鄂尔多斯盆地东北部纳岭沟铀矿床黏土矿物特征

2019-03-25骆效能李子颖张玉燕何升

铀矿地质 2019年2期

骆效能，李子颖，张玉燕，何升

（核工业北京地质研究院，中核集团资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029）

黏土矿物是大多数海相和陆相碎屑沉积物的重要组成部分，也是铀矿化过程中的常见产物。它们的晶体结构和颗粒细小使得它们对地质环境的变化特别敏感。黏土矿物的类型及其组合与沉积环境、沉积物源、古气候、成岩作用和构造背景等有密切关系。前人对纳岭沟铀矿床的研究主要从构造［1］、沉积体系［2-4］、流体特征以及地球化学特征［5-6］、成矿机理和成矿模式［7-9］等几个方面来阐述，而对黏土矿物在铀成矿过程中的行为研究较少。黏土矿物在纳岭沟铀矿床中又广泛存在，并且与铀成矿关系密切。研究区地层发育有一条规模宏大的绿色蚀变带，沿着盆地的东北部呈弧形展布。绿色蚀变带是控矿的区域层间氧化带被二次还原的结果，二次还原起保矿作用［10］。李子颖等研究认为绿色砂岩（氧化带）与灰色砂岩（还原带）的最大区别是碎屑颗粒表面的黏土成分差异，绿色砂岩碎屑颗粒表面均覆盖有一层极薄的针叶状绿泥石，是岩石呈绿色的主要原因［11］。因此，对纳岭沟铀矿床成矿过程中黏土矿物所起的作用进行研究显得尤为必要。

本次研究共采集了55件样品，采样位置包括绿色古氧化带、氧化-还原过渡带、铀矿石带和原生灰色带4个地球化学分带。在室内对样品进行了X射线衍射和扫描电子显微镜分析。新鲜样品的黏土矿物含量和类型分析测试工作均由核工业北京地质研究院分析测试研究所完成。

1 矿床地质

纳岭沟铀矿床位于鄂尔多斯盆地东北部，构造上处于鄂尔多斯中新生界盆地北部的伊盟隆起区（图1a）。矿床内出露的沉积盖层包括三叠系、中侏罗统、下白垩统、上新统、第四系，上白垩统至中新统缺失。钻孔揭露到的主要层位有中侏罗统延安组、直罗组及下白垩统。矿床主要赋矿层位为侏罗系中侏罗统直罗组下段下亚段（图1b），地层呈单斜产出，倾角较缓，平均为1°～3°，地层厚度一般在30～190 m。铀矿化明显受绿色砂岩与灰色砂岩分界控制，主要产于分界附近的灰色砂岩中，少部分产于灰绿色砂岩中。矿体呈板状、透镜状，主要受直罗组下段下亚段辫状河砂体的非均质性控制。矿石中铀矿物主要以铀石为主，见少量的沥青铀矿和晶质铀矿，部分铀呈络合物形式被黏土矿物和有机质吸附。

2 纳岭沟铀矿床黏土矿物特征

2.1 主要黏土矿物组成

纳岭沟铀矿床的黏土矿物主要包括：蒙脱石、高岭石、绿泥石、伊利石，以及少量的伊蒙混层。从分析测试结果中可以看出（表1），各种黏土矿物的含量大致有以下关系：蒙脱石＞高岭石＞绿泥石＞伊利石，伊蒙混层含量非常低，所以在此不详述。现将纳岭沟铀矿床的主要黏土矿物特征详细说明：

蒙脱石：蒙脱石在光学显微镜下很难鉴定，主要依据X射线衍射分析和扫描电子显微镜进行鉴定。纳岭沟铀矿床目的层无论是原生灰色带砂岩、矿化带灰色砂岩或绿色古氧化带砂岩，黏土矿物均以蒙脱石为主，在扫描电子显微镜下，蒙脱石集合体主要呈蜂巢状产出（图2A，B）。其中绿色古氧化带砂岩和原生灰色带砂岩蒙脱石相对含量相差不大，铀矿石带灰色砂岩蒙脱石的相对含量最低。

