东胜地区直罗组含铀砂岩中方解石的碳氧同位素组成及铀成矿意义

汤 超，司马献章，朱强，冯晓曦，陈 印，陈路路，刘晓雪

中国地质调查局天津地质调查中心（天津地质矿产研究所），天津300061

东胜地区直罗组含铀砂岩中方解石的碳氧同位素组成及铀成矿意义

汤 超，司马献章，朱强，冯晓曦，陈 印，陈路路，刘晓雪

中国地质调查局天津地质调查中心（天津地质矿产研究所），天津300061

方解石是东胜地区直罗组含铀砂岩中重要的胶结物类型，同时碳酸盐化与铀成矿作用关系密切。通过方解石胶结物岩石学、矿物学、碳氧同位素分析，研究了含铀砂岩中方解石碳氧同位素组成、沉淀机制及铀成矿意义。研究表明，东胜地区砂岩类型为长石岩屑砂岩、岩屑砂岩和石英砂岩，粘土矿物主要由蒙皂石、伊利石、高岭石和绿泥石组成，方解石类型以含铁矿方解石为主，其次为铁方解石。方解石δ13CPDB为-15.7‰～-1.6‰，平均-9.08‰，δ18OPDB为-15.6‰～-10‰，平均-12.4‰，显示其形成与有机酸脱羧作用有关，碳来源为有机碳。碳氧同位素分析数据计算表明，与方解石平衡的水相氧同位素组成变化范围较宽，为-7.66‰～9.71‰，推测较轻的同位素组成具有封存大气降水的特征，而较重同位素组成则反映成岩成矿过程中深部富含油气低温热流体的加入。综合分析认为，东胜地区直罗组砂岩中方解石是地表水和深部油气共同作用的结果：早期有机酸促使长石类骨架颗粒溶蚀，形成石英颗粒次生加大边，并伴随着自生高岭石沉淀；后期随着大量烃类注入砂岩中，成岩成矿环境由酸性向碱性转变，还原性增强，介质水中的CO2与Ca2+及Fe2+结合形成含铁为特征的方解石，沉淀在原生粒间孔和各类次生溶蚀孔隙中。整个过程都伴随有铀元素运移和沉淀，暗示东胜铀矿床是地表水和深部油气混合作用形成的。

方解石胶结物；碳氧同位素；成岩成矿环境；古流体；东胜地区

碳酸盐胶结物是砂岩中较为重要的胶结物类型，也是岩石在成岩过程中与流体相互作用的产物，具有分布普遍性、形成多期性、成因多样性的特点（Carlos etal.,2001）。碳酸盐充填裂缝和孔隙，影响砂岩渗透性，对铀成矿作用产生重要影响。不同的成岩环境下形成的碳酸盐胶结物的碳氧同位素组成不一样，对成岩过程中流体具有示踪意义，特别是胶结物中碳同位素组成可以指示成岩流体中碳的来源（陈荣坤，1994；胡宗全，2003；刘德良等，2007；Morad et al.,1990;Macaulay et al.,1993;Fayek et al.，2001）。此外，碳酸盐胶结物的化学性质活泼，对孔隙流体的酸碱性异常敏感，极易发生溶解-沉淀-再溶解-再沉淀，是成岩环境酸碱度变化的良好矿物指示计。因此，碳酸盐胶结物中碳氧同位素组成可为判断其形成时的地球化学环境特征和物质来源等提供重要信息，进而有助于阐明成岩过程中流体-岩石相互作用、流体演化等地质问题（Chowdhury and Noble,1996;王琪等，2010）。

鄂尔多斯盆地东北部东胜地区是砂岩型铀矿的重要矿集区，相继发现了皂火壕、孙家梁、纳岭沟、大营等大型-超大型铀矿床，已成为我国新的铀资源基地。中侏罗统直罗组是本区主要含铀目的层。笔者在野外岩芯观察发现，该区直罗组砂岩中含有大量的碳酸盐胶结物，部分铀含量高的地段碳酸盐含量也较高，同时也注意到部分碳酸盐含量高的地段无铀矿体产出、而部分无碳酸盐含量的地段产出铀矿体的现象。前人研究也发现在成矿过程中方解石与铀矿物的沉淀有关（杨晓勇等，2007；易超等，2014；冯乔等，2016）。因而查明碳酸盐胶结物成因机理，探讨其与铀成矿作用的关系，是十分必要的。本文以含铀砂岩中方解石胶结物为研究对象，利用岩石学和地球化学等研究方法探讨方解石胶结物碳氧同位素组成及成因，为成岩流体演化及砂岩型铀矿成矿地球化学研究提供依据。

