松辽盆地西南部大林地区铀成矿特征分析.pdf

第 40 卷 第 3 期2024年 5月Uranium Geology铀矿地质Vol.40 No.3May2024松辽盆地西南部大林地区铀成矿特征分析张亮亮1，蔡建芳2，姜山1，宁君1，王海涛1，武飞1，卢天军1，李双龙3，宫天琦1（1.核工业二四三大队，内蒙古 赤峰 024000；2.核工业二四研究所，辽宁 沈阳 110000；3.吉林省核工业地质局，吉林 长春 130062）摘要 大林铀矿床是松辽盆地西南部新近探明的砂岩型铀矿床。文章对大林铀矿床的矿体产出特征、铀的赋存状态等成矿特征开展研究。研究表明，宏观上，含矿层姚家组下段氧化砂岩十分发育，铀矿体呈多层产出且受氧化带控制明显。微观上，铀主要呈吸附态，独立铀矿物与含铀矿物较少，沥青铀矿是主要的独立铀矿物，存在含钛铀矿物与闪锌矿的热液矿物组合。根据成矿特征初步判断，大林铀矿床与邻近的钱家店铀矿床和宝龙山铀矿床成因相似，是表生流体与深部流体叠加作用的结果。关键词 砂岩型铀矿；松辽盆地；成矿作用；大林地区；铀矿物文章编号 1000-0658(2024)03-0394-10 中图分类号 P619.14 文献标志码 A砂 岩 型 铀 矿 已 成 为 我 国 主 要 的 铀 矿 勘 探 类型1-2。松辽盆地西南部是我国北方东部地区砂岩型铀矿找矿的主要区域之一3-4，区内已探明钱家店、宝龙山、大林、海力锦等多个砂岩型铀矿床和矿产地5-12。它们围绕宝龙山构造天窗产出，构成铀矿集区。大量研究表明，该铀矿集区砂岩型铀矿的成矿作用十分复杂，存在表生低温流体、深部热液和油气等多期次、多类型流体的参与13-18。这些认识主要来自于对钱家店和宝龙山铀矿床的研究。大林铀矿床是铀矿集区内新近探明的砂岩型铀矿床，对其开展铀成矿特征研究有助于进一步揭示区内铀矿化围绕宝龙山构造天窗集中产出的原因。本文通过钻孔连井、薄片鉴定、电子探针等方法对大林铀矿床含矿层及含矿砂岩开展综合研究，分析铀矿体产出特征、铀赋存特征，并在此基础上浅析该铀矿床的成因。1 地质概况1.1 区域地质松辽盆地西南部作为盆地的一部分（图 1），与松辽盆地经历了同样的构造演化过程。盆地基底在前古生代发生微板块聚合，古生代发生增生拼贴，于晚古生代海西运动末期与欧亚大陆联成一体，形成了完整的大陆地壳19。盆地基底的形成、演化受两大构造域控制：早期（晚元古代至早二叠世末），受古亚洲洋构造域控制，早二叠世末海西运动使中朝板块和西伯利亚板块发生碰撞，形成统一的欧亚板块后海水自西而东退去；晚期（晚三叠世以后）盆地进入环太平洋构造域演化阶段，形成统一的松辽汇水盆地20。松辽盆地西南部基底岩性主要为前寒武纪深变质岩、古生代浅变质岩和加里东-海西期花岗岩或闪长岩；盖层由中-新生代沉积地层及第四系松散堆积物等组成。沉积盖层下部由下白垩统断陷层序组成，上部由上白垩统坳陷层序组成21。1.2 矿床地质研究区位于开鲁坳陷钱家店凹陷的东北部，即西南隆起区与开鲁坳陷的过渡部位（图 1）。其东邻架玛吐凸起，南为大林凹陷。区内沉积盖层主要为上白垩统姚家组和嫩江组，其中上白垩统姚家组为基金项目 中国核工业地质局项目“松辽盆地通辽-大庆地区铀矿资源调查评价与勘查”（编号：202212）和“内蒙古通辽市科尔沁区余粮堡-科左中旗宝德勒地区铀矿资源调查评价”（编号：202212-3）联合资助。收稿日期 2023-06-20 改回日期 2023-08-31第一作者 张亮亮（1990），男，内蒙古呼伦贝尔人，工程师，从事砂岩型铀矿调查评价与勘查工作。E-mail：DOI：10.3969/j.issn.1000-0658.2024.40.035张亮亮张亮亮，等：松辽盆地西南部大林地区铀成矿特征分析第 3期该区的主要含矿层位。钱家店断陷形成于伸展断陷阶段（K1yK1f），主要沉积下白垩统九佛堂组、沙海组、阜新组等断陷层序地层，为湖相到河流相的泥岩、碳质泥岩、灰色油页岩、细砂岩夹煤层建造，富含有机质。热降拗陷阶段（K2qK2n）开始接受沉积，主要沉积上白垩统姚家组、嫩江组等坳陷层序地层。有利含矿层位姚家组以河流相沉积为主。嫩江末期该区抬升隆起，缺失晚白垩世四方台期新近纪沉积，至第四纪该区才继续接受沉积。由于嫩江期末的嫩江运动，在挤压应力作用下钱家店断陷西缘断裂（早期为正断层）发生反转，使地层抬升剥蚀形成构造天窗，从而在宝龙山地区发育一个轴向为北东向，倾向南西的向斜，向斜西翼为宝龙山构造剥蚀天窗，东翼为架玛吐隆起（图 2）。