松遼盆地西南部會田召地區(qū)砂巖型鈾礦床地質(zhì)特征與成礦模式

翁海蛟，蔡建芳，王 莉，韋龍明

(1.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.核工業(yè)243大隊，內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

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松遼盆地西南部會田召地區(qū)砂巖型鈾礦床地質(zhì)特征與成礦模式

翁海蛟1，蔡建芳2，王 莉1，韋龍明1

(1.桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.核工業(yè)243大隊，內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

會田召地區(qū)位于松遼盆地西南部錢家店凹陷的北東部，區(qū)內(nèi)的砂巖型鈾礦賦存在姚家組辮狀河道砂體中，平面上鈾礦化產(chǎn)于姚家組下段舌狀氧化帶的尖滅端及相鄰舌狀體之間，垂向上鈾礦化賦存于姚家組下段上、下兩層氧化帶之間的灰色砂體中。筆者通過礦區(qū)成礦地質(zhì)條件分析，提出會田召地區(qū)鈾礦化受沉積相、后生氧化、貫通斷裂、剝蝕天窗、熱液蝕變作用“五位一體”的聯(lián)合控制，鈾礦床具有多期、多階段成礦的復(fù)成因特征。

會田召地區(qū)；姚家組；砂巖型鈾礦； 成礦模式

松遼盆地地浸砂巖型鈾礦找礦工作始于1996年，遼河油田在進(jìn)行油氣勘探時發(fā)現(xiàn)了石油探井的放射性異常，經(jīng)由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院對石油探井進(jìn)行定性和定量的放射性測井，并進(jìn)行評價、預(yù)測、勘探驗(yàn)證，最終發(fā)現(xiàn)和落實(shí)了錢家店鈾礦床，并取得了一系列研究成果，初步認(rèn)為該區(qū)的鈾礦床為層間氧化成因，與構(gòu)造、油氣作用有一定的關(guān)系[1-5]。筆者通過進(jìn)一步對比分析，認(rèn)為其附近的會田召鈾礦床雖然也具有傳統(tǒng)地浸砂巖型鈾礦的層間氧化成礦特點(diǎn)，但在成因上還與表生氧化成礦作用和深部熱流體成礦作用有關(guān)，具有疊加成礦的特點(diǎn)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

會田召鈾礦床位于松遼盆地西南部開魯坳陷的次級構(gòu)造單元錢家店凹陷東北部。錢家店凹陷呈NNE-NE向狹窄條帶狀展布，長約100 km，寬9～20 km，面積1280 km2(圖1)。

盆地基底主要由石炭-二疊系淺變質(zhì)巖及海西期花崗巖組成，蝕源區(qū)為中生代火山巖、海西期和燕山期花崗巖以及古生界變質(zhì)巖。盆地蓋層，下部為斷陷湖盆沉積地層，包括下白堊統(tǒng)義縣組、九佛堂組、沙海組和阜新組；上部為坳陷沉積地層，包括上白堊統(tǒng)泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組、明水組的河流-湖相沉積；頂部為新近系大安組、泰康組及第四系[6]。

松遼盆地既是大陸地殼裂陷的產(chǎn)物，也是大陸地殼長期拉張并伴隨擠壓構(gòu)造作用發(fā)展演變的結(jié)果。盆地的演化經(jīng)歷了熱隆張裂、拉張斷陷和熱降坳陷、構(gòu)造反轉(zhuǎn)造成的隆升剝蝕、差異升降等多個階段。

圖1 開魯坳陷區(qū)凹陷構(gòu)造分布略圖Fig.1 Sketch map showing the sags in Kailu depression

2 礦區(qū)地質(zhì)特征

2.1 控礦構(gòu)造

區(qū)內(nèi)主要發(fā)育F1、F2、F3等3條NE向斷裂(圖2)，其中F1、F2為貫通性斷裂，控制著錢家店晚白堊世箕狀凹陷及姚家期辮狀河道洼地的形成。嫩江末期構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段，貫通性基底斷裂表現(xiàn)為擠壓破碎帶特征，溝通了深部的還原性流體，導(dǎo)致其上升并進(jìn)入到姚家組中，使地層發(fā)育一定規(guī)模的灰色砂體，為鈾成礦提供了良好的環(huán)境[6]。

構(gòu)造天窗受錢家店凹陷西緣斷裂(F1)控制，形成于晚白堊世嫩江末期構(gòu)造反轉(zhuǎn)階段。構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用使上盤地層褶皺隆升，遭受剝蝕，形成NE向展布的白興吐構(gòu)造天窗。作為礦區(qū)局部排泄源，由于承壓水作用加速了地下水的排泄，使得由盆地邊緣及協(xié)代隆起西側(cè)天窗滲入的含氧含鈾水加速向礦區(qū)匯集，并與來自深部的還原性流體混合成礦。

