蒙古东南部的铀矿来源与沉积环境：以汉博格德花岗岩体、艾勒拜安煤矿、苏金塔尔构造体系、祖恩拜安盆地和纳尔斯特构造复合体为例 Boris Vakanjac Marko Simi? Sini?a Drobnjak Rastko Petrovi? Radoje Bankovi? Sa?a Bakra? Miodrag Kosti?

《Minerals》：Uranium Sources and Depositional Environments in Southeastern Mongolia: Case Studies from the Han Bogd Granite Massif, Ail Bayan Coal Deposit, Suujin Tal Structural System, Zuunbayan Depression, and Naarst Structural Complex Boris Vakanjac, Marko Simi?, Sini?a Drobnjak, Rastko Petrovi?, Radoje Bankovi?, Sa?a Bakra? and Miodrag Kosti?

　　摘要 位于伊犁盆地南部的层间氧化带型孟奇格尔铀矿床是中国西北地区典型的砂岩型铀矿床，其主要的矿化层为侏罗纪西山尧组的下部。然而，对该矿床中氧化还原作用对矿物学和地球化学响应的系统研究尚不充分。本研究对西山尧组下部层间氧化带样品进行了详细的岩石学观察、X射线衍射分析、电子探针微观分析及全岩地球化学分析。结果表明，高岭石和伊利石是该矿床中的主要粘土矿物，在氧化带中的含量高于过渡带和未改变带；而伊利石-蒙脱石混合层的含量则呈现相反趋势。主要的铀矿物为铀氧化物和柯芬石。过渡带中U、S和有机碳含量较高，且Fe3+/Fe2+比值随氧化程度的增加而增加。综合分析表明，成矿流体从酸性氧化的 meteoric 流体演变为弱碱性的还原流体；铀主要来源于含铀砂岩的淋溶作用。该矿床的形成受沉积相、构造抬升、有机-无机流体相互作用以及氧化还原反应的控制。本研究为层间氧化带型铀矿床的成矿机制提供了详细的矿物学和地球化学证据，对伊犁盆地的铀资源勘探具有重要的指导意义。

1. 引言
砂岩型铀矿床是全球最重要的铀资源类型之一，在全球核燃料供应中起着关键作用。其中，层间氧化带型矿床是一种主要的成矿类型，其特点是矿量较大且原地浸出条件有利[1,2,3,4,5]。这类矿床分布广泛，包括哈萨克斯坦的楚-萨雷苏盆地[6]、美国的圣胡安盆地[7]以及中国的多个盆地。自20世纪90年代以来，在层间氧化带成矿模型的指导下，在中国的多个沉积盆地中发现了大量砂岩型铀矿床，如鄂尔多斯盆地[5,8,9]、二连盆地[1]、伊犁盆地[4]和松辽盆地[10,11]。这些研究显著提升了我们对沉积环境、构造控制及氧化带结构的认识[12,13]。

孟奇格尔矿床位于伊犁盆地南缘，是中国西北地区典型的层间氧化带型砂岩型铀矿床，其主要矿化层为侏罗纪西山尧组的下部[14,15]。以往的研究在矿体空间分布的 delineation、层间氧化带的宏观特征识别及成矿模型建立方面取得了重要进展[16,17,18,19]。然而，关于砂岩系统内部连续氧化还原变化对矿物学和地球化学响应的关键科学问题仍缺乏系统研究。本研究对孟奇格尔矿床的层间氧化带进行了全面的地球化学调查，通过结合岩石学观察和对氧化还原敏感元素、铀矿物及粘土矿物的系统分析，（1）刻画了各蚀变带的地球化学特征，（2）阐明了氧化还原过程中铀及相关元素的迁移和富集行为。这些结果为伊犁盆地南部砂岩型铀矿床的成矿机制提供了新的认识，并为周边地区的勘探提供了理论和实践指导。

