巴音戈壁盆地南部塔木素铀矿床成因探讨

王凤岗， 侯树仁， 范存琨， 张 良， 夏宗强， 门 宏， 王俊林

(1.核工业北京地质研究院 中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室， 北京 100029；2.核工业二〇八大队， 内蒙古 包头 014010；3.潍坊泽安安全技术咨询有限公司， 山东 潍坊 261599)

塔木素铀矿床具有成岩度高、矿体埋深大、地下水矿化度高等特征[1]，而且还具有含矿层位多、矿体连续性差、矿石岩性多样、控矿因素复杂等特点，显示其成矿的复杂性和独特性[2]。

由于不能采用地浸法采铀，长期以来一直将类似塔木素铀矿床中的铀资源看作是不经济的、潜在的铀资源，总体认知程度较低。近年来，随着塔木素地区铀矿找矿工作取得了重大突破，对该类型铀矿化的重视和研究程度也在不断加强，对该类型铀矿化的成因也在做积极的探讨，但因研究时间较短，目前可查阅到的文献较少。邓继燕[3]认为塔木素铀矿床在沉积成岩期有铀的富集，以层间氧化作用为主并受后期热液叠加改造；张成勇等[4]认为是层间氧化成因并受后期热液改造；彭云彪等[2]认为泥(灰)岩铀矿为沉积成岩成因特征，而砂岩中的矿体为层间氧化成因；王凤岗等[5]认为砂岩中的矿体具有沉积成岩及后生层间氧化双重成因特征，并指出沉积成岩期的铀矿化与水岩作用有关；刘波等[6]认为铀矿化在成因上受层间氧化和沉积相双重因素控制。目前对塔木素铀矿床成因的认识还存在以下几个方面的争论：是否存在沉积成岩期的铀矿化作用，特别是砂岩中是否存在沉积成岩期铀矿化目前还存在较大争论；砂岩中铀矿化是以沉积成岩为主还是后期层间氧化- 还原作用为主目前还无定论；塔木素地区是否存在后期热液活动及热液活动对铀矿化的影响也是塔木素铀矿床争论的热点。此外，对塔木素铀矿化过程中成矿物质来源、铀迁移形式及沉淀机制等一些关键地质要素的认识也不够系统、全面。笔者在前人研究的基础上分别针对不同类型的铀矿化开展了沉积成岩特征、铀的赋存状态、同位素示踪及同位素年龄测试等方面的研究，并在综合研究的基础上分析了成矿物质来源、铀迁移形式及沉淀机制，探讨了矿化成因并分析了后期热液作用对铀矿化的影响。

1 矿床地质概况

1.1 大地构造位置

塔木素铀矿床位于巴音戈壁盆地南部因格井坳陷东段北缘。因格井坳陷是苏亥图坳陷的次级构造单元，其北缘为宗乃山—沙拉扎山隆起，南缘为巴彦诺尔公隆起(图1a)，均受区域深大断裂控制，南缘为巴丹吉林断裂，北缘为宗乃山—沙拉扎山南缘断裂。

1—第四系沉积物；2—巴音戈壁组上段；3—巴音戈壁组下段；4—中-下侏罗统碎屑岩；5—三叠纪花岗岩；6—二叠纪花岗闪长岩；7—二叠纪花岗岩；8—石炭纪闪长岩；9—断层及编号；10—边境示意线；11—塔木素矿床范围。1—Quaternary; 2—Upper section of Lower Cretaceous Bayingebi Formation; 3—Under lying section of Lower Cretaceous Bayingebi Formation; 4—Middle and Lower Jurassic; 5—Triassic granite; 6—Permian granodiorite; 7—Permian granite; 8—Carboniferous diorite; 9—Fracture and number; 10—Border line; 11—Range of Tamusu uranium deposit. 图1 塔木素大地构造位置图(a)和铀矿床地质简图(b)Fig.1 Tectonic location (a) and geological sketch (b) of Tamusu uranium deposit

