沉积相带控制下砂岩型铀矿成矿规律探讨

引言

铀作为重要的能源矿产，在核能领域具有不可替代的地位。砂岩型铀矿因具有开采成本低、环境友好等优势，在全球铀资源供给中所占比重日益增加。其成矿过程受多种地质因素控制，沉积相带在其中发挥着关键作用。沉积相带反映了沉积物形成时的古地理环境和沉积条件，不同沉积相带的砂体规模、岩性组合及古气候条件等存在显著差异，这些差异对铀的迁移、富集及成矿具有重要影响。深入研究沉积相带控制下的砂岩型铀矿成矿规律，对于指导铀矿勘查、提高找矿效率具有重要的理论和实际意义。

一、沉积相带特征对砂岩型铀矿成矿的影响

（一）砂体规模与分布的控矿作用

在河流相沉积中，辫状河砂体通常具有较大的规模和较好的连通性。辫状河水流能量强，搬运能力大，能够携带大量的碎屑物质，形成厚层、广泛分布的砂体。这些砂体在空间上相互叠置，构成了良好的铀元素运移通道。当含铀含氧流体在层间渗流时，能够沿着辫状河砂体快速运移，为铀矿的形成提供了充足的物质来源。

（二）岩性组合对铀矿富集的影响

岩性组合是沉积相带的重要特征之一，不同岩性组合对铀矿的富集具有显著影响。在砂岩型铀矿成矿过程中，砂体与泥岩、炭质岩等其他岩性的组合关系决定了铀元素的迁移、沉淀和保存条件。此外，砂体本身的岩性特征也对铀矿富集有影响 [1]。粒度适中、分选良好的砂岩具有较高的孔隙度和渗透率，有利于含铀流体的运移和铀元素的扩散。

二、沉积相带控制下的铀矿成矿过程

（一）氧化还原环境的形成与演化

在沉积相带控制下，砂岩型铀矿成矿过程中氧化还原环境的形成与演化至关重要。不同沉积相带在沉积过程中，由于古地理环境和沉积条件的差异，形成了不同的氧化还原条件，这些条件对铀元素的迁移和沉淀产生了深远影响。在河流相和三角洲相沉积中，当含铀含氧流体从盆地边缘向盆地内部运移时，首先进入氧化环境的砂体。在氧化环境中，铀元素主要以六价铀酰离子（ UO₂²⁺ ）的形式存在，其具有较高的溶解度和迁移能力，能够随流体在砂体孔隙中快速运移。在海相沉积中，滨岸相砂体靠近海洋，水体中溶解氧含量较高，通常处于氧化环境。而在浅海相沉积中，随着水深的增加，水体中的溶解氧含量逐渐减少，氧化还原条件发生变化。在浅海相砂体与泥岩的过渡部位，由于泥岩中有机质的分解消耗了部分溶解氧，形成了相对还原的环境。当含铀含氧流体从滨岸相砂体向浅海相砂体运移时，在氧化还原过渡带，铀元素发生还原沉淀，形成铀矿化。

（二）铀元素的迁移与沉淀机制

在沉积相带控制下，铀元素的迁移与沉淀机制与砂体的物理化学性质以及氧化还原环境密切相关。含铀含氧流体在砂体中的运移是铀元素迁移的主要方式。砂体的孔隙度和渗透率决定了流体的运移速度和路径。孔隙度大、渗透率高的砂体，流体能够快速通过，有利于铀元素的长距离运移；而孔隙度小、渗透率低的砂体，会阻碍流体的运移，使铀元素在局部聚集。当含铀含氧流体在砂体中运移时，与砂体中的矿物和有机质发生一系列物理化学作用。在氧化环境中，铀元素以六价铀酰离子的形式存在，其化学性质较为活泼，能够与砂体中的黏土矿物、铁锰氧化物等发生吸附作用 。黏土矿物具有较大的比表面积和离子交换能力，能够吸附部分六价铀酰离子，使铀元素在砂体中发生一定程度的富集。随着流体向氧化还原过渡带运移，砂体中的还原性物质开始与含铀含氧流体发生反应。有机质在微生物的作用下分解，产生二氧化碳、甲烷等还原性气体，这些气体能够降低流体的氧化还原电位。黄铁矿等硫化物也能与流体中的溶解氧发生反应，将其消耗，进一步促进了氧化还原环境的转变。在还原环境中，六价铀酰离子被还原为四价铀，四价铀迅速与砂体中的磷酸根、碳酸根等阴离子结合，形成铀矿物沉淀。