1 地质背景

鄂尔多斯盆地位于华北地台西部，由不同时期（Mz/Pz2/Pz1）多个大型盆地叠加、复合而成，是典型的克拉通边缘多重叠合型盆地（刘池洋，2006）。盆地由结晶基底、地台沉积盖层及中生代沉积盖层组成。结晶基底由太古界及下元古界变质岩系组成；地台沉积盖层由中元古界和古生界寒武系（∈）、奥陶系（O）、上石炭系（C2）、二叠系（P）组成，下古生界发育一套以碳酸盐岩为主的浅海相沉积，上古生界以暗色泥岩及砂岩为主夹煤层，富含油气；中生代沉积盖层有中新生界三叠系（T）、侏罗系（J）、白垩系下统（K1）、古近系渐新统（E3）、新近系上新统（N2）及第四系（Q），其中三叠系、侏罗系和白垩系是盆地沉积盖层的主体。盆地自燕山期以来划分为伊盟隆起、西缘逆冲带、天环向斜、伊陕斜坡、晋西挠褶带及渭北隆起6个构造单元。

东胜地区位于鄂尔多斯盆地东北部，构造上处于伊盟隆起区（图1a），区内出露的地层有侏罗系中统延安组、直罗组、安定组和白垩系下统伊金霍洛组、东胜组，其中直罗组是本内主要含矿层。延安组为一套以河湖三角洲相为主的沉积地层，主要为一套暗色砂岩、泥岩与页岩互层，发育稳定的煤层，含有丰富的动植物化石和有机质。直罗组可分为下段及上段，下段以原生灰色碎屑岩建造为主，河流相砂体发育，上段为一套原生红色碎屑岩建造，以洪泛沉积为主，砂体相对不发育。直罗组下段又分为上、下两个亚段，下亚段岩性为灰色、浅灰色、灰绿色砂岩夹泥岩，砂体中富含炭屑、黄铁矿等还原介质，该层位是区内最主要的含矿层；上亚段岩性以灰绿色、浅灰色中细砂岩为主，夹浅绿色、褐红色泥岩、粉砂岩，局部地段见炭屑、黄铁矿等还原介质，是区内次要含矿层（图1b）。铀矿化产于层间氧化还原带前锋线附近，铀矿体或矿化体主要呈板状、卷状、透镜状，铀矿物以铀石为主，少量为沥青铀矿和钛铀矿（肖新建等，2004；苗爱生等，2010）。铀矿化的U-Pb等时线年龄主要集中在177～149Ma（中-晚侏罗世）、124～107Ma（早白垩世）、85～74Ma（晚白垩世）和20～8Ma（中新世），显示铀矿化经历了长期的成矿作用（夏毓亮等，2003；刘汉彬等，2007）。

图1 东胜地区构造位置（a，据王毅等，2014）和地层结构模式（b，据焦养泉等，2005）Fig.1 Tectonic settingand thegeneralized stratigraphy in Dongshengarea

2 样品与方法

在本区3个铀矿工业钻孔岩芯中共采集43件样品，样品分布在直罗组下段下亚段（J2z1-1）含矿层及其附近围岩，岩性为砂岩。首先，通过偏光显微镜及X射线衍射分析对样品进行岩石学和矿物学的研究。为识别碳酸盐矿物，对其中3件样品进行了电子探针测试。优选28件具有代表性的样品进行了碳氧同位素分析测试。

