李林强

(核工业北京地质研究院，北京100029)

钱家店铀矿床红色泥砾砂岩岩石学特征及矿化成因分析①

李林强

(核工业北京地质研究院，北京100029)

钱家店凹陷中的含矿层位主要为上白垩统姚家组，在实际勘探过程中经常见姚家组发育的红色泥砾砂岩中存在铀的富集。笔者对钱家店钱Ⅱ块铀矿床红色泥砾砂岩的岩石学特征、U和Ra含量特征进行了分析，结果表明，红色泥砾砂岩形成于还原性沉积环境，铀矿化主要在沉积成岩期富集而成。红色泥砾砂岩在成岩期后遭受氧化并发生铀的迁移。

泥砾砂岩；岩石学特征；钱家店铀矿床

钱家店凹陷处于松辽盆地西南部，为开鲁坳陷中的一个次级负向构造单元。核工业北京地质研究院在评价辽河油田油气勘探的放射性异常时，发现了钱家店铀矿床[1]。该矿床为目前在松辽盆地白垩系中发现的唯一可地浸开采的砂岩型铀矿床，近年勘探结果表明其有望发展成一个超大型铀矿床，因此深入研究其成矿规律对区域上的砂岩型铀矿找矿工作具有重要的借鉴意义。

在实际勘探过程中，区内姚家组经常见到泥砾砂岩广泛发育，其多为含泥砾细砂岩，部分为含泥砾中砂岩或粗砂岩。泥砾多为紫红色，少量浅灰色。钻孔资料统计发现，在多数红色泥砾砂岩中存在铀异常，部分钻孔红色泥砾砂岩段达到铀矿化级别。关于红色泥砾砂岩沉积环境以及岩石中的铀矿化成因目前还未见有文献报道，分析泥砾砂岩的地球化学特征，探讨泥砾砂岩铀富集机制，对进一步明确该地区的区域铀成矿规律，扩大铀矿找矿方向具有重要意义。

本文重点对钱家店铀矿床红色泥砾砂岩微观特征及元素地球化学特征进行分析，并在此基础上探讨红色泥砾砂岩型铀矿化的成因。

1 区域地质概况

钱家店铀矿床位于开鲁坳陷东北部的钱家店凹陷。钱家店凹陷同开鲁坳陷一样经历了早白垩世断陷、早白垩世末抬升剥蚀、晚白垩世坳陷及末期的构造反转、抬升剥蚀4个阶段[2]。钱家店凹陷发育的地层主要为上白垩统青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组、明水组的河流-湖相沉积。顶部为新近系大安组、泰康组及第四系松散堆积物[3]。其中，姚家组是本区主要找矿目的层。

区内姚家组是铀矿体赋存层位，可划分为上、下两个岩性段。姚家组上段岩性主要为浅灰色-灰白色和红褐色厚层细砂岩、粉砂岩、含砾粗砂岩夹紫红色和灰色泥岩、泥质粉砂岩，局部含大量的炭化植物碎屑、黄铁矿结核及深灰色泥岩夹层。姚家组下段主要为灰色-灰白色、紫红色、黄褐色细砂岩，夹紫红色、灰色泥岩及粉砂质泥岩，局部钻孔底部见杂色和红褐色及灰色砾岩、砂质砾岩和含砂砾泥岩。顶部分布有较为稳定的紫红色泥岩和粉砂质泥岩，构成了姚家组下段砂岩的顶板隔水层和上段砂岩的底板隔水层，砂岩中可见油浸和还原作用的痕迹[4]。

姚家组泥砾砂岩的砾石成分以泥砾为主，含量一般介于30%～70%。泥砾粒径一般为0.1～0.5cm，部分大于1cm。泥砾呈灰色、紫红色等，红色泥砾由于后期遭受还原作用，使部分泥砾带灰色环边。泥砾形态为不规则状，磨圆度差，反映沉积时的水动力不太强(属弱至中等强度)，泥砾未经过长距离搬运而在河道沉积并得以保留下来，有的泥砾未完全固结，具拉长、压扁变形特征。泥砾间的砂质一般为细粒级，部分为中-粗粒级，多显示为灰色或杂色，在砂质中，常见炭屑和黄铁矿分布。

2 样品采集与分析

笔者在钱Ⅱ块铀矿床采集了姚家组含红色泥砾砂岩的岩心样品，经处理后磨制光薄片进行显微观察，部分样品进行了U、Ra含量分析，U分析所用仪器为Finnigan ElementⅡ ICP-MS型质谱仪，Ra分析采用射气法。样品处理和分析测试工作均在核工业北京地质研究院分析测试研究所完成。