2. 地质背景
2.1 区域地质
伊犁盆地（图1）位于新疆省西北部的伊犁河沿岸，面积约16,000平方公里，向西延伸至哈萨克斯坦。该盆地南界为查布查尔山脉，北界为克古钦山脉[14,16]。从构造上看，伊犁盆地属于天山造山带西部，是伊犁-哈萨克斯坦板块的一部分[14,15]。该盆地为中生代-新生代山脉间的盆地，起源于古生代弧间裂谷。伊犁盆地的基底岩主要由晚古生代的中性至酸性火山岩和火山碎屑岩组成，其中含有少量元古代花岗岩。这些基底岩富含铀，被认为是矿床中铀矿化的原始来源[14,15]。盆地盖层包括上三叠统的小匡沟组、中-下侏罗统的水西沟组以及白垩纪-新生代的红色沉积物。小匡沟组以厚层粘土岩为主，局部含有砂岩和页岩[20]；水西沟组由砾岩、砂岩、页岩和煤组成；白垩纪-新生代的红色沉积物则主要为红色砾岩和砂岩。

2.2 矿床地质
孟奇格尔矿床位于新疆乔布查尔锡伯自治县孙才奇努罗奥乡。地质上，它位于伊犁盆地中南部[14]，处于东部活动斜坡带与西部稳定构造区之间的过渡带（图2）。该矿床位于扎吉斯坦背斜的东南侧，地层倾角为6°至8°，局部变化范围为45°至48°。矿床中的铀矿化主要发生在侏罗纪水西沟组内。该组以灰色含煤沉积岩为特征，形成于潮湿气候条件下。从底部到顶部，水西沟组可划分为三个地层：八道湾组、桑公河组和西山尧组。桑公河组属于扇三角洲系统[21]，其下部由泥岩和粉砂岩组成，向上逐渐过渡为粗粒砂岩和砂砾岩（图4）；西山尧组则属于扇三角洲平原-蜿蜒河流沉积体系[22]，下部为主灰色粗粒砂岩，中部含有夹层煤层，上部由灰色粗粒砂岩和含砾砂岩构成（图4）。这些含煤地层为有机质的富集提供了物质基础，这对后续矿化过程中的还原屏障形成至关重要[18]。

孟奇格尔矿床具有发育良好的褶皱和断层。主要断层结构包括F1、F2和F3（图3a,b）。走向EW-NE的F1是控制盆地边界的主要断层，将南部的查布查尔山脉与北部的伊犁盆地分隔开来；走向NE的F2是F1的次级断层；F3是一条左旋走滑推覆断层，将东南部的孟奇格尔矿床与西北部的扎吉斯itan矿床分隔开（图3a,b）。这些断层显著影响了地下水流动及Menqiguer地区的层间氧化带的发育。在孟奇格尔矿床中，层间氧化带发育于中-下侏罗统的松散砂岩中，受构造、岩相-岩石类型、地下水动力学系统及还原剂分布的控制。实地研究表明，矿床中可识别出四个层间氧化带，包括桑公河组和下西山尧组中的氧化带（图4）。其中，下西山尧组的氧化带规模最大、分布最广，因此成为本研究的主要研究对象。该氧化带贯穿整个矿床，长度约23公里，宽度在200至8000米之间。在扎吉斯itan剖面（图3b）中，下西山尧组的砂岩层平均厚度约为20.6米，层间氧化带沿砂岩层从西南向东北逐步发育。氧化带长度约为3公里，宽度在800至3800米之间，厚度在0.3至21米之间；埋藏深度在70至450米之间，总体呈南部和西部较浅、北部和东部较深的趋势。

2.3 铀矿化
下西山尧组中的铀矿化严格受层间氧化带的控制。铀矿体通常围绕S形层间氧化带的尖灭线形成（图3a），因此矿体形态复杂。根据矿体规模和形态的差异，下西山尧组中的矿体可划分为西部、中部和东部三个区域。西部矿体受到晚期NE向水动力系统的影响，整体连续性较差（图3a）。在剖面（图5）中，矿体呈短条状、板状或透镜狀，宽度较窄。中部区域包含两个矿区：南部和北部。南部矿区呈孤立分布，主要为层状或片状矿体（图3）；北部矿区为主要矿区，呈不规则条带状，形态复杂（图5）。在剖面（图5）中，矿体主要呈卷Front状。东部矿体仅呈不规则条带状，向东北方向延伸（图3），主要为板状矿体，连续性较好（图5）。

