伊盟和楚薩雷蘇兩成礦區(qū)鈾成礦大地構(gòu)造模式對比

姚振凱,劉 翔

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姚振凱1,劉 翔2

伊盟和楚-薩雷蘇兩成礦區(qū)，是我國和哈薩克斯坦鈾資源規(guī)模最大的成礦區(qū)，其鈾成礦大地構(gòu)造模式的最大共同點是都處在活化區(qū)，同屬活化階段大型自流水盆地，鈾具多次成礦疊加作用；最大差別是富鈾層位大地構(gòu)造屬性不同，鈾成礦期構(gòu)造活化強度有別。伊盟成礦區(qū)富鈾層形成于活化階段早期，巖性巖相變化較大，對形成大型層間氧化帶有不利一面，但活化階段多次強烈隆起，不整合面發(fā)育，在不整合面上的砂巖層內(nèi)，存在有利形成大型層間氧化帶的另一面。工業(yè)鈾成礦作用產(chǎn)生于活化階段中晚期，形成似層狀、透鏡狀礦體為主的礦床。楚-薩雷蘇成礦區(qū)富鈾層位形成于地臺階段，有多個厚大富鈾砂巖層，巖性巖相及厚度穩(wěn)定；在活化階段微弱構(gòu)造作用形成的次造山帶內(nèi)，形成大型卷狀體鈾礦床。

伊盟；楚-薩雷蘇；鈾成礦區(qū)；成礦大地構(gòu)造；模式對比

伊盟成礦區(qū)是我國鈾資源規(guī)模最大、砂巖型鈾礦最多的成礦區(qū)。楚-薩雷蘇成礦區(qū)砂巖型鈾礦儲量和資源量占哈薩克斯坦的60.5%[1]，是全球砂巖型鈾資源量最多的成礦區(qū)。中、哈、俄地質(zhì)學(xué)者對此兩成礦區(qū)已有大量研究成果[2-9]，但對大地構(gòu)造成礦研究較少，筆者在前人成果基礎(chǔ)上，進行兩成礦區(qū)鈾成礦大地構(gòu)造模式對比。

1 伊盟成礦區(qū)大地構(gòu)造位置和鈾成礦演化

1.1 大地構(gòu)造位置

伊盟鈾成礦區(qū)的大地構(gòu)造位置，陳國達等(1994)認為是在殘留的伊陜地臺區(qū)北緣，因受周邊活化區(qū)影響，中生代以來發(fā)生明顯的活化作用[10]。內(nèi)蒙古自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志(1989)把此成礦區(qū)的范疇列入伊盟隆起[11]，黃凈白等(2005)則列入鄂爾多斯鈾成礦區(qū)[12]，都認為其大地構(gòu)造歸屬于華北地臺區(qū)，同時指出華北地臺在中生代經(jīng)歷了活化作用。可見該地域在中生代發(fā)生活化作用的認識是普遍一致的。

筆者認為，由于鄂爾多斯地塊北緣緊鄰的亞歐東西向活化構(gòu)造帶，是一條洲際性多地質(zhì)時代的活化構(gòu)造帶，除使構(gòu)造帶內(nèi)的一些中間地塊產(chǎn)生劇烈活化外，其毗鄰的地盾、地臺也相應(yīng)產(chǎn)生強烈活化作用，形成一系列活化區(qū)。如西西伯利亞地臺南緣活化區(qū)、華北地臺北緣活化區(qū)等[13]。另外，伊盟鈾成礦區(qū)西側(cè)緊鄰中蒙南北活化區(qū)[10]，科馬洛夫(Koмapoв,1978)把此南北活化區(qū)歸為維比爾斯巨型構(gòu)造帶，并認為此構(gòu)造帶穿越亞洲南北，北自北冰洋，經(jīng)俄羅斯西外貝加爾、蒙古中部、中國鄂爾多斯盆地西緣和西藏東緣，再經(jīng)緬甸至印度洋，大體上沿東經(jīng)100°～115°呈南北向展布，南北長約6 500 km，東西寬約500 km[14]。因此，伊盟鈾成礦區(qū)是位于EW向和SN向兩條巨型活化構(gòu)造帶構(gòu)成的大十字型構(gòu)造交匯區(qū)東南緣，本文為其取名為華北活化區(qū)陰山-伊盟隆起區(qū)(圖1)。

圖1 伊盟鈾成礦區(qū)大地構(gòu)造分區(qū)示意圖Fig.1 Tectonic sketch of Yimeng uranium metallogenic region

