373铀矿床有机质与铀成矿关系

王朋冲 徐争启 李 萍 王 冶

(成都理工大学核技术与自动化工程学院，四川 成都 610059)

373铀矿床有机质与铀成矿关系

王朋冲 徐争启 李 萍 王 冶

(成都理工大学核技术与自动化工程学院，四川 成都 610059)

通过岩石热解、氯仿沥青“A”及其族组分提取定量、镜质体反射率测定等分析方法研究矿床中有机质的类型、成熟度，进而分析有机质在铀成矿过程中发挥的作用。结果显示，373铀矿床中有机质类型为Ⅱ2型，主要为海相浮游生物、微生物以及陆源植物的输入。有机质的成熟度较低，处于未成熟—低成熟早期阶段，与围岩相比较，矿体受热液和断层影响，有机质经历了相对较高的古地温。有机质的类型和成熟度决定其演化历史中产生了大量腐殖酸并保存在地层中。矿床中有机质中的氯仿沥青“A”含量为(0.47～10.42)×10-6，其氯仿沥青“A”中以沥青质占绝对优势，氯仿沥青“A”和沥青质含量与铀含量有较好的相关性。综合研究表明，有机质在373铀成矿过程中主要起到吸附、络合和还原作用。

铀矿化 有机质 成熟度 氯仿沥青“A”

对有机质与铀的关系前人曾做过很多研究，但大多是基于砂岩型铀矿床，矿体赋存层位多属于中—新生代，很少有人做过碳硅泥岩型铀矿床中铀矿化与有机质的关系。据前人研究，与铀矿化关系最为密切的有机质为腐殖酸，腐殖酸与铀酰存在着强烈的吸附与络合关系。腐殖酸大多是腐殖型有机质未成熟前的产物，腐殖质在铀富集过程中主要起到吸附、络合和还原作用，实际上，有机质与铀矿化的关系是一个十分复杂的问题。

1 矿床地质概况

373铀矿床矿体中富含有机质、黄铁矿，是典型的碳硅泥岩型矿床[1]。373铀矿床位于桂西南地区，构造环境为华南褶皱系，武夷—云开造山系西南端，373凹断束那岭—俸屯背斜北东端。区内地层有寒武系水口群，下泥盆统莲花山组，中泥盆统郁江组、东岗岭组。下泥盆统莲花山组与寒武系不整合接触；中泥盆统郁江组分上下段，该组为下含矿构造岩带原岩；东岗岭组也分上下两段。矿区无岩浆岩出露，区域上有微弱岩浆侵入，以辉绿岩脉形式存在。矿区主要岩性组合为碳酸盐岩和碎屑岩。铀矿化类型属U-Mo型。矿体主要赋存于泥盆系与寒武系不整合面之上的破碎带中，受构造控制，分布在F1和F2挟持部位，铀矿化在F2的分支断裂带中，主要富矿层位为郁江组断层和东岗岭组内的断层。矿体特征主要呈似层状、透镜状。铀矿物为沥青铀矿(少见)，主要是吸附状态的含铀黑色物质和含铀黄铁矿，主要非金属矿物为石英、方解石、白云石、高岭土、白云母。围岩蚀变主要以硅化、黑色蚀变、黄铁矿化为主，白云岩化和红化次之。成矿通道为F2断层，主要有65、140～120和380 Ma 3个成矿时代[2]。

2 有机质类型及成熟度

2.1 有机质类型

不同沉积环境中，有不同来源有机质形成的干酪根，其组成有明显的差别。不同类型的有机质其富铀能力和机制各不相同。根据干酪根元素组成、氯仿沥青“A”的族组成、化学结构、显微组分、沉积环境和演化程度，结合生油能力，划分出3种类型的干酪根，即腐泥型干酪根Ⅰ、腐泥-腐殖质干酪根Ⅱ和腐殖型干酪根Ⅲ，腐泥-腐殖型干酪根又划分为Ⅱ1和Ⅱ2型2个亚类，见表1。

表1 矿床中有机质的氯仿沥青“A”族组成Table 1 Composition of chloroform bitumen “A” of organic matter in the deposit %

