中國北方含煤盆地砂巖型鈾礦找礦模式層序研究

金若時(shí)，覃志安

（中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170）

中國北方含煤盆地砂巖型鈾礦找礦模式層序研究

金若時(shí)，覃志安

（中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心，天津 300170）

在研究中國北方含煤盆地的基礎(chǔ)上，對煤田勘查鉆孔的放射性異常和航空能譜資料進(jìn)行了二次開發(fā)，分析了此種盆地的含礦性特征,建立了砂巖型鈾礦產(chǎn)出的模式地層層序。結(jié)果表明該種鈾礦形成于較還原的環(huán)境中，具有還原性質(zhì)的灰色砂巖層才是找礦的目標(biāo)層位；鈾礦成礦的含煤盆地按其形成的構(gòu)造環(huán)境分為三類，在不同地質(zhì)時(shí)期，地球上不同緯度的環(huán)境演化和盆地所處的大地構(gòu)造位置是控制鈾礦成礦作用分帶的基礎(chǔ)條件。

中國北方；含煤盆地；砂巖型鈾礦；模式地層；放射性異常鉆孔

砂巖型鈾礦數(shù)量多而且規(guī)模較大，根據(jù)1999年度紅皮書公布的資料[1]，到1999年1月1日為止，砂巖型鈾礦資源量處于第二位，僅次于在澳大利亞和加拿大兩國占統(tǒng)治地位的不整合型鈾礦。據(jù)鄭大瑜①，全球現(xiàn)有鈾礦床1412個(gè)，其中砂巖型鈾礦為566個(gè)，主要分布在哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦、美國、澳大利亞等15個(gè)國家。由于地浸開采成本低，各國對地浸砂巖型鈾礦進(jìn)行研究、勘查、開發(fā)的興趣越來越大，地浸砂巖型鈾礦勘查、開發(fā)數(shù)量和產(chǎn)量均在30%以上。

1 砂巖型鈾礦找礦及研究進(jìn)程

美國于上世紀(jì)三十年代就發(fā)現(xiàn)砂巖型鈾礦床并系統(tǒng)地總結(jié)了其成礦規(guī)律[2]，前蘇聯(lián)在上世紀(jì)五十年代發(fā)現(xiàn)了砂巖型鈾礦床[3]。美國和前蘇聯(lián)對砂巖型鈾礦床的研究起步早，研究程度最高。美國地質(zhì)學(xué)家在砂巖型鈾礦的發(fā)現(xiàn)和勘查過程中，對該類礦床的成礦物質(zhì)來源、礦床成因、地質(zhì)識別依據(jù)等進(jìn)行了深入的研究和系統(tǒng)總結(jié)，建立了“卷狀鈾礦床”的成礦模式[3]。前蘇聯(lián)鈾礦地質(zhì)工作者以中亞大量礦床實(shí)例為基礎(chǔ)，提出“次造山帶控礦理論”，建立了“層間滲入成礦理論”和“水成鈾礦床成礦理論”[3]。原蘇聯(lián)解體后，俄羅斯加強(qiáng)了古河道砂巖型鈾礦的勘查、研究力度，相繼發(fā)現(xiàn)了“外烏拉爾式”、“外貝加爾式”古河道砂巖型鈾礦，并建立了相應(yīng)的成礦理論和找礦模式[3]。

