涂 穎，蔣孝君，任志勇，秦培鹿

(核工業(yè)二○八大隊(duì)，內(nèi)蒙古包頭 014000)

0 前言

鄂爾多斯盆地是我國(guó)重要的能源基地，蘊(yùn)含豐富的石油、天然氣、煤炭及鈾等礦產(chǎn)資源(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局，1991)。盆地內(nèi)鈾礦地質(zhì)工作始于1958年，至今已有60余年歷史，20世紀(jì)90年代以前找礦效果不明顯。核工業(yè)二○八大隊(duì)自1998年開(kāi)始在該區(qū)開(kāi)展鈾礦綜合研究與編圖，自2000年至今開(kāi)展了大量的鈾礦勘查工作，取得了巨大的找礦突破，先后發(fā)現(xiàn)和落實(shí)了大營(yíng)超大型、皂火壕特大型、納嶺溝特大型、巴音青格利大型、柴登壕大型、磁窯堡中型等一批砂巖鈾礦床，以及罕臺(tái)廟、泊太溝、蘇臺(tái)廟等一系列鈾礦產(chǎn)地，為我國(guó)鈾礦勘查奠定了良好的基礎(chǔ)(①～⑥；彭云彪等，2019)。蘇臺(tái)廟地區(qū)鈾礦勘查起步較晚，但隨著近年來(lái)砂巖層間氧化帶型鈾礦理論的不斷完善，蘇臺(tái)廟地區(qū)鈾礦勘查也取得了重要突破，落實(shí)砂巖鈾礦產(chǎn)地1處，在直羅組下段上亞段發(fā)現(xiàn)了較好的工業(yè)鈾礦化，取得了較好的找礦成果⑤～⑥。長(zhǎng)期以來(lái)，鄂爾多斯盆地作為地質(zhì)礦產(chǎn)研究熱點(diǎn)，前人做了大量研究工作，特別是近年來(lái)隨著砂巖型鈾礦找礦的不斷突破，關(guān)于鈾礦的研究也越來(lái)越多。鄂爾多斯盆地砂巖型鈾礦成因是古層間氧化成礦作用的認(rèn)識(shí)已經(jīng)得到眾多學(xué)者的廣泛認(rèn)同(張金帶等，2005；楊建新，2005；苗愛(ài)生等，2010；李西得等，2016；魯超等，2018)，大量學(xué)者更是從砂體地球化學(xué)特征、沉積環(huán)境、粘土礦物、流體、油氣等多個(gè)方面不斷完善充實(shí)古層間氧化成礦作用過(guò)程(趙宏剛和歐光習(xí)，2006；李子穎等，2007；彭云彪等，2007；漆富成等，2007；易超等，2015；丁波等，2020；李華明等，2020)，進(jìn)一步發(fā)展了層間氧化砂巖型鈾成礦理論。但蘇臺(tái)廟是近年來(lái)新突破的鈾礦產(chǎn)地，理論研究相對(duì)薄弱，僅部分學(xué)者對(duì)其鈾成礦條件(李強(qiáng)，2018)、控制因素及找礦標(biāo)志(陳霜等，2019)和直羅組下段沉積特征(張賓等，2020)進(jìn)行了初步討論，作為重要找礦依據(jù)之一的氧化還原分帶的研究尚局限于巖心觀察層面，急需地球化學(xué)等更精細(xì)化的證據(jù)補(bǔ)充。本文通過(guò)對(duì)蘇臺(tái)廟地區(qū)賦礦層位直羅組下段上亞段不同蝕變分帶砂巖的特征解剖和環(huán)境地球化學(xué)分析，詳細(xì)劃分該區(qū)古層間氧化帶的后生蝕變亞帶，并初步建立分帶指標(biāo)模式，然后在此基礎(chǔ)上，對(duì)找礦目的層直羅組下段上亞段砂巖常量元素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究古層間氧化帶不同蝕變亞帶砂巖之間的地球化學(xué)行為，討論古層間氧化帶演化機(jī)制及對(duì)鈾成礦的指示意義，從而為進(jìn)一步鈾礦勘查提供理論依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

蘇臺(tái)廟地區(qū)位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯市杭錦旗境內(nèi)，屬于鄂爾多斯盆地北部高原區(qū)，構(gòu)造位置上處于鄂爾多斯中新生代盆地北部的伊盟隆起帶北部，北鄰河套斷陷，南接伊陜斜坡(圖1b)，且位于呼斯梁-皂火壕巨型鈾成礦帶的北西側(cè)。研究區(qū)揭露地層主要包括下白堊統(tǒng)(K1)、中侏羅統(tǒng)直羅組(J2z)和延安組(J2y)，其中穩(wěn)定分布的直羅組下段三角洲平原相砂帶，是后期鈾成礦良好的儲(chǔ)層空間(李強(qiáng)，2018)。印支運(yùn)動(dòng)造就了盆地由北西向南東傾斜的大型斜坡帶，為直羅組下段砂體的穩(wěn)定連續(xù)展布提供了地形條件。研究區(qū)主要找礦目的層是直羅組下段上亞段(J2z1-2)，受燕山運(yùn)動(dòng)影響，盆地整體向西掀斜，其底面標(biāo)高總體呈現(xiàn)了由北東向南西逐漸降低的特征(圖1a)，發(fā)育向南西傾斜的單斜構(gòu)造，傾角約2°～6°⑥，為古層間氧化帶的發(fā)育提供了水動(dòng)力條件，也為北部河套古隆起長(zhǎng)期穩(wěn)定的含氧含鈾水補(bǔ)給提供可能。

