摘要：据相关资料显示，冀西北康保地区忠义凹陷西瓜园组见多个含铀矿化层，为了系统分析其粘土矿物种类、产状及分布特征，文章对区内目的层粘土矿物进行了X射线衍射、扫描电镜及能谱分析，并进一步探讨了粘土矿物与铀矿化之间的关系。分析结果表明，西瓜园组含铀矿化层整体为透水性弱、有机质含量相对较高的粗碎屑岩和凝灰岩等，受沉积时期火山碎屑物质影响较大，具有一定的火山-沉积碎屑型铀矿特征。含铀矿化层中的铀元素主要来源于火山喷发物，后期通过淋滤作用受到有机物质和粘土矿物的吸附而形成铀元素的沉淀富集。其粘土矿物组合复杂多变，粘土矿物成分以蒙脱石、伊蒙混层矿物为主，其他为伊利石、高岭石及少量绿泥石。

　　关键词：冀西北；忠义凹陷；西瓜园组；铀矿化；粘土矿物

　　在研究区内赋存有一套半固结杂色含煤碎屑岩沉积，原认为该地层为上侏罗统后城组和古近系始-渐新统灵山组，后经部分学者研究，证实该地层为早白垩世中期西瓜园组。该地层的发现不仅有助于构建本地区更完整的地层层序和标准地层格架，而且为研究区含铀矿化层及粘土矿物的研究提供了新的思路。

　　研究区西瓜园组中粘土矿物广泛发育，其绝对含量介于5%~20%。为明确该区域粘土矿物的种类、产状及分布特征，采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）以及能谱分析等多种手段，对康保地区忠义凹陷西瓜园组中粘土矿物进行了系统分析，并进一步探讨了粘土矿物与铀矿化之间的关系。

　　1区域地质背景

　　康保地区忠义凹陷位于冀北隆起带的西北部，紧邻康保-赤峰深断裂以南。研究区内的中生界地层由老至新依次为侏罗系下统南大岭组（J1n）、中统下花园组（J2x）、九龙山组（J2j）、上统后城组（J3h）；白垩系下统张家口组（K1z）和西瓜园组（K1x）。本次研究的目的层为中生界白垩系下统西瓜园组，其地层岩性、岩相变化大。在研究区西北缘一侧，以砾石堆积为主，呈现出冲积扇沉积的特征；在东北部，则以厚层状泥岩为主，具有湖泊相的特征，整体上属于冲积扇-扇三角洲沉积体系，物源主要为断陷盆地北部边缘断裂活动产生的基岩碎屑。这种沉积背景形成了研究区内近源快速沉积为主，陆源碎屑成熟度较低的特点。

　　2西瓜园组含铀矿化层特征

　　研究区西瓜园组共发育4层含铀矿化层，铀矿品位0.0074%~0.0156%，平均铀矿品位为0.0110%，铀平米含量0.0442~0.2579kg/m2，平均铀平米含量0.1179kg/m2，其中2层含铀矿化层的铀含量达到工业品位。

　　该组含铀矿化层岩性主要为细砾岩、含砾粗砂岩及凝灰岩，其中，细砾岩及含砾粗砂岩颜色为灰绿色、灰白色，细砾岩的上部裂隙发育，含砾粗砂岩为杂基、凝灰质填隙，有机质含量相对较高，值得注意的是，所有含铀矿化层的顶板岩性均为厚层凝灰岩。放射性异常主要出现在凝灰岩底部与其接触面附近，这表明凝灰岩等火山碎屑岩对铀矿化层的形成具有明显的控制作用。推测凝灰岩中的铀元素可能通过淋滤作用进入到细砾岩和含砾粗砂岩体中的，由于有机物质和粘土矿物的吸附作用，铀元素得以在这些地层中沉淀和富集。而凝灰岩中的放射性异常则可能与最初的火山喷发物中富含铀元素的物质有关。

　　3西瓜园组粘土矿物特征

　　3.1样品采集与实验方法

　　为了深入研究康保地区忠义凹陷西瓜园组的粘土矿物特征，从4个钻孔中采集了6块代表性样品，并进行了X射线衍射实验分析，配套有相应的扫描电镜和能谱分析。样品的采集覆盖了不同沉积环境，确保了其代表性。通过多种分析手段的结合，能够更准确地确定本区粘土矿物的种类、产状和分布特征。