我國鈾礦地質(zhì)科研人員在上世紀(jì)五六十年代提出了砂巖型鈾礦概念，但由于沒有形成系統(tǒng)的理論致使我國鈾礦找礦最終還是在國外砂巖型鈾礦理論的指導(dǎo)下進(jìn)行[4]。上世紀(jì)90年代以后，砂巖型鈾礦的找礦理論與找礦技術(shù)引進(jìn)我國，通過引進(jìn)、消化、吸收前蘇聯(lián)和美國地浸砂巖鈾礦成礦理論、找礦技術(shù)方法，初步掌握了砂巖鈾礦的基本成礦理論和勘查技術(shù)方法，陸續(xù)開展了一些地浸砂巖鈾礦的區(qū)域成礦預(yù)測、戰(zhàn)略選區(qū)、普查勘探等專題性研究及地質(zhì)勘查工作。例如，核工業(yè)216大隊(duì)在新疆伊犁盆地首次實(shí)現(xiàn)了中國地浸砂巖型鈾礦重大突破，發(fā)現(xiàn)并提交了中國第一個(gè)萬噸級可地浸砂巖型鈾礦床，使該盆地成為我國第一個(gè)地浸砂巖鈾資源開采基地[5]。近十年來核工業(yè)208隊(duì)等在鄂爾多斯盆地東北部、二連盆地、巴音戈壁和松遼盆地南部等也取得了較大突破，先后發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)大型砂巖型鈾礦床[6]。2011年4月中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心、中央地勘基金中心和內(nèi)蒙古國土資源廳在天津簽署了華北地區(qū)鈾礦選區(qū)綜合研究協(xié)議，同年7月又在

天津組織召開鈾礦找礦選區(qū)研討會，內(nèi)蒙古地質(zhì)調(diào)查院在會上介紹了第一批二連盆地兩個(gè)靶區(qū)的選區(qū)成果。2011年中央地勘基金組織內(nèi)蒙古自治區(qū)東勝煤田普查時(shí)，發(fā)現(xiàn)并勘查了大營鈾礦[9]。2012年以來，根據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局的安排，天津地質(zhì)調(diào)查中心部署開展了“我國主要盆地煤鈾等多礦種綜合調(diào)查評價(jià)”計(jì)劃項(xiàng)目?，F(xiàn)已對中國北方二十多個(gè)含煤盆地的煤炭勘查資料進(jìn)行了二次開發(fā)，發(fā)現(xiàn)了一批放射性異常鉆孔，圈定了幾十個(gè)與含煤地層有關(guān)的放射性異常區(qū)。目前正在組織開展鉆探驗(yàn)證工作。

2 賦存砂巖型鈾礦的含煤盆地特征

伊犁盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、鄂爾多斯盆地和松遼盆地是穩(wěn)定地塊上繼承性的開闊盆地[8]。伊犁和準(zhǔn)噶爾盆地內(nèi)的鈾礦產(chǎn)在中生界侏羅系八道灣組（J1b）、三工河組(J1s)和西山窯組（J2x）砂巖中，其中西山窯組（J2x）為主要含礦層。鄂爾多斯盆地內(nèi)的鈾礦產(chǎn)在中生界中侏羅統(tǒng)延安組（J2y）和直羅組（J2z）與下白堊統(tǒng)華池-環(huán)河組（K1h-h）及羅漢洞組（K1l)砂巖中,主礦體一般產(chǎn)在中侏羅統(tǒng)直羅組（J2z）砂巖中[6]。松遼盆地內(nèi)的鈾礦產(chǎn)在中生界下白堊統(tǒng)姚家組（K1y）砂巖中。此類礦床礦體一般賦存在河流-湖泊和三角洲相砂體內(nèi)。在這種開闊的繼承性盆地內(nèi)沉積的砂體相對比較穩(wěn)定,所以形成的礦床規(guī)模也較大。

川井盆地和二連盆地是狹長較開闊的山前盆地。川井盆地內(nèi)的鈾礦產(chǎn)在中生界下白堊統(tǒng)騰格爾組（K1bt）、賽漢組（K1bs）和上白堊統(tǒng)二連組（K2e）砂巖中。二連盆地的鈾礦產(chǎn)在中生界下白堊統(tǒng)騰格爾組（K1bt）、賽漢組（K1bs）和上白堊統(tǒng)二連組（K2e）及新生界新近系砂巖中。此類型礦床的礦體一般賦存在河流或沖積扇相砂體內(nèi)。這種山前盆地一般比較開闊但堆積速度快，生成的礦體形態(tài)不太穩(wěn)定，有的規(guī)模也不小。此類礦床含礦巖石膠結(jié)的較疏松，鈾礦易浸出。