依据氯仿沥青“A”族组分特征，研究区的有机质类型主要为Ⅱ2型，见图1。有机质主要为海相浮游生物、微生物以及陆地植物的输入。本研究区的有机质处于未成熟，低成熟阶段及其偏腐殖质的性质决定了其演化阶段产生大量的腐殖质和地沥青等。据前人研究，与铀矿化关系最为密切的有机质为腐殖酸[3]。腐殖酸与铀酰存在着强烈的吸附与络合关系[4]。腐殖质和地沥青与铀矿化关系密切。一般来说，腐殖质吸附能力强，富集铀的能力比腐泥质大。例如，美国东部上泥盆统黑色炭质页岩中的腐殖质富铀量比腐泥质大10倍[5]。

图1 373铀矿床氯仿沥青“A”族组成Fig.1 Composition of chloroform bitumen “A” of organic matter in the 373 uranium depositⅠ—标准腐泥型有机质；ⅡA—腐殖腐泥型有机质； ⅡB—腐泥腐殖型有机质；Ⅲ—标准腐殖型有机质

2.2 有机质成熟度

有机质成熟度是有机质最为重要的特征之一，具有不可逆性。众所周知，镜质组放射率Ro随热解演化程度的升高而稳定增加，并具有相对广泛、稳定的可比性，使Ro成为目前应用最为广泛、最为权威的成熟度指标。然而对缺少镜质体的地层，尤其是下古生界海相碳酸盐岩，很难用经过实践证明是可信的源于高等植物碎屑的镜质组反射率来作为成熟度指标[6]。事实证明测量样品中很少见到镜质组，仅测得2个沥青反射率Rb。因此本次以Tmax作为成熟度指标的基础来研究矿区的成熟度，对矿区的有机质成熟度进行研究，见表2。结果显示该区有机质成烃演化阶段主要为未成熟阶段，少量低成熟阶段。

表2 有机质成烃演化阶段划分及判别指标Table 2 Division of hydrocarbon generation evolution stage of organic matter and discriminant indexes ℃

研究区的Tmax普遍在435 ℃以下，最低为358 ℃，最高为435 ℃，平均温度为407 ℃，见表3。根据陆相烃源岩有机质成烃演化阶段划分及判别指标(SY/T 5735—1995)，本区的有机质普遍为未成熟、低成熟的早期阶段。矿体的成熟度特征决定其演化历史中产生了大量腐殖酸并保存在地层中，这为腐殖酸吸附、络合U提供了有利条件。然而矿体中的Tmax平均为414 ℃，高于围岩Tmax(381 ℃)。可以看出矿体受热液和断层影响，经历了比围岩较高的古地温。

表3 岩石最大热解峰温与相应的U含量Table 3 The pyrolysis peak temperature and the corresponding content of uranium

3 有机质与铀矿化关系

3.1 矿体中有机质与铀含量的相关性

矿体主要位于富含有机质、黄铁矿的断层中，但根据铀与有机碳、氯仿沥青“A”、氯仿沥青“A”族组分含量的相关性计算发现，373铀矿床中U含量与总有机碳含量之间并无明显的相关性，这和野外观察发现的情况相吻合，铀含量高的岩石，有机碳含量一般较高，但有机碳含量高的地方，铀含量并不是都高。例如砂岩型矿床中的典型相关系数r变化范围为0.01～0.25，然而，当U的含量高达500×10-6时，r会很高(0.7)，很少有矿床的相关系数达到0.7。Pironon指出U和有机质的统计关系取决于研究水平以及U和有机质在沉积岩中的分布情况。而且，与矿化有关的有机质的变化可能引起C的流失，这样也就降低了U与总有机碳的相关性[7]。

矿床中氯仿沥青“A”含量与U含量见表4。铀含量与氯仿沥青“A”族组分中的沥青质之间有较好的相关性，且相关系数为0.87，主要是因为氯仿沥青“A”相对于干酪根具有较强的活动性，其吸附、络合的U易于随流体迁移富集成矿，从而导致氯仿沥青“A”含量高的地方U含量也高。沥青质在氯仿沥青“A”中的含量百分比与铀含量的关系见图2。从图中看出，铀含量与氯仿沥青“A”族组分中的沥青质具有较好的相关性，这是因为沥青质中高分子化合物含量高，具较大的相对分子质量。其比表面积大，因此对U的吸附性很高，因此沥青质含量高的时候U含量也较多。

表4 矿床中氯仿沥青“A”含量与U含量Table 4 Content of chloroform bitumen “A” and uranium in the deposit ×10-6

