鄂爾多斯盆地北部大營鈾礦床直羅組下段粘土礦物變化特征探討

孫超

摘要：本研究對鄂爾多斯盆地北部大營鈾礦床4種地球化學環境的砂巖進行了巖心觀察、掃描電子顯微電鏡以及X-射線衍射等分析，討論了不同環境砂巖中粘土含量的變化及其變化機制，最后總結了大營鈾礦床的粘土特征及其與鈾礦化的關系。研究表明：①大營鈾礦床直羅組下段不同帶砂巖中粘土礦物特征具有明顯的差異性；②蒙皂石的形成消耗了更多的高嶺石；③粘土礦物的差異變化可以從側面反映出直羅組下段各帶巖石地球化學環境改變；④大營鈾礦床粘土礦物吸附鈾礦物方面主要為蒙皂石。鈾礦物多分布在有機質周圍，與粘土礦物共生。

關鍵詞：大營鈾礦床；粘土礦物；直羅組下段；鈾礦化

引言

粘土礦物是大多數海相和陸相沉積物的重要組成部分。由于它們的晶體結構和顆粒小使得它們對地質環境的變化特別敏感[1]。粘土礦物的形成方式有3種：①與風化作用有關。風化原巖的種類和介質條件，如氣候、地貌、植被因素[2]決定礦物種和保存與否；②熱液作用于圍巖，可以形成粘土礦物的蝕變富集帶[3]；③由沉積作用、成巖作用生成的粘土礦物[3]。

鄂爾多斯地塊是華北克拉通的一部分，也是其中最為穩定的一個塊體[4]。盆地的構造面貌和演化較為復雜，賦存有豐富的石油、天然氣以及各種金屬、非金屬礦產[5] [6]。近幾年，在鄂爾多斯盆地發現了包括皂火壕、納嶺溝在內的多個砂巖型鈾礦床，前人的著作大多對盆地內流體成分及二次還原改造作用、地球微量化學元素、沉積體系等進行了較多研究，但粘土礦物在鈾成礦過程中的作用研究較少。而粘土礦物在砂巖中廣泛存在，因此對大營礦床的粘土特征及其與鈾成礦的關系進行研究具有重要意義[7]。

1. 地質特征

1.1 區域地質背景

鄂爾多斯盆地內部共劃分為6個一級構造單元，即伊盟隆起、渭北隆起、西緣逆沖帶、天環坳陷、陜北斜坡及晉西撓曲帶[8]。大營鈾礦床位于鄂爾多斯盆地一級構造單元伊盟隆起的北部（圖1），區內總體為SW方向傾斜的構造斜坡，坡度較緩，傾角1°～3°，基底是由太古界，元古界結晶基底及古生界直接基底組成。蓋層厚度一般小于800m，并以中新生界沉積為主。蓋層中見少量褶皺構造，斷層構造很少見。中生代該單元北鄰河套古隆起，向南與伊陜斜坡構成統一的穩定斜坡帶，具良好物源，構造環境相對穩定等特征，為直羅組下段砂體的發育和穩定展布創造了極為有利的條件[9]。

1.2 目的層砂體特征及地球化學分帶

大營鈾礦床直羅組下段下亞段是鈾礦化的主要賦存層位。經過鉆探認證，上亞段局部也有鈾礦化顯示，是鈾礦找礦的次要目的層。下亞段地層厚度較大，普遍大于80m，底埋深在650m～750m之間，砂體厚度大于65m，在垂向上由多個正（半）韻律層疊加而成，大多韻律底部砂體中發育以泥礫或細礫為特征的沖刷面；上亞段為沉積中期在潮濕氣候環境下的一套曲流河沉積體系，砂體厚度一般20m～45m，呈條帶狀，相變大，分布局限、泥砂互層頻繁出現等特點。

依據直羅組下段各帶不同地球化學環境，可將大營鈾礦床各帶劃分為綠色古氧化帶、氧化——還原過渡帶、鈾礦石帶、原生巖石帶灰色帶。（圖2）

1.3 礦體特征

直羅組下亞段礦體多產于綠色古層間氧化帶下翼，往往產于綠色砂巖與灰色砂巖分界附近，大多產于分界附近的灰色砂巖中，受地層及層間氧化帶發育方向影響。在剖面上，礦體以平整的板狀為主，很少見到卷頭礦，礦化體主要沿工業體周邊分布。

2. 樣品和分析方法

典型的層間氧化帶型砂巖鈾礦應是含氧含鈾層間水在砂巖層運移的過程中因物理化學條件的改變而導致其預富集的鈾不斷淋出富集成礦[10]。因此經過含氧含鈾水改造的綠色古氧化砂巖與原生的砂巖在環境變化和物質成分上必然會有差別。

本次研究所用樣品采自15個地質鉆孔的27個新鮮砂巖樣品。樣品為直羅組下段各個地球化學分帶不同砂巖。取樣時現場已將巖心的泥漿和泥皮清理干凈，以確保樣品分析結果的準確性。樣品的主、微量元素測試及粘土礦物分析用等離子體質譜分析儀（ICP-MS）、D8 DISCOVER型X射線衍射儀在核工業北京地質研究院分析測試研究所完成。

樣品的數據分析結果展示見表1～表4。

3. 直羅組下段各帶粘土礦物分布特征研究

大營鈾礦床直羅組下段砂巖雜基主要為粘土礦物，包括：蒙皂石、高嶺石、伊利石、綠泥石[11]。綠色古氧化帶、還原帶、氧化——還原過渡帶中未見綠∕蒙混層礦物（表1-4）。現將各帶粘土礦物特征介紹如下：

蒙皂石（Na，Ca）0.33（Al，Mg）2[Si4O10]（OH）2·nH2O是大營鈾礦床的主要粘土礦物，總體含量很高，各帶相對含量占60%～85%，綠色古氧化帶平均含量略低71.2%；最高79.1%，位于鈾礦石帶含礦砂巖中。結構上是由兩個硅氧四面體片和一個八面體片構成的2∶1層型，一般是由長石和巖屑（基性火成巖）在堿性條件下風化形成的，酸性條件下不穩定。電鏡下多呈鱗片狀分布在顆粒的表面或者孔隙中。（圖4-a）

高嶺石Al4[Si4O10]（OH）8含量僅次于蒙皂石，各帶相對含量占6%-20%，平均含量11.5%。結構上是一個硅氧四面體片和一個八面體片構成的1∶1層型，粒度一般0.5μm～2.0μm[12]。在掃描電鏡下，主要呈葉片狀、蠕蟲狀存在于碎屑顆粒之間和碎屑顆粒表面（圖4-b﹑d），常與綠泥石等其它粘土礦物伴生。高嶺石一般為氧化成因，主要是由長石在酸性條件下風化而成，且能夠穩定存在。這也是能說明表1中大營鈾礦床綠色古氧化帶高嶺石含量偏高的原因。

伊利石（K，H3O）Al2[（Al，Si）Si3O4]常由白云母、鉀長石風化和蒙脫石受鉀交代而成[13]，是形成其它粘土類礦物的過渡性礦物。據統計，伊利石在各帶相對含量占3%-13%，平均含量8%。除了氧化——還原過渡帶外，其余各帶含量均偏低。在掃描電鏡下，伊利石多以薄膜狀包裹在碎屑顆粒表面。（圖4-c）