图1 研究区构造位置［12］（a）和地层结构模式图［13］（b）Fig.1 Tectonic location（a）and stratigraphic pattern（b） of research area1—构造分区线；2—研究区；3—矿化。

表1 纳岭沟铀矿床各地球化学分带砂岩黏土矿物含量Table 1 Clay mineral content of sandstone in geochemical zones of Nalinggou uranium deposit

续表1

高岭石：砂岩的高岭石化分为钾长石的高岭石化和杂基的高岭石化。纳岭沟铀矿床杂基中的高岭石化相对较强，在扫描电子显微镜下，杂基中（粒间）的高岭石呈较大的假六方片状集合体，鳞片相互叠置呈蠕虫状（图 2C， D）。

绿泥石：纳岭沟铀矿床砂岩的绿泥石化主要以三种形式存在：黑云母的绿泥石化，杂基中的绿泥石化和碎屑颗粒表面针叶状的绿泥石化。黑云母绿泥石化常沿解理分布，呈片状结构，在镜下呈浅绿色，中正突起，具靛蓝的异常干涉色（图2E，F）。杂基中绿泥石多以胶结物的形式存在，在扫描电镜下观察可呈绒球状（图2G）。另外，碎屑颗粒表面可见针叶状的绿泥石化（图2H），且在古氧化带砂岩中普遍发育。

图2 纳岭沟铀矿床主要黏土矿物扫描电镜图Fig.2 SEM photos of main clay minerals in Nalinggou uranium depositA，B—蒙脱石；C，D—高岭石；E，F—黑云母的绿泥石化；G—绒球状绿泥石；H—针叶状绿泥石。

2.2 主要黏土矿物分布及含量

通过X射线衍射对各种黏土矿物相对含量和黏土矿物总量的分析测试结果（表1），可以看出：

1）各地球化学分带中黏土矿物平均含量以蒙脱石为主，含量为47.77%～66.82%；高岭石次之，含量为18.09%～39.54%；其次为绿泥石（3.75%～12.93%）和伊利石（1.36%～3.08%）。

2）各带砂岩中黏土矿物总量变化于15.69%～17.47%之间。氧化-还原过渡带砂岩和铀矿石带砂岩中黏土含量较绿色古氧化带砂岩降低，后者含量最低（15.69%）。绿色古氧化带砂岩中的黏土矿物含量最高（17.47%），说明氧化带砂岩在沉积之后遭受过后生改造作用，黏土蚀变强烈。

3）绿色古氧化带砂岩，黏土矿物总量最高，绿泥石含量在各带中也是最高（12.93%），这也是岩石呈现绿色的主要原因［11］；氧化-还原过渡带，高岭石含量和绿泥石含量相对于绿色砂岩略降低，蒙脱石含量相反，含量有所增加；铀矿石带，随着铀含量的升高，蒙脱石含量相比氧化-还原过渡带砂岩降低，高岭石含量升高，绿泥石含量继续降低，且在各地球化学分带中，高岭石含量和伊利石含量最高，蒙脱石含量最低；原生灰色带，绿泥石含量最低，保留最原始的沉积特征。

原生带灰色砂岩在形成之后基本未受到后期氧化流体的改造作用，其黏土矿物组成和元素质量分数能近似代表本地区同类岩石形成时的面貌。为了更好的说明后生地质作用对各地球化学分带的改造，本文将各地球化学分带的黏土矿物的平均含量减掉原生带灰色砂岩的黏土矿物的平均含量来进行标准化。从各地球化学分带相对于原生灰色砂岩黏土矿物含量图（图3）可以看出，相对于原生带灰色砂岩：1）绿色古氧化带砂岩黏土矿物含量增加，蒙脱石、伊利石和高岭石含量减少，绿泥石含量增加； 2）氧化还原过渡带砂岩，黏土矿物含量基本不变，蒙脱石和绿泥石含量增加，伊利石和高岭石含量下降； 3）铀矿石带砂岩黏土矿物总量有所下降，高岭石含量在各带中增加最多，蒙脱石的变化趋势却与之相反，下降的最多。

