丁波,刘红旭,修晓茜,刘涛,潘澄雨,张晓,李平.2016.新疆蒙其古尔铀矿床成矿流体特征及其与铀成矿的关系[J].矿床地质,35(3):559~572 DING Bo,LIU HongXu,XIU XiaoQian,LIU Tao,PAN ChengYu,ZHANG Xiao,LI Ping.2016.Metallogenic fluid characteristics in relation to uranium mineralization in Mengqiguer uranium deposit, Xinjiang[J].Mineral Deposits35(3):559~572
DOi:10.16111/j.0258_7106.2016.03.008
新疆蒙其古尔铀矿床成矿流体特征及其与铀成矿的关系
（中核集团铀资源勘查与评价重点实验室， 核工业北京地质研究院， 北京100029）
通讯作者：第一作者简介丁波， 男， 1991年生， 在读研究生， 主要从事矿产普查与勘探。 Ema il： 18773485100@163.com **通讯作者刘红旭， 男， 1977年生，教授级高工， 研究生导师。 Email： lhx100 029@163.com
收稿日期：2015_05_14
改回日期：2016_02_20
本文得到国家973计划项目（编号： 2015CB453004）、国家863计划项目（编号： 2012AA06 1801）和铀矿地质勘查项目“铀成矿作用模拟实验研究(编号： 201489)”联合资助
摘要:蒙其古尔铀矿床为大型层间氧化带砂岩型铀矿床，前人对其成矿流体 来源的研究相 对较少。为探讨其成矿流体的性质和来源，笔者利用显微测温学和激光拉曼光谱方法，对其 流体包裹体的温度、盐度、密度和成分进行了系统的分析研究，并对其成矿流体的氢、氧同 位素及含矿目的层砂岩方解石胶结物的碳、氧同位素组成特征进行了研究。研究表明，该矿 床 流体包裹体主要有气烃包裹体、液烃包裹体和盐水包裹体，成群分布于砂岩粒间方解石胶结 物中，或沿切穿石英颗粒的微裂隙呈线状或带状分布，均一温度为56～76℃，盐度w( NaCleq)为1.23%～19.84%，密度为0.99～1.12 g/cm3，气体成分以CH4为 主 ；成矿流体的δD（H2O）V_SMOW=-93.0‰～-48.3‰，δ18O（H2 O） V_SMOW=-10.3‰～-5.1‰，方解石胶结物的δ13CV_PDB=-10.9‰～-7 .2‰ ，δ18OV_SMOW=17.6‰～24.9‰。上述特征揭示出蒙其古尔铀矿床成矿流体是 由 大气降水性质的地表水和煤系地层有机质脱羧基作用产生的有机酸及伴生的CH4等还原性 气体 （煤型气）两部分组成，具有低温、盐度跨度大、中等密度及多期叠加等特点，明显有别于 深部油气大规模充注。地表含铀含氧水层间渗入与煤系地层产生煤型气等还原性渗出流体的 共同作用，形成了蒙其古尔铀矿床。
关键词:
球化学；成矿流体；流体包裹体；稳定同位素；蒙其古尔铀矿 床
文章编号： 0258_7106 (2016) 03_0559_14 中图分类号： P619.14 文献标志码：A
Metallogenic fluid characteristics in relation to uranium mineralization in Me ngqiguer uranium deposit, Xinjiang
(CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Techniques, Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China)
Abstract:The Mengqiguer uranium deposit is a large interlayer oxidation zone type uran ium deposit, nevertheless, the research on its metallogenic fluids has been very insufficient. In order to discuss the characteristics and source of metallogeni c fluids, the authors used microthermometry and laser Raman spectrum of fluid in clusions to systematically analyze the homogenization temperatures, salinities, densities and compositions of its fluid inclusions. The H_O isotope of its metal logenic fluids and the C_O isotopes of its carbonate cement from ore_bearing san dstone were also investiged. The results show that the fluid inclusions in the M engqiguer uranium deposit include gas_hydrocarbon inclusions, liquid_hydrocarbon inclusions, brine_inclusions which are distributed in intergranular calcite fil ling the sandstone in groups and microcracks cutting quartz grains in banding or linear form, the homogenization temperatures, salinities and densities of its f luid inclusions range from 56℃ to 76℃, w(NaCleq) 1.23% to 19.8 4% , and 0.99 g/cm3 to 1.12 g/cm3 respectively, and the compositions are g iven pri ority to CH4. The δD（H2O）V_SMOW and δ18O（H2O）V_SMOW of its metallogenic fluids vary from -93.0‰ to -48.3‰ and -10.3‰ to -5 .1‰ respectively. The δ13CV_PDB and δ18OV_SMOW of i ts carbonate cement from ore_bearing sandstone range from -10.9‰ to -7.2‰ an d 17.6‰ to 24.9‰ respectively. These characteristics imply that the metallog enic flu ids were mixed fluids consisting of surface_water stemming from meteoric water a nd organic acid associated with coal_formed gas (CH4) originating from coal me as ure strata and had such characteristics as low temperature, large salinity r ange , medium density and multiple superimposition. The Mengqiguer uranium deposit is different from the deposit of deep oil and gas filling. The combined action of oxygen_ and uranium_bearing endosmic surface_water, coal_formed gas and other re ducing fluids originating from coal measure strata led to the formation of the M engqiguer uranium deposit.
