烏蘭察布坳陷賽漢組下段鈾成礦地質(zhì)條件及找礦方向

呂永華，劉武生，康世虎，徐亞雄，劉璐

（1.核工業(yè)二〇八大隊(duì)，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京100029）

二連盆地烏蘭察布坳陷鈾礦勘查與研究工作起步于20世紀(jì)50年代，開展了地面物化探勘查，就異常點(diǎn)帶進(jìn)行淺鉆查證，在腦木根組發(fā)現(xiàn)了查干礦床及多個(gè)淺層礦點(diǎn)。隨著西方、中亞鈾礦勘查新啟，引進(jìn) “層間氧化帶”等模式，并與其對(duì)比研究，提出 “沉積成巖”找礦模式，在二連組發(fā)現(xiàn)努和廷超大型鈾礦床。近年來隨著研究的不斷深入，在烏蘭察布坳陷賽漢組上段建造間古河谷中發(fā)現(xiàn)了賽漢高畢、哈達(dá)圖鈾礦床及系列礦產(chǎn)地、礦點(diǎn)［1］。從其勘查史可以明顯看出，隨著找礦理論的不斷創(chuàng)新，勘查深度不斷加深，勘查層位不斷拓展。筆者結(jié)合生產(chǎn)中在賽漢組下段新發(fā)現(xiàn)礦點(diǎn)，進(jìn)行綜合性分析與研究，為二連盆地鈾礦找礦空間再度拓展提供方向。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

烏蘭察布坳陷位于二連盆地的中西部，由北西部的巴音寶力格隆起和南部、南東部的溫都爾廟隆起及蘇尼特隆起所夾持，面積約（1.6×104）km2，包括13個(gè)次級(jí)凹陷和6個(gè)凸起（圖1）。主要斷裂構(gòu)造有賀根山斷裂、賽烏蘇斷裂、索倫斷裂和溫都爾廟斷裂，呈近東西向和北東東向展布，是古生代近東西向古構(gòu)造經(jīng)燕山期北東向構(gòu)造疊加改造的結(jié)果 （陳戴生等，2006；焦貴浩，2002）。中新生代沉積坳陷主要由早白堊世早中期斷陷型盆地和早白堊世晚期-新生代坳陷型盆地疊合而成，主體構(gòu)造線為北東向［2］。

圖1 烏蘭察布坳陷構(gòu)造單元示意圖Fig.1 Schematic map showing the structure units of Wulanchabu depression

坳陷的基底是由元古宇和古生界變質(zhì)巖系及華力西-燕山期的基性-中酸性侵入巖構(gòu)成；坳陷的沉積蓋層由侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系構(gòu)成。下、中侏羅統(tǒng)主要為固結(jié)較好的湖沼相含煤地層，上侏羅統(tǒng)主要為陸相火山巖系，基本上不具備可地浸砂巖型鈾礦的成礦條件［3］；下白堊統(tǒng)自下而上分為3個(gè)組，沉積范圍廣，厚度大，為一套巨厚的山麓相、三角洲相、河流相和湖相沉積［4］，是二連盆地沉積主體。其中，阿爾善組（K1a）為雜色重力流粗碎屑巖建造，厚度為96～1 000 m［4］； 騰格爾組（K1t）為含油碎屑巖建造，厚度為 373～1 339 m［5］；賽漢組（K1s）可分為下段（K1s1）和上段（K1s2），下段（K1s1）主要為三角洲相含煤碎屑巖建造，厚度為150～400 m；上段（K1s2）主要為河流相粗碎屑巖建造，厚度為50～600 m。下白堊統(tǒng)鈾含量總體較高，為6.7×10-6。上白堊統(tǒng)二連組 （K2e）為雜色碎屑巖建造，厚30～80 m，分布局限，平均鈾含量為4.4×10-6。古近系主要為紅色碎屑巖建造，是一套內(nèi)陸河湖相沉積，鈾含量為3.9×10-6。新近系為紅色含碳酸鹽碎屑巖建造，零星分布。第四系由沖積、洪積層構(gòu)成。

2 鈾礦化特征

本區(qū)賽漢組下段中主要發(fā)現(xiàn)了道爾蘇礦產(chǎn)地、艾勒格廟礦點(diǎn)、塔木欽礦點(diǎn)及周邊山間盆地伊和烏蘇礦點(diǎn)、賽漢塔拉礦點(diǎn)等。以往很多學(xué)者將道爾蘇礦產(chǎn)地賦礦層位劃分為騰格爾組［6］，筆者通過層序地層格架綜合性研究，認(rèn)為道爾蘇礦產(chǎn)地賦礦層位應(yīng)屬于賽漢組下段。

