邱林飛，李子穎，賀鋒，武正乾，劉坤鵬，毛寧，李孟華，3

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029；2.核工業(yè)二〇三研究所，陜西 西安 710086；3.東華理工大學，江西 南昌 330013）

鄂爾多斯盆地是我國著名的油-氣-煤-鈾等多種礦產(chǎn)資源的大型能源盆地，具有“半盆油、滿盆氣”的特點［1-2］。自我國開展砂巖型鈾礦找礦以來，在盆地東北部、南部發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)于直羅組的大型、特大型鈾礦床（如納嶺溝、大營、巴音青格利、雙龍等），學者們聚焦直羅組鈾礦化開展了沉積學、礦物學、成礦流體、成礦模式等方面的研究［3-11］。近幾年的鈾礦勘查，在鄂爾多斯盆地北部及西南部下白堊統(tǒng)均發(fā)現(xiàn)了較好的工業(yè)鈾礦化，以鎮(zhèn)原新莊鈾礦產(chǎn)地、彭陽鈾礦產(chǎn)地和特拉敖包鈾礦產(chǎn)地為代表［12-14］。白堊系鈾礦化的研究程度相對較低，目前僅有少數(shù)學者開展了巖石學、礦物學、地球化學等基礎研究工作［15-18］。

有機質(zhì)與金、鈾、銅、鉛、鋅等多金屬成因上具有密切的關(guān)系［19-22］，尤其是在砂巖型鈾成礦過程中，有機質(zhì)更是鈾礦化必不可少的重要物質(zhì)［23-24］。鄂爾多斯盆地西南部發(fā)現(xiàn)的鈾礦化主要產(chǎn)于下白堊統(tǒng)環(huán)河組下段和洛河組，少部分產(chǎn)于羅漢洞組和涇川組，賦礦砂巖總體上為一套干旱炎熱氣候下的河流沉積體系和風成沉積體系，原生沉積砂巖中缺乏炭屑有機質(zhì)。但在工業(yè)鈾礦段，都可以發(fā)現(xiàn)一些呈浸染狀分布的有機質(zhì)，且富礦石中的有機質(zhì)明顯更為富集，這些有機質(zhì)的性質(zhì)、來源及其與鈾礦化的關(guān)系目前還不清楚。本文以鄂爾多斯盆地西南部鎮(zhèn)原地區(qū)白堊系鈾礦化砂巖為研究對象，在詳細的巖心觀察基礎上，針對典型樣品開展巖相學、元素地球化學、有機地球化學和同位素等方面的研究，厘定了賦礦砂巖中有機質(zhì)的類型，探討了有機質(zhì)的性質(zhì)、來源及其與鈾成礦的關(guān)系。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于北側(cè)的內(nèi)蒙古-大興安嶺造山帶與南側(cè)的祁連-秦嶺印支期造山帶之間，西臨阿拉善地塊，東與山西地塊毗鄰［5］（圖1a、b），是在華北陸塊基礎上發(fā)育起來的中生代陸內(nèi)盆地，其結(jié)晶基底為太古宇及古元古界變質(zhì)巖系，直接基底為古生代沉積巖，為寒武系-奧陶系的海相碳酸鹽巖和泥巖、石炭系海陸交互相含煤沉積和二疊系河流湖泊相含煤建造［5］（圖1c）。三疊紀以來，鄂爾多斯盆地發(fā)育成相對獨立演化的陸內(nèi)盆地，充填了三疊系、侏羅系和白堊系河流湖泊相沉積與風成沉積，中-新生代地層及含鈾情況如表1 所示，主要產(chǎn)鈾層位為直羅組、洛河組和環(huán)河組。三疊系從下到上為劉家溝組、和尚溝組、紙坊組及延長組，與下伏二疊系連續(xù)沉積。侏羅系與下伏三疊系不整合接觸，從下到上依次是富縣組、延安組、直羅組、安定組和芬芳河組。下白堊統(tǒng)志丹群與下伏侏羅系不整合接觸，從下到上包括宜君組、洛河組、環(huán)河組、羅漢洞組和涇川組（表1）。中生界在巖性上包括多種砂巖和頁巖，其中洛河組、環(huán)河組下段、羅漢洞組和涇川組總體為干旱環(huán)境下的沉積巖，環(huán)河組上段總體為濕熱條件下的湖相沉積。盆地自白堊紀晚期以來，整體處于長期隆起并形成多個地塹系［25］。鄂爾多斯盆地基底斷裂構(gòu)造不發(fā)育，推測主要發(fā)育北東向、近南東向和向南凸出的弧形斷裂［26］。鄂爾多斯盆地劃分為6 個一級構(gòu)造單元，包括西緣沖斷構(gòu)造帶、天環(huán)坳陷、渭北隆起、晉西撓褶帶、陜北斜坡和伊盟隆起［27-30］，其中鄂爾多斯盆地南部近幾年發(fā)現(xiàn)的白堊系鈾礦化主要位于甘肅省慶陽市鎮(zhèn)原縣至寧夏回族自治區(qū)彭陽縣一帶，地處天環(huán)坳陷的南部，與陜北斜坡和渭北隆起相鄰，總體與該區(qū)大型油田在空間上是疊置的（圖1a）。