陰山-伊盟隆起區(qū)，從華北地臺區(qū)或伊陜地臺區(qū)單獨劃分出來，并歸入華北活化區(qū)的主要依據(jù)是：①北部陰山-大青山隆起內(nèi)構(gòu)造-巖漿活化強烈，有大量侵入于太古宙和元古宙古老變質(zhì)巖系的海西期和印支、燕山期花崗巖體；②全區(qū)斷塊斷裂強烈發(fā)育，最為發(fā)育的東西向和北北東向深大斷裂的派生斷裂組成的菱形斷塊廣泛分布，各斷塊之間的構(gòu)造及地貌反差明顯，總體在800～2 000 m的高原地帶；③全區(qū)中新生代活化構(gòu)造層發(fā)育，累計厚度大，褶皺不強烈，區(qū)域變質(zhì)作用弱；④活化構(gòu)造層內(nèi)煤、油氣和鈾等能源礦產(chǎn)豐富，資源量規(guī)模巨大；⑤陳國達(1996)根據(jù)華北地殼區(qū)地學(xué)斷面資料，把陰山-大青山隆起劃歸為華北活化區(qū)陰山地穹列，把河套斷陷也列入華北活化區(qū)[15]。

伊盟鈾成礦區(qū)位于伊盟隆起內(nèi)，該隆起呈東西向展布，自中元古代后長期處于隆起狀態(tài)，直至晚石炭世才重新沉降并接受沉積。出露地層自NE至SW由老變新，NE部為三疊系、侏羅系，SW部多以下白堊統(tǒng)覆蓋，地層累計厚度為1 000～3 000 m。地層褶皺不發(fā)育，產(chǎn)狀平緩，傾角多在10°以內(nèi)?；讛嗔寻l(fā)育，以近EW向斷裂為主，也有近SN、NE和NW向的。隆起的基底凹凸起伏較大，次級構(gòu)造明顯。自北而南劃分出3個次級凸起和凹陷：①烏蘭格爾凸起；②杭錦旗凹陷；③伊金洛旗凸起。在烏蘭格爾凸起的鉆孔內(nèi)見前震旦系，其上有石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系及白堊系超覆。前三疊系在凸起區(qū)埋深約為1 500～1 600 m，在凹陷區(qū)約為2 600 m。在杭錦旗凹陷的白堊系之上有年齡為126 Ma的玄武巖層出露，中新生代地層內(nèi)見有多個角度不整合面。二疊系-下侏羅統(tǒng)內(nèi)有煤層，以東勝煤田著稱。侏羅系內(nèi)有多個含鈾層位，以直羅組含鈾最富，是最重要的產(chǎn)鈾層位。已發(fā)現(xiàn)的砂巖型鈾礦床均產(chǎn)于直羅組內(nèi)，以大營鈾礦床為代表。因此，伊盟鈾成礦區(qū)的大地構(gòu)造單元，歸為華北活化區(qū)陰山-伊盟隆起內(nèi)的伊盟隆起。

1.2 鈾成礦演化

伊盟成礦區(qū)鈾成礦演化與其地殼的大地構(gòu)造經(jīng)歷了前地槽、地槽、地臺和地臺活化階段密切相關(guān)。前地槽和地槽階段是形成鈾源層、體，地臺階段與鈾成礦關(guān)系不密切。地臺活化階段早期形成富鈾砂巖層，鈾成礦作用是在活化階段中晚期形成，是在強烈的燕山-喜馬拉雅構(gòu)造運動期內(nèi)，經(jīng)多期次成礦疊加富集而成。每次鈾成礦作用發(fā)生在活化構(gòu)造隆起之后相對穩(wěn)定的環(huán)境(表1)。

表1 伊盟成礦區(qū)鈾成礦演化Table 1 Tectonic evolution of Yimeng uranium metallogenic region

注：礦石年齡據(jù)參考文獻[2]～[4]。

圖2 楚-薩雷蘇鈾成礦區(qū)大地構(gòu)造示意圖(據(jù)Кисляков Я М，Щеточкин В Н,2000)Fig.2 Tectonic sketch of Chu-Saleisu uranium region