3 红色泥砾砂岩岩石学特征

通过镜下观察，含红色泥砾砂岩粒间可见颗粒状钛铁矿(图1a)或黄铁矿(图1b)分布，部分钛铁矿、黄铁矿颗粒边缘遭受较强的氧化。粒间可见碳化植物碎屑，并发生黄铁矿化(图1c、d)。部分样品泥砾砂岩粒间存在大量碳酸盐胶结物，胶结致密(图1e)。部分样品颗粒间可见油气充填，UV激发下显示较强的蓝色或蓝白色荧光(图1f)。

详细观察发现，大部分红色泥砾存在灰色环边(图1g)，由泥砾边缘向泥砾中心方向颜色由灰色逐渐过渡为红色。在红色部分的泥砾内发育大量结晶较好的颗粒状黄铁矿(图1h)，而且越接近泥砾中心，黄铁矿的分布越密集。在灰色环边部分则观察不到黄铁矿。

分析认为，含泥砾砂岩的红色泥砾中含有大量的黄铁矿，而砂质间多见碳化植物碎片，表明含泥砾砂岩形成于相对还原的环境。

红色泥砾与石英、长石等碎屑颗粒以及植物碎屑等有机物同时发生沉积，伴随着沉积作用的不断进行和埋深加大，砂质间的有机物质并未受到氧化作用，砂粒间饱和且呈静止状态的地下水很快失去其中的自由氧，有效阻止了亲氧菌对有机物质的破坏。这种环境有利于厌氧菌活动，细菌还原硫酸盐并促进了硫化氢的产生，沉积物内的还原能力得到极大增强。硫化氢和红色泥砾中的铁质矿物，例如磁铁矿、赤铁矿等相互作用，形成了黄铁矿。这就是红色泥砾中发育黄铁矿最有可能的原因。

红色泥砾砂岩形成后经历了一次较长时间的氧化水体改造过程，造成紧靠泥砾边缘的黄铁矿首先被氧化直至消失。而靠近泥砾中心部位，由于泥砾的渗透性差，富氧流体不易进入，因此黄铁矿免于氧化而得以保存。这即是造成泥砾红色部分富含黄铁矿而泥砾灰色部分观察不到黄铁矿的原因。

根据镜下观察还发现，在含泥砾砂岩地层遭受氧化之后，区内又经历了一次还原性流体活动过程，其表现在泥砾边缘形成褪色的环边(Fe3+首先被还原成Fe2+)。泥砾中心由于渗透性较低，还原流体不易进入，故其中的Fe3+未被还原而使得泥砾仍显示红色。区内多数泥砾砂岩的粒间砂质显示为灰色、灰白色，且粒间发现有油气显示，这充分证实了还原性流体活动的存在。

图1 含红色泥砾细砂岩的显微特征Fig.1 Microscopic features of red muddy gravel-bearing fine sandstone

4 红色泥砾砂岩铀含量特征

对所采集的含红色泥砾砂岩样品进行了U、Ra含量分析，统计结果(表1)显示，其U含量为(16.5～489)×10-6，平均值为98.05×10-6，有3件样品U含量超过100×10-6，达到了矿化级别。铀-镭平衡系数介于0.61～4.49，多数样品平衡系数接近或者大于1，说明红色泥砾砂岩在近代有铀的带进或带出，但主要是铀的带出。

表1 红色泥砾细砂岩U、Ra含量分析Table 1 Content of uranium and radium of red muddygravelbearing fine sandstone

注：样品由核工业北京地质研究院分析中心测试。

5 红色泥砾砂岩铀矿化成因分析

资料表明，钱家店(钱Ⅱ块)铀矿床的矿体主要受辫状河相心滩及边滩亚相砂体控制，沉积物源是富铀的酸性火山岩类和花岗岩类，姚家组形成于干旱与潮湿交替的古气候环境，沉积物中普遍富含有机质、硫化物等强还原剂[5]。因此，在粒间以及泥砾中形成了大量黄铁矿。富含有机质、黄铁矿的泥砾砂岩在沉积-成岩期可以吸附铀，造成预富集。根据对泥砾砂岩的分析，部分样品铀含量在万分之一以上，达到工业富集或富矿化的程度。由于泥砾本身显示为红色，表明其原始形成于强氧化环境，不可能存在铀的富集，因此含红色泥砾砂岩中的铀主要赋存在泥砾间的砂质内或被泥砾吸附。