圖1 鄂爾多斯盆地基本構(gòu)造單元和能源礦產(chǎn)分布（a）、區(qū)域構(gòu)造位置（b）和東西方向構(gòu)造-沉積地質(zhì)及能源礦產(chǎn)層位概念剖面（c）（據(jù)文獻［5］修改）Fig.1 Basic structure units and energy-resource distribution（a），tectonic location（b）and a EW-direction structure-sediment model section and energy-resource strata（c）of Ordos Basin（modified after reference ［5］）

表1 鄂爾多斯盆地中?新生代地層表（據(jù)文獻［31］修改）Table 1 Mesozoic-Cenozoic strata of Ordos Basin(modified after reference [31])

2 白堊系鈾礦化基本特征

鄂爾多斯盆地南部近幾年發(fā)現(xiàn)的白堊系鈾礦化主要位于鎮(zhèn)原、彭陽等地區(qū)［13-15］。鈾礦化主要產(chǎn)于洛河組與環(huán)河組下段厚層狀砂巖中，在涇川組和羅漢洞組也發(fā)現(xiàn)少量鈾礦化，礦化深度從600 m 至1 300 m左右均有分布，鈾礦體總體呈多層板狀、透鏡狀產(chǎn)出（圖2a）。鈾礦化砂巖顏色類型豐富，主要工業(yè)鈾礦化砂巖呈深灰色、灰綠色（圖2c、d），少部分呈棕紅色、褐紅色和淺褐黃色（圖2b）。礦化上部環(huán)河組砂巖整體呈紫紅色、褐紅色，下部環(huán)河組砂巖呈棕紅色、灰綠色，鉆孔中的巖心普遍表現(xiàn)出正韻律的特征，具有河流相、沖積扇相的特點。洛河組鈾礦化砂巖主要為長石石英砂巖和長石砂巖，巖石分選性較好，磨圓度高，常見高角度斜層理，具有沙漠（風成）相的特點，其中石英含量占碎屑含量的70%～85%，占有絕對優(yōu)勢，長石、巖屑及其他礦物占15%～20%（圖3a），以孔隙式膠結(jié)為主。環(huán)河組下段賦礦砂巖主要為巖屑砂巖和雜砂巖，其次為長石巖屑砂巖，分選中等，磨圓較差。碎屑顆粒主要為顆粒支撐，顆粒間以點-線接觸為主，其中石英占比為40%～50%，石英多呈棱角-次棱角狀，長石占比為15%～20%，巖屑占比為20%～30%（圖3b），主要為石英巖、片巖、片麻巖、花崗巖與云母類，膠結(jié)類型為泥質(zhì)-鐵質(zhì)與碳酸鹽膠結(jié)，多呈孔隙式膠結(jié)（圖3c）。賦礦砂巖部分石英顆粒發(fā)育加大邊，指示經(jīng)歷一定的深埋，且石英加大邊內(nèi)側(cè)常見褐紅色、褐黃色的鐵質(zhì)氧化物（圖3d），指示在成巖早期為較強的氧化環(huán)境。