图3 纳岭沟铀矿床各地球化学分带相对于原生灰色砂岩黏土矿物含量图Fig.3 Comparison of clay minerals content in different geochemical zones and gray sandstone in Nalinggou uranium deposit

各地球化学分带的黏土矿物在总量上虽然相差不大，但是对具体黏土矿物的含量而言却差异明显，尤其是蒙脱石和高岭石的含量变化均较大，呈现出一种负相关的关系，这种含量的变化主要与后生蚀变过程中二者之间的转化有关。

3 黏土矿物与铀成矿环境分析

黏土矿物的存在代表了一定的沉积环境，通常认为蒙脱石代表碱性环境，高岭石代表酸性介质环境［14］；伊利石代表中性介质环境，在各带中含量变化不大，是黏土矿物中最稳定的组分。据李子颖等［15］对东胜地区砂岩型铀矿床的研究，纳岭沟地区目的层砂岩的酸、碱环境在成岩期后主要有三次大的变化，即早期氧化酸性蚀变、氧化期后的碱性蚀变以及晚期还原-弱碱性蚀变。

在早期氧化酸性蚀变阶段，长石水解形成高岭石：

造成绿色古氧化带、氧化-还原过渡带和铀矿石带砂岩中的高岭石含量相较于原生带砂岩明显增高。随着氧化带不断向前推移，流体介质逐渐由酸性向弱碱性转变，早期被溶解的碳酸盐在矿化带附近沉淀形成方解石杂基，造成铀矿石带砂岩的渗透性急剧降低。对于黏土矿物，在铀矿石带，蒙脱石的含量显著下降，而高岭石的含量却显著上升。这并不符合原先的高岭石代表的酸性介质环境。刘宝珺［14］研究认为，当碱性介质转变为酸性介质时，蒙脱石会向高岭石转化，这与氧化-还原过渡带砂岩到铀矿石带砂岩蒙脱石含量明显降低（47.77%～66.82%），而高岭石含量（18.09%～39.54%）却大幅度升高的特征相一致。这说明铀矿石带偏碱性的基础上也存在相对酸性的环境。

进入晚期还原弱碱性蚀变阶段，有大量的非硫化氢的还原性气体渗入，这些还原性气体可使绿色古氧化带的砂岩中Fe3＋还原转化为Fe2＋，高岭石在有Fe2＋存在的条件下会向绿泥石转化：

此反应可以解释相对于原生灰色砂岩，绿色古氧化带砂岩的高岭石含量下降，而绿泥石含量大幅度上升。研究区的铀矿物主要是铀石，其形成于△Eh值相对较高的还原环境（表1）。同时铀石主要形成于相对偏碱性的环境，并要求有一定的可溶性SiO2浓度。因此，铀石很可能形成于这个时期，交代早先已形成的胶状形态的晶质铀矿，形成极细微的柱状晶体集合体的铀石。

黏土矿物在表生条件下对铀的沉淀与富集主要是通过吸附作用来实现的。表生带的铀酰离子通常带有正电荷，因此很容易被带有负电荷的黏土矿物等胶体粒子所吸附。但是对于黏土矿物本身而言，不同的黏土矿物对铀的吸附能力是不同的，比表面积越大，吸附铀的能力越强。纳岭沟铀矿床的黏土矿物主要是以蒙脱石为主，高岭石次之，且蒙脱石吸附铀的能力远大于高岭石。对于纳岭沟铀矿床，黏土矿物对铀的吸附能力主要体现在蒙脱石，高岭石含量的变化虽然对吸附能力的影响有限，但是可以反映流体环境的变化。铀矿石带高岭石含量的突然增加，可以反映成矿时弱碱条件下也存在一个相对酸性的环境。