朱斌，吳玉，鐘軍，陳虹，東前，毛廣振

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 中核集團(tuán)鈾資源勘查與評價技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；2.核工業(yè)二一六大隊，新疆 烏魯木齊 830011）

準(zhǔn)噶爾盆地位于新疆北部，夾持于阿爾泰山脈與天山山脈之間，是新疆境內(nèi)第二大盆地，蘊(yùn)含石油、天然氣、煤炭等能源礦產(chǎn)，也是我國砂巖型鈾礦的重點(diǎn)勘查區(qū)。該盆地及周邊鈾礦找礦工作始于1956，經(jīng)過近70 年勘探，雖發(fā)現(xiàn)了卡姆斯特、樓莊子兩個大型鈾礦產(chǎn)地、大慶溝小型鈾礦床和諸多鈾礦（化）點(diǎn)、異常點(diǎn)，但至今仍未落實(shí)中型及以上鈾礦床。然而，與準(zhǔn)噶爾盆地毗鄰且同屬于中亞鈾成礦帶的伊犁盆地、吐哈盆地均發(fā)現(xiàn)了大型鈾礦床。因此，準(zhǔn)噶爾盆地砂巖型鈾礦找礦勘查工作亟待突破。

2021 年，核工業(yè)二一六大隊在地質(zhì)調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)了黃花溝鈾礦化點(diǎn)。這是首次在準(zhǔn)噶爾盆地北部發(fā)現(xiàn)地表鈾礦化點(diǎn)。該礦化點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)，對提振準(zhǔn)噶爾盆地砂巖型鈾礦的找礦信心具有重要意義。地表地質(zhì)特征顯示，黃花溝鈾礦化點(diǎn)的鈾礦體具有固結(jié)程度高、呈透鏡狀或板狀、順層、斷續(xù)分布的特點(diǎn)，與典型的層間氧化帶型鈾礦化特征差別較大。本次研究通過開展詳細(xì)地野外地質(zhì)觀察，系統(tǒng)地巖石地球化學(xué)和礦物學(xué)分析，揭示了黃花溝礦化點(diǎn)的鈾礦化特征，并對其鈾礦化成因進(jìn)行探討。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾地塊位于天山-準(zhǔn)噶爾-北山造山系內(nèi)，其南北兩側(cè)通過額爾齊斯結(jié)合帶以及那拉提-南天山結(jié)合帶分別與阿爾泰弧盆系和塔里木陸塊相連，其東西兩側(cè)分別與西伯利亞板塊和哈薩克斯坦板塊相接（圖1），是哈薩克斯坦板塊的東延部分，也是中亞造山帶的重要組成部分［1-4］。準(zhǔn)噶爾盆地是發(fā)育于準(zhǔn)噶爾地塊之上，自石炭紀(jì)以來經(jīng)多期構(gòu)造演化形成的大型疊合復(fù)合盆地［5］。盆地三面被晚古生代縫合線和褶皺帶所圍限（分別為西準(zhǔn)噶爾弧盆系、額爾齊斯結(jié)合帶、東準(zhǔn)噶爾弧盆系、博格達(dá)裂谷盆地和依連哈比爾尕俯沖增生雜巖帶）（圖1），盆內(nèi)面積約13 萬km2。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地及鄰區(qū)晚古生代大地構(gòu)造位置簡圖（據(jù)文獻(xiàn)［6］修改）Fig.1 Sketch map showing the tectonic location of Junggar Basin and its adjacent areas in Late Paleozoic（modified after reference［6］）

準(zhǔn)噶爾盆地經(jīng)歷了海西、印支、燕山、喜山等多期次構(gòu)造運(yùn)動，形成了多期重要不整合面。石油系統(tǒng)依據(jù)盆地內(nèi)部二疊系的沉積、構(gòu)造特征及后期構(gòu)造改造特征，將準(zhǔn)噶爾盆地劃分為烏倫古坳陷、陸梁隆起、中央坳陷、北天山山前沖斷帶、西部隆起和東部隆起6 個一級構(gòu)造單元和44 個二級構(gòu)造單元［7］（圖2）。

