平庄盆地五十家子地段铀成矿作用及找矿方向
doi: 10.20008/j.kckc.202606005
董方升1 , 张化南2 , 张成勇3 , 魏恋欢4 , 吕东霖1 , 王生文1 , 张松1 , 王潇1
1. 辽宁省地矿集团能源地质有限责任公司,辽宁 沈阳 110000
2. 辽宁省地质矿产调查院有限责任公司,辽宁 沈阳 110000
3. 东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室,江西 南昌 330013
4. 东北大学资源与土木工程学院,辽宁 沈阳 110000
基金项目: 本文受辽宁省级地质勘查项目(JH22-210000-15694和JH20-210000-05760)联合资助
Uranium mineralization and prospecting direction in the Wushijiazi Area, Pingzhuang Basin
DONG Fangsheng1 , ZHANG Huanan2 , ZHANG Chengyong3 , WEI Lianhuan4 , LYU Donglin1 , WANG Shengwen1 , ZHANG Song1 , WANG Xiao1
1. Liaoning Province Geology and Minerals Group Energy Geology Co., Ltd., Shenyang 110000 , Liaoning, China
2. Liaoning Geological and Mineral Survey Institute Co., Ltd., Shenyang 110000 , Liaoning, China
3. Fundamental Science on Radioactive Geology and Exploration Technology Laboratory, East China Institute of Technology, Nanchang 330013 , Jiangxi, China
4. School of Resources and Civil Engineering, Northeastern University, Shenyang 110000 , Liaoning, China
摘要
平庄盆地是晚中生代断陷盆地,紧邻松辽盆地砂岩型铀矿成矿区和沽源—红山子火山岩型成矿带。前人在该盆地北部五十家子地段白垩系孙家湾组发现了3层铀矿化体,但仍缺乏对该地区铀成矿作用的深入研究,限制了该地区找矿。本文通过对3个矿层的样品进行镜下鉴定、黏土矿物、电子探针和扫描电镜等分析,发现3个矿层铀成矿作用上具有共性的同时,在成矿环境及富集方式等方面具有一定差异,结果显示该区铀成矿为潜水氧化及层间氧化作用叠加成矿,成矿阶段分为晚白垩世中期原生沉积预富集阶段、晚白垩世晚期—上新世早期后生氧化作用阶段、上新世晚期保矿阶段,显示出较大的成矿潜力,并提出了该区的找矿方向。
Abstract
The Pingzhuang Basin is a graben basin of Late Mesozoic, and it is close to sandstone-type uranium mineralization area in the Songliao Basin and Guyuan-Hongshanzi uranium metallogenic belt. Previous researchers discovered three layers of uranium ore bodies in Sunjiaw Formation of Cretaceous at the Wujiazi area, which is at the northern part of the Pingzhuang Basin, however, in-depth studies about uranium mineralization of this deposit is still lacking, which restricted the prospecting in this area. In this study, we found that the uranium mineralization of the three layers of uranium ore bodies was common, but there were some differences in metallogenic environment and enrichment mode, by analyzing the samples of three layers of uranium ore bodies, include microscopic identification, clay minerals, electron probes and scanning electron microscope. The results show that the uranium mineralization in this area is the superposition model of phreatic oxidation and interlayer oxidation, and the mineralization stages are divided into the pre-enrichment stage of primary sediments in the middle of Late Cretaceous, the post-oxidation stage from Late Cretaceous to Early Pliocene, and the ore preservation stage in the Late Pliocene, which shows great potential for uranium mineralization, furthermore, we put forward the prospecting direction in this area.