吐哈盆地、德令哈、賽什騰盆地為構(gòu)造帶內(nèi)的山間盆地。吐哈盆地內(nèi)的鈾礦產(chǎn)在中生界侏羅系三工河組(J1s)、西山窯組（J2x）砂巖中。德令哈盆地內(nèi)的鈾礦產(chǎn)在中侏羅統(tǒng)大煤溝組（J2d）。賽什騰盆地內(nèi)的鈾礦產(chǎn)在中侏羅統(tǒng)石門溝組（J2s）中，山間盆地不開闊，一般沉積旋回較發(fā)育，離礦源近，形成的資源較集中。

對比盆地的分類，筆者認(rèn)為在不同地質(zhì)歷史時(shí)期,地球上不同緯度的環(huán)境演化和盆地所處的大地構(gòu)造位置是控制鈾成礦作用分帶的基礎(chǔ)條件，這一觀點(diǎn)和陳祖伊[6]，王仁農(nóng)[9]，童玉明[11]相同。這個(gè)思路明確了鈾礦的找礦方向。

3 砂巖型鈾礦產(chǎn)出的模式地層

中國大量的文獻(xiàn)和地質(zhì)報(bào)告都借鑒美國的研究成果，將砂巖型鈾礦的產(chǎn)出部位確定為氧化帶的前鋒帶，并將礦床的成因認(rèn)定為層間氧化帶型[4-6]。筆者通過對含煤盆地大量勘查鉆孔及地層的觀察研究，根據(jù)地層顏色反映的沉積環(huán)境，建立了砂巖型鈾礦賦存的模式地層層序（表1）。

從表1中可以看出，砂巖型鈾礦主要產(chǎn)在②灰色砂巖夾泥巖偶含煤屑（次還原環(huán)境）巖層內(nèi)，這樣的具體事例很多，例如大營鈾礦（圖1），工業(yè)鈾礦體產(chǎn)在直羅組下段下亞段灰色還原帶砂體內(nèi)；也有的產(chǎn)在①暗灰色砂巖或泥巖-黑色煤層（還原環(huán)境）巖層內(nèi)。2012年天津地質(zhì)調(diào)查中心組織寧夏地質(zhì)調(diào)查院和寧夏核工業(yè)地質(zhì)勘查院在寧東地區(qū)鉆探驗(yàn)證鈾礦靶區(qū),在6個(gè)礦區(qū)施工6個(gè)鉆孔，4個(gè)鉆孔見砂巖型工業(yè)鈾礦層，1個(gè)鉆孔見鈾礦異常，其主要見礦層位

也是中侏羅統(tǒng)直羅組的灰色砂巖。

表1 砂巖型鈾礦產(chǎn)出的模式層序Table 1 Model stratigraphic sequence of the sandstone-hosted uranium

這些事實(shí)表明砂巖型鈾礦是富鈾流體滲透到還原環(huán)境的砂體內(nèi)時(shí),伴隨著流體氧化砂體，砂體還原流體和高價(jià)鈾而發(fā)生的氧化還原作用，使鈾變?yōu)榈蛢r(jià)發(fā)生沉淀而形成。這個(gè)過程是在較還原的環(huán)境中進(jìn)行，并沒有“一次大規(guī)模區(qū)域性的二次氧化作用”[2]。另外，鈾礦還可以通過潛水滲透作用形成。

總之，筆者認(rèn)為，尋找砂巖型鈾礦的目標(biāo)層位應(yīng)該是具有還原性質(zhì)的灰色砂巖層，找礦的鉆孔施工必須給予高度重視。

4 結(jié)論

(1)在本次砂巖型鈾礦的找礦工作中，筆者將鈾礦成礦的含煤盆地按其形成的構(gòu)造環(huán)境分成了三類，并對這些盆地的含礦性作了初步討論，盆地類型對鈾礦形成和富集規(guī)律的控制還需要從全球角度系統(tǒng)研究。針對鈾礦成礦條件劃分沉積盆地類型，研究不同類型沉積盆地對賦礦砂體的控制關(guān)系，確定成礦作用形成的有利條件也是今后的重要任務(wù)。