样品X射线衍射定量分析在核工业北京地质研究院分析测试研究所完成，测试仪器型号为PanalyticalX’Pert PROMPD。电子探针分析在天津地质调查中心完成，仪器型号为EPMA1600，测试条件：加速电压15 kV，束流20 nA，束斑直径最低可至1μm，测试元素主要包括Ca、Mg、Fe、Mn等10种元素，分析总量误差在3%以内，主元素相对双差≤5%。碳氧同位素分析在中国地质科学院重点实验室完成。砂岩样品用100%的磷酸在25℃反应4 h，提取出胶结物碳酸盐中的CO2气体，收集得到的CO2在Delta+质谱仪上测量。氧同位素比值以SMOW为标准，碳同位素比值以PDB为标准，分别记为δ18O和δ13C，分析精度优于±0.2‰。分析中使用的碳酸盐参考标准为GBW04417方解石标准，其δ18O和δ13C分别是-24.12‰和-6.10‰。

3 测试结果

表1 直罗组含铀砂岩X-射线衍射定量分析结果表Table1 X-ray diffraction analysisof the Zhiluo Formation uranium-bearing sandstones

3.1 岩石学特征

11件样品的镜下鉴定表明，砂岩为长石岩屑砂岩、岩屑砂岩和石英砂岩。其中，石英含量为25%～85%，长石为5%～35%，岩屑含量为5%～55%。长石骨架以钾长石为主，其次为斜长石。岩屑成分主要为变质岩碎屑和少量花岗岩屑，岩性以石英岩、云母石英片岩为主。砂岩粒度为中粗粒—中细粒，磨圆分选差，填隙物主要为粘土矿物和方解石。

15件砂岩样品X-射线衍射定量分析结果（表1）显示，砂岩全岩石英含量为38.50%～62.7%（平均47.27%），钾长石含量为9.30%～20.10%（平均13.71），斜长石为3.30%～13.30%（平均8.94%），方解石含量较高，为1.10%～24.60%（平均12.62%）。粘土矿物总量为12.30%～340%，成分主要由蒙皂石、伊利石、高岭石和绿泥石组成。将样品按灰绿色砂岩和灰色砂岩分成两类后发现，灰绿色砂岩石英含量略高于灰色砂岩，平均分别为50.3%和46.17%，钾长石含量低于灰色砂岩，长石总量二者相差不大；灰色砂岩中普遍发育黄铁矿和方解石，其中方解石含量较高，而灰绿色砂岩则不发育黄铁矿和方解石，考虑目前发现的铀矿体主要分布在灰色砂岩中，推测铀矿化与碳酸盐化有关。灰绿色砂岩粘土含量为15.6%～34%（平均23.8%）；灰色砂岩粘土含量12.3%～28.4%（平均20.93），灰绿色砂岩粘土含量高于灰色砂岩。灰绿色砂岩与灰色砂岩之间在粘土分成上的差异主要表现在蒙皂石和高岭石的含量上。前者蒙皂石和高岭石含量均较低（平均分别为11.04%及10.35%）；后者蒙皂石含量较高（平均12.95%），高岭石含量较低（平均5.54%）。灰绿色砂岩与灰色砂岩伊利石与绿泥石含量相当，二者均不含混层矿物。

3.2 方解石胶结物类型

前人通过镜下观测，发现研究区内碳酸盐胶结物类型主要为方解石，且以泥晶方解石和亮晶方解石最为常见。泥晶方解石分布于绿泥石薄膜外缘并充填于粒间，亮晶方解石多充填于泥晶方解石外围的颗粒孔隙中，部分位于石英次生加大边外，并强烈交代石英、长石颗粒和泥晶方解石胶结物（林潼等，2010）。本次研究样品中碳酸盐胶结物含量在0.5%～8%之间，以接触胶结为主，孔隙式胶结为辅；部分含矿砂岩碳酸盐化强烈，碳酸盐含量达10%～15%，碳酸盐几乎全为方解石，方解石多为粒径较大的亮晶方解石（图2a），铀矿化常与方解石共生，溶蚀石英和长石（图2b）。3件砂岩样品共20个碳酸盐胶结物的电子探针成分数据（表2），通过地球化学成分，对东胜地区直罗组砂岩中的碳酸盐矿物进行分类表明，碳酸盐胶结物各测点元素组成大致相同，CaO百分含量介于58.57%～69.41%之间（平均64.24%），MgO百分含量介于0.05%～0.61%之间（平均0.31%），FeO百分含量介于0.22%～1.27%之间（平均0.42%），MnO含量较高，为0.18%～1.85%（平均0.69%）。根据FeO的质量分数，方解石胶结物通常可分为3类：w(FeO)≤0.05为无铁方解石，w（FeO）大于等于0.5为铁方解石，w（FeO）介于0.05～0.5之间为含铁方解石。测试结果表明本区方解石胶结物以含铁矿方解石为主，其次为铁方解石。

