二連盆地努和廷鈾礦床成礦作用及成礦模式

李洪軍， 曠文戰(zhàn)

（1.中國地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074；2.核工業(yè)208大隊，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

二連盆地努和廷鈾礦床成礦作用及成礦模式

李洪軍1，2， 曠文戰(zhàn)2

（1.中國地質(zhì)大學(xué)，湖北 武漢 430074；2.核工業(yè)208大隊，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

通過研究努和廷鈾礦床地質(zhì)特征、成礦作用及地球化學(xué)特征，認(rèn)為努和廷礦床為同生沉積后生改造型鈾礦床。晚白堊世二連期湖泊發(fā)育區(qū)控制了礦床定位。礦床成礦作用經(jīng)歷了同生沉積成礦、后生改造和表生作用3個階段，成礦年齡為85 Ma、（41±5）Ma和6～13 Ma。在總結(jié)礦床成礦地質(zhì)特征、成礦作用及地球化學(xué)特征基礎(chǔ)上，建立了努和廷鈾礦床成礦模式。

二連盆地；努和廷鈾礦床；成礦作用；成礦模式

1 地質(zhì)背景

努和廷鈾礦床位于二連盆地烏蘭察布坳陷北西部的額仁淖爾凹陷。石油勘探開發(fā)科學(xué)院常承錄、王大器等對早白堊世額仁淖爾凹陷進(jìn)行了研究，把凹陷分為淖東洼陷帶、中央斷裂構(gòu)造帶和淖西斷階帶［1-2］。努和廷鈾礦床位于中央斷裂構(gòu)造帶中段的鞍部地段（圖 1）。

圖1 額仁淖爾凹陷構(gòu)造綱要圖（據(jù)常承錄，等修改，1990）Fig.1 Structural outline map of Erennaoer sag（Modified after Chang Chenglu， et al.， 1990）

該區(qū)基底地層主要為上元古界艾勒格廟群，巖性為石英巖、絹云石英片巖、混合巖、板巖、灰?guī)r和砂巖等。巖漿巖大面積發(fā)育，主要有二疊紀(jì)灰色、灰白色黑云母花崗巖、花崗閃長巖、鉀長花崗巖（Pγ），白堊紀(jì)肉紅色、淺黃色中細(xì)?；◢弾r（Kγ）。

沉積蓋層主要包括上侏羅統(tǒng)查干諾爾組、下白堊統(tǒng)巴彥花群、上白堊統(tǒng)二連組、古新統(tǒng)腦木根組、始新統(tǒng)巴彥烏蘭組、阿山頭組和伊爾丁曼哈組、漸新統(tǒng)呼爾井組、上新統(tǒng)寶格達(dá)烏拉組和第四系等。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 礦床地層

礦床內(nèi)出露地層有上白堊統(tǒng)二連組、古近系，局部可見第四系；鉆孔中遇到下白堊統(tǒng)巴彥花群賽漢組。二連組是鈾礦體賦存層位，沉積厚度為10～184 m，可分為上、下兩段。上段（K2e2）為灰色、黃綠色、 灰綠色泥巖、鈣質(zhì)泥巖、粉砂巖，具水平紋層理；下段（K2e1）下部為磚紅色砂質(zhì)礫巖、砂巖、泥質(zhì)砂巖、粉砂巖、泥巖，上部為藍(lán)灰色、深灰色細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖，頂部為膏鹽層。

2.2 礦體特征

鈾礦體主要賦存于二連組下段上部灰色泥巖、粉砂巖中，在剖面上呈薄板狀，延伸800～2 600 m。平面上呈不規(guī)則狀，面積大于16 km2，礦化富集中心位于礦床的北東部［3-4］。礦體產(chǎn)狀平緩，略具向下凸出的弧形，北西、南東側(cè)微上翹， 傾角為 1°～2°［1，3-4］。 工業(yè)礦化累計厚度達(dá)0.87～3.99 m。

