鄂爾多斯盆地東南緣建莊地區(qū)砂巖型鈾礦成礦條件和找礦遠景分析

劉厚寧，曹惠鋒

(中陜核工業(yè)集團地質(zhì)調(diào)查院有限公司，西安 710100)

砂巖型鈾礦作為世界上最早發(fā)現(xiàn)的鈾礦類型之一，在世界各大能源盆地內(nèi)廣泛分布，產(chǎn)出層位主要為侏羅系和白堊系[1]。由于其具有埋藏淺、儲量規(guī)模大、開采成本低、開采過程安全等優(yōu)點，近年來我國乃至世界都將砂巖型鈾礦作為鈾資源勘查的重點工作。

鄂爾多斯盆地作為我國重要的儲鈾盆地，在盆地北部已經(jīng)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了大營鈾礦、東勝鈾礦、杭錦旗(納嶺溝)鈾礦等大型、特大型礦床[2-3]。盆地南緣鈾礦工作開展較早，20世紀(jì)70—80年代就發(fā)現(xiàn)了一批鈾礦點和小型鈾礦床，2006年至今先后在鄂爾多斯盆地東南緣發(fā)現(xiàn)了店頭、雙龍兩處中型鈾礦床[4-8]。建莊地區(qū)與雙龍鈾礦床同處于盆地東南緣，并且在建莊地區(qū)煤田鉆孔中發(fā)現(xiàn)了一些高品位鈾礦化異常，充分顯示了建莊地區(qū)具有良好的鈾找礦前景。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

鄂爾多斯盆地是一個由古生代地臺和中新生代內(nèi)陸塌陷疊合所形成的克拉通盆地[9-11]，大地構(gòu)造位置屬于中朝準(zhǔn)地臺的一部分。北鄰內(nèi)蒙-大興安嶺褶皺帶，南接秦嶺-祁連山褶皺帶，東與山西地塊相接，西與阿拉善地塊毗鄰，是一個在古生代地臺基礎(chǔ)上發(fā)展起來的“具有雙重基底結(jié)構(gòu)”的不對稱箕狀盆地。

研究區(qū)行政隸屬于陜西省黃陵縣腰坪鄉(xiāng)建莊村及其周邊，面積約200 km2，構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地東南部伊陜斜坡南端靠近渭北隆起區(qū)(圖1)。區(qū)內(nèi)構(gòu)造較簡單，地層總體傾向為北西方向，傾角較緩，一般1°～5°；褶皺不甚強烈，只在建莊村黑龍溝附近發(fā)育一處小型平緩向斜，向斜軸跡呈北東方向，兩翼基本對稱，傾角3°～10°；斷裂構(gòu)造不發(fā)育。

圖1 鄂爾多斯盆地南緣構(gòu)造綱要圖Fig.1 Outline of the southern edge of the Ordos basin

1.2 地層及含鈾性

研究區(qū)發(fā)育的地層由上至下有第四系(Q)、白堊系下統(tǒng)華池—環(huán)河組(K1h)、白堊系下統(tǒng)洛河組(K1l)、白堊系下統(tǒng)宜君組(K1y)、侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)、侏羅系中統(tǒng)延安組(J2y)。

第四系(Q)：沉積物為土黃色黏土、砂質(zhì)黏土，厚度0～100 m，區(qū)內(nèi)未見鈾礦化。

白堊系下統(tǒng)華池—環(huán)河組(K1h)：為一套細碎屑巖沉積，巖性為紫紅色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖，厚度0～80 m，區(qū)內(nèi)未見鈾礦化。

白堊系下統(tǒng)洛河組(K1l)：為一套干旱條件形成的紅色沉積，巖性主要為棕紅色中-細粒長石砂巖，局部夾少量紫紅色泥巖、薄層礫巖，發(fā)育大型斜層理，與下伏宜君組呈角度不整合接觸，厚度100～300 m，區(qū)內(nèi)未見鈾礦化。

白堊系下統(tǒng)宜君組(K1y)為一套干旱條件下形成的河流相、洪積相沉積，巖性為紫紅色礫巖、砂礫巖，礫石磨圓度中等、分選性差，與下伏直羅組呈平行不整合接觸，厚度0～35 m，區(qū)內(nèi)未見鈾礦化。

