塔木素地區(qū)巴音戈壁組上段沉積體系與鈾成礦模式探討

鄧?yán)^燕

（核工業(yè)208大隊，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

巴音戈壁盆地的鈾礦地質(zhì)勘查工作始于20世紀(jì)50年代，進(jìn)入21世紀(jì)以來，該盆地已成為我國砂巖型鈾礦找礦的又一主要地區(qū)，隨著鈾礦找礦工作力度的加大，目前在塔木素地區(qū)已發(fā)現(xiàn)了工業(yè)鈾礦孔44個，顯示出良好的找鈾礦前景。然而對于整個盆地來說，目前鈾礦勘查工作程度仍然很低，對于區(qū)內(nèi)已知鈾礦化成因研究還不夠深入。鑒于這種情況，筆者歸納總結(jié)了塔木素地區(qū)巴音戈壁組上段沉積體系的特征，探討了鈾礦化與沉積環(huán)境的關(guān)系，建立了研究區(qū)巴音戈壁組上段鈾成礦模式，對整個盆地鈾礦找礦工作具有一定的指導(dǎo)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

巴音戈壁盆地位于中蒙交界處，總面積約80 000 km2，盆地鈾成礦的地質(zhì)背景不僅復(fù)雜而且獨特［1］，大地構(gòu)造位置處于華北地臺與天山地槽褶皺系的過渡部位，按板塊觀點，盆地橫跨4個完全不同的大地構(gòu)造單元，位于四大板塊構(gòu)造的結(jié)合部位［1-4］，由西向東，北部橫跨哈薩克斯坦板塊和西伯利亞板塊等兩大板塊，南部橫跨塔里木板塊和華北板塊等兩大板塊。研究區(qū)位于巴音戈壁盆地西南端因格井坳陷中（圖1），該坳陷北緣與宗乃山—沙拉扎山隆起相接，南緣與巴彥諾爾公隆起相鄰，東部呈齒狀插入銀根坳陷之中，坳陷總體呈NE向展布，面積約8 800 km2。

盆地基底由太古界、元古界和古生界等組成。盆地周邊蝕源區(qū)大面積分布著變質(zhì)巖和各個時期的侵入巖，鈾豐度值和浸出率較高［5］。特別是二疊紀(jì)、三疊紀(jì)花崗巖和花崗閃長巖非常發(fā)育，其鈾質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.3×10-6～5.8×10-6， 浸出率達(dá) 30%～70%［6］， 可為區(qū)內(nèi)提供豐富的鈾源。

表1 塔木素地區(qū)沉積蓋層特征表Table 1 Characteristics of the sedimentary cover in Tamusu area

盆地蓋層地層出露不全，主要有中下侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)、上白堊統(tǒng)和第四系（表1），其中下白堊統(tǒng)是盆地蓋層的沉積主體，發(fā)育不全，但厚度較大，由下至上分為巴音戈壁組下段 （K1b1）和巴音戈壁組上段（K1b2）［7］。 其中巴音戈壁組上段是研究區(qū)含礦層位，是本文研究的重點。

2 巴音戈壁組上段沉積體系特征

2.1 下白堊統(tǒng)巴音戈壁組上段沉積體系空間展布

巴音戈壁組上段（K1b2）發(fā)育于斷陷湖盆鼎盛階段［8］，接受來自NW向的扇三角洲沉積，垂向上發(fā)育湖侵體系，水面擴(kuò)大，垂向上整體表現(xiàn)為多個正韻律層疊加的沉積組合。扇三角洲沉積體系發(fā)育在由沖積扇向坳陷內(nèi)延伸的帶狀地帶，靠近蝕源區(qū)發(fā)育大面積扇三角洲平原亞相沉積，向坳陷內(nèi)部逐漸過渡到扇三角洲前緣亞相和前扇三角洲亞相（湖相）沉積（圖 2）。