根據(jù)成礦機(jī)理不同，賽漢組下段鈾礦化類型可分為同沉積疊加后期改造泥巖型和潛水-層間氧化帶砂巖型兩種 （以下簡稱為同沉積疊加后期改造型和潛水-層間氧化帶型）。

同沉積疊加后期改造型鈾礦化主要分布在辮狀河三角洲平原亞相沼澤微相中，含礦巖性為灰色、灰黑色泥巖、碳質(zhì)泥巖、褐煤層以及少量的含泥砂巖；礦石滲透性差，為致密類礦石，大部分礦石具有水平紋層理構(gòu)造，碳質(zhì)泥狀結(jié)構(gòu)，碳質(zhì)含量占15%～20%，為細(xì)脈狀炭屑，由絲碳化物組成，順層理展布，含少許砂屑 （石英為主）；礦體頂界面埋深 42.79～122.23 m，厚度為 0.70～1.47 m，富鈾，較砂巖型礦體具有埋深淺、厚度薄、品位高的特點(diǎn)；上下圍巖均為粗碎屑巖，被后期氧化，呈黃色或褐黃色。

潛水-層間氧化帶型鈾礦化主要位于構(gòu)造斜坡緩坡帶內(nèi)，從沉積體系角度分析，則位于辮狀河三角洲前緣亞相水下分流河道灰色砂體中，礦石中多見細(xì)小的碳化植物碎屑；受巖性巖相、還原介質(zhì)以及潛水-層間氧化前鋒線的控制較明顯，呈多層展布，一般分布于潛水-層間氧化帶上下兩翼，礦體埋深150～320 m，累加厚度為1.70～7.80 m，但單層鈾礦化厚度較薄，鈾礦（化）體上下圍巖以黃色、淺黃色、淺灰色砂巖為主，粒度明顯大于礦化體；頂?shù)装逯饕獮榉簽E平原紅色泥巖或分流河道間灰色泥巖、粉砂巖。

3 賽漢組下段成礦地質(zhì)條件

3.1 鈾源條件

烏蘭察布坳陷蝕源區(qū)中廣泛發(fā)育華力西-燕山期中酸性巖漿巖，其中北部蝕源區(qū)發(fā)育復(fù)式花崗巖帶，該巖漿巖帶侵位于上元古界艾勒格廟群。據(jù)核工業(yè)北京地質(zhì)研究院陳功等人采用U-Pb同位素樣品分析結(jié)果，鈾含量為（0.9～31.5）×10-6， 原始鈾含量為（17.8～19.5）×10-6，活化丟失49%～57%；而南部蝕源區(qū)溫都爾廟隆起主要發(fā)育華力西期中酸性巖漿巖，侵位于元古宇和古生界變質(zhì)巖中，巖石原始鈾豐度平均為5.7×10-6，U活化丟失89%，充分體現(xiàn)研究區(qū)具有較富的鈾源體，并且鈾的遷出率較高。

3.2 構(gòu)造條件

3.2.1 早白堊世晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn)

反轉(zhuǎn)構(gòu)造的研究關(guān)系到地表含氧、含鈾水和地下油氣的運(yùn)移特征，對(duì)鈾成礦具有非常重要的控制作用。通過對(duì)烏蘭察布坳陷構(gòu)造研究，發(fā)現(xiàn)大量原始伸展構(gòu)造體系后期轉(zhuǎn)化為擠壓構(gòu)造體系的現(xiàn)象，存在拉張伸展—擠壓逆沖推覆—再伸展—逆沖反轉(zhuǎn)的復(fù)雜脈動(dòng)式演化特征。筆者認(rèn)為強(qiáng)烈的構(gòu)造反轉(zhuǎn)存在兩個(gè)時(shí)期，即中侏羅世末至晚侏羅世和早白堊世晚期，與賽漢組下段成礦最為密切的是早白堊世晚期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)。

將構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用時(shí)間定位于賽漢組晚期，從中石化中原油田地震剖面上可以看出（圖 2）， 從阿爾善組（K1a）到騰格爾組（K1t）沉積后形成小規(guī)模沖斷構(gòu)造［7］，這些沖斷層面均收斂于中-下侏羅統(tǒng)內(nèi)或上侏羅統(tǒng)與古生界的角度不整合面上。而賽漢組（K1s）受構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用的影響，沉積后地層出現(xiàn)多個(gè)小型逆沖褶皺帶，構(gòu)造背斜高點(diǎn)處大部分遭受后期剝蝕。構(gòu)造反轉(zhuǎn)和剝蝕作用對(duì)賽漢組進(jìn)行了強(qiáng)烈改造［8］，與上覆地層存在明顯的角度不整合接觸，部分區(qū)段甚至賽漢組下段砂體直接裸露到地表，有利于含氧、含鈾水的向下滲入，形成鈾礦化。此類型構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用在烏蘭察布坳陷及周邊多個(gè)次級(jí)凹陷中均可發(fā)現(xiàn)，如額仁淖爾、艾勒格廟、衛(wèi)井、準(zhǔn)寶力格、準(zhǔn)棚凹陷等。