Key words:
geochemistry, metallogenic fluid, fluid inclusions, stable isotope, Mengqiguer uranium deposit
矿床的形成离不开流体的作用，成矿流体不仅能提供成矿物质来源，促使成矿物质迁移，还 能使成矿元素在特定的环境沉淀形成矿床（倪培等，2014）。流体包裹体是矿物形成过程中 捕获的流体，是研究矿床成矿流体最直接的天然样品（卢焕章等，2004）。前人对矿床的流 体包裹体进行了大量研究，通过对流体包裹体的研究可以获得成矿流体温度、压力、化学组 成、流体来源等各方面的资料（欧光习等，2006；张铭杰等，2004；孙贺等，2009），同时 稳定同位素也是了解流体来源与成岩变化的重要途径（华仁民，1994）。
伊犁盆地是一个煤、油、铀多能源的共存盆地，铀矿找矿目标层位中_下侏罗统水西沟群亦 是石油、煤炭、天然气（含煤层气）的目标层位（杨建业，2005）。前人对蒙其古尔铀矿床 的研究主要集中在成矿条件、控矿因素、成矿机理等方面（林双幸，1995；李胜祥等，1996 ；2006；陈戴生等，1997；阿种明，2000；李细根，2002；王乐民，2007；张广辉，2007； 王军堂等，2008；王冰等，2009；蒋宏等，2011；刘红旭等，2015），而对其成矿流体来源 的研究相对薄弱，王果等（2000）通过对乌库尔其地区层间流体氢、氧同位素研究，认为层 间流体主要为受大气降水补给的基岩裂隙水；李胜祥等（2006）通过研究伊犁盆地含矿目的 层砂岩中油气包裹体及其气相色谱特征，认为该盆地砂岩型铀矿床的形成与深部来源的油气 有关；王军堂等（2008）结合伊犁盆地盆_山构造演化特征，认为该盆地流体主要包括含铀 、含氧的无机流体和煤系地层产生的有机流体，矿床的形成也与无机_有机流体相互作用有 关；曾爱花等（2013）研究了511矿床含矿砂岩稳定同位素特征，认为成矿流体主要来自于 大气降水；修晓茜等（2015）通过研究蒙其古尔含矿砂岩中流体包裹体的特征，认为该矿床 的形成与煤系地层产生有机还原性流体有关。
虽然上述学者对伊犁盆地砂岩型铀矿床的成矿流体进行了较为系统的研究，但对其成矿流体 的组分、来源等方面依然存在较大的分歧。本文通过研究成矿流体包裹体特征、成矿流体的 氢、氧同位素组成及含矿目的层砂岩中方解石胶结物碳、氧同位素组成特征，旨在查明伊犁 盆地 蒙其古尔铀矿床的成矿流体的组分、来源及其与铀成矿的内在关系，既丰富了该区成矿流体 特征、流体包裹体特征及矿床成因等方面的研究，亦可为后期铀矿勘探部署提供帮助。
倾向南东；F2断裂位于矿区西南部，走向北东_ 北北东， 倾向南东，逆冲并错动古生界和中生界；F3断裂 即扎吉斯坦河断裂，位于矿区西北部，为一条压性、 阻水隐伏逆断层，走向北东向，倾向北西（图1）。F1、F2和F3阻水逆冲断 裂组合决定了地下水补径排体系，控制了层间氧化带和铀矿体的产出范围和规模，并在铀的 后期富集过程中起着重要的作用。
蒙其古尔铀矿床含矿建造为中下侏罗统水西沟群（J1_2Sh），为一套灰色含煤碎 屑岩沉积建造，从下至上发育12层煤，其中该区以M5、M8 、M10厚度最大，且稳 定性好，可作为区域对比的标志层，又可进一步分为八道湾组（J1b）、三工河组（J 1s）和西山窑组（J2x）。砂岩型铀矿化分别赋存于三工河组 (J1s)与 西山窑组 (J2x)砂体中，位于M5与M12之间（图2），含矿目的层砂体主要为 粗砂岩、含砾粗砂岩和砂砾岩，呈（浅）黄色、褐色、（浅）红色、绿色、灰（白）色（图 3a、b、c），成分主要有石英、岩屑及少量长石，常见白云母及少量的重矿物、炭屑，以及 发 育较强的蚀变特征，主要包括黏土化（图3b、c）、碳酸盐化、硅化（图3d、e）及金属矿化 （图3c），其中黏土化蚀变以高岭石化为主（图3f）。
蒙其古尔铀矿床层间氧化带发育，根据砂岩颜色、铁矿物特征以及其他化学指标综合分析， 可将该矿床层间氧化带划分为氧化带、过渡带、还原带。矿体产于层间氧化带氧化_还原过 渡带内，形态主要受层间氧化带前锋线以及砂体岩性、均匀性等因素控制，以板状、透镜状 、卷状为主，板状矿体一般产于翼部（图2）。
体样品对冷热台进行温度标定。冷热台线性回归方程T cor=0.9687Tdet-0.0927。其中，Tdet为实测温度，T cor 为校正温度。校正前后温差相差不大，测试结果可靠。测试方法选择均一法：选择相界线 及腔壁清晰的较大包裹体进行测试，对包裹体先降温至完全冻结，再以0.5 ℃/min的速 度缓慢升温至-56℃，以观测包裹体中有无CO2、CH4等成分，然后继续以0.5 ℃/m in的速度缓慢升温，观测包裹体的完全均一温度。
氢、氧同位素测试样品取自蒙其古尔铀矿床层间氧化带中的强氧化带、弱氧化带、氧化_还 原过渡带部位钻孔岩芯砂岩中的高岭石，共4个钻孔，14个样品。测试样品的岩性以含砾砂 岩和粗砂岩为主，测试的氢、氧同位素数据见表2。测试由核工业北京地质研究院分析测试 研究中心完成，测试方法：先将块样洗净烘干，再粉碎样品并过60目筛，把筛下部分放入 烧 杯加500 ml蒸馏水搅拌 3 min，静置 6 min后，将烧杯上半部悬浊液取出放入另一 烧杯，烘 干悬浮液获得成分主要为高岭石的样品；用 BrF5法处理和制备样品，MAT_251EM型质谱仪 分 析高岭石的氧同位素组成，分析误差为±0.2‰；然后爆裂法取出高岭石中水，锌 法制氢， 用MAT_251EM型质谱仪分析氢同位素 组成，分析误差为±0.2‰。δ18O(H2O)V_SMOW(‰)可 通过高 岭石_水平衡条件下的 经验公式计算得出： 103Inα＝4.29×106／T2－6.44×103／T+2.03（ T为绝对温度），103Inα＝δ18O（高岭石）V_SMOW-δ18O (H2O)V_SMOW（郑永飞等，2000）。 碳、氧同位素测试样品取自蒙其古尔铀矿床 层间氧化带中强氧化带、弱氧化带、氧化_还原过渡带部位钻孔岩芯砂岩中的碳酸盐胶结物 ，共3个钻孔，13个砂岩样品，以含砾砂岩和粗砂岩为主，测试的碳、氧同位素数据见表3。测试方法为用100%的磷酸在25℃反应4h，提取 出胶结物碳酸盐中的CO2气体。