圖1 蘇臺(tái)廟地區(qū)直羅組下段上亞段底標(biāo)高等值線圖(b)及構(gòu)造位置簡(jiǎn)圖(a)Fig.1 Contours (colored,b) of bottom elevation of upper sub-member in lower member of Zhiluo Formation of Sutaimiao area,and sketch (a) showing tectonic setting1-工業(yè)礦孔；2-礦化孔；3-無(wú)礦孔；4-剝蝕邊界；5-地名；6-一級(jí)構(gòu)造單元分界線；7-二級(jí)構(gòu)造單元分界線；8-一級(jí)構(gòu)造單元編號(hào)：Ⅰ-伊陜單斜；Ⅱ-河套斷陷；Ⅲ-阿拉善斷塊；Ⅳ-陰山斷塊；Ⅴ-山西斷塊;9-二級(jí)構(gòu)造單元編號(hào)：Ⅰ1-伊盟隆起；Ⅰ2-西緣逆沖帶；Ⅰ3-天 環(huán)向斜；Ⅰ4-伊陜斜坡；Ⅰ5-晉西撓褶帶1-industrial ore hole;2-mineralized hole;3-barren hole;4-denudation boundary;5-place name;6-first-order tectonic unit boundary;7-second-order tectonic unit boundary;8-first-order tectonic unit number:I-Yishan monocline;II-Hetao fault-depression;III-Alashan fault-block;IV-Yinshan fault-block;V-Shanxi fault-block;9-second-order tectonic unit number:I1-Yimeng uplift;I2-west margin thrust belt;I3-Tianhuan syncline;I4-Yishan slope;I5-Jinxi deflection fold belt

2 樣品采集及分析方法

在蘇臺(tái)廟地區(qū)直羅組砂巖中分別采取了116組地球化學(xué)環(huán)境樣品和48組常量元素樣品。其中地球化學(xué)環(huán)境樣品統(tǒng)計(jì)了研究區(qū)絕大多數(shù)數(shù)據(jù)，涵蓋了區(qū)內(nèi)15個(gè)鉆孔，常量元素樣品則分別采自鉆孔ZKS371-95、ZKS723-87、ZKS627-47和ZKS691-55(圖1)。樣品的分析測(cè)試均在核工業(yè)包頭地質(zhì)礦產(chǎn)分析測(cè)試中心完成。

常量元素采用硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第28部分16個(gè)主次成分量測(cè)定方法測(cè)定，其中氧化亞鐵采用硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法第14部分氧化亞鐵量測(cè)定方法測(cè)定。有機(jī)碳采用灼燒-非水滴定法測(cè)定，全硫采用高頻燃燒-紅外吸收光譜法測(cè)定，低價(jià)流采用重量法測(cè)定，二氧化碳采用非水滴定容量法，氧化還原電位采用電位法測(cè)定。

3 古層間氧化帶特征

根據(jù)鉆探揭露和綜合研究，蘇臺(tái)廟地區(qū)氧化砂巖與傳統(tǒng)層間氧化砂巖不同，主要是其顏色表現(xiàn)為不同程度的綠色、灰綠色，而非黃色、紅色、褐色等傳統(tǒng)氧化色，這與其在早期古氧化作用之后又經(jīng)歷了油氣的二次還原改造有關(guān)(漆富成等，2007)，屬古層間氧化砂巖；原生(還原)砂巖則表現(xiàn)為不同程度的灰色；而鈾礦化均產(chǎn)于綠色砂巖與灰色砂巖疊置帶附近的灰色砂巖中，垂向上位于氧化-還原界面的上下翼。所以對(duì)古層間氧化帶的亞帶進(jìn)行精確劃分，并能夠精準(zhǔn)識(shí)別各亞帶的地質(zhì)特征，對(duì)進(jìn)一步的鈾礦勘查具有直接的指導(dǎo)作用。

研究區(qū)古層間氧化帶通常分為古氧化帶和還原帶兩部分，本文將古氧化帶進(jìn)一步細(xì)分為古氧化殘留帶和二次還原帶，還原帶進(jìn)一步細(xì)分為疊置帶和原生帶，其中疊置帶位于氧化-還原前鋒線附近靠近還原帶一側(cè)，是還原帶中分離出的亞帶，也是研究區(qū)主要的含礦亞帶。