圖2 鄂爾多斯盆地西南部鎮(zhèn)原地區(qū)鈾礦鉆孔連井剖面示意圖（a）（據(jù)核工業(yè)二〇三研究所）及典型礦石照片（b、c、d）Fig.2 A borehole cross section of uranium mineralization in the Zhenyuan area，southwestern Ordos Basin（a）（according to Research Institute No.203，CNNC）and its photographs of typical uranium ores（b，c，d）

圖3 鄂爾多斯盆地西南部鎮(zhèn)原地區(qū)賦礦砂巖顯微巖相特征Fig.3 Microlithofacies characteristics of U-bearing sandstone in Zhenyuan area，southwestern Ordos Basin

3 樣品與實驗方法

針對核工業(yè)北京地質(zhì)研究院和核工業(yè)二〇三研究所近兩年所施工的鉆孔，在細致巖心觀察后，主要采集鉆孔中礦化上下段的砂巖樣品，開展有機巖相學、礦物學、紅外光譜及有機地球化學等研究，本研究涉及的主要樣品基本信息如表2 所示。巖相學和礦物學研究使用偏光顯微鏡、TESCAN VEGA3 型掃描電子顯微鏡（配有EDAX 能譜儀的），紅外光譜分析使用Bruker LUMOS 紅外光譜儀，有機碳（TOC）分析使用CS580A 碳硫分析儀。鈾含量測定使用ELEMENT XR 等離子體質(zhì)譜儀，將樣品粉碎至200 目以下，稱取樣品后使用硝酸溶解，測試精度優(yōu)于0.01‰。上述測試均在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成，測試過程中嚴格按照相關(guān)標準規(guī)范執(zhí)行。有機質(zhì)抽提物色譜質(zhì)譜分析（GC-MS）使用Agilent 5977A 型氣相色譜-質(zhì)譜儀進行。色譜柱采用HP-5熔融硅膠毛細管柱（60 m×0.25 mm×0.25 μm）。GC 烘箱在120 ℃恒溫2 分鐘，升溫速率為4 ℃/min。溶劑為正己烷，以氦氣為載氣，壓力為15.475 psi（106.696 kPa）。該實驗在青島華興偉業(yè)科技有限公司完成。

表2 本研究主要樣品信息表Table 2 Information of the main samples in this study

4 測試結(jié)果

4.1 巖相學特征

鉆孔巖心中，主要含礦砂巖呈灰白色、深灰色、灰綠色（圖2c、d），次要含礦砂巖呈棕褐色、褐紅色（圖2b），無論是環(huán)河組下段還是洛河組賦礦砂巖中，均缺乏肉眼可見的炭屑有機質(zhì)，但富礦石往往因富含浸染狀有機質(zhì)而顏色較深。對不同顏色賦礦砂巖的顯微觀察發(fā)現(xiàn)，灰綠色和深灰色賦礦砂巖粒間孔隙中可見大量黑色的浸染狀有機質(zhì)（圖4a、b），灰白色和棕紅色含礦砂巖中的有機質(zhì)急劇減少，僅少量的砂巖粒間孔隙中充填黑色有機質(zhì)。進一步的熒光觀察表明，部分含礦砂巖的粒間孔隙中均具有較強的熒光顯示（圖4c），且賦礦砂巖石英碎屑中較為發(fā)育沿微裂隙呈帶狀分布、顯示淺藍色熒光的油包裹體（圖4d、e），且高品位的礦石中的油氣包裹體豐度明顯更高，指示含礦砂巖中存在油氣流體活動的痕跡。經(jīng)掃描電鏡能譜與電子探針分析顯示，鈾礦物以富含鈦的鈾石為主，鈾礦物的UO2含量一般介于19.1%～38.1% 之間，平均值為28.0%（n＝10），SiO2含量一般介于7.2%～19.4%之間，平均值為9.7%，鈦含量變化較大，從9.2%～55.7%不等，平均值為41.9%。鈾礦物主要賦存于碎屑礦物粒間孔隙及碎屑顆粒粒內(nèi)溶孔中（圖4g、h、i），常與黃鐵礦、閃鋅礦、黃銅礦（輝銅礦）、銳鈦礦、重晶石及有機質(zhì)等共生（圖4f、h、i）。