收集得到的CO2在核工业北京地质研究院分析测试研究所 的MA T_253型质谱仪上测量，校测标样为GBW04416和GBW04417，氧同位素比值以SMOW为标准，碳 同位素比值以PDB为标准，分别记为δ18OV_SMOW和δ13CV_PDB， 分析精度优于±0.2‰。δ18OV_SMOW、δ18OV_PDB转换时使用 的公式δ18OV_SMOW=1.030916 δ18OV_PDB+30.91（Turne r et al.，1993；Friedman et al.，1987）。
（1） 产于石英颗粒中的包裹体
石英颗粒中发育的包裹体有气烃包裹体、液烃包裹体和盐水包裹体。盐水包裹体沿切穿石英 颗粒微裂隙、石英颗粒内微裂隙、石英颗粒成岩期后微裂隙成带状、线状分布，形状规则， 多为圆形、椭圆形、四边形等，大小多为4 μm×10 μm，呈无色、灰色、淡黄 色 ；液烃包裹体沿切穿石英颗粒内微裂隙及石英颗粒成岩期后微裂隙呈带状分布，形状为规则 的圆形、椭圆形等，大小非常不均一，大至40 μm×60 μm，小至3 μm×5 μm，呈褐色、 黄棕 色。气烃类包裹体沿切穿石英颗粒的微裂隙呈线状分布，形状为规则的圆形、椭圆形等，大 小不均一，直径大至20 μm～25 μm，小至2 μm×5 μm，呈灰色。
（2） 产于方解石胶结物中的包裹体
方解石胶结物中发育气烃+盐水包裹体及少量的液烃包裹体。气烃+盐水包裹体沿方解石充填 物中次生微裂隙及微裂隙成群分布，形状为规则的圆形、椭圆形等，大小非常不均一，大至 35 μm×20 μm，小至7 μm×5 μm，呈灰色或浅灰色；液烃包裹体沿方解石充填物微裂隙 成 群分布，形状为规则的圆形、椭圆形等，大小均一，多在3 μm×10 μm之间，呈 深褐色。
UV激光荧光显微镜下观察结果显示，砂岩的粒间孔隙少见烃类，有微弱的环状弱黄绿色荧光 或无荧光反应（图3m、n、o），说明烃类流体的成熟度较低，处于未成熟_低成熟阶段。仅 见 一期次油气包裹体，大多数油气包裹体发育丰度GOI<1%，说明该 区不存在大规模的油气充注史，成矿过程有少量烃类等还原性物质参与铀的还原沉淀。
集特点的铀矿床。研究表明，该矿 床流体包裹体均一温度相对稳定，在56～76℃之间，平均为67.9℃，集中在65～75℃，说 明 该矿床的主成矿温度为65～75℃，为典型的低温热液铀矿床；成矿流体盐度变化较大， w(NaCleq)在1.23%～18.80%之间，平均为6.0%，集中在2%～6%和12%～ 18% 之间 ，其中w(NaCleq) 为2%～6%的流体在含矿层中分布最为广泛，可能代表着主成矿作用期的流体特征；成矿流体 密度在0.99～1.12 g/cm之间，平均1.02 g/cm3，集中在0.98～1.02 g/cm3和1.0 6～1.08 g/cm3，属于中等密度的流体。测试结果与吴柏林等（2007）测得的流体包裹体 均一温度(73～93℃)和流体盐度(5.3%～7.5%)及流体密度(约为1 g/cm3)基本一致。另 外，正交偏光下，在蒙其古尔矿床灰色砂岩可见中花瓣状微晶石英充填胶结，反映出这些硅 质的形成 具有 明显的低温成因特点 ，而砂岩中常见石英次生加大，应为地下水层间渗入改造，水_岩作用的产物(图3d、e)。因 此，根据上述研究可得出蒙其古尔铀矿床流体具有低温、盐度跨度大、中等密度及多期成矿 流体叠加等特征。
自然界有多种类型的水，包括岩浆水、大气降水和海水等，不同来源的水具有不同的同位素 组成特征。根据氢氧同位素的分馏原理，围岩与流体发生相互作用的过程中，水溶液的δD 一 般变化不大，而氧同位素则随着成矿温度和水/岩反应的进行发生分馏（陈振胜等，1992； 郑永飞等，2000；李荣西等，2006），因此可利用高岭石测得的氢同位素结果代表成矿流体 的氢同位素组成，反映成矿流体的性质。采取蒙其古 尔 铀矿床层间氧化带中强氧化带、弱氧化带、氧化_还原过渡带部位钻孔岩芯砂岩中的高岭石 做氢、氧同位素测试，测试结果（表2）表明，高岭石的δ18OV_SMOW＝11.8 ‰ ～13.7‰，平均值为12.633‰；δD(H2O)V_SMOW＝-93.0‰～-48.3‰，平均值 为- 66.493‰，与高岭石平衡流体的 δ18O(H2O)V_SMOW＝-10.3‰～-5.1‰。
将测得水的氢、氧同位素投在δD(H2O)V_SMOW_δ18O(H2O)V_SMO W图解中（图8），大部分落入大气降水区域，说明成矿流体中水溶液主要来自大气降水， 而不是来自深部的深成热液或变质水或者是其他混合热液。大气降水中含有大量氧 气，可为铀活化迁移的重要介质。含矿目的层砂岩中强氧化带、弱氧化带、氧化还原过渡带 的δD(H2O)V_SMOW平均值分别为-69.8‰、-66.02‰、-57.35‰， δ18 OV_SMOW的平均值分别为12.54‰、12.7‰、12.73‰，总体呈现逐渐增大的 趋势； 这一规律说明在水_岩作用过程中，有大量还原性物质与氧化性质的成矿流体发生反应，导 致成矿流体中氢、氧同位素分馏作用逐渐增强（吴柏林，2005；吴柏林等，2007）。
