蒋宏 张成勇 王守玉 罗星刚

摘   要：蒙其古尔铀矿床是伊犁盆地南缘地浸砂岩型铀矿田的重要组成部分。在系统总结矿床成矿地质特征基础上，以蒙其古尔矿床西段发现的铀矿物为研究对象，通过铀矿物学、铀赋存状态及价态比值等研究，认为铀矿化形成于弱酸性的氧化还原过渡环境，部分形成于强氧化环境。构造活动的持续抬升对氧化流体的持续补给有利，氧化流体作用和次生铀矿物是良好的找矿线索。

关键词：伊犁盆地南缘;蒙其古尔矿床;铀矿物学;铀赋存状态

蒙其古尔铀矿床地质构造条件复杂，盆缘侏罗系或被控盆阻水断裂切割或褶皱变形甚至倒转，盆内阻水断裂切断侏罗系水力联系，地下水补径排体系复杂。前人对蒙其古尔矿床东段开展了大量微观铀矿物学、元素地球化学、粘土和稳定同位素等方面研究，总结了以双矿带和越流成矿为特征的“蒙其古尔式”成矿模式和富大矿体成因机制[1]。蒙其古尔矿床西部与东部相比，西部更靠近补给源，构造更强烈，地下水补径排体系更复杂。笔者据矿床勘查实践，结合铀矿物学特征，对蒙其古尔矿床西段铀矿化环境及富集机制进行探讨，旨在对区内从事铀矿找矿工作的同行有所启迪。

1  矿床地质特征

1.1  地层

矿区中新生代盖层发育总体齐全，包括侏罗系、新近系和第四系。中下侏罗统水西沟群为一套潮湿气候条件下形成的以灰色为主的暗色含煤碎屑沉积;头屯河组为河流相沉积，为灰色含砾粗砂岩，杂色泥岩、粉砂岩;新近系为干旱气候条件下形成的以褐红、紅色为主的河湖相沉积;第四系为山麓洪积相沉积物。水西沟群可分为3个组：八道湾组为一套冲积扇相粗碎屑沉积，顶部为煤层;三工河组为辨状三角洲沉积，下部为灰色泥岩和粉砂岩，上部为灰色粗砂岩、砂砾岩;西山窑组为扇三角洲平原沉积-曲流河沉积，下部为灰色粗砂岩，中部为泥岩夹煤层，上部为灰色粗砂岩、含砾粗砂岩，顶部为煤层。

1.2  构造

矿区位于伊犁盆地南缘斜坡带东段构造活动区，斜坡带总体为北倾的单斜构造。矿区内主要发育F1、F2、F3等断裂构造。F1断裂位于矿区东南部，为伊犁盆地南缘逆冲控盆断裂;F2断裂为F1断裂分支，位于矿区西南部;F3断裂位于矿区西北部，为隐伏逆断层，对矿床地下水动力条件及层间氧化带发育具明显分割控制作用（图1）。

1.3  层间氧化带发育特征

矿床内层间氧化带发育于三工河组、西山窑组砂体中，总体由南西向北东方向发育。平面上层间氧化带前锋线呈蛇曲状NE向展布，互有叠置，宽200～2 000 m。剖面上层间氧化带在F1、F2和F3断裂夹持区内呈叠瓦状展布，局部呈透镜体状、对称状，厚0.2～24.6 m，埋深49.0～1 023.0 m。

1.4  矿体特征

矿床内共发育4层工业铀矿体，分别赋存于三工河组下段、三工河组上段、西山窑组下段和西山窑组上段砂体中，长度大于12 km，宽25～505 m。矿体平面上互相叠置，形态各异，空间关系较复杂（图1）。铀矿体总体呈NE向展布，倾角4°～8°，平均6°，以层状和卷状为主。主要发育于粗砂岩及砂砾岩内，埋深75.35～1 023.30 m。矿体具厚度大、品位高特点，平均厚4.20 m，平均品位0.088%，平均铀含量7.04 kg/m2。