2.3 礦石特征

努和廷礦床礦石工業(yè)類型以富含黏土礦物的鈾礦石為主。礦石具層狀構(gòu)造、水平紋層理構(gòu)造、裂隙構(gòu)造和浸染狀構(gòu)造等；礦石結(jié)構(gòu)主要有充填結(jié)構(gòu)、交代殘余結(jié)構(gòu)和包含結(jié)構(gòu)等。

根據(jù)顯微放射性照相結(jié)果，電子探針及電子顯微鏡鑒定礦石中鈾的存在形式有兩種：吸附態(tài)和鈾礦物。其中吸附態(tài)是鈾的主要存在形式，鈾呈分散吸附態(tài)分布于泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)及黃鐵礦中；鈾礦物是鈾的次要存在形式，以瀝青鈾礦單礦物形式存在，少量為鈾石。瀝青鈾礦呈不規(guī)則狀分布在泥質(zhì)巖石中；鈾石與含鈾黏土和膠狀黃鐵礦一起分布于砂巖膠結(jié)物中［5-6］。另外。根據(jù)礦石中鈾礦物電子探針數(shù)據(jù)分析結(jié)果，鈾礦物主要以瀝青鈾礦為主（表1）。

3 成礦作用

二連組中鈾礦化嚴(yán)格受巖相控制。產(chǎn)于二連組下段中的努和廷礦床處于湖泊相發(fā)育部位，鈾賦存于湖泊萎縮期的沼澤化沉積層中，含礦巖性主要為深灰、黑色泥巖、粉砂巖，少部分為砂巖。二連組沉積時，充足的鈾源、有利的地球化學(xué)環(huán)境和古氣候條件使區(qū)內(nèi)鈾礦化發(fā)生了大規(guī)模、大范圍的富集。之后的漫長地史時期，杭蓋敖包隱伏凸起上的二次鈾源，在水動力、古氣候和構(gòu)造運(yùn)動等因素的配合變化下，使鈾在有利的二連組下段層位中進(jìn)一步富集或改造，如圖2所示。

3.1 杭蓋敖包隱伏凸起對成礦的作用

該凸起是在早白堊世結(jié)束后形成的，對鈾成礦先后起著形成二次鈾源、充當(dāng)有機(jī)源并提供異地還原介質(zhì)的作用［5］。

表1 礦石中鈾礦物電子探針數(shù)據(jù)Table 1 Electron probe results of uranium minerals in ores

圖2 額仁淖爾凹陷二連組鈾成礦演化示意剖面圖 （據(jù)申科峰修改，1993）Fig.2 Schematic section of uranium metallogenic evolution in Erlian Formation of Erennaoer Sag（Modified after Shen Kefeng， 1993）

3.2 湖泊沉積對成礦的作用

湖泊萎縮期沉積了富含炭屑和黃鐵礦（草莓狀）的深灰色泥巖和粉砂巖，形成了強(qiáng)還原障，有利于吸附和沉淀活化鈾；晚期蒸發(fā)作用強(qiáng)烈，形成富含石膏和方解石的泥質(zhì)巖，鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，濃縮結(jié)晶進(jìn)一步富集。

3.3 包爾斷裂對成礦的作用

該斷裂已被石油勘查證實(shí)，主要表現(xiàn)在巴彥花群。它能使油氣上升運(yùn)移攜帶還原介質(zhì)，創(chuàng)造有利于成礦的環(huán)境；還能保持地下水位長期處于有利成礦層，以便長期接受含鈾含氧水。而蘇崩礦床附近沒有這類斷裂，在凹陷整體抬升沒有接受古近系沉積時水位下降，礦體處于地下水位以上。

3.4 “淖爾”鹽湖沉積形成的泥巖對成礦的作用

該套泥巖是絕對隔水層，它起著保護(hù)鈾礦不受淋失破壞的作用，如杭蓋敖包隱伏凸起上的礦化（811礦化點(diǎn)），就是因?yàn)闆]有這套泥巖而遭受剝蝕，成為二次鈾源。

