巴音戈壁盆地構(gòu)造演化及其對砂巖型鈾礦成礦的控制作用

張成勇,聶逢君,侯樹仁,王俊林,鄧 薇,張 良

(1.東華理工大學(xué) 放射性地質(zhì)與勘探國防重點學(xué)科實驗室，江西 南昌 330013； 2.核工業(yè)208大隊，內(nèi)蒙古 包頭 014010 )

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巴音戈壁盆地構(gòu)造演化及其對砂巖型鈾礦成礦的控制作用

張成勇1,聶逢君1,侯樹仁2,王俊林2,鄧 薇1,張 良2

(1.東華理工大學(xué) 放射性地質(zhì)與勘探國防重點學(xué)科實驗室，江西 南昌 330013； 2.核工業(yè)208大隊，內(nèi)蒙古 包頭 014010 )

巴音戈壁盆地位于哈薩克斯坦、西伯利亞、塔里木與中朝板塊交接部位，受長期活動的走滑斷裂構(gòu)造控制。筆者將巴音戈壁盆地中生代以來的構(gòu)造演化分為三疊紀-侏羅紀拉分盆地發(fā)生、早白堊世拉分盆地全面發(fā)展、晚白堊世沉降拗陷和第三紀以來擠壓抬升等4個階段。以塔木素砂巖型鈾礦為例，討論了該盆地構(gòu)造演化與鈾成礦的關(guān)系，指出其斷陷盆地構(gòu)造格局控制著沉積相帶的發(fā)育，構(gòu)造反轉(zhuǎn)有利于控礦斷裂的形成，有利于層間氧化帶發(fā)育和鈾的活化遷移。在此基礎(chǔ)上，指出了下一步的找礦方向。

塔木素；構(gòu)造演化；構(gòu)造反轉(zhuǎn)；走滑斷裂；砂巖型鈾礦

1 大地構(gòu)造背景與盆地構(gòu)造單元劃分

巴音戈壁盆地群處于內(nèi)蒙古高原西部，東以狼山為界，西臨北山，南抵北大山和雅布賴山前，北至中蒙邊界及洪格爾吉山、蒙根烏拉山，屬于哈薩克斯坦、西伯利亞、塔里木中朝板塊匯聚區(qū)域，與西部伊犁、吐哈和東部二連、通遼等盆地的成礦構(gòu)造背景都有所不同[1-5]，表現(xiàn)為受阿爾金走滑斷裂控制下的中新生代沉積盆地。因此，研究其走滑構(gòu)造背景對鈾成礦的控制作用，對在該地區(qū)開展砂巖型鈾礦找礦工作具有重要的意義。

巴音戈壁盆地可劃分為北部坳陷帶和南部坳陷帶(圖1)。北部坳陷帶包括查干德勒蘇坳陷、蘇紅圖坳陷和拐子湖坳陷，南部坳陷帶包括銀根坳陷和因格井坳陷。其中，查干德勒蘇坳陷又被稱為狹義巴音戈壁盆地[6-10]。

2 盆地構(gòu)造及其演化特征

盆內(nèi)一級斷裂構(gòu)造使盆地形成隆坳相間的構(gòu)造格局，從而控制沉積相的展布和沉積體系的組成。二級斷裂控制著凹陷、凸起的形成和分布，決定了沉積相空間展布的局部細微形態(tài)。在中新生代，盆地時期的構(gòu)造背景復(fù)雜，大規(guī)模走滑拉張構(gòu)造背景下的左行走滑和右行走滑多次更替，多期次的構(gòu)造活動控制著沉積地層和巖漿活動的空間分布，在盆地內(nèi)各塊段表現(xiàn)出明顯的差異性：(1)構(gòu)造活動?xùn)|、西差異較大，主要表現(xiàn)在盆地的沉降幅度上，東部沉降幅度較大，發(fā)育銀根組沉積；西部沉降幅度相對較小，無銀根組沉積；(2)巖漿活動南北分區(qū)明顯，以宗乃山-沙拉扎山隆起為界，北部巖漿活動強烈(存在大量的玄武巖)，南部的巖漿活動微弱；(3)構(gòu)造演變的類型存在多樣性，盆地西部構(gòu)造反轉(zhuǎn)表現(xiàn)為由早期的斷陷沉積反轉(zhuǎn)為后期(銀根期)的逆沖抬升，東部表現(xiàn)為早期斷陷沉積轉(zhuǎn)為后期(銀根期)的坳陷沉積。