侏羅系中統(tǒng)直羅組(J2z)：根據(jù)巖性巖相特征將直羅組細分為上下兩段，上段巖性以紫紅色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾少量細砂巖、中砂巖、含礫粗砂巖，含大量薄層狀石膏，為一套干旱條件下形成的湖相沉積，為直羅組下段含鈾砂體的穩(wěn)定隔水頂板，厚度40～100 m，區(qū)內(nèi)未見鈾礦化；下段巖性為紫紅色、灰色、灰白色、淺灰綠色中砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖，含大量碳化植物碎屑及黃鐵礦，與下伏延安組平行不整合接觸，厚度20～50 m，為區(qū)內(nèi)主要含鈾層位。

侏羅系中統(tǒng)延安組(J2y)：為一套含煤內(nèi)陸碎屑河湖沼澤相沉積，為直羅組下段含鈾砂體的穩(wěn)定隔水底板，厚度10～135 m，局部見少量鈾礦化。

2 鈾成礦地質(zhì)條件分析

2.1 鈾源條件

盆地周緣晉西撓褶帶的(γ1-2)、(γ3)，桌子山的(γ1)，盆地西南緣隴山的(γ4)、(γ5)，北秦嶺的(γ1)、(γ2)、(γ5)的中酸性花崗巖都為富鈾巖體，可為盆內(nèi)沉積提供鈾源。

中侏羅統(tǒng)直羅組下段砂體沉積時物源主要來自盆地西部的阿拉善古陸和南部的秦嶺山，巖體風(fēng)化剝蝕后鈾元素隨地表水進入直羅組地層中，由于當(dāng)時氣候由潮濕向半干旱過渡，地層中富含大量腐殖質(zhì)、炭質(zhì)和煤屑等，這些有機質(zhì)可吸附鈾，形成鈾元素的早期富集。直羅期后砂體上部沉積了直羅組上段泥巖、粉砂巖，富鈾流體垂向流動受阻，盆地邊緣富鈾巖體風(fēng)化淋濾產(chǎn)生的含氧含鈾流體以層間水的形式由補給區(qū)流向排泄區(qū)，在適當(dāng)?shù)牡胤礁患傻V。

2.2 含鈾層位及鈾異常分布

本次工作共收集到建莊地區(qū)121個煤田鉆孔資料，收集到的資料主要為鉆孔綜合柱狀圖，內(nèi)容包括地質(zhì)編錄、水文編錄、物探測井、地層劃分等十分完整的鉆孔綜合資料。將收集到的121個煤田鉆孔自然伽瑪曲線全部進行數(shù)字化處理，并且按照地質(zhì)分層界線進行分段統(tǒng)計。將每層的自然伽瑪平均值作為該層自然伽瑪本底值P0，將讀數(shù)大于或等于10倍本底值P1(P1≥10P0)作為該煤田鉆孔的異常段，記錄異常段的強度與厚度；對121個煤田鉆孔自然伽瑪測井曲線篩查，篩選出存在鈾異常的鉆孔39個，將這些異常段的位置與地質(zhì)分層界線對比發(fā)現(xiàn)建莊地區(qū)煤田鉆孔鈾異常均位于直羅組下段，屬于同一層異常，異常段巖性為灰色、灰白色中砂巖、粗砂巖。

利用Mapgis6.7制圖軟件繪制研究區(qū)煤田孔直羅組下段地層自然伽瑪異常等值線圖(圖2)，在圖中圈出自然伽瑪強度大于300 γ的自然伽瑪異常區(qū)呈北西—南東向帶狀展布，異常帶長約13 km，寬0.3～2.0 m，面積約15 km2；異常厚度0.75～4.6 m。

圖2 直羅組下段鈾異常強度等值線圖Fig.2 The contour plot of the abnormal intensity of uranium in the lower segment of the Zhiluo formation

2.3 沉積相及砂體發(fā)育特征

研究區(qū)直羅組沉積整體表現(xiàn)出低水位體系域特點，直羅早期為辮狀河河道沉積[12]，與下伏延安組平行不整合接觸(圖3-a)，巖性以紫紅色、灰色、灰白色、灰綠色中砂巖、粗砂巖為主，含大量黃鐵礦結(jié)核及炭化植物碎屑，分選好-中等，厚層狀-塊狀，底部可見明顯沖刷構(gòu)造，局部含礫石及植物莖干滯留沉積(圖3-b)，發(fā)育大型槽狀交錯層理、板狀交錯層理(圖3-c、3-d)。

a—J2z1與J2y平行不整合接觸；b—砂巖中發(fā)育炭化植物莖干；c—板狀交錯層理；d—槽狀交錯層理圖3 含礦砂體野外露頭照片F(xiàn)ig.3 Wild outcrop photos of mineral sandbodies

