孙超

摘要：本研究对鄂尔多斯盆地北部大营铀矿床4种地球化学环境的砂岩进行了岩心观察、扫描电子显微电镜以及X-射线衍射等分析，讨论了不同环境砂岩中粘土含量的变化及其变化机制，最后总结了大营铀矿床的粘土特征及其与铀矿化的关系。研究表明：①大营铀矿床直罗组下段不同带砂岩中粘土矿物特征具有明显的差异性；②蒙皂石的形成消耗了更多的高岭石；③粘土矿物的差异变化可以从侧面反映出直罗组下段各带岩石地球化学环境改变；④大营铀矿床粘土矿物吸附铀矿物方面主要为蒙皂石。铀矿物多分布在有机质周围，与粘土矿物共生。

关键词：大营铀矿床；粘土矿物；直罗组下段；铀矿化

引言

粘土矿物是大多数海相和陆相沉积物的重要组成部分。由于它们的晶体结构和颗粒小使得它们对地质环境的变化特别敏感[1]。粘土矿物的形成方式有3种：①与风化作用有关。风化原岩的种类和介质条件，如气候、地貌、植被因素[2]决定矿物种和保存与否；②热液作用于围岩，可以形成粘土矿物的蚀变富集带[3]；③由沉积作用、成岩作用生成的粘土矿物[3]。

鄂尔多斯地块是华北克拉通的一部分，也是其中最为稳定的一个块体[4]。盆地的构造面貌和演化较为复杂，赋存有丰富的石油、天然气以及各种金属、非金属矿产[5] [6]。近几年，在鄂尔多斯盆地发现了包括皂火壕、纳岭沟在内的多个砂岩型铀矿床，前人的著作大多对盆地内流体成分及二次还原改造作用、地球微量化学元素、沉积体系等进行了较多研究，但粘土矿物在铀成矿过程中的作用研究较少。而粘土矿物在砂岩中广泛存在，因此对大营矿床的粘土特征及其与铀成矿的关系进行研究具有重要意义[7]。

1. 地质特征

1.1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地内部共划分为6个一级构造单元，即伊盟隆起、渭北隆起、西缘逆冲带、天环坳陷、陕北斜坡及晋西挠曲带[8]。大营铀矿床位于鄂尔多斯盆地一级构造单元伊盟隆起的北部（图1），区内总体为SW方向倾斜的构造斜坡，坡度较缓，倾角1°～3°，基底是由太古界，元古界结晶基底及古生界直接基底组成。盖层厚度一般小于800m，并以中新生界沉积为主。盖层中见少量褶皱构造，断层构造很少见。中生代该单元北邻河套古隆起，向南与伊陕斜坡构成统一的稳定斜坡带，具良好物源，构造环境相对稳定等特征，为直罗组下段砂体的发育和稳定展布创造了极为有利的条件[9]。

1.2 目的层砂体特征及地球化学分带

大营铀矿床直罗组下段下亚段是铀矿化的主要赋存层位。经过钻探认证，上亚段局部也有铀矿化显示，是铀矿找矿的次要目的层。下亚段地层厚度较大，普遍大于80m，底埋深在650m～750m之间，砂体厚度大于65m，在垂向上由多个正（半）韵律层叠加而成，大多韵律底部砂体中发育以泥砾或细砾为特征的冲刷面；上亚段为沉积中期在潮湿气候环境下的一套曲流河沉积体系，砂体厚度一般20m～45m，呈条带状，相变大，分布局限、泥砂互层频繁出现等特点。

依据直罗组下段各带不同地球化学环境，可将大营铀矿床各带划分为绿色古氧化带、氧化——还原过渡带、铀矿石带、原生岩石带灰色带。（图2）

1.3 矿体特征

直罗组下亚段矿体多产于绿色古层间氧化带下翼，往往产于绿色砂岩与灰色砂岩分界附近，大多产于分界附近的灰色砂岩中，受地层及层间氧化带发育方向影响。在剖面上，矿体以平整的板状为主，很少见到卷头矿，矿化体主要沿工业体周边分布。

2. 样品和分析方法

典型的层间氧化带型砂岩铀矿应是含氧含铀层间水在砂岩层运移的过程中因物理化学条件的改变而导致其预富集的铀不断淋出富集成矿[10]。因此经过含氧含铀水改造的绿色古氧化砂岩与原生的砂岩在环境变化和物质成分上必然会有差别。

本次研究所用样品采自15个地质钻孔的27个新鲜砂岩样品。样品为直罗组下段各个地球化学分带不同砂岩。取样时现场已将岩心的泥浆和泥皮清理干净，以确保样品分析结果的准确性。样品的主、微量元素测试及粘土矿物分析用等离子体质谱分析仪（ICP-MS）、D8 DISCOVER型X射线衍射仪在核工业北京地质研究院分析测试研究所完成。

样品的数据分析结果展示见表1～表4。

3. 直罗组下段各带粘土矿物分布特征研究

大营铀矿床直罗组下段砂岩杂基主要为粘土矿物，包括：蒙皂石、高岭石、伊利石、绿泥石[11]。绿色古氧化带、还原带、氧化——还原过渡带中未见绿∕蒙混层矿物（表1-4）。现将各带粘土矿物特征介绍如下：

蒙皂石（Na，Ca）0.33（Al，Mg）2[Si4O10]（OH）2·nH2O是大营铀矿床的主要粘土矿物，总体含量很高，各带相对含量占60%～85%，绿色古氧化带平均含量略低71.2%；最高79.1%，位于铀矿石带含矿砂岩中。结构上是由两个硅氧四面体片和一个八面体片构成的2∶1层型，一般是由长石和岩屑（基性火成岩）在碱性条件下风化形成的，酸性条件下不稳定。电镜下多呈鳞片状分布在颗粒的表面或者孔隙中。（图4-a）

高岭石Al4[Si4O10]（OH）8含量仅次于蒙皂石，各带相对含量占6%-20%，平均含量11.5%。结构上是一个硅氧四面体片和一个八面体片构成的1∶1层型，粒度一般0.5μm～2.0μm[12]。在扫描电镜下，主要呈叶片状、蠕虫状存在于碎屑颗粒之间和碎屑颗粒表面（图4-b﹑d），常与绿泥石等其它粘土矿物伴生。高岭石一般为氧化成因，主要是由长石在酸性条件下风化而成，且能够稳定存在。这也是能说明表1中大营铀矿床绿色古氧化带高岭石含量偏高的原因。

伊利石（K，H3O）Al2[（Al，Si）Si3O4]常由白云母、钾长石风化和蒙脱石受钾交代而成[13]，是形成其它粘土类矿物的过渡性矿物。据统计，伊利石在各带相对含量占3%-13%，平均含量8%。除了氧化——还原过渡带外，其余各带含量均偏低。在扫描电镜下，伊利石多以薄膜状包裹在碎屑颗粒表面。（图4-c）