總之，鈾礦體由NE向貫通性斷裂、晚白堊世嫩江期反轉(zhuǎn)隆升剝蝕構(gòu)造天窗2種不同形式的構(gòu)造控制，在平面上表現(xiàn)為兩者的疊合區(qū)，特點(diǎn)是它們分別控制了鈾成礦的不同成礦作用過程及鈾礦床的分布。

2.2 含礦層及其巖性巖相

研究區(qū)含礦層為上白堊統(tǒng)姚家組下段(K2y1)，其頂部為厚8～15 m較穩(wěn)定的紫紅色泥巖，為泛濫平原相沉積；中部為含淺黃、褐黃色調(diào)的褐紅色中粗砂巖，厚34～84 m，氧化較強(qiáng)，為上氧化帶；下部為灰色細(xì)砂巖、中砂巖和粗砂巖，為含礦主砂體，厚度變化較大，砂巖中見有不連續(xù)的薄層泥巖透鏡體，顏色呈紫灰色或紫紅色?；疑皫r中可見硫化物(黃鐵礦等)以及植物炭屑，炭屑有時成層分布。姚家組下段由多個下粗上細(xì)的沉積正韻律層構(gòu)成，底部常發(fā)育一薄層砂礫巖(表1)。

圖2 會田召地區(qū)鈾礦地質(zhì)示意圖Fig.2 Sketch map showing uranium geology in Huitianzhao area1—新近系泰康組；2—上白堊統(tǒng)嫩江組；3—上白堊統(tǒng)姚家組；4—下白堊統(tǒng)阜新組；5—輝綠巖脈；6—花崗巖；7—地質(zhì)界線；8—斷層；9—角度不整合界線；10—剝蝕天窗界線；11—工業(yè)鈾礦孔；12—鈾礦化孔；13—鈾異常孔。

系統(tǒng)組段符號厚度(m)巖 性白堊系上白堊統(tǒng)下白堊統(tǒng)嫩江組姚家組阜新組上段下段K2nK2y2K2y1K1f5～70灰色、深灰色泥巖、粉砂巖5～15磚紅色、紫紅色泥巖60～100淺灰色、灰色細(xì)砂巖為主，見有中粗砂巖，底部發(fā)育泥礫8～15磚紅色、紫紅色泥巖34～84含淺黃、褐黃色調(diào)的褐紅色中砂巖、粗砂巖、砂礫巖10～70灰色細(xì)砂巖、中砂巖和粗砂巖，局部含有泥礫，為含礦主砂體8～40褐黃色中砂巖、粗砂巖灰色、深灰色泥巖、粉砂巖夾煤層

根據(jù)會田召地區(qū)姚家組下段巖石的硅酸鹽化學(xué)全分析結(jié)果，按照佩蒂莊巖石化學(xué)分類圖(圖3)，樣品的投影點(diǎn)主要落在巖屑砂屑巖區(qū)，其次為長石砂巖區(qū)。所以，姚家組砂巖主要為巖屑砂巖，其次為長石砂巖。這表明姚家組砂巖總體成熟度低，搬運(yùn)距離短，可能有興隆-協(xié)代和架瑪吐花崗巖古隆起物源的混入，也反映出姚家組巖性總體上趨近于花崗質(zhì)巖石的化學(xué)成分特點(diǎn)。

圖3 會田召地區(qū)姚家組下段砂巖分類圖Fig.3 Sandstone classification figure for the Yaojian formation in Huitianzhao area

不同沉積體系砂體的特征不同，在后生鈾成礦過程中所起的作用也不同[7]。砂體是形成地浸砂巖型鈾礦的前提條件，辮狀河相砂體不但能提供賦礦空間，而且因其連通性及滲透性較好，有利于后期氧化作用的進(jìn)行，促進(jìn)鈾的富集成礦。上白堊統(tǒng)姚家組沉積體系以辮狀河、沖積扇為主，形成了穩(wěn)定的泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)。受沉積體系的控制，該區(qū)砂體厚度穩(wěn)定、分布范圍廣，是松遼盆地南部尋找層間氧化帶砂巖型鈾礦的有利目的層。