　　X射线衍射分析是在岛津的XRD-6100型X射线衍射仪上进行，入射光源为CuKa辐射，X光管工作电压为40kV，电流为100mA，采用连续扫描方式，乙二醇片、自然片和550。高温片扫描范围（2θ)2。～30。，全岩片扫描范围（2θ)2。～80。，步宽0.02。/步，波长0.154056nm。检测依据为《SY/T 5163—2018沉积岩中粘土矿物和常见非粘土矿物X射线衍射分析方法》。

　　扫描电镜及能谱分析使用日立S-4800型扫描电子显微镜上进行分析测试。在上机分析测试之前，样品需随机粉碎，选取破裂面新鲜、平坦的碎块，大小为1×1×1cm3~2×2×2cm3。样品用锡纸包裹并编号，放入干燥器皿中等待镀金和上机测试。测试环境要求室温（20±2）℃,湿度＜80%，仪器主机部分维持高真空状态。

　　3.2粘土矿物特征

　　一般认为，不同的粘土矿物，其形成和保存的环境条件是有差异的。如温暖潮湿的酸性介质环境利于高岭石生成和保存，温暖干燥的富钙的碱性介质条件对蒙脱石的形成和保存最有利；伊利石在富钾的碱性环境下形成［1］。

　　本区西瓜园组粘土矿物成分主要为伊利石、高岭石、蒙脱石和伊蒙混层及少量绿泥石。根据X射线衍射图谱、扫描电镜及能谱分析判断粘土矿物的特征：

　　3.2.1高岭石特征

　　在X衍射曲线上，N片中存在0.72nm和0.358nm两个衍射峰，经乙二醇饱和后EG片中两个衍射峰无明显变化，高温后T片中晶格破坏，峰消失（图1）。在扫描电镜下，多呈叠片状、手风琴状、书页状集合体，形状较完整，边缘有磨蚀痕迹（图2a、b），反映其多为搬运来的陆源碎屑粘土物质在盆地中沉积而成，少数粘土矿物具完好的六方形晶体，属于盆地自生形成的。据能谱分析，高岭石的主要元素有Si、Al、K，部分还见有少量Na。K和Na元素属于长石蚀变为高岭石不彻底的残余。

　　3.2.2绿泥石特征

　　在X衍射曲线上，N片与EG片中的特征衍射峰不明显，已合于附近衍射峰中；T片中可见1.38nm衍射峰（图1）。在研究区西瓜园组绿泥石含量非常少，只有少数钻孔有所发现。

　　3.2.3伊利石特征

　　在X衍射曲线上，N片中存在1.0nm、0.5nm和0.333nm峰，EG片和T片中略有变化（图1）。在扫描电镜下，呈边缘不平整的卷曲叶片状、发丝状和纤维状，其中发丝状和纤维状伊利石为自生成因（图2a）。据能谱分析，伊利石的主要元素有Si、Al、Fe、Mg、K。

　　3.2.4蒙脱石特征

　　在X衍射曲线上，EG片中有1.7nm、0.852nm和0.562nm峰，T片中1.7nm衍射峰移动至1.0nm（图1）。在扫描电镜下，大多呈弯曲薄片状，部分呈玫瑰花朵状（图2b）。据能谱分析，蒙脱石的主要元素有Si、Al、Mg、Fe、Ca。

　　3.2.5伊/蒙混层特征

　　在X衍射曲线上，N片中有1.19nm衍射峰介于1.0~1.54nm，EG片中1.19nm衍射峰向低角度一侧移动至1.7nm处，T片中该衍射峰向高角度一侧移动至1.0nm处，I/S脱水向伊利石转化。由EG片衍射峰形态可知，属于无序伊蒙混层，蒙脱石向伊利石转化的程度不高（图2）。在扫描电镜下，伊蒙混层的形态接近蒙脱石的形态，呈弯曲薄片状，少量发丝状伊利石（图2a）。据能谱分析，伊/蒙混层的主要元素有Si、Al、Mg、Fe，还有少量Ca和K。

