古層間氧化帶在古砂巖型鈾礦中的分布及成因

層之間的氧化帶一直被稱為砂巖含礦的勘探形態(tài)。他們對(duì)易于識(shí)別的鮮紅色（黃色）顏色更感興趣。然而在中國(guó),隨著東勝古砂巖型鈾礦床的發(fā)現(xiàn),人們逐漸認(rèn)識(shí)到了另外一種特殊的層間氧化帶——淺綠色和綠色的古層間氧化帶?？辈閷?shí)踐證實(shí),古層間氧化帶同樣也是砂巖型鈾礦的找礦標(biāo)志,但將其與灰色的還原帶相區(qū)分并不容易,而對(duì)其進(jìn)行精細(xì)解剖和研究的成果報(bào)道就更少。古層間氧化帶是相對(duì)于近代層間氧化帶而言的,其形成過(guò)程具有兩個(gè)截然不同的演化階段,即早期的氧化階段和晚期的二次還原階段。早期氧化階段的古層間氧化帶發(fā)育機(jī)理類似于近代層間氧化帶的發(fā)育模式,而晚期的二次還原過(guò)程與機(jī)理尚不明了?；诖?人們將更多的注意力集中于二次還原的研究中。而筆者則從鈾礦勘查的實(shí)際需要出發(fā),更多地關(guān)注了早期氧化階段古層間氧化帶的發(fā)育規(guī)律?；诖?筆者將結(jié)合多年從事一線勘查工作的具體實(shí)踐,系統(tǒng)研究和闡明古層間氧化帶的發(fā)育與分布規(guī)律,主要目的在于揭示和預(yù)測(cè)富鈾礦體的產(chǎn)出部位,使東勝鈾礦床的地質(zhì)儲(chǔ)量得以繼續(xù)擴(kuò)大。1層之間氧化帶的生成、分工和識(shí)別1.1砂體分布及古層間氧化帶和鈾礦化東勝鈾礦床位于鄂爾多斯盆地伊陜單斜區(qū)的東北部。該區(qū)北部地層向南傾斜(傾角0～5°),南部地層向西傾斜(傾角0～3°),為一總體向西南緩傾斜的大型斜坡。古砂巖型鈾礦產(chǎn)出于中侏羅統(tǒng)直羅組下段下亞段(J2z1-1)中(圖1)。該段屬于潮濕氣候條件下,在深切谷背景上發(fā)育的辮狀河沉積體系-辮狀河三角洲沉積體系。該體系具體表現(xiàn)為具有填平補(bǔ)齊的沉積特征,充填序列主要由多個(gè)自粗砂巖到細(xì)砂巖(或粉砂巖、泥巖)的正韻律層疊置而成,頂部發(fā)育零星的煤層或者煤線。雖然在如圖2所示的砂體厚度圖中可以區(qū)分出兩條主干河道(Ⅰ號(hào)河道和Ⅱ號(hào)河道),但實(shí)際上東勝地區(qū)直羅組下段下亞段砂體是一個(gè)泛連通的宏大砂體,兩條主干河道間砂體雖薄但基本連續(xù)。Ⅰ號(hào)河道和Ⅱ號(hào)河道砂體總體呈北西-南東向展布。Ⅰ號(hào)河道從孫家梁東部穿過(guò),主干河道厚度大于40m的砂體寬約3～5km,砂體最大厚度達(dá)64.8m。Ⅰ號(hào)河道由北西向東南至孫家梁地段和沙沙圪臺(tái)地段分別出現(xiàn)分岔現(xiàn)象,砂體厚度變薄,泥巖夾層增多。在河道兩側(cè)的孫家梁地段和沙沙圪臺(tái)地段砂體厚度變薄至30～40m。Ⅱ號(hào)河道從新廟壕地段穿過(guò),主干河道厚度大于40m的砂體寬度最大可達(dá)10.5km,最窄處為6.6km,砂體最大厚度達(dá)83.9m。Ⅱ號(hào)河道向南至新廟壕地段和皂火壕地段正南也出現(xiàn)分岔現(xiàn)象,其間發(fā)育有3塊面積較大的河道間沉積,砂體厚度小于20m的區(qū)域?qū)挾瓤蛇_(dá)2.3～3.0km。該砂體便是研究區(qū)主要古層間氧化帶和鈾礦化發(fā)育的空間,即鈾儲(chǔ)層。直羅組下段上亞段(J2z1-2)雖然也屬于直羅組的粗碎屑巖段,但由于其隸屬于低彎度曲流河沉積體系和曲流河三角洲沉積體系成因,砂體規(guī)模小、數(shù)量多,砂泥互層頻繁出現(xiàn),呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的非均質(zhì)性。