0 引言
中国对砂岩型铀矿的勘探开发始于 20 世纪 90 年代,目前已探明的砂岩型铀矿主要分布在北方大型沉积盆地,如新疆伊犁盆地、吐哈盆地、准噶尔盆地、塔里木盆地西缘,内蒙古鄂尔多斯盆地北部、二连盆地、巴音戈壁盆地,东北松辽盆地等(程银行等,2024),可分为6种模式,分别为伊犁式、吐哈式、东胜式、乌兰察布式、马尼特式、通辽式砂岩型铀矿 (陈戴生等,2003夏毓亮等,2010张金带等,2010董方升等,2015张金带,2016Cheng et al.,2019Nie et al.,2020焦养泉等,2021聂逢君等,2021)。前人在平庄盆地五家、古山、六家、黑水等地区发现了大量的铀异常信息,异常发育层位为白垩系阜新组和孙家湾组,认为具备砂岩型铀矿成矿特征,并对盆地成矿地质条件进行了基础分析(陈德兵等, 2009殷榕蔚等,2019郑翠等,2020吕东霖等, 2023)。但前人研究主要针对铀源、沉积相、古气候等宏观方面(席海银等,2010赵忠华等,2010),对铀矿化微观特征、铀成矿作用及成矿模式等研究程度相对较低,找矿方向不明确,制约了该地区找矿。笔者前期对平庄盆地五十家子地段氧化作用与铀成矿地质特征进行分析,发现该地区符合层间氧化带型砂岩型铀矿成矿模式,具有较大的成矿潜力。本文对矿区发现的3个铀矿化层特征通过采样测试和镜下鉴定细致剖析,从各矿层黏土特征、铀矿物类型及赋存状态等方面入手,对各矿层的矿石特征、成矿机理进行归纳总结,结合前人研究成果,对平庄盆地五十家子地段各矿层氧化作用强度、铀矿化特征、铀矿物种类及赋存形式、成矿条件及成矿作用有了进一步认识,并提出找矿思路和找矿方向,为平庄盆地砂岩型铀矿的勘查提供支持。
1 区域地质背景
中国铀矿的成矿区带划为 4 个成矿域、11 个铀成矿省及 49 个成矿区(带)(含 20 个成矿远景带) (张金带,2012朱鹏飞等,2018)。平庄盆地紧邻松辽盆地砂岩型铀矿成矿区和沽源—红山子火山岩型成矿带(图1a)。其大地构造位置位于华北陆块北缘,北邻天山—兴蒙褶皱系(图1b)(王宇林等, 2007赵博,2014)。构造演化可分为前白垩纪基底形成阶段(T-J)、早期裂陷阶段(K1y)、中期断陷阶段 (K1jf-K1f)、晚期坳陷阶段(K2s)和晚白垩世后期构造反转阶段5个阶段(田永庆等,2008)。
五十家子地段位于平庄盆地北部,物源区为北部上新井隆起,其岩性为海西期和燕山期中酸性岩浆岩,为盆地提供了大量的铀源。盖层主要有下白垩统义县组(K1y)、九佛堂组(K1jf)和上白垩统孙家湾组(K2s),其中孙家湾组上段(K2s2)为主要的含铀矿目的层,为冲积扇相沉积(图2)。根据沉积体系类型和沉积组合,孙家湾组上段可以划分为 3 个亚段,上段第一亚段(K2s2-1)为基准面上升过程中形成的退积型序列的冲积扇,为氧化还原过渡的原生地球化学环境,形成了灰色砂岩与红色砂砾岩互层; 上段第二亚段(K2s2-2)为基准面上升过程中形成的进积型序列的冲积扇,第三亚段(K2s2-3)为基准面下降过程中形成的进积型序列的冲积扇,均为还原的原生地球化学环境,形成了以砂岩、砂砾岩为主、夹薄煤层的灰色层。后生蚀变主要以氧化作用为主,主要发育在孙家湾组上段的第二、三亚段,砂体中含有炭屑、黄铁矿等还原介质的部位成矿最为有利,其中第二亚段为层间氧化,第三亚段为潜水氧化。
1平庄盆地大地构造位置简图
a—中国东北方铀成矿区带划分及铀矿床、矿田空间分布图;b—平庄盆地大地构造位置图
