鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿矿化特征及分带性研究

林锦荣，李子颖，衣龙升，贺锋，武正乾，刘政国，邱林飞，李西得，刘坤鹏，刘持恒，郭健，王君贤

（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.核工业二〇三研究所，陕西 西安 710086）

1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地为中-新生代大型克拉通内陆坳陷盆地。盆地产出的构造背景与地槽褶皱带中的山间盆地、地台边缘次造山带中的坳陷盆地及活化年轻地台型盆地均有差别。前中生代，鄂尔多斯盆地处于古亚洲构造域，中生代以来为我国西部特提斯-喜马拉雅构造域和东部滨太平洋构造域的过渡部位［1-2］，是华北板块西缘中-新生代多旋回沉积及构造发育的大型叠合盆地［3-4］。

鄂尔多斯盆地间接基底为太古宇-下元古界的变质岩系结晶基底；直接基底为地台沉积，由中元古界、古生界变质岩系组成。

盆地盖层有中生界三叠系、侏罗系、白垩系及新生界。其中，下三叠统为刘家沟组、和尚沟组，中三叠统为纸坊组，上三叠统为延长组；下侏罗统为富县组，中侏罗统为延安组、直罗组、安定组，上侏罗统为芬芳河组；下白垩统为宜君组、洛河组、华池组、环河组、罗汉洞组、泾川组。盆地中不同地区盖层发育程度有所不同［3，5-6］。

鄂尔多斯盆地是我国北方最重要的大型产铀盆地之一，已探明砂岩铀矿床主要分布在盆地北部，铀矿主要赋存于侏罗系中，铀矿成因类型为潜水及层间氧化叠加后生油气还原叠合复成因类型［3，7-9］。其中在鄂尔多斯盆地东北部已经发现的铀矿床有皂火壕矿床、纳岭沟矿床、大营矿床和巴音青格利矿床等，在盆地西北部已发现铀矿床有磁窑堡矿床、惠安堡矿床等，盆地南部已发现的铀矿床有店头-双龙矿床、国家湾矿床、鸭河湾矿产地等。

近年，在鄂尔多斯盆地南部，特别是盆地西南部镇原地区白垩系红色岩系中发现较大规模砂岩型铀矿［10-11］。

2 砂岩型铀矿矿石类型及矿化特征

鄂尔多斯盆地西南部镇原地区已发现的白垩系砂岩型铀矿赋存于环河组、洛河组红色岩系灰色砂体中，红色及黄色砂体也可赋矿；铀矿为板状，矿化垂向上具有多层性，成矿深度大，受灰色砂体、断裂构造、盆地深部富铀烃源岩等控制［12］。

鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿区域上总体受环河组区域泥岩隔水层控制，局部地段受泥岩隔水层控制，赋矿地层具有“泥砂”结构，有別于层间氧化带型砂岩型铀矿“泥砂泥”结构。

2.1 矿石类型

根据砂岩型铀矿矿化蚀变特征，识别并划分了鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿矿石类型，将其划分为灰色砂岩型铀矿、灰黑色有机质砂岩型铀矿、红色砂岩型铀矿、黄色砂岩型铀矿4 种矿石类型。其中灰色砂岩型铀矿可进一步划分为浅灰绿色砂岩型铀矿、灰绿色砂岩型铀矿，灰黑色有机质砂岩型铀矿可进一步划分为灰黑色有机质斑团铀矿、灰黑色有机质脉体铀矿。

灰色砂岩型铀矿是鄂尔多斯盆地西南部白垩系最主要的铀矿类型，规模最大；灰黑色有机质斑团铀矿、红色砂岩型铀矿、黄色砂岩型铀矿规模较小。灰黑色有机质脉体可能有铀矿化，但地表出露的灰黑色有机质脉体没有铀矿化。

浅灰绿色和灰绿色砂岩型铀矿，两者可同时发育于同一含矿砂体，下部为灰绿色砂岩，上部为浅灰绿色砂岩，可能反映深部到浅部还原作用由强变弱。该类型含矿岩石主要为浅灰绿色、灰绿色细砂岩，也有浅灰绿色、灰绿色砂砾岩（图1a、b）。灰色砂岩型铀矿体呈板状，矿体规模大，为鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿主矿体。铀矿石平均品位为0.010 7%～0.024 9%。