3.3 碳氧同位素组成特征

方解石胶结物碳氧同位素分析结果见表3。方解石胶结物石碳同位素δ13CPDB为-15.7‰～-1.6‰，平均-9.08‰，极差-10.4‰，数据相对离散，δ18OPDB为-15.6‰～-10‰，平均-12.4‰，极差-5.6‰，变化范围较窄，δ18OSMOW为14.8‰～20.6‰，平均18.1‰。在δ13C-δ18O图解（图3）上，方解石胶结物的碳、氧同位素比值呈负相关关系，指示方解石胶结物形成时沉积环境的变迁，或者成岩过程中外来流体与碳酸盐岩间发生了同位素交换。

图2 直罗组含铀砂岩中方解石镜下显微（a）及背散射照片（b）Fig.2 Calciteendoscopicmicrograph(a)and backscattered(b)photosof the Zhiluo Formation uranium-bearing sandstones

表2 直罗组含铀砂岩方解石胶结物电子探针成分分析结果表Table2 Electronmicroprobeanalytical resultsof calcite cements in the Zhiluo Formation uranium-bearing sandstones

4 讨论

4.1 物质来源和沉淀机制

4.1.1 碳来源

碳同位素在各个碳库中含量稳定，同时具有深循还性。东胜地区直罗组含铀砂岩碳酸盐胶结物的δ13CPDB变化范围较大，为-15.7‰～-1.6‰，小于海相沉积碳酸盐（δ13C=-1‰～2‰，平均0‰，郑永飞，2000）的δ13C变化范围，略高于有机来源（δ13C=-18‰～-33‰，Mack et al.,1991）CO2的δ13C范围，涵盖了淡水沉积碳酸盐岩（δ13C=-4.93‰± 2.75‰，郑永飞和陈江峰，2000）和大气中CO2碳同位素（δ13C一般在-7‰左右）的δ13C范围，说明在碳酸盐胶结物形成时，仅仅由沉积时保存的介质水是不能形成如此宽泛的δ13C值，因此，在成岩成矿过程中一定有外来轻碳源的加入。在碳酸盐矿物δ13CPDB-δ18OSMOW图解（图4）上投影点落在与有机质有关的碳酸盐区，说明有机质是碳源；在碳酸盐矿物δ18OSMOW-δ13CPDB图解（图5）上投影点主要落在沉积有机物脱羧基作用变化趋势范围內，部分投点落在海相碳酸盐岩溶解作用范围内，进一步说明流体中CO2主体是沉积有机质脱羟基过程中转化成因，部分是深部海相碳酸盐岩溶解产生。有机质碳可能有沉积岩自身有机物、煤成气和深部油气三种来源：直罗组砂岩中普遍含有丰富的有机质，此部分有机质通过沉积成岩压实作用，导致氧化、降解和脱羧基作用，生成CO2，与介质水中Ca2相互作用，生成CaCO3沉淀；东胜地区直罗组之下为延安组煤系地层，煤炭储量丰富，其产生的煤成气有可能沿构造或岩石裂隙上升到含矿砂岩层中；鄂尔多斯盆地上古生界富含油气，深部油气氧化产生的CO2也可能沿构造或岩石裂隙上升到含矿砂岩层中，包裹体中石油烃具有生物降解的证据（李宏涛等，2007），大量的研究也表明，盆地北部古生界油气具有向上往侏罗纪地层运移的普遍现象（冯乔等，2006；杨晓勇等，2007）。另外，鄂尔多斯盆地下古生界发育一套以碳酸盐岩为主的浅海相沉积，普遍分布海相石灰岩地层，深部含油气流体在淋滤与溶解下古生界的海相碳酸岩的过程中富含CO2，可能沿构造或岩石裂隙上升到含矿砂岩层中，这也正好说明部分样品落在海相碳酸盐岩溶解作用范围内。