沖積扇相主要發(fā)育于姚家組下段，圍繞

興隆-協(xié)代和架瑪吐古隆起周邊分布，總體特征是規(guī)模小，分布局限，向外延伸距離短。

辮狀河相是會田召地區(qū)姚家組下段的主體沉積相。角干-會田召東南方向則以泛濫平原沉積為主，巖性組合主要為厚層紫紅色泥巖夾中細(xì)砂巖。角干-會田召方向西北側(cè)主要發(fā)育辮狀河沉積，巖性主要為厚層中粗砂巖、砂礫巖夾薄層泥巖、粉砂巖。該部分砂體比較發(fā)育，沉積物粒度較粗，所形成的地層巖石連通性和滲透性較好。錢家店和會田召鈾礦床均分布在辮狀河沉積的砂體展布區(qū)。

2.3 鈾礦化特征

區(qū)內(nèi)鈾礦體主要賦存于上白堊統(tǒng)姚家組下段灰色砂體中，礦體呈板狀、似層狀。平面上鈾礦化產(chǎn)于姚家組下段的舌狀氧化帶的尖滅端及相鄰舌狀體之間，鈾礦體長800～2400 m，寬200～800 m，受褐黃色后生氧化帶前鋒線控制明顯。垂向上鈾礦化賦存于姚家組下段上、下兩層氧化帶之間的灰色砂體中(圖4)，厚2.10～6.00 m，最厚可達(dá)12 m，品位0.0104%～0.034%，埋深在280～330 m，巖石疏松，滲透性好。

圖4 會田召地區(qū)地質(zhì)剖面示意圖Fig.4 Geological section of Huitianzhao area1—第四系；2—上白堊統(tǒng)嫩江組；3—上白堊統(tǒng)姚家組上段；4—上白堊統(tǒng)姚家組下段；5—下白堊統(tǒng)義縣組；6—灰色泥巖；7—紫紅色泥巖；8—灰色砂體；9—氧化砂體；10—鈾礦體。

本區(qū)鈾礦物(主要是鈾石和鈦鈾礦)都與黃鐵礦緊密共生，構(gòu)成鈾礦物-黃鐵礦共生組合。與鈾礦物共生的黃鐵礦多呈熱液成因的膠狀、團(tuán)塊狀和莓狀。鈾礦物與黃鐵礦多分布于砂巖孔隙、裂隙內(nèi)，或碎屑內(nèi)部空洞中。

這種現(xiàn)象表明鈾礦化與黃鐵礦化具有緊密的聯(lián)系，鈾礦物與熱液成因的膠狀黃鐵礦、或與整體呈脈狀分布的莓狀黃鐵礦緊密共生(或沿裂隙或砂巖孔隙呈脈狀分布)，是本區(qū)鈾礦物產(chǎn)出的重要特征。它說明了鈾成礦后期有熱水疊加改造作用的發(fā)生，與東勝鈾礦床的產(chǎn)出特征和成因機(jī)制極為相似[8-10]。

3 鈾成礦條件分析

3.1 鈾源條件

會田召地區(qū)的鈾源由內(nèi)源與外源共同構(gòu)成，具有多源性質(zhì)。松遼盆地南部物質(zhì)來源主要是西部和東部蝕源區(qū)，其次是南部蝕源區(qū)[11]。西部蝕源區(qū)巖石具有較高的鈾豐度值，出露有大范圍的花崗巖和酸性火山巖，花崗巖、花崗閃長巖的鈾含量平均值為6.96×10-6，浸出率平均值為21.85%，反映有鈾遷移現(xiàn)象。南部蝕源區(qū)鈾含量平均值為4.4×10-6，存在較多地面鈾異常點(diǎn)、帶，并有鈾遷移現(xiàn)象。這表明蝕源區(qū)是賦礦區(qū)富鈾建造及成礦的主要鈾源之一。

盆地蓋層巖石本身也可為鈾成礦提供一定的內(nèi)部鈾源，晚白堊世沉積物的成分及性質(zhì)受盆地蝕源區(qū)控制，形成了一套富鈾的碎屑沉積建造。姚家組灰色泥巖鈾含量為(4.75～5.0)×10-6，灰色砂巖鈾含量為4.2×10-6；嫩江組灰色泥巖鈾含量為3.96×10-6。可見目的層本身及其上下蓋層鈾含量都比較高，可以為鈾成礦提供豐富的鈾源。

3.2 水文地質(zhì)條件

會田召地區(qū)姚家組地下水來源為側(cè)向徑流和上覆地層的垂向補(bǔ)給，含氧含鈾水則由盆地邊緣補(bǔ)給，從構(gòu)造剝蝕天窗、F2和F3斷裂排泄。此外，由于姚家組在東南部協(xié)代花崗巖古隆起一帶抬升，也接受大氣降水的補(bǔ)給，其徑流方向?yàn)镾E-NW向，于剝蝕天窗一帶排泄。