图1 不同矿石类型铀矿化蚀变岩石特征Fig.1 Photos of different types of uranium ores

黄色砂岩型铀矿为铀矿化的浅黄细砂岩、浅褐黄色细砂岩（图1c）。黄色砂岩型铀矿与红色砂岩为渐变接触关系，该铀矿化可能为盆地深部有机成矿流体作用形成，矿体规模较小。

红色砂岩型铀矿为铀矿化的褐红色细砂岩、褐红色砂砾岩（图1d）。红色砂岩型铀矿可能为盆地深部有机成矿流体沿原生沉积红色砂岩粒间、微裂隙浸染形成，矿体规模较小。

灰黑色有机质斑团铀矿不均匀赋存于红色砂体中，在红色砂岩中呈不规则斑状、团块状（图1e），灰色砂岩中偶见有灰黑色有机质斑团发育；灰黑色有机质可见沿层理充填发育，呈条带状，还可见沿砂砾岩中砾石表面与胶结物间面状充填。灰黑色有机质斑团中的有机质为碳质，为盆地深部有机成矿流体中可溶性有机质沉淀形成，有机质斑团为有机成矿流体充填交代红色砂岩形成，与红色砂岩为渐变过渡关系。灰黑色有机质斑团铀矿与有机质密切相关，矿体规模较小，有机质斑团多为富矿，矿石品位较高，铀矿石平均品位可达0.120 3%。

灰黑色有机质脉体常见充填于近地表褐红色砂岩、浅黄色砂岩砂体断裂构造中，呈脉体产出（图1f），主要为碳质沿断裂、裂隙充填形成，脉体与两侧围岩为渐变关系。深部灰黑色有机质脉体可能含矿，上部地表出露灰黑色有机质脉体没有铀矿化。

2.2 矿化特征

2.2.1 蚀变矿物组合特征

铀矿化蚀变矿物组合及铀矿物特征研究表明，鄂尔多斯盆地西南部白垩系不同类型砂岩型铀矿具有相似的铀矿化蚀变矿物和铀矿物组合；铀成矿与有机质（灰黑色有机质斑团、脉体）密切相关，有机质为可溶性有机质（碳质），而非地层沉积成因的植物炭屑。

铀矿化蚀变岩石中铀矿物主要为沥青铀矿和铀石。黏土矿物主要为伊蒙混层、伊利石，含绿泥石、高岭石。含矿砂岩中黏土矿物含量普遍较少，砂岩孔隙度较大，渗透性较好。碳酸盐矿物有白云石、方解石，白云石有红色砂岩原生沉积成岩阶段形成，也有与灰黑色有机质密切相关成矿期形成；磷酸盐矿物为磷灰石，磷灰石有沉积成因的碎屑，也有成矿期形成的。金属矿物组合为黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、辉铜矿、辉锑矿等。

铀矿化蚀变岩石中蚀变矿物与原生红色砂岩蚀变残留的钛铁矿及其蚀变产物钛铁氧化物、锐钛矿，赤铁矿、褐铁矿等矿物共存。

2.2.2 成矿元素组合特征

1）铀矿化砂岩成矿元素组合特征

铀相关元素相关分析及聚类分析表明（图2），鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿不同类型铀矿化砂岩相关元素组合为U、Nb、Co、Cr、Cu、Ni、Rb、Ga、Tl、Ta、Hf、Li、Ba 及S、TOC等，说明铀成矿与Co、Cr、Ni、Cu、S、TOC 等密切相关，铀成矿与有机成矿流体中S、可溶性有机质密切相关。这些元素来源于盆地深部烃源岩层，为渗出成矿作用产物。而层间氧化带砂岩型铀矿铀成矿与V、Mo、Re、Se 等元素密切相关，这些元素来源于沉积预富集地层本身。

图2 不同类型铀矿化砂岩元素聚类分析元素组合图谱Fig.2 Elements cluster diagram of sandstones with different types uranium mineralization based on

2）铀矿物成矿元素组合特征

鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿矿石中沥青铀矿、铀石激光剥蚀等离子体质谱（LA-ICP-MS）成分分析表明，沥青铀矿、铀石等铀矿物具有较高的Co、Ni 含量，Co 平均含量为783.11×10-6、Ni 平均含量为1 487.86×10-6。铀相关元素分析及聚类分析结果显示，铀成矿相关元素组合为U、CaO、Co、Ni、Mo、Cd、Sb、REE、Th。铀矿物富含Co、Ni 等元素，说明铀成矿过程Co、Ni 等元素也发生富集，具有渗出成因砂岩型铀矿成矿元素组合特征。

3）黄铁矿成矿元素组合特征

鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿成矿期黄铁矿富含Co、Ni 等元素。地区1 成矿期黄铁矿Co 含量为0.17%～0.57%、Ni含量为0.21%～1.08%；地区2 成矿期黄铁矿Co 含量为0.06%～0.17%、Ni含量为0.03%～0.13%；地区3 成矿期黄铁矿Co 含量为0.05%～0.17%、Ni含量为0.03%～0.59%。