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造單元劃分及鈾礦化點(diǎn)分布圖（據(jù)文獻(xiàn)［7-8］修改）Fig.2 Distribution of structural units and uranium mineralization occurrences in the Junggar Basin（modified after references［7-8］）

準(zhǔn)噶爾盆地在古生界褶皺基底之上發(fā)育了較為完整的二疊系至第四系，各地層的分布、厚度及沉積相特征受各期構(gòu)造活動的控制。鈾礦地質(zhì)勘查發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)，侏羅系—新近系均發(fā)育有鈾礦化。研究發(fā)現(xiàn)，不同盆段、不同礦化類型的鈾礦化賦存層位存在顯著差異［8］。砂巖型鈾礦在盆地東部、南部和西部均有發(fā)育，含礦目的層以侏羅系八道灣組、三工河組、西山窯組和頭屯河組為主；盆地北部頂山地區(qū)在古近系烏倫古河組發(fā)育有鈾礦化，但規(guī)模不大；近年來在盆地西部車排子地區(qū)新近系沙灣組發(fā)現(xiàn)較好的砂巖型鈾礦化［9］。地瀝青型鈾礦化主要發(fā)育在盆地的南部和西北部，含礦層以白堊系吐谷魯群為主。煤巖型鈾礦化主要發(fā)育在盆地的東部和西北部，含礦層位以侏羅系西山窯組為主。

1.2 研究區(qū)地質(zhì)概況

黃花溝地區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地北部烏倫古坳陷內(nèi)，索索泉凹陷與紅巖斷階帶的交界處［10-11］。區(qū)內(nèi)斷裂、褶皺構(gòu)造發(fā)育，主要有區(qū)域大斷裂——吐絲托依拉斷裂和烏倫古北斷裂、次級斷裂——黃花溝斷裂和紅礫山背斜等。吐絲托依拉斷裂為烏倫古坳陷（一級構(gòu)造單元）內(nèi)索索泉凹陷和紅巖斷階帶2 個次級構(gòu)造的分界（圖2），在黃花溝地區(qū)為北西向延伸的高角度（40°～55°）逆沖推覆構(gòu)造，切穿石炭系—白堊系，主活動期為中生代，具有邊斷邊沉積的同生性質(zhì)［12］。喜山期，研究區(qū)多見古近系和新近系形成的北西向平緩褶皺，區(qū)內(nèi)構(gòu)造活動微弱。受吐絲托依拉斷裂及其次級斷裂的影響，斷裂附近地層發(fā)生褶皺變形，形成紅礫山背斜（圖3）。

圖3 黃花溝地區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.3 Sketch geology map of Huanghuagou area

黃花溝地區(qū)中-新生代地層不整合覆蓋在泥盆系和石炭系的凝灰質(zhì)火山巖之上。地震資料顯示［13］，自下而上依次為上三疊統(tǒng)（白堿灘組）、下侏羅統(tǒng)八道灣組（J1b）和三工河組（J1s）、中侏羅統(tǒng)西山窯組（J2x）、下白堊統(tǒng)吐谷魯群（K1tg）、上白堊統(tǒng)紅礫山組（K2h）、古近系烏倫古河組（E2-3w）、新近系索索泉組（N1ss）和第四系（Q）。鉆探揭露顯示，該地區(qū)三疊系零星分布，不整合覆蓋于泥盆系變質(zhì)火山巖之上。侏羅系近楔狀自北向南往盆地延伸，分布范圍自下向上逐漸變小，中侏羅統(tǒng)頭屯河組和上侏羅統(tǒng)齊古組缺失，反映晚侏羅世該地區(qū)遭受了強(qiáng)烈的隆升剝蝕；下白堊統(tǒng)吐谷魯群超覆沉積在侏羅系之上，分布范圍大；上白堊統(tǒng)不整合于下白堊統(tǒng)之上，區(qū)域上以一厚層底礫巖為典型特征。古近系烏倫古河組分布范圍最大，幾乎覆蓋整個盆地；新近系索索泉組是索索泉凹陷的代表地層，受新構(gòu)造運(yùn)動的影響，晚期遭受一定的抬升剝蝕，分布范圍較烏倫古河組小。