1—国界;2—省界;3—首都;4—省会;5—砂岩型铀矿成矿区(带);6—火山岩型成矿区(带);7—花岗岩型成矿区(带);8—砂岩型铀矿床;9— 火山岩型铀矿床;10—花岗岩型铀矿床;11—平庄盆地位置;12—松辽盆地成矿区;13—二连地区成矿带;14—敦化—密山成矿远景带;15—额尔古纳—满洲里成矿远景带;16—扎兰屯成矿远景带;17—伊春成矿远景带;18—沽源—红山子成矿带;19—兴城—青龙成矿带;20—辽东成矿带;21—一级大地构造单元线;22—二级大地构造单元线;23—平庄盆地;24—五十家子地段位置
2五十家子地段综合柱状示意图
1—砾岩;2—砂砾岩;3—粗砂岩;4—中砂岩;5—细砂岩;6—粉砂岩;7—泥岩;8—紫红色;9—浅红色;10—黄色;11—灰绿色;12—灰色;13— 灰白色;14—矿层及位置;15—采样位置及编号
砂体是含氧含铀地下水的流动运移通道,也是铀次生活动和后生富集的有利场所(汤超等,2021邢作昌等,2021Cheng et al.,2025)。五十家子地段孙家湾组上段砂体发育,呈东西向展布,砂体长 7 km、宽 4~5 km。砂体厚度大,约 100~250 m。砂层较多,普遍发育 4~6 层砂体,单层厚度大,主要为 45~90 m (图3)。区域上发育3个铀矿化层,其中上部Ⅰ号矿层多发育在孙家湾组上段第三亚段潜水氧化与还原带过渡部位,在矿区广泛发育,见矿深度 116.20~175.10 m,品位 1.0×10-4~3.10×10-4,厚度 0.1~8.7 m; 中部Ⅱ号矿层多发育在孙家湾组上段第二亚段亚层间氧化带顶底板与还原带过渡部位,偏还原带一侧,沿氧化还原前锋线东西向展布,见矿深度 221.10~285.30 m,品位1.0×10-4~2.75×10-4,厚度0.1~10.8 m; 底部Ⅲ号矿层多发育在孙家湾组上段第一亚段还原带中,矿化层分布规律性较差,多发育在还原介质富集部位,见矿深度 330.20~380.40 m,品位 1.0×10-4~5.34×10-4,厚度1.3~4.3 m。
3L01线钻孔剖面图
a—L01线钻孔剖面图;b—勘探线位置图
1—第四系;2—新近系;3—孙家湾组;4—孙家湾组上段第三亚段;5—孙家湾组上段第二亚段;6—孙家湾组上段第一亚段;7—孙家湾组下段; 8—九佛堂组;9—燕山期花岗岩;10—原生红色砂体;11—原生灰色砂体;12—隔水层;13—潜水氧化砂体;14—层间氧化砂体;15—铀矿(化) 体;16—断层;17—自然伽玛曲线;18—电阻率曲线;19—工业孔;20—矿化孔
2 样品采集
为研究 3 个铀矿层铀矿化特征及其异同点,本研究分矿层采集了孙家湾组上段的岩石样品。其中Ⅰ号矿层采样深度为 135.74~167.09 m,采集黏土矿物样品 8件,电子探针和扫描电镜样品 4件;Ⅱ号矿层采样深度为 225.45~271.28 m,采集黏土矿物样品 5件,电子探针和扫描电镜样品 5件;Ⅲ号矿层采样深度为357.12~378.73 m,采集黏土矿物样品2件,电子探针和扫描电镜样品2件。岩矿鉴定和黏土矿物分析均按照蚀变分带(氧化带、过渡带和还原带) 采集,岩性为红褐色中粗砂岩,黄色中粗砂岩,灰色—灰绿色砂砾岩、中粗砂岩,灰色细砂岩等。黏土矿物分析在核工业二四三大队实验室完成,采用仪器为 D/max-rA X 射线衍射仪。电子探针和扫描电镜在东华理工大学核资源与环境国家重点实验室完成,主要对采集的铀矿石开展分析,采用仪器为 JXA-8100 电子探针和 Nova NanoSEM450 扫描电镜,室内温度控制在(20±2)℃和湿度<80%。