矿成矿期黄铁矿电子探针成分分析结果显示（图3），黄铁矿核部Co 含量为0.32%、Ni含量为0.43%，中部Co 含量为0.37%、Ni 含量为0.91%、U含量为0.07%，边部Co 含量为0.47%、Ni 含量为1.17%、U 含量为0.15%。黄铁矿核部到边部，Co、Ni 含量呈增加趋势，且Co、Ni 与U 含量呈明显正相关，说明铀成矿作用过程中Co、Ni 等元素也发生富集。

图3 铀矿化砂岩黄铁矿核部、中部及边部元素含量图Fig.3 Content change of Co，Ni and U in different position of pyrite in uranium mineralized sandstone

与二连盆地哈达图铀矿床相比，鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿成矿期黄铁矿Co、Ni含量远高于哈达图铀矿床（Co 含量为0～0.007%、Ni 含量为0～0.014%［13］），显示鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿具有渗出成因成矿元素组合特征。

2.3 成矿年龄

对鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿开展了铀铅同位素分析，获得铀矿石全岩U-Pb等时线年龄为（83.1±7.2）Ma（图4），206Pb/204Pb 初始比值为20.21±0.71，MSWD 值为1.7。认为鄂尔多斯盆地西南白垩系渗出成因砂岩型铀矿成矿年龄为83.1 Ma，铀成矿时代为晚白垩世。

图4 铀矿石全岩铀铅等时线图Fig.4 U-Pb isochronologic age of whole uranium ore

张字龙等［3］利用全岩U-Pb 等时线方法获得了鄂尔多斯盆地北部特拉敖包矿产地白垩系砂岩型铀矿成矿年龄为（112.5±18.1）Ma 和（108.6±8.2）Ma［3］，铀成矿时代为早白垩世，该成矿作用早于盆地西南部，表明鄂尔多斯盆地白垩系砂岩型铀矿成矿时代为早白垩世、晚白垩世，成矿作用具有多期性。

鄂尔多斯盆地北部东胜铀矿床侏罗系砂岩型铀矿成矿年龄为（120±5）Ma、（85±5）Ma［8］；巴音青格利铀矿床侏罗系砂岩型铀矿全岩UPb 等时线年龄为（160±8）Ma、（72±12）Ma、（60.2±1.4）Ma［3］，其中160 Ma 年龄代表为晚侏罗世同生沉积预富集作用，巴音青格利铀矿床成矿年龄为72～60.2 Ma。鄂尔多斯盆地南部鸭河湾矿产地侏罗系砂岩型铀矿全岩U-Pb 等时线年龄为（124±1.0）Ma、（87.9±2.4）Ma、（83±7）Ma、（68±2）Ma［14］，鸭河湾矿产地主成矿年龄为87.9～68 Ma。上述年龄说明鄂尔多斯盆地侏罗系渗入成因砂岩型铀矿成矿时代为晚白垩世、古新世，渗入成矿作用也具有多期性。

通过不同层位、不同类型砂岩型铀矿成矿时代对比，如果鄂尔多斯盆地北部特拉敖包矿产地白垩系砂岩型铀矿与盆地西南部白垩系砂岩型铀矿均为渗出成因，那么鄂尔多斯盆地白垩系渗出成因砂岩型铀矿成矿时代为早白垩世、晚白垩世，侏罗系渗入成因砂岩型铀矿成矿时代为晚白垩世、古新世，渗出成因砂岩型铀矿总体早于渗入成因砂岩型铀矿形成。

3 砂岩型铀矿空间分带特征

3.1 铀矿空间分带特征

鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿矿石类型及空间分布特征表明，其铀矿化具有垂向分带性，自下而上可划分为灰色砂岩铀矿化带、黄色砂岩铀矿化带、红色砂岩铀矿化带、灰黑色有机质斑团铀矿化带、灰黑色有机质脉体铀矿化带5 个铀矿化带（图5）。其中灰色砂岩铀矿化带可进一步划分为下部灰绿色砂岩铀矿化带和上部浅灰绿色砂岩铀矿化带。

图5 砂岩铀矿垂向分带示意图Fig.5 Vertical zonation scheme showing sandstone hosted uranium mineralization