通過(guò)對(duì)蘇臺(tái)廟地區(qū)已有工程縱向和橫向上采集的116件巖石地球化學(xué)環(huán)境樣品的統(tǒng)計(jì)分析⑥，筆者詳細(xì)研究了古層間氧化帶不同亞帶的特征，并討論了各亞帶巖石地球化學(xué)環(huán)境參數(shù)的變化規(guī)律及與鈾礦化的關(guān)系，分析項(xiàng)目包括Fe3+、Fe2+、全硫、S2-、有機(jī)碳含量、△Eh和CO2，具體統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 古層間氧化帶亞帶地球化學(xué)環(huán)境參數(shù)表Table 1 Geochemical environmental parameters of paleo interlayer oxidation zones

3.1 古氧化殘留帶

蘇臺(tái)廟地區(qū)古氧化殘留砂巖通常不含礦，鈾含量普遍較低；Fe3+/Fe2+比值較高，平均3.07；ω(C有)較低，平均0.28%；ω(S全)較低，平均0.08%；ω(S2-)較低，平均0.04%；ω(CO2)較低，平均0.29%；△Eh較低，平均24 mV。

該亞帶砂巖顏色多呈現(xiàn)為紫紅色、磚紅色，粒度較細(xì)，以細(xì)砂巖、粉砂巖為主，膠結(jié)程度較高，多數(shù)被綠色的二次還原砂巖包裹產(chǎn)出(圖2a)，未見(jiàn)炭屑、黃鐵礦等還原性物質(zhì)，褐鐵礦化強(qiáng)烈，表現(xiàn)出明顯的被氧化特征。該亞帶砂巖早期經(jīng)歷了強(qiáng)烈的古層間氧化作用，形成了古氧化砂體，后期深部油氣上移，使古氧化砂體發(fā)生還原作用，但砂體受粒度、孔隙度、致密程度、膠結(jié)程度、還原物質(zhì)含量等物理化學(xué)特性及外部環(huán)境影響，導(dǎo)致局部還原不徹底，從而形成了古氧化殘留砂巖(圖3)。

圖2 蘇臺(tái)廟地區(qū)古層間氧化帶各亞帶砂巖特征Fig.2 Sandstone characteristics of subzones of paleo interlayer oxidation zone in Sutaimiao areaa-古氧化殘留砂巖；b-二次還原砂巖；c-疊置帶(含礦)砂巖；d-原生砂巖a-paleo oxidation residual sandstone;b-secondary reduction sandstone;c-superimposed zone (ore bearing) sandstone;d-primary sandstone

3.2 二次還原帶

蘇臺(tái)廟地區(qū)二次還原(古氧化)砂巖Fe3+/Fe2+平均比值為1.02；ω(C有)平均為0.42%；ω(S全)較低，平均0.08%；ω(S2-)較低，平均0.05%；ω(CO2)平均為1.63%；△Eh平均為31 mV。

該亞帶砂巖顏色表現(xiàn)為不同程度的綠色、灰綠色(圖2b)，以細(xì)砂巖、粗砂巖為主，膠結(jié)程度較低，砂質(zhì)疏松，極少見(jiàn)到炭屑、黃鐵礦等還原性物質(zhì)，局部包含的泥礫可見(jiàn)紅色的殘留氧化邊，說(shuō)明了砂巖曾經(jīng)被氧化，有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦等均被氧化分解，反映其早期經(jīng)歷了強(qiáng)烈的古層間氧化作用，后期又經(jīng)歷了來(lái)自深部油氣的還原作用。

3.3 疊置(含礦)帶

氧化還原疊置帶是研究區(qū)主要的找礦部位，鈾含量通常明顯高于圍巖，本次數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的樣品全部來(lái)自于該帶低品位礦石；Fe3+/Fe2+平均比值為1.64；ω(C有)較低，平均0.24%；ω(S全)較高，平均0.40%；ω(S2-)較高，平均0.22%；ω(CO2)平均為1.84%；△Eh較高，平均41 mV。

疊置(含礦)帶砂巖顏色通常表現(xiàn)為灰色、暗灰色(圖2c)，以中砂巖、粗砂巖為主，部分細(xì)砂巖中也見(jiàn)有鈾礦化(圖3)。巖石總體膠結(jié)程度較低，砂質(zhì)疏松，多見(jiàn)炭屑和細(xì)晶狀黃鐵礦，同時(shí)可見(jiàn)褐鐵礦化及赤鐵礦化蝕變。有機(jī)碳、黃鐵礦等不僅是還原劑，也是良好的吸附劑，且在還原條件下，具有更強(qiáng)的吸附能力。砂巖型鈾成礦過(guò)程中，鈾在還原環(huán)境中更難遷移，更利于鈾的沉淀存儲(chǔ)。鈾礦化一般產(chǎn)出于氧化-還原疊置部位，含鈾的層間流體遇到疊置帶的還原障而沉淀富集。目前已發(fā)現(xiàn)的礦體基本都產(chǎn)于疊置帶砂巖的上下翼，厚度較薄，疊置帶的“舌”部是重要的找礦部位(圖4)。