3.5 “平臺”對成礦的作用

古近系沉積在區(qū)內(nèi)南東部形成了高平臺。它是由二連盆地南部向該凹陷超覆沉積的，在受到新構(gòu)造差異升降后，在礦床南部邊緣形成如今的地貌景觀——“平臺”。構(gòu)成沉積巖性、水質(zhì)類型的變異，使成礦環(huán)境有利；同時既淋濾遷出自身的鈾，又減緩含鈾水蒸發(fā)排泄，使鈾充分富集。

4 地球化學(xué)特征

4.1 巖石地球化學(xué)環(huán)境特征

二連組巖石地球化學(xué)環(huán)境在垂向上具后生氧化—弱還原—原生氧化的特征。

其中二連組上段為黃色巖石，形成于弱氧化古氣候環(huán)境，巖心中多發(fā)育褐鐵礦化，以黃色斑點(diǎn)或條帶狀產(chǎn)出。

二連組下段的下部為紅色巖石，形成于氧化古氣候環(huán)境，上部為灰色巖石，形成于還原古氣候環(huán)境，鈾礦化均賦存在灰色類巖石中。下部紅色類巖石中有機(jī)炭 （Corg）、低價硫（S2-）和全硫（Stot）質(zhì)量分?jǐn)?shù)均明顯低于上部灰色類巖石。

礦體及鄰近圍巖中各環(huán)境指標(biāo)無明顯差異，有機(jī)炭（Ctot）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.20%～0.86%，平均值為0.46%；低價硫（S2-）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40%～0.73%，平均值為0.62%；全硫（Stot）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.83%～1.69%，平均值為1.14%；ΔEh值為31.86～50.50 mV，平均值為40.03 mV。總體反映主含礦層屬于弱還原的沼澤化沉積產(chǎn)物。

4.2 氣體地球化學(xué)環(huán)境特征

在額仁淖爾凹陷開展的7條土壤地球化學(xué)測量剖面上均發(fā)現(xiàn)有烴類異常和H2S異常，異常都分布在灰色巖石帶上［4］。

土壤吸附烴指標(biāo)及比值的總體特征：總烴平均質(zhì)量濃度高，重?zé)N占總烴比例大，重?zé)N組分齊全；干燥系數(shù)（C1/Cn）中等偏低；濕度系數(shù)（C2-4/C1-4）較大； 平衡系數(shù)（C1-5/C3-5）較小。這些特征表明該區(qū)烴類氣體屬油氣藏源成因。

酸解烴分析結(jié)果表明：巖礦石總烴質(zhì)量濃度較高， 平均值達(dá) 8 253 μL·kg-1， 最高值可達(dá) 18 217 μL·kg-1， 重?zé)N占總烴的比例大（22%），重?zé)N組分齊全。巖礦石酸解烴各項指標(biāo)及比值同樣也反映礦床的烴類氣體屬于油氣藏源成因。

4.3 同位素地球化學(xué)環(huán)境特征

黃鐵礦和石膏是努和廷礦床主要的含硫礦物，其中黃鐵礦還是鈾礦石中最常見的金屬礦物［4，6］。根據(jù)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院牛林等提供的分析結(jié)果（1994）［6］， 該區(qū)黃鐵礦和石膏中δ34S差異較大，黃 鐵 礦中 δ34S值為-50.44‰ ～-32.11‰ ； 石 膏 中 δ34S值 為11.5‰～14.9‰。引起硫同位素分餾的主要因素可能與細(xì)菌對硫酸鹽的還原作用有關(guān)，細(xì)菌還原硫酸鹽所產(chǎn)生的硫化氫使硫的同位素32S富集，而在其殘留的硫酸鹽中積聚了34S，由于細(xì)菌具有很強(qiáng)的還原能力，且該區(qū)的硫酸鹽質(zhì)量濃度較高，從而使硫同位素分餾達(dá)到很高的程度，并認(rèn)為，由細(xì)菌還原硫酸鹽所產(chǎn)生的硫化氫為易溶的U6+還原成不易溶解的U4+而富集成礦提供了條件。

