四川盆地东北部砂岩型铀矿石及铀的存在形式特征研究

安 然，焦志鹏，辛存林

(1.甘肃省核工业地质局212大队，甘肃 武威 733040；2.西北师范大学 地理与环境科学学院，甘肃 兰州 730070)

20世纪核工业铀矿地质队伍在四川盆地东北部勘探和提交了范家山和花台寺2个砂岩型铀矿床，同时发现有桅杆树、黑滩等铀矿点(图1)[1]。本文对采自范家山铀矿床和桅杆树、黑滩铀矿点的含铀砂岩开展矿石学研究，旨在为研究矿床成因，促进本地区砂岩型铀矿取得新突破提供参考。

1 区域地质背景

研究区大地构造位置位于扬子准地台，四川中台坳，川北台陷，旺苍通江台凹。主要出露地层为上侏罗统蓬莱镇组、下白垩统苍溪组、白龙组和七曲寺组[2]。其中苍溪组为区内主要的含矿地层[3]。

苍溪组与蓬莱镇组呈假整合接触，由一套河流相红色砂、泥岩建造所组成，可划分为11～13个单向韵律层。每一韵律可分为两个岩性段，上部为紫红色泥岩和粉砂质泥岩，厚几米到几十米，具钙质结核、雨痕、中跡、泥裂、波痕等构造；下部以浅灰色为主，紫红色次之的中细粒岩屑砂岩，厚10～35 m，局部地段见有砾岩透镜体，岩石中富含有机质。该组底部和顶部韵律层的砂岩层是铀矿化富集的主要层位[4]。区域地层受西部NE向龙门山构造带和北部NW向米仓山—大巴山构造带的影响而呈NEE走向，地层多褶皱为开阔平缓的向斜和背斜，研究区位于新华向斜南翼[5]，仁和场涪阳坝背斜北翼(图1)。

图1 研究区地质构造略图Fig.1 Geological and structural map of the study area1—下白垩统七曲寺组 2—下白垩统白龙组 3—下白垩统苍溪组 4—上侏罗统蓬莱镇组 5—中侏罗统遂宁组 6—中侏罗统(沙溪庙组、千佛岩组)—下侏罗统(白田坝组) 7—背斜轴线 8—向斜轴线 9—铀矿床 10—铀矿点 11—勘探剖面

2 区域铀矿化特征

四川盆地东北部铀矿化主要赋存于下白垩统苍溪组、白龙组和七曲寺组中，在时间分布上，工业矿化的形成可能与侏罗系—白垩系间的假整合面有关。在空间分布上，矿化具有多层、多韵、多阶、多部位的特点[6]。其中苍溪组第一韵律层(K1c1)是最有远景的含矿层位。第一韵律层中的矿化一般位于底部冲刷面之上2～8 m范围内，该韵律层按岩性、结构、沉积构造、冲刷面等特征，又可分为4～6阶，矿化主要分布在第二和第三阶，少数分布在第一或第四阶。在同一阶内一般为单层矿体，但个别部位亦见有数个小矿化层。矿体产状与地层产状基本一致。铀矿体形态多为扁豆状、透镜状、薄的似层状和串联珠状等。铀矿体规模一般较小，厚0.2～1.0 m，长度一般为几米至数十米，宽度多在数十米之内。在区域上，铀矿化呈带状分布在三川、清水、思依和东凡、黑滩、北极等地段内，其中铀矿床集中分布在旺苍通江台凹北极—桅杆树地段。各异常矿化带与白垩纪古河道展布方向一致，总体为NE—SW向。铀矿体赋存在古河床滞流沉积砂砾岩中。

3 铀矿石特征

富矿石均呈深灰色和灰黑色，岩性以细砂岩为主，少量中粒砂岩。岩石中碎屑成分占比75%～90%，胶结物占比10%～25%，有时可达30%～40%。碎屑以石英及和岩屑为主，其中石英占碎屑总量的60%～70%，岩屑占比30%～32%，长石碎屑物占比2%～7%，云母碎屑物占比1%～8%，可见少量炭化植物碎屑和磨圆较好的锆石、褐帘石、电气石矿物碎屑以及黄铁矿细粒集合体团块[7-8]。胶结物主要为方解石，其结晶较粗，以中粗晶(0.25～1.0 mm)为主，局部为巨晶(>2 mm)，强烈交代石英、长石等碎屑物质，含量一般为20%～30%，有的高达40%[9](图2)。