1.2 矿床地质特征

塔木素地区基底主要为阿拉善地块，岩性为太古宙- 古元古代变质岩，此外还有古生代火山岩、砂岩等。盖层主要为侏罗纪、白垩纪等沉积地层，此外，在矿区东南部还有第四系沉积物分布(图1b)。侏罗系主要呈零星状分布于矿区的南西部和东北部，属中- 下侏罗统(J1-2)含煤碎屑岩为主的火山- 沉积；白垩系有下白垩统巴音戈壁组(K1b)和上白垩统乌兰苏海组(K2w)，在塔木素矿区范围内下白垩统巴音戈壁组可分为下段(K1b1)和上段(K1b2)，上段是主要含矿层，该段根据岩性特征又可进一步分为下(K1b2-1)、中(K1b2-2)、上(K1b2-3)3层岩性结构：其下部岩层(K1b2-1)以深灰色、灰色泥岩为主，岩石中多见水平层理，局部为页理构造，炭屑与黄铁矿较发育，为区域内一级标志层；中部岩性结构(K1b2-2)以浅红色、紫红色、褐黄色、黄色、灰色砂岩、粉砂岩为主，夹薄层泥岩、泥灰岩和石膏夹层，为湿热- 干旱古气候环境沉积的产物，整体粒度较粗，砂岩厚度大，可见交错层理和平行层理，为塔木素地区铀矿主要找矿层位；上部岩层(K1b2-3)整体以细粒沉积物为特征，湖盆一侧以厚层灰色、深灰色泥灰岩为主，是塔木素地区重要的铀矿化层位，发育炭屑与黄铁矿等，湖盆边缘由于相变主要发育粉砂岩、细砂岩等，见少量含砾砂岩，为区域性标志层。下白垩统巴音戈壁组下段(K1b1)主要分布于矿区的北西缘，由一套红色碎屑岩组成，即红色砾岩、砂砾岩、砂质泥岩夹粉砂质泥岩，局部发育灰色粉砂质泥岩。

断裂构造总体上沿袭了区域断裂与控盆断裂构造系统的特点，以NE向为主，主要断裂有F1、F2、F3(图1b)。F1断裂相当区域上的乌兰铁布科断裂，倾向NW，倾角70°～85°，表现为逆冲断层特点；F2断裂倾向NW，倾角70°～87°，表现为正断层特点；F3断裂倾向SE，倾角为57°～73°，表现为正断层特点。3条断裂延伸均在40 km以上，NE向断裂形成于燕山期，在喜马拉雅期仍有活动。

区内岩浆岩从志留纪- 三叠纪均有，以二叠纪最为发育，主要分布于矿床西北部，少量出露于东南部，总体呈北西向展布。岩性主要为斑状黑云母花岗岩、二长花岗岩、斜长花岗岩、正长花岗岩及英云闪长岩、花岗闪长岩。

1.3 铀矿化类型及分布特征

1.3.1 铀矿化类型

根据含矿岩性，可将塔木素矿床铀矿化划分为砂岩型、泥灰岩型及砂泥混合型三种类型，划分的标准为主要矿化岩性占比超过矿化的80%以上，如砂岩型矿化中矿化砂岩占比超过80%，若泥砂混合比例小于80%时划分为砂泥混合型[2]。砂岩型矿化占塔木素铀矿床73.20%，其他类型占26.80%，且越往深部砂岩类矿化的占比也越大[2]。

1.3.2不同类型铀矿化分布特征

砂岩型矿化主要分布于塔木素矿床的中部与北部，而泥灰岩型矿化主要分布于北矿带的南侧前三角洲泥发育部位。在垂向上，泥灰岩型矿化产于巴音戈壁组上段上亚段(K1b2-3)的角砾化泥灰岩中，砂岩型矿化产于巴音戈壁组上段中亚段(K1b2-2)，铀矿体具有多层板状分布特征(图2)。

图2 塔木素铀矿床巴音戈壁组上段地层综合柱状图(引自彭云彪，等，2018)Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of upper member of Bayingebi Formation in Tamusu uranium deposit(After PENG Yunbiao, et al., 2018).