不同铀矿石类型自白垩系深部到浅部分带发育，是来源于盆地深部有机成矿流体向上运移、沉淀、富集演化的结果。

下部灰色砂岩铀矿化带、黄色砂岩铀矿化带、红色砂岩铀矿化带、灰黑色有机质斑团铀矿化带空间关系较紧密，连续发育，发育于环河组区域泥岩隔水层下部。环河组区域泥岩隔水层为深部有机成矿流体铀富集成矿的屏蔽层，由于隔水层屏蔽作用，其下部构成铀成矿有利空间，来源于盆地深部有机成矿流体得以充分沉淀富集，有机成矿流体中大部分铀已经发生沉淀，形成灰色砂岩铀矿化带、黄色砂岩铀矿化带、红色砂岩铀矿化带、灰黑色有机质斑团铀矿化带等不同类型铀矿化带，铀矿主要赋存于区域泥岩隔水层下部。灰黑色有机质脉体铀化带赋存于区域泥岩隔水层上部层位，由于向上运移演化，有机成矿流体中铀含量越来越少，晚期形成灰黑色有机质脉体铀矿化带，在近地表灰黑色有机质脉体已经没有铀富集，但灰黑色有机质脉体可在地表出露。

从深部到浅部，有机成矿流体还原成矿作用由强到弱，铀矿规模由大到小，最下部灰色砂岩铀矿化带（灰绿色砂岩铀矿和浅灰绿色砂岩铀矿）规模最大，矿体呈板状，为主矿体；黄色砂岩铀矿化带、红色砂岩铀矿化带、灰黑色有机质斑团铀矿化带规模较小；最上部灰黑色有机质脉体为铀矿化或无矿。

鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿矿化垂向分带特征表明，灰黑色有机质斑团、脉体铀矿为鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿渗出成因重要识别标志。

3.2 灰色砂岩为原生沉积红色砂岩经有机流体还原形成

灰色砂岩呈脉状、浸染状交代红色砂岩，红色砂岩发生不同程度还原褪色化作用。由于不完全交代还原褪色化，红色砂岩中灰色砂岩呈脉状，灰色砂岩中残留红色砂岩斑点（图6）。

图6 红色砂岩不同程度褪色化作用形成灰绿色砂岩Fig.6 Photo of hand specimen showing the grayish green dying and red fading in sandstone

环河组、洛河组灰色铀矿化砂岩中，部分石英碎屑和长石碎屑发育加大边，沿加大边内侧发育褐铁矿、赤铁矿等铁氧化物，说明褐铁矿、赤铁矿在碎屑矿物石英、长石加大边形成之前就已存在，为红色砂岩沉积成岩期干旱、氧化环境的产物，指示灰色铀矿化砂岩为原生沉积红色砂岩还原褪色化形成。

红色砂岩碎屑矿物主要为石英、钾长石、斜长石等，粒间填隙碎屑矿物主要为黏土矿物、白云石、磷灰石、钛铁矿、铁钛氧化物、锐钛矿、赤铁矿、褐铁矿等，不含沉积成因植物炭屑。红色砂岩中白云石为砂岩粒间填隙物，白云石矿物颗粒较大，晶形较差，矿物表面普遍溶蚀，矿物解理及裂隙发育，矿物表面及解理、裂隙中有薄膜状褐红色赤铁矿、褐黄色褐铁矿（图7a、c、e、f）；磷灰石为砂岩粒间填隙物，碎屑矿物磨蚀明显，晶形较差；钛铁矿、铁钛氧化物、锐钛矿、赤铁矿、褐铁矿与黏土矿物、白云石、磷灰石等作为砂岩碎屑填隙物共存；铁氧化物主要为赤铁矿，含少量褐铁矿，赤铁矿、褐铁矿粒间充填或呈薄膜状包裹碎屑矿物表面（图7a～f）。

图7 原生沉积红色砂岩矿物特征Fig.7 Microscopic mineral composition of the original red sandstone

3.3 不同矿石类型铀矿空间关系及接触关系

灰色砂岩型铀矿中常见下部为灰绿色细砂岩型铀矿和上部为浅灰绿色细砂岩型铀矿，铀矿化赋存于灰绿色砂体、浅灰绿色砂体中，灰绿色砂体与浅灰绿色砂体为渐变过渡接触关系（图8a）。下部灰色砂岩铀矿与上部红色砂岩铀矿为渐变过渡接触关系，铀矿化赋存于下部灰绿色细砂岩、浅灰绿色细砂岩中（图8b）。黄色砂岩型铀矿赋存于黄色砂体中，铀矿主要赋存于黄色砂体底部，黄色砂体与下部灰色含矿砂体为渐变过渡接触关系。红色砂岩型铀矿赋存于红色砂体中，上部红色细砂岩与下部黄色含矿砂体为渐变过渡接触关系。灰黑色有机质斑团铀矿呈不规则斑状、团块状不均匀赋存于红色砂体中，灰黑色有机质斑团铀矿与围岩红色砂岩为渐变过渡关系。灰黑色有机质脉体铀矿发育于上部黄色、红色砂体中，沿断裂、裂隙充填，灰黑色有机质脉体呈脉状，与断裂、裂隙两侧砂岩为渐变接触关系。综上所述，鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿不同矿石类型之间为渐变过渡接触关系，不同颜色砂岩结构不变，说明均为后生还原作用形成。