图2 含铀砂岩标本及偏光显微镜照片Fig.2 Uranium-bearing sandstone specimen and polarized microscope photo(a)钙质胶结细砂岩，富矿石(范家山矿床，手标本KD3-b1)；(b)碎屑以石英及岩屑为主，被方解石呈孔隙式-基底式胶结(KD3-b1显微照片，正交偏光)；(c)黄铁矿细粒集合体团块(KD3-b1显微照片，反光)；(d)含钙质结核钙质胶结细砂岩，贫矿石(桅杆树矿点，手标本LD3-b1)；(e)岩石中含大量的碳酸盐矿物细粒集合体团块，呈球形或椭球形，为钙质结核(手标本LD3-b1显微照片，正交偏光)；(f)具聚片双晶的斜长石碎屑(手标本LD3-b1，正交偏光)；(g)钙质胶结中粒砂岩，富矿石(黑滩矿点，手标本KDht-b2)；(h)碎屑以石英及岩屑为主，被方解石呈孔隙式-基底式胶结(手标本KDht-b2，正交偏光)；(i)具格子双晶的微斜长石碎屑，其上为斜长石碎屑(具聚片双晶)(手标本KDHT-b2，正交偏光)。

含矿岩石胶结致密，孔隙不发育。扫描电镜分析表明，矿石中脉石矿物主要是石英和方解石，含少量的重晶石。方解石作为主要胶结物充填于石英碎屑粒间。金属矿物有黄铁矿、钛铁矿、方铅矿等。

胶结物主要为方解石及少量胶状的黄铁矿。可见草莓状黄铁矿、少量立方体状的方铅矿、网状的钛铁矿颗粒、自形、他形半自形的铀石颗粒分布于石英粒间，与方解石伴生或被方解石嵌布和包裹(图3a、3b、3c)。图3b中4个点的能谱测试结果见表1、图4。

表1 样品KD3-b1(图像3b)点能谱测试结果Table 1 Energy spectrum test result of sample KD3-b1(image 3b)

4 铀的存在形式

铀主要以铀石和少量沥青铀矿的形式存在于岩石胶结物方解石中。测得铀石最大粒径为3.39 μm，呈他形粒状，半自形到自形柱状分布于石英矿物碎屑粒间，与方解石胶结物伴生(图3、图4)。电子探针分析表明，除铀石外，少量铀以沥青铀矿的形式存在(表2)。

表2 铀矿物电子探针分析结果Table 2 Electron microprobe analysis data of uranium mineral

图3 含铀砂岩扫描电镜和电子探针图像Fig.3 SEM and EPMA image of uranium-bearing sandstone(“+”及小数字为能谱测量点位置及编号)(a)他形粒状、半自形、自形柱状铀石和半自形方铅矿分布于石英碎屑边缘的方解石胶结物中(样品KDht-b2，二次电子图像)；(b)横断面为方形的为铀石，左侧胶结物为方解石，右侧为石英颗粒(KD3-b1，二次电子像)；(c)草莓状黄铁矿集合体被方解石嵌布和包裹(KD3-b1，二次电子像)；(d)样品全貌，可见铀矿物发育于颗粒边界(KDht-b2，BSE背散射像)；(e)颗粒状铀石位于石英粒间碳酸盐胶结物中(KDht-b2，SE图)；(f)铀石呈自形柱状(KDht-b2，BSE图)；(g)沥青铀矿(亮的部分)(电子探针背散射图像，示测点LD4-b1-1)；(h)铀石位于石英和方解石粒间(电子探针背散射图像，示测点KD3-b1-3)；(i)铀石位于石英粒间(电子探针背散射图像，示测点KDht-b2-1)。Qz—石英 Cal—方解石 Cof—铀石 Gn—方铅矿 Py—黄铁矿 Pit—沥青铀矿

图4 矿石样品KDht-b2二次电子像(a)和能谱线扫描结果(b～j)Fig.4 Secondary electron image (a) and energy spectrum scanning result (b-j) of ore sample KDht-b2Il—(网状)钛铁矿 Qz—石英 Cof—铀石

5 结论

1)含矿岩石薄片和光片鉴定显示，含铀砂岩岩性主要为深灰至灰黑色细—中粒砂岩，碎屑以石英和岩屑为主，胶结物主要为方解石。

2)含矿岩石扫描电镜和电子探针分析表明，矿石中矿物碎屑主要是石英，胶结物主要是方解石。金属矿物黄铁矿、钛铁矿、方铅矿和铀石等自生矿物分布于石英颗粒之间的方解石胶结物中。

3)铀主要以铀的矿物，即主要为铀石，少量沥青铀矿的形式存在于石英矿物碎屑粒间的胶结物中，与方解石、黄铁矿、方铅矿、钛铁矿等自生矿物伴生。

续表1

续表2