研究區(qū)內(nèi)，侏羅系主要為一套潮濕氣候條件下形成的、表現(xiàn)為進(jìn)積特征的湖岸沼澤-辮狀河三角洲-河流特征的暗色含煤碎屑建造［13］，厚層中粗粒結(jié)構(gòu)的砂體主要發(fā)育于三工河組和西山窯組；下白堊統(tǒng)主要為一套半干旱-干旱條件下形成的三角洲相沉積特征的灰色碎屑建造［14］，下部發(fā)育灰色中細(xì)粒三角洲平原相砂體，上部發(fā)育三角洲前緣相，以淺灰色細(xì)砂巖-粉砂巖與厚層淺棕紅色泥巖互層為典型特征。上白堊統(tǒng)紅礫山組至新近系索索泉組，整體為一套干旱條件下形成的紅雜色巖系，以褐黃色礫巖、棕黃色-灰白色中粗粒砂巖以及淺棕紅色泥巖為主，為沖積扇、辮狀河三角洲以及湖泊沉積體系。

2 地表鈾礦化特征

黃花溝礦化點(diǎn)位于吐絲托依拉斷裂上盤（圖4a），靠近背斜核部（圖3，圖4b、c）。背斜兩翼均發(fā)育有鈾礦化，具有較強(qiáng)的順層特征（圖4c），礦化點(diǎn)附近出露下白堊統(tǒng)吐谷魯群、上白堊統(tǒng)紅礫山組及古近系烏倫古河組（圖3、圖4a）。

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地黃花溝地表礦化點(diǎn)典型地質(zhì)剖面圖Fig.4 Representative geological profile of uranium mineralization occurrences in Huanghuagou，Junggar Basin

研究區(qū)內(nèi)，吐谷魯群為一套半干旱-干旱條件下形成的三角洲相灰色碎屑建造，以青灰色-紅色雜色泥巖、淺灰白色細(xì)砂巖和含礫細(xì)砂巖為典型巖性組合，局部發(fā)育礫巖。鉆孔資料顯示，在吐絲托依拉斷裂兩側(cè)，吐谷魯群殘余厚度差異很大，斷裂上盤（北側(cè)）殘余厚度一般不足300 m，而斷裂下盤吐谷魯群的殘余厚度可達(dá)600 m 以上，表明吐絲托依拉斷裂的活動晚于吐谷魯群沉積期。紅礫山組為一套干旱條件下形成的河湖相紅雜色碎屑建造，以發(fā)育厚層紅色泥巖為典型特征，還發(fā)育灰白色中細(xì)粒砂巖及礫巖，底部以一套厚層的底礫巖不整合覆蓋于吐谷魯群之上。鉆孔資料顯示，研究區(qū)內(nèi)殘余厚度約100 m，在斷裂兩側(cè)紅礫山組殘余厚度不大，且具有較好的可對比性，表明在紅礫山組沉積期，吐絲托依拉斷裂活動已基本停止。烏倫古河組為一套典型的辮狀河相碎屑建造，巖石多呈淺灰白-淺黃白色，發(fā)育厚層中粗砂巖，其底部為一套粗砂巖覆蓋于紅礫山頂部的棕紅色泥巖之上。

黃花溝地表鈾礦體發(fā)育于吐谷魯群淺灰白色細(xì)砂巖中，礦化砂巖固結(jié)程度明顯較未礦化砂巖高，多呈透鏡狀、板狀產(chǎn)出（圖5）。礦化砂巖遇鹽酸不起泡，表明其非碳酸鹽膠結(jié)。此外，在礦化砂巖體附近多發(fā)育有褐鐵礦化、硬錳礦化，部分礦化砂巖中見紅色泥礫。

