鄂尔多斯盆地长7油层组烃源岩中铀的赋存状况研究

2012-11-21魏安军王海桐宋子升侯景涛房玉凤

长江大学学报(自科版) 2012年19期

马晔，魏安军，王海桐，宋子升边飞王楠，侯景涛，房玉凤

(西北有色地质研究院，陕西西安 710043) (中石油长庆油田分公司第三采油厂，宁夏银川 750000)

马晔，魏安军，王海桐，宋子升边飞王楠，侯景涛，房玉凤

鄂尔多斯盆地长7烃源岩是一套最重要的优质生油岩层，经研究在该烃源岩底部大量富集放射性元素铀，利用化学逐级提取、电子探针、α放射性照相等方法研究了长7优质烃源岩中铀的赋存状态及其相应的含量关系，并通过电子探针分析在该区首次发现了胶磷矿中的含钛独立铀矿物。研究表明，铀以独立铀矿物及类质同象形式存在于胶磷矿中,比例达50%;以吸附态赋存于黄铁矿和有机质中,比例达40%;还有少量铀被吸附在粘土矿物中,比例在10%以下。

鄂尔多斯盆地；长7段烃源岩；赋存状态；铀

鄂尔多斯盆地是我国的第2大沉积盆地,面积约2.5×105km2。该盆地内油、气、煤、铀等多种能源矿产共存,是我国重要的能源基地,其中长7油层组烃源岩不仅是重要的生油岩层,而且还富含矿产资源。海相黑色页岩中铀的富集与有机质有关,认为铀含量与有机碳呈明显的正相关关系,且与还原环境有关［1］，也有学者认为铀的富集与微生物活动造成的磷灰石富集过程有关［2］。此外，铀的富集与烃源岩中的胶磷矿、黄铁矿和有机质关系密切［3］。但上述研究对烃源岩中铀的赋存情况研究则较少。为此，笔者对鄂尔多斯盆地长7油层组烃源岩中铀的赋存状况进行了研究。

1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地属于华北地台的一部分，开始形成于中三叠世纸坊期,中晚三叠世延长组期和早中侏罗世延安组期为其主要发育时期,当时沉积范围远大于现今盆地,主体具克拉通内盆地属性。盆地所在地区在地史上大范围接受沉积的时间长达(4～5)×108年,总体构成了不同时期(Mz/Pz2/Pz1)多个大型盆地的叠加和复合,称其为多重叠合型盆地。中生代盆地于早白垩世末走向消亡,晚白垩世以来为盆地的后期改造时期［1］。

受秦岭造山带强烈碰撞和快速隆升的影响,晚三叠世延长组期盆地沉积边界远超出现今盆地边界,延长组期是中生代盆地演化各期分布范围和水深最大的时期。从早期(长10油层组、长9油层组期)湖盆沉陷到湖盆扩张的鼎盛时期(长7油层组期),再到湖盆的萎缩(长6油层组、长5油层组期)和消亡(长1油层组期),记录了一个完整的湖盆产生和演化的过程，其中长7油层组构成盆地的主力烃源岩。近年来,在长7油层组底部发现存在大范围、厚度不等的放射性伽马显著正异常,其地层厚度分布在10～40m,而伽马正异常主要由铀的正异常引起［2］。在平面上,该富铀烃源岩层沿北西-南东向展布,即分布于姬塬-华池-正宁一带。

2 样品处理及测试方法

样品采自鄂尔多斯盆地延长组长7油层组底部富铀的黑色泥页岩,一部分为岩心样品,另一部分为华池、庆阳、铜川的野外露头长7油层组底部样品。笔者主要通过逐级化学提取、电子探针、α放射性照相等方法对长7油层组烃源岩铀的赋存状态进行研究。

3 逐级化学提取定量分析

1为样品WX07-47；2为样品WX07-19；3为样品里57井(2349.5m)4为样品正7井(1629.5m)；5为样品WX07-44。

逐级化学提取属于化学方法,即选择适当的化学试剂及条件将样品中的金属元素选择性地提取到特定的溶液中,然后测定溶液中该金属元素的丰度,从而确定其在样品中的赋存状态,使赋存状态的研究定量化。具体步骤如下：①第1步(Q1)。用盐酸(2mol/L)溶解黑色页岩,振荡24h,过滤。盐酸溶解的部分主要是细晶磷灰石,测溶液中铀及相关元素含量即为磷灰石中的相应元素含量。②第2步(Q2)。将上述残渣灰化后(600℃)用6mol/L盐酸溶解,溶解的主要是黄铁矿和有机质组分,测溶液中铀及相关元素含量。③第3步(Q3)。用HF∶HNO3(体积比1∶1)溶液溶解残渣,溶解的主要是其中的铝硅酸盐组分,再测溶液中铀等组份的含量。测试结果如图1所示。从图1可以看出，U与Th、CaO和P2O5在各步骤中的含量有较好的一致性,说明这些元素具有共生富集的特征。此外，对图1中铀在各个组分中含量进行分析发现，长7富铀烃源岩中铀元素主要富集在胶磷矿中,占50%左右；其次赋存于黄铁矿和有机质中，占40%左右；粘土矿物(硅铝酸盐)中含量最低,仅占10%左右。

4 铀的存在形式

4.1独立铀矿物形式

铀矿物存在于砂岩的孔隙、黄铁矿等矿物的晶间裂隙和孔隙中，其结晶颗粒十分微小,呈板状和不规则粒状,其具明显的溶蚀现象，矿物颗粒大小在2～14μm之间,单个铀矿物颗粒一般为2～7μm,大者可达14μm。

利用Jeor JXA-8100电子探针系统测定矿物成分，测试条件:加速电压15kV,电流20nA,束斑约2μm，测定结果如下：分析点W07-19-1、W07-19-2和W07-19-3的成分大致接近,UO2含量分别为59.69%、61.23%、60.09%;SiO2含量分别为12.28%、13.14%、12.77%;CaO 含量为3.73%、3.73%、2.32%,因而该矿物为铀石；分析点W07-19-8和W07-19-10的UO2含量分别为43.27%和51.17%;TiO2含量分别为4.21%和1.44%;SiO2均为含量为0.76;CaO含量分别为3.95%和2.97%，因而该矿物为钛-铀矿物。

4.2类质同像和吸附形式

利用特制的高感光性能的感光物质记录铀的α射线轨迹,即为铀α径迹，据此能够研究矿石中铀的存在形式、分布状况等。一般认为，α径迹呈稀疏均匀分布时可能是铀的类质同像形式,也可能是铀的吸附形式。如果α径迹的分布均匀且与矿物的形态大小一致应为铀的类质同像形式；如果α径迹沿矿物表层或裂隙局部密集,则为铀的吸附形式［3］。

选取长7油层组烃源岩的3个样品进行α径放射性照相。结果显示，在胶磷矿的位置所留下的α径迹分布均匀而密集,与胶磷矿形态保持了很好的一致性，显示铀以类质同像形式存在(见图2)。在黄铁矿的位置所留下的α径迹则稀疏或者不明显，显示铀可能以吸附形式存在。