表3 东胜地区直罗组砂岩方解石胶结物碳、氧同位素分析结果

图3 直罗组砂岩方解石胶结物碳氧同位素组成相关图解Fig.3 Cross-plotshowingtherelationshipofcarbonand oxygen compositionofcalcitecementsin theZhiluoFormation sandstones

4.1.2 钙离子来源

在成岩成矿过程中，自生碳酸盐胶结物主要是从碎屑岩孔隙流体中沉淀，其形成所需的钙离子主要通过以下几种途径获得。①长石（主要是斜长石）的溶解。钙长石的溶解方程为CaAl2Si2O8（钙长石）→Al2Si2O5(OH)4（高岭石）+Si++Ca；在合适的物理化学条件下，上述化学反应过程提供的Ca2+可以进入到碳酸盐胶结物中。②粘土矿物的转化。主要是指蒙皂石与伊利石之间相互转化，反应方程为4.5K++8Al3++蒙皂石=伊利石+Na++2Ca2++2.5Fe3++ 2Mg2++3Si4+。④碳酸盐岩屑的溶解再沉淀作用。

X-射线衍射定量分析表明东胜地区直罗组含铀砂岩中高岭石含量较高，反映了成岩成矿过程中长石的溶解。镜下观测也发现，砂岩中长石发生了溶蚀，部分碳酸盐胶结物交代长石颗粒。说明砂岩中长石类碎屑颗粒的溶解是碳酸盐胶结物钙离子的主要来源之一。另外，电子探针分析结果可知，直罗组砂岩碳酸盐胶结物为含铁碳方解石，X-射线衍射定量分析显示砂岩中蒙皂石含量较高，伊利石含量较低，表明蒙皂石与伊利石之间转化钙、铁、镁离子的来源之一，但提供的量应该不大。直罗组砂岩中很少见到碳酸盐岩屑，故碳酸盐岩屑的溶解再沉淀作用非碳酸盐胶结物钙离子的来源。综上分析可知，直罗组碳酸盐胶结物钙离子的主要来源来自长石溶解，粘土矿物的转化提供了少量钙、铁、镁离子。

图4 方解石胶结物碳氧同位素成因图解（据王大锐，2000）Fig.4 Cross-plotof carbon and oxygen composition of calcite cements

图5 方解石胶结物δ18O-δ13C图解（据刘建明等，1997）Fig.5 Cross-plotofδ18O-δ13Cof calcite cements

4.1.3 碳酸盐胶结物的沉淀机制

随着碎屑沉积物的不断埋深，温度压力升高，岩石中自身有机质发生热解脱羧并释放部分CO2，这时CO2的碳同位素明显较轻，容易进入经压实作用所释放出的介质水中，从而形成具有较强溶蚀能力的有机酸和碳酸溶液。当这些酸性溶液进入砂岩中，可以对其中的长石进行溶蚀，一方面形成次生溶蚀孔隙，另一方面提供Ca2+。在此期间，由于溶液的pH值较低，不形成碳酸盐胶结物，而主要是长石发生溶蚀，产生二氧化硅，形成石英颗粒次生加大边，并伴随着自生高岭石沉淀。随后伴随深部含烃类流体的注入，由于含烃类流体具有极强的还原性，砂岩中成岩成矿环境由酸性转变为碱性，将高价铁离子还原成二价铁离子，这时介质水的CO2很容易与钙离子和二价铁离子结合形成铁方解石或含铁方解石，并对碎屑石英、长石颗粒进行交代。由于本区碳酸盐矿物中的碳主要来自有机质，因此，与有机酸脱羧作用有关的碳酸盐胶结物普遍以δ13C高负值为特征。

