鄂爾多斯盆地長7油層組烴源巖中鈾的賦存狀況研究

馬 曄，魏安軍，王海桐，宋子升 邊 飛 王 楠，侯景濤，房玉鳳

(西北有色地質(zhì)研究院，陜西 西安 710043) (中石油長慶油田分公司第三采油廠，寧夏 銀川 750000)

鄂爾多斯盆地長7油層組烴源巖中鈾的賦存狀況研究

馬 曄，魏安軍，王海桐，宋子升 邊 飛 王 楠，侯景濤，房玉鳳

鄂爾多斯盆地長7烴源巖是一套最重要的優(yōu)質(zhì)生油巖層，經(jīng)研究在該烴源巖底部大量富集放射性元素鈾，利用化學(xué)逐級提取、電子探針、α放射性照相等方法研究了長7優(yōu)質(zhì)烴源巖中鈾的賦存狀態(tài)及其相應(yīng)的含量關(guān)系，并通過電子探針分析在該區(qū)首次發(fā)現(xiàn)了膠磷礦中的含鈦獨立鈾礦物。研究表明，鈾以獨立鈾礦物及類質(zhì)同象形式存在于膠磷礦中,比例達(dá)50%;以吸附態(tài)賦存于黃鐵礦和有機質(zhì)中,比例達(dá)40%;還有少量鈾被吸附在粘土礦物中,比例在10%以下。

鄂爾多斯盆地；長7段烴源巖；賦存狀態(tài)；鈾

鄂爾多斯盆地是我國的第2大沉積盆地,面積約2.5×105km2。該盆地內(nèi)油、氣、煤、鈾等多種能源礦產(chǎn)共存,是我國重要的能源基地,其中長7油層組烴源巖不僅是重要的生油巖層,而且還富含礦產(chǎn)資源。海相黑色頁巖中鈾的富集與有機質(zhì)有關(guān),認(rèn)為鈾含量與有機碳呈明顯的正相關(guān)關(guān)系,且與還原環(huán)境有關(guān)［1］，也有學(xué)者認(rèn)為鈾的富集與微生物活動造成的磷灰石富集過程有關(guān)［2］。此外，鈾的富集與烴源巖中的膠磷礦、黃鐵礦和有機質(zhì)關(guān)系密切［3］。但上述研究對烴源巖中鈾的賦存情況研究則較少。為此，筆者對鄂爾多斯盆地長7油層組烴源巖中鈾的賦存狀況進(jìn)行了研究。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地屬于華北地臺的一部分，開始形成于中三疊世紙坊期,中晚三疊世延長組期和早中侏羅世延安組期為其主要發(fā)育時期,當(dāng)時沉積范圍遠(yuǎn)大于現(xiàn)今盆地,主體具克拉通內(nèi)盆地屬性。盆地所在地區(qū)在地史上大范圍接受沉積的時間長達(dá)(4～5)×108年,總體構(gòu)成了不同時期(Mz/Pz2/Pz1)多個大型盆地的疊加和復(fù)合,稱其為多重疊合型盆地。中生代盆地于早白堊世末走向消亡,晚白堊世以來為盆地的后期改造時期［1］。

受秦嶺造山帶強烈碰撞和快速隆升的影響,晚三疊世延長組期盆地沉積邊界遠(yuǎn)超出現(xiàn)今盆地邊界,延長組期是中生代盆地演化各期分布范圍和水深最大的時期。從早期(長10油層組、長9油層組期)湖盆沉陷到湖盆擴張的鼎盛時期(長7油層組期),再到湖盆的萎縮(長6油層組、長5油層組期)和消亡(長1油層組期),記錄了一個完整的湖盆產(chǎn)生和演化的過程，其中長7油層組構(gòu)成盆地的主力烴源巖。近年來,在長7油層組底部發(fā)現(xiàn)存在大范圍、厚度不等的放射性伽馬顯著正異常,其地層厚度分布在10～40m,而伽馬正異常主要由鈾的正異常引起［2］。在平面上,該富鈾烴源巖層沿北西-南東向展布,即分布于姬塬-華池-正寧一帶。

2 樣品處理及測試方法

樣品采自鄂爾多斯盆地延長組長7油層組底部富鈾的黑色泥頁巖,一部分為巖心樣品,另一部分為華池、慶陽、銅川的野外露頭長7油層組底部樣品。筆者主要通過逐級化學(xué)提取、電子探針、α放射性照相等方法對長7油層組烴源巖鈾的賦存狀態(tài)進(jìn)行研究。