区内断裂主要发育两组，一组为北东向，另一组为近东西向。北东向的断裂主要为 F1、F2和 F3断裂，属反转期形成的同期或派生的断裂，它们沟通了深部还原流体与姚家组沉积砂体的联系，有利于深部还原性流体上升进入含矿层，为后生砂岩型铀成矿作用的进行提供还原剂（图 3）。研究区基底主要为海西期花岗岩，盖层由姚家组（K2y）、嫩江组（K2n）和第四系（Q）组成。姚家组下段自下而上依次为冲积扇相/砾质辫状河相砂质辫状河相曲流河相沉积。其中，下亚段发育厚层砂质辫状河沉积，其次为薄层冲积扇相/砾质辫状河相沉积；上亚段则发育分布较为稳定的曲流河相沉积。大林地区铀矿体皆赋存于上白垩统姚家组下段，主要位于下亚段辫状河相沉积的多层氧化带所夹持的灰色带内，含矿岩性主要为灰色中砂岩，其次为砂质砾岩，细砂岩、粗砂岩较少。2 样品采集与分析方法宏观上，对大林地区的钻井资料进行综合分析和钻井对比，获得矿带的平面展布图和钻井对比剖面。根据各钻井铀矿化的空间匹配关系，圈定铀矿体并分析其产出特征。微观上，采集高品位铀矿石磨制薄片，在东华理工大学核资源与环境国家重点实验室完成径迹蚀刻和显微观察。在南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室完成薄片的电子探针分析，分析仪器为 JEOL-JXA 8100电子探针；工作电压为 15.0 kV，加速电流为 20 nA，束斑直径为 1 m。3 分析结果3.1 铀矿体特征3.1.1 矿体空间分布特征大林地区铀矿化主要产出在姚家组下段22-24，图 1 研究区位置及构造单元划分图Fig.1 Location of study area and tectonic units of Songliao Basin 395铀 矿 地 质第 40 卷平面上分布在 A、B 号氧化带边部的过渡带内，受氧化带边界线形态控制，整体呈北东向蛇曲状展布（图 4）。号铀矿带受 A 号主氧化带控制，矿带位于西侧过渡带内，长约 15 km，宽 0.21.0 km，是大林地区的主矿带；号铀矿带位于东侧过渡带内，受协代隆起周边发育的 B 号氧化带控制，矿带长近4 km，宽约 0.2 km。矿体垂向上受多层氧化带控制，呈多层产出。矿体形态多为板状、透镜体状，产状与地层产状一致（图 5）。矿体埋深 376718 m 不等，自北东向南西埋深逐渐增大。根据姚家组下段分层方案初步将区内矿体划分为 4层，自下而上分别为、。其中、号矿层位于姚家组下段下亚段，而号矿层位于姚家组下段上亚段。3.1.2 矿体产出特征大林地区铀矿体平面上主要位于号矿带；垂向上矿体多产在姚家组下段下亚段，其中又以底部号矿层矿体为主。由于区内钻探程度较低，除 2图 2 松辽盆地西南部铀矿集区断裂-隆起-辉绿岩-铀矿床的空间关系Fig.2 Spatial distribution of fault-uplift-diabase-uranium deposit in the mineralization cluster of southwestern Songliao Basin图 3 松辽盆地西南部地层结构划分图Fig.3 Stratigraphic structure of southwestern Songliao Basin1第四系；2新近系泰康组；3上白垩统四方台组；4上白垩统嫩江组；5上白垩统姚家组；6上白垩统青山口组；7上白垩统泉头组；8下白垩统；9石炭系-二叠系浅变质岩；10海西期花岗岩体；11整合地质界线；12角度不整合地质界线；13推测断层位置及编号。396张亮亮，等：松辽盆地西南部大林地区铀成矿特征分析第 3期图 4 大林地区矿带展布示意图Fig.4 Schematic distribution of mineral belts in Dalin area1氧化带；2过渡带与还原带；3号矿带；4号矿带；5氧化水流向；6工业铀矿孔；7铀矿化孔；8铀异常孔；9无矿孔。个工业铀矿体走向为 2 个钻孔控制外，其余矿体皆为单孔控制。号矿带圈定出工业铀矿体 19个，矿体厚度为1.1015.60 m，平 均 为 5.21 m；品 位 为 0.011 2%0.193 4%，平均为0.035 7%。