孫超

摘要：本研究對(duì)鄂爾多斯盆地北部大營(yíng)鈾礦床4種地球化學(xué)環(huán)境的砂巖進(jìn)行了巖心觀察、掃描電子顯微電鏡以及X-射線衍射等分析，討論了不同環(huán)境砂巖中粘土含量的變化及其變化機(jī)制，最后總結(jié)了大營(yíng)鈾礦床的粘土特征及其與鈾礦化的關(guān)系。研究表明：①大營(yíng)鈾礦床直羅組下段不同帶砂巖中粘土礦物特征具有明顯的差異性；②蒙皂石的形成消耗了更多的高嶺石；③粘土礦物的差異變化可以從側(cè)面反映出直羅組下段各帶巖石地球化學(xué)環(huán)境改變；④大營(yíng)鈾礦床粘土礦物吸附鈾礦物方面主要為蒙皂石。鈾礦物多分布在有機(jī)質(zhì)周?chē)?，與粘土礦物共生。

關(guān)鍵詞：大營(yíng)鈾礦床；粘土礦物；直羅組下段；鈾礦化

引言

粘土礦物是大多數(shù)海相和陸相沉積物的重要組成部分。由于它們的晶體結(jié)構(gòu)和顆粒小使得它們對(duì)地質(zhì)環(huán)境的變化特別敏感[1]。粘土礦物的形成方式有3種：①與風(fēng)化作用有關(guān)。風(fēng)化原巖的種類(lèi)和介質(zhì)條件，如氣候、地貌、植被因素[2]決定礦物種和保存與否；②熱液作用于圍巖，可以形成粘土礦物的蝕變富集帶[3]；③由沉積作用、成巖作用生成的粘土礦物[3]。

鄂爾多斯地塊是華北克拉通的一部分，也是其中最為穩(wěn)定的一個(gè)塊體[4]。盆地的構(gòu)造面貌和演化較為復(fù)雜，賦存有豐富的石油、天然氣以及各種金屬、非金屬礦產(chǎn)[5] [6]。近幾年，在鄂爾多斯盆地發(fā)現(xiàn)了包括皂火壕、納嶺溝在內(nèi)的多個(gè)砂巖型鈾礦床，前人的著作大多對(duì)盆地內(nèi)流體成分及二次還原改造作用、地球微量化學(xué)元素、沉積體系等進(jìn)行了較多研究，但粘土礦物在鈾成礦過(guò)程中的作用研究較少。而粘土礦物在砂巖中廣泛存在，因此對(duì)大營(yíng)礦床的粘土特征及其與鈾成礦的關(guān)系進(jìn)行研究具有重要意義[7]。

1. 地質(zhì)特征

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地內(nèi)部共劃分為6個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，即伊盟隆起、渭北隆起、西緣逆沖帶、天環(huán)坳陷、陜北斜坡及晉西撓曲帶[8]。大營(yíng)鈾礦床位于鄂爾多斯盆地一級(jí)構(gòu)造單元伊盟隆起的北部（圖1），區(qū)內(nèi)總體為SW方向傾斜的構(gòu)造斜坡，坡度較緩，傾角1°～3°，基底是由太古界，元古界結(jié)晶基底及古生界直接基底組成。蓋層厚度一般小于800m，并以中新生界沉積為主。蓋層中見(jiàn)少量褶皺構(gòu)造，斷層構(gòu)造很少見(jiàn)。中生代該單元北鄰河套古隆起，向南與伊陜斜坡構(gòu)成統(tǒng)一的穩(wěn)定斜坡帶，具良好物源，構(gòu)造環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定等特征，為直羅組下段砂體的發(fā)育和穩(wěn)定展布創(chuàng)造了極為有利的條件[9]。

1.2 目的層砂體特征及地球化學(xué)分帶

大營(yíng)鈾礦床直羅組下段下亞段是鈾礦化的主要賦存層位。經(jīng)過(guò)鉆探認(rèn)證，上亞段局部也有鈾礦化顯示，是鈾礦找礦的次要目的層。下亞段地層厚度較大，普遍大于80m，底埋深在650m～750m之間，砂體厚度大于65m，在垂向上由多個(gè)正（半）韻律層疊加而成，大多韻律底部砂體中發(fā)育以泥礫或細(xì)礫為特征的沖刷面；上亞段為沉積中期在潮濕氣候環(huán)境下的一套曲流河沉積體系，砂體厚度一般20m～45m，呈條帶狀，相變大，分布局限、泥砂互層頻繁出現(xiàn)等特點(diǎn)。