圖5 黃花溝礦化點(diǎn)野外露頭典型照片F(xiàn)ig.5 Photos of typical outcrops and samples in Huanghuagou uranium occurrences

黃花溝礦化點(diǎn)的礦化砂巖連續(xù)性較差，多呈點(diǎn)狀產(chǎn)出。目前已發(fā)現(xiàn)地表異常點(diǎn)十余處，呈北西西向展布，延伸超過1 km，總體與褶皺核部走向平行。伽馬輻射儀（型號為HD2000）測得等效U 含量多介于100×10-6～300×10-6，最高可達(dá)500×10-6以上（儀器分析獲得的等效U 含量單位為Ur，1 Ur等于1×10-6）；礦石微量元素分析結(jié)果顯示，鈾含量最高可達(dá)340×10-6。

3 樣品和分析方法

在野外地質(zhì)調(diào)查的基礎(chǔ)上，利用伽馬輻射儀，在黃花溝地表鈾礦點(diǎn)的4 個異常點(diǎn)采集了13 塊樣品，包括未礦化砂巖、不同礦化程度的砂巖、赤鐵礦化及硬錳礦化的含礦砂巖，以及礦體附近的礫巖。詳細(xì)信息及典型照片見圖6和表1。

表1 黃花溝地表樣品采集信息表Table 1 Information of hand specimen from Huanghuagou area

圖6 典型手標(biāo)本樣品照片F(xiàn)ig.6 Photos of representative hand specimen

對采集的樣品開展了巖石薄片鏡下鑒定、電子探針和能譜分析、全巖粉末的主量元素和微量元素分析。相關(guān)實(shí)驗(yàn)均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成。電子探針和能譜分析使用的實(shí)驗(yàn)儀器為日本JEOL 公司生產(chǎn)的JXA-8100型電子探針分析儀，分析測試條件：加速電壓為20 kV，束流為1×10-8A，分析束斑直徑為2 μm。主量元素分析采用X 射線熒光光譜法（XRF），測試儀器為荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的Axios-mAX AB104L 型波長色散X 射線熒光光譜儀。實(shí)驗(yàn)過程中，X 射線管電壓為50 kV，電流為50 mA，元素的測定精度可達(dá)0.01%，分析誤差＜5%。此外，用化學(xué)分析法（CA）測定樣片中氧化亞鐵的含量（測定范圍＞0.5%）。微量元素采用ICP-MS 分析，使用儀器為美國Thermo Fisher 公司生產(chǎn)的ELEMENT XR 型號的高分辨電感耦合等離子質(zhì)譜儀，元素含量大于10×10-6時，相對誤差小于5%；小于10×10-6時，相對誤差小于10%。

4 分析結(jié)果和討論

4.1 巖石礦物學(xué)特征

巖石薄片顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，礦化砂巖為巖屑長石砂巖，碎屑顆粒主要由石英、鉀長石、斜長石、巖屑和少量黑云母組成，粒徑為0.1～0.4 mm，為中細(xì)砂巖（圖7a、b）。膠結(jié)物以泥質(zhì)為主，在強(qiáng)烈礦化的砂巖中多為磷灰石，可見磷灰石充填于長石裂隙以及黑云母的解理縫中，顯示后生交代的特點(diǎn)（圖7c、d、e）。此外，含礦砂巖中多發(fā)育有硬錳礦、赤鐵礦等，表明其遭受了較強(qiáng)的地表氧化改造。顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，硬錳礦、赤鐵礦及褐鐵礦呈膠狀包裹早期泥質(zhì)膠結(jié)物以及磷灰石顆粒（圖7f），表明其晚于磷灰石的形成，這與野外觀察吻合，即赤鐵礦、褐鐵礦與硬錳礦多以脈狀形式產(chǎn)出，切穿礦化砂巖。