5 成礦模式

根據(jù)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院對礦石中瀝青鈾礦單礦物進(jìn)行的U-Pb同位素年齡測定，鈾成礦年齡為85、 40和 10 Ma 3期［6］， 分別與晚白堊世同沉積期及古近紀(jì)、新近紀(jì)內(nèi)部的沉積間斷期相對應(yīng)。其成礦過程可分為同生沉積期、后生改造期和表生期3個階段。

5.1 同生沉積期

在晚白堊世二連組沉積時，在前期填平補(bǔ)齊的基礎(chǔ)上，額仁淖爾凹陷形成了以蘇崩—努和廷—章古音為中心的統(tǒng)一整體，形成了一個統(tǒng)一的地表水、地下水匯集中心；全區(qū)均以沖積扇→濱-淺湖相沉積為主。

蝕源區(qū)含鈾巖體中的鈾通過地表水和地下含氧水被氧化成高價狀態(tài)，以水溶液形式遷移帶入附近封閉-半封閉的蓄水盆地中，從而導(dǎo)致湖水中鈾質(zhì)量濃度增高。

在最大湖泛面或次級湖泛面附近，水中礦化度較低，水質(zhì)類型以碳酸鹽型為主，該期化學(xué)沉積特點(diǎn)主要為碳酸鹽沉積，局部出現(xiàn)低品位鈾礦化。

湖泊萎縮初期，水體變淺，沼澤化、蒸發(fā)濃縮作用增強(qiáng)，水中礦化度和鈾質(zhì)量濃度均增高，水質(zhì)類型以碳酸鹽-硫酸鹽型為主。該時期的早期沉積顆粒較細(xì)，并含大量有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦，形成還原環(huán)境，有利于吸附水中的鈾；干熱的氧化環(huán)境也有蒸發(fā)和濃縮鈾的作用［7］。該時期成礦作用發(fā)生的范圍廣、規(guī)模大，是努和廷主成礦期，發(fā)生時間在85 Ma前后。

湖泊萎縮后期，水中礦化度進(jìn)一步增高，水質(zhì)類型以硫酸鹽型為主，沉積了一套膏鹽層。

湖水面的交替升降，沉積特點(diǎn)出現(xiàn)周期性變化。每次湖泊萎縮沼化期都形成一次鈾礦化，因而在每個湖泛面的上部均出現(xiàn)規(guī)模不等的鈾礦層，最大湖泛面的上部發(fā)育努和廷礦床規(guī)模最大的1號主礦體。

5.2 后生改造期

在古近紀(jì)始新世晚期額仁淖爾凹陷逐漸開始抬升，直到始新世未，該區(qū)已全部升起，區(qū)域上造成了廣泛的沉積間斷。該階段氣候炎熱、干旱，含氧的大氣降水將蝕源區(qū)富鈾巖層中的活性鈾帶出，滲入補(bǔ)給凹陷內(nèi)的含水層。由于抬升剝蝕作用，使部分含鈾入滲水進(jìn)入隔水—半隔水的泥巖、粉砂巖的微裂隙中，并與其中的還原性物質(zhì)發(fā)生作用，使水中的鈾在巖石界面泥巖中富集疊加；同時，油田邊緣的局部區(qū)域，由于構(gòu)造導(dǎo)通，使深部還原性氣液上升，并受到泥巖頂板的阻擋而在泥巖和砂巖含水層的交界處及其周圍聚集，與含水層中的富氧含鈾水發(fā)生作用，形成鈾的進(jìn)一步富集［8］。該階段鈾成礦作用發(fā)生時間為（41±5）Ma。

5.3 表生期

主成礦期后，額仁淖爾凹陷長期處于炎熱-干旱的氣候條件下。在新近紀(jì)中新世受新構(gòu)造運(yùn)動的影響，該區(qū)仍在上升隆起，使晚白堊世地層抬升至地表。當(dāng)時，在干旱氣候和抬升條件下，地下水位逐漸下降，使部分鈾礦體上升到地下水位以上，從而使其免遭含氧地下水的破壞遷移；而在地下水位以下的鈾礦體，由于含水層中普遍為含氧的偏堿性地下水，對含礦層中已形成的部分鈾礦體進(jìn)行改造，使礦石發(fā)生褪色、溶蝕或充填，使鈾礦化分布不均勻，鈾-鐳平衡遭到破壞［8］。這一次改造而形成的鈾礦化為該區(qū)第3期，即表生期成礦作用，其形成時間約為6～13 Ma。

