尹永朋，赵天林，田亮，李名，魏安军

（1.中陕核工业集团地质调查院有限公司，陕西 西安 710100；2.中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司，河北 任丘 062550）

0 引言

近年来，二连盆地先后发现了几个大中型铀矿床，成为我国砂岩型铀矿找矿热点地区。以往额仁淖尔凹陷发现的铀矿床多以泥岩型为主，近期中陕核地调院通过大量油田钻孔筛查钻探施工，在努和廷铀矿床以南、道尔苏矿产地以东地区发现了砂岩型工业铀矿化，反映出额仁淖尔凹陷砂岩型铀矿找矿潜力。新发现的工业铀矿化处于赛汉塔拉组，与道尔苏矿产地深部层间氧化带型的工业铀矿化属同一层位（彭云彪和鲁超，2019）。本研究根据氧化还原分带中不同岩性分类，对额仁淖尔凹陷赛汉组氧化砂岩、含矿砂岩、灰色砂岩和暗色泥岩进行系统采样。通过研究不同岩性常量元素、稀土元素的分布规律，揭示额仁淖尔凹陷砂岩型铀矿元素地球化学特征，探索该地区元素地球化学与铀成矿的关系，为该地区砂岩型铀矿找矿提供依据。

1 地质背景

额仁淖尔凹陷位于二连盆地乌兰察布坳陷北西部，为北东向展布的东断西超的箕状凹陷，东北部较宽，南西部较狭窄。额仁淖尔凹陷发育一系列北东-南西向的张性断裂（图1）（李洪军和旷文战，2010；周多等，2014），平面上受断裂切割控制，在局部形成规模不等的同沉积断陷。前人对早白垩世额仁淖尔凹陷进行研究，把凹陷分为淖东洼陷带、中央断裂构造带和淖西断阶带（李洪军和旷文战，2010），研究区则位于淖东洼陷带。基底主要由二叠纪酸性花岗岩组成，盖层为下白垩统阿尔善组、腾格尔组、赛汉组以及白垩系上统二连组、古近系脑木更组和第四系（李洪军和旷文战，2010），其中赛汉组为本区砂岩型铀矿的主要赋矿层位（丘淑娟，2011；康世虎等，2017；刘波等，2017）。区内赛汉组地层呈北东-南西向展布，地层厚度在94.8～501.05 m之间，平均为295.53 m，沿北东长轴方向，地层厚度呈逐渐减薄的趋势，西南缘较厚，北东部较薄，该特征主要受赛汉组沉积期的沉积体系控制①。

图1 额仁淖尔凹陷构造纲要图（据李洪军和旷文战，2010）

2 铀矿化特征

研究区内铀矿化主要位于赛汉组上段，以潜水-层间氧化作用为主，于杂色蚀变带与灰色蚀变带之间产出，主要蚀变作用为次生氧化-还原作用下形成的绿色、褐黄色蚀变。铀矿含矿岩系以灰色砂砾岩、含砾粗砂岩、中细砂岩为主，主要由长石、石英与花岗岩、片岩等岩屑组成。矿层中还可见炭质泥岩、褐煤夹层，夹层中伴随铀的吸附富集，富含有机质，多见炭屑、有机质条带。铀的赋存状态以独立铀矿物形式存在，以铀石为主，沥青铀矿次之。铀矿物与有机质、黄铁矿存在明显伴生关系①。

3 元素地球化学特征

3.1 常量元素地球化学特征

额仁淖尔地区各岩性常量元素分析结果（表1，图2），常量元素的氧化物以SiO2为主，其次为Al2O3，其中SiO2含量53.74%～69.93%，平均63.51%；Al2O3含量10.92%～18.23%，平均15.21%；SiO2/Al2O3比值3.33～5.66，烧失量4.12%～12.18%，平均6.31%。主要组分含量变化不大，体现了所采样品物质来源相同。从各组分含量可以看出，岩石成分成熟度低，岩石沉积期靠近物源，未经历长距离搬运和较大的后期改造。同时，Na2O和K2O含量高，说明岩石中长石含量高，也证明了岩石成分成熟度低。

图2 额仁淖尔凹陷内不同类型砂岩常量元素氧化物含量平均值分布图

表1 额仁淖尔凹陷主量元素分析结果表/%

层间氧化作用成矿过程中主要发生水岩反应，岩石中元素发生了不同程度的迁移（刘晓雪等，2016）。通过研究该区常量元素在不同岩石中的分布特征，分析元素的迁移规律如下。

（1）在砂岩型铀矿研究中可用铁氧化物含量作为地球化学环境的标志（乔海明等，2007）。TFe2O3含量在氧化砂岩中最低而在含矿砂岩中最高，反映出Fe元素由氧化带迁出后在过渡带富集；含矿砂岩中FeO含量最高而氧化砂岩中含量最低，反映出含矿砂岩具有较强的还原能力；Fe2O3与FeO相反，在氧化砂岩中含量最高；Fe2+/Fe3+大小具有含矿砂岩>灰色砂岩>氧化砂岩的特征，该特征与巴彦乌拉铀矿床一致（单广宁等，2015）。变价元素Fe的变化主要受控于氧化还原作用，二价Fe在氧化带被氧化形成三价的褐铁矿、赤铁矿等，在过渡带和还原带又被还原成二价的黄铁矿、白铁矿等（朱西养，2005）。此外FeO含量与U存在弱正相关性，其含量在不同分带中具有明显差异，可用于氧化还原分带。