圖1 巴音戈壁盆地內(nèi)部構(gòu)造分區(qū)示意圖Fig.1 Schematic structral zoning map of Bayingebi basin1—巖體及前中生界；2—構(gòu)造分區(qū)界線；3—阿爾金斷裂；4—國界線。

從早古生代早期板塊的分離狀態(tài)，至晚奧陶世板塊發(fā)生碰撞，晚古生代末板塊完全拼合，褶皺基底與前寒武紀結(jié)晶陸塊雙重性基底形成，研究區(qū)一直處于被動陸緣和縫合帶之上[11]。 從三疊世開始，盆地進入板內(nèi)構(gòu)造變形階段。

2.1 三疊紀-侏羅紀裂陷、拉分盆地發(fā)生階段

早、中三疊世盆地處于造山期的隆升環(huán)境中，晚三疊世研究區(qū)進入造山期后的地殼拉伸松弛階段，形成一組以北東向為主的張性斷裂系統(tǒng)[12，13]，在斷裂坳陷區(qū)形成上三疊統(tǒng)陸相粗碎屑沉積建造。

從侏羅紀早期開始，受燕山運動影響，塔里木板塊相對于西伯利亞板塊東移，受近東西向走滑斷層左旋運動的影響，形成了一系列NE、NEE向拉分性質(zhì)明顯的盆地群，沉積了一套近物源的中下侏羅統(tǒng)沖積扇、扇三角洲相的巖屑砂礫巖[14-16]。

2.2 早白堊世拉分盆地全面發(fā)展階段

從早白堊世開始，盆地繼續(xù)處于伸展構(gòu)造環(huán)境，在盆地邊緣發(fā)育大量正斷層。研究區(qū)進入拉分盆地的全面發(fā)展期，在伸展作用背景下盆地擴展相連成片，廣泛接受早白堊世沉積，使下白堊統(tǒng)的分布范圍比侏羅系廣泛得多，在盆地邊緣形成了巴音戈壁組下段以紅色、雜色礫巖為主的沖積扇沉積(代表干旱氣候背景下的快速沉積)，之后湖盆擴張，流水作用增強，氣候變得溫暖潮濕，形成了巴音戈壁組上段沖積扇、扇三角洲、辮狀三角洲相等含有機質(zhì)的粗碎屑巖沉積，構(gòu)成該區(qū)重要的含鈾建造層。

早白堊世晚期，盆地內(nèi)部發(fā)生差異性抬升作用，使下白堊統(tǒng)遭到不同程度的剝蝕[18，19]。適度的構(gòu)造抬升，有利于地表層含鈾含氧水的滲入，鈾礦化開始初始富集。同時，沿阿爾金斷裂帶南、北兩側(cè)發(fā)育了以堿性玄武巖為主的大面積火山巖漿活動[17，18]，促進鈾的進一步活化遷移。

2.3 晚白堊世坳陷沉降階段

早白堊世末期，隨著巖漿大量噴溢和地下熱能釋放，區(qū)內(nèi)的裂陷伸展作用終止，進入引張坳陷沉降階段，沉積范圍擴大，在盆地邊緣超覆于不同時代的老地層之上。由于構(gòu)造的繼承性活動，沿主斷裂帶沉積厚度大，平面上也出現(xiàn)差異沉積，東厚西薄。東部查干凹陷最厚達2 000 m左右，而在西部塔木素地區(qū)沉積厚度很小，甚至不接受沉積遭受剝蝕，僅接受蝕源區(qū)含鈾含氧地下水的補給。

2.4 第三紀以來的擠壓抬升階段

由于印度板塊與歐亞板塊相碰撞，使研究區(qū)盆地的構(gòu)造應(yīng)力場發(fā)生明顯變化，由前期的引張變?yōu)閿D壓狀態(tài)，從而使盆地處于擠壓抬升的構(gòu)造背景。盆內(nèi)早期形成的層間氧化帶持續(xù)向前發(fā)展，在層間氧化帶前鋒線形成鈾礦化。

