质吸附的铀进行还原固矿，也能继续还原地层中的U6+离子使铀矿进行二次富集。

图5 铀矿物及其共生矿物特征(电子探针背散射图像)Fig.5 Uranium deposits and their symbiotic mineral characteristics

5 结论

通过对鄂尔多斯盆地南缘双龙铀矿直罗组下段含矿岩芯的野外观察、镜下鉴定认为：

1)直罗组下段砂体内有机质含量丰富，上部有机质呈细线状、细条状、透镜状、似层状密集分布于中细粒砂岩中；下部有机质呈粗条状、枝状、块状、粒状存在于含砾粗砂岩、粗砂岩中，密集程度差，分布不均匀；并且上部有机质含量明显高于下部。

2)铀矿化明显受含矿砂体上部细线状、细条状密集分布的有机质控制，具体表现为砂体中具有铀矿化必然具有的有机质。

3)直罗组砂体上部有机质的总体热演化程度较低，处于低成熟阶段，该阶段有机质活性大，孔隙度高，比表面积大，常具有多种活性官能团分布，对铀具有很好的吸附作用，但是这种吸附作用不是很牢固，只能形成铀矿的预富集，后期还需下部油气和煤层气中的硫化氢对其进行二次富集和还原固矿。