鄂尔多斯盆地南部彬县地区直罗组下段砂岩蚀变特征研究.pdf

第 69 卷增刊 1Vol.69Supp.12023 年6 月Jun.,2023地质论评GEOLOGICALREVIEW125鄂尔多斯盆地南部彬县地区直罗组下段砂岩蚀变特征研究一刘凯鹏，王晓鹏，冯博核工业二三研究所，西安，710100注：本文为中国核工业地质局铀矿预查项目（编号 2022-17）的成果。收稿日期：2023-04-10；改回日期：2023-04-30；责任编辑：刘志强。DOI：10.16509/j.georeview.2023.s1.050作者简介：刘凯鹏，男，1991 年生，硕士，工程师，主要从事铀矿地质科研和生产工作；Email：。关键词：关键词：砂岩型铀矿；直罗组鄂尔多斯盆地是华北陆台上独立发展起来的一个大型内陆坳陷，自上世纪以来在盆地南部先后发现了双龙中型铀矿床、店头小型铀矿床及鸭河湾矿产地，表现出较好的成矿潜力。本文在前人的研究的基础上，对鄂尔多斯盆地南部彬县地区直罗组砂岩后生蚀变特征进行研究，探讨蚀变作用对元素的迁移控制作用及与铀成矿作用的关系。1地质背景研究区位于鄂尔多斯盆地南部伊陕斜坡与渭北断隆过渡部位，区内构造活动较弱，中-新生界地层出主要为下白垩统环河组、洛河组、宜君组，中侏罗统直罗组、延安组，上三叠统延长组（图 1）。其中，中侏罗统直罗组为研究区主要找矿目的层，为一套潮湿气候条件下的河流相沉积。根据岩性岩相特征自上而下可分为两段：直罗组下段（J2z1）为辨状河相沉积，发育多个上细下粗的正粒序，岩性主要为褐红色、灰绿色、灰色粗砂岩、含砾粗砂岩，底部一般发育砾岩，富含有机质、炭屑、黄铁矿等还原介质，斜层理、冲涮面较发育，具有明显的砂夹泥结构，为研究区主要含矿层位。铀矿化主要产自灰绿色、褐红色与灰色砂岩过渡部位，偏灰色砂岩一侧；直罗组上段（J2z2）为曲流河相沉积，岩性主要为红色、紫红色、杂色泥岩、粉砂岩，夹细砂岩薄层，具有明显的泥夹砂结构。2后生蚀变特征根据研究区直罗组下段砂体颜色、蚀变矿物特征可分为以下 4 类（图 2）：古层间氧化砂岩（图图 1 彬县地区地质图（据孙圭等，1998 修改）2a、e），是指原生砂岩受到古层间氧化作用形成的，主要褐色、棕红色，细砂岩、中砂岩、含砾粗砂岩，发育褐铁矿化、赤铁矿化，局部发育碳酸岩化，沿碎屑物颗粒边缘可见弱高岭土化薄膜；二次还原砂岩（图 2b、f）：是古层间氧化砂岩遭受后期还原性流体、气体二次还原改造所形成（吴柏林等，2006），颜色为灰绿色、灰绿色夹褐红色斑点，岩性主要为中粗砂岩、含砾粗砂岩，发育弱绿泥石化、高岭土化、褐铁矿化，局部可见少量星点状黄铁矿；原生砂体(图 2c、g)：灰色、浅灰色粗砂岩，可见大量黄铁矿、炭屑等还原性物质，发育中等-强烈的高岭土化，局部呈灰白色；矿化砂岩(图2d、h)：岩石中 U 含量大于 10010-6，主要为灰色、地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1126图 2彬县地区直罗组下段砂岩照片（a）棕红色粗砂岩；（b）灰绿色粗砂岩中褐红色残留；（c）灰色粗砂中见黄铁矿、炭屑；（d）灰色含矿粗砂岩；（e）褐红色砂岩中发育褐铁矿（+）；（f）浅灰绿色粗砂岩（+）；（g）灰色粗砂岩（+）；（h）灰色含矿砂岩中的黄铁矿浅灰色、灰褐色中粗砂岩，发育高岭土化、大量黄铁矿、炭屑等还原物质，局部可见弱褐铁矿化斑点。3常量元素特征对研究区直罗组下段砂岩常量元素分析结果（表 1）可以看出，与原生灰色砂岩相比，后生蚀变作用对元素具有一定的制约，表现为不同程度带入与带出。SiO2：原生砂岩 SiO2含量高于古层间氧化砂岩、二次还原砂岩及矿化砂岩，表现为带出特征。