圖3 蘇臺(tái)廟地區(qū)古水流方向上鉆孔剖面圖Fig.3 Borehole profile in the direction of paleocurrent in Sutaimiao area1-下白堊統(tǒng)；2-直羅組上段；3-直羅組下段上亞段；4-直羅組下段下亞段；5-分層界線；6-巖性界線；7-氧化前鋒線；8-泥巖；9-古氧化 殘留帶；10-二次還原帶；11-疊置帶；12-原生帶；13-礦體；14-礦化段；15-鉆孔編號(hào)及標(biāo)高；16-伽瑪曲線1-Lower Cretaceous;2-upper member of Zhiluo Formation;3-upper sub-member of lower Zhiluo Formation;4-lower sub-member of lower Zhiluo Formation;5-layered boundary;6-lithologic boundary;7-oxidation front line;8-mudstone;9-paleo oxidation residual zone;10-secondary reduction zone;11-superimposed zone;12-primary zone;13-ore body;14-mineralized section;15-borehole number and elevation;16-gamma curve

3.4 原生帶

蘇臺(tái)廟地區(qū)原生砂巖Fe3+/Fe2+平均比值為0.97；ω(C有)含量較高，平均為0.51%；ω(S全)平均為0.31%；ω(S2-)平均為0.20%；ω(CO2)含量較高，平均為3.75%；△Eh平均為39 mV。

原生砂巖顏色一般表現(xiàn)為不同程度的灰色，粒度范圍廣，細(xì)砂巖、中砂巖、粗砂巖均有分布，膠結(jié)程度低，砂質(zhì)較疏松，局部見(jiàn)有鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖，砂質(zhì)堅(jiān)硬(圖3)。巖石未經(jīng)歷早期古層間氧化作用，故見(jiàn)有較多的炭屑和團(tuán)塊狀黃鐵礦等還原性物質(zhì)(圖2d)。

3.5 地球化學(xué)環(huán)境參數(shù)規(guī)律

蘇臺(tái)廟地區(qū)直羅組下段砂體先后經(jīng)歷了古氧化作用、主鈾成礦期、二次還原作用、疊加鈾成礦作用等，不同區(qū)段不同地質(zhì)演化過(guò)程的疊加，形成了如今地下復(fù)雜的地質(zhì)形態(tài)，而地球化學(xué)環(huán)境參數(shù)的變化規(guī)律可以一定程度上反映其演化過(guò)程。

研究區(qū)各亞帶砂巖Fe3+/Fe2+比值具有從古氧化帶到還原帶逐漸降低的趨勢(shì)，其中疊置帶出現(xiàn)了突然增高的現(xiàn)象；ω(S全)和ω(S2-)含量在還原帶中明顯高于古氧化帶，兩者表現(xiàn)了相同的演化趨勢(shì)，且疊置亞帶又高于原生亞帶；還原帶中ω(C有)明顯高于古氧化帶，其中二次還原亞帶高于古氧化殘留亞帶，原生亞帶高于含礦疊置亞帶(圖4)。

圖4 蘇臺(tái)廟地區(qū)古層間氧化帶分帶指標(biāo)模式圖Fig.4 The mode chart of the altered zonation in Sutaimiao area1-古氧化殘留砂巖；2-二次還原砂巖；3-疊置帶(含礦)砂巖；4-原生砂巖；5-環(huán)境指標(biāo)曲線1-paleo oxidation residual sandstone;2-secondary reduction sandstone;3-superimposed zone (ore-bearing) sandstone;4-primary sandstone; 5-environmental index curve

筆者認(rèn)為這是由于原生砂巖成巖后，近地表的砂巖經(jīng)歷了含氧水的氧化改造，形成了早期的古氧化帶和還原帶，在氧化-還原疊置帶附近的有利位置形成了早期的鈾礦化；后期深部油氣攜帶著大量的還原性物質(zhì)上移，進(jìn)入砂體中，使古氧化砂巖發(fā)生了二次還原作用，不僅利于原礦體的保存，也為后期的鈾成礦提供更充足的還原劑(漆富成等，2007)。其中油氣逸散方向上部由于還原不徹底形成了古氧化殘留砂巖。

早期的古氧化作用，含氧水大量分解巖石中的黃鐵礦和有機(jī)碳，將Fe2+轉(zhuǎn)換為Fe3+，低價(jià)S轉(zhuǎn)變?yōu)楦邇r(jià)S，而S元素和C元素進(jìn)入流體流失，直接導(dǎo)致古氧化帶中Fe3+/Fe2+比值升高及ω(C有)、ω(S全)和ω(S2-)含量的降低。