圖7 典型顯微鏡下照片F(xiàn)ig.7 Microscope photos of typical ore

4.2 鈾賦存形式

電子探針分析發(fā)現(xiàn)，礦化砂巖中未見鈾的獨(dú)立礦物。全巖主量元素分析結(jié)果顯示，礦化砂巖相比于未礦化砂巖明顯富集磷和鈣，未礦化砂巖和礫巖（礫巖粉末樣品中不含礫石）的w（P2O5）和w（CaO）值僅為0.17%～0.26% 和1.06%～1.41%，而礦化砂巖的w（P2O5）和w（CaO）值高達(dá)3.94%～10.14% 和5.72%～14.66%（表2）。全巖粉末的元素含量協(xié)變關(guān)系圖解顯示，w（P2O5）與w（CaO）值呈強(qiáng)正相關(guān)（圖8a），且比值（0.737）與磷灰石的 P2O5/CaO 值一致（0.736），表明礦石中的磷和鈣基本都賦存于磷灰石中。更為重要的是，w（U）值與w（P2O5）和w（CaO）值呈良好的正相關(guān)（圖8b、c），表明鈾礦化與磷灰石之間具有成因聯(lián)系。

圖8 黃花溝地區(qū)全巖樣品元素協(xié)變圖Fig.8 Covariant diagram of elements for bulk rocks from Huanghuagou area

前人研究表明，磷灰石族礦物中經(jīng)常見到鈾的混入物，特別是在海相沉積的磷塊巖中。Kochenov 等［15］認(rèn)為，沉積巖中有機(jī)質(zhì)和磷灰石的存在是巖石中鈾富集的必要條件。然而，目前關(guān)于鈾與磷灰石的關(guān)系仍存在爭議。早期學(xué)者基于U4+（0.95?）與Ca2+（0.97?）具有相似的離子半徑，推測鈾以類質(zhì)同象的形式替換鈣存在于磷灰石晶格中［16］。后來，部分學(xué)者通過對富鈾磷灰石開展選擇性分離和電滲法研究發(fā)現(xiàn)，鈾先于磷從膠磷礦（膠狀的磷灰石）中溶解出來，且溶液中鈾和磷被提取出來是毫不相干的，因此認(rèn)為，鈾并非以類質(zhì)同象的形式存在于磷灰石中，而是以微細(xì)粒的鈾氧化物呈吸附態(tài)被磷灰石所捕獲［17］。

通過對黃花溝礦化砂巖中的磷灰石開展電子探針分析后發(fā)現(xiàn)，包裹于黑云母中的巖漿磷灰石（圖7c）幾乎不含U（低于檢測限），且具有較高的Cl 含量；而交代磷灰石（膠結(jié)物）具有很高的w（UO2）值，最高可達(dá)0.36%（表3）。結(jié)合全巖w（P2O5）值，簡單計算發(fā)現(xiàn)，磷灰石中的U 與全巖的U 含量基本一致。如樣品NJ21-11 中w（P2O5）值為4.70%（表2），其中磷灰石的w（UO2）平均值為0.193%（表3），P2O5占磷灰石中的含量按40%計算，則全巖樣品中磷灰石的鈾含量為227×10-6，與全巖微量元素分析獲得的U 含量幾乎完全一致（228×10-6，表4），表明鈾很可能以類質(zhì)同象的形式賦存于磷灰石中。

筆者認(rèn)為，鈾在磷灰石中的賦存形式可能與磷灰石的產(chǎn)出形式有關(guān)。對于晶體磷灰石而言，如巖漿磷灰石，鈾以類質(zhì)同象的形式替換鈣進(jìn)入到其晶格之中；對于膠磷礦（磷灰石呈膠體形式），由于膠體具有很強(qiáng)的吸附能力，因此，鈾以吸附態(tài)為主。黃花溝地區(qū)礦化砂巖中的交代磷灰石為礦物微晶，顆粒多介于3～10 μm，部分可達(dá)15 μm 以上，且晶形較好（圖7d、f），與海相磷塊巖中的膠磷礦（一般小于1 μm，多呈球狀集合體）差異較大［18］，因此鈾主要以類質(zhì)同象的形式賦存于微晶磷灰石中。