含红色泥砾砂岩形成铀的初始富集之后，经历了区域氧化作用过程，使其中的铀发生部分迁移。前人研究认为[6]，区域氧化作用发生在晚白垩世与古新世之间，盆地的沉积盖层(姚家组及其上覆沉积地层)经受了近EW向的挤压应力作用而形成反转构造，随后发生的区域隆升，使背斜顶部遭受剥蚀并形成“剥蚀天窗”。沉积-成岩阶段形成铀预富集的泥砾砂岩经受了来自“剥蚀天窗”的大气降水渗入和对地层的氧化改造，在后生含氧水的层间氧化作用下，原始富集的铀部分被氧化并进入地下水中，沿含矿层迁移，在氧化-还原界面附近发生沉淀和富集。因此，红色泥砾砂岩也为钱家店砂岩型铀矿的形成提供了部分铀源。

本次研究在姚家组含矿砂体中发现有深部油气的活动迹象，表现为部分砂岩粒间显示较强的蓝色荧光(图1f)，存在红色砂体或泥岩颗粒发生灰色褪色蚀变(图1g)，局部地层存在较强的碳酸盐胶结(图1e)等。笔者通过观察和分析认为，沿断裂带上升的油气扩散到渗透性较好的姚家组砂岩层中，由于砂体上部泥岩隔水层的屏蔽，油气常聚集于砂体的上部，并沿砂岩层倾向运移，形成局部还原障，使砂体发生油气还原作用。深部油气活动主要发生在区域层间氧化作用之后，它使氧化砂体再次被还原，形成了叠加的褪色蚀变带。在实际勘探过程中，应注意这种油气还原叠加的蚀变带可能是一种特殊的“二次还原带”，在空间上位于隔水层之下的砂体顶部位置，对指导找矿有重要意义。

6 结论

钱家店(钱Ⅱ块)铀矿床广泛发育的含红色泥砾砂岩形成于还原环境，沉积物中普遍富含有机质、硫化物等强还原剂，是红色泥砾砂岩铀预富集的原因。含红色泥砾砂岩后期经历了氧化作用并发生铀的迁移，为砂岩中铀矿体的形成提供了铀源。油气等还原性流体活动发生在区域氧化作用之后，增加了地层的还原容量，再次还原不仅有利于铀矿化进一步富集，而且对已形成的铀矿体起到了保护作用。

[1]夏毓亮，林锦荣，李子颖，等.松辽盆地钱家店凹陷砂岩型铀矿预测评价和铀成矿规律研究[J].中国核科技报告，2003，105-117.

[2]殷敬红，张 辉，昝国军，李晓晨.内蒙古东部开鲁盆地钱家店凹陷铀矿成藏沉积因素分析[J].古地理学报，2000，2(4)：76-83.

[3]陈方鸿，张明瑜，林畅松.开鲁盆地钱家店凹陷含铀岩系姚家组沉积环境及其富铀意义[J].沉积与特提斯地质,2005，25 (3) ：74-79.

[4] 陈晓林，向伟东，李田港，等.松辽盆地QJD 铀矿床层间氧化带的展布特征及其与沉积相、铀成矿的关系[J].世界核地质科学，2006，23(3)：137-144.

[5]夏毓亮，林锦荣，李子颖，等.松辽盆地钱家店铀矿床成矿特征和成矿模式[J].矿床地质，2010，29：154-155.

[6]夏毓亮，李林强.钱家店铀矿床地质特征和成因机制研究[C]∥核工业地质局.核地质科技论文集.北京：地质出版社，2009，65-71.

PetrologicalCharacteristicandMineralizationAnalysisofRedMuddyGravelledSandstoninQianjiadianUraniumDeposit

LI Lin-qiang

(BeijingResearchInstituteofUraniumGeology，Beijing100029，China)

Ore-bearing sequence in Qianjiadian sag is mainly the Upper Cretaceous Yaojia formation.In the exploration，the red muddy gravel sedimentation is often found with uranium enrichment in Yaojia formation.According to the result of petrological characteristic and content of uranium and radium analysis，the red muddy gravel was originally formed in reducing environment and the uranium enrichment was controlled by reduction condition in deposition-diagenesis stage which made the uranium precipitation and enrichment possible.Oxidation after diagenesis made the sediment turning into red and cause the activation and migration of uranium.

mud gravelled sandstone；petrological characteristic；Qianjiadian uranium deposit

2014-04-09

李林强(1974—)，男，高级工程师，博士，2004年毕业于石油大学(北京)地质资源与地质工程专业，主要从事铀矿成矿规律研究。E-mail：lilinqiang@sohu.com

1000-0658(2014)05-0271-05

P581

A