圖2 烏蘭察布坳陷古特勒構(gòu)造反轉(zhuǎn)示意圖 （據(jù)中石化中原油田）Fig.2 Schematic map showing the structural reversion in Guteles ag of Wulanchabu depression

3.2.2 晚白堊世至今整體抬升與差異性沉降

綜合學(xué)者對(duì)盆地晚白堊世以來整體抬升的研究成果［9］，筆者結(jié)合野外生產(chǎn)總結(jié)，通過磷灰石裂變徑跡樣品的測試結(jié)果進(jìn)行反演模擬，分析晚白堊世至今整體抬升與差異性沉降對(duì)賽漢組下段的鈾成礦控制作用（表1）。從表1可以看出：1）所有樣品的表觀年齡值分散于83.4～46.7 Ma，均比樣品所處地層真實(shí)年齡（300～120 Ma）要小，說明均經(jīng)歷了60～70℃以上的退火作用，反應(yīng)現(xiàn)今處于地表低溫環(huán)境的樣品上部層位均遭受了不同程度的地層剝蝕；2）地層從K1—C的表觀年齡總體呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，與其地層的真實(shí)年齡（從小到大）呈逆向變化，反映了下部地層經(jīng)歷的退火作用相對(duì)較高、時(shí)間較長，隆升剝蝕相對(duì)較晚；3）不同巖體的表觀年齡呈現(xiàn)一定的差異，表明其相應(yīng)的沉降—隆升史具不一致性。基于Ketcham（1999）的退火模型，應(yīng)用AFTSolve 1.3軟件進(jìn)行模擬，根據(jù)裂變徑跡參數(shù)和樣品所處的地質(zhì)背景與條件，確定反演模擬的初始條件（圖3）。

通過4組樣品反演模擬的時(shí)間-溫度曲線可以明顯的看出：晚白堊世至今在烏蘭察布坳陷及周邊出現(xiàn)構(gòu)造熱事件、構(gòu)造抬升、差異性沉降和準(zhǔn)平原化，坳陷邊緣的衛(wèi)鏡、伊和烏蘇及二連鹽池等地總體抬升幅度為950～2 200 m，比坳陷內(nèi)的齊哈日格圖抬升幅度（1 100 m）大，使得坳陷邊緣深部賽漢組下段受不同程度改造—地層被掀斜、剝蝕，有利于鈾礦化的形成。

表1 烏蘭察布坳陷磷灰石裂變徑跡分析數(shù)據(jù)表［10］Table 1 Data table for the analysis of apatite fission tracks in the Wulanchabu depression

圖3 烏蘭察布坳陷地質(zhì)體模擬的時(shí)間-溫度曲線圖Fig.3 Simulated time-temperature graph of geological body in Wulanchabu depression

3.3 沉積相條件

烏蘭察布坳陷賽漢組下段總體為一套沖積扇、扇三角洲相、辮狀河三角洲相-湖泊相沉積體系（圖4）。在構(gòu)造緩坡內(nèi)以辮狀河三角洲沉積相為主，相帶較寬，向前延伸距離較長，一般長度約20～50 km、寬度10～20 km的砂帶，砂體厚度60～120 m，平均厚度約80 m，其成層性、連通性較好，富含炭屑、黃鐵礦，是鈾儲(chǔ)存的理想空間，如：額仁淖爾 （靠近巴音寶力格隆起巖體一帶）、艾勒格廟、新烏蘇、伊和烏蘇、賽漢塔拉及呼格吉勒?qǐng)D等地區(qū)；在構(gòu)造陡坡則以山麓、沖積扇及扇三角洲相為主，砂體變化比較大，總體規(guī)模相對(duì)較小，碎屑表現(xiàn)為多粒級(jí)混雜堆積，分選性差。湖泊相主要分布于凹陷中央，以灰色、灰綠色泥巖為主，不具備可地浸鈾成礦條件。

圖4 烏蘭察布坳陷賽漢組下段沉積體系示意圖Fig.4 Schematic map showing the depositional facies of the lower member of Saihan Formation in Wulanchabu depression