号矿带圈定出工业铀矿体2个，矿体厚度为1.154.10 m，平均为2.58 m；品位为 0.011 7%0.052 5%，平均为 0.024 1%。、号矿带之间灰色带中部圈定出工业铀矿体 1 个，厚度为 1.15 m，品位为 0.041 1%。矿体垂向上呈多层产出，但主要赋存在第一层、第二层灰色砂体中，以号矿层为主，号矿层次之，而、号矿层规模较小。其中，号矿层共圈定出矿体 10 个，矿体主要产于第一层灰色砂体中，埋深 537718 m，由北东-南西向随着矿体埋深增大其厚度减薄，品位增高；号矿层矿体产于第二层灰色砂体中，埋深 433577 m，厚度、品位变化不大且无明显规律性；号矿层矿体规模较小，产于第三层灰色砂体中，埋深 376446 m，矿体厚度一般较大，但品位较低。、号矿层矿体厚度一般较大，号矿层其次。3.2 矿石特征3.2.1 矿石类型根据矿石物质组成、化学成分、碳酸盐矿物、黏土矿物等特征矿物的种类、含量以及铀矿物与共生矿物的关系，大林铀矿床矿石工业类型为含铀碎屑岩铀矿石。矿石类型按岩性可分为长石砂 397铀 矿 地 质第 40 卷岩、砂质砾岩两类，其中以长石砂岩为主，砂质砾岩次之。长石砂岩类矿石多为中砂状结构，部分为细砂、粗砂状结构，疏松-较疏松，渗透性较好；砂质砾岩类矿石砾石成分以泥砾为主，也可见少量硅质砾、花岗岩砾以及千枚岩砾，岩石较疏松，渗透性稍差。3.2.2 矿石物质组分大林地区长石砂岩类铀矿石以中砂状结构为主，碎屑物质占 90%以上，泥质占比小于 5%。碎屑物分选性较好，次棱角状，孔隙式胶结，砂体疏松（图 6a）。碎屑以石英、长石和岩屑为主，其中石英占 30%35%，长 石 约 占 40%45%（主 要 为 钾 长石，少量为更长石），偶见碎片状黑云母。石英晶面较洁净，可见次生加大（图 6b）。长石晶面粗糙，大部分黏土化较强，部分更长石绢云母化，可见聚片双晶和格子状双晶。岩屑占 20%23%，主要成分为流纹岩，由显微粒状-霏细结构的长英质等构成，次之为泥质岩、安山岩、花岗（斑）岩岩屑。图 6 含矿层砂岩显微照片Fig.6 Microscopic feature of sandstone in the ore host layera灰色细砂质中砂岩，碎屑物呈次棱角状，ZKD231-34孔，398.4 m（正交偏光）；b灰色中砂岩，石英形成次生加大边，ZKD16-16孔，495.5 m（正交偏光）。图 5 大林地区号矿带矿体垂向分布示意图Fig.5 Vertical distribution of ore bodies in belt No.1 of Dalin area1上白垩统姚家组上段；2上白垩统姚家组下段；3海西期花岗岩；4整合地质界线；5角度不整合地质界线；6氧化带与过渡带；7铀矿体；8铀矿化。398张亮亮，等：松辽盆地西南部大林地区铀成矿特征分析第 3期蚀变：早期长石碎屑及岩屑内部发育黏土化、弱绢云母化。填隙物：钙质胶结物、黏土质杂基，含量一般小于 5%，个别矿段黏土质含量可达 30%。黏土质杂基由隐晶状黏土矿物组成，单偏光下显淡黄色，填隙于砂屑间。3.2.3 铀的赋存形式通过 径迹蚀刻和电子探针分析表明（图 7、表1），大林地区铀的存在形式主要有吸附态和铀矿物两种。其中，铀主要呈吸附状态，而独立铀矿物与含铀矿物较少。铀矿物主要为沥青铀矿，次为含钛铀矿物，偶见铀石。图 7 高品位铀矿石透明胶片 径迹Fig.7 Alpha fission track of high-grade uranium orea18KL006号样品，辐照 30天，径迹呈条带状；b与图 a对位的镜下照片（单偏光）；c18KL086号样品，辐照 30天，径迹呈条带状、团块状；d与图 c对位的镜下照片（单偏光）。沥青铀矿是姚家组下段含矿砂岩中的主要铀矿物，呈脉状、团块状或粒状，主要产于碎屑间孔隙中或碎屑裂隙内，也见于长石、石英的溶蚀坑内（图8a），呈沥青铀矿-黄铁矿共生组合产出（图 8b、c）。含钛铀矿物是本区次要铀矿物类型，主要呈脉状产于碎屑间孔隙中，一般与闪锌矿、黄铁矿共生（图8d、e），其 w（TiO2）值 为 10.36%32.66%，平 均 为20.57%。铀石在本区含量较少，见于部分石英颗粒溶蚀坑内（图 8f、g），铀矿物呈分散粒状分布，见其与黄铁矿共生（图 8h），w（SiO2）值为 12.00%15.53%，平均为 13.77%。