3 分析结果
对分析结果进行分类总结发现,3 个铀矿层的黏土矿物类型、铀矿物类型及赋存状态等方面具有一定共性的同时存在显著的区别,指示了 3 个矿层的成矿环境及成矿作用具备一定差异。
3.1 黏土矿物特征
黏土矿物以其特殊的物理、化学性质,作为铀的重要载体,参与铀的原生沉淀、后生迁移和富集过程(游伟华等,2015伍群等,2021朱强等,2021孙涛等,2024)。本研究对3个矿层目的层砂体按宏观上氧化还原分带系统采集样品,进行黏土的XRD 分析,根据各矿层不同分带统计数据(表1),并绘制折线图(图4)。结合宏观和薄片镜下观察及扫描电镜分析,阐明了五十家子地段 3 个矿层的黏土矿物特征。分析数据显示,Ⅰ号矿层中蒙脱石含量氧化带最高、过渡带次之、还原带最低,高岭石含量与蒙脱石呈现负相关关系,即氧化带最低、过渡带次之、还原带最高,伊利石含量的氧化还原分带现象不明显;Ⅱ号矿层中蒙脱石含量氧化带最高、过渡带和还原带含量差距不大,高岭石含量还原带最高、氧化带次之、过渡带最低,伊利石含量过渡带最高、氧化带和还原带含量差距不大,在过渡带中检测出少量绿泥石;Ⅲ号矿层中还原带高岭石含量最高、蒙脱石次之、伊利石和绿泥石含量较低。扫描电镜显示,Ⅰ号矿层中的主要黏土矿物蒙脱石主要呈蜂窝状(图5a),Ⅱ号矿层中的主要黏土矿物伊利石主要呈颗粒状(图5b),Ⅲ号矿层中的主要黏土矿物高岭石主要呈板状(图5c)。
1五十家子地段黏土矿物含量
注:测试单位为核工业二四三大队实验室;“/”代表低于检出极限。
4各矿层黏土矿物含量折线图
3.2 铀矿物种类
对五十家子地段3个矿层的砂岩中铀矿物电子探针分析结果见表2。Ⅰ号矿层铀矿物主要为沥青铀矿、其次为铀钍矿等,沥青铀矿中 UO2 含量 85.29%~87.23%,SiO2含量 3.98%~6.84%;铀钍矿中 UO2 含量 38.58%~43.41%,ThO2 含量 38.96%~40.67%,SiO2含量 7.24%~8.94%。Ⅱ号矿层铀矿物主要为铀石、其次为沥青铀矿,铀石中 UO2 含量 66.35%~72.48%,SiO2 含量 19.25%~24.26%;沥青铀矿中 UO2 含量 75.68%~77.19%,SiO2 含量 6.37%~7.64%。Ⅲ号矿层铀矿物主要为沥青铀矿、其次为含钛铀矿,沥青铀矿中 UO2 含量 75.34%~76.52%, SiO2 含量 4.32%~5.67%;含钛铀矿中 UO2 含量 51.86%~54.35%,TiO2 含量 10.28%~13.57%,FeO 含量 18.39%~27.15%,SiO2 含量 2.32%~3.76%。电子探针背散射电子图像显示,五十家子地段铀矿物主要黄铁矿共生发育于石英、长石等孔隙中,其次围绕黄铁矿发育呈侵染状或星点状,局部见铀矿物和黄铁矿穿插石英、长石颗粒。
5扫描电镜下黏土矿物形态照片
a—蜂窝状蒙脱石;b—颗粒状伊利石;c—板状高岭石
2铀矿物电子探针成分分析结果(%)
注:测试单位为东华理工大学核资源与环境国家重点实验室;“/”代表低于检出极限。
4 讨论
4.1 铀成矿特征
总体来看,黑水地区五十家子地段具备典型砂岩型铀矿成矿特征,3个铀矿层在矿石特征、矿石地球化学特征、黏土矿物种类、氧化还原分带性等方面具有显著差别(表3),指示3个矿层铀成矿作用上具有共性的同时在成矿环境及富集方式等方面具有一定差异。
3五十家子地段铀矿层特征一览