2  取样与分析结果

样品采自矿床西段工业钻孔中富含有机质、碳屑、硫化物的灰白、灰、灰黑色砂岩及砂砾岩中。样品测试工作在核工业北京地质研究院分析测试研究中心完成，借助Inca ENERGY能谱进行定性分析和JXA-8100电子探针进行定量测试，实验条件为：加速电压15.0 kV，探针速流2.00×10-8A，束斑大小1 μm。

2.1  铀矿物类型

电子探针分析可知，蒙其古尔矿床西段铀矿物主要为沥青铀矿，部分为铀石，少量钒铀矿和砷铀矿，见较多钛铀混合物。

2.1.1  沥青铀矿（UO2）

沥青铀矿中UO2含量63.95%～84.09%;SiO2含量1.29%～5.58%;K2O含量0.14%～4.52%;含少量MgO （0.06%～0.15%），Al2O3（0.73%～2.94%），FeO（0.21%～4.62%），Na2O（0.41%～0.2.24%），P2O5（0.04%～1.96%）等杂质;ThO2含量很低，大部分近乎不含。部分数据点SO3含量较高，为2.58%～7.62%。沥青铀矿电子探针成分总量相对较高，为83.56%～94.86%，平均89.46%。本次测试的沥青铀矿电子成分与标准矿物成分基本一致，确定蒙其古尔矿床P0线以西地段西山窑组下段主要铀矿物为沥青铀矿（图2-a～c）。

2.1.2  铀石（UO2）

测试中出现两个点为铀石，成分含量特征如下：UO2含量51.17%和65.46%，SiO2含量12.98%和15.56%;含少量CaO（1.08%～2.06%）、P2O5（3.86%～5.61%）和Y2O3（1.55%～3.30%）等杂质。电子探针成分总量为85.65%～95.01%，成分数据与标准铀石成分基本一致（图2-d）。

2.1.3  砷铀矿和钒铀矿

蒙其古尔矿床中首次发现次生铀矿物，主要为砷铀矿和钒钙铀矿。砷铀矿成分含量特征为：UO2含量55.55%～63.22%，As2O3含量16.62～23.69%，电子探针数据总量偏低，与其含水有关。钒铀矿成分含量特征为：UO2含量45.24%和52.61%，VO2含量14.94%和16.25%，K2O（0.49%和1.09%）和CaO（0.09%和0.07%）含量很低，明显不同于钒钾铀矿和钒钙铀矿。综合对比标准矿物成分特征，确定其为钒铀矿（图3）。钒铀矿为研究区独有矿物类型，在伊犁盆地其他矿床中未发现该矿物。

2.1.4  钛铀混合物

矿石中见较多钛铁矿氧化物和金红石等，周缘存在U矿物，部分形成UO2-TiO2混合物。成分特征为：UO2含量29.34%～44.81%，TiO2含量35.27%～48.34%，UO2和TiO2含量变化很大，明显与典型钛铀矿含量不同。背散射图中显示矿物不均匀，结合产状和矿物赋存形式，推测为UO2-TiO2混合物。

2.2  铀赋存状态

2.2.1  独立铀矿物

沥青铀矿是P0线以西地区出现丰度最高的独立铀矿物。矿石中铀近乎70%以上呈微细沥青铀矿集合体形式，以浸染状分布于砂岩填隙部位及微裂隙中，分布极不均匀，局部富集。颗粒大小变化很大，沥青铀矿集合体独立分布或与分布于黄铁矿、石英颗粒边缘，为6～50 μm。这些沥青铀矿集合体不纯净，背散射图上显示很多解理和明暗不均匀情况。沥青铀矿主要分布在石英颗粒边缘、表面溶蚀孔、黄铁矿和少量微晶方解石周围。形成石英-沥青铀矿组合、微晶黄铁矿-沥青铀矿组合、半自形-自形细晶黄铁矿-沥青铀矿组合和沥青铀矿-高岭石-微晶方解石共生矿物组合等。