为了研究成矿流体中烃类流体的来源，采取蒙其古尔铀矿床层间氧化带中强氧化带、弱 氧化带、氧化_还原过渡带部位钻孔岩芯砂岩中的碳酸盐胶结物做碳、氧同位素测试，测试 结果表明碳酸盐胶结物中δ13CV_PDB为-10.9‰～-7.2‰，平均值为-9.2 1‰；δ18OV_SMOW为17.3‰～24.9‰，平均值为20.26‰。将测得的碳、 氧同位素结果投影在δ18OV_SMOWδ13CV_PDB图解中 ，其中12 个样品落入沉积有机质脱羧基范围内（图9），只有一个样品落入沉积有机质的范围内，说 明砂岩中碳酸盐胶结物的形成与沉积有机质的脱羧基作用有关。研究表明，有机物在脱羧基 作用过程中（主要在微生物以及细菌参与下完成）（闵茂中等，2003），能形成对铀的运移 有重要意义的有机酸及对铀沉淀、富集、成矿有利的CH4、H2S、CO气体，从而构成有机 质流体的重要组成部分，这不仅与该矿床流体包裹体中所测得的气体成 分一致，并为砂岩中碳酸 盐胶结物的形成提供了碳源（尹金双等，2005）；此外，蒙其古尔铀矿床含矿目的层中有机 质成熟度整体处于未成熟_低成熟阶段（修晓茜等，2015），正值煤层中有机质或干酪根向 轻烃转化时期，与包裹体烃类流体成熟度较低相吻合。
上述证据表明，蒙其古尔矿床成矿流体中的烃 类成分来自含矿目的层中有机质脱羧基作用所产 生的有机酸及伴生的CH4、H2S、CO 等还原性气体，即煤型气，而不是深部已成熟 的二叠纪烃源岩所产生的油型气；吴柏林（2005）也利用所测得的伊犁矿区岩顶屑气的碳同 位素特征，证实了伊犁盆地南缘 砂岩型铀矿含矿目的层中的烃类流体来源于煤系 地层。
有机酸性流体能使砂岩中的造岩矿物，如长石、石英等，发生不同程度的溶蚀、蚀变而产生 大量的次生孔隙，大大提高砂体的孔隙度和渗透性，为后期含铀含氧水的长期渗入改造以及 铀的沉淀富集创造了很好的运移通道和容矿空间，同时产生大量的高岭石等自生矿物（张晓 等，2013）。当地表含铀含氧水从蚀源区径流渗入到层间砂体中，随着氧化带前锋线不断向 盆地内部推进，成矿流体中的氧被不断地消耗殆尽。一方面，以UO2(CO3)4-3 或以有机络合物的形式迁移的六价活化铀与腐植酸、黄腐酸、CH4（在微生物作用下）、H 2S、H2等还原性 物质反应形成四价稳定的铀矿物（向伟东等，2000；郭庆银等，2005）；另一方面，含铀含 氧地表水中的SO2-4在硫酸盐还原菌的作用下，能被CH4等还原性气体还原成H2 S气体，H2S能还原六价铀，并造成一种缺氧富含硫化氢的强还原环境，大大的提高了砂体 的还原性容量，降低含矿层砂体中的Eh、pH值（尹金双等，2005；张振强等，2008； 2009； 陈祖伊等，2010），为铀的富集成矿提供了有利条件。此环境中Fe3+能与H2S气体 反应生成黄铁矿，造成黄铁矿、铀矿化共生的现象（陈祖伊等，2010）。
（2） 蒙其古尔铀矿床成矿流体氢、氧同位素及含矿层碳酸盐胶结物碳、氧同位素研究 结果显示：成矿流体由大气降水性质的表生水及有机质脱羧基作用产生的有机酸及伴生的CH 4等还原性气体（煤型气）两部分组成，且方解石胶结物的形成与沉积有机质脱羧基作用 有 关，此过程能产生富含有机酸及CH4、H2S、CO等还原性气体的有机流体，为目的层砂岩 方解石胶结物的形成提供碳源。
（3） 煤系地层有机质脱羧基作用产生有机酸及伴生的CH4等还原性气体（煤型气） 与地表含铀含氧水的层间渗入共同作用形成了蒙其古尔铀矿床。
志谢感谢核工业二一六大队刘俊平教授级高工在野外样品采集过程中所提供的 帮助，感谢审稿人对文章修改所提出的宝贵建议，感谢编辑不厌其烦的指导。
伊犁盆地是一个煤、油、铀多能源的共存盆地，铀矿找矿目标层位中_下侏罗统水西沟群亦 是石油、煤炭、天然气（含煤层气）的目标层位（杨建业，2005）。前人对蒙其古尔铀矿床 的研究主要集中在成矿条件、控矿因素、成矿机理等方面（林双幸，1995；李胜祥等，1996 ；2006；陈戴生等，1997；阿种明，2000；李细根，2002；王乐民，2007；张广辉，2007； 王军堂等，2008；王冰等，2009；蒋宏等，2011；刘红旭等，2015），而对其成矿流体来源 的研究相对薄弱，王果等（2000）通过对乌库尔其地区层间流体氢、氧同位素研究，认为层 间流体主要为受大气降水补给的基岩裂隙水；李胜祥等（2006）通过研究伊犁盆地含矿目的 层砂岩中油气包裹体及其气相色谱特征，认为该盆地砂岩型铀矿床的形成与深部来源的油气 有关；王军堂等（2008）结合伊犁盆地盆_山构造演化特征，认为该盆地流体主要包括含铀 、含氧的无机流体和煤系地层产生的有机流体，矿床的形成也与无机_有机流体相互作用有 关；曾爱花等（2013）研究了511矿床含矿砂岩稳定同位素特征，认为成矿流体主要来自于 大气降水；修晓茜等（2015）通过研究蒙其古尔含矿砂岩中流体包裹体的特征，认为该矿床 的形成与煤系地层产生有机还原性流体有关。
虽然上述学者对伊犁盆地砂岩型铀矿床的成矿流体进行了较为系统的研究，但对其成矿流体 的组分、来源等方面依然存在较大的分歧。本文通过研究成矿流体包裹体特征、成矿流体的 氢、氧同位素组成及含矿目的层砂岩中方解石胶结物碳、氧同位素组成特征，旨在查明伊犁 盆地 蒙其古尔铀矿床的成矿流体的组分、来源及其与铀成矿的内在关系，既丰富了该区成矿流体 特征、流体包裹体特征及矿床成因等方面的研究，亦可为后期铀矿勘探部署提供帮助。
1矿床地质概况
蒙其古尔铀矿床位于伊犁盆地南缘斜坡带东部构造活动区与西部构造稳定区的过渡部位，受 南部山前控盆断裂和北部扎基斯坦河断裂控制，矿床整体位于扎基斯坦向斜东部构造单元， 夹持于控盆F1断裂和F3断裂之间，中生代地层呈北东倾向的单斜产出，产状相对平缓， 倾角 3～9°，主要发育F1、F2、F3等断裂构造。F1断裂位于矿区东南部，为伊犁盆地 南缘逆冲控盆断裂带组成部分，断裂总体呈北东向，