全巖的w（UO2）值與w（Al2O3）、w（SiO2）值和全堿含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖8d、e、f），這是磷灰石交代（P2O5和CaO 含量升高）導(dǎo)致全巖中其他主量元素含量降低的結(jié)果。在砂巖型鈾礦中，鈾常被黏土礦物所吸附，因此，U 和Al2O3多呈正相關(guān)。黃花溝地區(qū)礦化砂巖中U 與Al2O3的負(fù)相關(guān)關(guān)系表明，黏土吸附鈾并非該地區(qū)鈾礦化的主要存在形式。

4.3 鈾礦化成因

砂巖型鈾成礦作用的核心機(jī)制是氧化還原反應(yīng)，即地表氧化性水體富含U6+，當(dāng)其滲入到還原性地層時，與砂巖（或砂礫巖）中的還原性物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，流體的Eh 值降低，U6+還原為U4+，卸載成礦。因此，砂巖型鈾礦的礦體分布受氧化還原反應(yīng)界面控制明顯。層間氧化帶型砂巖型鈾礦是最重要的砂巖型鈾礦類型，前人研究表明，其多具有以下特征［19-24］：1）發(fā)育于厚層砂體中，其上部和下部具有良好的隔水頂板和底板；2）砂巖具有較高的還原容量，多見有機(jī)質(zhì)（如：植物炭屑）和黃鐵礦；3）鈾礦體規(guī)模較大，連續(xù)性好，礦體受氧化還原過渡帶控制明顯；4）多見高嶺土化、褐鐵礦化等后生蝕變；5）鈾礦物以瀝青鈾礦、鈾石為主，低品位鈾礦化中多見吸附態(tài)的鈾；6）Re、Mo、V、Se 等變價元素常與鈾共伴生。

黃花溝地表鈾礦點(diǎn)的鈾礦化特征與典型的氧化帶型砂巖型鈾礦明顯不同。鈾礦體上部和下部缺乏隔水頂板和底板，礦化砂巖中未見炭屑、黃鐵礦等還原性物質(zhì)，礦體雖然具有順層特點(diǎn)，但多呈點(diǎn)狀分布、連續(xù)性差、規(guī)模有限，未見明顯的后生氧化作用，無獨(dú)立鈾礦物，鈾礦化與磷灰石關(guān)系密切，未見明顯的Re、Mo、V 等變價元素富集（表4）。因此，黃花溝地區(qū)的鈾礦化可能是一種新的砂巖型鈾礦化類型。

近期，張成勇等［25］在內(nèi)蒙古西部巴音戈壁盆地本巴圖地區(qū)下白堊統(tǒng)巴音戈壁組砂礫巖中也發(fā)現(xiàn)了磷灰石型鈾礦化，在礦化砂巖中未見到獨(dú)立鈾礦物?；诘V化砂礫巖較未礦化砂礫巖明顯富集REE、Y、W 和Sr 等元素，張成勇等認(rèn)為蘇紅圖組玄武巖噴發(fā)形成的火山熱液與大氣降水混合后，交代早期菱鐵礦，形成磷灰石型鈾礦化。在鄂爾多斯盆地的延長組長7 段的富鈾烴源巖中，鈾同樣賦存于膠磷礦中，且膠磷礦中U 和ΣREE 含量呈明顯的正相關(guān)，推測火山噴發(fā)（形成凝灰?guī)r）是造成烴源巖富鈾的主要原因［26］。