3. 采样与分析方法
样品主要采集自孟奇格尔矿床的钻芯。根据颜色、岩性和γ射线测试结果（使用HD-200伽马放射仪），选取了强氧化带、中-弱氧化带、过渡带（矿区）及原始未改变带的砂岩样品。下西山尧组样品中的全岩主要元素和氧化还原敏感元素（U、Th、C、S、Fe2+和Fe3+）在核工业第二一六研究所进行了分析。主要元素采用波长色散X射线荧光光谱仪（Axios mAX）进行分析，相对误差低于5%；分析方法符合GB/T 14506.28-2010标准[23]。氧化还原敏感元素使用NexION350X ICP-MS和HCS-801S分析仪（PerkinElmer，美国马萨诸塞州沃尔瑟姆）进行分析，具体分析方法参照GB/T 14506.30-2010（U和Th；[24]）、GB/T 19145-2022（C；[25]）、GB/T 14506.13-2010（S；[26]）、GB/T 14506.14-2010（Fe2+；[27]）和GB/T 14506.28-2010（Fe3+；[23]）。定量矿物学分析使用PANalytical X’PRO MPD设备（40 kV，40 mA，Cu-Kα射线）进行，遵循SY/6201-1996标准协议。粉末样品的相丰度通过Rietveld精修方法确定。为识别粘土矿物，先去除有机物和碳酸盐，然后通过离心沉降分离出<2 μm的颗粒。这些样品是使用“滴管在载玻片上”的方法制备成定向团聚体的，以增强基部反射，并从3°到30°进行扫描。基于扫描电子显微镜（SEM）的岩石学和矿物学分析在华东理工大学的核资源与环境国家重点实验室进行。样品使用光学显微镜和FEI-Nova Nano-SEM 450扫描电子显微镜（SEM，FEI Czech s.r.o.，捷克布尔诺）进行了检查。铀矿物的主要元素、微量元素和稀土元素分析是通过电子探针分析（EMPA）进行的，结果以氧化物的重量百分比表示。使用的电子探针分析仪是JEOL JXA 8100（JEOL Ltd.，日本东京）。分析条件为15 kV的加速电压和20 nA的束流电流，束径为2 μm。使用的标准样品包括：SiO2-石榴石、CaO-白云石、FeO-赤铁矿、Al2O3-黑云母、MnO-红柱石、P2O5-磷灰石、TiO2-Ti、UO2和ThO2-U-Th-Pb氧化物、PbO-方铅矿、La2O3-独居石、Ce2O3-独居石、Pr2O3-镨、Nd2O3-钕、Sm2O3-钐、Eu2O3-欧铕、Gd2O3-钐、Tb2O3-铽、Dy2O3-镝、Ho2O3-钬、Er2O3-铒、Tm2O3-铥、Yb2O3-镱、Lu2O3-镥、Y2O3-钇和Zr2O3-锆。

4. 结果
4.1 岩石分带
根据岩石学特征、矿物组合和地球化学指标，西山尧组的层间氧化带可以分为四个区域（图6a）：强氧化区（图6b）、中弱氧化区（图6c,d）、过渡区（图6e,f）和未改变区（图6g）。图6：(a) Mengqiguer矿床典型层间氧化带的示意图；(b–g) Mengqiguer矿床的典型岩芯样本；(h–l) Mengqiguer矿床不同区域砂岩样本的光片。强氧化区的岩石主要为黄色、红色和黄褐色（图6b）。亚铁矿物被广泛氧化为褐铁矿（图6h）、赤铁矿和其他铁矿物。赤铁矿通常分散在粘土矿物中。有机物，包括碳质碎片，几乎不存在。石英颗粒显示出腐蚀特征，原始的块状菱铁矿观察到已被氧化成赤铁矿（或褐铁矿）聚集体。中弱氧化区的岩石主要为浅黄色至黄白色（图6c,d）。大多数低价铁矿物被氧化为褐铁矿和褐铁矿（图6i）。该区域的有机物大部分被氧化，只留下少量的炭化植物残余物（图6i）。过渡区的岩石主要为灰色至黑色（图6e,f）。这一区域对应于铀矿化区。由于碳质碎片的增加，高品位矿石呈现灰黑色至黑色（图6k）。在钻孔岩芯中，沿走向观察到了不完全暴露的灰白色漂白带，岩石显示出强烈的高岭石化现象。黄铁矿和褐铁矿共存，黄铁矿占主导地位并具有多种形态（图6j）。碎屑黄铁矿通常呈自形，而自生的黄铁矿呈结节状或草莓状聚集体。黄铁矿也作为孔隙填充物存在。在矿化阶段还能发现细粒赤铁矿脉（图6k）。该区域富含炭化植物碎片和有机物（图6k）。这个区域具有滚 front 矿床前锋和相关元素富集现象。未改变区的岩石为灰色至浅灰色（图6g）。长石总体上显示出轻微的高岭石化现象。石英颗粒较为纯净，某些情况下有轻微腐蚀。铁矿物主要以低价态存在，以黄铁矿为主，伴有少量菱铁矿（图6l）。在未改变区，常见的有带状和块状的碳质碎屑。