4.2 氧同位素特征及对成岩成矿流体的指示

胶结物和流体的氧同位素均受到多种因素影响，其中主要包括沉积时期沉积水的氧同位素和盐度、沉积时期温度及成岩改造（刘四兵等，2014）。Keith和Weber(1964)曾把碳、氧同位素结合起来，提出了一个区分海相和淡水灰岩的经验公式，即Z=2.048×(13C+50)+0.498×(18O+50)，式中13C值和18O值均为PDB标准。当Z大于120时，水介质的性质为海水来源；当Z小于120时，则为陆相淡水来源。因此，有关学者利用Z值来探讨砂岩中碳酸盐胶结物形成时的古流体条件（董福湘等，2004；何生等，2009；田亚铭等，2011）。根据28块样品碳酸盐胶结物氧碳同位素Z值计算结果，样品的Z值为90.17～117.55，平均为102.51（表3），均小于120，说明本区直罗组砂岩中方解石胶结物的形成古流体总体为矿化度较高的淡水。

O’Neil（1969）提出了一个方解石-H2O的分馏方程来计算与方解石平衡的流体相同位素组成，即δ18OCc-δ18OH2O=2.78×106/T2-2.89，式中温度（T）采用肖新建等（2004）测得的本区方解石中流体包裹体的均一温度（58～176℃），方解石的氧同位素组成采用本文的测定值，计算的与成岩碳酸盐平衡的流体相同位素组成（表3）表明，成岩成矿期的水相流体δ18O值变化范围在-7.66‰～9.71‰，变化范围较宽，较鄂尔多斯地区现在大气降水-7.4‰（Yang etal.,2009）偏重，说明成岩成矿期水相流体极有可能为混合流体。推测较轻的同位素组成代表地表水，与大气降水有关；而较重的同位素组成表明这一来源的水与沉积物有同位素交换，可能受深部流体影响。前人曾获得成矿流体的δDV-SMOW值为-130‰～-55.8‰（薛春纪等，2010；李荣西等，2006），明显比鄂尔多斯盆地大气降水δD的平均值（-49.6‰）低很多，指示成岩成矿流体中氢因烃类的消耗而变轻。另外，鄂尔多斯盆地构造稳定，岩浆活动不活跃，火山岩浆热液来源可能性较小。那么深部流体很有可能来自下部富含油气的低温热流体。

4.3 方解石胶结物水岩作用与铀成矿的关系

来自砂岩的岩石学、矿物学特征、碳氧同位素以及碳酸盐胶结物的等证均显示，研究区方解石胶结物水岩相互作用模式为开放体系。方解石胶结物具有相对较轻的碳、氧同位素（-15.7‰～-1.6‰），有机质参与的长石溶蚀过程是该类碳酸盐胶结物沉淀的重要物质来源，同时有机质的参与对本区砂岩型铀矿形成起了重要作用，反映这种较为开放的水岩相互作用体系对铀成矿十分有利。

实际上，东胜地区直罗组砂岩中方解石胶结物水岩作用与携带有CO32-、HCO3-的地表水和深部油气密切相关。东胜地区侏罗纪末期和白垩纪中晚期存在较长时期的沉积间断，缺失上侏罗统和上白垩统沉积，携带有[UO2(CO3)3]2-、CO32-、HCO3-的地表水向下渗滤，可进入直罗组砂岩层中，砂岩中沉积有机质本身对铀具有良好的还原作用，能够促使铀沉淀，环境的改变也形成一定量的方解石。早白垩世晚期-晚白垩世，上古生界油气大量向上和向东北方向运移，在东胜一带与含铀地下水混合，使成岩成矿环境由酸性转变为碱性，也为铀成矿提供了大量的还原剂，进一步促使方解石和铀发生沉淀。因此，东胜地区含铀砂岩中的方解石是地表水和深部油气共同作用的结果，也暗示了东胜铀矿床是混合流体作用形成。

5 结论

（1）方解石是东胜地区直罗组砂岩的主要自生矿物之一，方解石胶结物类型以含铁矿方解石为主，其次为铁方解石。方解石δ13CPDB为-15.7‰～-1.6‰，平均-9.08‰，δ18OPDB为-15.6‰～-10‰，平均-12.4‰。其形成主要与有机酸脱羧基作用有关，暗示沉淀过程中有有机碳的加入。

（2）研究区方解石中有机碳可能有三种来源，一是沉积岩自身有机物氧化、降解和脱羧基作用产生的CO2，二是来源于直罗组下部含煤岩系生成的煤成气，三是来源于深部油气氧化产生的CO2。有机质参与的长石溶蚀过程是方解石沉淀的主要物质来源，粘土矿物转化过程为方解石沉淀提供了少部分钙、铁、镁离子。