4 讨论大林铀矿床与邻近的钱家店铀矿床、宝龙山铀矿床的矿床特征存在诸多相似之处。大林铀矿床铀矿化受氧化带边界线形态控制明显（图 4），产状与地层产状一致（图 5），表明铀矿化的形成受到表生流体的制约。铀矿体形态同样多为板状、透镜体状（图 5），揭示在铀聚集成矿过程中大林地区可能受到多元构造应力场的影响14。与前述邻近铀矿床不同的是，大林地区钻孔并未大量揭遇辉绿岩（图 2）。然而，电子探针分析结果表明，大林铀矿床也存在含钛铀矿物-闪锌矿的矿物组合（图 8d），指示热流体活动参与了铀成矿。对比前人有关钱家店和宝龙山铀矿床的研究成果可知，大林铀矿床的形成是表生流体与深部流体耦合作用的结果16，深部热流体渗入到含矿层中可能不局限于辉绿岩展布范围。399铀 矿 地 质第 40 卷表 1 大林地区铀矿物电子探针分析结果Table 1 Electron probe analysis results of uranium minerals in Dalin area岩性灰色中砂岩灰色细砂岩灰色中砂岩取样位置ZK兴99-5ZK兴147-6ZK兴91-5557.9 m497.0 m717.8 m388.0 m样号18KL00318KL00618KL086S15-007点号p2p1p2p3p4p6p7p8p9p1p1p2p3p3p5p7p10p121234567w(B)/%Y2O30.160.730.140.150.190.190.060.060.150.050.010.090.06-0.110.08-0.160.180.050.120.170.270.11P2O51.362.521.840.611.031.040.801.481.292.622.322.222.362.822.382.231.682.671.851.391.031.141.611.961.51FeO0.560.281.880.951.930.570.830.290.601.331.671.281.741.262.750.931.321.980.580.642.910.860.360.310.75K2O-1.47-0.540.681.100.840.520.400.89CaO2.102.141.931.871.121.290.541.652.160.310.450.300.851.160.400.360.330.355.684.633.303.678.845.644.80TiO23.210.262.520.670.570.5732.662.2118.057.114.4510.3613.445.4713.214.8527.4024.239.006.3727.6318.175.015.068.50F-0.43-0.100.150.21-0.07-0.06-未测SiO20.459.3912.0015.539.072.681.181.670.780.350.200.281.990.691.350.690.210.311.380.877.915.422.812.081.06Al2O30.030.622.083.100.190.430.190.160.090.360.240.330.500.641.080.300.281.170.050.123.701.640.430.020.03UO272.9872.3562.2157.4882.2382.0744.0671.6674.2268.3473.3774.7262.1669.1159.1473.1354.0954.2265.1455.5836.5144.2368.7867.2468.27ThO2-0.04-0.21-0.250.270.210.270.470.330.27PbO-0.900.060.030.060.19-0.09-0.050.30-0.04-0.07-La2O30.050.020.100.09-0.05-0.01-未测Ce2O30.23-0.210.230.180.210.210.190.210.120.090.15-0.110.040.08-0.13未测Na2O0.760.450.600.630.610.331.700.370.450.110.060.020.040.330.210.080.030.041.462.830.982.031.030.911.40MgO0.270.080.120.06-0.220.330.24-0.00-0.470.460.690.360.620.560.28Total82.1689.0788.0281.5097.2389.6082.6480.0797.4780.6982.8785.9983.1481.6380.9982.7485.3885.1286.6474.1486.1178.8790.9284.9387.92铀矿物种类沥青铀矿沥青铀矿铀石铀石沥青铀矿沥青铀矿含钛铀矿物 