图8 不同矿石类型铀矿接触关系Fig.8 Photos showing the contacting of different types uranium mineralization

4 不同分带铀矿化特征

通过鄂尔多斯盆地西南部白垩系铀矿化特征研究，总结了不同铀矿化带蚀变矿物组合、铀矿物组合、相关元素含量特征，得出从深部到浅部渗出还原成矿作用由强到弱。认为鄂尔多斯盆地西南部白垩系不同类型铀矿化特征相似，均为盆地深部有机成矿流体沿断裂构造向上运移至白垩系红色岩系砂岩中渗出还原、富集成矿的产物，为渗出成因。

4.1 蚀变矿物组合、铀矿物组合特征

4.1.1 灰色砂岩铀矿化带铀矿化特征

灰色砂岩铀矿化带中没有沉积作用形成的植物炭屑，铀矿化灰色砂岩含灰黑色有机质细脉（图9a、b）。扫描电镜及电子探针成分分析结果显示，灰黑色有机质细脉成分为碳质，灰黑色有机质为有机成矿流体沉淀形成的可溶性有机质，有別于地层沉积作用形成的植物碎屑炭屑。

图9 灰色砂岩铀矿化带铀矿化蚀变矿物特征Fig.9 Mineralogic feature of alteration in gray sandstone uranium mineralization zone

铀矿化灰色砂岩中灰黑色有机质沿砂岩碎屑矿物粒间及裂隙充填，呈细脉状、不连续脉状、分散状产出，蚀变矿物、铀矿物及其共生金属矿物赋存于灰黑色有机质细脉中，或与灰黑色有机质密切相关。

蚀变矿物中黏土矿物主要为伊利石、伊蒙混层，含高岭石、绿泥石，绿泥石与沥青铀矿、铀石关系密切，沥青铀矿和绿泥石共生（图9c）。其他蚀变矿物有白云石、方解石、磷灰石等。成矿期蚀变矿物白云石常呈自形晶赋存于灰黑色有机质细脉中或与灰黑色有机质细脉关系密切，且与沥青铀矿、铀石关系密切；铀矿化灰色砂岩中还可见原岩红色砂岩残留的白云石，这些白云石为红色砂岩成岩期形成，白云石为粒间填隙矿物，自形程度差且矿物表面、裂隙普遍有薄膜状红色铁染（赤铁矿、褐铁矿）（图9b、d、e、f、g）。

铀矿物主要为沥青铀矿，呈微细脉状或微细粒状，微细脉状沥青铀矿填充在石英、长石、铁钛氧化物矿物裂隙中（图9h）；其次为铀石，呈星散状、米粒状或颗粒状，分布在绿泥石，或砂岩孔隙中的微细碎屑（石英、长石等）集合体中，颗粒大小从数微米至数十微米，铀石中普遍含有少量钛。

与沥青铀矿、铀石共生金属矿物有黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等金属硫化物，铀矿物与黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿等为共生关系。铀矿物与红色砂岩残留的钛铁矿、铁钛氧化物、锐钛矿、赤铁矿、褐铁矿等共存，沥青铀矿、铀石常见赋存于锐钛矿、赤铁矿、褐铁矿等裂隙中（图9d、e、g、h）。

铀矿化灰色砂岩中见沥青铀矿、铀石、黄铁矿与铁钛氧化物、锐钛矿、赤铁矿、褐铁矿等共存，说明灰色砂岩为原生沉积红色砂岩还原形成。灰色砂岩铀矿化带中下部浅灰绿色砂岩铀矿化和上部灰绿色砂岩铀矿化蚀变类型、特征相似，下部浅灰绿色砂岩铀矿化比上部灰绿色砂岩铀矿化还原作用较强。

4.1.2 黄色砂岩铀矿化带铀矿化特征

黄色砂岩铀矿化带中黏土矿物主要为伊利石、伊蒙混层，含绿泥石、高岭石，部分黄色砂岩不含伊蒙混层。白云石矿物颗粒较大，矿物表面见溶蚀，具有环带结构，与黏土矿物混杂堆积在砂岩孔隙中，白云石为原岩残留的碎屑矿物（图10a、b、c、d）。磷灰石有沉积成因的碎屑磷灰石，也常见成矿期形成柱状自形晶的磷灰石。柱状自形晶磷灰石常见分布于碎屑矿物长石颗粒表面，磷灰石晶体呈针柱状。针柱状磷灰石应为成矿期形成，说明来源于盆地深部有机成矿流体为富磷有机成矿流体（图10b、d、f）。铁钛氧化物、锐钛矿、铁锰氧化物、铁氧化物为原岩残留的矿物。铁氧化物主要为褐铁矿，含少量赤铁矿，与碎屑白云石同为砂岩碎屑粒间填隙物，可见锐钛矿分布于碎屑矿物石英表面（图10a、b、c、e）。