圖4 鄂爾多斯盆地西南部鎮(zhèn)原地區(qū)白堊系鈾礦化砂巖顯微特征Fig.4 Microscopic characteristics of Cretaceous U-mineralization sandstones in Zhenyuan area，southwestern Ordos Basin

4.2 有機質(zhì)光譜學特征

對研究區(qū)白堊系鈾礦化砂巖中的流動狀有機質(zhì)開展激光拉曼和紅外光譜分析，并與研究區(qū)典型的直羅組賦礦砂巖中的炭屑有機質(zhì)、延安組煤及典型的瀝青樣品開展了對比研究。激光拉曼測試結(jié)果表明，白堊系鈾礦化砂巖中的流動狀有機質(zhì)具有兩個激光拉曼光譜一階特征峰，D 峰譜帶位于1 340～1 400 cm-1之間，G 峰譜帶位于1 560～1 600 cm-1之間（圖5a）；直羅組賦礦砂巖中的炭屑有機質(zhì)也有兩個激光拉曼光譜一階特征峰，D 峰譜帶位于1 360～1 380 cm-1之間，G 峰譜帶位于1 570～1 590 cm-1之間（圖5b）。與延安組煤對比發(fā)現(xiàn)，白堊系鈾礦化砂巖中的流動狀有機質(zhì)D 峰譜帶相對更為寬緩，D峰與G峰強度比（ID/IG）明顯更大。一般而言，D 峰譜帶與碳質(zhì)材料的無序程度有關(guān)，D 峰譜帶的寬度隨著有機質(zhì)無序度的升高而變寬，G 峰譜帶與碳質(zhì)材料分子結(jié)構(gòu)中C＝C鍵的拉伸振動有關(guān)，隨著有機質(zhì)的演化，G峰譜帶的強度將增加［32］。因此，與直羅組賦礦砂巖炭屑有機質(zhì)相比，白堊系賦礦砂巖中流動狀有機質(zhì)的演化程度較低且無序度更高，而炭屑有機質(zhì)具有更高的熱演化程度和更高的有序度。

紅外光譜分析結(jié)果顯示，白堊系鈾礦化砂巖中的流動狀有機質(zhì)、侏羅系直羅組賦礦砂巖中的炭屑有機質(zhì)和延安組煤均具有復雜的紅外光譜特征峰（圖5c、d、e）。其中白堊系賦礦砂巖中流動狀有機質(zhì)最為復雜，具有～2 960 cm-1、～2 928 cm-1、～2 871 cm-1、～1 606 cm-1、～1 508 cm-1、～1 411 cm-1、～1 384 cm-1、～1 361 cm-1、～1 297 cm-1、～1 245 cm-1、～1 182 cm-1、～1 028 cm-1、～1 010 cm-1、～870 cm-1、～827 cm-1、～726 cm-1等特征峰（圖5c）；直羅組賦礦砂巖中的炭屑有機質(zhì)與延安組煤具有相似的光譜特征，均具有～3 275 cm-1、～2 926 cm-1、～2 860 cm-1、～1 590 cm-1、～1 438 cm-1、～1 371 cm-1、～1 246 cm-1、～1 173 cm-1、～1 013 cm-1、～853 cm-1等特征峰（圖5d、e），指示直羅組賦礦砂巖中的炭屑有機質(zhì)與延安組煤是類似成因的有機質(zhì)。參考相關(guān)的文獻可知，3 275～3 400 cm-1的峰值可歸于羥基的伸縮振動，2 925～2 960 cm-1可歸于脂肪族中甲基、亞甲基伸縮振動，～1 460 cm-1、～1 350 cm-1對應于脂肪族的C-H 鍵的變形振動，～1 600 cm-1對應于苯環(huán)中的C＝C 鍵的伸縮振動［33-34］，～1 250 cm-1處主要為羧酸官能團的C-O伸縮振動，～1 030 cm-1附近的譜帶可歸屬于醇類、醚類的C-O 彎曲振動，～1 380cm-1處的譜峰可歸屬于CH2和CH3基團的彎曲振動或芳烴的COO 基團的不對稱伸縮振動，820～870 cm-1的譜帶可歸為芳烴的伸縮振動［23，35-36］。無論是白堊系賦礦砂巖中流動狀有機質(zhì)，還是侏羅系直羅組賦礦砂巖中的炭屑有機質(zhì)與延安組煤，它們均與四川盆地西北部的典型瀝青紅外光譜存在明顯的差異，指示白堊系賦礦砂巖浸染狀有機質(zhì)既不是炭屑，也不是典型的瀝青，而是一種含有甲基、亞甲基、羧基等基團的復雜大分子有機質(zhì)，其紅外光譜特征與腐殖酸具有一定的可比性，同時也存在一定的差異［37-39］。