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图 1蒙其古尔地区地质简图（据修晓茜，2015修改） 1—第四系松散堆积物； 2—中_下侏罗统水西沟群灰色砂砾岩、含砾粗砂岩； 3—中_上三 叠统小泉沟群灰色、杂色砂砾岩及泥岩； 4—石炭系中酸性火山岩、火山凝灰岩； 5—区 域断裂； 6—逆断裂； 7—逆冲断裂； 8—推测断层； 9—走滑断层； 10—盆地边界； 11 —河流 Fig. 1Generalized geological map of Mengqiguer area (modified after Xiu， 20 15) 1—Quaternary loose sediments； 2—Middle_lower Jurassic Shuixigou Group sandy c onglomerate and sandstone with gravel； 3—Middle_Upper Triassic Xiaoquangou Gro up gray and variegrated sandy conglomerate and mudstone； 4—Carboniferous inter mediate_felsic volcanic rock and volcanic tuff； 5—Regional fault；6—R everse f ault； 7—Thrust fault； 8—Inferred fault； 9—Strike_slip fault； 10—Basin bo undaries； 11—River |
蒙其古尔铀矿床含矿建造为中下侏罗统水西沟群（J1_2Sh），为一套灰色含煤碎 屑岩沉积建造，从下至上发育12层煤，其中该区以M5、M8 、M10厚度最大，且稳 定性好，可作为区域对比的标志层，又可进一步分为八道湾组（J1b）、三工河组（J 1s）和西山窑组（J2x）。砂岩型铀矿化分别赋存于三工河组 (J1s)与 西山窑组 (J2x)砂体中，位于M5与M12之间（图2），含矿目的层砂体主要为 粗砂岩、含砾粗砂岩和砂砾岩，呈（浅）黄色、褐色、（浅）红色、绿色、灰（白）色（图 3a、b、c），成分主要有石英、岩屑及少量长石，常见白云母及少量的重矿物、炭屑，以及 发 育较强的蚀变特征，主要包括黏土化（图3b、c）、碳酸盐化、硅化（图3d、e）及金属矿化 （图3c），其中黏土化蚀变以高岭石化为主（图3f）。
蒙其古尔铀矿床层间氧化带发育，根据砂岩颜色、铁矿物特征以及其他化学指标综合分析， 可将该矿床层间氧化带划分为氧化带、过渡带、还原带。矿体产于层间氧化带氧化_还原过 渡带内，形态主要受层间氧化带前锋线以及砂体岩性、均匀性等因素控制，以板状、透镜状 、卷状为主，板状矿体一般产于翼部（图2）。
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图 2蒙其古尔铀矿床含矿目的层柱状图（据核工业216大队，2007修改） Fig. 2Geological columnar section of ore_bearing bed of the Mengqiguer uranium deposit（modified after No. 216 Geological Party, NCAA，2007） |
2样品采集与分析方法
流体包裹体测试样品均取自蒙其古尔铀矿床含 矿目的层的三工河组和西山窑组的氧化_还原过渡 带部位的钻孔岩芯，主要以含砾砂岩和粗砂岩为主。用于测温的有15个薄片、88个测 点，可用来计算盐度的数据有82个（表1）。测试由核工业北京地质研究院分析测试研究中 心完成。测试方法：先将样品制成流体包裹体薄片，然后在偏光和UV激发 荧光显微镜下进行观察，识别出包裹体的类型并选 出适合测温的包裹体。完成初步观测后，用丙酮对包裹体片 进行浸泡，去除树胶卸载载玻片，最后对石英颗粒、粒间方解石充填物中的流体包裹体 进行显微测温，仪器为英国产的Linkam_THMS600冷热台（测温范围为-196～+600℃）， 分析精度为：<30℃，±0.2℃；<300℃，±0.1℃；<600℃，±0.2℃。并 采用美国FLUIDINC公司提供的人工合成流体包裹
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表 1蒙其古尔铀矿床流体包裹体测温一览表 Table 1Results of microthermometric study of fluid inclusions of the Mengqigue r uranium deposit |
氢、氧同位素测试样品取自蒙其古尔铀矿床层间氧化带中的强氧化带、弱氧化带、氧化_还 原过渡带部位钻孔岩芯砂岩中的高岭石，共4个钻孔，14个样品。测试样品的岩性以含砾砂 岩和粗砂岩为主，测试的氢、氧同位素数据见表2。测试由核工业北京地质研究院分析测试 研究中心完成，测试方法：先将块样洗净烘干，再粉碎样品并过60目筛，把筛下部分放入 烧 杯加500 ml蒸馏水搅拌 3 min，静置 6 min后，将烧杯上半部悬浊液取出放入另一 烧杯，烘 干悬浮液获得成分主要为高岭石的样品；用 BrF5法处理和制备样品，MAT_251EM型质谱仪 分 析高岭石的氧同位素组成，分析误差为±0.2‰；然后爆裂法取出高岭石中水，锌 法制氢， 用MAT_251EM型质谱仪分析氢同位素 组成，分析误差为±0.2‰。δ18O(H2O)V_SMOW(‰)可 通过高 岭石_水平衡条件下的 经验公式计算得出： 103Inα＝4.29×106／T2－6.44×103／T+2.03（ T为绝对温度），103Inα＝δ18O（高岭石）V_SMOW-δ18O (H2O)V_SMOW（郑永飞等，2000）。 碳、氧同位素测试样品取自蒙其古尔铀矿床 层间氧化带中强氧化带、弱氧化带、氧化_还原过渡带部位钻孔岩芯砂岩中的碳酸盐胶结物 ，共3个钻孔，13个砂岩样品，以含砾砂岩和粗砂岩为主，测试的碳、氧同位素数据见表3。测试方法为用100%的磷酸在25℃反应4h，提取 出胶结物碳酸盐中的CO2气体。
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表 2蒙其古尔铀矿床含矿目的层砂岩高岭石氢、氧同位素分析结果 Table 2Results of H_O isotope analysis of kaolinite from ore_bearing sandstone of the Mengqiguer uranium deposit |