3.4 氧化帶

本區(qū)賽漢組下段氧化帶類型為潛水、潛水-層間氧化帶型兩種，普遍發(fā)育在烏蘭察布坳陷邊緣，規(guī)模大小不一，與鈾成礦密切相關(guān)。潛水氧化帶長5～20 km，寬2～10 km，其發(fā)育規(guī)模與地層出露在地表的范圍、巖性及構(gòu)造有關(guān)，發(fā)育深度幾十米至幾百米。潛水氧化作用在垂向上遇到泥巖層隔擋時(shí)，局部發(fā)生順層的氧化作用，形成潛水-層間氧化帶。潛水-層間氧化帶發(fā)育的規(guī)模、強(qiáng)度和形態(tài)主要受沉積地質(zhì)體巖性、巖相以及砂體的成層性、連通性等因素的影響。筆者通過大量鉆孔研究表明：潛水-層間氧化帶與鈾成礦最為相關(guān)，主要沿巖體邊緣發(fā)育，呈帶狀、指狀向凹陷中央延伸，規(guī)模較大，長度達(dá)幾十千米，寬度幾百米至幾千米，如烏蘭察布坳陷北西緣額仁淖爾凹陷氧化帶長40 km，寬3～5 km；垂向上潛水-層間氧化帶的發(fā)育特征極其復(fù)雜，分帶性不夠明顯，具有多層疊加現(xiàn)象，單層氧化帶厚度幾米至十幾米，最大可達(dá)幾百米，礦體往往分布在氧化帶上下兩翼，這也是導(dǎo)致賽漢組下段鈾礦化具有多層現(xiàn)象重要原因之一。

4 找礦模式與找礦方向

4.1 關(guān)鍵控礦因素分析

4.1.1 鈾源體

賽漢組下段蝕源區(qū)發(fā)育大規(guī)模華力西-燕山期中酸性侵入巖，鈾含量高，平均鈾含量為 （3.6～8.3）×10-6， 風(fēng)化程度高， 大量鈾被淋濾，鈾從巖石中轉(zhuǎn)入地下水中，為坳陷鈾成礦提供了主要的鈾源。此外，賽漢組下段灰色碎屑巖本底含量較高，平均鈾含量6.09×10-6，也是重要鈾源體。

4.1.2 構(gòu)造

對(duì)賽漢組下段鈾礦化影響最大的構(gòu)造活動(dòng)為早白堊世晚期構(gòu)造反轉(zhuǎn)和晚白堊世以來整體抬升與差異性沉降，造成了賽漢組與二連組之間的角度不整合及晚白堊世以后的長期（長達(dá)1.6億年）陸地干旱氣候環(huán)境［11］，形成了較穩(wěn)定的斜坡帶，目的層砂體出露地表，易發(fā)育潛水-層間氧化作用，攜帶大量活化鈾進(jìn)入沉積地層。

4.1.3 地層

賽漢組下段地層總體由坳陷邊緣向坳陷中央傾斜，具有泥-砂-泥互層結(jié)構(gòu)，傾角1°～3°，部分可達(dá)到5°左右，存在明顯的削截面，有利于含礦含氧水的滲入和運(yùn)移。

4.1.4 巖性-巖相

賽漢組下段在構(gòu)造緩坡內(nèi)發(fā)育辮狀河三角洲相辮狀河道和水下分流河道砂體，砂體的連通性、成層性較好，如：烏蘭察布坳陷北西斜坡帶圈出長50 km、寬10～20 km的砂帶，砂體疊加厚度約60 m，為鈾富集提供了可容納空間。

4.1.5 后生氧化

通過歷年勘查驗(yàn)證氧化帶控礦極其明顯，后生氧化主要為潛水、潛水-層間氧化作用，由于氧化流體流速慢，所以有利于鈾的充分富集。與賽漢組下段鈾成礦最為密切相關(guān)的是潛水-層間氧化作用，一般呈多層現(xiàn)象。經(jīng)過氧化帶的富鈾層間水徑流到氧化還原過渡帶［11］，鈾不斷富集， 分布于層間氧化帶上下兩翼。

4.1.6 還原介質(zhì)

賽漢組下段沉積層中富含有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦等還原劑；有機(jī)質(zhì)對(duì)鈾有吸收、吸附作用［11］，這在沼澤微相中的鈾礦化表現(xiàn)最為突出；而有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦及構(gòu)造涌溢油氣主要作用為提供地球化學(xué)還原障，富集鈾。