6 結(jié) 論

（1）努和廷礦床定位受到晚白堊世湖泊沉積相控制。

（2）礦體均賦存在上白堊統(tǒng)二連組下段湖泊沉積層中，嚴(yán)格受沉積等時面控制，而不完全受巖性控制，在湖盆中央淺湖沉積區(qū)中含礦巖性主要為泥巖，在兩側(cè)濱湖沉積區(qū)中含礦巖性主要為粉砂巖。

（3）同生沉積是礦床的主要成礦作用方式；表生氧化和油氣上升是成礦期后作用，對礦床起到進(jìn)一步富集和改造作用。

（4）努和廷礦床屬于同生沉積后生改造型鈾礦床。

［1］曠文戰(zhàn)，李洪軍，郝金龍，等.內(nèi)蒙古二連盆地努和廷礦床鈾礦普查2008年度成果報告［R］.包頭：核工業(yè)208大隊，2008.

［2］趙世勤，田 儒，姜曉東，等.額仁淖爾凹陷層間氧化帶型砂巖鈾礦成礦遠(yuǎn)景［R］.北京：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，1994.

［3］彭云彪，于恒旭，王佩華，等.內(nèi)蒙古二連盆地努和廷礦床及其外圍鈾礦普查評價報告［R］.包頭：核工業(yè)208大隊，1996.

［4］徐建章，霍全生，李有民，等.內(nèi)蒙古二連盆地額仁淖爾—腦木根地區(qū)砂巖型鈾礦普查階段性總結(jié)報告［R］.包頭：核工業(yè)208大隊，1994.

［5］彭云彪，申科峰.內(nèi)蒙古蘇右旗額仁淖爾地區(qū)鈾礦普查（資料綜合整理）報告［R］.包頭：核工業(yè)208大隊，1995.

［6］牛 林，黃樹桃，楊貴生.額仁淖爾凹陷努和廷礦床鈾礦化特征［R］.北京：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院， 1994.

［7］羅 毅，馬漢峰，夏毓亮，等.松遼盆地錢家店鈾礦床成礦作用特征及成礦模式［J］. 鈾礦地質(zhì)，2007， 23（4）:193-199.

［8］王志明，李 森，肖 豐，等.二連盆地額仁淖爾凹陷砂巖型鈾礦床水文地質(zhì)條件及層間氧化帶發(fā)育特征［R］.北京：核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，1994.

Metallogenesis and metallogenic model of Nuheting uranium deposit in Erlian Basin

LI Hong-jun1，2， KUANG Wen-zhan2
（1.China University of Geosciences， Wuhan， Hubei 430074，China；2.Geologic Party No.208， CNNC， Baotou， Inner Mongolia 014010， China）

Based on the study on geological characteristics，metallogesis and geochemical features in Nuheting uranium deposit，it is considered that the deposit belongs to syn-sedimentary and epigenetic reworking type.The deposit position was controlled by the lake area developed during Erlian period in Late Cretaceous.Themetallognesishasexperienced threestages， theyaresyn-sedimentary metallogenesis， epigenetic reworking metallogenesis and exogenic metallogenesis.The ore-forming ages are respectively 85 Ma， （41±5）Ma and 6～13 Ma.Based on the summary of metallogenic geological features， metallogenesis and geochemical features， the metallogenic model of Nuheting uranium deposit has been established.

Erlian Basin； Nuheting uranium deposit；metallogenesis； metallogenic model

P619.14；P598

A

1672-0636（2010）03-0125-05

10.3969/j.issn.1672-0636.2010.03.001

2009-10-10；

2009-10-15

李洪軍（1975—），男，遼寧建昌人，在讀工程碩士研究生，高級工程師，長期從事鈾礦地質(zhì)工作。E-mail:208lhj@163.com