4.2 黏土矿物
碎屑成分占砂岩的90%左右，包括69%至80%的矿物颗粒和10%至20%的岩石碎屑。矿物颗粒主要是石英（35%至60%），钾长石（11%至20%）是次要成分（图6h–l）。这些碎屑颗粒形状不规则，圆度较差。间隙物质由超过90%的基质和不到10%的胶结物组成。基质主要由黏土矿物构成，胶结物主要包含碳酸盐，少量铁和硅质矿物。X射线衍射分析表明，Mengqiguer矿床中的黏土矿物包括高岭石、伊利石、伊利石-蒙脱石混层、蒙脱石和绿泥石。高岭石呈片状（图7A）、蛭石状（图7B）和小册子状（图7C）。它主要填充颗粒间的孔隙，少量存在于颗粒表面，如钾长石。伊利石主要以锋利的薄片和毛发状的纤维形式存在（图7C），附着在小册子状高岭石上，或以片状形式存在于颗粒表面。绿泥石主要以细片状和针状晶体存在（图7D），与高岭石共存。图7. Mengqiguer矿床中不同形态高岭石的扫描电子显微镜图像。(A) 片状，(B) 蛭石状，(C) 小册子状，(D) 与伊利石和绿泥石共存的小册子状。表1列出了西山尧组中黏土矿物的相对含量。高岭石和伊利石是Mengqiguer矿床中的主要黏土矿物。高岭石含量在氧化区最高（分别为85.1%和91.3%），在过渡区和未改变区较低（分别为78.7%和80.0%）。伊利石的分布模式与高岭石相似。相比之下，伊利石-蒙脱石（I/S）混层黏土的相对含量变化呈相反趋势。氧化区（强氧化：4.59%；中弱氧化：0.80%）的I/S混层黏土含量显著低于过渡区（11.8%）和未改变区（7.95%）。

4.3 全岩主要元素
分析了Mengqiguer矿床西山尧组下部成员的110个样品。这些样品包括来自强氧化区的28个样品、中弱氧化区的29个样品、过渡区的27个样品和未改变区的26个样品，结果见表2。表2. 西山尧组下部成员样品的全岩主要元素组成（重量百分比）。全岩主要元素组成在氧化还原梯度上显示出系统变化。SiO2是所有样品中的主要氧化物，在氧化区的中位数最高（85.68%至86.47%），而在过渡区和未改变区较低（约84.44%）。相比之下，Al2O3在过渡区达到最高中位数（10.51%），表明在氧化还原边界处富集。总铁（Fe2O3t）和FeO从未改变区向氧化区减少，而Fe2O3/FeO比值显著增加，在强氧化区达到最大值。Na2O含量在所有区域都保持较低（0.10–0.18%）。K2O在过渡区的值较高（中位数2.29%），而K/Na比值在氧化区较高。Al2O3/TiO2比值也在过渡区达到峰值。CaO在氧化区变化显著，而MgO、MnO和P2O5的变化较小。总体而言，主要元素和地球化学比值从氧化区到未改变区显示出明显的氧化还原控制趋势。