3流体包裹体特征研究
3.1流体包裹体岩相学特征
流体包裹体岩相学研究是包裹体信息有效性和解释包裹体成果的基础（卢焕章等，2004）。 沉积岩的胶结物（如方解石）和矿物次生生长边（如石英的加大边）中存在许多流体包裹体 ，这类流体包裹体反应了沉积成岩之后的流体演化（林潼等，2007；刘章月等，2011；韩凤 彬等，2012）。单偏光显微镜下对蒙其古尔矿床含矿目的层砂岩流体包裹体的分布、形态和 相态特征详细观察，发现流体包裹体类型主要有气烃包裹体（图3g、h)、液烃包裹体（图3i 、j）和盐水包裹体（图3k、l），流体包裹体成群分布于砂岩粒间方解石胶结物中，或沿切 穿石英颗粒的微裂隙呈线状或呈带状分布，气相分数均等于或小于5％。（1） 产于石英颗粒中的包裹体
石英颗粒中发育的包裹体有气烃包裹体、液烃包裹体和盐水包裹体。盐水包裹体沿切穿石英 颗粒微裂隙、石英颗粒内微裂隙、石英颗粒成岩期后微裂隙成带状、线状分布，形状规则， 多为圆形、椭圆形、四边形等，大小多为4 μm×10 μm，呈无色、灰色、淡黄 色 ；液烃包裹体沿切穿石英颗粒内微裂隙及石英颗粒成岩期后微裂隙呈带状分布，形状为规则 的圆形、椭圆形等，大小非常不均一，大至40 μm×60 μm，小至3 μm×5 μm，呈褐色、 黄棕 色。气烃类包裹体沿切穿石英颗粒的微裂隙呈线状分布，形状为规则的圆形、椭圆形等，大 小不均一，直径大至20 μm～25 μm，小至2 μm×5 μm，呈灰色。
（2） 产于方解石胶结物中的包裹体
方解石胶结物中发育气烃+盐水包裹体及少量的液烃包裹体。气烃+盐水包裹体沿方解石充填 物中次生微裂隙及微裂隙成群分布，形状为规则的圆形、椭圆形等，大小非常不均一，大至 35 μm×20 μm，小至7 μm×5 μm，呈灰色或浅灰色；液烃包裹体沿方解石充填物微裂隙 成 群分布，形状为规则的圆形、椭圆形等，大小均一，多在3 μm×10 μm之间，呈 深褐色。
UV激光荧光显微镜下观察结果显示，砂岩的粒间孔隙少见烃类，有微弱的环状弱黄绿色荧光 或无荧光反应（图3m、n、o），说明烃类流体的成熟度较低，处于未成熟_低成熟阶段。仅 见 一期次油气包裹体，大多数油气包裹体发育丰度GOI<1%，说明该 区不存在大规模的油气充注史，成矿过程有少量烃类等还原性物质参与铀的还原沉淀。
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表 3蒙其古尔铀矿床含矿目的层砂岩碳酸盐胶结物碳、氧同位素分析结果 Table 3Results of C_O isotope analysis of carbonate cement from ore_bearing sa ndstone of the Mengqiguer uranium deposit |
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图 3蒙其古尔铀矿床含矿目的砂岩和流体包裹体特征 a. 氧化带红色砂砾岩； b. 过渡带灰黑色含砾粗砂岩； c. 还原带灰色中粗砂岩； d. 花瓣状微晶石英充填胶结，正交偏光，具低温成矿特点； e. 石英具有明显的次生加大 现象； f. 粒间蠕虫状高岭石； g. 方解石胶结物中沿次生微裂隙成线状分布、呈褐灰色、 灰 色的气烃+盐水包裹体； h. 石英颗粒中溶蚀成因、孤立状分布、呈灰色的天然气气烃包裹 体； i. 沿石英颗粒微裂隙成带分布、呈深褐色的液烃包裹体； j. 方解石 胶结物内成 群分布，呈深褐色的液烃包裹体； k. 沿石英颗粒内的微裂隙面呈带状分布，呈无 色 、灰色的盐水包裹体； l. 沿石英颗粒成岩期 后微裂隙呈带状分布，呈淡黄色、灰 色的盐水包裹体； m. 颗粒孔隙中微弱的蓝色荧光； n. 石英颗粒中环状弱黄绿色荧光 ； o. 颗粒孔隙中微弱的蓝色荧光 Fig. 3The features of ore_bearing sandstone and the microscope and the fluores ent microscope images of the fluid inclusions in the Mengqiguer uranium deposi t a. The reddish conglomerate and sandstone in Oxidizing Zone; b. The dark gray co nglomeratic sandstone in Transitional Zone; c. The gray mediumcoarse sandstone in Reduction Zone; d. Petal form quartz cementation visible; e. Secondary concr escence of quartz edge visible ; f. Worm. shaped kaolinite; g. Brown and gray gas. hydrocar bon+ brine inclusions in carbonate cement arranged in a line; h. Gray gas, hydro carbon inclusions in quartz; i. Dark brown liquid. hydrocarbon inclusions in qua rtz microcracks; j. Dark brown liquid. hydrocarbon inclusions in carbonate cemen t in a group; k. Colorless and gray brine inclusions in quartz microcracks arran ged in a line; l. Yellow and gray brine inclusions in quartz microcracks arrange d in a line; m. Faint blue fluorescence in quartz hole； n. Faint yello wish blue fluorescence in quartz hole；o. Faint blue fluorescence in quartz hole |