2.2 巴音戈壁組上段沉積相特征

綜合分析區(qū)域資料、露頭及鉆孔資料，巴音戈壁組上段扇三角洲沉積形成于潮濕溫暖古氣候條件下，西北蝕源區(qū)為其提供了豐富的物源。在溝谷、古構(gòu)造和古地形的約束下，沖積扇直接進(jìn)入淺湖區(qū)形成扇三角洲沉積體系（圖2），可劃分為扇三角洲平原亞相、扇三角洲前緣亞相和前扇三角洲亞相（湖相）。

2.2.1 扇三角洲平原亞相

扇三角洲平原亞相是扇三角洲的重要組成部分，位于塔木素地區(qū)北部，分布于因格井坳陷蝕源區(qū)邊緣附近，總體呈現(xiàn)沖積扇相沉積特征，平面上為彎曲帶狀，呈近EW向展布，分布范圍由下向上逐漸往南部擴(kuò)展，寬度在±10 km。巖性主要為綠色、紅色含礫-礫質(zhì)不等粒長石砂巖、砂質(zhì)礫巖與含礫含砂粉砂巖互層，碎屑分選性、磨圓度差，多呈次棱角狀，雜基含量較高，以雜基支撐為主。為一套泥石流沉積。

2.2.2 扇三角洲前緣亞相

扇三角洲前緣亞相處于扇三角洲平原亞相和前扇三角洲亞相（湖相）之間過渡區(qū)域，是扇三角洲砂體發(fā)育最好的部分，主要見于塔木素地區(qū)陶勒蓋地段鉆孔中，目前區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的工業(yè)鈾礦體均位于該相帶內(nèi)，平面上呈近EW向展布，寬度為0.25～2.5 km。巖性主要為含礫中粗砂巖、粗砂巖，局部夾泥巖及粉砂巖薄層，砂巖的分選性明顯比扇三角洲平原亞相區(qū)砂巖的分選性好，碎屑含量較高，主要為顆粒支撐。此亞相進(jìn)一步劃分為水下分流河道、水下河道間、河口砂壩、水下重力流微相。

水下分流河道：具有與水上分流河道相同的巖性組合特征，區(qū)別在于水下分流河道砂體的上、下層位均為湖相沉積泥巖，而水上分流河道砂體的上部未見典型湖相泥巖覆蓋。通過解釋鉆孔測井測量的視電阻率和自然電位參數(shù)，該微相巖性組合的視電阻率和自然電位曲線多呈不規(guī)則鋸齒狀。

水下河道間：與水下分流河道沉積交替出現(xiàn)，顏色以灰色、深灰色為主，巖性主要為泥巖夾粉砂巖，有機(jī)質(zhì)含量較高，水平層理、波狀層理及小型交錯層理發(fā)育。通過解釋鉆孔測井測量的視電阻率和自然電位參數(shù)，該微相巖性組合的視電阻率和自然電位曲線呈鋸齒狀。

河口砂壩：常見于鉆孔中，其發(fā)育程度不及水下分流河道沉積普遍。具有典型的倒粒序沉積韻律特征，反映扇三角洲進(jìn)積過程中，河口砂體在湖流作用下所形成的由下向上粒度由細(xì)變粗的粒序組合特點。砂體厚度不均一，粒度明顯比分流河道砂體粒度細(xì)，多為中細(xì)砂，其上、下夾湖相泥巖層，局部上覆分流河道沉積砂體。

水下重力流：巖性主要為塊狀礫巖與湖相泥巖互層。通過解釋鉆孔測井測量的視電阻率和自然電位參數(shù)，該微相巖性組合的視電阻率和自然電位曲線多呈漏斗狀或鋸齒狀。

2.2.3 前扇三角洲亞相

前扇三角洲亞相（湖相）位于陶勒蓋地段南部，巖性主要為泥巖、粉砂巖，夾薄層細(xì)砂巖和泥灰?guī)r，發(fā)育水平層理，多見生物碎屑及痕跡，常見雙殼類及螺類化石。通過解釋鉆孔測井測量的視電阻率和自然電位參數(shù)，該亞相沉積組合的視電阻率和自然電位曲線多呈類平直狀。