4.4 铀矿物
在Mengqiguer矿床中，铀矿物以铀铁矿、咖啡矿和布兰纳矿为主，少量含有卡诺铁矿和特罗格铁矿。这些四价铀矿物主要分散在砂岩的间隙空间、碎屑颗粒内的微裂隙以及碳质碎屑的孔隙中，经常出现在黄铁矿内或周围的微裂隙中（图8a–d）。Mengqiguer矿床中铀矿物的化学组成见表3并在图9中绘制。通过电子探针微分析获得了33个铀铁矿、18个咖啡矿和10个布兰纳矿的样本。这些分析的总氧化物含量范围为75.82%至99.97%。一些分析显示总含量较低可能是因为这些铀矿物结构中存在U6+，以及孔隙的改变和发展，还有未分析的元素[28,29,30,31]。图8. 与黄铁矿相关的不同铀矿物的SEM图像。(a) 自形至亚自形的黄铁矿（Py）和辉铋矿（Pit）包含在石英（Q）颗粒中；(b) 布兰纳矿（Bran）和黄铁矿（Py）填充在石英（Q）的微裂隙中；(c) 辉铋矿（Pit）、咖啡矿（Cof）和黄铁矿（Py）包含在单个石英（Q）颗粒中；(d) 共生在石英（Q）颗粒中的黄铁矿（Py）和咖啡矿（Cof）。表3. Mengqiguer矿床西山尧组下部成员中铀矿物的EMPA主要元素组成（重量百分比）。图9. Mengqiguer矿床中铀矿物组成的二元图。UO2与(a) SiO2（%），(b) TiO2（%），(c) CaO（%），(d) P2O5（%）的关系。这三种矿物具有不同的成分特征。铀铁矿（n = 33）的特征是UO2含量高，范围为70.47%至88.51%（中位数86.30%），少量的PbO（中位数0.16%）以及相对较低的替代元素含量，如SiO2（中位数1.24%）、TiO2（中位数0.95%）和Fe2O3（中位数1.03%）。CaO是主要次要成分，中位数4.12%。ThO2通常低于检测限，仅有两个异常值，分别为3.22%和2.79%。相比之下，咖啡矿（n = 18）的特点是硅含量高，SiO2含量范围为12.21%至35.92%（中位数19.94%）。UO2含量明显低于铀铁矿，范围为32.54%至71.59%（中位数56.13%）。次要氧化物含量一般较低，包括TiO2（中位数0.44%）和Fe2O3（中位数0.61%），而P2O5（中位数3.66%）较为显著。布兰纳矿（n = 10）的UO2浓度最低（中位数42.66%），其特征是钛含量高。TiO2是主要成分，范围为12.72%至57.34%（中位数27.43%）。其他显著成分包括Fe2O3（中位数4.79%）和SiO2（中位数5.35%）。与咖啡矿类似，ThO2也经常被检测到。

4.5 氧化-还原敏感元素
层间氧化系统中不同区域的氧化还原敏感元素的浓度总结在图10中，并列在表4中。结果显示U、S、有机碳、Fe2+和Fe3+在氧化还原梯度上呈系统变化。随着氧化强度的增加，U、S和有机碳显著减少，而Fe3+/Fe2+比值增加。图10. 氧化还原敏感元素及其比值的关系箱线图。表4. Mengqiguer矿床西山尧组下部成员样品的氧化还原敏感元素含量及相关比值。在原始未改变的砂岩中，U的含量范围为0.18 ppm至90.7 ppm（中位数15.0 ppm），S的含量范围为0.09%至3.84%（中位数0.09%），有机碳的含量范围为0.02%至4.93%（中位数0.26%）。Fe3+/Fe2+比值在0.01至5.67之间（中位数0.75）。在强氧化区，U（0.62 ppm至21.7 ppm，中位数4.43 ppm）、S（0.001%至0.29%，中位数0.01%）和有机碳（0.003%至1.74%，中位数0.12%）由于强烈的氧化作用而达到最低值。在中弱氧化区，这些元素相对于强氧化区有所增加，U的范围为3.40至71.4 ppm（中位数21.1 ppm），S的范围为0.001%至0.52%（中位数0.05%），有机碳的范围为0.02%至0.55%（中位数0.21%）。在氧化还原过渡区（矿化区），U（92.2 ppm至9596 ppm，中位数423 ppm），S（0.01%至3.84%，中位数0.09%）和有机碳（0.08%至3.82%，中位数0.30%）达到最高浓度。相比之下，过渡区和未改变区的Fe3+/Fe2+比值显著低于氧化区。过渡区和未改变区的Fe3+/Fe2+中位数分别为0.80和0.75，而强氧化区和中弱氧化区的分别为2.63和1.31。