3.2流体包裹体性质
均一温度是流体包裹体捕获时的最小温度条件，不同期次的流体包裹体具有不同的均一温度 范围，而流体包裹体中流体的盐度可依据冰点温度换算得出，公式为：
w(NaCl)=0.00+1.78Tm(4.42×10-2Tm2
+5.57×10 -4Tm3
式中 w(NaCl)为NaCl的质量分数，Tm为冰点降低温度的绝对值（Hall et al.，1988 ）。伊犁盆地蒙其古尔铀矿床含矿目的层砂岩中流体包裹体均一温度测试结果显示（表1 ），该区成矿流体温度变化不大，测定的包裹体均一温度为56～76℃，平均为67.9℃，成 矿流体温度集中在65～70℃之间（图4）。流体包裹体盐度范围跨度较大， w(NaCleq)在1.23%～18.80%之间，平均为6.0%，盐度直方图显示成矿流 体的盐度集中在2%～6%和12%～18%之间（图5）。根据上述温度和盐度数据，利用热液密度 与温度和盐度的函 数关系式（刘斌等，1987）计算出流体的密度为0.99～1.12 g/cm3（表1），平均1.02 g/cm3，显示成矿流体密度集中在0.98～1.02 g/cm3和1.06～1.08 g/cm3之间（ 图6）。
3.3流体包裹体成分
单个流体包裹体显微激光拉曼光谱是对包裹体成分进行非破坏性测定的重要手段，通过气液 相成分的分析，可获取成岩和成矿流体的组分信息，为判 断成矿流体来源和源区特征提供依据（卢焕章等， 2004；Burke，2001）。在流体包裹体均一温度、盐度测量的基础上，本文 利用LABHRVISLABRAM HR800型显微激光拉曼光谱仪在温度25℃、湿度30%、激光器波长532 n m、扫描范围100～4200 cm-1的条件下对气烃类包裹体进行激光拉曼光谱分 析测试，测点数量为4个。测试结果（图7）显示包裹体气体成分以CH4为主，反应在蒙其古尔铀矿床的形成过程中存在气烃参与铀成矿作用。
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图 4流体包裹体均一温度直方图 Fig. 4Histogram of the homogenization temperature of fluid inclusions |
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图 5流体包裹体盐度直方图 Fig. 5Histogram of salinity of fluid inclusions |
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图 6流体包裹体密度直方图 Fig. 6Histogram of the density of fluid inclusions |
4讨论
4.1成矿流体性质
蒙其古尔铀矿床是典型的层间氧化带砂岩型铀矿床，是来自南部蚀源区的含铀含氧水层间渗 入，在各种成矿因素耦合作用下形成的具有多期次叠加富
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图 7蒙其古尔铀矿床石英颗粒微裂隙中气烃类包裹体激光拉曼光谱图 Fig. 7Laser Raman spectra of gas_hydrocarbon inclusions in quartz grain microc racks of the Mengqiguer uranium deposit |
4.2成矿流体成分及来源
蒙其古尔铀矿床流体包裹体岩相学特征研究结果显示，流体包裹体类型主要有气烃包裹体、 盐水包裹体和液烃包裹体；包裹体中烃类流体在UV激光荧光显微镜下有微弱的环状弱黄绿色 荧光或无荧光反应。上述特征说明该铀矿床成矿流体由两部分组成，一部分为盐水溶液，另 一部分为烃类流体，且烃类流体的成熟度较低，处于未成熟_低成熟阶段。油气包裹体发育 丰度（GOI）值可用来判断油气充注历史，该矿床大多数油气包裹体发育丰度GOI<1%，见一 期次油气包裹体及激光拉曼测试的气体成分以CH4为主，说明该 区并不存在大规模的油气充注，成矿过程中有少量烃类等还原性物质参与铀的还原沉淀。自然界有多种类型的水，包括岩浆水、大气降水和海水等，不同来源的水具有不同的同位素 组成特征。根据氢氧同位素的分馏原理，围岩与流体发生相互作用的过程中，水溶液的δD 一 般变化不大，而氧同位素则随着成矿温度和水/岩反应的进行发生分馏（陈振胜等，1992； 郑永飞等，2000；李荣西等，2006），因此可利用高岭石测得的氢同位素结果代表成矿流体 的氢同位素组成，反映成矿流体的性质。采取蒙其古 尔 铀矿床层间氧化带中强氧化带、弱氧化带、氧化_还原过渡带部位钻孔岩芯砂岩中的高岭石 做氢、氧同位素测试，测试结果（表2）表明，高岭石的δ18OV_SMOW＝11.8 ‰ ～13.7‰，平均值为12.633‰；δD(H2O)V_SMOW＝-93.0‰～-48.3‰，平均值 为- 66.493‰，与高岭石平衡流体的 δ18O(H2O)V_SMOW＝-10.3‰～-5.1‰。