图10 黄色砂岩铀矿化带铀矿化蚀变矿物特征Fig.10 Mineralogic feature of alteration in yellow sandstone uranium mineralization zone

铀矿化黄色细砂岩中发现有黄铁矿、辉锑矿，分布于砂岩碎屑粒间（图10c），黄铁矿、辉锑矿应为铀成矿期的产物，说明黄色细砂岩中铀成矿时有机成矿流体作用局部环境为还原环境，铀沉淀富集同时形成黄铁矿、辉锑矿等共生金属矿物。

铀矿化黄色细砂岩中没有见到独立铀矿物，铀主要以吸附态形式存在，部分以铀类质同象赋存于磷灰石中。径迹蚀刻结果显示铀呈分散状分布在砂岩孔隙中，为黏土矿物、白云石、铁钛氧化物、铁锰氧化物等吸附。

4.1.3 红色砂岩铀矿化带铀矿化特征

铀矿化红色砂岩中黏土矿物主要为伊蒙混层、伊利石，部分样品不含伊蒙混层，含高岭石、绿泥石。白云石主要为原岩残留碎屑矿物，也发育有粒间充填的自形晶菱面体白云石。菱面体白云石和针柱状磷灰石为铀成矿期产物（图11a、b）。磷灰石有碎屑磷灰石和成矿期针柱状磷灰石（图11a、b、c），其中碎屑磷灰石常发育有加大边，为沉积成岩作用的产物；针柱状磷灰石分布于碎屑矿物粒间，呈细脉状，少数可见针柱状磷灰石发育于碎屑矿物表面。针柱状磷灰石常与菱面体白云石共生，为铀成矿期的产物。铁钛氧化物、钛氧化物、锐钛矿、赤铁矿、褐铁矿等为原岩残留碎屑矿物（图11d、e、f），赤铁矿、褐铁矿呈包膜状覆盖于碎屑矿物白云石等矿物颗粒表面。

图11 红色砂岩铀矿化带铀矿化蚀变矿物特征Fig.11 Mineralogic feature of alteration in red sandstone uranium mineralization zone

铀矿化红色砂岩中可见被有机成矿流体还原退色化现象，赤铁矿、褐铁矿等氧化矿物明显减少，在红色细砂岩中形成灰色脉体、斑点。

铀矿化红色砂岩中没有见到独立铀矿物，铀主要以吸附态形式存在，径迹蚀刻结果显示铀呈分散状分布在砂岩孔隙中，主要为黏土矿物、白云石、铁钛氧化物等吸附，部分铀以类质同象赋存于磷灰石中。

4.1.4 灰黑色有机质斑团铀矿化带铀矿化特征

灰黑色有机质斑团铀矿化带为红色砂岩中发育灰黑色有机质斑团矿化，灰黑色有机质斑团本身含矿，且多为富矿。灰黑色有机质斑团与红色砂岩呈渐变过渡关系，赋存形式有3种：1）呈不规则斑状、团块状在红色砂岩中呈不均匀分布（图12a、b），灰黑色有机质斑团大小不一；2）沿红色细砂岩层理顺层充填，呈密集平行分布的细条带状（图12c）；3）在红色砂砾岩中沿砾石表面与胶结物间隙面状充填，呈灰黑色贝壳状（图12d）。

图12 灰黑色有机质斑团铀矿特征Fig.12 Photos of uranium ores with disseminated dark gray organic matters

显微镜下灰黑色有机质斑团铀矿化砂岩中灰黑色有机质呈细脉状充填于碎屑粒间及裂隙中，有机质细脉呈脉状、网脉状分布（图13a、b、c、e）；蚀变矿物、铀矿物及其共生金属矿物赋存于灰黑色有机质细脉中，铀矿化与有机质细脉密切相关，灰黑色有机质越多铀品位越高。

图13 灰黑色有机质斑团铀矿化带铀矿化蚀变矿物特征Fig.13 Mineralogical features of alteration in uranium mineralization zone with dark gray organic clot

蚀变矿物中黏土矿物有伊利石、伊蒙混层、绿泥石，少量高岭石；碳酸盐矿物有白云石、方解石，成矿期白云石赋存于有机质细脉中呈自形晶，与沥青铀矿、铀石及黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、辉铜矿等共生。