1.3.3铀在不同类型矿化中的分布特征

王凤岗等[7]对不同类型矿化中铀的分布特征进行了研究，砂岩型铀矿化中的铀绝大多数分布于胶结物中，少量分布于矿物中，泥灰岩矿化中的铀主要分布于暗色角砾状的泥灰岩中，而角砾周边的浅色胶结物中无铀的分布，混合型铀矿化中的铀主要分布于呈条带状展布的泥灰岩中。

2 样品及分析方法

样品主要采自于塔木素铀矿床各工业钻孔，其中砂岩型铀矿石样品42件，泥灰岩型铀矿石样品15件，混合型铀矿石样品4件，地下水定深取样5件，地表水体样品2件。对采集的岩心样品开展了岩石薄片观察、阴极发光、径迹蚀刻、电子探针(EMPA)、扫描电镜(SEM)及C、O、S同位素分析。

在偏光显微镜下运用岩相学方法对样品中的矿物含量进行统计。碳酸盐矿物主要运用茜素红S染色法及茜素红S+铁氰化钾混合染色法结合电子探针和阴极发光分析进行识别，上述工作均在核工业北京地质研究院完成，其中阴极发光运用英国CITL公司CL8200 MK5型阴极发光仪，真空度为0.003 Pa，加速电压为20 kV，速流为0.2 mA。电子探针仪器型号为JXA-8100，工作电压20 kV，束斑电流20 nA，电子束直径10 μm。

测试的碳酸盐C、O同位素样品分别采自钻孔ZKH36-20孔上部矿化泥灰岩(K1b2-3)及中部矿化砂岩(K1b2-2)。S同位素测试的黄铁矿样品采自泥岩、泥灰岩。沥青铀矿U-Pb同位素样品主要采自矿化砂岩，在分析测试前对样品中的沥青铀矿提取、挑纯，并按相关规范完成测试工作，上述测试工作均在核工业北京地质研究院分析测试所进行，铀矿物U-Pb同位素年龄采用TIMS测试方法，以206Pb扣除普通铅。

地下水样品采自水文钻孔中，采用矿层定深采样方法，地下水D-O并在核工业北京地质研究院进行水化学分析，采用的标准为DZ/T 0184.19—1997《水中氢同位素锌还原法测定》及DZ/T 0184.21—1997《天然水中氧同位素二氧化碳- 水平衡法测定》，分析仪器为MAT253型气体稳定同位素质谱仪。

铀的存在形式主要采用径迹蚀刻方法结合扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EMPA)完成，径迹蚀刻由本项目完成，其中扫描电子显微镜(SEM)为NAVA NANO SEM450型热场发射扫描电子显微镜，工作电压15 kV条件下分辨率为1.0 nm。

同时，收集了前人一些研究成果一并进行分析。

3 分析结果

碳酸盐C-O同位素测试对象、寄主岩石和测试结果见表1。δ34S测试对象、寄主岩石和测试结果见表2。地下水D-O同位素取样位置、采样方法及测试结果见表3。铀矿物U-Pb同位素年龄测试结果见表4。

表1 塔木素铀矿床δ13C、δ18O同位素分析结果Table 1 Assayed results of δ13C and δ18O in Tamusu uranium deposit

表2 塔木素铀矿床δ34S分析结果Table 2 Assayed results of δ34S in Tamusu uranium deposit

表3 塔木素地区地下水D-O同位素分析结果Table 3 Assayed results of groundwater D-O in Tamusu area

表4 塔木素铀矿床铀成矿年龄Table 4 U-Pb isotope age of pitchblende in Tamusu uranium deposit

4 讨 论

4.1 含铀主岩沉积成岩特征分析

塔木素铀矿床是否存在沉积成岩期铀矿化目前还存有争议，为了便于讨论，对塔木素地区不同含铀岩石的沉积成岩特征进行了研究，鉴于混合型矿化中铀主要分布于泥灰岩中，铀矿化成因与泥灰岩型相同，且其所占比例较小，故不再单独讨论，仅对含铀泥灰岩和含铀砂岩的成岩特征进行讨论。