3 構(gòu)造與鈾成礦關(guān)系分析

3.1 鈾礦化特征

構(gòu)造活動控制著盆地沉積相帶分布和后期水動力條件，阿爾金斷裂以南的因格井坳陷塔木素地區(qū)、銀根坳陷本巴圖地區(qū)、烏力吉地區(qū)和阿拉坦敖包地區(qū)都顯示了良好的鈾成礦前景，其中塔木素是砂巖型鈾礦化發(fā)育最好、找礦潛力巨大的地段。

塔木素地區(qū)以下白堊統(tǒng)沉積為主，從下至上分為巴音戈壁組(K1b)、蘇紅圖組(K1s)和銀根組(K1y)，研究區(qū)內(nèi)缺失蘇紅圖組和銀根組地層，巴音戈壁組上段在坳陷邊緣直接出露地表，為一套潮濕氣候背景下的碎屑巖沉積，是砂巖型鈾礦主要的含礦層。上白堊統(tǒng)烏蘭蘇海組(K2w)在坳陷中部出露。塔木素地區(qū)鈾礦化的分布受沉積相控制，目前勘探區(qū)域主要為氧化帶發(fā)育較充分地段，礦體平面上呈帶狀，剖面上呈板狀、層狀或透鏡狀，與地層界面大致平行。鈾礦化多集中在氧化砂體頂?shù)装甯羲畬由皫r、泥巖界面附近，或砂體內(nèi)部的泥巖夾層界面附近，垂向上表現(xiàn)為多層礦化的特點。礦化砂巖后生蝕變強烈，主要表現(xiàn)為后生氧化作用和熱改造作用，形成的蝕變礦物有褐鐵礦、石膏、碳酸鹽類等，鈾礦物為瀝青鈾礦、鈾石和含鈾鈦鐵礦，在礦石中還見有大量金屬硫化物[19]。

3.2 控礦因素分析

(1)活動構(gòu)造背景下相對穩(wěn)定的區(qū)域，對砂巖型鈾礦的形成有利。

巴音戈壁盆地位于四大古板塊的拼合部位，阿爾金斷裂越過盆地中部自西向東延伸，塔木素地區(qū)位于受恩格爾烏蘇縫合線和阿爾金斷裂帶挾持的相對穩(wěn)定的區(qū)塊中，后期構(gòu)造反轉(zhuǎn)和區(qū)域整體沉降幅度較小，構(gòu)造活動適度，對鈾成礦有利。

(2)伸展構(gòu)造背景利于賦礦層的形成，構(gòu)造反轉(zhuǎn)促進氧化流體的滲入。

伸展構(gòu)造背景對形成賦礦層有利，而其后的擠壓反轉(zhuǎn)使賦礦層掀斜，接受地表含氧水的滲入，促進鈾礦化的發(fā)育。巴音戈壁盆地中生代以來發(fā)生了兩期構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用。

早中侏羅世拉分作用初期，盆地整體處于區(qū)域性弱伸展的構(gòu)造背景下，形成了中下侏羅統(tǒng)含煤碎屑巖建造。中侏羅世末期的燕山構(gòu)造運動第Ⅱ幕，區(qū)內(nèi)結(jié)束了弱伸展構(gòu)造演化，出現(xiàn)構(gòu)造反轉(zhuǎn)，并普遍缺失上侏羅統(tǒng)，使下白堊統(tǒng)與中下侏羅統(tǒng)形成角度不整合。這對地表含氧水的滲入有利，具備形成古層間氧化帶的條件。但由于中下侏羅統(tǒng)地層后期受剝蝕較嚴重，且盆地白堊紀沉積范圍擴大，中下侏羅統(tǒng)地層被廣泛覆蓋，埋藏深度變大，對找礦構(gòu)成不利影響。