3 鈾礦化與沉積環(huán)境的關(guān)系

區(qū)內(nèi)目前發(fā)現(xiàn)鈾礦化有砂巖型和泥巖型兩種類型，鈾礦化點主要分布于巴音戈壁組上段扇三角洲沉積體系的前緣亞相中（圖2）。

研究區(qū)發(fā)現(xiàn)的砂巖型鈾礦化均產(chǎn)于扇三角洲中的前緣亞相和平原亞相砂體中，并且主體由水下分流河道砂體構(gòu)成。該微相砂體發(fā)育較為穩(wěn)定，單層砂體厚度10～80 m，大多在10～35 m之間，具備鈾成礦所需的 “三性”要求（即，砂體的成層性、滲透性和連通性）［9］。該沉積環(huán)境內(nèi)砂體層上、下湖相泥巖構(gòu)成了其良好的上、下隔水巖層，即具備較好的砂巖型鈾成礦的 “泥-砂-泥”地層結(jié)構(gòu)條件。在潮濕、濕熱古氣候條件下，該沉積環(huán)境砂體富含有機(jī)質(zhì)和炭屑，非常利于鈾成礦，在晚白堊世烏蘭蘇海組沉積時古氣候條件為干旱—半干旱，地表缺少有機(jī)質(zhì)等還原性組分，這有利于氧化作用的持續(xù)發(fā)生，也有利于鈾的遷移。席狀砂體和河口沙壩砂體的發(fā)育程度明顯比分流河道砂體差，其厚度小、粒度細(xì)，極難達(dá)到鈾成礦作用對砂體的要求。

泥巖型鈾礦化產(chǎn)于水下河道間微相部位，該沉積環(huán)境中的有機(jī)植物和炭屑，有利于鈾元素的吸附、沉淀和富集成礦，但該沉積環(huán)境大多數(shù)沉積厚度較薄，產(chǎn)于此微相中的鈾礦化多與沉積物中的有機(jī)植物、炭屑含量有關(guān)，有機(jī)質(zhì)含量越高，往往品位較高，但厚度較薄。

4 鈾成礦模式討論

塔木素地區(qū)砂巖型鈾礦的形成可歸結(jié)為在沉積成巖預(yù)富集基礎(chǔ)上后生層間氧化改造再富集、還原性熱液流體長期富集改造的成礦模式。

4.1 容礦層沉積成巖鈾預(yù)富集階段

巴音戈壁組上段是斷陷湖盆的擴(kuò)張時期，塔木素西北部蝕源區(qū)富鈾二疊紀(jì)、三疊紀(jì)花崗巖和花崗閃長巖體非常發(fā)育，為盆地提供碎屑物質(zhì)和鈾源。通過統(tǒng)計分析研究區(qū)蓋層白堊系，總結(jié)出下白堊統(tǒng)巴音戈壁組上段鈾含量整體較高，為后期鈾聚集成礦奠定了基礎(chǔ)。

在沉積成巖作用階段，巴音戈壁組上段（K1b2）是在潮濕的古氣候條件下接受沉積的，形成了一套富含有機(jī)質(zhì)等還原劑的灰色巖系，同時出現(xiàn)了還原介質(zhì)的吸附作用和成巖期壓實和固結(jié)作用，使鈾發(fā)生再分配，在沉積相帶有利部位形成鈾的預(yù)富集，并在局部形成一些鈾礦化點帶或鈾異常暈。