铀矿物为沥青铀矿和铀石。沥青铀矿呈微细脉状或微细粒状，沥青铀矿在有机质细脉中，或沿有机质与碎屑矿物接触部位呈脉状产出，或赋存于石英、长石、铁钛氧化物裂隙中（图13a、b、f、g）。铀石呈星散状、米粒状或颗粒状，分布于蚀变矿物中，或填隙碎屑矿物（石英、长石等）集合体中，与白云石及金属矿物等共生（图13h～k），铀石矿物中含有少量的P、Ca、Na 等元素。

与沥青铀矿、铀石共生金属矿物有黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、辉铜矿等金属硫化物（图13f～l），亦见红色砂岩残留的白云石、铁钛氧化物、锐钛矿及赤铁矿、褐铁矿等矿物（图13d、e）。

4.1.5 灰黑色有机质脉体铀矿化带铀矿化特征

灰黑色有机质脉体主要发育于环河组区域泥岩隔水层上部环河组、罗汉洞组等层位砂体中，地表出露可见灰黑色有机质充填于褐红色砂岩、浅黄色砂岩砂体断裂、裂隙构造中，形成灰黑色有机质脉体。灰黑色有机质脉体与褐红色砂岩、浅黄色砂岩呈渐变过渡关系，并可沿两侧解理充填浸染（图14）。

图14 灰黑色有机质脉体特征Fig.14 Outcrop photos showing the dark gray organic veins

灰黑色有机质脉体中的有机质为可溶性有机质碳质，比下部灰黑色有机质斑团铀矿化带更富集碳质。灰黑色有机质脉体为盆地深部来源有机成矿流体演化最后阶段产物，铀矿化较弱，深部灰黑色有机质脉体可能有铀矿化，而地表出露的未见铀矿化。

4.2 相关元素含量特征

相关元素地球化学研究显示，灰色砂岩铀矿化带、黄色砂岩铀矿化带、红色砂岩铀矿化带、灰黑色有机质斑团铀矿化带、灰黑色有机质脉体铀矿化带等铀矿化蚀变砂岩相关元素含量具有一定变化规律（图15）。

图15 不同铀矿化带元素含量图Fig.15 Trace elements pattern for different uranium mineralization zones

灰色砂岩铀矿化带铀矿化蚀变岩石：U 平均含量为212.31×10-6、Co 平均含量为2.56×10-6、Ni 平均含量 为7.23×10-6、Cu 平均含量 为6.47×10-6、Zn 平均含量为19.25×10-6、Mo 平均含量为1.05×10-6、Ba 平均含量为496.59×10-6、Nd 平均含量 为10.83×10-6、Pb 平均含量 为12.43×10-6、Nb 平均含量 为212.31×10-6、Zr平均含量 为0.27×10-6、Cr 平均含量 为15.64×10-6。

黄色砂岩铀矿化带铀矿化蚀变岩石：U 平均含量为74.90×10-6、Co 平均含量为2.39×10-6、Ni 平均含量 为17.62×10-6、Cu 平均含量 为11.61×10-6、Zn 平均含量 为23.40×10-6、Mo 平均含量为1.60×10-6、Ba 平均含量为337×10-6、Nd 平均含量 为13.67×10-6、Pb 平均含量 为14.10×10-6、Nb 平均含量 为2.63×10-6、Zr 平均含量为56.55×10-6、Cr 平均含量 为23.05×10-6。

红色砂岩铀矿化带铀矿化蚀变岩石：U 平均含量为195.98×10-6、Co 平均含量为3.44×10-6、Ni 平均含量 为18.45×10-6、Cu 平均含量 为6.52×10-6、Zn 平均含量为33.55×10-6、Mo 平均含量为0.75×10-6、Ba 平均含量为357.75×10-6、Nd 平均含量 为11.59×10-6、Pb 平均含量 为17.50×10-6、Nb 平均含量为12.99×10-6、Zr平均含量为57.76×10-6、Cr平均含量为24.53×10-6。

灰黑色有机质斑团铀矿化带铀矿化蚀变岩石：U 平均含量为185.57×10-6、Co 平均含量为1.75×10-6、Ni 平均含量为5.82×10-6、Cu 平均含量为6.57×10-6、Zn平均含量为23.21×10-6、Mo 平均含量 为0.38×10-6、Ba 平均含量 为376.89×10-6、Nd 平均含量为11.19×10-6、Pb 平均含量为24.12×10-6、Nb平均含量为2.75×10-6、Zr 平均含量 为50.78×10-6、Cr 平均含量 为9.21×10-6。