上部Ⅰ号矿层垂向上多产于孙家湾组上段第三亚段紫红色、黄色砂岩与灰色、灰绿色砂岩分界线附近的灰色砂岩中,平面上紫红色、黄色氧化砂体呈面状分布,发育广泛,受潜水氧化作用控制,从富矿样品地化环境分析来看,相对高含量的Fe3+,指示氧化作用相比于其他两个矿层强烈(刘晓雪等, 2016荣辉等,2016涂颖等,2022)。典型铀矿床在成矿作用过程中伴随着黏土矿物的蚀变及相互转化,碱性条件下,高岭石不稳定,将转化为绿泥石、蒙脱石、伊利石等(张晓等,2013李华明等,2020), Ⅰ号矿层相对高含量的黏土矿物更利于铀的吸附和沉淀,黏土矿物中蒙脱石较多,指示成矿期弱碱的沉积环境;一般情况下认为,氧化带的蒙脱石含量明显高于过渡带和还原带(刘铭艳和张占峰, 2007),也指示了Ⅰ号矿层氧化作用相比于其他两个矿层强烈,含铀溶液在接触沉积期形成的炭屑、黄铁矿等还原介质后,高价铀被还原成低价沉淀富集(程银行等,2025)。铀矿物类型主要为沥青铀矿,其次为铀钍石等,赋存在碎屑颗粒间、胶结物和岩屑颗粒中,碎屑颗粒以石英、方解石、长石为主 (图6a、b),表明含铀溶液活动较强烈,成矿环境以碱性环境为主(陈路路等,2017),同时铀矿物中铀钍石、磷钇矿的出现(图6c),在一定意义上指示了该矿层近源沉积成矿的特点。
6Ⅰ号矿层铀矿物赋存状态背散射图
a—沥青铀矿充填于石英、斜长石及炭屑孔隙;b—沥青铀矿与黄铁矿充填于石英、斜长石孔隙中;c—铀钍矿及黄铁矿共生于石英、斜长石孔隙;Pit—沥青铀矿;Q—石英;Pl—斜长石;Org—炭屑;Py—黄铁矿;Uth—铀钍矿
中部Ⅱ号矿层垂向上多产生于孙家湾组上段第二亚段黄色、浅黄色砂岩与灰色、灰绿色砂岩上下分界线附近的灰色砂岩中,平面上浅黄色、黄色砂体自盆缘向盆内沿东西走向发育,宏观上该氧化带岩石以黄色、浅黄色为主,相比于上部潜水氧化带形成的紫红色、黄色为主的岩石氧化作用较弱。富矿样品环境指标中,Fe2+ 的增多同样指示该层位较弱的氧化环境以及地层中黄铁矿含量的增加。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(骆效能,2019),Ⅱ 号矿层黏土矿物中伊利石较多,可能与蚀源区斜长石蚀变有关,指示该层铀成矿期中性的沉积环境。研究认为,铀矿物的沉淀富集与成矿带中的黄铁矿、有机质等还原剂相关,在氧化还原过渡带,由于 Ph值和 Eh值的降低,溶液呈中性时,碳酸盐络合物 [UO2(CO33] 4- 和[UO2(CO33] 6- 降低分解,UO22+ 处于饱和状态,在还原剂的作用下富集成矿,铀元素与二氧化硅反应生成铀石类矿物,与石英、黄铁矿等共生(汤超等,2017),从电子探针背散射图像上看,Ⅱ 号矿层的铀矿物主要为沥青铀矿和铀石,与黄铁矿共生(图7a、b),局部见炭屑等有机质吸附铀石(图7c)。
7Ⅱ号矿层铀矿物赋存状态背散射图
a—铀石与黄铁矿共生于石英等碎屑物孔隙;b—沥青铀矿与黄铁矿围绕石英颗粒发育;c—铀石及黄铁矿共生于石英、斜长石孔隙,见黄铁矿穿插石英颗粒,局部见炭屑吸附铀石;Coff—铀石;Pit—沥青铀矿;Q—石英;Org—炭屑;Py—黄铁矿