沥青铀矿含钛铀矿物沥青铀矿沥青铀矿含钛铀矿物含钛铀矿物沥青铀矿含钛铀矿物沥青铀矿含钛铀矿物含钛铀矿物沥青铀矿沥青铀矿含钛铀矿物含钛铀矿物沥青铀矿沥青铀矿沥青铀矿注：“”表示该项未测出或低于仪器检测限。400张亮亮，等：松辽盆地西南部大林地区铀成矿特征分析第 3期图 8 沥青铀矿、含钛铀矿物及铀石背散射电子图像Fig.8 BSE images of pitchblende，titanium-uranous minerals，and granular coffinitea沥青铀矿产于长石颗粒溶蚀坑内；b脉状沥青铀矿产于碎屑裂隙内，与黄铁矿共生；c团块状沥青铀矿产于碎屑间孔隙中，与草莓状黄铁矿共生；d脉状含钛铀矿物产于碎屑间孔隙中，与闪锌矿共生；e脉状含钛铀矿产于碎屑间孔隙中，与黄铁矿共生；f、g铀石产于石英表面溶蚀坑内；h铀石产于石英颗粒溶蚀坑内，与黄铁矿共生。5 结论1）大林地区铀矿赋存在姚家组下段，矿体垂向上受多层氧化带控制呈多层产出，形态多为板状、透镜体状。2）铀的存在形式主要有吸附态和铀矿物两种。其中，铀主要呈吸附状态，而独立铀矿物与含铀矿物较少。铀矿物种类主要为沥青铀矿，次为含钛铀矿物。区内存在含钛铀矿物与闪锌矿的热液矿物组合。3）大林铀矿床的形成是表生流体与深部流体叠加作用的结果，这与邻近的钱家店、宝龙山铀矿床相似。参考文献1 张金带.我国砂岩型铀矿成矿理论的创新和发展 J.铀矿地质，2016，32（6）：321-332.ZHANG Jindai.Innovation and development of metallogenic 401铀 矿 地 质第 40 卷theory for sandstone type uranium deposit in ChinaJ.Uranium Geology，2016，32（6）：321-332（in Chinese）.2 李子颖，刘武生，李伟涛，等.内蒙古二连盆地哈达图砂岩铀矿渗出铀成矿作用 J.中国地质，2022，49（4）：1009-1047.LI Ziying，LIU Wusheng，LI Weitao，et al.Exudative metallogeny of the Hadatu sandstone-type uranium deposit in the Erlian Basin，Inner 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research findings indicate that,on a larger scale,the deposit host Yaojia Formation shows significant development of oxidized sandstone layers,and the uranium mineralization is characterized by multiple layers predominantly controlled by oxidation zones.Under microscopic examination,uranium is primarily found in an adsorbed state,with fewer occurrences of independent uranium minerals,and the pitchblende being the main independent uranium mineral.There exists a hydrothermal mineral combination containing both titanium-uranium minerals and sphalerite.In summarizing,it can b