5. 讨论
5.1 高岭石的成因类型
高岭石是西山尧组中的主要黏土矿物。先前的研究表明，高岭石的形态特征可以反映其成因类型、形成环境、构造背景和流体特征[31,32,33,34,35,36]。具体来说，盆地下沉期间形成的成岩高岭石通常以小册子状、蛭石状或假六边形板状形式存在于岩石孔隙中[37,38,39]。在未改变的砂岩中，高岭石颗粒呈片状（图7A）、小册子状（图7B）和蛭石状（图7C），表明形成于相对稳定的埋藏成岩作用，而不是晚期表的改变[36]。高岭石是砂岩中水-流体相互作用的特征产物，其形成是在酸性环境下的pH控制反应。这种酸性流体包括富含CO2的 Meteoric water 和来自源岩热演化的含烃流体[40,41]。H-O同位素组成表明，在未改变的岩石中形成高岭石的流体主要由meteoric water（大气降水）主导[16,18]，仅有少量的有机流体参与。与高岭石共存的矿物的同位素地球化学特征也可以用于限定高岭石的成因解释[40]。在孟家沟砂岩中，成岩自生矿物组合相对简单，主要由粘土矿物组成，其中含有少量的方解石和白云石胶结物。这些方解石和白云石胶结物的C和O同位素组成与沉积有机物的脱羧作用一致[18]，这进一步证明了在成岩过程中有机酸流体的参与。总之，未改变的砂岩中的高岭石是通过meteoric和有机流体的共同作用形成的。这些流体富含有机酸，为碱长石的溶解提供了有利条件。在这种酸性流体环境中，碱长石的溶解释放出了碱金属离子（如K+、Na+和Ca2+）以及一部分SiO2。剩余的成分形成了高岭石，而释放出的SiO2则沉淀为自生石英。此外，在孟家沟矿床中还常见伊利石、蒙脱石和/或绿泥石。这些矿物来源于长石的风化，为粘土矿物的形成提供了Al、K、Na和Ca。同时，这些酸性流体对碎屑黑云石的改造和分解也释放了大量Fe2+和Mg2+，促进了绿泥石的形成。

在氧化带中观察到的一些不规则高岭石颗粒被解释为后成因作用形成的高岭石。强氧化带（相对含量为85.1%，n = 11）和中等-弱氧化带（相对含量为91.3%，n = 5）中的高岭石含量明显高于过渡带（78.7%，n = 9）和未改变带（80.0%，n = 41），这表明额外的酸性流体输入促进了氧化带中高岭石的富集。氧化带中丰富的细粒不规则高岭石，以及其在过渡带和未改变带中的稀缺性，表明了成矿阶段后成因酸性流体的富集作用。这些成矿阶段的酸性流体可能还包括meteoric water和有机烃流体，这一结论得到了C-H-O同位素数据[17,42]以及成矿阶段矿物的流体包裹体特征[43]的支持。成矿阶段的高岭石颗粒的δDV-SMOW值范围为?119‰至?48.3‰，相应流体的δ18O值范围为?12.1‰至?4.6‰；成矿阶段方解石的δ13C值范围为17.6‰至24.9‰[17]。在氧化带（从强氧化到中等-弱氧化），早期富含氧的酸性流体穿过含矿层并与围岩中的碱长石持续相互作用。长石的水解释放出K+、Na+和SiO2，从而形成了高岭石类矿物，主要是高岭石和迪基特石。这一过程消耗了H+，导致氧化带pH值逐渐升高，进而使高岭石浓缩。随着流体的不断演化和水-岩比的降低，K+相对富集，进一步增加了pH值。在过渡带和还原带，层状硅酸盐组合从1:1的高岭石转变为2:1的蒙脱石和伊利石/蒙脱石（I/S）混合层，同时蒙脱石和I/S混合层的含量显著增加。

先前的研究表明，孟家沟砂岩型矿床中的铀矿化是一个典型的层间氧化带相关铀矿床[16,17,18]，最初的成矿流体是酸性的，由meteoric water和有机流体混合而成[19,43]。随着矿化的进行，流体pH值逐渐向碱性条件演变[44,45,46]，反映了持续的流体-岩石相互作用和化学缓冲作用。如上所述，氧化带中的高岭石丰度高于过渡带和未改变带，表明早期矿化过程中酸性强流体的主导作用。高岭石的形成归因于富含CO2的大气降水和有机酸流体的酸性水解作用[17,40]，伴随着可移动阳离子（如Na+和Ca2+）的淋失和SiO2的富集。这些过程反映了在氧化和酸性条件下的强烈流体-岩石相互作用。随着流体的持续迁移，长石的水解逐渐消耗了H+，导致pH值逐渐升高。这一演变伴随着氧化带中以高岭石为主的矿物组合向过渡带和未改变带中伊利石和伊利石/蒙脱石（I/S）混合层矿物组合的转变。I/S混合层矿物的富集表明流体系统向弱碱性条件演变[47,48,49]，这与深层储层中的典型成岩环境一致。