（2）SiO2、Al2O3、K2O和Na2O在砂岩中主要赋存在长石矿物和高岭石、蒙脱石和伊利石等粘土矿物中（朱西养，2005）。SiO2在含矿砂岩中含量最低，由于岩石水解作用表现出迁出的特征，这与碱质环境有关，此特征与鄂尔多斯盆地的东胜铀矿相似（汤超，2014）。Al2O3和Na2O含量特征相同，由氧化带、过渡带向还原带逐渐增大，与长石矿物转变为粘土矿物的水解风化作用及粘土吸附作用有关，具有化学分带指示意义；K2O含量变化不大，不具有分带意义。

粘土吸附对铀成矿起着重要作用，粘土含量可利用主量元素Al2O3、CaO的含量来表征，具分带性（单广宁等，2015）。额仁淖尔地区氧化砂岩中粘土含量最低，含矿砂岩中粘土含量较高，过渡带中粘土含量高有利于吸附成矿。

（3）CaO、MgO、MnO在含矿砂岩中含量最高，主要是层间氧化带中水解溶蚀和重结晶作用，Ca在氧化带中发生水解溶蚀，在过渡带重结晶而富集；Mg在砂岩中主要存在于含Mg的黑云母等暗色矿物中，氧化带中黑云母等暗色矿物风化，使Mg随地下水迁移，在过渡带形成白云石参与砂岩胶结；Mn与Mg富集特征相似，但含量较低。

（4）TiO2、P2O5为岩石中的惰性组分，一般含量较低，不具有分带意义。

研究区不同岩石常量元素相关分析结果显示：SiO2与MgO、烧失量具有较强的负相关性，与Al2O3具有弱负相关性；Al2O3与MgO、TiO2、TFe2O3具有较强正相关性，与P2O5具有弱负相关性；CaO、Na2O、K2O、MnO之间无明显相关性，与其他元素相关性较差；常量元素氧化物的相关性体现出陆源碎屑沉积物近物源沉积的特征。U与SiO2具有弱负相关性，与烧失量具有弱的正相关性，与其他常量元素氧化物相关性差，从相关性上无法判断常量元素与铀成矿的关系，反映该地区铀成矿作用未经历强烈蚀变作用的特征。从分区分带性方面看，FeO、CaO、MgO和烧失量在含矿砂岩中含量较高，与铀成矿作用有关；FeO含量高则代表地层还原性强（吴柏林等，2006），即还原介质的含量，铀在还原性强、还原介质多的区域富集成矿。

3.2 稀土元素地球化学特征

稀土元素间地球化学性质相似，地球化学行为相近，稀土元素是有效的地球化学示踪剂（黄志新等，2020），在成岩、成矿研究中具有重要的意义（赵振华，1992；彭瑞强等，2018；晏彦等，2019）。本文采用北美页岩（NASC）进行标准化，研究区各岩性稀土元素分析结果和参数（表2）。相较于北美页岩，该区各类岩石轻稀土富集，重稀土亏损，除613-2（氧化砂岩）和613-5（含矿砂岩）两个样品外，稀土元素总量均大于北美页岩。

表2 额仁淖尔凹陷稀土元素分析结果及参数表/10-6

（1）氧化砂岩稀土总量（ΣREE，不含Y）在142.24×10-6～203.50×10-6之间，平均174.16×10-6；轻稀土含量（ΣLREE）在130.70×10-6～184.68×10-6之间，平均158.60×10-6；重稀土含量（ΣHREE）在11.54×10-6～18.82×10-6之间，平均15.56×10-6；LREE/HREE 比值在9.81～11.33 之间，（La/Yb）N比值在1.56～1.92之间，轻稀土与重稀土存在分异作用，且分异作用明显；δEu在0.96～1.08之间，整体呈现正异常但异常不明显，δCe值在0.87～0.89之间，Ce存在负异常。稀土元素配分模式曲线表现为平缓型，具体表现为微弱右倾，轻稀土富集，重稀土亏损。

（2）含矿砂岩稀土总量在115.92×10-6～320.96×10-6之间，平均219.31×10-6；轻稀土含量在104.99×10-6～284.99×10-6之间，平均199.17×10-6；重稀土含量在10.93×10-6～35.96×10-6之间，平均20.14×10-6，含矿砂岩的样品稀土含量存在巨大差异，表现为铀含量越高，稀土含量越大；LREE/HREE比值在7.92～12.35之间，（La/Yb）N比值在1.6～2.54之间，轻稀土与重稀土存在分异作用，且铀含量越高，分异作用越明显；δEu在0.94～1.28之间，Eu的较大正异常出现在铀含量较低的含矿砂岩中，铀含量与Eu异常存在负相关关系，δCe值在0.81～0.86之间，Ce存在负异常。稀土元素配分模式曲线表现为高品位含矿砂岩为平缓型，中低品位含矿砂岩为平缓微弱右倾，相较于灰色砂岩元素Tb和Ho出现轻微上凸。