4.2 找礦模式

圖5 烏蘭察布坳陷鈾礦找礦模式Fig.5 The exploration model for uranium deposit in Wulanchabu depression

通過烏蘭察布坳陷賽漢組下段鈾礦化特征與鈾成礦條件分析，構(gòu)建如下找礦模式（圖5）：1）鈾礦化發(fā)育于坳陷邊緣 “箕狀”次級(jí)凹陷緩坡辮狀河三角洲內(nèi)；2）邊緣構(gòu)造反轉(zhuǎn)、抬升作用較明顯，抬升幅度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于坳陷中央一帶，形成蝕源區(qū)與盆地地形落差較大的斜坡帶，為含鈾含氧水滲入提供良好水動(dòng)力環(huán)境；3）邊緣緊鄰華力西-燕山期中酸性巖漿巖等富鈾巖體 （風(fēng)化殼厚，剝蝕程度高），無論地下水，還是碎屑巖本底鈾含量都較高；4）邊緣賽漢組下段被掀斜，呈單斜緩坡，地層向坳陷中央傾，并遭受后期不同程度剝蝕，砂體裸露地表或存在構(gòu)造裂隙、削截面，易形成潛水、潛水-層間氧化帶；砂體成層性、連通性較好，富含有機(jī)質(zhì)等還原介質(zhì)，提供鈾富集存儲(chǔ)空間；5）緩坡帶主要發(fā)育辮狀河三角洲沉積相，平原亞相中多見沼澤微相褐煤層、碳質(zhì)泥巖等，易形成同沉積疊加后期改造型鈾礦化，前緣亞相水下分流河道砂體較為發(fā)育，具有泥-砂-泥結(jié)構(gòu)，富含有機(jī)質(zhì)，由于搬運(yùn)距離較遠(yuǎn)，碎屑巖結(jié)構(gòu)成熟度和成分成熟度較高，易形成潛水-層間氧化帶鈾礦化。

4.3 找礦方向

通過烏蘭察布坳陷賽漢組下段鈾成礦條件分析，依據(jù)賽漢組下段關(guān)鍵控礦因素和找礦模式，表明烏蘭察布坳陷賽漢組下段具有較好的鈾成礦遠(yuǎn)景。指出，額仁淖爾-艾勒格廟（I-1）、伊和烏蘇（I-2）具有良好的鈾成礦遠(yuǎn)景（圖6），為 I級(jí)遠(yuǎn)景區(qū)；賽烏蘇-賽漢高畢（II-1）、 賽漢塔拉西北部（II-2）、 江岸（II-3）、白音花西（II-4）具有較好的鈾成礦遠(yuǎn)景，為II級(jí)遠(yuǎn)景區(qū)。

5 結(jié)論

1）根據(jù)成礦機(jī)理不同，賽漢組下段成礦類型可化分為同沉積疊加后期改造型和潛水-層間氧化帶型，同沉積疊加后期改造型較水-層間氧化帶型礦體具有埋深淺、厚度薄、品位高的特點(diǎn)。

圖6 烏蘭察布坳陷賽漢組下段成礦預(yù)測圖Fig.6 The prediction map of uranium metallization in the lower member of Saihan Formation in the Wulanchabu depression

2）烏蘭察布坳陷賽漢組下段成礦條件較好，沿坳陷緩坡帶發(fā)育厚大的辮狀河三角洲相砂體，形成泥-砂-泥有利的鈾儲(chǔ)層空間。受早白堊世晚期以來構(gòu)造反轉(zhuǎn)、抬升與差異性沉降的影響，坳陷邊緣地層被掀斜，目的層砂體出露地表，有利于潛水-層間氧化帶的發(fā)育，由于蝕源區(qū)和地層內(nèi)鈾源豐富，大量的鈾被活化、遷移和再富集。

3）賽漢組下段潛水-層間氧化帶砂巖型鈾礦化受鈾源體、巖性-巖相、構(gòu)造活動(dòng)、地層結(jié)構(gòu)、氧化帶和還原介質(zhì)多重控制較為明顯，而同沉積疊加后期改造泥巖型鈾礦化關(guān)鍵控礦因素則為有機(jī)質(zhì)、巖性和氧化帶。

4）賽漢組下段找礦方向?yàn)檑晗葸吘?“箕狀”次級(jí)凹陷緩坡辮狀河三角洲內(nèi)，其中，額仁淖爾-艾勒格廟、伊和烏蘇具有良好的鈾成礦遠(yuǎn)景；賽烏蘇-賽漢高畢、賽漢塔拉西北部、江岸、白音花西具有較好的鈾成礦遠(yuǎn)景。