同时，流体迁移过程中氧化还原条件也发生了变化。向氧化带迁移的Fe2O3/FeO比值增加反映了Eh条件的升高，在这种条件下铀以可溶性U6+的形式运输。当氧化含铀流体进入过渡带时，遇到了富含有机物、Fe2+和硫化物的还原环境，导致Eh急剧下降，觸发了U6+还原为不可移动的U4+并沉淀出铀矿物。总体而言，孟家沟矿床中的层间氧化系统代表了一个动态的地球化学反应器，其中氧化性的大气降水与还原性的沉积组分相互作用。从酸性-氧化条件到弱碱性-还原条件的逐步演变最终控制了铀的迁移、还原和沉淀过程。

孟家沟矿床是伊犁盆地中高品位铀矿床之一；充足的铀供应对于这种高品位矿床的形成至关重要。在早-中侏罗世期间，伊犁盆地的伸展构造作用，加上温暖、半湿润至湿润的古气候，促进了西山尧组中丰富的有机物质的生成。因此，这些富含有机物的砂岩在沉积和早期成岩过程中促进了铀的同步富集。因此，我们认为西山尧组砂岩是矿化的主要铀来源。原始未改变砂岩中的铀含量范围为0.18 ppm至90.7 ppm（中值为15.0 ppm），而在强氧化带中的铀含量为0.62 ppm至21.7 ppm（中值为4.43 ppm），这表明大约有10.57 ppm的铀被氧化矿物化流体淋失。西山尧组下部原始未改变岩石中的Al2O3/TiO2比值范围为10.2至56.0（平均值为35.4），表明它们来自中酸性和酸性岩石[50]。这些样本也位于中酸性和酸性岩石的区域（图11）。西山尧组的碎屑锆石年龄有三个主要峰值，分别位于300至350 Ma、350至400 Ma和400至450 Ma[51]，这些时期与伊犁地块下方南北天山海洋盆地的侏罗纪弧岩浆作用有关。纳拉提山脉北部边缘和克古沁山脉及博罗霍罗山脉南部边缘出露着花岗岩、中酸性岩石和火山碎屑岩。这些花岗岩类岩石和长英质火山岩不仅为西山尧组提供了碎屑物，由于其高U含量，也成为孟家沟矿床的重要铀来源。图11显示了孟家沟矿床西山尧组下部样品的判别函数图[52]。

孟家沟矿床的形成和演化是一个受沉积环境、构造演化以及有机流体和无机流体相互作用控制的动态过程。侏罗纪期间，伊犁盆地在温暖、湿润至半湿润的古气候条件下处于伸展构造环境中[53,54]。大量来自周围造山带的陆源碎屑沉积物被输送到盆地，形成了西山尧组的含煤岩性。这种沉积环境有利于富有机物质的积累，为矿化提供了还原物质和潜在的铀来源。随着盆地持续沉降，西山尧组内有机物质的逐步埋藏和热成熟释放了大量有机酸流体。这些酸性流体促进了强烈的长石水解作用，形成了蠕虫状和书状高岭石[17,18]。这种改造通过溶解长石并生成次生孔隙显著提高了砂岩的孔隙度和渗透性。新生代期间，伊犁盆地南部边缘的新构造抬升使含矿层暴露于地表[14,15]。含氧的大气降水通过层间含水层渗透到盆地，形成了大规模的层间氧化带。这些氧化流体从围岩中淋滤出铀，并以可溶性铀酰复合物的形式运输铀[17,19,43]。当氧化含铀流体穿过含矿砂岩时，引发了广泛的后成作用改造，形成了特征性的矿物组合，如微晶高岭石、绿泥石化黑云石和碳酸盐胶结物[16,17]。当氧化含铀流体遇到砂岩中的还原环境时，铀沉淀下来。这些还原环境是由丰富的有机物质、煤层甲烷和来自更深含煤层的还原性流体通过断层系统释放的[14,15,19,42,43]。此外，微生物过程可能增强了系统的还原能力。硫酸盐还原细菌可能将硫酸盐还原为氢硫化物，进一步增强了还原环境。在这种条件下，可溶性铀酰复合物迅速被还原为不可移动的U4+物种，导致铀矿物（如铀铁矿和铀云母）的沉淀。总体而言，孟家沟铀矿床代表了一个以有机物质、黄铁矿和铀矿物为特征的成矿系统。该模型强调了构造抬升对铀迁移的控制作用，同时也强调了深层含煤层中还原性流体对整体矿化能力的贡献。通过有机-无机流体的相互作用，铀在氧化还原过渡带中得到了富集，形成了今天所观察到的高品位铀矿床及其独特的矿物学和同位素特征。

