四川盆地東北部砂巖型鈾礦石及鈾的存在形式特征研究

安 然，焦志鵬，辛存林

(1.甘肅省核工業地質局212大隊，甘肅 武威 733040；2.西北師范大學 地理與環境科學學院，甘肅 蘭州 730070)

20世紀核工業鈾礦地質隊伍在四川盆地東北部勘探和提交了范家山和花臺寺2個砂巖型鈾礦床，同時發現有桅桿樹、黑灘等鈾礦點(圖1)[1]。本文對采自范家山鈾礦床和桅桿樹、黑灘鈾礦點的含鈾砂巖開展礦石學研究，旨在為研究礦床成因，促進本地區砂巖型鈾礦取得新突破提供參考。

1 區域地質背景

研究區大地構造位置位于揚子準地臺，四川中臺坳，川北臺陷，旺蒼通江臺凹。主要出露地層為上侏羅統蓬萊鎮組、下白堊統蒼溪組、白龍組和七曲寺組[2]。其中蒼溪組為區內主要的含礦地層[3]。

蒼溪組與蓬萊鎮組呈假整合接觸，由一套河流相紅色砂、泥巖建造所組成，可劃分為11～13個單向韻律層。每一韻律可分為兩個巖性段，上部為紫紅色泥巖和粉砂質泥巖，厚幾米到幾十米，具鈣質結核、雨痕、中跡、泥裂、波痕等構造；下部以淺灰色為主，紫紅色次之的中細粒巖屑砂巖，厚10～35 m，局部地段見有礫巖透鏡體，巖石中富含有機質。該組底部和頂部韻律層的砂巖層是鈾礦化富集的主要層位[4]。區域地層受西部NE向龍門山構造帶和北部NW向米倉山—大巴山構造帶的影響而呈NEE走向，地層多褶皺為開闊平緩的向斜和背斜，研究區位于新華向斜南翼[5]，仁和場涪陽壩背斜北翼(圖1)。

圖1 研究區地質構造略圖Fig.1 Geological and structural map of the study area1—下白堊統七曲寺組 2—下白堊統白龍組 3—下白堊統蒼溪組 4—上侏羅統蓬萊鎮組 5—中侏羅統遂寧組 6—中侏羅統(沙溪廟組、千佛巖組)—下侏羅統(白田壩組) 7—背斜軸線 8—向斜軸線 9—鈾礦床 10—鈾礦點 11—勘探剖面

2 區域鈾礦化特征

四川盆地東北部鈾礦化主要賦存于下白堊統蒼溪組、白龍組和七曲寺組中，在時間分布上，工業礦化的形成可能與侏羅系—白堊系間的假整合面有關。在空間分布上，礦化具有多層、多韻、多階、多部位的特點[6]。其中蒼溪組第一韻律層(K1c1)是最有遠景的含礦層位。第一韻律層中的礦化一般位于底部沖刷面之上2～8 m范圍內，該韻律層按巖性、結構、沉積構造、沖刷面等特征，又可分為4～6階，礦化主要分布在第二和第三階，少數分布在第一或第四階。在同一階內一般為單層礦體，但個別部位亦見有數個小礦化層。礦體產狀與地層產狀基本一致。鈾礦體形態多為扁豆狀、透鏡狀、薄的似層狀和串聯珠狀等。鈾礦體規模一般較小，厚0.2～1.0 m，長度一般為幾米至數十米，寬度多在數十米之內。在區域上，鈾礦化呈帶狀分布在三川、清水、思依和東凡、黑灘、北極等地段內，其中鈾礦床集中分布在旺蒼通江臺凹北極—桅桿樹地段。各異常礦化帶與白堊紀古河道展布方向一致，總體為NE—SW向。鈾礦體賦存在古河床滯流沉積砂礫巖中。

3 鈾礦石特征

富礦石均呈深灰色和灰黑色，巖性以細砂巖為主，少量中粒砂巖。巖石中碎屑成分占比75%～90%，膠結物占比10%～25%，有時可達30%～40%。碎屑以石英及和巖屑為主，其中石英占碎屑總量的60%～70%，巖屑占比30%～32%，長石碎屑物占比2%～7%，云母碎屑物占比1%～8%，可見少量炭化植物碎屑和磨圓較好的鋯石、褐簾石、電氣石礦物碎屑以及黃鐵礦細粒集合體團塊[7-8]。膠結物主要為方解石，其結晶較粗，以中粗晶(0.25～1.0 mm)為主，局部為巨晶(>2 mm)，強烈交代石英、長石等碎屑物質，含量一般為20%～30%，有的高達40%[9](圖2)。