（3）灰色砂岩的稀土总量在204.69×10-6～271.64×10-6之间，平均230.42×10-6；轻稀土含量在189.77×10-6～250.95×10-6之间，平均212.47×10-6；重稀土含量在13.96×10-6～22.24×10-6之间，平均17.95×10-6；LREE/HREE比值在9.58～14.06之间，（La/Yb）N比值在1.72～2.63之间，轻稀土与重稀土存在分异作用，与氧化砂岩分异程度相当；δEu在0.93～1.09之间，Eu异常不明显，δCe值在0.83～0.89之间，Ce存在负异常。稀土元素配分模式曲线表现为平缓型，具体表现为微弱右倾，轻稀土富集，重稀土亏损。四分组效应显示为W型分布曲线，具体表现为Ce、Nd、Dy下凹而Pr、Gd、Lu上凸。

（4）暗色泥岩稀土总量在189.01×10-6～251.82×10-6之间，平均211.95×10-6；轻稀土含量在170.11×10-6～232.29×10-6之间，平均194.26×10-6；重稀土含量在14.64×10-6～19.54×10-6之间，平均17.69×10-6；LREE/HREE比值在9.00～12.32之间，（La/Yb）N比值在1.94～2.46之间，轻稀土与重稀土存在分异作用，与原生砂岩分异程度相当；δEu在0.96～1.05之间，Eu异常不明显，δCe值在0.83～0.86之间，Ce存在负异常。

上述分析可见灰色砂岩与暗色泥岩稀土元素配分模式相似（图3），四分组效应显示为W型分布曲线，具体表现为Ce、Nd、Dy、Er下凹而Pr、Lu上凸；此外，二者参数接近，差异应为岩性不同所造成。一般认为，泥岩在成岩后透水性差，不易被流体改造（晏彦等，2019）。灰色砂岩可作为参照，氧化砂岩及含矿砂岩中稀土元素的变化，反映出稀土元素随流体由氧化带向过渡带迁移的特征。

图3 额仁淖尔凹陷内稀土元素北美页岩标准化配分模式（标准化北美页岩数据引自Haskin et al.,1968）

稀土元素与铀元素原子结构与晶体化学性质相似，U和REE离子同为弱碱性阳离子（陈德潜和陈刚，1990），在水溶液中最常以碳酸盐、氯化物和硫酸盐等络合物形式共迁移（王剑锋，1986；任耀武，1998）。该区氧化砂岩相较于灰色砂岩稀土总量、轻稀土、重稀土含量均有不同程度减少，其稀土元素迁移量更大；含矿砂岩中整体稀土含量平均值低于灰色砂岩，高于氧化砂岩，但内部存在较大差异，高品位矿石样品613-6稀土总量为中低品位矿石样品613-5稀土总量的2.8倍，这是由于稀土元素在含矿砂岩中局部沉淀富集所致；LREE/HREE和（La/Yb）N反映了轻重稀土的分异程度，一般情况，重稀土更容易形成络合物而迁移（周国兴等，2014），相较于灰色砂岩该区氧化砂岩与含矿砂岩的LREE/HREE和（La/Yb）N值不增反降，配分模式曲线表现的更加平缓，反映了轻重稀土的分异程度减小的特征。

从铀与稀土元素关系图可以看出（图4），ΣREE和LREE在氧化带和还原带与U含量呈正相关性，二者形态一致，HREE与U含量存在弱的正相关性，反映了铀成矿过程中，U含量越高稀土活动性越强，且LREE富集程度强于HREE；在过渡带稀土含量差异较大，这也是该地区与其他典型铀矿床的不同之处。

图4 额仁淖尔凹陷铀与稀土元素关系图

4 结论

本文通过对额仁淖尔凹陷砂岩型铀矿元素地球化学特征的分析，可以得出以下结论：

（1）铀成矿作用与FeO、CaO、MgO和烧失量关系密切，铀在还原性强、还原介质多的区域富集成矿，Ca与Mg从氧化砂岩中淋失，在含矿砂岩中重结晶而富集。

（2）稀土元素与铀元素类似，具有分区分带性，稀土元素由氧化砂岩中迁出，在含矿砂岩中局部沉淀富集，形成较大的含量差异。

（3）该区轻重稀土的分异程度与氧化作用有关，随着氧化作用的增强，轻重稀土的分异程度减小，配分模式曲线表现的更加平缓。

致谢衷心感谢中陕核工业集团地质调查院有限公司和中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司的有关领导和专家在文章写作过程中所给予的指导、关心和帮助。

注 释

①魏安军,赵天林,权军明,田亮,李钊,王少华.2019.二连盆地中西部油气田勘查区铀矿选区与调查成果报告[R].12-93.