4.2 層間氧化作用成礦階段

在湖盆形成的晚期，構(gòu)造出現(xiàn)反轉(zhuǎn)，表現(xiàn)為斷陷轉(zhuǎn)為逆沖抬升，早期形成的巴音戈壁組上段（K1b2）層位逆沖抬升后地層南傾，長期暴露地表并遭受長期的風(fēng)化剝蝕，古氣候由潮濕、濕熱轉(zhuǎn)變?yōu)楦珊?、半干旱，蝕源區(qū)和容礦層的含氧含鈾地下水沿層間砂體源源不斷的滲入，首先經(jīng)過滲透性極好的扇三角洲平原相的分流河道砂體，往盆地中心滲入時經(jīng)過扇三角洲前緣分流河道或河口壩砂體，從而形成由北向南發(fā)育的黃色或紅色多層層間氧化帶。同時，來自蝕源區(qū)和容礦層氧化帶的鈾不斷向承壓水水力梯度降低的方向遷移，隨著滲入水中的氧逐漸消耗，鈾在有機(jī)質(zhì)碎屑及油氣含量較高的層間氧化還原過渡帶被還原、吸附而沉淀下來，在氧化還原界面附近不斷聚集，最終形成層間氧化帶卷狀砂巖型鈾礦化或鈾礦化體（圖3）。同時砂體中的薄層灰色泥巖或粉砂巖夾層由于含有較豐富的有機(jī)質(zhì)和黃鐵礦等還原劑，不斷吸附氧化砂巖中的鈾導(dǎo)致在砂、泥邊界處形成鈾礦（化）體，砂體頂?shù)装甯浇?xì)碎屑巖中的鈾礦化也是這種后生作用形成的。

4.3 還原性熱液流體改造階段

油氣通過斷裂以及裂隙向上運移，很大程度上提高了上部巖石的還原能力，為鈾成礦作用提供了良好的還原介質(zhì)［10］。據(jù)石油系統(tǒng)資料，巴音戈壁組上段存在大片的油田水異常、烴類異常和硫化氫異常，這就表明，該區(qū)在構(gòu)造發(fā)育的局部地段有后期油氣的參與或成礦之后進(jìn)行了后期油氣還原疊加。深部氣體的加入增強(qiáng)了地層的還原能力，使地球化學(xué)障的襯度進(jìn)一步加大，在F2斷裂偏向氧化作用發(fā)育的一側(cè)，促使含氧含鈾地下水中鈾還原沉淀，形成工業(yè)鈾礦體（圖3）。

在研究區(qū)鈾礦石中見有硒鉛礦、斜方硒鐵礦、硒銅藍(lán)、硒銅鎳礦和含硒黃銅礦等一系列硒的獨立礦物，這類硒礦物常形成于中—低溫物理化學(xué)條件。同時砂巖型鈾礦石中的方鉛礦與閃鋅礦等金屬硫化物及礦石中的綠泥石化等蝕變也可能與中—低溫?zé)嵋鹤饔糜嘘P(guān)。鈾的存在形式中見有鈦鈾礦和含鈾鈦鐵礦，砂巖型鈾礦中鈦鈾礦也跟后期的熱液改造作用相關(guān)［11］。對鉆孔中黃鐵礦的硫同位素組成研究認(rèn)為具有明顯的負(fù)值，表明硫很可能來源于生物還原作用。

種種跡象表明，該地段鈾成礦過程中可能有熱液流體的參與或成礦之后進(jìn)行了熱流體的改造。深部油氣體的加入增強(qiáng)了地層的還原能力，熱液作用強(qiáng)化了鈾沉積富集。

5 結(jié) 論

巴音戈壁組上段沉積特點是沖積扇快速入湖前的過渡部位常形成扇三角洲體系，其平原亞相和前緣亞相存在一定厚度的砂體，為砂巖型鈾成礦提供較好的儲礦空間。特別是前緣亞相具有較好的泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)，具有發(fā)育層間氧化帶的條件，在還原劑充足和鈾源豐富的條件下，可以形成一定規(guī)模的層間氧化帶砂巖型鈾礦床。河道間灣中的泥巖、粉砂巖由于強(qiáng)的吸附作用則形成泥巖型工業(yè)鈾礦體。因此，在以巴音戈壁組上段為找礦目的層時，重點應(yīng)放在扇三角洲前緣亞相的水下分流河道微相中，以尋找層間氧化帶砂巖型鈾礦為主攻類型。

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