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图 8蒙其古尔铀矿床含矿目的层砂岩中的水δDH2O_ δ18OH2 O同位素图解（底图据Taylor，1974修改） Fig. 8The relationship between δD(H2O)V_SMOW and δDH2O_δ 18OH2O of water from ore_bearing sandstone of the Mengqiguer uranium deposit (modified after Taylor, 1974) |
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图 9蒙其古尔铀矿床含矿层砂体中方解石胶 结物δ18OV_SMOW_δ13 CV_PDB图解（底图据刘建明， 1997修改） Fig. 9The relationship between δ18OV_SMOW and δ13CV _PDB of carbonate cement of ore_bearing sandstone of the Mengqiguer uraniu m deposit (modified after Liu, 1997) |
为了研究成矿流体中烃类流体的来源，采取蒙其古尔铀矿床层间氧化带中强氧化带、弱 氧化带、氧化_还原过渡带部位钻孔岩芯砂岩中的碳酸盐胶结物做碳、氧同位素测试，测试 结果表明碳酸盐胶结物中δ13CV_PDB为-10.9‰～-7.2‰，平均值为-9.2 1‰；δ18OV_SMOW为17.3‰～24.9‰，平均值为20.26‰。将测得的碳、 氧同位素结果投影在δ18OV_SMOWδ13CV_PDB图解中 ，其中12 个样品落入沉积有机质脱羧基范围内（图9），只有一个样品落入沉积有机质的范围内，说 明砂岩中碳酸盐胶结物的形成与沉积有机质的脱羧基作用有关。研究表明，有机物在脱羧基 作用过程中（主要在微生物以及细菌参与下完成）（闵茂中等，2003），能形成对铀的运移 有重要意义的有机酸及对铀沉淀、富集、成矿有利的CH4、H2S、CO气体，从而构成有机 质流体的重要组成部分，这不仅与该矿床流体包裹体中所测得的气体成 分一致，并为砂岩中碳酸 盐胶结物的形成提供了碳源（尹金双等，2005）；此外，蒙其古尔铀矿床含矿目的层中有机 质成熟度整体处于未成熟_低成熟阶段（修晓茜等，2015），正值煤层中有机质或干酪根向 轻烃转化时期，与包裹体烃类流体成熟度较低相吻合。
上述证据表明，蒙其古尔矿床成矿流体中的烃 类成分来自含矿目的层中有机质脱羧基作用所产 生的有机酸及伴生的CH4、H2S、CO 等还原性气体，即煤型气，而不是深部已成熟 的二叠纪烃源岩所产生的油型气；吴柏林（2005）也利用所测得的伊犁矿区岩顶屑气的碳同 位素特征，证实了伊犁盆地南缘 砂岩型铀矿含矿目的层中的烃类流体来源于煤系 地层。
4.3成矿过程
流体是成矿物质和能量传递的载体，在适合的时空环境下通过流体的物质和能量的交换而成 矿（张文淮等，1996）。蒙其古尔铀矿床成矿流体是由大气降水性质的表生水与有机质脱羧 基作用产生的有机酸及伴生的CH4、CO等还原性气体（煤型气）两部分组成。地表含铀含 氧水层间渗入与煤系地层产生煤型气等还原性渗出流体相互作用，形成蒙其古尔铀矿床。有机酸性流体能使砂岩中的造岩矿物，如长石、石英等，发生不同程度的溶蚀、蚀变而产生 大量的次生孔隙，大大提高砂体的孔隙度和渗透性，为后期含铀含氧水的长期渗入改造以及 铀的沉淀富集创造了很好的运移通道和容矿空间，同时产生大量的高岭石等自生矿物（张晓 等，2013）。当地表含铀含氧水从蚀源区径流渗入到层间砂体中，随着氧化带前锋线不断向 盆地内部推进，成矿流体中的氧被不断地消耗殆尽。一方面，以UO2(CO3)4-3 或以有机络合物的形式迁移的六价活化铀与腐植酸、黄腐酸、CH4（在微生物作用下）、H 2S、H2等还原性 物质反应形成四价稳定的铀矿物（向伟东等，2000；郭庆银等，2005）；另一方面，含铀含 氧地表水中的SO2-4在硫酸盐还原菌的作用下，能被CH4等还原性气体还原成H2 S气体，H2S能还原六价铀，并造成一种缺氧富含硫化氢的强还原环境，大大的提高了砂体 的还原性容量，降低含矿层砂体中的Eh、pH值（尹金双等，2005；张振强等，2008； 2009； 陈祖伊等，2010），为铀的富集成矿提供了有利条件。此环境中Fe3+能与H2S气体 反应生成黄铁矿，造成黄铁矿、铀矿化共生的现象（陈祖伊等，2010）。
CH4+4UO2+2+8OH-→4UO2↓+CO2↑+6H2O
CH4+SO2-4→H2S+CO2-3+H2O
Fe2O3+4H2S→2FeS2+3H2O+2H+
4UO2(CO3)4-3+H2S+12H2O→4UO2↓+8H2O+
12CO2-3+SO 2-4+10H+
5结论
（1） 蒙其古尔铀矿床含矿目的层砂体流体包裹体研究表明，该矿床成矿流体由两部分 组成，一部分为地表渗入的含铀含氧水溶液，另一部分为煤系地层的渗出烃类流体，成矿流 体具有低温、盐度跨度大、中等密度、多期叠加等特征。（2） 蒙其古尔铀矿床成矿流体氢、氧同位素及含矿层碳酸盐胶结物碳、氧同位素研究 结果显示：成矿流体由大气降水性质的表生水及有机质脱羧基作用产生的有机酸及伴生的CH 4等还原性气体（煤型气）两部分组成，且方解石胶结物的形成与沉积有机质脱羧基作用 有 关，此过程能产生富含有机酸及CH4、H2S、CO等还原性气体的有机流体，为目的层砂岩 方解石胶结物的形成提供碳源。
（3） 煤系地层有机质脱羧基作用产生有机酸及伴生的CH4等还原性气体（煤型气） 与地表含铀含氧水的层间渗入共同作用形成了蒙其古尔铀矿床。
志谢感谢核工业二一六大队刘俊平教授级高工在野外样品采集过程中所提供的 帮助，感谢审稿人对文章修改所提出的宝贵建议，感谢编辑不厌其烦的指导。
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