4.1.1 矿化泥灰岩成岩特征

通过野外岩心观察及偏光显微观察，矿化泥灰岩具有明显的角砾化特征，早期角砾由不纯泥晶方解石组成，泥晶角砾至少发生过两次角砾化现象(图3a)，砾边部具有浅色环边现象(图3a、b)，并被后期浅色亮晶碳酸盐胶结(图3a)，局部可见更晚期的萤石网脉及天青石脉。茜素红S染色后角砾均变为红色，显示其主要成分为方解石，浅色环边亮晶碳酸盐不染色，显示其为白云石，胶结物有些染色，有些不染色，显示胶结物主要为亮晶方解石和白云石(图3b)。阴极发光图像显示，暗色角砾显弱棕色，亮晶白云石基本不发光，亮晶碳酸盐胶结物显亮的橘黄色和弱的棕色(图3c)。

a—角砾状泥灰岩；b—泥灰岩茜素红S染色结果；c—泥灰岩阴极发光照片。a—breccia marlite；b—alizarin red S dyeing result of marlite；c—the CL image of marlite. 图3 塔木素铀矿床含铀泥灰岩特征Fig.3 Characteristics of uranous marlite in Tamusu uranium deposit

从上述分析可以看出，塔木素含铀泥灰岩至少经历4个期次的变化，其中暗色角砾中至少2次，浅色胶结物中至少2次，因此，泥灰岩成岩过程可分为以下4个阶段：第1阶段形成暗色角砾中包裹的角砾；第2阶段形成暗色泥灰岩角砾；第3阶段形成角砾间浅色亮晶方解石胶结物；第4阶段为后期形成的萤石细脉或天青石脉。

4.1.2 矿化砂岩成岩特征

1)碎屑物特征

通过偏光显微镜、试剂染色等对含矿砂岩进行了研究，结果表明含矿砂岩碎屑物主要由石英、斜长石及钾长石组成，其中石英含量占砂岩总量的12%左右，约占碎屑物总量的20%。长石以斜长石为主，钾长石相对较少，二者含量约占岩石总量的一半，占碎屑物总量70%～80%。岩屑发育不均匀，多者可达5%左右，少者基本不含岩屑。岩屑粒径通常与砂岩中的碎屑物粒径相当，主要由石英、斜长石、钾长石聚合而成，具有花岗岩岩屑特征。

a—砂岩铀矿石中的石膏(Gp)、白云石(Dol)、含铁白云石(Fe-Dol)及铁白云石(Ank)胶结物；b—白云石(Dol)、含铁白云石(Fe-Dol)及铁白云石(Ank)关系；c—白云石(Dol)与含铁白云石(Fe-Dol)关系。a—cements of gypsum (Gp), dolomite (Dol), ferruginous dolomite (Fe-Dol) and ankerite (Ank); b—relationship of dolomite (Dol), ferruginous dolomite (Fe-Dol) and ankerite (Ank); c—relationship between dolomite (Dol) and ferruginous dolomite (Fe-Dol). 图4 塔木素铀矿床含铀砂岩特征Fig.4 Characteristics of uranous sandstone in Tamusu uranium deposit

2)胶结物特征

运用偏光显微镜、混合染色剂(铁氰化钾+茜素红S)对砂岩铀矿石中的胶结物进行了研究，研究结果显示胶结物主要为白云石系列矿物及石膏(图4a)。混合染色剂(铁氰化钾+茜素红S)染色结果显示白云石系列矿物有白云石(不染色)，含铁白云石(浅蓝色)及铁白云石(蓝黑色)。白云石系列矿物形成时间要早于石膏，且白云石系列矿物生成顺序具有明显的规律性：铁白云石常位于核部，最先形成，向外为含铁白云石和白云石(图4b、c)。岩相学统计结果显示，胶结物总含量约占全岩含量的37.2%，其中石膏为12.6%，白云石为9.8%，含铁白云石为9.3%，铁白云石为3.2%，其他杂基为2.3%。

3)含矿砂岩与不含矿砂岩的区别

系统的研究发现，含矿砂岩与不含矿砂岩有两个显著的区别：一是含矿砂岩中的斜长石因水岩作用已经完全转变为钠长石，而非矿化砂岩中的斜长石主要为更长石；二是含矿砂岩的胶结物主要以白云石系列矿物为主，包括白云石、含铁白云石及铁白云石，而不含矿砂岩中的胶结物主要为方解石。