3.3 后生氧化作用

姚家組沉積時期為干旱-半干旱的古氣候[12]，該區(qū)可能為一匯水區(qū)，充足的水體使其在干旱的大環(huán)境下形成局部的潮濕環(huán)境。在巖心地質(zhì)編錄中發(fā)現(xiàn)，姚家組辮狀河砂體中存在炭化植物莖稈和細(xì)脈狀炭質(zhì)層紋，且吸附有大量分散狀的細(xì)晶黃鐵礦。這些特征的存在，反應(yīng)原生沉積階段為還原性環(huán)境。

會田召地區(qū)姚家組下段后生氧化作用發(fā)育，含鈾含氧水由盆地邊緣補(bǔ)給，由南西向北東方向往錢家店凹陷徑流，在會田召-腰哈根一帶形成氧化還原過渡帶。氧化還原過渡帶總體呈北東向展布，長約65 km，寬3～6 km。鈾礦體主要分布于姚家組下段舌狀氧化帶的尖滅端及相鄰舌狀體之間(圖5)。

3.4 熱液蝕變

本區(qū)發(fā)育的貫通性斷裂溝通了深部流體與姚家組的聯(lián)系，在鉆探揭露過程中見有輝綠巖，常呈巖脈產(chǎn)出。顯然，輝綠巖的侵入導(dǎo)致區(qū)內(nèi)地?zé)嵩鰷?，促使局部大?guī)模的流體活動。這種低溫?zé)嵋毫黧w可以萃取基底富鈾地層中的鈾，當(dāng)其到達(dá)姚家組后，由于受到上部嫩江組厚層泥巖的遮擋，流體將繼續(xù)沿姚家組砂體順層活動。通過系統(tǒng)的鏡下鑒定發(fā)現(xiàn)，含礦層姚家組砂體普遍發(fā)育熱液蝕變作用，氧化砂體因蝕變改造而不再具備典型的氧化特征，除礦化段砂體呈灰色外，其外側(cè)砂體整體上表現(xiàn)出黃綠色，部分呈現(xiàn)紫紅色和黑色細(xì)脈的特點(diǎn)。礦區(qū)內(nèi)各種蝕變作用相互疊加，類型多樣，有高嶺石化、碳酸鹽化、黃鐵礦化、赤鐵礦化、水云母-絹云母化等，以低溫?zé)嵋何g變?yōu)橹?，具有多期性和脈動性的特點(diǎn)[13]。

3.5 成礦時代

會田召鈾礦床與錢家店鈾礦床分處于白興吐構(gòu)造天窗的東西兩翼，二者位于同一成礦構(gòu)造單元，有著相似的成礦地質(zhì)條件。錢家店礦床的U-Pb同位素年齡主要分為3個階段：(1)96±14Ma的成礦年齡，與含礦層形成期(晚白堊世姚家期)相當(dāng)，屬同生沉積成礦期；(2)67±5Ma的成礦年齡，與反轉(zhuǎn)隆升剝蝕期(晚白堊世嫩江期末)相當(dāng)，處于大氣水滲入氧化與油氣流體滲出還原的共用作用下；(3)40±3Ma的成礦年齡，與區(qū)內(nèi)古近紀(jì)始新世的輝綠巖侵入活動時間相當(dāng)[14]。因此，區(qū)內(nèi)鈾礦具有多階段成礦的特點(diǎn)。

圖5 會田召地區(qū)姚家組下段巖性地球化學(xué)圖Fig.5 Lithologic geochemical map of the lower member of Yaojian formation in Huitianshao area1—海西期花崗巖；2—潛水氧化帶；3—褐黃色后生氧化帶；4—磚紅色原生氧化帶；5—氧化還原過渡帶；6—斷層及其編號；7—工業(yè)鈾礦孔；8—鈾礦化孔；9—鈾異?？住?/p>

4 會田召地區(qū)鈾成礦模式

綜合礦區(qū)的地質(zhì)條件分析，筆者認(rèn)為會田召地區(qū)的鈾礦受沉積相、后生氧化、貫通斷裂、剝蝕天窗和熱液蝕變作用“五位一體”的聯(lián)合控制，其構(gòu)成了該地區(qū)砂巖型鈾礦床的多源復(fù)合成礦模式(圖6)。