與巴音戈壁盆地本巴圖鈾礦化砂礫巖一樣，黃花溝地表鈾礦化砂巖的賦礦巖石同樣產(chǎn)于下白堊統(tǒng)地層（吐谷魯群），富鈾的微晶磷灰石同樣為氟磷灰石，但二者的微量元素特征明顯不同。黃花溝地區(qū)礦化砂巖與非礦化砂巖具有相似的微量元素和稀土元素配分模式，除明顯富集U 和P 外，礦化砂巖并不富集ΣREE、Sr、W、Y 等元素（圖8g、圖9、表4），且該地區(qū)不存在白堊紀(jì)之后的巖漿活動，因此，鈾成礦作用與巖漿熱液無關(guān)。

圖9 黃花溝地表鈾礦化樣品微量元素蛛網(wǎng)圖（a）和稀土元素配分圖（b）Fig.9 Patterns of trace elements（a）and rare earth elements（b）from different rocks in Huanghuagou area

如前所述，黃花溝地表礦化砂巖中未見植物炭屑、黃鐵礦等還原性物質(zhì)，未發(fā)現(xiàn)Re、Mo、V 等變價元素富集（表4），且U 含量與Fe3+/Fe2+值無相關(guān)性（圖8h），表明其鈾礦化的形成與氧化還原過程關(guān)系不大。

那么黃花溝地區(qū)磷灰石型鈾礦化究竟是如何形成的呢？

野外露頭顯示黃花溝地區(qū)磷灰石型鈾礦體發(fā)育于吐谷魯群淺灰白色細(xì)砂巖中，具有一定的順層特點(diǎn)，且礦化砂巖固結(jié)程度明顯較未礦化砂巖高，多呈透鏡狀、板狀產(chǎn)出。巖石薄片顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，礦化砂巖中早期泥質(zhì)膠結(jié)物被晚期的磷灰石所交代，導(dǎo)致其固結(jié)程度增強(qiáng)。由于磷灰石中具有很高的鈾含量，因此伴隨磷灰石的交代過程，鈾的富集成礦隨即發(fā)生。

那么在富磷富鈾的流體交代早期細(xì)砂巖時，為什么會形成這種“透鏡狀”、“板狀”的差異性交代呢。最有可能的是，這種差異性在交代之前就已經(jīng)存在了。事實(shí)上，不僅是黃花溝地區(qū)，整個準(zhǔn)噶爾盆地西北緣下白堊統(tǒng)吐谷魯群A、B 亞群的砂巖中均發(fā)育有鈣質(zhì)結(jié)核和板狀鈣質(zhì)砂巖層（如烏爾禾地區(qū)的白楊河大峽谷和魔鬼城附近出露的吐谷魯群地層）。富鈾的磷酸鹽流體交代砂巖中的鈣質(zhì)結(jié)核和板狀鈣質(zhì)砂巖，由于磷酸鈣的溶度積較碳酸鈣小，因此，磷酸鹽會將砂巖中的碳酸鈣置換為磷酸鈣（磷灰石），具體的反應(yīng)方程［27］如下：

在磷灰石沉淀過程中，流體中的鈾以類質(zhì)同象的形式替換鈣進(jìn)入到磷灰石晶體，進(jìn)而形成鈾礦化。

解決了黃花溝礦化砂巖中磷灰石的形成過程，那么交代鈣質(zhì)砂巖的富鈾、富磷流體又從何而來呢？

黃花溝地表鈾礦化主要沿吐絲托依拉斷裂兩側(cè)發(fā)育，特別是在斷裂上盤，顯示出較好的斷裂控礦特點(diǎn)，那么該富鈾、富磷的流體是不是深部來源呢？黃花溝地區(qū)的鉆探查證工作顯示，吐絲托依拉斷裂帶內(nèi)，巖石發(fā)生強(qiáng)烈的機(jī)械破碎和變形，但蝕變十分微弱，流體改造跡象不明顯。此外，磷灰石型鈾礦化僅發(fā)育于近地表環(huán)境，鉆孔內(nèi)未揭露到同類型的鈾礦化，表明成礦流體很可能來自淺部地表環(huán)境，礦化砂巖下部的泥巖阻隔了富鈾、富磷流體進(jìn)一步向深部滲入成礦。