因此古層間氧化帶的發(fā)育有限,局部有鈾礦化顯示,是鈾礦找礦的次要目的層(圖3)。直羅組上段為干旱氣候條件下的雜色沉積,洪泛平原沉積發(fā)育,砂泥互層頻繁,不具備古層間氧化帶的發(fā)育條件(圖1)。1.2氧化層的劃分和識(shí)別1.2.1“舌狀體”的發(fā)展研究區(qū)的古層間氧化帶前鋒線的總體展布方向?yàn)榻鼥|西向,局部呈北西-南東向延伸的“舌狀體”。古層間氧化帶在平面上具有明顯的分帶性,由北向南總體表現(xiàn)為由完全氧化帶、氧化-還原過(guò)渡帶向還原帶逐漸過(guò)渡的趨勢(shì),但各亞帶之間的分界線并不十分清楚(圖4)。(1)次還原期后的古層間氧化遺跡完全氧化帶以灰色砂巖尖滅線為界,分布于皂火壕地區(qū)及其北部(圖4)。完全氧化帶受到后生還原作用的改造而呈現(xiàn)為綠色,該帶內(nèi)缺少炭屑等有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦。但是,該帶中既可以見到殘留的原始古層間氧化帶,也可以見到殘留的原始還原帶。受砂巖致密程度和粒度影響,二次還原的改造作用在局部地段不徹底時(shí)可以殘留古氧化的痕跡。殘留的原始古層間氧化帶通常保存在致密鈣質(zhì)砂巖及頂板泥巖中。具體表現(xiàn)為零星的、形狀各異的、呈紅色或者黃色的結(jié)核與斑點(diǎn),這是原始層間氧化帶中褐鐵礦化或者赤鐵礦化的記錄(圖5)。它們之所以未受到二次還原作用的影響,主要是由于鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖和泥巖具有較低的滲透性。調(diào)查發(fā)現(xiàn),在鈾儲(chǔ)層中并非所有的鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖均能保留古層間氧化的信息,只有那些形成時(shí)間介于成礦期及其之后、二次還原期之前的鈣質(zhì)膠結(jié)砂巖中才有保留的可能性。在研究區(qū)西部、北部和北東部的河道間地區(qū)通常分布有較大范圍的細(xì)粒沉積物,受砂巖粒度影響可見殘留的灰色古還原帶。古還原帶的殘留主要與早期含氧水沿河道砂體運(yùn)移而對(duì)河道間細(xì)粒沉積物氧化改造不徹底有關(guān)。在殘留的古還原帶周邊,古層間氧化帶前鋒線呈環(huán)狀或蛇曲狀展布,它們具有一定的控礦作用。(2)氧化-還原過(guò)渡帶內(nèi)黃鐵礦和有機(jī)質(zhì)碎屑氧化-還原過(guò)渡帶發(fā)育于灰色砂巖與古層間氧化帶前鋒線之間(圖4)。其宏觀特征與典型近代層間氧化帶中的氧化-還原過(guò)渡帶明顯不同。典型近代層間氧化帶中的氧化-還原過(guò)渡帶顯示為灰色巖石背景上的褐鐵礦化,而古層間氧化帶中的氧化-還原過(guò)渡帶則表現(xiàn)為灰綠色巖石與灰色巖石的相間出現(xiàn),或者表現(xiàn)為灰色鈣質(zhì)砂巖中殘留有褐鐵礦斑點(diǎn)。在氧化-還原過(guò)渡帶內(nèi),黃鐵礦和有機(jī)質(zhì)碎屑主要分布于灰色砂巖中,在所夾的綠色砂巖中可見細(xì)晶狀黃鐵礦,不存在結(jié)核狀黃鐵礦和有機(jī)質(zhì)碎屑。自生礦物以及有機(jī)質(zhì)碎屑的分布特點(diǎn)也反映了過(guò)渡帶是氧化和還原同時(shí)并存的巖石地球化學(xué)環(huán)境,并不存在實(shí)質(zhì)意義上的過(guò)渡環(huán)境。(3)河道下游區(qū)域還原帶主要發(fā)育于氧化—還原過(guò)渡帶以南的廣大區(qū)域,位于河道下游。還原帶巖性為淺灰色、灰色砂巖。