圖2 含鈾砂巖標本及偏光顯微鏡照片Fig.2 Uranium-bearing sandstone specimen and polarized microscope photo(a)鈣質膠結細砂巖，富礦石(范家山礦床，手標本KD3-b1)；(b)碎屑以石英及巖屑為主，被方解石呈孔隙式-基底式膠結(KD3-b1顯微照片，正交偏光)；(c)黃鐵礦細粒集合體團塊(KD3-b1顯微照片，反光)；(d)含鈣質結核鈣質膠結細砂巖，貧礦石(桅桿樹礦點，手標本LD3-b1)；(e)巖石中含大量的碳酸鹽礦物細粒集合體團塊，呈球形或橢球形，為鈣質結核(手標本LD3-b1顯微照片，正交偏光)；(f)具聚片雙晶的斜長石碎屑(手標本LD3-b1，正交偏光)；(g)鈣質膠結中粒砂巖，富礦石(黑灘礦點，手標本KDht-b2)；(h)碎屑以石英及巖屑為主，被方解石呈孔隙式-基底式膠結(手標本KDht-b2，正交偏光)；(i)具格子雙晶的微斜長石碎屑，其上為斜長石碎屑(具聚片雙晶)(手標本KDHT-b2，正交偏光)。

含礦巖石膠結致密，孔隙不發育。掃描電鏡分析表明，礦石中脈石礦物主要是石英和方解石，含少量的重晶石。方解石作為主要膠結物充填于石英碎屑粒間。金屬礦物有黃鐵礦、鈦鐵礦、方鉛礦等。

膠結物主要為方解石及少量膠狀的黃鐵礦?？梢姴葺疇铧S鐵礦、少量立方體狀的方鉛礦、網狀的鈦鐵礦顆粒、自形、他形半自形的鈾石顆粒分布于石英粒間，與方解石伴生或被方解石嵌布和包裹(圖3a、3b、3c)。圖3b中4個點的能譜測試結果見表1、圖4。

表1 樣品KD3-b1(圖像3b)點能譜測試結果Table 1 Energy spectrum test result of sample KD3-b1(image 3b)

4 鈾的存在形式

鈾主要以鈾石和少量瀝青鈾礦的形式存在于巖石膠結物方解石中。測得鈾石最大粒徑為3.39 μm，呈他形粒狀，半自形到自形柱狀分布于石英礦物碎屑粒間，與方解石膠結物伴生(圖3、圖4)。電子探針分析表明，除鈾石外，少量鈾以瀝青鈾礦的形式存在(表2)。

表2 鈾礦物電子探針分析結果Table 2 Electron microprobe analysis data of uranium mineral

圖3 含鈾砂巖掃描電鏡和電子探針圖像Fig.3 SEM and EPMA image of uranium-bearing sandstone(“+”及小數字為能譜測量點位置及編號)(a)他形粒狀、半自形、自形柱狀鈾石和半自形方鉛礦分布于石英碎屑邊緣的方解石膠結物中(樣品KDht-b2，二次電子圖像)；(b)橫斷面為方形的為鈾石，左側膠結物為方解石，右側為石英顆粒(KD3-b1，二次電子像)；(c)草莓狀黃鐵礦集合體被方解石嵌布和包裹(KD3-b1，二次電子像)；(d)樣品全貌，可見鈾礦物發育于顆粒邊界(KDht-b2，BSE背散射像)；(e)顆粒狀鈾石位于石英粒間碳酸鹽膠結物中(KDht-b2，SE圖)；(f)鈾石呈自形柱狀(KDht-b2，BSE圖)；(g)瀝青鈾礦(亮的部分)(電子探針背散射圖像，示測點LD4-b1-1)；(h)鈾石位于石英和方解石粒間(電子探針背散射圖像，示測點KD3-b1-3)；(i)鈾石位于石英粒間(電子探針背散射圖像，示測點KDht-b2-1)。Qz—石英 Cal—方解石 Cof—鈾石 Gn—方鉛礦 Py—黃鐵礦 Pit—瀝青鈾礦

圖4 礦石樣品KDht-b2二次電子像(a)和能譜線掃描結果(b～j)Fig.4 Secondary electron image (a) and energy spectrum scanning result (b-j) of ore sample KDht-b2Il—(網狀)鈦鐵礦 Qz—石英 Cof—鈾石

5 結論

1)含礦巖石薄片和光片鑒定顯示，含鈾砂巖巖性主要為深灰至灰黑色細—中粒砂巖，碎屑以石英和巖屑為主，膠結物主要為方解石。

2)含礦巖石掃描電鏡和電子探針分析表明，礦石中礦物碎屑主要是石英，膠結物主要是方解石。金屬礦物黃鐵礦、鈦鐵礦、方鉛礦和鈾石等自生礦物分布于石英顆粒之間的方解石膠結物中。

3)鈾主要以鈾的礦物，即主要為鈾石，少量瀝青鈾礦的形式存在于石英礦物碎屑粒間的膠結物中，與方解石、黃鐵礦、方鉛礦、鈦鐵礦等自生礦物伴生。

續表1

續表2