（三）沉积相带演化对成矿的阶段性影响

沉积相带的演化是一个动态的过程，在地质历史时期中，由于构造运动、海平面变化等因素的影响，沉积相带会发生周期性的更替和演化。这种演化对砂岩型铀矿成矿具有阶段性影响，不同阶段的沉积相带特征决定了铀矿化的类型和分布。在沉积盆地的初始阶段，通常为河流相或湖泊相沉积。此时，沉积环境较为动荡，砂体分布广泛但连通性较差。在这个阶段，铀元素可能在局部地区发生初步富集，但由于砂体的条件不利于大规模的流体运移，难以形成大规模的铀矿化。随着盆地的进一步发展，海平面上升或构造沉降，沉积环境逐渐转变为三角洲相或海相。在三角洲相沉积阶段，前缘水下分流河道砂体发育，砂体规模大、连通性好，为铀元素的运移提供了良好的通道。滨岸相砂体的分选性和磨圆度较好，有利于铀元素的长距离运移；而浅海相泥岩的存在为铀矿的保存提供了良好的盖层条件。在海相沉积阶段，铀矿化主要发生在滨岸相砂体与浅海相泥岩的过渡部位，矿体形态较为复杂，可能呈条带状、透镜状或不规则状。在沉积盆地演化的后期，由于构造运动或海平面下降，沉积环境可能再次转变为河流相或湖泊相。在这个阶段，早期形成的铀矿体可能会受到后期沉积作用和构造运动的影响，发生改造和再富集。

三、不同沉积相带中的典型铀矿化模式

在河流相沉积中，典型的铀矿化模式为 “辫状河砂体 - 氧化还原过渡带” 模式。辫状河砂体作为铀元素的运移通道和容矿空间，在河流沉积过程中，砂体中会混入一定量的有机质和还原性矿物。当含铀含氧流体从盆地边缘沿辫状河砂体运移时，在砂体内部的氧化还原过渡带，铀元素发生还原沉淀 [3]。铀矿体通常呈层状或透镜状产出，与辫状河砂体的走向一致。三角洲前缘水下分流河道砂体发育，分选性好，孔隙度和渗透率高，有利于含铀流体的运移。泥岩作为隔层，位于砂体之上或之下，阻止了含铀流体的横向扩散，促使铀元素在砂体中富集。铀矿体主要分布在水下分流河道砂体与泥岩的接触部位，呈层状或楔状产出。在国外某三角洲相铀矿中，通过对钻孔资料的分析发现，铀矿体在水下分流河道砂体中呈多层分布，与泥岩互层，这种矿化模式与三角洲相的沉积特征密切相关。滨岸相砂体为铀元素的长距离运移提供了条件，浅海相泥岩则为铀矿的保存提供了盖层。在滨岸相砂体与浅海相泥岩的过渡部位，由于氧化还原条件的变化，铀元素发生沉淀富集。

结语

沉积相带对砂岩型铀矿成矿具有显著控制作用。砂体规模与分布决定铀矿化空间，岩性组合影响铀元素迁移与富集，氧化还原环境、迁移沉淀机制及沉积相带演化主导成矿过程，各沉积相带形成独特铀矿化模式。深入研究这些规律，对深化砂岩型铀矿成矿理论认识、指导铀矿勘查意义重大。

参考文献

[1] 范伊琳 . 松辽盆地北部新肇地区四方台组、明水组沉积相及砂岩型铀矿成矿条件分析[D]. 东华理工大学,2022.

[2] 范芯蕊 . 砂岩型铀矿沉积体系与成矿条件研究 [D]. 中国石油大学 ( 北京 ),2022.

[3] 贺锋 , 倪仕琪 , 牛霆 , 等 . 酒泉盆地砂岩型铀成矿规律及白垩系找矿方向 [J]. 铀矿地质 ,2021.