鈾成礦期間，盆地再次抬升，含氧含鈾水由北東向南西在古層間氧化帶中運(yùn)移，從古氧化帶進(jìn)入還原帶中，隨著有機(jī)碳和黃鐵礦等還原性物質(zhì)的突然大量增加，環(huán)境也由氧化逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原環(huán)境，鈾元素發(fā)生沉淀富集成礦作用。鈾成礦過(guò)程中，氧化作用將Fe2+進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為Fe3+，使疊置亞帶中Fe3+/Fe2+比值明顯高于原生亞帶；含氧含鈾水在經(jīng)過(guò)古氧化帶時(shí)，分解了少量的殘留黃鐵礦，流體中補(bǔ)充了少量的S元素，使疊置亞帶中ω(S全)含量發(fā)生了微弱的沉淀升高，而ω(S2-)未發(fā)生明顯變化；疊置亞帶中ω(C有)含量明顯低于原生亞帶，則與有機(jī)碳被含氧含鈾水氧化分解有關(guān)。

后期的油氣二次還原作用，再將Fe3+還原為Fe2+，于是二次還原帶中Fe3+/Fe2+比值發(fā)生顯著下降，油氣中富含C元素，但缺乏S元素，因此，ω(S全)和ω(S2-)含量沒(méi)有發(fā)生明顯變化，而ω(C有)發(fā)生一定程度的升高。

4 常量元素遷移規(guī)律探討

在蘇臺(tái)廟地區(qū)共采集了48件常量元素樣品，樣品的采集盡量以(含礦)疊置帶為中心向上下圍巖輻射，以討論不同亞帶常量元素的演化趨勢(shì)及與鈾礦化的關(guān)系，分析項(xiàng)目和具體結(jié)果見(jiàn)表2。

對(duì)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行了分帶統(tǒng)計(jì)，結(jié)果(表3)顯示，在古層間氧化帶的地質(zhì)演化過(guò)程中，各亞帶常量元素的含量發(fā)生了明顯的變化，其變化規(guī)律則是巖石礦物地球化學(xué)的一種反映，利用這種規(guī)律可以初步推演不同亞帶所經(jīng)歷的地質(zhì)過(guò)程，這對(duì)進(jìn)一步研究鈾成礦作用具有一定的指示意義。

表3 蘇臺(tái)廟地區(qū)古層間氧化帶各亞帶常量元素含量統(tǒng)計(jì)表(%)Table 3 Statistics of major element contents (%) in each sub zone of paleo interlayer oxidation zone in Sutaimiao area

通過(guò)各亞帶分析數(shù)據(jù)與蘇臺(tái)廟地區(qū)原生砂巖的平均含量的對(duì)比，得出了各常量元素在各亞帶之間的遷入遷出情況(表4)，再結(jié)合各元素在地質(zhì)演化過(guò)程中對(duì)pH和Eh等介質(zhì)條件變化的響應(yīng)強(qiáng)度，將蘇臺(tái)廟地區(qū)常量元素初步劃分為活動(dòng)、次活動(dòng)和惰性等3類組分。

表4 蘇臺(tái)廟地區(qū)古層間氧化帶各亞帶常量元素增量表(%)Table 4 Increment (%) of major elements in each sub-zone of paleo interlayer oxidation zone in Sutaimiao area

4.1 活動(dòng)組分

研究區(qū)常量元素活動(dòng)組分包括SiO2、Al2O3、TFe2O3和CaO，其活動(dòng)性較強(qiáng)，在不同亞帶之間發(fā)生了顯著且有規(guī)律的變化(圖5a)。