細(xì)晶狀黃鐵礦、炭屑普遍發(fā)育,長(zhǎng)石和云母普遍發(fā)生水解。1.2.2氧化層的垂直分布研究區(qū)古層間氧化帶是從北向南逐漸推進(jìn)的,剖面上表現(xiàn)為“舌狀”前鋒向南突出的卷狀體或“新月”形(圖3)。(1)含水層內(nèi)鋒線級(jí)該帶分布于含礦含水層內(nèi)部的古層間氧化帶前鋒線之間或古層間氧化帶前鋒線與含水層頂板之間。完全氧化帶砂巖呈綠色,缺少炭化植物碎屑和黃鐵礦。完全氧化帶砂巖厚度通常在2～40m之間。河道中心是完全氧化帶砂體發(fā)育的最佳部位,向河道兩側(cè)則逐漸變薄。(2)灰灰灰砂砂體該帶分布于古層間氧化帶前鋒線與礦體邊界之間。氧化-還原過(guò)渡帶砂體厚度一般為0.5～10m,其顏色為灰綠色、灰色或灰-綠色相間產(chǎn)出。在灰色砂體中含有大量的炭化植物碎屑和黃鐵礦。在剖面上,氧化-還原過(guò)渡帶具有灰-綠-灰色或者綠-灰色結(jié)構(gòu)?；?綠過(guò)渡部位既是氧化-還原過(guò)渡帶的產(chǎn)出部位,也是鈾礦體的發(fā)育部位。(3)頂板周邊層序該帶分布于頂板附近、下翼礦體與底板之間及礦卷前緣外圍。在上翼礦體發(fā)育的頂板附近,其厚度較小,一般不超過(guò)2m,呈斷續(xù)狀產(chǎn)出;在下翼礦體與底板之間,其厚度相對(duì)較大,連續(xù)性較好,多呈平整的板狀。還原帶砂體中含有大量的炭化植物碎屑和鏡煤條帶,以及結(jié)核狀、細(xì)晶狀黃鐵礦。砂體顏色為灰色、灰白色。2老層氧化帶發(fā)育的限制因素2.1下降號(hào)河道砂體分布規(guī)律東勝地區(qū)古層間氧化作用是沿河道砂體由北向南發(fā)育的,因此古層間氧化帶前鋒線呈由北西向東南凸出的“舌狀體”。河道上游是完全氧化帶的主要發(fā)育部位,還原帶主要位于河道下游,過(guò)渡帶位于二者之間。河道砂體完全控制了古層間氧化帶的平面格局(圖2,4)。古層間氧化帶中完全氧化帶的發(fā)育程度及分布規(guī)律受河道砂體的控制較為明顯。在河道上游部位,砂體厚度大、粒度相對(duì)較粗,氧化砂體具有沿河道呈近南北向帶狀展布的趨勢(shì)。在Ⅰ號(hào)河道砂體沉積韻律變化較為頻繁以及砂體中泥巖夾層增多的部位,氧化砂體具有呈近東西向帶狀展布的趨勢(shì)。河道中心是氧化砂體發(fā)育最厚的部位(圖2,4)。古層間氧化帶中氧化-還原過(guò)渡帶的寬度也明顯受到了河道砂體發(fā)育程度的影響。在Ⅰ號(hào)河道的孫家梁與沙沙圪臺(tái)地段砂體厚度相對(duì)穩(wěn)定,氧化-還原過(guò)渡帶的寬度通常在200～600m之間。但向東和向西,兩側(cè)砂體厚度變薄(20～40m),氧化-還原過(guò)渡帶寬度變窄,均小于300m。在皂火壕地段,由于河道間細(xì)粒沉積物發(fā)育,砂體厚度相對(duì)較薄(15～30m),因此氧化-還原過(guò)渡帶不發(fā)育,寬度小于500m,最窄處不到百米。在Ⅰ號(hào)和Ⅱ號(hào)河道的河道間地區(qū),氧化-還原過(guò)渡帶也較窄,寬度不超過(guò)300m(圖2,4)。2.2區(qū)域性古層間氧化帶的發(fā)育部位直羅組下段下亞段砂體巖性主要由中、粗粒砂巖構(gòu)成。垂向序列一般由6～7個(gè)古流能量相當(dāng)?shù)恼嵚山M成,韻律層底部沖刷面之上常見滯留礫石、泥礫和煤屑。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),正韻律不僅控制了區(qū)域性古層間氧化帶前鋒線的發(fā)育部位,而且也控制了古層間氧化帶的垂向分岔性。在沉積韻律較多、砂巖粒度變化頻繁的部位是區(qū)域性古層間氧化帶前鋒線的發(fā)育部位。