铀石颗粒细小，以集合体或聚形体为主，常与胶状黄铁矿一起分布在碎屑颗粒的溶蚀孔隙中，构成铀石-胶状黄铁矿组合，或分布在石英、长石边缘，与粘土矿物共存，形成石英-粘土矿物-铀石组合。部分样品中可见砷铀矿和钒铀矿等次生铀矿物，砷铀矿以粒状或板状存在。集合体呈鳞片状，似云母，解理发育。集合体独立存在或赋存在钾长石、粘土矿物边缘。钒铀矿呈板状、集合体呈粒状分布在碎屑颗粒边缘。矿石样品中见较多氧化钛和金红石等，部分与铀矿物混合生长，形成UO2-TiO2混合物。UO2-TiO2混合物主要分布在金红石边缘或白云母解理缝隙中，构成金红石-UO2-TiO2混合物矿物组合、白云母-UO2-TiO2混合物矿物组合等。

2.2.2  吸附形式铀

吸附态铀为砂岩型铀矿中铀常见和非常重要的存在形式。研究区内见很多细小沥青铀矿（小于2 μm）分布在石英和高岭石边缘，为吸附态存在的铀。高岭石、绿泥石等粘土矿物中可见分散的、细小颗粒的吸附态铀矿物存在。背散射图像和能谱分析显示，很多UO2-TiO2混合物以吸附态存在，分布在金红石和石英等颗粒边缘，或与粘土矿物分布在一起。锆石、磷灰石等副矿物中含极微量类质同像铀。

3  讨论

3.1  铀矿化形成环境

前述铀矿物学特征以沥青铀矿和吸附态铀为主，对应成矿作用主要为氧化还原作用和吸附作用。矿石样品中见明显赤铁矿与黄铁矿共存现象，指示为氧化还原过渡带环境。沥青铀矿主要分为两类，一类分布在石英和长石等碎屑颗粒表面，另一类与细晶状黄铁矿共生。铀矿物分布在石英等碎屑颗粒边缘，见较多铀矿物布满整个碎屑颗粒。

钒钙铀矿产于完全氧化带内，与钒钾铀矿作为表生氧化流体成矿作用中的次生铀矿物经常出现，一般为早期形成的沥青铀矿等低价铀矿物的再次改造[2]。砷铀矿常产于铀矿床氧化带，发育在铀黑带或淋滤带上部，赋存在沥青铀矿或铀黑表面。蒙其古尔矿床西段位于扎吉斯坦河流上游，发育大面积露头区，从新近系至今持续抬升接受地表氧化流体的渗入和改造[3]。研究区出现的钒铀矿和砷铀矿与强烈持续的氧化作用有关，两个矿石样品中极低的U4+/U6+比值（0.29和0.44），证实存在部分U沉淀于强氧化环境的现象。V和As元素来源可能与近岩浆岩活动区和近F1盆缘逆冲构造活动区有关[4]，岩浆或构造活动造成部分深部物质聚集，并在持续氧化过程中造成氧化帶内V和AS元素富集并与铀酰离子结合，在氧化砂岩中形成钒铀矿和砷铀矿等次生铀矿物。

3.2  铀矿化富集机制

蒙其古尔矿床靠近扎吉斯坦隆起附近，来自扎吉斯坦河上游的水流持续渗入，并在蒙其古尔矿床东段形成持续的NE向氧化成矿流体运移和尖灭区。侧向补给时蒙其古尔矿床为成矿主要补给方式，盆缘断裂F1中的次级构造断层形成的又一补给窗口，破坏了之前的矿体，使矿床东段矿体向NW向明显突出，形成现在复杂、富大的矿体形态。研究认为，蒙其古尔矿床成矿作用阶段较多，现今仍在持续成矿，主要证据为测得的成矿年龄（0.5～2 Ma），且氧化流体与现今地表水系仍相连通，现今地表水仍持续补给并推动矿体的持续滚动[5-6]。