SiO2與原生砂巖相比，其他亞帶增量均為正值，其中二次還原亞帶最高，增量達(dá)4.47%；CaO與原生砂巖相比，古氧化殘留亞帶和二次還原帶均表現(xiàn)了遷出特征，而疊置亞帶則表現(xiàn)了弱的遷入特征(表4、圖5a)。據(jù)Siever(1957)計(jì)算，SiO2與CaCO3在pH值等于9.8，溫度等于25℃時(shí)，基本保持平衡狀態(tài)；當(dāng)pH>9.8時(shí)，石英溶解，方解石沉淀；當(dāng)pH<9時(shí)，石英沉淀，方解石溶解。鄂爾多斯盆地北東部古氧化帶砂巖中層間流體通常以中性或偏堿性為主，當(dāng)流體從古氧化帶進(jìn)入還原帶中，氧化環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原環(huán)境，酸堿度也由偏堿性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槠嵝?Li et al.,2008)。其中酸性條件下更易生長(zhǎng)親硫離子的細(xì)菌和微生物(趙瑞全等，1998)，這也進(jìn)一步導(dǎo)致還原帶砂巖中硫離子明顯高于古氧化帶，且這是一個(gè)相互作用的過(guò)程。因此，流體從地表到古氧化帶，再到還原帶，整體上具有由堿變酸的趨勢(shì)，流體溶解巖石中SiO2的能力不斷加強(qiáng)，造成了流體方向上游的古氧化殘留亞帶向下游的原生亞帶SiO2含量逐漸降低的規(guī)律。其中二次還原亞帶中增量顯著增高則可能是由于后期的油氣二次還原作用伴有含Si物質(zhì)的生成有關(guān)，這一點(diǎn)同研究區(qū)東部的納嶺溝和大營(yíng)鈾礦床一致，但研究區(qū)古氧化殘留帶SiO2增量為正值，與納嶺溝和大營(yíng)鈾礦床不同，這與納嶺溝和大營(yíng)鈾礦床石英遭受了較強(qiáng)的溶蝕有關(guān)(易超等，2015)。與此同時(shí)，受古層間氧化帶中介質(zhì)條件(Eh、pH等)的變化影響，古氧化帶中斜長(zhǎng)石發(fā)生蝕變作用，方解石發(fā)生溶解作用，不斷釋放Ca2+離子，然后隨流體遷出；但疊置亞帶中卻表現(xiàn)了遷入特征，這是由于鈾成礦過(guò)程中流體攜帶的碳酸鈾酰絡(luò)合物發(fā)生還原作用，形成鈾礦物發(fā)生沉淀，同時(shí)形成的CO32-離子與流體中Ca2+離子發(fā)生反應(yīng)，生成方解石沉淀(王金平等，2005；李金寶等，2006；樊愛(ài)萍等，2007)，因此，疊置亞帶中CaO含量較高，但其增量0.84%低于古氧化帶總遷出量2.89%，說(shuō)明仍有大量CaO隨流體流失。

Al2O3與原生砂巖相比，古氧化殘留亞帶表現(xiàn)了遷入特征，增量為1.13%，二次還原亞帶和疊置亞帶表現(xiàn)了不同程度的遷出，增量分別為-0.11%和-1.34%(表4、圖5a)。該遷移規(guī)律與伊犁盆地庫(kù)捷爾太鈾礦床一致(王金平等，2005)，首先二次還原亞帶和疊置亞帶SiO2含量絕對(duì)含量增加，因此Al2O3相對(duì)含量相對(duì)降低，但更重要的是，古層間氧化帶流體方向上具有由堿變酸的趨勢(shì)，特別是進(jìn)入疊置亞帶，流體中突然增加了大量的有機(jī)酸和S2-離子，pH值相對(duì)較低，極大地提高了長(zhǎng)石的溶解能力，使鋁硅酸鹽以有機(jī)絡(luò)合物形式遷移，造成SiO2和Al2O3的流失(史基安等，1994)。

圖5 蘇臺(tái)廟地區(qū)古層間氧化帶不同亞帶常量元素遷移圖解Fig.5 Migration diagram of major elements in different subzones of paleo interlayer oxidation zone in Sutaimiao area

TFe2O3與Al2O3相似，與原生砂巖相比，古氧化殘留亞帶也表現(xiàn)了遷入特征，增量為0.70%，二次還原亞帶和疊置亞帶則表現(xiàn)了不同程度的遷出，增量分別為-0.65%和-0.44%(表4、圖5a)。TFe2O3的遷移規(guī)律與伊犁盆地庫(kù)捷爾太鈾礦床也具有高度的相似性(王金平等，2005)。鄂爾多斯盆地古氧化階段，淺地表富含F(xiàn)e元素的含氧水進(jìn)入古層間氧化帶中，發(fā)生氧化作用的同時(shí)，F(xiàn)e元素形成Fe3+沉淀，隨著流體中Fe不斷沉淀消耗，不同亞帶增量不斷減少(易超等，2015)。但二次還原亞帶和疊置亞帶中TFe2O3表現(xiàn)了遷出特征，這是由于二次還原過(guò)程中，油氣中酸解烴將砂巖中Fe3+還原為Fe2+發(fā)生遷移所致(漆富成等，2007)，其中疊置亞帶遷出相對(duì)較弱則是因?yàn)殁櫝傻V作用使其還原性降低，酸解烴與其發(fā)生了弱的還原作用所致。

4.2 次活動(dòng)組分

研究區(qū)常量元素次活動(dòng)組分包括Na2O、MgO和TiO2，其活動(dòng)性其次，在不同亞帶之間發(fā)生了一定的變化(圖5b)。

Na2O與原生砂巖相比，古氧化殘留亞帶和二次還原亞帶含量明顯較高，而疊置亞帶偏低(表4、圖5b)。Na2O的遷移主要與長(zhǎng)石的蝕變和溶解作用有關(guān)，在埋深較淺的條件下(<1500 m)，斜長(zhǎng)石比鈉長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石更容易蝕變和溶解，形成高嶺石和蒙皂石等，Na+隨流體遷出，特別是疊置亞帶中pH值降低，長(zhǎng)石溶解能力明顯增強(qiáng)(史基安等，1994)，Na+遷出速率加快，而進(jìn)入原生亞帶，由于流體中Na+離子含量逐漸升高，溶蝕能力反而下降，Na+遷出速率降低。因此，Na2O在古層間氧化帶中總體是遷出的，由于不同亞帶遷出能力不同，從而形成了現(xiàn)今的Na2O組分分布特征。