　　3.3粘土矿物组合特征及分布规律

　　受温度、成岩作用等影响，同一层段的不同沉积环境的粘土矿物相对含量及组合特征有所差异，对所有样品进行X射线衍射实验分析统计表明（表1）：其中1-1和1-2样品取样于研究区东北部（图3），以伊利石为主，1-1样品次为蒙脱石，1-2样品次为高岭石，都发育有伊蒙混层，粘土矿物组合为伊利石-蒙脱石组合和伊利石-高岭石组合；由此偏西，2-1和2-2样品主要为蒙脱石，但2-1样品的蒙脱石含量远低于2-2样品，2-1样品还有伊蒙混层、高岭石和伊利石发育，2-2样品只存在少量伊利石，粘土矿物组合为蒙脱石-伊利石-高岭石组合及蒙脱石组合；3-1样品取样于研究区西北部，同样以蒙脱石为主，次为伊蒙混层，还有少量伊利石，粘土矿物组合为蒙脱石-伊利石组合；研究区西南部采取样品4-1，伊蒙混层含量最高，其它粘土矿物由高到低依次为蒙脱石、伊利石和高岭石，绿泥石含量极少，粘土矿物组合为蒙脱石-伊利石-高岭石组合。研究区粘土矿物组合复杂多变，在平面位置相同、深度不同的样品的主要含量粘土矿物基本相同，仅次要含量粘土矿物有所差异。

　　4粘土矿物与铀矿化关系

　　研究区西瓜园组含铀矿化层中铀的存在形式以吸附态铀为主，主要被有机质和粘土矿物所吸附。根据偏光电子显微镜镜下观察，研究区填隙物成分主要为杂基，胶结物含量很少，其中杂基主要为粘土矿物。在表生条件下，粘土矿物通过吸附作用使铀沉淀和富集。各种吸附剂对铀的吸附能力是不同的，吸附剂的比表面积愈大，吸附铀的能力愈强。蒙脱石的比表面积与吸附铀的能力均远大于高岭石［2］。蒙脱石、高岭石吸附铀的能力略强于伊利石、绿泥石。在铀的沉淀和富集过程中，有机质对铀的吸附作用要远大于粘土矿物［3］。

　　研究区西瓜园组含铀矿化层粘土矿物成分以蒙脱石、伊蒙混层矿物为主，二者总含量一般在70%以上，为典型的中、酸性火山灰物质水解蚀变的产物，表明其富含火山碎屑物质，且其沉积时期发育冲积扇-扇三角洲沉积体系，纵横向上相变较大，河道砂体常以透镜状形式产出，泥-砂-泥结构不发育。因此，认为本组的含铀矿化层是在沉积过程中由富含铀元素的火山碎屑物在弱还原-还原条件下保存而富集成矿的，西瓜园组的凝灰岩含铀矿化层是由富含铀元素的火山碎屑物质造成的，细砾岩、含砾粗砂岩含铀矿化层是由于淋滤作用而造成铀元素的相对富集。

　　5结论

　　（1）西瓜园组含铀矿化层整体为透水性弱、有机质含量相对较高的粗碎屑岩和凝灰岩等，受沉积时期火山碎屑物质影响较大，具有一定的火山-沉积碎屑型铀矿特征。

　　（2）西瓜园组含铀矿化层中的铀元素主要来源于火山喷发物，后期通过淋滤作用受到有机物质和粘土矿物的吸附而形成铀元素的沉淀富集。

　　（3）西瓜园组粘土矿物组合复杂多变，粘土矿物成分以蒙脱石、伊蒙混层矿物为主，其它为伊利石、高岭石及少量绿泥石。

　　参考文献

　　［1］夏晓东.鄂尔多斯盆地天环坳陷中部上古生界致密砂岩储层成岩特征研究［D］.北京：中国地质大学（北京），2017.

　　［2］杨殿忠，于漫.吐哈盆地粘土矿物特征及其与铀成矿关系［J］.地质找矿论丛，2005（3）：188-191+203.

　　［3］张晓，李晓翠，秦明宽，等.蒙其古尔铀矿床砂岩中黏土矿物特征及其与铀矿化的关系［J］.铀矿地质，2013，29（2）：78-85.