蒙其古尔铀矿床有机地球化学特征及其对铀沉淀富集作用探讨

2012年 MINERAL DEPOSITS 第31卷 增刊

蒙其古尔铀矿床有机地球化学特征及其对铀沉淀

富集作用探讨

张 晓，秦明宽，李晓翠，刘红旭

（核工业北京地质研究院，北京 100029）

1 矿床地质特征

蒙其古尔铀矿床位于新疆伊犁盆地南缘斜坡带，为东部构造活动区与西部构造稳定区之间的过渡部分，整体上成东、西、南三面翘起并向北东敞开的屉状向斜构造。区内地层由结晶基底构造层及中新生代盖层组成，发育较齐全。直接基底广泛出露于南部蚀源区，由一套石炭—二叠系中酸性火山岩、碎屑岩组成。矿区内大部分缺失中上三叠统，中新生代盖层自下至上一次发育小泉沟群（T2-3xq）、水西沟群（J1-2sh）、头屯河组（J2t）、白垩系（E）和新近系（N）。中下侏罗统水西沟群为该区的含矿层位，为一套暗色含煤碎屑建造，发育有12层煤，自下而上划分了7个旋回，砂岩型铀矿化分别赋存于三工河组下段（J1s1）、三工河组上段（J1s2）、西山窑组下段（J2x1）和西山窑组上段（J2x3）砂体中。

2 有机地球化学特征

该矿床含矿目的层侏罗系水西沟群砂体中不仅含丰富的植物碎屑等有机质，还含有大量的微生物，在表生后生成矿作用过程中对U沉淀富集具有重要影响或控制作用。 2.1 有机质类型

该矿床有机质类型包括固态有机质、气态有机质以及微生物。常见固态有机质为植物茎杆，镜下主要表现为纤维状植物碎屑，成岩期经压实作用挤压变形，碎屑物粒间及胶结物中较常见充填有机质脉体。据酸解烃测定气态有机质主要为甲烷、乙烷，含有少量丙烷、正丁烷、异丁烷及正戊烷等，甲烷最高可达276 μL/㎏。此外，还含有H2s等还原性气体。该矿床中微生物主要为各种细菌，其中对U沉淀富集有影响的主要为铁细菌和硫酸盐还原细菌、脱硫菌、造甲烷细菌等厌氧细菌。 2.2 有机质成熟度

镜质体反射率RO是一项独立的有机质成熟度评价指标，其国内外常用指标界限为：RO﹤0.5%，未成熟阶段；RO=0.5%～0.8%，成熟阶段；RO=1.0%，生油高峰期；RO=1.3%～2.0%，湿气和凝析油带；RO﹥2.0%，干气。

蒙其古尔铀矿床镜质体反射率变化范围为0.4～0.74，平均值为0.58，说明该矿区有机质正处于成熟阶段，岩石变质程度略高，虽未到生油阶段，但可形成煤层气。而大量煤层气的形成、渗出有可能对砂岩层中的氧化还原条件产生影响，从而控制层间氧化带的发育乃至U的沉淀富集程度。 2.3 有机质分布特征

固体有机质含量高低通常用有机碳含量来近似代替。层间氧化带各亚带中有机碳质量分数相对较低，一般为＜0.01%～2.87%，氧化带含量明显低于过渡带，过渡带有机碳质量分数为0.1%～1.93%，平均为0.59%。氧化带有机碳质量分数为＜0.01%～0.6%，平均为0.098%，氧化带各亚带有机碳质量分数与氧化

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程度呈负相关。还原带有机碳含量不及过渡带但大于氧化带，其变化范围为0.02～2.87%，平均值为0.26%。总体上，有机碳含量平均值在层间氧化带的变化趋势为：从强氧化带向过渡带呈逐渐升高趋势，过渡带则高于还原带。

层间氧化带各亚带平均w(U)分别为：强氧化带为4.059×10-6，中等强度氧化带为6.504×10-6，弱氧化带为10.607×10-6，过渡带为1476.527×10-6，还原带9.596×10-6。其变化趋势与有机碳变化趋势一致，说明层间氧化带中U的沉淀富集与有机质存在密切关系。

3 有机质对U的沉淀富集作用

有机质对U的沉淀富集作用主要表现在还原作用和吸附作用两个方面，下面将分别叙述。

有机碳和微生物对U6+的还原主要通过CH4、H2S等还原气体来实现。通过一些去硫细菌、造甲烷细菌等的作用，层间氧化带中形成大量CH4、H2S还原性气体。CH4是一种强还原性气体，到过渡带层间氧

化带流体中氧气消耗殆尽，形成缺氧条件，CH4的大量存在形成强还原环境，可直接引起U的还原沉淀。

同时，在缺氧环境中，有机质中的碳氢化合物在硫酸盐还原菌的参与下可使硫酸盐产生还原性气体H2S，H2S在溶液中可分解产生S2-、HS-等还原性离子，并直接参与U的还原沉淀。因此，过渡带中有机质在微生物作用下可形成大量还原性气体CH4、H2S等，进而促使水溶液中的U6+还原沉淀。

铀在弱酸性介质中常呈UO22+和UO2(OH)+形式存在，易被有机质及其它胶体所吸附。鉴于吸附作用主要是一种表面吸附现象，所以比表面积的大小对吸附能力的影响很大，即吸附剂比表面积愈大，吸附铀的能力愈强，所以有机质吸附能力远高于粘土矿物。

对于有机碳，其变质演化程度愈高，对U的吸附能力愈低。因为有机碳的变质程度愈高，其中腐殖质的含量愈低，吸附铀的能力愈低。据核工业北京地质研究院对我国某个砂岩型铀矿床矿石中煤线样品的研究，经过对矿石中腐殖酸的提取后，其残渣中铀含量明显降低，说明矿石中铀的存在与有机炭中的腐殖酸有明显关系。

4 结 论

（1）蒙其古尔铀矿床有机物质种类丰富，包括固态有机质、气态有机质和微生物，且在U沉淀富集过程中均起到重要作用。

（2）该矿床有机质成熟度指标RO表明该矿床有机质处于煤生烃阶段，可形成一定量的煤层气，可能为U沉淀富集作用提供还原气体等，改变层间氧化带氧化还原条件。

（3）在缺氧环境下，通过厌氧细菌作用，层间氧化带中可形成CH4、H2S等还原性气体，将U6+还原为U4+而沉淀下来。

（4）鉴于吸附作用主要以比表面积为指标，则有机质的吸附能力要远高于粘土矿物等其他吸附剂。有机碳对U的吸附量主要体现在腐植酸吸附的U含量，又因有机碳中腐植酸含量与其变质程度呈消长关系，所以有机碳变质程度越低对U吸附能力越高。