建莊地區(qū)直羅組下段含礦砂體全區(qū)分布，厚度20～50 m，平均35 m左右，厚度自東向西逐漸變厚(圖4)。砂體總體呈大型單斜構(gòu)造，總體向北西方向傾斜，傾角2°～10°。砂體埋深受地形影響較大，但是總體埋藏適中，具東淺西深埋藏型層狀結(jié)構(gòu)。東邊埋深最淺處100 m左右，西北部埋深最深可達650 m，一般在200～500 m。

圖4 直羅組下段砂體厚度等值線圖Fig.4 Contour figure of sand body thickness in the lower segment of the Zhiluo formation

砂體厚度適中，有機質(zhì)、黃鐵礦豐富，且具有穩(wěn)定的單斜構(gòu)造，十分有利于砂巖型鈾礦的形成。

2.4 水文地質(zhì)條件

直羅組沉積之后，燕山運動第Ⅱ幕使盆地東南緣抬升，西部受西緣逆沖構(gòu)造帶的影響，最后形成西深東淺的古地形特征[13]。沉積中心與沉降中心一致，其位置與現(xiàn)今的天環(huán)向斜相吻合。此時地下水的總體流向由南東向北西，與晚侏羅世的古地下水流向基本一致。

地層抬升風(fēng)化剝蝕未波及到直羅組地層，直羅組上段泥巖發(fā)育完整，區(qū)內(nèi)含礦含水層為明顯承壓水，古近紀(jì)時期古地下水主要由盆地邊緣東南緣向盆地中心西北部流動，具有補給區(qū)、徑流區(qū)、排泄區(qū)地下水水動力機制，研究區(qū)位于古水流系統(tǒng)的徑流區(qū)，十分有利于砂巖型鈾礦的富集。

2.5 古氣候條件

研究區(qū)中侏羅世延安期處于溫暖潮濕的氣候環(huán)境[14]，該階段植被發(fā)育，泥炭沼澤廣布，形成了盆地主要含煤地層(黑色層)；中侏羅世直羅期氣候由溫暖潮濕轉(zhuǎn)變?yōu)榘敫珊?，該階段植物發(fā)育，沼澤化、泥炭化較為普遍，沉積一套富含有機質(zhì)、黃鐵礦粗碎屑沉積(灰色層)；晚侏羅世安定期氣候炎熱干旱，沉積一套紅色富含石膏薄層的湖相沉積(紅色層)，這種炎熱干旱的氣候條件有利于蝕源區(qū)鈾的氧化淋溶，使鈾伴隨氧化流體進入直羅組下部灰色層中，在適當(dāng)?shù)奈恢帽贿€原富集成礦。

中侏羅世直羅組含礦砂體經(jīng)歷了半干旱到干旱炎熱的氣候環(huán)境的轉(zhuǎn)變，這一氣候環(huán)境的轉(zhuǎn)變對砂巖型鈾礦成礦十分有利。

3 鈾礦找礦前景分析

研究區(qū)鈾源豐富，區(qū)域鈾成礦構(gòu)造條件良好，發(fā)育有利于砂巖型鈾礦富集的砂質(zhì)辮狀河相，砂體厚度大且分布廣泛。水文條件較好，具有滲入型自流水盆地特征，補—徑—排機制較完善，且上下兩層泥巖使含礦含水層具備了穩(wěn)定的“泥—砂—泥”結(jié)構(gòu)，具備了砂巖型鈾礦床形成的一些基本條件。

前人在鄂爾多斯盆地東南緣已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了雙龍、店頭兩個中型鈾礦床，對盆地南緣賦礦層位、成礦規(guī)律、找礦方向等都取得了一定的認識。建莊地區(qū)距離雙龍鈾礦南部20 km，賦礦層位位于直羅組下段，巖性巖相特征基本相似。通過收集區(qū)內(nèi)煤田鉆孔發(fā)現(xiàn)了大量的自然伽瑪異常鉆孔，異常強度高，異常呈北西—南東向帶狀分布，并且在異常帶內(nèi)進行鉆探驗證后發(fā)現(xiàn)了工業(yè)鈾礦體。綜合顯示建莊地區(qū)具有良好的鈾礦找礦前景，該地區(qū)煤田鉆孔自然伽瑪異常區(qū)的圈定對擴大鄂爾多斯盆地東南部鈾資源量具有重要意義。