3 逐級化學(xué)提取定量分析

1為樣品WX07-47；2為樣品WX07-19；3為樣品里57井(2349.5m)4為樣品正7井(1629.5m)；5為樣品WX07-44。

逐級化學(xué)提取屬于化學(xué)方法,即選擇適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)試劑及條件將樣品中的金屬元素選擇性地提取到特定的溶液中,然后測定溶液中該金屬元素的豐度,從而確定其在樣品中的賦存狀態(tài),使賦存狀態(tài)的研究定量化。具體步驟如下：①第1步(Q1)。用鹽酸(2mol/L)溶解黑色頁巖,振蕩24h,過濾。鹽酸溶解的部分主要是細(xì)晶磷灰石,測溶液中鈾及相關(guān)元素含量即為磷灰石中的相應(yīng)元素含量。②第2步(Q2)。將上述殘渣灰化后(600℃)用6mol/L鹽酸溶解,溶解的主要是黃鐵礦和有機質(zhì)組分,測溶液中鈾及相關(guān)元素含量。③第3步(Q3)。用HF∶HNO3(體積比1∶1)溶液溶解殘渣,溶解的主要是其中的鋁硅酸鹽組分,再測溶液中鈾等組份的含量。測試結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，U與Th、CaO和P2O5在各步驟中的含量有較好的一致性,說明這些元素具有共生富集的特征。此外，對圖1中鈾在各個組分中含量進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，長7富鈾烴源巖中鈾元素主要富集在膠磷礦中,占50%左右；其次賦存于黃鐵礦和有機質(zhì)中，占40%左右；粘土礦物(硅鋁酸鹽)中含量最低,僅占10%左右。

4 鈾的存在形式

4.1獨立鈾礦物形式

鈾礦物存在于砂巖的孔隙、黃鐵礦等礦物的晶間裂隙和孔隙中，其結(jié)晶顆粒十分微小,呈板狀和不規(guī)則粒狀,其具明顯的溶蝕現(xiàn)象，礦物顆粒大小在2～14μm之間,單個鈾礦物顆粒一般為2～7μm,大者可達(dá)14μm。

利用Jeor JXA-8100電子探針系統(tǒng)測定礦物成分，測試條件:加速電壓15kV,電流20nA,束斑約2μm，測定結(jié)果如下：分析點W07-19-1、W07-19-2和W07-19-3的成分大致接近,UO2含量分別為59.69%、61.23%、60.09%;SiO2含量分別為12.28%、13.14%、12.77%;CaO 含量為3.73%、3.73%、2.32%,因而該礦物為鈾石；分析點W07-19-8和W07-19-10的UO2含量分別為43.27%和51.17%;TiO2含量分別為4.21%和1.44%;SiO2均為含量為0.76;CaO含量分別為3.95%和2.97%，因而該礦物為鈦-鈾礦物。

4.2類質(zhì)同像和吸附形式

利用特制的高感光性能的感光物質(zhì)記錄鈾的α射線軌跡,即為鈾α徑跡，據(jù)此能夠研究礦石中鈾的存在形式、分布狀況等。一般認(rèn)為，α徑跡呈稀疏均勻分布時可能是鈾的類質(zhì)同像形式,也可能是鈾的吸附形式。如果α徑跡的分布均勻且與礦物的形態(tài)大小一致應(yīng)為鈾的類質(zhì)同像形式；如果α徑跡沿礦物表層或裂隙局部密集,則為鈾的吸附形式［3］。

選取長7油層組烴源巖的3個樣品進(jìn)行α徑放射性照相。結(jié)果顯示，在膠磷礦的位置所留下的α徑跡分布均勻而密集,與膠磷礦形態(tài)保持了很好的一致性，顯示鈾以類質(zhì)同像形式存在(見圖2)。在黃鐵礦的位置所留下的α徑跡則稀疏或者不明顯，顯示鈾可能以吸附形式存在。

圖2 長7油層組富鈾烴源巖膠磷礦中鈾的α徑跡分布圖(正8井)

5 結(jié) 論

鈾以獨立鈾礦物及類質(zhì)同象形式存在于膠磷礦中,其比例達(dá)50%;鈾以吸附態(tài)賦存于黃鐵礦和有機質(zhì)中,其比例達(dá)40%;少量鈾以吸附態(tài)賦存于粘土礦物中,比例在10%以下。

［1］秦艷,張文正,彭平安,等.鄂爾多斯盆地延長組長7段段富鈾烴源巖的鈾賦存狀態(tài)與富集機理［J］.巖石學(xué)報，2009,25(10):2469-2472.

［2］劉池洋,趙紅格,桂小軍,等. 鄂爾多斯盆地演化-改造的時空坐標(biāo)及其成藏(礦)響應(yīng)［J］.地質(zhì)學(xué)報,2006,80(5): 617-628.

［3］李瓊.鄂爾多斯盆地西南地區(qū)深部放射性異常及其對烴源巖演化的影響［D］.西安：西北大學(xué)，2007.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.07.014

P619.14

A

1673-1409(2012)07-N041-03

2012-04-24

馬曄(1985-)，女，2010年大學(xué)畢業(yè)，碩士生，現(xiàn)主要從事能源地質(zhì)學(xué)方面的研究工作。

［編輯］ 李啟棟