其中，古层间氧化砂岩 SiO2减少了 0.73%，这可能是由于古层间氧化时期，水-岩作用作用产生的粘土膜，使得 SiO2发生了溶解，岩石 SiO2中含量降低；二次还原砂岩减少了 0.40%，这可能是由于还原过程中由含 Si 物质的生成。矿化砂岩减少的最为明显，减少了 2.35%。Al2O3：与 SiO2比较相似，表现为带出特征。其中，古层间氧化砂岩带出最为明显，减少了1.06%，可能是由于氧化作用过程中强烈的粘土化造成的，二次还原砂岩减少了 0.07%，矿化砂岩减少了 0.24%。表 1 彬县地区直罗组砂岩常量元素平均含量表（%）古层间氧化砂岩 二次还原砂岩矿化砂岩原生砂岩SiO268.0868.4166.4668.81Al2O39.9710.9610.7911.03MgO1.681.771.161.38CaO2.722.522.892.11Na2O1.561.981.381.54K2O2.822.682.512.71P2O50.050.060.050.06MnO0.100.100.050.07TiO20.340.390.400.43FeO0.921.311.011.13Fe2O32.411.261.171.35烧失量5.106.036.295.64CaO：原生砂岩中 CaO 含量低于古层间氧化砂岩、二次还原砂岩及矿化岩石，表明有 CaO 的带入。古层间氧化砂岩增加了 0.61%，二次还原砂岩增加了 0.41%，矿化砂岩增加了 0.78%。MgO：古层间氧化砂岩较原生砂岩增加了0.3%，二次还原砂岩增加了 0.39%，而矿化砂岩则减少了 0.22%，表明 MgO 既有带入又有带出。Na2O：对比原生砂岩，古层间氧化砂岩和二次还原砂岩有 Na2O 的带入，而矿化砂岩中有 Na2O的带出的特征。古层间氧化砂岩 Na2O 含量增加了0.02%，二次还原砂岩中 Na2O 增加了 0.44%，矿化砂岩 Na2O 减少了 0.16%。K2O：古层间氧化砂岩中 K2O 有带入，二次还原砂岩和矿化砂岩 K2O 有带出。古层间氧化砂岩K2O 含量增加了 0.11%，二次还原砂岩中 K2O 减少了 0.03%，矿化砂岩 K2O 减少了 0.2%。由于岩石在层间氧化作用过程中遭受了水解、溶蚀，长石类矿物发生黏土化并引起碱金属离子的流失，造成 K2O和 Na2O 的减量。TFe2O3：古层间氧化砂岩和二次还原砂岩地质论评 2023 年 69 卷 增刊 1127TFe2O3带入，矿化砂岩中 TFe2O3带出。古层间氧化砂岩 TFe2O3增加了 0.99%，二次还原砂岩 TFe2O3增加了 0.08%，矿化砂岩中 TFe2O3减少了 1.13%。原生砂岩中 Fe2O3大于古层间氧化砂岩中主要为Fe2O3，二次还原砂岩中Fe2O3与FeO含量基本相当，原生砂岩、矿化砂岩中 Fe2O3大于 FeO 含量。P2O5、TiO2、TiO2减少、增加的不明显，变化较弱，较为稳定。4特征元素特征对研究区直罗组下段不同蚀变砂岩的环境敏感特征元素 Corg、S、Fe2+、Fe3+进行了分析统计（表 2）。表 2 彬县地区直罗组砂岩特征元素平均含量表（%）原生砂岩古层间氧化砂岩 二次还原砂岩矿化岩石Corg0.360.010.250.37S0.870.030.551.62Th/U0.892.661.470.012Fe2+1.230.621.611.08Fe3+1.081.681.081.42Fe2+/Fe3+1.140.371.490.76有机碳（Corg）：原生砂岩中Corg含量为0.36%，古层间氧化砂岩中 Corg 含量为 0.01%，二次还原砂岩中 Corg 为 0.26%，矿化砂岩中 Corg 为 0.37%，古层间氧化砂岩中含量最低，原生砂岩、二次还原砂岩及矿化砂岩中基本一致，说明过层间氧化阶段还原性物质受到氧化作用，已基本不存在，二次还原作用为岩石中带入了含炭物质，有机碳含量增加；含矿砂岩中 Corg 含量较高，说明铀矿化与固体有机质的关系密切。