4.3 有機碳與鈾含量分析

對研究區(qū)不同鉆孔/剖面露頭中白堊系與侏羅系直羅組鈾礦化砂巖和非礦化砂巖，開展了鈾含量和有機碳（TOC）的對比分析，測試結(jié)果如表3 所示。測試結(jié)果表明，白堊系賦礦砂巖中的總有機碳含量較低，一般為0.041%～0.079%，僅個別樣品可達0.1%以上（表3），指示賦礦砂巖中幾乎不含固體炭屑有機質(zhì)，與鉆孔巖心中很難觀察到炭屑有機質(zhì)是一致的。而直羅組的有機碳含量明顯高得多，為0.040%～4.80%，這與部分侏羅系賦礦砂巖中富含炭屑有機質(zhì)的現(xiàn)象是一致的。直羅組賦礦砂巖鈾與有機碳含量呈現(xiàn)較強正相關(guān)關(guān)系，與直羅組不同的是，白堊系賦礦砂巖鈾含量變化范圍從74.9×10-6～1 364×10-6不等，鈾含量與有機碳呈非線性正相關(guān)關(guān)系（圖6），有機碳含量最高的樣品（0.171%）為深灰色含浸染狀有機質(zhì)的中砂巖，其鈾含量也高達1 364×10-6，這指示白堊系礦化砂巖中發(fā)生了浸染狀有機質(zhì)的顯著富集。這種有機質(zhì)并不是炭屑有機質(zhì)，富礦石中的有機質(zhì)含量明顯升高可能與外源的流動態(tài)有機質(zhì)有關(guān)。

圖6 鄂爾多斯盆地西南部賦礦砂巖有機碳-鈾含量關(guān)系圖Fig.6 The relationship of organic carbon-uranium content of U-bearing sandstone，southwestern Ordos Basin

表3 鄂爾多斯盆地西南部鈾礦化砂巖有機碳含量與鈾含量結(jié)果表Table 3 Organic carbon and uranium content in the U-mineralization sandstone,southwestern Ordos Basin

4.4 有機質(zhì)抽提及色譜-質(zhì)譜分析

對研究區(qū)白堊系賦礦砂巖的有機質(zhì)進行了“氯仿瀝青A”的抽提實驗，對抽提物開展了色譜-質(zhì)譜分析，其測試結(jié)果及計算的主要參數(shù)如表4 所示。抽提與族組分分析結(jié)果顯示，鄂爾多斯盆地西南部直羅組賦礦砂巖中富含豐富的有機物，含量為0.016%～0.324%，鎮(zhèn)原地區(qū)部分環(huán)河組賦礦砂巖樣品中可溶有機物含量較低，為0.010%～0.077%，部分賦礦砂巖樣品中可溶有機物含量極低（無法準確定量）。白堊系賦礦砂巖抽提物正構(gòu)烷烴分布較寬，碳數(shù)分布范圍為nC16～nC32，總體具有前峰形態(tài)特征，主峰碳基本為nC18～nC20，總體偏向低分子量烷烴。姥鮫烷/植烷（Pr/Ph）值是指示生油巖母質(zhì)類型及沉積環(huán)境的良好參數(shù)之一。強還原、高鹽環(huán)境沉積物中，植烷往往占據(jù)絕對優(yōu)勢，豐度高；在沼澤環(huán)境即氧化環(huán)境中，姥鮫烷往往具有較強優(yōu)勢。賦礦砂巖殘留有機質(zhì)的Pr/Ph 值為0.13～0.33，指示母質(zhì)來自于強還原咸水沉積環(huán)境。CPI 值為1.07～1.20，OEP為1.04～1.20（表4），奇偶優(yōu)勢不明顯，表明賦礦砂巖殘留有機質(zhì)組分處于成熟-高成熟階段。基于上述特征，認為鄂爾多斯盆地西南部白堊系賦礦砂巖有機質(zhì)的母質(zhì)具有以低等水生生物為主要來源的特征。