2 楚-薩雷蘇成礦區(qū)大地構(gòu)造位置和鈾成礦演化

2.1 大地構(gòu)造位置

楚-薩雷蘇成礦區(qū)的大地構(gòu)造位置，是在亞歐東西向活化構(gòu)造帶天山造山帶西段卡拉套次造山帶北東緣楚-薩雷蘇大型盆地內(nèi)[5-9]，盆地和成礦區(qū)名稱由楚河及薩雷蘇河水域而得名，面積超出150 000 km2(圖2)。盆地內(nèi)由中生界至下-中新生界組成的地臺蓋層覆蓋，北側(cè)有烏魯套地塊，東北側(cè)為楚-伊犁隆起，南側(cè)有吉爾吉斯山，均為賦存花崗巖類的下古生界地槽層出露區(qū)。西南側(cè)為卡拉套斷隆及控制著錫爾達林鈾成礦區(qū)的中、新生代錫爾達林大型盆地。因而，楚-薩雷蘇和錫爾達林兩成礦區(qū)的大地構(gòu)造和鈾成礦特征十分相似，哈薩克斯坦學(xué)者將其并為楚-薩雷蘇-錫爾達林巨型鈾成礦區(qū)。也有學(xué)者因其位置同處于圖蘭活化區(qū)東緣，稱其為東圖蘭巨型鈾成礦區(qū)。

2.2 鈾成礦演化

鈾成礦演化也經(jīng)歷了前地槽、地槽、地臺和地臺活化4個大地構(gòu)造階段。前地槽和地槽階段形成鈾源層、體，如元古界花崗-變質(zhì)巖層中的花崗巖、新元古界-古生界震旦-寒武系的碳硅質(zhì)板巖和磷塊巖、侵入-火山巖等的鈾含量達(6.9～30)×10-6。另外，西天山卡拉套次造山帶由卡拉套大斷裂分成兩部分，其北為楚-薩雷蘇鈾成礦區(qū)及加里東地槽構(gòu)造層出露，鈾源層、體分布廣，含鈾量高。其南側(cè)為錫爾達林鈾成礦區(qū)及海西地槽構(gòu)造層出露，鈾源層、體相對較少，含鈾量也不及加里東構(gòu)造層。

地臺階段形成多個富鈾砂巖層。年輕的中生代圖蘭地臺東緣鈾成礦具雙面性特色，表現(xiàn)在相對穩(wěn)定性及某些活動性。穩(wěn)定性是富鈾砂巖層巖性巖相變化小、分選性好、砂巖層厚，有利于后生層間氧化帶發(fā)育，為爾后鈾的層間滲入成礦創(chuàng)造了有利的巖性和空間條件?；顒有员憩F(xiàn)在地臺階段中晚期的中-新生代具有明顯的振蕩運動和地裂活動，每次構(gòu)造活動使地槽階段的鈾源層、體內(nèi)鈾轉(zhuǎn)移，形成上白堊統(tǒng)-始新統(tǒng)多個富鈾砂巖層，鈾含量達(5.1～6.3)×10-6。這就是年輕的圖蘭地臺鈾成礦與古老的華北地臺的重要區(qū)別之處。

活化階段喜馬拉雅構(gòu)造運動，使成礦區(qū)地殼拱狀隆升掀斜，經(jīng)長時間多次隆起和鈾活化后，使地臺階段形成的富鈾層內(nèi)鈾活化遷移改造富集。同時，還使地槽構(gòu)造層內(nèi)的鈾強烈活化，通過地表和地下水運移作用，進入地臺階段形成的富鈾層內(nèi)疊加成礦(表2)。層間氧化帶內(nèi)的地下水鈾含量可達n×10-5g/L，或更高。形成層間氧化帶卷狀前鋒帶延伸達數(shù)百km，如門庫都克-英凱帶延伸達400 km，其中有多個大型及超大型鈾礦床。

