松辽盆地西南部含铀岩系沉积...古气候演变及其与铀成矿关系_江文剑.pdf

地球科学 Earth Sciencehttp:/第 48 卷 第 3期2 0 2 3 年 3 月Vol.48 No.3Mar.2 0 2 3https:/doi.org/10.3799/dqkx.2022.388松辽盆地西南部含铀岩系沉积时的古气候演变及其与铀成矿关系江文剑1，2，秦明宽1*，范洪海1，贾立城1，郭强1，黄少华1，宁君3，肖菁11.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 1000292.东华理工大学核资源与环境国家重点实验室，江西南昌 3300133.核工业二四三大队，内蒙古赤峰 024006摘要：含铀岩系沉积时的古气候条件对铀成矿起着重要的控制作用，但是长期以来未引起人们足够重视.以松辽盆地西南部 HLJ 地区含矿目的层姚家组下段为研究对象，通过对代表性钻孔岩心的泥岩样品进行全岩主、微量元素和TOC 测试，采用 K/Na、aAlNa、CPA、CIX、PIA、CIW、CIA 等多项化学风化指标来判断样品化学风化作用强度，重建其沉积时期古气候条件.同时，结合 U 和 TOC 含量及 Fe2+/Fe3+比值来探讨含铀岩系沉积时的古气候条件对铀成矿的制约.结果表明，目的层碎屑岩经历了由弱强弱的化学风化作用，显示其沉积时的古气候由相对寒冷干旱相对温暖潮湿相对寒冷干旱的演变规律.这种古气候变化导致了铀储层砂体中 TOC 含量低（平均值 0.05%），层间氧化带发育规 模 大，铀 矿 体 主 要 形 成 于 远 离 蚀 源 区 的 盆 地 腹 部；形 成 于 潮 湿 气 候 条 件 下 的 暗 色 泥 岩 具 有 更 高 TOC（平 均 值0.61%）和 U 含量（最高可达 885106），其沉积时发生了强烈的预富集作用而成为后期成矿过程中重要铀来源之一，其成岩期排泄出还原性孔隙水可能是铀储层砂体中构建氧化还原屏障的主要因素.沉积时的温暖潮湿气候增强了蚀源区化学风化作用强度，有利于母岩铀元素活化和淋漓及沉积区泥岩铀的预富集作用.关键词：化学风化；古气候；砂岩型铀矿；铀成矿作用；姚家组；松辽盆地；矿床地质.中图分类号：P612 文章编号：1000-2383(2023)03-1232-14 收稿日期：2022-04-20Paleoclimate Evolution and Uranium Mineralization during the Deposition of Uranium-Bearing Rocks in the Southwest of Songliao Basin Jiang Wenjian1，2，Qin Mingkuan1*，Fan Honghai1，Jia Licheng1，Guo Qiang1，Huang Shaohua1，Ning Jun3，Xiao Jing1 1.CNNC Key Laboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology，Beijing 100029，China 2.State Key Laboratory of Nuclear Resources and Environment，East China University of Technology，Nanchang 330013，China 3.Geological Party No.243，CNNC，Chifeng 024006，China基金项目：松辽盆地项目（No.地 HSL14039）；核地院长基金（No.地 QJ2102）；中国铀业有限公司东华理工大学核资源与环境国家重点实验室联合创新基金项目（No.NRE202118）.作者简介：江文剑（1984-），男，讲师，博士后，主要从事沉积学和砂岩型铀矿教学与科研工作.ORCID：0000000263480326.Email：*通讯作者：秦明宽,Email：引用格式：江文剑，秦明宽，范洪海，贾立城，郭强，黄少华，宁君，肖菁，2023.松辽盆地西南部含铀岩系沉积时的古气候演变及其与铀成矿关系.地球科学，48（3）：1232-1245.Citation：Jiang Wenjian，Qin Mingkuan，Fan Honghai，Jia Licheng，Guo Qiang，Huang Shaohua，Ning Jun，Xiao Jing，2023.Paleoclimate Evolution and Uranium Mineralization during the Deposition of UraniumBearing Rocks in the Southwest of Songliao Basin.Earth Science，48（3）：1232-1245.第 3 期江文剑等：松辽盆地西南部含铀岩系沉积时古气候演变及其与铀成矿关系Abstract:Although,the paleoclimate plays an important role in controlling uranium mineralization during the deposition of uranium-bearing rocks,it has not attracted enough attention of uranium geologists for a long time.The lower member of Yaojia formation is the ore bearing target layer in the southwest of Songliao basin.Taking the lower member of Yaojia formation as the research object,the contents of the main and trace elements and total organic carbon of mudstone samples from representative boreholes were tested.A number of chemical weathering indexes,such as K/Na ratio,aAlNa,chemical proxy of alteration(CPA),modified chemical index of alteration(CIX),plagioclase index of alteration(PIA),chemical index of weathering(CIW),chemical index of alteration(CIA),are used to judge the intensity of chemical weathering of the samples,and reconstruct the paleoclimate conditions during the depositional period.At the same time,combined with the contents of U and TOC and the ratio of Fe2+/Fe3+,the constraints of paleoclimate conditions on uranium mineralization during the deposition of uranium-bearing rock series in the study area are discussed.The results show that the clastic rocks in the study area have experienced the change of chemical weathering intensity from weak to strong to weak,indicating that the evolution law of paleoclimate from relative cold and drought to relative warm and humidity to relative cold and drought.This paleoclimate change leads to low TOC content in uranium reservoir sand bodies(average value 0.05%)and large-scale development of interlayer oxidation zone,so uranium ore bodies are mainly located in the hinterland of the basin far away from the erosion source area.Dark mudstone formed in humid climate has higher TOC(average 0.61%)and U content(up to 885106).It has become one of the important sources of uranium due to its strong preconcentration during deposition.The discharge of reducing pore water during diagenesis may be the main factor for the construction of oxidation-reduction barrier in uranium reservoir sand bodies.During deposition,the warm and humid climate enhances the intensity of chemical weathering in the source area,which is conducive to the activation and leaching of uranium in the parent rock and the uranium preconcentration of mudstone in the sedimentary area.Key words:chemical weathering;paleoclimate;sandstone type uranium deposit;uranium mineralization;Yaojia Formation;Songliao basin;mineral deposits.0 引言 铀作为一种可变价态的金属元素，在地表循环过程中发生的活化、迁移、富集成矿等地球化学行为主要受控于其高度的氧化还原敏感性（陈祖伊和郭庆银，2007；Romer and Cuney，2018；焦养泉等，2021）.在近地表环境下形成的砂岩铀矿，其矿化作用过程可划分为蚀源区富铀岩体活化和淋滤、水溶液迁移、沉积区因被还原或被吸附而发生沉 淀 这 3 个 主 要 作 用 阶 段（Cuney，2009；Romer and Cuney，2018），影响砂岩型铀成矿的重要因素除构造作用外，便是蚀源区化学风化作用强度（影响铀源供给）、迁移过程中水溶液的含氧量和沉积区 还 原 剂 容 量（Cai et al.，2007；Bonnetti et al.，2015），而这些因素则明显受控于古气候条件.前人研究成果已表明，不同时期古气候条件影 响 着 砂 岩 铀 成 矿 作 用，如 早 期 含 铀 岩 系 沉 积时若为温暖潮湿古气候条件，则有利于容矿层中 还 原 介 质（如 煤、碳 质、硫 化