表4 鄂爾多斯盆地西南部鎮(zhèn)原地區(qū)白堊系賦礦砂巖有機質(zhì)抽提及分子地化分析參數(shù)Table 4 Molecular geochemical parameters for organic matter extraction of Cretaceous sandstone in the Zhenyuan area，southwestern Ordos Basin

5 討論

5.1 有機質(zhì)的性質(zhì)與來源

巖相學研究表明，鄂爾多斯盆地西南部白堊系鈾礦化砂巖中的有機質(zhì)主要呈浸染狀分布，與呈條帶狀、星點狀炭屑有機質(zhì)的分布形態(tài)是明顯不同的。激光拉曼研究表明，炭屑有機質(zhì)和煤一般具有較窄的G 峰特征，G 峰強度相對明顯高于D 峰，而白堊系鈾礦化砂巖中浸染狀有機質(zhì)的G 峰較寬，且G峰強度略高于D 峰。D 峰（～1 350 cm-1）由碳物質(zhì)的無序誘導引發(fā)，G 峰（～1 580 cm-1）與分子結(jié)構(gòu)中C＝C 鍵的拉伸振動有關(guān)，隨著有機質(zhì)的成熟，G 峰和D 峰的強度比（IG/ID）不斷增加［40］。紅外光譜的研究結(jié)果指示白堊系賦礦砂巖浸染狀有機質(zhì)既不是炭屑，也不是典型的瀝青，而是一種含有甲基、亞甲基、羧基等基團的復雜大分子有機物，其紅外光譜特征與腐殖酸具有一定的可比性。抽提物色譜質(zhì)譜分析表明，白堊系賦礦砂巖中有機質(zhì)的正構(gòu)烷烴分布較寬（碳數(shù)分布范圍為nC16～nC32），具有前鋒單峰形態(tài)特征（nC18～nC20），總體偏向低分子量烷烴。Pr/Ph 值、CPI 值、OEP 值均指示母質(zhì)烴源巖形成于較強還原環(huán)境。低碳數(shù)的正構(gòu)烷烴主要來源于浮游生物和藻類脂肪酸［41］，而高碳數(shù)的正構(gòu)烷烴則主要來源于陸生植物的表皮蠟層［42］。本研究獲得的一系列生物標志化合物，與前人在該區(qū)研究獲得延長組烴源巖具有較強的可比性［43-44］，指示白堊系賦礦砂巖殘留有機質(zhì)可能來自延長組烴源巖?；谏鲜鎏卣?，結(jié)合該區(qū)地質(zhì)背景，認為鄂爾多斯盆地南部賦礦砂巖有機質(zhì)是一種低演化程度、復雜結(jié)構(gòu)的大分子有機物，主要來源于延長組烴源巖。

5.2 有機質(zhì)與鈾成礦的關(guān)系

綜合前人的研究，有機質(zhì)在鈾成礦過程中起到了重要的作用，其作用機理是一種復雜的物理化學過程，包括有機配位絡合作用、還原作用、納米膠體遷移沉淀以及吸附和吸收作用等［45-46］。在傳統(tǒng)的層間氧化帶型砂巖型鈾礦床中，一般認為有機質(zhì)一般起到還原和吸附作用，這種有機質(zhì)主要為炭屑有機質(zhì)或油氣流體，典型礦床實例如伊犁盆地蒙其古爾礦床、吐哈盆地十紅灘礦床、鄂爾多斯盆地北部大營礦床等［47-48］。新的滲出型砂巖鈾成礦作用認為深部烴源巖演化來源的有機流體與成礦物質(zhì)發(fā)生配位（絡合或鰲合），鈾與成礦物質(zhì)和有機質(zhì)是共同遷移的［46］，有機質(zhì)中因富含脂肪族、芳香族、羧基、羥基、羰基等官能團，在鈾成礦過程中起主導作用，其形式既有可能是有機配位絡合物，也可能存在納米膠體的形式，典型礦床實例如二連盆地哈達圖礦床［46］。