表2 楚薩雷蘇成礦區(qū)鈾成礦演化

3 兩成礦區(qū)鈾成礦大地構(gòu)造模式對比

依據(jù)活化構(gòu)造成礦理論和鈾成礦演化進程，鈾成礦大地構(gòu)造模式主要有下列5種[16]：

(1)地槽+地臺+活化型，如南非維特瓦特斯蘭德礦床；

(2)地槽+活化型，如烏克蘭基洛夫格勒的米丘林、謝維林礦床、澳大利亞蘭杰礦床；

(3)地臺+活化型，如哈薩克斯坦楚-薩雷蘇鈾成礦區(qū)內(nèi)礦床；

(4)地臺型，如哈薩克斯坦麥洛沃耶礦床；

(5)活化早期+活化中晚期型，如我國伊盟鈾成礦區(qū)內(nèi)礦床。

本文只論述第3種和第5種兩種模式,并對其進行對比。

3.1 地臺+活化型成礦大地構(gòu)造模式

鈾在地臺階段形成未達工業(yè)品級的富鈾砂巖層的鈾預(yù)富集，后在活化階段的活化構(gòu)造成礦作用，使先成富鈾層改造并疊加富集，形成工業(yè)鈾礦床。如楚-薩雷蘇鈾成礦區(qū)內(nèi)一系列砂巖型鈾礦床，就是在地臺階段形成上白堊統(tǒng)-始新統(tǒng)鈾含量達(5.1～6.3)×10-6的富鈾砂巖層。由于圖蘭地臺在地臺階段的地殼震蕩運動，相對較穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境，形成的富鈾砂巖具有層位多、巖性巖相穩(wěn)定、分選性好、厚度大等特征，有利于后成層間氧化帶發(fā)育。在活化階段喜馬拉雅構(gòu)造運動微弱作用下，年輕的圖蘭地臺東緣富鈾砂巖層產(chǎn)生隆升掀斜，形成低于2 000 m的次造山帶，有利于穩(wěn)定的層間氧化帶地下水(局部可能有地下熱水參與)中的鈾淋濾、遷移和富集作用，使先成富鈾砂巖層產(chǎn)生鈾的再次改造疊加富集，形成大型卷狀鈾礦體的工業(yè)鈾礦床，鈾礦石同位素年齡小于25 Ma。礦床平均鈾品位多在0.02%～0.05%,部分礦段可達0.3%～0.4%,個別地段甚至達n%。因此，這種大地構(gòu)造成礦模式，屬全球最年輕的成礦模式之一。由于在中亞哈薩克斯坦及烏茲別克斯坦等國分布廣泛，最具代表性，陳國達(1996)稱之為中亞型大地構(gòu)造成礦模式。

中亞型模式形成的砂巖型鈾礦床主要特征是：①鈾礦床的含礦主巖疏松，成巖固結(jié)度差，鈾礦石平均品位低，但鈾資源量規(guī)模巨大，可用地浸工藝開采，為當(dāng)前經(jīng)濟效益最好的礦床類型；②富鈾層位形成于地臺階段晚期，在剖面上富鈾砂巖層屬地臺構(gòu)造層，層位時代屬中生代晚期至新生代早期，多集中在白堊紀(jì)-古近紀(jì)；③礦石同位素年齡值小，楚-薩雷蘇成礦區(qū)鈾礦石年齡為25～0 Ma，現(xiàn)鈾成礦作用仍繼續(xù)進行。盡管鈾成礦跨越兩個大地構(gòu)造階段，但礦巖時差值仍然很?。虎芑罨A段改造和再造的疊加鈾成礦作用，與不強烈的活化構(gòu)造隆升掀斜關(guān)系密切，表現(xiàn)在斷塊隆起或坳陷上，形成伴有蝕源區(qū)自流盆地的次造山帶，而鈾成礦與侵入體及火山噴發(fā)的巖漿作用關(guān)系不明顯；⑤鈾成礦作用以沉積-成巖、表生淋積、層間氧化帶等外生成礦作用為主，內(nèi)生成礦作用不明顯。

3.2 活化早期+活化中晚期型成礦大地構(gòu)造模式

活化早期+活化中晚期型鈾成礦大地構(gòu)造模式，在中國具有普遍代表性，故陳國達(1996)稱其為華夏型。這種型式是地臺階段未能形成富鈾砂巖層，可能是華北地臺比較古老，且長時期處于較穩(wěn)定狀態(tài)，構(gòu)造活動較微弱，不利于鈾從先成鈾源層、體內(nèi)分化轉(zhuǎn)移出來。富鈾砂巖層及其后的鈾改造和再造疊加成礦作用均發(fā)生在活化階段，即活化階段早期形成未達工業(yè)品級的富鈾砂巖層，在活化階段中晚期在先形成的富鈾砂巖層內(nèi)產(chǎn)生改造和再造鈾成礦疊加富集作用，形成工業(yè)鈾礦床。

伊盟成礦區(qū)富鈾砂巖層是在活化階段早期形成的，工業(yè)鈾礦體則形成于活化階段晚期，同賦存于活化構(gòu)造層內(nèi)。由于活化階段早期燕山構(gòu)造活動劇烈的環(huán)境，致使中侏羅統(tǒng)富鈾砂巖層巖性巖相和厚度不穩(wěn)定、變化大、分選性差，存在不利于形成大型層間氧化帶的一面。但因多次強烈隆升構(gòu)造活動，不整合面構(gòu)造發(fā)育，在不整合面上覆的砂巖層內(nèi)卻存在形成層間氧化帶有利的構(gòu)造另一面。因此，在不整合面上砂巖層的層間氧化帶內(nèi)，在先成富鈾砂巖層基礎(chǔ)上，經(jīng)活化階段中晚期活化構(gòu)造改造和再造成礦作用，形成以板狀和透鏡狀礦體群為主、卷狀礦體為輔的鈾礦床。

