本文以鄂尔多斯盆地南缘双龙铀矿床地表铀储层为研究对象,通过大比例尺精细填图及偏光显微镜、扫描电镜等分析测试手段,系统分析了地表铀储层的岩石矿物学特征及成岩作用特征,在此基础上,与地下铀储层特征进行对比,建立地表氧化改造的关键标志,进行成因分析,厘清不同矿物之间的相互转化关系。取得主要认识如下: 研究区地表铀储层由红色砂岩、黄色砂岩和灰色砂岩三种不同岩石地球化学类型砂岩构成。经过镜下鉴定,岩石类型主要为岩屑石英砂岩、长石岩屑砂岩和岩屑砂岩。地表铀储层填隙物成分复杂,种类较多,包括自生石英、方解石、含锰方解石、黄铁矿、褐铁矿、赤铁矿、黄钾铁矾类、软锰矿、锰钡矿以及多种粘土矿物,在粘土矿物中高岭石含量最高。 研究区地表铀储层砂岩经历了机械压实作用、化学压溶作用、胶结作用、溶解作用以及交代作用等成岩作用的叠加改造。地表铀储层的颗粒和胶结物均遭受了强烈的溶蚀作用,包括锆石和金红石等重矿物中都出现了大量的粒内溶蚀孔和粒间溶蚀孔。不同颜色砂岩均遭受了较为强烈的压实(压溶)作用,并发育有不同程度的碳酸盐(以方解石为主)胶结、石英次生加大等胶结现象。除此之外,不同岩石地球化学类型的砂岩中存在特殊的胶结物组合。红色砂岩中发现重晶石胶结物,填充在颗粒之间的孔隙中;黄色砂岩中,发现黄钾铁矾类矿物、软锰矿、锰钡矿和重晶石胶结物,黄钾铁矾类矿物多呈现细小颗粒状或者胶状,软锰矿多以针状或者绒球状形式赋存,锰钡矿和重晶石则多为胶状;灰色砂岩中,没有出现重晶石、黄钾铁矾、软锰矿以及锰钡矿等特殊胶结物,仅发育较多黄铁矿,并发生一定程度的氧化蚀变。 通过对地表和地下铀储层的对比发现,认为地表氧化的关键标志体现在两个方面:第一,溶解作用是地表氧化的关键标志。地表铀储层中胶结物和颗粒遭受了强烈的溶解作用,胶结物中出现了大量粒间溶蚀孔,仅在颗粒边缘残留方解石;长石以及重矿物颗粒中出现了大量粒内溶蚀孔。第二,矿物组合黄钾铁矾类-重晶石-软锰矿以及锰钡矿是地表氧化的关键标志。经过对比,上述矿物组合为地表铀储层特有,地下铀储层中并未发现。黄钾铁矾类物质是干旱-半干旱气候条件下,黄铁矿的典型表生氧化产物。次生锰矿物也是含锰碳酸盐等经过强烈的化学风化之后形成的表生氧化产物。 研究认为,铀储层暴露地表以后,处于干旱-半干旱气候条件下,大气降水量少,蒸发量大,渗入地下的地下水量小,酸度比较大。因此,对碳酸盐胶结物以及硅酸盐矿物等造成了剧烈的溶蚀,含锰方解石等碳酸盐胶结物释放Mn2+,首先被氧化成软锰矿,再结合Ba2+,形成更为稳定的锰钡矿。酸性流体通过溶蚀长石、云母,氧化黄铁矿、方铅矿等硫化物,生成黄钾铁矾类矿物和重晶石。当气候条件从干旱-半干旱转化为湿润时,地表出现河流,潜水面上升,黄钾铁矾发生部分水解,生成褐铁矿、赤铁矿等矿物。此外,部分未被氧化的黄铁矿也直接被氧化成为褐铁矿、赤铁矿等氧化物。 研究成果完善了地表层间氧化带的识别体系,为该区域地表矿点的识别提供宏观和微观证据支撑,对今后地表砂岩型铀矿的普查和复查工作具有一定的指导作用。