鄂爾多斯盆地集油、氣、煤、鈾等多種能源礦產(chǎn)于一盆，資源極其豐富，盆地南部更是分布著安塞、西峰、姬塬和華慶等億噸級大油田，同時也廣泛發(fā)育延長組7 段富鈾烴源巖，累計厚度達10 m 以上，面積可達3.2×104km2，其鈾含量平均可達51.1×10-6以上，最高可達140×10-6［49］。最新的鈾礦勘查成果顯示，鄂爾多斯盆地南部白堊系鈾礦化產(chǎn)于鎮(zhèn)原、彭陽等地區(qū)，這些鈾礦化產(chǎn)出地均位于油田區(qū)附近的上部地層中，鈾和油在空間上是疊置的。前人的研究也認為，鄂爾多斯盆地南部白堊系洛河組砂巖的“褪色”與鈾成礦可能與同一性的還原性流體有關(guān)［50-51］。顯微熒光分析顯示鈾礦化砂巖中富含顯示淺藍色熒光的輕質(zhì)油氣包裹體，且富礦石中的油氣包裹體更為發(fā)育，這預示著鈾礦石中遭受過油氣流體大規(guī)模充注，鈾礦化可能與油藏具有某種內(nèi)在的成因聯(lián)系，但并不能說它們之間存在因果關(guān)系，即鈾礦床的形成不一定是由油藏充注帶來的。與侏羅系不同，白堊系鈾礦化砂巖鈾含量與TOC 呈非線性正相關(guān)關(guān)系（R2＝0.686 5），指示鈾含量與有機碳含量沒有必然的關(guān)系，但有機質(zhì)含量特別高的賦礦砂巖，其鈾含量也往往較高（可達1 364×10-6）。這與鏡下觀察看到富礦石中往往富含黑色浸染狀有機質(zhì)的現(xiàn)象是一致，說明這種有機碳含量的少量增高可能是由外源性、浸染狀有機質(zhì)所引起的，而非富原生沉積的炭屑。綜上所述，浸染狀有機質(zhì)、鈾礦物-黃鐵礦-黃銅礦-閃鋅礦-重晶石、油包裹體在富礦石中明顯富集，指示成礦流體中富含可流動性大分子有機質(zhì)和U、Fe、Cu、Zn 等成礦元素，而有機地球化學的研究結(jié)果指示成礦流體中的有機質(zhì)可能主要來源于“長7”段烴源巖。

由于白堊系賦礦砂巖總體為炎熱干旱的氣候條件，其自身缺乏炭屑有機質(zhì)，地層本身的還原容量極低，要在這種低還原容量的地層中發(fā)生大規(guī)模的鈾成礦作用，必須依靠外來有機流體的補充。因此，關(guān)于成礦物質(zhì)的來源，可能存在兩種解釋，一是流動性有機質(zhì)（油氣或有機酸）先行進入到缺乏炭屑有機質(zhì)的白堊系地層中，淺部運移而來的含鈾含氧水遇到還原性的有機流體，發(fā)生氧化-還原反應，造成成礦物質(zhì)的卸載而成礦，這種礦體的形態(tài)一般呈卷狀，或在后生流體改造情況下呈現(xiàn)板狀，并且具有典型的層間氧化帶型鈾礦的分帶特征；二是成礦物質(zhì)與有機流體相似，都來源于深部烴源巖，它們共同遷移共同沉淀，這種礦體的形態(tài)可以呈多層板狀。顯然，鄂爾多斯盆地南部白堊系鈾礦化特征具有多層板狀的特點，成礦物質(zhì)和有機流體可能是來源于深部烴源巖，它們是共遷移共沉淀的。

5.3 成礦作用機制探討

上述研究表明，成礦流體是一種富含可流動性大分子有機質(zhì)和U、Fe、Cu、Zn 等成礦元素的流體，這種成礦流體中的有機質(zhì)和成礦物質(zhì)可能都主要來源于“長7”段烴源巖，并共遷移共沉淀，那么，成礦物質(zhì)是以何種形式進行遷移？成礦作用的機制是什么？