華夏型模式形成的砂巖型鈾礦床主要特征是：①華北地臺古老，穩(wěn)定環(huán)境的延續(xù)時間長，在地臺階段未能從地槽階段形成的鈾源層、體內(nèi)，使鈾轉(zhuǎn)移出來形成富鈾砂巖層。因此，富鈾層位及鈾工業(yè)成礦作用均發(fā)生在活化階段，同歸屬活化構(gòu)造層；②活化階段的構(gòu)造運動強度劇烈，構(gòu)造隆起頻繁，不整合面構(gòu)造發(fā)育，在不整合面上覆的砂巖層內(nèi)形成構(gòu)造-層間氧化帶并成礦；③在自流盆地內(nèi)斷凹、斷凸構(gòu)造發(fā)育，斷隆、斷陷幅度大，累計可達數(shù)km，影響層間氧化帶延伸規(guī)模和穩(wěn)定；④富鈾層位時代和鈾礦石年齡，比中亞型的地層老和礦石年齡大，礦巖時差明顯，差值也較大；⑤鈾礦體形態(tài)以似層狀、透鏡狀為主，成群成組產(chǎn)出，厚大卷狀礦體少。

3.3 兩成礦區(qū)鈾成礦大地構(gòu)造模式對比

從上述兩成礦區(qū)鈾成礦大地構(gòu)造成礦模式，看出其最大共同點是：同處現(xiàn)今活化區(qū)，且同屬亞歐東西向活化構(gòu)造成礦帶的亞洲東西向活化構(gòu)造帶，同屬活化階段大型自流盆地構(gòu)造活化所成的層間氧化帶多次疊加富集成礦；成礦區(qū)地殼都經(jīng)過前地槽、地槽、地臺、地臺活化4個大地構(gòu)造階段，地殼成熟度高；鈾成礦期內(nèi)巖漿活動不明顯，富鈾砂巖層成巖性差、滲透性好，所成的鈾礦床屬低品位礦石類型，礦床規(guī)模多為大型或巨型，多可用地浸法開采，屬經(jīng)濟效益特好類型。最大的不同點，是富鈾層位的大地構(gòu)造屬性及現(xiàn)今大地構(gòu)造位置不同，鈾成礦期構(gòu)造活化強度有別，從而導(dǎo)致富鈾砂巖層的巖性巖相和厚度，礦體形態(tài)和鈾成礦規(guī)模等的明顯差別(表3)。

表3 伊盟和楚-薩雷蘇兩鈾成礦區(qū)成礦大地構(gòu)造模式對比

注：鈾礦年齡據(jù)參考文獻[5][12]。

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(1.核工業(yè)230研究所，湖南 長沙 410007；2.湖南省核工業(yè)地質(zhì)局，湖南 長沙 410011)

Comparison of Tectonic Pattern Between Yimeng and Chu-Saleisu Uranium Metallogenic Regions

YAO Zhen-kai1，LIU Xiang2

(1.ResearchInstituteNo.230,CNNC，Changsha，Hunan410007，China；2.HunanNuclearGeologyBureau，Changsha，Hunan410011，China)

Yimen and Chu-Saleisu regions are the largest uranium metallogenic regions in China and Kazakhstan respectively． The biggest common features of the two region are both located in active tectonic background，with large-scale artesian basin，and developed multiple superimposed mineralization of uranium． They are quite different in the tectonic setting of uranium rich strata，and tectonic activation intensity during industrial uranium mineralization． In Yimen region，the rich-uranium strata were formed in the early stage of the activation which is changeable in rock types and unfavourable for the formation of large scale interlayer oxidation zone． The fairly active tectonic movement caused multi-phase uplift and the well developed interlayer oxidation zone between the unconformity of sandstone layer and brought the industrial uranium mineralization in the late stage of activation with the stratoid and lenticular orebody． In Chu-Saleisu region，the uranium rich strata were formed in the platform background with uranium rich sandstone layers of large and stable in spatial，lithologic and lithofacies distribution． Large volume uranium deposit was formed by the weakly tectonic activity effect in the suborogenic belt．

Yimen；Chu-Saleisu；uranium metallogenic region；tectonic background of metallogeny; pattern comparison

2015-04-13 [改回日期]2015-05-13

姚振凱(1934—)，男，高級工程師(研究員級)，1959年畢業(yè)于蘇聯(lián)第聶泊爾礦業(yè)學(xué)院地質(zhì)系，長期從事鈾礦床地質(zhì)和鈾成礦學(xué)研究工作。E-mail:yaozhenkai123@163.com

1000-0658(2015)06-0547-08

P612

A