底部Ⅲ号矿层垂向上多产生于灰绿色、灰黑色砂岩中,矿层附近多见炭屑、黄铁矿等还原介质出现。蒙脱石和高岭石的含量基本呈负相关关系,高岭石的含量相对较高可代表Ⅲ号矿体成矿期的酸性还原环境。向伟东和尹金双(2006)认为在腐殖酸的作用下,有机质炭屑吸附铀,铀矿中的铀主要是以腐植酸吸附或腐殖酸盐形式存在。在岩心中观察到炭屑等有机质,主要是沿砂岩纹层面分布,少量区域可见黄铁矿与其共生。赵华雷等(2020) 认为铀矿物分布相对分散且规律性较差,呈星点浸染状或星点状集合体,以及磷灰石的出现,指示缺少内部还原介质。Ⅲ号矿层铀矿物类型有含钛铀矿、沥青铀矿等(图8),赋存在碎屑颗粒间、胶结物和岩屑颗粒中,局部存在磷灰石等伴生矿物,指示可能有外部还原介质参与成矿,推测部分地段存在由于砂体发育的不均一性以及盆内后期断裂构造产生的顶向运移的阜新组等煤系地层和烃源岩。
8Ⅲ号矿层铀矿物赋存状态背散射图
a—沥青铀矿围绕黄铁矿发育,局部呈侵染状;b—沥青铀矿呈星点状围绕石英颗粒发育;c—含钛铀矿呈星点状与石英共生;Pit—沥青铀矿; Q—石英;Py—黄铁矿;Br—含钛铀矿
矿化程度强弱受砂体及氧化砂体厚度双重控制,同时与含矿目的层的还原能力具有较强的耦合性(焦养泉等,2022唐国龙等,2024)。五十家子地段砂体相对较发育,砂体中含有较多的还原介质,勘查发现造成不同地段的矿化强度具有差异性的原因可能有砂体沉积微相、构造发育特征等。砂体沉积微相特征造成的差异主要表现在砂质辫状平原亚相泥炭沼泽微相发育的地段矿化程度较好,沉积期形成的炭屑、黄铁矿使得目的层还原能力大大加强,有利于铀的沉淀富集。构造发育特征造成的差异主要表现在近东西向断裂周边钻孔矿化程度较好,地下水运移方向为由北向南转变为由西向东,作为导水断裂,近东西向断裂的存在使得更多的含铀含氧水进入目的层,并且地下水的径流能力加强更有利于铀的运移和沉淀。
4.2 铀成矿作用
中国北方砂岩型铀矿成矿模式可分为 6 种,分别为伊犁式、吐哈式、东胜式、乌兰察布式、马尼特式、通辽式砂岩型铀矿。结合矿床地质、铀矿化特征和控矿因素,认为五十家子地段铀成矿作用划归为潜水氧化及后期层间氧化作用叠加作用,可将铀成矿作用分为晚白垩世中期(K2)原生沉积预富集阶段、晚白垩世晚期—上新世早期(K2~N2)后生氧化作用阶段、上新世晚期(N2)保矿阶段等3个阶段。
9五十家子地段铀成矿作用示意图
a—晚白垩世中期原生沉积预富集阶段;b—晚白垩世晚期—上新世早期后生氧化富集阶段;c—上新世晚期保矿阶段
1—上新世;2—上白垩统孙家湾组下段;3—上白垩统孙家湾组上段第一亚段;4—上白垩统孙家湾组上段第二亚段;5—上白垩统孙家湾组上段第三亚段;6—原生红色砂体;7—原生灰色砂体;8—后生氧化砂体;9—原生红色泥岩;10—原生紫红色泥岩;11—地层界线;12—铀矿(化) 体;13—含铀含氧水流方向;14—炭屑、黄铁矿等还原介质
(1)晚白垩世中期原生沉积预富集阶段
盆地北部上新井隆起发育大量的富铀地质体,铀含量平均可达 5.97×10-6崔家瑞和罗敏,2017),为上白垩统孙家湾组沉积提供了丰富的物源和铀源。孙家湾组沉积期,北部上新井隆起山体不断上升,山间盆地逐渐下降,盆山相对高程不断加大,古气候由干旱—半干旱转变为半潮湿—暖温,在盆地内部形成了孙家湾组下段红色砂砾岩、砾岩沉积建造和上段灰色砂砾岩、砂岩局部为泥炭沼泽沉积建造。山地河流携带北部上新井隆起富铀花岗岩碎屑物进入山间盆地,在富含炭屑、黄铁矿等还原介质的砂岩中,原始的溶解铀在还原作用下沉积,形成了早期沉积期的铀富集过程,同时也为后期成矿富集提供了部分铀源(图9a)。
(2)晚白垩世晚期—上新世早期后生氧化富集阶段