微量元素協(xié)變圖解中，礦化砂巖中U 與Be呈很好的正相關(guān)關(guān)系（圖8i），指示二者具有一定的成因聯(lián)系。黃花溝北西西方向約180 km 處，是著名的白楊河特大型鈾鈹?shù)V床。黃花溝磷灰石型鈾礦體的鈾成礦年齡為（76.5±6.6）Ma（全巖U-Pb 等時線法，它文另述），彼時北西西方向的謝米斯臺山是黃花溝地區(qū)的主要物源。

磷是地殼中第11 豐富元素，主要賦存于磷灰石和長石中。全球尺度磷的生物地球化學(xué)循環(huán)系統(tǒng)中，磷的最初來源是土壤發(fā)育過程中大陸風(fēng)化作用產(chǎn)生的磷。大陸風(fēng)化作用將巖石中的磷灰石和長石以溶解態(tài)和顆粒態(tài)的形式釋放出來，通過河流、大氣、地下水等方式搬運(yùn)到海洋［28］。此外，磷作為一種生命元素，生物圈是磷的一個重要地球化學(xué)儲庫。因此，表生流體往往具有較高的磷含量。尤其是在干旱條件下，土壤中的灰質(zhì)（碳酸鹽）含量增加，具有更高的磷含量。

據(jù)此推測，晚白堊世，受吐絲托依拉逆沖斷裂影響，黃花溝地區(qū)下白堊統(tǒng)吐谷魯群被抬升至地表，遭受剝蝕。表生富磷流體將白楊河鈾鈹?shù)V床中的鈾和鈹淋濾出來，在向盆地內(nèi)部遷移過程中進(jìn)一步淋濾地層中的鈾，至黃花溝地區(qū)與吐谷魯群砂巖中的鈣質(zhì)結(jié)核和板狀砂巖發(fā)生磷酸鹽交代作用，形成磷灰石型鈾礦化。該交代作用為典型的潛水氧化型，交代的規(guī)模和范圍受底板泥巖和鈣質(zhì)砂巖共同控制，故而，在黃花溝地區(qū)淺表地層中形成典型的順層、斷續(xù)發(fā)育的磷灰石型鈾礦化。

5 結(jié)論

1）黃花溝地區(qū)發(fā)現(xiàn)的地表鈾礦化位于下白堊統(tǒng)吐谷魯群下部的巖屑長石砂巖中，鈾礦體具有固結(jié)程度高、呈透鏡狀或板狀、順層、斷續(xù)分布的特點(diǎn)。全巖主微量元素特征及巖石薄片顯微分析均表明，鈾礦化與晚期的磷酸鹽交代關(guān)系密切，鈾主要以類質(zhì)同象的形式賦存于磷灰石中。

2）表生富鈾富磷流體交代吐谷魯群A 亞群砂巖中的鈣質(zhì)結(jié)核及板狀鈣質(zhì)砂巖是形成磷灰石型鈾礦化的主要機(jī)制，黃花溝北西方向謝米斯臺山的白楊河鈾鈹?shù)V床可能為其提供了重要鈾源。

3）黃花溝地區(qū)的磷灰石型鈾礦化是一種新的砂巖型鈾礦化類型，鈾礦化與氧化還原過程無關(guān)，主要受表生富磷流體與碳酸鹽礦物反應(yīng)所控制。形成于干旱環(huán)境的富鈣砂巖是該類型鈾礦化的潛在目標(biāo)。

致謝：感謝中核集團(tuán)集中研發(fā)項目（編號：中核科發(fā)2021-143）；核材料創(chuàng)新基金項目（編號：ICNM-2022-ZH-07）；鈾礦地質(zhì)勘查項目（編號：2022006006）和中核集團(tuán)青年英才“菁英”項目（編號：地QNYC2201）對本文的支持。