MgO與原生砂巖相比，古氧化殘留亞帶、二次還原亞帶和疊置亞帶均表現(xiàn)了遷出特征，其中疊置亞帶遷出量明顯增高，增量達(dá)-0.24%(表4、圖5b)。MgO在砂巖中主要以長(zhǎng)石類礦物和碳酸鹽形式存在，其中長(zhǎng)石中MgO的演化同Na2O相似，通過(guò)溶蝕作用流失，但流失程度相對(duì)較弱；而碳酸鹽中的MgO在疊置亞帶的偏酸性環(huán)境下溶解流失明顯。

TiO2與原生砂巖相比，古氧化殘留亞帶含量最高，二次還原亞帶和疊置亞帶均表現(xiàn)為遷出特征(表4、圖5b)。蘇臺(tái)廟地區(qū)總體上鈦含量較高，可能與含鈦副礦物含量較高有關(guān)。通常鈦鐵氧化物的豐度在原始沉積巖中是比較一致的，在氧化帶中相對(duì)穩(wěn)定，而蘇臺(tái)廟地區(qū)下伏油氣層中包含硫化氫等的還原性氣體后期向上運(yùn)移，進(jìn)入直羅組砂巖中，發(fā)生二次還原作用的同時(shí)還發(fā)生了硫化作用，在此過(guò)程中黃鐵礦和白鐵礦部分交代鈦鐵氧化物(鄭一星，1986)，造成了TiO2的流失。其中古氧化殘留亞帶保留了古氧化特征，受油氣影響最小，含量相對(duì)較高，而二次還原亞帶受油氣影響最為深刻，TiO2遷出最明顯。

4.3 惰性組分

研究區(qū)常量元素惰性組分包括K2O、MnO和P2O5，其活動(dòng)性微弱，在不同亞帶之間的變化幅度很小(圖5c)，屬于穩(wěn)定的元素。其中MnO和P2O5通常與重礦物有關(guān)，在水-巖作用中參與度極低。K2O活動(dòng)性低的特征則與伊犁盆地庫(kù)捷爾太鈾礦床和鄂爾多斯盆地納嶺溝、大營(yíng)鈾礦床均不同(王金平等，2005；易超等，2015)。K2O含量通常與長(zhǎng)石類礦物及其蝕變礦物有關(guān)，其活動(dòng)性低可能是由于研究區(qū)構(gòu)造演化過(guò)程中未發(fā)生明顯的沉降，直羅組埋深較淺(<1500 m)，且后期也未發(fā)生明顯的構(gòu)造熱事件，巖石沒(méi)有明顯的升溫，因此鉀長(zhǎng)石的蝕變和溶解作用較微弱(史基安等，1994)。

4.4 直羅組砂巖演化規(guī)律及指示意義

綜合研究蘇臺(tái)廟地區(qū)直羅組下段上亞段砂巖的地球化學(xué)環(huán)境特征和常量元素運(yùn)移特征，其不同的變化規(guī)律反映了目的層砂巖在沉積之后又經(jīng)歷了復(fù)雜且漫長(zhǎng)的地球化學(xué)演化過(guò)程。研究區(qū)除了MnO和P2O5兩種惰性組分之外，其他常量元素演化規(guī)律均與其東部納嶺溝和大營(yíng)鈾礦床有不同程度的區(qū)別(易超等，2015)，指示研究區(qū)可能具有不同的地質(zhì)演化過(guò)程，后續(xù)勘查工作應(yīng)加強(qiáng)對(duì)比，尋找本區(qū)的成礦中心。

鄂爾多斯盆地北東部在中生代早期，總體格局為北西高南東低，形成了延安組和直羅組厚大穩(wěn)定的砂帶。白堊紀(jì)以后，盆地北部、東部分別抬起，整體又呈現(xiàn)為北東高南西低的構(gòu)造格局，為目的層直羅組下段上亞段后續(xù)長(zhǎng)期穩(wěn)定的北東南西向古氧化作用提供了有利條件⑥。古層間氧化過(guò)程中，古層間氧化帶流體方向上具有由堿變酸的趨勢(shì)，淺地表富含F(xiàn)e的含氧水進(jìn)入砂體，隨著介質(zhì)條件的變化Fe逐漸沉淀，同時(shí)伴隨斜長(zhǎng)石和碳酸鹽的溶解，造成Si、Al、Na、Ca和Mg的向下游運(yùn)移和流失，特別是疊置亞帶中pH值相對(duì)較低，遷出更明顯。