研究發(fā)現(xiàn),在區(qū)域性古層間氧化帶前鋒線兩側(cè)400～600m范圍內(nèi),河道砂體中的沉積韻律明顯增多,但這些正韻律中有機(jī)質(zhì)與黃鐵礦的含量并無(wú)明顯差別。顯然,河道砂體的沉積韻律數(shù)是控制區(qū)域性古層間氧化帶前鋒線發(fā)育部位的關(guān)鍵因素(圖4)。在河道砂體中,當(dāng)正韻律頂部的泥巖夾層數(shù)增加或者出現(xiàn)具有一定規(guī)模的泥巖夾層時(shí),可以形成局部隔水層,從而使古層間氧化帶的前緣出現(xiàn)分叉現(xiàn)象,形成2個(gè)或3個(gè)卷頭,同時(shí)鈾礦體也顯示出更為復(fù)雜的形態(tài)(圖6)。另外,在主干河道間的細(xì)粒沉積物發(fā)育部位,往往存在殘留的灰色原始還原帶,其展布方向與主河道砂體的發(fā)育方向一致。3氧化帶和含礦量3.1工業(yè)富鈾礦體產(chǎn)出部位與形態(tài)的確定東勝鈾礦床嚴(yán)格受綠色蝕變帶控制。在平面上,富礦體主要集中在古層間氧化帶前鋒線附近(圖4)。在垂向上,富礦體主要產(chǎn)于與綠色砂巖相鄰的灰色砂巖中(圖3,6)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),鈾礦體全部產(chǎn)于氧化-還原過(guò)渡帶中,完全氧化帶中沒(méi)有工業(yè)鈾礦體產(chǎn)出。但是,當(dāng)完全氧化帶中出現(xiàn)殘留的灰色原始還原帶時(shí)則可以出現(xiàn)鈾礦化。盡管多沉積韻律制約了古層間氧化帶進(jìn)而控制了鈾礦化,但勘探發(fā)現(xiàn)那些厚度較大、品位較高的富鈾礦體均與單旋回砂體有關(guān)。最佳的單旋回砂體厚度通常為10～15m左右,粒級(jí)為中、中-細(xì)粒砂巖。古層間氧化作用在控制鈾礦化的同時(shí)也可以在礦體卷頭前方發(fā)育鈾異常擴(kuò)散暈(圖7)。因此,重視分析鉆孔中不同韻律層鈾異常擴(kuò)散暈的產(chǎn)出部位與形態(tài)是預(yù)測(cè)工業(yè)富鈾礦體產(chǎn)出部位的重要手段。事實(shí)上,在孫家梁地段的A15線,沙沙圪臺(tái)地段的A47、A39線,皂火壕地段的A263線,新廟壕地段的B71線等勘探線富鈾礦體的發(fā)現(xiàn)均是在有效分析鈾異常擴(kuò)散暈與古層間氧化帶關(guān)系的基礎(chǔ)上取得的。3.2資源標(biāo)志的地層規(guī)定由于巖性巖相條件有效控制了古層間氧化帶,而綠色的古層間氧化帶不僅是二次還原的產(chǎn)物,而且又直接控制鈾礦化和鈾異常擴(kuò)散暈,所以圍繞古層間氧化帶可以總結(jié)如下3條找礦標(biāo)志:①巖性巖相標(biāo)志。河道砂體沉積韻律或沉積微相發(fā)生明顯變化的部位,尤其是在河道砂體的邊緣部位、拐彎部位和分叉部位,是找礦最有利的部位。此外,河道砂體厚度與粒度變異的部位、炭化植物碎屑聚集的部位,也是鈾礦化的最有利部位。②巖石地球化學(xué)標(biāo)志?；疑皫r與綠色砂巖的接觸部位,即古層間氧化帶前鋒線的尖滅部位,是鈾成礦最有利的部位。③鈾異常擴(kuò)散暈標(biāo)志。綠色砂體邊界的鈾異常擴(kuò)散暈附近往往存在富鈾礦體。對(duì)較大規(guī)模的鈾異常擴(kuò)散暈的控制,是調(diào)整找礦方向和優(yōu)化工程部署的重要依據(jù)。4古層間氧化帶和富礦的作用(1)研究區(qū)古層間氧化帶產(chǎn)出于直羅組下段下亞段中,這主要取決于有適當(dāng)規(guī)模的辮狀河道-辮狀分流河道砂體(鈾儲(chǔ)層)的存在。(2)古層間氧化帶無(wú)論是在平面上還是