早白堊世時期，盆地邊緣斷裂活動加強，即進入強烈斷陷發(fā)育時期，在盆緣一帶沉積了富含有機質(zhì)的碎屑巖建造。早白堊世晚期，受燕山構(gòu)造運動第Ⅳ幕影響，位于巴音戈壁盆地西部的塔木素地區(qū)發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)(圖2)，導(dǎo)致巴音戈壁組上段被抬升至地表，同時產(chǎn)生掀斜，接受地表含氧水的補給和氧化，促進鈾礦化的發(fā)育。

圖2 塔木素地區(qū)綜合鉆孔巖性剖面示意圖Fig.2 Comprehensive lithologic section of drilling in TamusuQ—第四系；K2—上白堊統(tǒng)烏蘭蘇海組；K1b2—下白堊統(tǒng)巴音戈壁組上段；K1b1—下白堊統(tǒng)巴音戈壁組下段；1—泥巖；2—粉砂巖；3—細砂巖；4—粗砂巖；5—礫巖；6—斷層；7—海西晚期花崗巖。

(3)斷陷盆地構(gòu)造控制著目的層沉積相帶的發(fā)育，有利的沉積相帶為含鈾含氧流體運移提供通道和礦化賦存空間。

受走滑斷裂影響，巴音戈壁盆地中生代構(gòu)造背景以張扭應(yīng)力作用為主，形成了一系列NEE向的正斷層，成為斷陷湖盆的邊界。斷陷湖盆的構(gòu)造性質(zhì)決定了其沉積特征，湖盆橫剖面上呈單斷、箕狀或雙斷地塹式，湖盆陡側(cè)由于剝蝕區(qū)的不斷抬升，坡陡流急、湖水較深，常發(fā)育由粗碎屑組成的沖積扇、扇三角洲、水下扇等沉積。塔木素地區(qū)所處的因格井坳陷為一雙斷地塹式湖盆[20]，兩側(cè)為同生沉積斷層(圖2)，盆緣一帶以重力流、濁流等沉積了一套泥砂礫混雜堆積物，向前快速進入湖相沉積，局部存在辮狀三角洲相和扇三角洲相垛體。連通性和滲透性較好的辮狀三角洲前緣砂體位于NEE向控盆斷裂和NW向斷裂交叉處南部。此時，氣候溫暖潮濕，目的層中有機質(zhì)發(fā)育，成為含氧流體運移和鈾沉淀富集的主要場所。湖盆中間由于遠離物源，水體也相對較深(為淺-半深湖環(huán)境)，形成了厚層的泥巖沉積，其高含量的有機物質(zhì)對鈾具有一定的吸附作用。

(4)伴隨走滑斷裂活動的大規(guī)模玄武巖漿作用，一定程度上加快了鈾的活化遷移。

巴音戈壁盆地在早白堊世出現(xiàn)大規(guī)模的巖漿作用，形成蘇紅圖組玄武巖，使盆地的找礦目的層得到熱流體的改造。在鏡下和電子探針分析中發(fā)現(xiàn)大量的綠泥石化，部分綠泥石轉(zhuǎn)化為黑云母[24]。在礦石中還發(fā)現(xiàn)了較普遍的硒礦物與方鉛礦、閃鋅礦等熱液成因的金屬硫化物[12]。后期熱改造活動在一定程度上加快了鈾的活化遷移，使鈾礦化進一步富集。

(5)新構(gòu)造運動的持續(xù)擠壓作用，使地層發(fā)生低角度傾斜，有利于地表含鈾含氧水的滲入，促進鈾礦化的進一步富集。

新構(gòu)造運動以來，受印度板塊向北俯沖以至與歐亞板塊相碰撞的影響，巴音戈壁盆地以擠壓構(gòu)造背景為主，擠壓作用使得地層發(fā)生低角度傾斜，早期形成的層間氧化帶持續(xù)向前發(fā)展，進而使早期預(yù)富集地層中出現(xiàn)新的鈾礦化。塔木素地區(qū)已測定的鈾成礦年齡為111.6±8.1Ma、10.5±0.1Ma，具有多期性[23，24]。顯然，晚期的成礦年齡與新構(gòu)造活動時間相吻合。

4 找礦方向

巴音戈壁盆地位于中西部構(gòu)造域過渡部位，在該盆地發(fā)現(xiàn)的塔木素鈾礦床為我國在走滑構(gòu)造背景下尋找有利于砂巖型鈾礦的成礦區(qū)域提供了借鑒。該盆地在以后找礦過程中可以考慮以下主攻方向：