（2）建立了砂巖型可地浸鈾礦含礦模式地層層序，認(rèn)為含煤盆地中具有還原性質(zhì)的灰色砂巖層才是找礦的目標(biāo)層位。系統(tǒng)總結(jié)鈾礦賦存砂體的沉積序列、沉積建造和沉積相系特征，同時(shí)搞清鈾礦的成礦作用及找礦標(biāo)志，建立鈾礦的成礦模式和找礦模式，都是今后的研究方向。

(3)基于上述認(rèn)識和大量煤田勘查資料,天津地質(zhì)調(diào)查中心在新疆、青海、內(nèi)蒙古、河北、山西、河南、黑龍江等省/自治區(qū)的主要含煤盆地，部署開展了一批鈾礦靶區(qū)鉆探驗(yàn)證項(xiàng)目。我國北方諸多中新生代盆地尚有很大的找礦潛力，其含煤地層巖系鉆孔中存在大量的放射性異常，具有尋找新類型鈾礦新層位和新礦區(qū)的希望。可以預(yù)期，在今后一段時(shí)間內(nèi)，砂巖型鈾礦在我國鈾資源儲量增長中將繼續(xù)扮演“主角”之一。

圖1 大營鈾礦床地質(zhì)剖面圖（據(jù)焦養(yǎng)泉等[8]）Fig.1 Section of Daying uranium deposit

[1]Nuclear Energy Agency Organization for Economic Co-operation and Development.Uranium 1999, Resources，Production and Demand[M], 2000.

[2]Crawlry Richard A.Sandstone Uranium Deposits in the United States:A Review of the History,Distribution, Genesis,Mining Areas and Outlook[M].U.S.Department of Energy Assistant Secretary for Nuclear Energy Grand Jenction Area Office,Colorado,Match.1983.

[2]Лyчинин,И.И.,Пeшкoв,П.А.,Дeмeнтьeв,П.К.,趙鳳民.外烏拉爾和外貝加爾古河道中的鈾礦床[J].國外鈾金地質(zhì),1993,10(1):20-24.

[4]王正幫.國外地浸砂巖型鈾礦地質(zhì)發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].鈾礦地質(zhì)，2002,18(1):9-20.

[5]劉武生，賈立成.伊犁盆地沉積建造特征及其與砂巖型鈾礦的關(guān)系[J].世界核地質(zhì)科學(xué)，2011,28(1):1-5.

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[8]彭作林，鄭建京，黃華富，等.中國主要沉積盆地分類[J].沉積學(xué)報(bào)，1995.13(2):150-159.

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[10]童玉明.成煤大地構(gòu)造學(xué)[J].地球科學(xué)進(jìn)展，1999,14(3): 312-315.

Study on the Exploration Sequence of Sandstone-hosted Uranium Deposits in North China

JIN Ruo-shi,QIN Zhi-an

(Tianjin Center,China Geological Survey，Tianjin 30070，China)

Based on the study of the coal-bearing basins in north China,we researched the material radioactive anomalies of drillings and aerial energy spectrum in the basins,analysed the ore-bearing features,and established the model stratigraphic sequence of the sandstone-hosted uranium deposit.It is suggested that the uranium deposit form in a deoxidizing environment,and it is grey sandstone form in deoxidizing environment that is the goal stratum for drill prespecting.In different geological period,different latitude environment evolving and basin tectonic position control the ore-forming process.

north China;sandstone-hosted uranium deposit;model stratigraphic sequence;radioactive anomaly

619.14

A

1672-4135（2013）02-0081-04

2013-03-27

中國地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目：華北地區(qū)鈾礦勘查選區(qū)研究（1212011220494）

金若時(shí)（1958-），男，碩士，教授級高級工程師，長期從事礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查工作。通訊作者覃志安（1962-），男，博士，教授級高工，長期從事礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查和研究工作，E-mail:tjqinzhian@sina.com。

①鄭大瑜.層間氧化帶型鈾礦選區(qū)評價(jià)準(zhǔn)則[R]，華北地區(qū)鈾礦選礦區(qū)研究論證會（天津），2012.