灰黑色有机质脉体铀矿化带蚀变岩石：U 平均含量为1.34×10-6、Co平均含量为11.46×10-6、Ni 平均含量 为12.86×10-6、Cu 平均含量 为10.65×10-6、Zn平均含量为19.65×10-6、Mo平均含量为4.87×10-6、Ba 平均含量为680.00×10-6、Nd 平均含量 为12.18×10-6、Pb 平均含量 为45.35×10-6、Nb 平均含量为3.73×10-6、Zr 平均含量为32.10×10-6、Cr平均含量为12.62×10-6。

红色砂岩（无矿）：U 平均含量为2.29×10-6、Co 平均含量 为2.80×10-6、Ni 平均含量 为6.16×10-6、Cu 平均含量为5.77×10-6、Zn 平均含量为21.10×10-6、Mo 平均含量为0.33×10-6、Ba 平均含量 为471.71×10-6、Nd 平均含量 为9.25×10-6、Pb 平均含量为10.67×10-6、Nb 平均含量为2.29×10-6、Zr 平均含量为0.28×10-6、Cr 平均含量为11.98×10-6。

与红色砂岩（无矿）对比，各铀矿化带中Co、Ni、Cu、Pb、Zr、Zn、Cr含量总体具有明显增加趋势。

垂向上，铀主要富集在最下部灰色砂岩铀矿化带，即有机成矿流体演化早阶段铀发生大规模富集，形成主矿体。随着铀的沉淀，有机成矿流体在向上演化过程中铀含量越来越低，演化最晚阶段近地表灰黑色有机质脉体中已没有铀矿化。有机成矿流体演化过程铀主要在早阶段集中富集，有机成矿流体演化过程成矿流体中铀含量逐渐减少。

垂向上，有机质（碳质）主要富集在上部灰黑色有机质斑团铀矿化带和灰黑色有机质脉体铀矿化带，最上部灰黑色有机质脉体铀矿化带中有机质（碳质）含量最高，即有机成矿流体演化晚期有机质（碳质）集中富集，形成灰黑色有机质斑团、脉体。有机成矿流体演化过程有机质（碳质）主要在晚阶段集中富集，有机成矿流体演化过程有机质（碳质）含量越来越高。

鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿赋存于红色岩系中，含矿层位不含植物炭屑，铀矿石含黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、辉铜矿等金属矿物，铀成矿与Co、Cr、Cu、Ni、S、TOC 等密切相关，铀矿具有垂向分带性。鄂尔多斯盆地西南部白垩系型砂岩铀矿成矿特征与二连盆地哈达图铀矿床相似［13］，笔者认为鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿具有渗出成因铀矿成矿特征，铀矿化蚀变为原生红色砂岩经有机成矿流体还原形成，不同矿石类型铀矿均为统一的深部有机成矿流体渗出还原、富集成矿的产物。有机成矿流体来源于盆地深部三叠系－上古生界富铀烃源岩层，有机成矿流体形成于盆地深部富铀烃源岩深埋压榨及生排烃、排铀阶段。灰黑色有机质斑团、脉体铀矿是鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿渗出成因重要识别标志。

5 结论

1）根据砂岩型铀矿成矿特征，将鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿划分为灰色砂岩型铀矿、灰黑色有机质砂岩型铀矿、红色砂岩型铀矿、黄色砂岩型铀矿4 种矿石类型。

2）鄂尔多斯盆地西南部白垩系不同类型砂岩型铀矿具有相似的铀矿化蚀变矿物和铀矿物组合，含黄铁矿、方铅矿、闪锌矿、黄铜矿、辉铜矿、辉锑矿等金属矿物，铀成矿与Co、Cr、Ni、Cu、S、TOC等密切相关，铀成矿年龄为83.1 Ma。

3）鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿具有垂向分带性，自下而上划分为灰色砂岩铀矿化带、黄色砂岩铀矿化带、红色砂岩铀矿化带、灰黑色有机质斑团铀矿化带、灰黑色有机质脉体铀矿化带5 个铀矿化带。

4）总结了不同铀矿化带蚀变矿物组合、铀矿物组合、相关元素含量特征，从深部到浅部还原成矿作用由强到弱，铀主要富集在下部灰色细砂岩铀矿化带，有机质（碳质）主要富集在上部灰黑色有机质斑团、脉体铀矿化带。有机成矿流体演化过程铀主要在早阶段富集，有机质（碳质）主要在晚阶段富集。

5）鄂尔多斯盆地西南部白垩系不同类型砂岩型铀矿矿化特征相似，均为深部有机成矿流体渗出还原、富集成矿的产物，具有渗出成因铀矿成矿特征。灰黑色有机质斑团、脉体为鄂尔多斯盆地西南部白垩系砂岩型铀矿渗出成因的重要识别标志。