图2 沥青质在氯仿沥青“A”中的含量百分比与铀含量的关系Fig.2 Relationship between the percentage of content in asphaltene and chloroform bitumen “A” and uranium content

3.2 有机质在铀成矿中的作用

矿区的有机质为Ⅱ2型有机质以及其未成熟特征决定其演化过程中会产生大量的腐殖酸和地沥青等。在表生氧化条件下，腐殖酸很容易与无机配位体竞争而与U形成络合物，因而增加U的溶解度。程如楠[8]研究了麻布岗地区水中铀和腐殖酸的相互关系，发现当水中腐殖酸含量由0.66 mg/L增加到6.6 mg/L时，水中铀含量由1.0×10-7g/L增加到9.25×10-5g/L。在弱酸性—中性水条件下，腐殖酸铀酰是水中铀的主要存在迁移形式。373铀矿床在大气降水的淋滤下腐殖酸盐随着流体一起运移至储矿空间，在合适的地方富集成矿。

当含铀溶液流经富含有机质的层位时，吸附剂就会大量的吸附铀，使铀富集成矿。显而易见,当有机质含量多时其吸附铀的能力就越强，吸附铀的量也就越多，这也就造成铀的含量与有机质的正相关性[9]。

O.

此外，有一部分H2S气体可能来源于有机质的分解。水体中的亲硫元素形成不溶的硫化物沉淀，同时造成高价铀被还原为低价铀而沉淀。随着地下热液的不断输入，在有机质造成的氧化还原过渡带造成铀等元素的富集。Fe3+在这一过程中被首先还原，然后与H2S气体反应生成黄铁矿[10]，造成了373铀矿床中有机质、黄铁矿、铀矿化共生的现象。

综合研究表明，有机质在373铀成矿过程中主要起到吸附、络合和还原作用。

4 结 论

373铀矿床有机质类型为Ⅱ2型，有机质成熟度较低，处于未成熟—低成熟早期阶段，有机质的类型及其成熟度决定其在演化过程中产生了大量腐殖酸、地沥青等并保存在地层中，并且矿体中的有机质受热液和断层影响经历了比围岩较高的古地温。矿床中的氯仿沥青“A”中以沥青质占优势，铀含量与氯仿沥青“A”以及沥青质具有较好的正相关性。矿床中有机质对铀的富集作用主要是通过腐殖酸的吸附、络合铀，并随着流体迁移富集成矿，并有部分有机质还原地下热液中的铀，使之叠加富集成矿。

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(责任编辑 邓永前)

The Relationship between the Organic Matter Uranium Mineralization at 373 Uranium Deposit

Wang Pengchong Xu Zhengqi Li Ping Wang Ye

(TheCollegeofNudearTechnologyandAutornationEngineering，ChengduUniversityofTechnology，Chengdu610059，China)

The type and maturity of organic matter in deposit are obtained by using rock pyrolysis，extracting and quantification of chloroform bitumen “A” and its group components and determination of the vitrinite reflectance so as to analyze the role of the organic matter in the process of uranium mineralization.The results showed that the type of organic matter in 373 uranium deposit isⅡ2，which mainly comes from marine plankton，microorganisms and terrestrial plants.The organic matter owns a low maturity and lies in the early stage of immature and low mature.Compared with the surrounding rock，organic matter has experienced the relatively high palaeogeothermal on account of the effects of hydrothermal and fault on ore-body.The large amount of humic acid that are determined by the type of organic matter and maturity are produced in the evolution process of organic matter and are stored in strata.The content of chloroform bitumen “A” of organic matter in the deposit is(0.47～10.42)×10-6，asphaltene is the main composition of chloroform bitumen “A” of the organic matter.Chloroform bitumen “A” has good correlation with the asphaltene content and uranium content.The comprehensive research results showed that absorption，complexation and reduction are the main function of organic matter in the process of 373 uranium mineralization.

Uranium mineralization，Organic matter，Maturity，Chloroform bitumen “A”

2013-11-05

国家自然科学基金项目(编号：41173059)，中国核工业地质局重点科研项目(编号：201148)。

王朋冲(1986—)，男，硕士研究生。 通讯作者:徐争启( 1975—) ，男，教授。

P593

A

1001-1250(2014)-03-101-04