相对蒙其古尔矿床东段，蒙其古尔矿床西段构造和氧化流体存在明显特殊之处。蒙其古尔矿床西段更靠近F1盆缘断裂，构造抬升幅度更大、剥蚀强度更大，工业铀矿化几乎接近地表。该地区正好位于扎吉斯坦河流上游，地层出露地表，现今扎吉斯坦和地表水和地下水水位几乎一致，形成联通地表氧化流体-地下成矿流体的持续补给区。氧化流体的持续补给，增强了氧化流体与含矿砂岩间的水岩作用，使铀矿化砂岩更偏氧化。从蒙其古尔矿床东段与西段U4+/U6+比值来看，东段U4+/U6+比值较大，指示其处于氧化-还原过渡带或过渡带偏还原一侧，对成矿富集有利。矿床西段受持续的后期改造作用，铀沉淀于偏氧化环境，出现3个样品U4+/U6+小于0.5，指示相对矿床东段，西段氧化作用更强（图3）。按次生铀矿物发育的U4+/U6+比值看，U4+/U6+比值小于0.5的情况下可能为强氧化环境，对次生铀矿形成有利，其中出现的钒铀矿和砷铀矿等次生铀矿物正是这种氧化环境成矿的证据。

蒙其古尔矿床西段位于整个蒙其古尔矿床氧化流体的主要补给区，氧化程度和水岩作用强度更大，早期沉淀的铀矿化遭破坏，使早期沉淀的U4+在此溶解形成U6+，迁移至矿床东段一带沉淀富集，为矿床东段形成集中的大规模铀矿化提供了物质和环境基础。受此影响，P0线以西整体处于氧化流体强补给区和较强的氧化环境，造成铀矿化连续性相对较差和多个透镜状铀矿体产于氧化带内的现象。

3.3  找矿启示

相对伊犁盆地南缘其它矿床，蒙其古尔矿床形成的构造背景活动性强，矿床西段构造活动性更强。矿床西段铀矿化勘查的持续扩大，说明构造活动区对砂岩型铀矿化的富集不是完全不利。P0线以西地段勘查和铀矿物学研究表明，构造活动的持续抬升对氧化流体的持续补给有利，现今地表水的持续渗入，改造了原有铀矿物组合类型和铀矿体的形态，推动铀矿化向盆地滚动，造成补给区富集铀矿化类型、矿物组合和矿体空间形态更复杂，形成的持续氧化流体作用和次生铀矿物是良好的找矿线索。应加强构造、地表水、地下水和古成矿流体的空间配置和耦合机理研究，加强地表和近地表富集铀矿化物质组分和成因机制的研究。

4  结论

（1） 蒙其古尔矿床西段铀矿物为沥青铀矿、铀石、砷铀矿、钒铀矿等，铀矿化形成于弱酸性的、氧化还原过渡环境，部分形成于强氧化环境。氧化流体的持续补给是强氧化带形成铀矿化的最主要原因。

（2） 构造活动的持续抬升对氧化流体的持续补给有利，氧化流体作用和次生铀矿物是良好的找矿线索。

（3） 铀矿勘查过程中，近补给区的铀成矿规律研究应采用宏观与微观有机结合方式，才不会遗漏氧化带处的铀矿体。

参考文献

[1]    于晓飞，李永胜，杜轶伦，等. 整装勘查区重大勘查成果百例[M].地质出版社，2019：20-22.

[2]    闵茂中，吴俊奇，戚成云，等.水輻射分解促进铀矿床围岩赤铁矿化蚀变的实验研究[J].铀矿地质，1992（1）：25-28.

[3]    陈奋雄，聂逢君，张成勇，等.新疆伊犁盆地蒙其古尔地区下侏罗统三工河组沉积相及其与铀矿化的关系[J].古地理学报，2016，18（5）：833-842.

[4]    韩效忠，李胜祥，郑恩玖，等.伊犁盆地新构造运动与砂岩型铀矿成矿关系[J].新疆地质，2004（4）：378-381.

[5]    所世鑫. 蒙其古尔铀矿床成矿特征及其控矿因素研究[D].东华理工大学，2013.

[6]    张占峰，蒋宏，王毛毛.蒙其古尔铀矿床成矿驱动因素及其在伊犁盆地找矿实践中的意义[J].矿床地质，2010，29（S1）：165-166.