4.2 水岩作用- 碳酸盐胶结物- 铀矿化之间的关系

4.2.1 地下水特征

4.2.2 水岩作用特征

王凤岗等[5]将塔木素铀矿床的水岩作用分为2个阶段，并对水岩作用与碳酸盐胶结物形成及铀矿化关系进行了探讨。

1)第1阶段水岩作用特征

2)第2阶段水岩作用特征

可以看出，砂岩铀矿化存在2个期次的水岩作用，与之相对应，在每个阶段都有矿化作用的形成，即既有沉积成岩期的铀成矿作用，也有后期层间氧化的铀成矿作用。

4.3 物质来源分析

4.3.1 物质来源

1)碎屑物源

砂岩碎屑物主要由石英、长石类矿物组成，少量为花岗岩岩屑，由此判断砂岩碎屑物应主要来自北部的花岗岩。而泥灰岩与砂岩为同一沉积体系不同沉积相的体现，其来源与砂岩具有相同性。

2)胶结物来源

3)铀源

鉴于铀与碳酸盐之间密切的成因联系，特别是砂岩中铀与白云石系列胶结物之间的密切联系，不排除老地层中的部分铀被一同带入到水体中。铀应该具有双重来源，一是来自于老的变质岩基底中的铀，二是来自于花岗岩蚀源区中的铀。在沉积成岩期，受炎热干旱的古气候影响，水体蒸发浓缩形成了富铀的高矿化地下水，进而发生了水岩作用，导致铀在特定的层位富集，故沉积成岩期的铀主要来自水中溶解的铀。层间氧化阶段的铀也具有双重来源特征，一是地层中再活化的铀，二是地表水带入的铀。

4.3.2 络合形式及迁移过程

鉴于砂岩中的铀与白云石系列具有密切的成因联系，显然Mg2+的存在对铀从岩石中转入水溶液、铀在地下水中迁移及铀沉淀均起着十分重要的作用，随矿化度增高，水中Mg2+的含量也相应增高，在富含碳酸根的水溶液中，镁可以与碳酸根形成溶解度较大的MgCO3溶液(2.2 g/l)，远大于CaCO3在水中的溶解度(0.013 g/l)[14]。由于水中有MgCO3的存在，MgCO3可与铀酰碳酸盐络合物生成非常稳定的MgCO3·Na2UO2(CO3)2复盐[14]，并可在水中迁移。此外，从离子电位序数看，Mg2+≈2.5，Ca2+≈1.9，Na+≈1.0，因此Mg2+在对铀转入水溶液及在水溶液中对铀的迁移过程中所起的作用也较大。由此可见，砂岩沉积成岩期MgCO3·Na2UO2(CO3)2复盐是主要的络合形式。

4.3.3 铀沉淀机制

铀的沉淀需要有其诱发沉淀的机制才可以发生，也就是需要有物理的、化学的条件发生改变。对于塔木素地区铀的沉淀机制有以下几个方面：

1)水体蒸发浓缩

2)地下水中Ca2+活度的增加

3)地下水温度升高

现阶段白云石化研究的最新成果表明，虽然白云石也可在较低的温度下形成，但形成白云石化作用时要具备“相对高温”，也就是白云石化水溶液的温度要比围岩高10～20 ℃[16]。塔木素地区砂岩矿层中发育有大量成岩期白云石系列胶结物，由此判断，在砂岩成岩过程中地下水温度可能经历过温度升高的过程，而水中CO2溶解度对温度及其敏感，温度升高，CO2在水中的溶解度降低，从而发生脱碳作用，从而导致铀沉淀。

4.4 后期热液叠加对铀矿化的作用

是否存在热液叠加作用是塔木素铀矿床成因争论焦点之一，前人在研究区砂岩碎屑矿物粒间发现了富硒矿物，认为富硒矿物形成与热液作用有关，进而推断存在后期热液活动[4,17]。仅根据富硒矿物与热液活动是否存在必然联系目前还存在疑问，富硒矿物主要存在于碎屑粒间空隙中，并未发现与之相对应的热液载体(如萤石脉、石英脉)以及热液蚀变现象，故不排除上述矿物在蚀源区岩石中早已形成，仅是受后期剥蚀、搬运作用迁移至砂岩中所致。此外，鉴于含硒矿物在典型层间- 渗入型砂岩铀矿床中常见，有些甚至可以达到综合利用水平，如哈萨克斯坦含铼和硒的砂岩铀矿床[18]。对于热液活动与铀成矿的关系应基于两个方面考虑：一方面要确认是否存在热液活动现象；另一方面要确认热液活动是否对铀矿化有实质性的作用，如改造作用、叠加作用等。