晚白垩世晚期,孙家湾组沉积后,在半潮湿— 暖温的古气候条件下,盆地北部上新井隆起的低价铀随着大气降水的淋滤后活化迁移,含铀含氧水在盆地内部以垂向渗透和平行运移方式对应形成潜水氧化带和层间氧化带,流经炭屑、黄铁矿等还原介质发育地段后氧化能力下降,形成氧化还原过渡带,高价铀被还原后变为低价铀,从而沉淀富集。同时盆地内部孙家湾组上段砂体中预富集的铀亦被活化,随氧化流体运移方向往前推进,在过渡带部位重新沉淀富集(图9b)。
(3)上新世晚期保矿阶段
新近纪—第四纪时期,古气候由干旱—暖温的古气候转变为干冷,五十家子地段发育了厚度5~75 m 的红色泥岩、粉砂岩等细粒沉积物,将形成的低价铀矿层“保护”起来,此后潜水氧化结束。该阶段层间氧化作用持续发生,对已有矿体叠加成矿(图9c)。
4.3 找矿方向
平庄盆地五十家子地段铀矿化特征及成矿地质规律指示该地区具备较好的找矿前景,区域上发育3层相对稳定的铀矿(化)层。上部Ⅰ号矿层与潜水氧化作用关系密切,孙家湾组上段第三亚段氧化砂体平面上发育广泛,氧化还原过渡带普遍存在,矿区东部及南部稳定发育泥岩隔水层部位具有较强的还原能力,更易使高价铀还原后沉淀富集;中部Ⅱ号矿层具有典型的亚层间氧化带型砂岩型铀矿成矿特征,矿区内氧化还原前锋线沿近东西向展布,推测在矿区西部变为北西向,氧化还原过渡带偏还原带一侧为下一步找矿方向,在矿区西侧可适当往北推进;底部Ⅲ号矿层与铀的原生富集有关,矿区南部冲积扇平原泥炭沼泽微相发育的炭屑、黄铁矿等还原介质具有较强的还原能力,更利于铀的沉淀富集。同时以点带面,研究发现在平庄盆地外围存在多个中生代沉积盆地具备类似的成矿条件,可以作为找矿的重点,如东部的铁匠营子盆地、朝阳—北票盆地,南部的喀左盆地等。
5 结论
(1)五十家子地段发育3个铀矿化层,其中上部 Ⅰ号矿层产生与上部潜水氧化作用有关,主要发育在孙家湾组上段第三亚段,中部Ⅱ号矿层产生与中部层间氧化作用有关,主要发育在孙家湾组上段第二亚段,底部Ⅲ号矿层产生与原生富集的炭屑、黄铁矿等还原介质有关,主要发育在孙家湾组上段第一亚段。
(2)区域上3个铀矿层在矿石特征、矿石地球化学特征、黏土矿物种类、氧化还原分带性等方面具有显著差别。主要表现在Ⅰ号矿层中的主要黏土矿物为蒙脱石,铀矿物类型主要为沥青铀矿,其次为铀钍石等;Ⅱ号矿层中的主要黏土矿物为伊利石,铀矿物类型主要为沥青铀矿和铀石;Ⅲ号矿层中的主要黏土矿物为高岭石,铀矿物类型有含钛铀矿、沥青铀矿。指示了 3 个矿层铀成矿作用上具有共性的同时在成矿环境及富集方式等方面具有一定差异。
(3)五十家子地段铀成矿作用划归为潜水氧化及后期层间氧化作用叠加成矿,可将铀成矿作用分为晚白垩世中期(K2)原生沉积预富集阶段、晚白垩世晚期—上新世早期(K2-N2)后生氧化作用阶段、上新世晚期(N2)保矿阶段共3个阶段。
(4)针对五十家子地段铀矿化特征,认为该地区还存在进一步找矿空间,同时在平庄盆地外围存在多个中生代沉积盆地具备类似的成矿条件,可以作为找矿的重点。
致谢  感谢项目组成员在成文过程中的帮助,感谢编辑部及审稿专家对本文的指导。
1平庄盆地大地构造位置简图
2五十家子地段综合柱状示意图
3L01线钻孔剖面图
4各矿层黏土矿物含量折线图
5扫描电镜下黏土矿物形态照片
6Ⅰ号矿层铀矿物赋存状态背散射图
7Ⅱ号矿层铀矿物赋存状态背散射图
8Ⅲ号矿层铀矿物赋存状态背散射图
9五十家子地段铀成矿作用示意图
1五十家子地段黏土矿物含量
2铀矿物电子探针成分分析结果(%)
3五十家子地段铀矿层特征一览
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