(1)活動構(gòu)造背景下的相對穩(wěn)定區(qū)，或穩(wěn)定背景下的相對活動區(qū)是鈾成礦的有利地段。

巴音戈壁盆地構(gòu)造背景相對活躍，但位于其中的相對穩(wěn)定地段是成礦的有利區(qū)域，后期出現(xiàn)構(gòu)造反轉(zhuǎn)，但抬升幅度不大，對含鈾含氧水滲入有利，構(gòu)造活動適度，對成礦和礦體的保存有利。從巴音戈壁盆地構(gòu)造活動情況來看，阿爾金斷裂南部地區(qū)構(gòu)造活動相對較弱，后期一直保持穩(wěn)定抬升，如本巴圖、雅布賴地區(qū)等，是成礦的有利地段。

(2)沉積控制的有利相帶主要是扇三角洲前緣或辮狀三角洲前緣。

巴音戈壁盆地內(nèi)部以中小型斷陷為主，控邊斷裂為正斷層，具同生斷層的特點。斷陷的邊界往往較陡，多以沖積扇、扇三角洲、辮狀三角洲沉積為主，相帶分布在平面上呈朵狀，順邊緣斷裂分布。其中，扇三角洲或辮狀三角洲前緣位置砂體連通性好，是尋找砂巖型鈾礦的有利相帶。

(3)中下侏羅統(tǒng)具備鈾成礦條件，也存在制約因素。

從構(gòu)造演化來看，中下侏羅統(tǒng)沉積時期氣候溫暖潮濕，后期出現(xiàn)構(gòu)造反轉(zhuǎn)，因此除巴音戈壁組上段之外，其他地層也具備成礦的基本條件，可以考慮探索。但受晚侏羅世構(gòu)造剝蝕影響，現(xiàn)今殘余面積偏小，且后期下白堊統(tǒng)沉積范圍大，可能造成侏羅系埋深較大、露頭少，增加了找礦難度。盡管如此，由于巴音戈壁盆地面積大、凹陷眾多，可能仍存在一些有利的地段，尤其是在盆地南部地區(qū)，如雅布賴地區(qū)，地表可見侏羅系的鈾礦化(異常)點，因此有必要開展進一步的工作。

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Tectonic Evolution Characteristics of Bayingebi Basin and Its Control on the Mineralization of Sandstone Type Uranium Deposits

ZHANG Cheng-yong1,NIE Feng-jun1,HOU Shu-ren2, WANG Jun-lin2,DENG Wei1,ZHANG Liang2

(1.EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang,Jianxi330013,China； 2.GeologicPartyNo.208,CNNC,Baotou,InnerMongolia014010,China)

Bayingebi basin is located in the joint part among Kazakhstan,Siberia,Tarim plate and Sino Korean plate and controlled by a long active strike strip fault. This paper divided the Mesozoic tectonic evolution of the basin into four stages:foster age of Triassic-Jurassic pull-apart basin, Early Cretaceous pull-apart stage of comprehensive basin development,Late Cretaceous subsidence depression stage and compressional uplift stage since Tertiary.Tamusu sandstone type uranium deposit was discussed as a case to show the relationship between structural evolution and uranium metallization, and the strucrual inversion was found to be favourable for the development of sedimentary facies and the thermal reaction and mobilization of uranium.Finaly, direction of next step prospecting was pointed out.

Tamusu; tectonic evolution; structural inversion; slip faults; sandstone type uranium deposit

10.3969/j.issn.1000-0658.2015.03.005

本文由國家自然科學(xué)基金項目( 40972067)、東華理工大學(xué)放射性地質(zhì)與勘探國防重點學(xué)科實驗室開放基金項目( 2011RGET01)聯(lián)合資助。

2014-01-14 [改回日期]2014-05-30

張成勇(1983—)，男，講師，2006年畢業(yè)于東華理工大學(xué)，獲碩士學(xué)位，主要從事鈾礦地質(zhì)和沉積學(xué)研究。E-mail：cyzh@ecit.cn

1000-0658(2015)03-0384-06

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