根据野外详细观察及室内综合研究，发现塔木素地区矿化泥灰岩岩心有网脉状紫黑色萤石(图5a)，对样品进一步研究发现，萤石形成的时间最晚(图5a, b)，由此推断在塔木素地区存在后期热液活动。根据放射性照相结果看，铀主要存在于早期形成的角砾中(图5c)，而晚期萤石中未发现含铀矿物，可见热液活动与铀矿化并无直接的关系。泥灰岩C同位素分析结果显示(表1)，δ14C基本均为正值，应该与沉积成岩期水体强烈蒸发分馏作用有关，强烈的蒸发作用导致水体中13C减少及14C增加。

4.5 矿化成因

4.5.1 泥灰岩型矿化成因

泥灰岩(包括混合型中泥灰岩部分)具有致密，渗透性极差等特征，故不具备形成氧化- 还原作用的条件。泥灰岩中铀矿化可由两种作用形成，一是沉积成岩期形成的同沉积铀矿化，二是成岩后期受热液作用有关的热液铀矿化，两种作用形成的铀矿化具有较为典型的识别特征，故较容易识别。根据泥灰岩矿石放射性照相结果可知，铀主要存在于早期暗色角砾中，而后期角砾间的胶结物中基本无铀矿化显示(图5c，图6b)，从而证明铀不具有后生成因特征。电子探针背散射图像研究结果显示，泥灰岩中的铀主要呈微粒浸染状分布，铀矿物粒径<1 μm，且在岩石中分布较均匀(图6c)，具典型沉积成岩期成因特征。泥灰岩形成的地质环境中存在大量的碳酸根，而铀与碳酸根具有很强的亲和性，可以形成络合物，在形成泥灰岩的过程中，络合物分解，从而铀在此过程中发生同步的沉淀。

a—含铀泥灰岩中的萤石脉；b—含铀泥灰岩中的萤石脉(Fl)镜下特征；c—图5b放射性照相叠合图(红色为铀蚀刻径迹)。a—fluorite veines in marlite-type ore；b—fluorite characterisitics under microscope；c—radiographic superposition map of 5b (red is the etching track of uranium). 图5 塔木素铀矿床含铀泥灰岩中的萤石脉及其与铀矿化的关系Fig.5 Fluorite veins and relation with uranium mineralization in uranous marlite in Tamusu uranium deposit

a—角砾状含铀泥灰岩；b—图7a径迹蚀刻叠合图；c—泥灰岩中的微粒浸染状沥青铀矿。 a—breccia marlite；b—the track etching congruent map of Fig.7a ；c—microparticle disseminated pitchblende(Ur)in marlite-type ore. 图6 塔木素铀矿床含铀泥灰岩中铀的分布特征Fig.6 Uranium in the marlite of Tamusu uranium deposit

综上分析，塔木素地区泥灰岩中的铀矿化与二连盆地泥岩中的铀矿化成因相似[19-20]，具有沉积成岩成因特征。混合型铀矿中的铀主要分布于岩石中泥灰岩部分，因此，其成因上与泥灰岩具有相似性，即沉积成岩成因。

4.5.2 砂岩型铀矿化成因

4.5.2.1沉积成岩与铀矿化关系

1)碳酸盐胶结物特征

矿物晶形特征：砂岩铀矿石中的胶结物主要为白云石系列矿物及石膏，通过染色剂染色发现，白云石系列矿物形成过程中具有明显的规律性，最早形成铁白云石，然后形成含铁白云石，最后形成白云石，且最早形成的铁白云石、含铁白云石因具有较大的粒间生长空间从而具有很好的结晶形态并具有生长纹现象(图4)，由此推断铁白云石、含铁白云石是在静水的环境中经历了长期、缓慢的生长过程而形成。