（3）计算表明，与成岩碳酸盐平衡的水相氧同位素组成变化范围较宽，说明成岩成矿期水相流体极有可能为混合流体。即封存的大气降水与自下部富含油气的低温热流体。

（4）东胜地区直罗组砂岩中方解石是地表水和深部油气共同作用的结果。早期有机酸促使长石类骨架颗粒溶蚀，形成石英颗粒次生加大边，并伴随着自生高岭石沉淀。后期随着大量烃类注入砂岩中，成岩成矿环境由酸性向碱性转变，还原性增强，介质水中的CO2与Ca2+及Fe2+结合形成含铁为特征的方解石，沉淀在原生粒间孔和各类次生溶蚀孔隙中。整个过程都伴随有铀元素运移和沉淀，暗示东胜铀矿床是地表水和深部油气混合作用形成的。

致谢：感谢匿名审稿专家提出的建设性修改意见。

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Carbon and Oxygen IsotopicComposition and Uranium M ineralization SignificanceofCalciteof Zhiluo Formation Uranium-bearing Sandstones in Dongsheng Area

TANG Chao,SIMA Xianzhang,ZHU Qiang,FENG Xiaoxi,CHEN Yin,CHEN Lulu,LIU Xiaoxue
Tianjin Centre(Tianjin InstituteofGeology and MineralResources),ChinaGeological Survey,Tianjin 300061,Chian

Calcite isan importantcement type of Zhiluo Formation uranium-bearing sandstones in Dongsheng area,and the carbonation is closely related to the uranium mineralization.Based on petrographic，mineralogical,carbon and oxygen isotope analysis of calcite cements,the composition,precipitationmechanism,and uranium mineralization significance of carbon and oxygen isotope of calcite were researched in the study area.The results show that sandstones include feldspathic lithic sandstone,lithic sandstone and quartz sandstone,and clay minerals aremainly composed of smectite,illite,kaolinite and chlorite and iron-containing calcite,followed by iron calcite,as the main types of carbonate cements.Theδ13CV-PDBis-15.7‰～-1.6‰with an average of-9.08‰.Theδ18OV-PDBis-15.6‰～-10‰with an average of-12.4‰.The results indicate that the formation of calcite is related to the organic acid decarboxylation and the carbon source is organic carbon.Analysesof carbon and oxygen isotopic results reveal that the composition ofaqueousphaseoxygen isotope,balance to the carlcite,hasawide range ofvalues from-7.66‰to9.71‰.We presumed that the lighter isotope composition has characteristics of sealed atmospheric precipitation and the heavier isotope composition reflects the participation of deep low-temperature thermal fluid with oil and rich-gas during the process of diagenetic mineralization.The comprehensive analysis indicated that calcite in Zhiluo Formation sandstones of Dongsheng area was a result of interaction of surface water and deep oil and gas.Early organic prompted feldspathicmatrix particle dissolution and the quartz grains overgrowth edge was formed,alongwith kaolinite precipitation.Later,with a large number ofhydrocarbons injected into sandstones,diageneticmetallogenic environment changed from acidic to basic and the reducibility is enhanced.The combination of CO2,Ca2+,and Fe2+in medium water formed the iron calcite and precipitated in all kinds of primary and secondary pores.The uranium migration and precipitation during thewhole process,which indicate the formation ofuranium deposits,wasa resultof interaction ofsurfacewaterand deep oiland gas.

calcite cements；carbon and oxygen isotope；diageneticmetallogenic environment；paleofluid；Dongsheng area

TANGChao，Engineer；E-mail:tjtangchao@163.com

P619.14；597+.2

A文献标识码：1006-7493（2016）04-0698-09

10.16108/j.issn1006-7493.2016055

2016-04-17；

2016-08-22

中国地质调查局项目（1212011307800DD20160128）；国家重点基础计划项目（2015CB53000）联合资助

汤超，男，1982年生，硕士，高级工程师，矿床学专业，矿床地球化学方向；E-mail:tjtangchao@163.com