依據(jù)直羅組下段各帶不同地球化學(xué)環(huán)境，可將大營(yíng)鈾礦床各帶劃分為綠色古氧化帶、氧化——還原過(guò)渡帶、鈾礦石帶、原生巖石帶灰色帶。（圖2）

1.3 礦體特征

直羅組下亞段礦體多產(chǎn)于綠色古層間氧化帶下翼，往往產(chǎn)于綠色砂巖與灰色砂巖分界附近，大多產(chǎn)于分界附近的灰色砂巖中，受地層及層間氧化帶發(fā)育方向影響。在剖面上，礦體以平整的板狀為主，很少見(jiàn)到卷頭礦，礦化體主要沿工業(yè)體周邊分布。

2. 樣品和分析方法

典型的層間氧化帶型砂巖鈾礦應(yīng)是含氧含鈾層間水在砂巖層運(yùn)移的過(guò)程中因物理化學(xué)條件的改變而導(dǎo)致其預(yù)富集的鈾不斷淋出富集成礦[10]。因此經(jīng)過(guò)含氧含鈾水改造的綠色古氧化砂巖與原生的砂巖在環(huán)境變化和物質(zhì)成分上必然會(huì)有差別。

本次研究所用樣品采自15個(gè)地質(zhì)鉆孔的27個(gè)新鮮砂巖樣品。樣品為直羅組下段各個(gè)地球化學(xué)分帶不同砂巖。取樣時(shí)現(xiàn)場(chǎng)已將巖心的泥漿和泥皮清理干凈，以確保樣品分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。樣品的主、微量元素測(cè)試及粘土礦物分析用等離子體質(zhì)譜分析儀（ICP-MS）、D8 DISCOVER型X射線衍射儀在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測(cè)試研究所完成。

樣品的數(shù)據(jù)分析結(jié)果展示見(jiàn)表1～表4。

3. 直羅組下段各帶粘土礦物分布特征研究

大營(yíng)鈾礦床直羅組下段砂巖雜基主要為粘土礦物，包括：蒙皂石、高嶺石、伊利石、綠泥石[11]。綠色古氧化帶、還原帶、氧化——還原過(guò)渡帶中未見(jiàn)綠∕蒙混層礦物（表1-4）?，F(xiàn)將各帶粘土礦物特征介紹如下：

蒙皂石（Na，Ca）0.33（Al，Mg）2[Si4O10]（OH）2·nH2O是大營(yíng)鈾礦床的主要粘土礦物，總體含量很高，各帶相對(duì)含量占60%～85%，綠色古氧化帶平均含量略低71.2%；最高79.1%，位于鈾礦石帶含礦砂巖中。結(jié)構(gòu)上是由兩個(gè)硅氧四面體片和一個(gè)八面體片構(gòu)成的2∶1層型，一般是由長(zhǎng)石和巖屑（基性火成巖）在堿性條件下風(fēng)化形成的，酸性條件下不穩(wěn)定。電鏡下多呈鱗片狀分布在顆粒的表面或者孔隙中。（圖4-a）

高嶺石Al4[Si4O10]（OH）8含量?jī)H次于蒙皂石，各帶相對(duì)含量占6%-20%，平均含量11.5%。結(jié)構(gòu)上是一個(gè)硅氧四面體片和一個(gè)八面體片構(gòu)成的1∶1層型，粒度一般0.5μm～2.0μm[12]。在掃描電鏡下，主要呈葉片狀、蠕蟲(chóng)狀存在于碎屑顆粒之間和碎屑顆粒表面（圖4-b﹑d），常與綠泥石等其它粘土礦物伴生。高嶺石一般為氧化成因，主要是由長(zhǎng)石在酸性條件下風(fēng)化而成，且能夠穩(wěn)定存在。這也是能說(shuō)明表1中大營(yíng)鈾礦床綠色古氧化帶高嶺石含量偏高的原因。

伊利石（K，H3O）Al2[（Al，Si）Si3O4]常由白云母、鉀長(zhǎng)石風(fēng)化和蒙脫石受鉀交代而成[13]，是形成其它粘土類(lèi)礦物的過(guò)渡性礦物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，伊利石在各帶相對(duì)含量占3%-13%，平均含量8%。除了氧化——還原過(guò)渡帶外，其余各帶含量均偏低。在掃描電鏡下，伊利石多以薄膜狀包裹在碎屑顆粒表面。（圖4-c）