阴极发光特征：不同成因的白云石，阴极发光的颜色明显不同，埋藏白云岩发光多为亮红、玫瑰红、亮橙黄、亮橙红色。准同生白云岩多呈中等黄、红、橙红、桔红、蓝、绿等色。与混合水有关的白云石呈明亮的蓝色。淡水白云石发光昏暗[21]。此外，根据阴极发光原理，Mn是重要的激活剂，而Fe为主要的猝火剂[22-24]。塔木素地区位于中心的铁白云石因含铁多而基本无阴极发光的现象，中间的含铁白云石发弱光或不发光，而最外围不含铁的白云石则具有鲜亮的橙红、桔红等颜色，少量为桔黄色(图7a、c)，根据阴极发光特征并结合染色结果判断含铀砂岩中的白云石系列胶结物具有深埋条件下准同生成因特征。

a—砂岩铀矿石CL图像；b—铀矿石中的白云石(Dol)和铁白云石(Ank)胶结物；c—图7b的CL图像。a—the CL image of sandstone-type uranium ore；b—the cements of dolomite(Dol)and ankerite(Ank)in sandstone-type uranium ore；c—the CL image of Fig.7b.图7 塔木素铀矿床含铀砂岩碳酸盐胶结物阴极发光特征Fig.7 CL characteristics of carbonate in uranous sandstone of Tamusu uranium deposit

a—钠长石(Ab)解理缝隙中的沥青铀矿(Ur)；b—钠长石(Ab)表面孔洞中的沥青铀矿(Ur)；c—交代植物胞腔的沥青铀矿(Ur)；d—粒间与黄铁矿(Py)共生的沥青铀矿(Ur)；e—碳酸盐胶结物溶洞中的沥青铀矿(Ur)；f—白云石(Dol)溶洞中的沥青铀矿(Ur)。a—pitchblende(Ur)in cleavage of albite(Ab)；b—pitchblende(Ur)in holes of albite(Ab)；c—pitchblende(Ur)metasomatic plant cell；d—pitchblende(Ur)associated with pyrite(Py)in intergranular；e—pitchblende(Ur)in carbonate caverns；f—pitchblende(Ur)in dolomite caverns. 图8 塔木素铀矿床含铀砂岩中铀的分布特征Fig.8 Uranium in the sandstone of Tamusu uranium deposit

2)砂岩中铀的分布特征

通常，典型的氧化- 还原作用形成的砂岩铀矿中的铀主要存在于胶结物中，碎屑矿物中的铀主要形成于矿物裂隙中，很少存在于矿物的解理中。塔木素铀矿床斜长石解理缝及表面孔洞中的铀较为常见，这种分布特征与塔木素地区存在沉积成岩期的水岩作用有关。水岩作用对斜长石的改造作用主要表现为两个特征：一是矿化范围内的斜长石基本由更长石转变为较纯的钠长石；二是因溶蚀作用导致沿斜长石解理形成缝隙及在斜长石表面形成孔洞，同时也发生了铀的沉淀。此外，还发现了交代植物胞腔的沥青铀矿，进一步证明在沉积成岩期铀矿化的存在(图8)。

3)铀矿化年龄

根据铀矿物U-Pb同位素测年结果(表4)，塔木素地区铀矿化的年龄最老的约111.6±8.1Ma[25]，铀矿化年龄与砂岩的形成时代较为接近，说明存在沉积成岩期的铀矿化。同时，也发现有明显晚于赋矿砂岩的铀矿化，最年轻的铀矿化仅2.5 Ma，具有显著后生成因特征，即与后期层间氧化作用有关。

4.5.2.2 同位素示踪

1)碳酸盐C-O同位素：根据同位素分析结果，形成塔木素地区δ13C-δ18O关系图，从图9可以看出，塔木素地区碳酸盐排除了生物成因、岩浆成因，根据表1中分析结果结合δ13C-δ18O关系图可知塔木素地区碳酸盐也不具有海相碳酸盐成因特征。