孟家沟铀矿床是一种典型的层间氧化带型（滚尺前缘）砂岩铀矿床。它具有全球滚尺前缘矿床的关键诊断特征，同时也表现出盆地特定的特征，完善了成矿模型。与全球代表性滚尺前缘矿床（美国怀俄明州的大分水岭盆地[55,56]；哈萨克斯坦楚-萨里苏盆地的Inkai和Tortkuduk矿床[57]；以及中国鄂尔多斯盆地的Nalinggou[5]和Bayinqinggeli[9,58]矿床）的比较显示了一致的一级成矿框架。这些矿床位于渗透性河流-三角洲砂岩中，周围被泥岩隔水层所包围，位于富含铀的长英质岩株的前陆盆地中。它们还显示出典型的氧化带至过渡带（矿带）再到未改变带的氧化还原分带，铀矿化由滚尺前缘收缩线控制。从地球化学上看，过渡带中的铀、有机碳和硫化物硫含量富集，而Fe3+/Fe2+比值随着氧化进程增加，反映了U6+在氧化流体中的迁移和U4+在还原环境中的沉淀。孟家沟矿床还表现出一些全球代表性滚尺前缘矿床的独特特征。该矿床记录了在埋藏成岩作用和成矿阶段流体-岩石相互作用过程中形成的双成因高岭石模型，这在其他滚尺前缘矿床中较为罕见。孟家沟矿床位于侏罗纪含煤层中，丰富的同期沉积有机物质和煤源烃流体提供了长期的强烈还原屏障[19,43]，这比怀俄明[56]和楚-萨里苏[57]矿床中相对较低的有机物质含量更为显著。此外，孟家沟矿床中的层间氧化和铀矿化直接由新生代伊犁盆地的新构造抬升触发和驱动，这与楚-萨里苏盆地长期的稳定沉降控制和鄂尔多斯盆地Nalinggou矿床的古层间氧化矿化不同。

本研究对伊犁盆地南部西山尧组下部层间氧化带样品进行了综合的岩石学、矿物学和地球化学分析。该系统可以分为四个区域：强氧化带、中等-弱氧化带、过渡带和原始未改变带，每个区域都具有不同的矿物学和地球化学特征。铀矿体严格受氧化还原过渡带的控制，在该区域内U、S和有机碳富集。粘土矿物以高岭石和伊利石为主，氧化带中的相对含量较高，而伊利石-蒙脱石混合层矿物则呈现出相反的分布。该矿床中的高岭石具有双重起源：（1）在西山窑组沉积作用过程中，由于长石在酸性条件下的蚀变而形成的层状和蠕虫状高岭石；（2）与含矿酸性流体相互作用相关的表生细粒高岭石。这种组合记录了成矿流体从氧化带的酸性环境向过渡带弱碱性环境的演变过程。铀矿物（主要为铀矿和咖啡铀矿）与黄铁矿密切共生，表明黄铁矿是铀沉淀的关键还原剂。铀主要来源于含铀的砂岩。该矿床中的铀矿化过程受沉积相、新生代构造抬升、有机-无机流体相互作用及氧化还原反应的调控。通过与其他全球滚 frontal 铀矿床的对比分析，我们确认蒙旗沟矿床属于典型的夹层氧化带型砂岩型铀矿床，这一类型符合普遍的成矿模型，并为全球铀矿勘探提供了重要的参考依据。这些结果为砂岩型铀矿的成矿机制提供了重要启示，同时为区域性和全球性铀矿勘探提供了实际指导。