圖6 會田召鈾礦床成因模式圖(據(jù)于文斌，2008修改)Fig.6 Genesis model of Huitianzhao uranium deposit1—第四系；2—嫩江組；3—姚家組上段；4—姚家組下段；5—阜新組；6—輝綠巖脈；7—石炭-二疊系；8—花崗巖；9—不整合界線；10—泥巖；11—砂巖；12—流體方向；13—斷層；14—原生氧化帶；15—后生氧化帶；16—鈾礦體。

早白堊世形成的斷陷盆地，在溫濕環(huán)境下沉積了含油、含煤建造，晚白堊世以來構(gòu)造反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的繼承性斷裂及其派生斷裂所組成的斷裂系統(tǒng)，使處于相對封閉的目的層與深部油田水和地表滲入水溝通，來自深部的還原性流體與淺部的含氧水均可作用到目的層，為氧化還原過渡帶的形成創(chuàng)造了條件。成礦物質(zhì)在適宜的氧化還原過渡帶沉淀富集，導(dǎo)致鈾礦床及礦化異常點(diǎn)沿斷裂分布[15]。

鈾礦床成礦模式可概括為96±14Ma姚家期的同生沉積預(yù)富集成礦作用；67±5Ma嫩江期末反轉(zhuǎn)隆升剝蝕形成構(gòu)造天窗，加速盆地邊緣及地表滲入含氧含鈾水的運(yùn)移，與經(jīng)貫通斷裂滲出的還原性油氣流體作用成礦；40±3Ma始新世的輝綠巖巖漿活動、熱液疊加鈾成礦作用。它有別于典型的層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦模式。該成礦模式強(qiáng)調(diào)多種控礦因素疊加，而非單一的層間氧化成礦作用。因此，這一成礦模式對區(qū)域內(nèi)的鈾礦找礦工作有著重要意義。

5 結(jié)論

(1)會田召地區(qū)鈾礦化受沉積相、后生氧化、貫通斷裂、剝蝕天窗、熱液蝕變作用“五位一體”的聯(lián)合控制。辮狀河相砂體提供了賦礦空間，后生氧化作用促使鈾在氧化-還原過渡帶富集成礦，斷裂構(gòu)造為流體運(yùn)移提供通道并控制還原作用范圍，剝蝕天窗加速含氧含鈾水的運(yùn)移，熱流體改造作用使鈾進(jìn)一步活化富集，形成更大規(guī)模的鈾礦體。

(2)成礦作用經(jīng)歷了晚白堊世姚家期的同生沉積預(yù)富集作用、晚白堊世嫩江期末反轉(zhuǎn)隆升形成剝蝕構(gòu)造天窗，加速含氧含鈾水帶入并與貫通性斷裂控制的滲出型還原性流體混合鈾成礦作用，以及始新世輝綠巖巖漿熱疊造鈾成礦作用等3個階段，為復(fù)成因砂巖型鈾礦床類型。

(3)反轉(zhuǎn)斷裂溝通的深部還原性流體為姚家組灰色砂體的形成起到重要作用?；疑绑w受斷陷層序及反轉(zhuǎn)斷裂控制，主要分布于F1、F2斷裂兩側(cè)一定范圍內(nèi)，灰色砂體厚度自F2斷裂向東逐漸減小，鈾礦體也僅產(chǎn)于灰色砂體中。

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Geology Feature and Prospecting Model of Sandstone Type Uranium Deposit in Huitianzhao Area of Southwestern Songliao Basin

WENG Hai-jiao1，CAI Jian-fang2，WANG Li1，WEI Long-ming1

(1.CollegeofEarthSciences，GuilinUniversityofTechnology，Guilin，Guangxi541004，China； 2.GeologicPartyNo.243，CNNC，Chifeng，InnerMongolia024006，China)

Huitianzhao area is located in the northeastern Qianjiadian depression of southwestern Songliao basin， the uranium mineralization occured in braided channel sand body of Yaojia formation. Horizontally， the mineralization distributes in the end of tongue shaped oxidation zones and lies in the grey sand body stratified vertically by oxidizing zones in lower member of Yaojia formation. Metallogenic geologic conditions analysis suggest that uranium mineralization in Huitianzhao area were controlled by sedimentary facies， interlayer oxidizing zone， fractures and epigenetic transformation and the deposit experienced multiple periods and multi-stage metalization.

Huitianzhao； Yaojia formation； sandstone uranium deposit； metallogenic condition

10.3969/j.issn.1000-0658.2015.03.004

2014-09-22

翁海蛟 (1991—)， 男，在讀碩士研究生，地質(zhì)資源與地質(zhì)工程專業(yè)。E-mail：403151170@qq.com

1000-0658(2015)03-0377-08

P612

A