系統(tǒng)梳理了鄂爾多斯盆地西南部白堊系鈾成礦地質(zhì)特征，具有如下特點：①鈾礦體主要呈多層板狀賦存于灰（綠）色砂體中，少部分低品位礦石賦存于褐黃色砂巖中；②礦體上部存在環(huán)河組上段厚層狀泥巖；③鈾礦石中富含“流動態(tài)”有機質(zhì)，鈾成礦與外源性可流動性、可溶性有機質(zhì)（深部滲出流體）密切相關(guān)；④鈾成礦過程與有機質(zhì)、Zn、Cu、S、Fe等元素密切相關(guān)；⑤鈾礦石的碎屑礦物中常?？梢姶罅康娜芪g孔發(fā)育；⑥賦礦砂巖中抽提的有機物的正構(gòu)烷烴生物標志化合物及其同位素特征與延長組烴源巖具有可比性；⑦鄂爾多斯盆地南部廣泛發(fā)育延長組的富鈾烴源巖，已發(fā)現(xiàn)的鈾礦床（點）及異常點在空間上與延長組的富鈾烴源巖分布具有關(guān)聯(lián)性。大量的成礦模擬實驗研究證實，富鈾烴源巖在排烴的過程中，也能夠排出大量的成礦元素，且在100 ℃以上進入排“鈾”高峰［52］。依據(jù)李 子穎等［46］“滲出型”鈾成礦作用的特點，結(jié)合鄂爾多斯盆地西南部鈾礦化的特征與成礦模擬實驗的研究成果，認為鄂爾多斯盆地西南部白堊系鈾礦化成礦機制如圖7 所示。

圖7 鄂爾多斯盆地西南部下白堊統(tǒng)砂巖鈾成礦作用機制探討示意圖Fig.7 The schematic diagram of U-metallogenic mechanism in the Lower Cretaceous sandstone，southwestern Ordos Basin

成礦物質(zhì)和有機流體均來源于延長組7 段烴源巖，“長7”段烴源巖在排烴的同時也排出了有機酸、成礦物質(zhì)和水。它們在一定的溫度和壓力條件下，成礦物質(zhì)與有機酸的官能團配位（絡合或鰲合）形成非常細小的水合物膠體（納米結(jié)構(gòu)）游離于流體中，形成富含成礦物質(zhì)、有機酸和部分烴類物質(zhì)的成礦流體。當成礦流體運移至淺部氧化性的砂巖時，由于溫度、壓力和氧逸度等的變化，水合物膠體變得不穩(wěn)定而發(fā)生分解，成礦物質(zhì)傾向性的選擇與飽含官能團的極性大分子有機質(zhì)（如地瀝青）共沉淀；當極性大分子有機質(zhì)消耗完時，成礦物質(zhì)不得不選擇附著于一些比表面積較大的物質(zhì)（如黏土）上沉淀，同時中質(zhì)-輕質(zhì)烴類組分、天然氣發(fā)生逃逸并還原地層，造成靠近礦化部位的原始紅色氧化性建造被不同程度還原，而顯示出灰色、灰白色、褐黃色等的現(xiàn)象。

6 結(jié)論

1）鄂爾多斯盆地西南部白堊系砂巖鈾礦化與外源“流動狀”有機質(zhì)密切相關(guān)，成礦流體為一種能夠溶蝕碎屑礦物的強還原性有機流體。

2）白堊系鈾礦化砂巖中浸染狀有機質(zhì)是一種演化程度較低、含有甲基、亞甲基、羧基、羥基等基團的復雜大分子有機物，可能由深部延長組的烴源巖演化而來。

3）鄂爾多斯盆地西南部白堊系砂巖鈾礦化特征符合“滲出”成礦作用模式的特點，烴源巖的排烴（有機）排鈾以及富鈾有機流體的裂解-分異是導致白堊系鈾成礦的主要機制之一。

致謝：野外工作過程中得到了核工業(yè)二〇三研究所的大力幫助，核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究所在許多測試項目中給予了支持，匿名審稿人為本文提供了寶貴修改意見，作者在此一并表示感謝！