古層間氧化帶形成之后，長(zhǎng)期穩(wěn)定的含氧含鈾水進(jìn)入古層間氧化帶中，發(fā)生了第一期鈾成礦作用，也是研究區(qū)的主成礦期。期間，流體中碳酸鈾酰絡(luò)合物形成鈾礦物的同時(shí)，釋放出CO32-離子，與流體中Ca2+離子生成方解石沉淀，造成疊置亞帶Ca含量升高。鈾成礦作用消耗還原性物質(zhì)，并不斷改變?cè)搧啂У慕橘|(zhì)條件。

后期二次還原過(guò)程中，油氣中上移的酸解烴、硫化氫等還原性氣體進(jìn)入直羅組砂巖，發(fā)生還原作用和硫化作用，不僅利于保礦，也為后續(xù)的多期次鈾疊加成礦作用提供了還原劑，同時(shí)導(dǎo)致了二次還原亞帶和疊置亞帶中TFe2O3流失和鈦鐵氧化物的交代流失；該過(guò)程還伴隨有含Si物質(zhì)的生成，所以二次還原亞帶和疊置亞帶Si含量有后期遷入，且二次還原亞帶遷入顯著。

研究區(qū)常量元素的演化特征，K2O含量通常與長(zhǎng)石類礦物及其蝕變礦物有關(guān)，其活動(dòng)性低可能是由于研究區(qū)構(gòu)造演化過(guò)程中未發(fā)生明顯的沉降，直羅組埋深較淺(<1500 m)，且后期也未發(fā)生明顯的構(gòu)造熱事件，巖石沒(méi)有明顯的升溫，因此鉀長(zhǎng)石的蝕變和溶解作用較微弱(史基安等，1994)。

綜上所述，蘇臺(tái)廟地區(qū)還原介質(zhì)和常量元素Ca的演化規(guī)律與鈾成礦作用有著密切的關(guān)系，而常量元素Si、Fe、Ti的演化還明顯受到二次還原作用的影響，其演化規(guī)律對(duì)尋找后期鈾疊加成礦作用形成的礦體具有一定的指示意義。研究區(qū)的鈾礦勘查不僅要重點(diǎn)關(guān)注直羅組下段上亞段的疊置亞帶，還應(yīng)兼顧尋找二次還原亞帶中的后生礦體。

5 結(jié)論

(1)結(jié)合巖石特性和地球化學(xué)環(huán)境特征，將蘇臺(tái)廟地區(qū)直羅組下段上亞段砂巖詳細(xì)劃分為古氧化殘留帶、二次還原帶、疊置帶和原生帶等4個(gè)亞帶，不同亞帶之間的地球化學(xué)環(huán)境特征越顯著，分帶演化越完善，更利于鈾成礦。

(2)研究區(qū)直羅組砂巖常量元素在古層間氧化帶中具有明顯的活動(dòng)性，根據(jù)其活動(dòng)規(guī)律，認(rèn)為巖石依次經(jīng)歷了成巖作用、古氧化作用、主成礦期鈾成礦作用、二次還原作用和疊加鈾成礦作用等，且在演化過(guò)程中未經(jīng)歷大幅度的沉降和明顯的構(gòu)造熱事件。

(3)研究區(qū)鈾成礦作用與還原介質(zhì)和Ca含量關(guān)系最密切，其次是常量元素Si、Fe、Ti。鈾礦勘查應(yīng)以直羅組下段上亞段的疊置亞帶為重點(diǎn)，并兼顧二次還原亞帶。

致謝：核工業(yè)二○八大隊(duì)蘇臺(tái)廟項(xiàng)目組全體成員在野外工作中提供了幫助，核工業(yè)二○八大隊(duì)分析測(cè)試中心在樣品測(cè)試分析過(guò)程中提供了支持，成文過(guò)程中得到了核工業(yè)二○八大隊(duì)研究員級(jí)高工侯樹(shù)仁的指導(dǎo)意見(jiàn)，在此一并表示衷心的感謝。

[注 釋]

①核工業(yè)二○八大隊(duì).2000.內(nèi)蒙古杭錦旗-東勝地區(qū)砂巖型鈾成礦地質(zhì)條件研究及編圖成果報(bào)告[R].

②核工業(yè)二○八大隊(duì).2005.鄂爾多斯盆地北部地浸砂巖型鈾資源調(diào)查評(píng)價(jià)成果報(bào)告[R].

③張金帶，李子穎，簡(jiǎn)曉飛等.2010.中國(guó)鈾礦床研究評(píng)價(jià)[R].

④核工業(yè)二○八大隊(duì).2012.鄂爾多斯盆地西北緣鈾礦調(diào)查評(píng)價(jià)成果報(bào)告[R].

⑤核工業(yè)二○八大隊(duì).2017.內(nèi)蒙古鄂爾多斯市蘇臺(tái)廟-巴音淖爾地區(qū)鈾礦資源調(diào)查評(píng)價(jià)成果報(bào)告[R].

⑥核工業(yè)二○八大隊(duì).2019.內(nèi)蒙古杭錦旗蘇臺(tái)廟地區(qū)鈾礦預(yù)查成果報(bào)告[R].

[附中文參考文獻(xiàn)]

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