总硫（S）：主要反映了黄铁矿的含量，以及砂岩遭受氧化还原作用的强弱。在古层间氧化砂岩中S 含量最低，为 0.0310-2，说明古氧化作用将岩石中的总硫（S）消耗殆尽；原生砂岩、二次还原砂岩、矿化砂岩中S 含量较高，分别为 0.8710-2、05510-2和 1.6210-2，后期还原作用又为岩石中带入了S，野外岩心及镜下观中二次还原砂岩、矿化砂岩中见到大量黄铁矿结核。含矿砂岩中黄铁矿含量最高，这是因为铀矿物一般与黄铁矿相伴生，呈吸附态生长在黄铁矿边缘。Th/U 值：原生砂岩中 Th/U 为 0.89，古层间氧化砂岩 Th/U 为 2.66，二次还原砂岩 Th/U 为 1.47，矿化岩石Th/U为 0.012。在古层间氧化砂岩中最高，其次为二次还原砂岩，而矿化岩石中最低，氧化蚀变过程中 U 的带出迁移，并为矿化岩石中富集成矿提供了部分铀源。Fe2+/Fe3+：原生砂岩中 Fe2+含量为 1.23%，Fe3+含量为 1.08%，Fe2+/Fe3+含量为 1.14，为还原环境；古层间氧化砂岩中 Fe2+含量为 0.62%，Fe3+含量为1.68%，Fe2+/Fe3+含量为 0.37，古层间氧化砂岩 Fe2+低于原生砂岩，Fe3+高于原生砂岩，Fe2+/Fe3+远低于原生砂岩，这是由于层间氧化作用，使得 Fe2+转化为 Fe3+，古气候化境由还原环境转为氧化环境；二次还原砂岩中Fe2+含量为1.61%，Fe3+含量为1.08%，Fe2+/Fe3+含量为 1.49，二次还原砂岩中 Fe2+高于前两者，与原生砂岩一致，低于古层间氧化砂岩，Fe2+/Fe3+高于原生砂岩、古层间氧化砂岩，为还原环境；矿化砂岩中 Fe2+含量为 1.02%，Fe3+含量为1.42%，Fe2+/Fe3+含量为 0.76，为弱氧化环境或氧化还原过渡，铀矿化位于氧化还原界面附近。5结论（1）研究区直罗组下段砂岩根据蚀变特征可分为原生砂岩、古层间氧化砂岩、二次还原砂岩，蚀变作用影响了砂岩中元素的变迁，其中 Si、Al、Fe、Ca 这 4 种元素变化趋势明显，带入、带出较强烈；Na、Mg、K 的变化趋势较弱；Mn、Ti、P 变化不明显，较为稳定；（2）Th/U 含量变化表明氧化蚀变过程中 U 的带出迁移，并为矿化岩石中富集成矿提供了部分铀源；有机碳（Corg）、总硫（S）与 U 含量变化一致，说明铀矿化与固体有机质的关系密切，矿化砂岩中黄铁矿、炭屑等含硫物质较多也证明了这一点；矿化岩石中 SiO2、CaO 变化比较明显，这说明铀成矿作用对 Si、Ca 元素的含量影响较大。参考文献/References孙圭，赵致和1988 中国北西部铀矿地质 核工业西北地质局吴柏林，刘池阳，张复新，方锡珩，刘雄2006.东胜砂岩型铀矿后生蚀变地球化学性质及其成矿意义地质学报，80（5）：740747LIU Kaipeng，WANG Xiaopeng，FENG Bo：Study onsandstone alteration characteristics of the lower section ofthe Zhiluo Formation in the southern Binxian area of theOrdos BasinKeywords：sandstone-type uranium ore；Zhiluo Formation