图9 塔木素铀矿床δ13C-δ18O关系图Fig.9 Relation of δ13C and δ18O in Tamusu uranium deposit

由表1可见，碳酸盐样品中δ13CPDB值稍大于0，结合古气候特征推断，塔木素地区在沉积成岩过程中经历了由湿热到干旱的转变过程，在早期形成的植物有机质等中富集了较多的12C同位素，从而产生了同位素的分馏，因此导致同位素库中在后期富集较重的13C同位素。

而δ18OPDB主要集中于-16.7～-16.2，显示沉积成岩期的水体并非海水，而是主要以大气降水为主。在深埋条件下，随深埋深度加大、温度升高会引起δ18O降低[26]，鉴于塔木素地区δ18O值总体偏低，推测塔木素地区沉积成岩形成于深度较大且温度较高的水体环境中。

2)黄铁矿及石膏S同位素：表2中可以看出，塔木素地区的黄铁矿δ34S值均为负，但从分析结果可以看出，石膏硫同位素与黄铁矿硫同位素差别十分明显。上述结果反映在塔木素铀成矿过程是在相对封闭的环境中形成，黄铁矿形成时间较石膏早，所以富32S而贫34S，其δ34S值显示为负，从而产生了同位素的分馏，石膏形成的时间相对较晚，由于受形成黄铁矿的过程中硫同位素分馏影响，在形成石膏的硫中，富34S而贫32S，导致同位素库中在后期形成的石膏具有的同位素δ34S均为正值。

3)水中D-O同位素

塔木素地区不同水体的D-O同位素分析结果(表3)可知，地表河水和井水δD值比较接近，分别为-56.5、-58.9。地下水δD值也较为集中，范围为-72.92-75.1，地表水与地下水数值差距较为明显。与δD值相似，地表河水和井水δ18O值较为接近，分别为-7.1和-7.4，而地下水δ18O值变化范围为-7.2-8.9，也较为接近。与δD相比，地表水与地下水δ18O变化范围较小，显示在地下水封存期间，氧同位素分馏较弱。塔木素地区水中δD-δ18O关系图显示地表水与地下铀矿层采集的地下水具有明显的区别，显示地表水与地下水并没有形成广泛的交换[1]，由此说明地表水对含铀砂岩的改造作用不明显，即后期成矿特征不明显。

4.5.2.3 砂岩型矿化成因

根据砂岩成岩特征及水岩作用表现形式分析，砂岩中的铀矿化具有双重成因特征。沉积成岩期古气候由湿热到干旱炎热转变导致水体蒸发浓缩，并随着深埋作用而形成了含铀的高矿化度地下水，并因水岩作用致使铀在特定的层位富集成矿，成矿物质来源于沉积成岩期蒸发浓缩的水体。沉积成岩后，地表水沿层间下渗，酸性的地表水溶解了部分碳酸盐胶结物，并导致地层中的铀发生了再次迁移，从而形成了铀的叠加改造作用，铀沉淀于溶解的孔洞内，成矿物质来源于沉积岩层及下渗的地表水。

从总体表现出的矿化特征看，塔木素铀矿床碳酸盐胶结物仍总体保留沉积成岩期形成的特征，且地下水与地表水具有明显的区别，同时考虑含矿砂岩成岩度高，不利于氧化- 还原作用形成的因素，塔木素砂岩中的铀矿化主要以沉积成岩期的铀矿化为主，而层间氧化作用叠加为辅。

5 结 论

1)塔木素矿床铀矿化共有砂岩型、泥灰岩型及砂泥混合型三种类型，以砂岩型为主，泥灰岩型次之，泥砂混合型最少。

2)经成岩研究及放射性照相研究结果显示，矿化泥灰岩具有多阶段成岩特征，铀主要呈微粒浸染状分布于早期形成的暗色角砾中，铀矿化具有单一的沉积成岩成因特征，鉴于混合型铀矿中的铀主要存在于泥灰岩成分中，其铀矿化成因与泥灰岩具有统一性。砂岩型铀矿化具有沉积成岩及层间氧化改造双重成因特征，矿区内高品位的矿石多为层间氧化与沉积成岩矿化作用叠加的结果。

3)塔木素地区有热液活动迹象，但暂未发现热液活动与铀矿化有直接的成因联系。