AM: 铁质矿物转化及对砂岩型铀矿矿床成因的指示

 作为零碳能源资源之一，砂岩型铀矿床具有埋藏浅、储量大和开采成本低等特点，已成为全球最为重要、各国首选研究和勘探的铀矿类型之一，在世界铀年产量的占比超过30%。铀的迁移、成矿与保存是一系列氧化-还原反应的结果，如何从矿物尺度理清多期次流体的氧化-还原作用过程，对于揭示铀矿床成因机制具有重要意义。

 太阳成集团的官方网站（武汉）太阳集团网址首页登录焦养泉教授团队的博士后乐亮（合作导师：赵军红教授）选取我国北方最重要的产铀盆地之一——鄂尔多斯盆地的东胜铀矿田为研究对象，该矿田铀储层经历了复杂的流体事件，包括（1）层间氧化作用；（2）烃类流体二次还原作用；和（3）地表氧化作用。在细致的野外露头剖面写实与钻孔岩心编录基础上，结合环境敏感参数与微量U-Th测试，笔者重点对铀储层中不同岩石地球化学类型砂岩开展了微区矿物学与同位素地球化学分析，对氧化-还原微环境的变化和成矿过程进行了深入探讨，取得了如下主要认识：

 （1）铀储层中可识别出5种地球化学类型砂岩：红色砂岩、绿色砂岩、含矿灰色砂岩、原生灰色砂岩和黄色砂岩（图1）。其中黄色砂岩主要见于地表，红色砂岩和黄色砂岩处于氧化环境，而绿色砂岩和灰色砂岩为还原环境；层间氧化带可被划分为：a.氧化带：红色砂岩+绿色砂岩；b.成矿带：含矿灰色砂岩；c.还原带：原生灰色砂岩。

图1铀储层层间氧化带不同分带及不同岩石地球化学类型砂岩空间配置关系

 （2）5种地球化学类型砂岩中共可识别出6种铁质矿物（图2）：赤铁矿（主要见于红色砂岩）、针铁矿（主要发育于黄色砂岩）、绿泥石（主要发育于绿色砂岩）、黄铁矿（含矿灰色砂岩中含量最多）、铁钛氧化物、黑云母。铁质矿物之间的转化关系可归纳为：a.蚀变作用（Fe²⁺→Fe²⁺）；b.氧化作用（Fe²⁺→Fe³⁺）；c.还原作用（Fe³⁺→Fe²⁺）。

图2铁质矿物的共生关系

 （3）黄铁矿存在三种形态类型：莓状、自形和胶状，与铀矿物紧密共生（图3）。早期研究发现，黄铁矿形态存在转化关系：莓状黄铁矿被自形/胶状黄铁矿包裹。SIMS硫同位素显示，成矿前黄铁矿δ³⁴S组成为-19.1‰ ~ +20.3‰，而成矿期莓状黄铁矿的δ³⁴S组成为-31.2‰ ~ -3.8‰，成矿期自形+胶状黄铁矿的δ³⁴S组成为-56.9‰ ~ -34.3‰。因此，解释莓状黄铁矿为成矿前黄铁矿提供硫源，经细菌硫酸盐还原反应的生物成因，而自形+胶状黄铁矿为莓状黄铁矿提供硫源，经Ostwald Ripening过程，发生歧化反应的化学成因（图4）。

图3铁质矿物与铀矿物的共生关系

图4不同阶段成矿期黄铁矿的成因模式

 本次研究通过铁质矿物的转化过程揭示了东胜铀矿田中多期次低温流体的氧化-还原作用事件，表现为肉眼可见的多种地球化学类型砂岩，这些不同类型的砂岩就是最直接的找矿标志。同时，精细的矿物学观察结合微区原位测试分析，可以有效示踪含矿流体的活化、迁移与沉淀过程，给矿床成因机制以合理的解释。

 研究成果发表在矿物学领域重要期刊American Mineralogist上，论文第一作者为太阳成集团的官方网站（武汉）的博士后乐亮，通讯作者为焦养泉教授。

 论文信息：

 YueLiang, Jiao Yangquan, Fayek Mostafa, Wu Liqun, Rong Hui, Xie Huili. 2022. Transformation of Fe-bearing minerals from Dongsheng sandstone-type uranium deposit, Ordos Basin, north-central China: Implications for ore genesis. American Mineralogist, 107: 1396-1409.