世界超大型砂巖鈾礦床形成環(huán)境分析與找礦方向

宋繼葉，秦明寬，蔡煜琦，李林強，邱駿挺

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 中核集團鈾資源與評價技術(shù)重點實驗室，北京 100029；2.國防科技工業(yè)核材料技術(shù)創(chuàng)新中心，北京 100029）

超大型礦床具有巨大的礦產(chǎn)儲量和特殊的成礦特征，其數(shù)量僅占礦床總數(shù)的5%～10%，卻提供了全球礦產(chǎn)資源儲量的30%～50%，全球占少數(shù)的大型和超大型鈾礦床，提供了占全球86.7%以上的鈾資源，對一個國家乃至全球經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展具有舉足輕重的作用［1-4］。前人針對超大型礦床已開展眾多工作，主要集中在超大型礦床的界定以及超大型礦床的成因、成礦規(guī)律、分布特征等方面，或從全球出發(fā)或從區(qū)域角度，涉及全球6 個大洲、121 個國家的石油、天然氣、煤、鈾、金、鐵、錳、鉻等20 多個礦種的1 000 多個礦床［5-12］。

其中，針對區(qū)域或單個超大型砂巖鈾礦床成礦環(huán)境研究亦較多［6-7，9-10，13-15］，但對超大型砂巖鈾礦床更大尺度的形成環(huán)境的共性規(guī)律研究和找礦方向可查資料相對較少，主要包括從研究國外超大型鈾礦床特征和分類入手，總結(jié)不同成因類型超大型鈾礦床成礦地質(zhì)條件，結(jié)合我國西北部地質(zhì)特征、礦化地點，提出了我國西北部今后尋找超大型鈾礦床主要是中新生代可地浸的層間氧化帶砂巖型鈾礦，其次是偉晶花崗巖型、火山巖型及奧林匹克壩型的鈾礦床［16］，還包括通過對我國近20 年來發(fā)現(xiàn)的一批特大、超大型礦床定位特征的對比研究，總結(jié)了我國超大型砂巖鈾礦形成的必備地質(zhì)條件，用量化、半量化的判別條件指導(dǎo)找礦［13］。

現(xiàn)今，研究大型礦集區(qū)、成礦大爆發(fā)、鈾地球化學(xué)塊體及巨礦的形成分布等規(guī)律問題是未來鈾資源勘查理論與技術(shù)突破方向。因此，有必要開展超大型砂巖鈾礦床形成環(huán)境與找礦方向研究，相關(guān)研究可為深化超大型砂巖鈾礦成礦理論和成礦規(guī)律提供基礎(chǔ)支撐，同時為我國天然鈾的可持續(xù)發(fā)展提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。通過總結(jié)國外超大型砂巖鈾礦成礦特征與規(guī)律，進而指導(dǎo)我國尋找超大型砂巖型鈾礦取得重大突破。

1 超大型砂巖鈾礦床的定義、儲量規(guī)模界定標準現(xiàn)狀

超大型金屬礦床（含鈾礦床）的命名沒有明確的涵義或說法。涂光熾院士（2000）［17］認為，國內(nèi)外有類似超大型礦床的形容詞，如世界級、特大型、巨型、超巨型礦床等，目前暫時對超大型、巨型、世界級、特大型等不作更細劃分，它們可相互通用。選用超大型這個詞，是因為它早被國際會議所采用，有優(yōu)先權(quán)。

為了反映不同地區(qū)鈾成礦作用的強度，將鈾礦床規(guī)模分為超大型、大型、中型、小型和礦點。鈾礦床規(guī)模的大小往往與各國具有鈾礦資源的多寡有關(guān)，以往對于超大型礦床的量級（噸位）沒有一個統(tǒng)一的標準或確切涵義［5，18-21］。針對超大型砂巖鈾礦床的量級標準包括 15 000 t、60 000 t 和 50 000 t等［14，22-25］。目前，世界主要國家鈾礦床大小及分級標準如表1 所示。

表1 世界主要國家鈾礦床規(guī)模大小及分級標準Table 1 Uranium deposit scale and its classification criteria of main countries in the world

目前世界上主要國家，包括中國、俄羅斯以及國際通用均采用50 000 t級規(guī)模作為超大型鈾礦床的相對量級標準，其可作為全球鈾礦集區(qū)和超大型鈾礦床分布的全球背景在不同地區(qū)富集的參量。地浸砂巖型鈾礦規(guī)模相對較大，因此，本文以大于50 000 t級規(guī)模作為超大型鈾礦床的相對量級標準，結(jié)合前期研究成果與最新IAEA數(shù)據(jù)庫資料，在世界范圍內(nèi)系統(tǒng)統(tǒng)計了超大型（＞50 000 t）、特大型砂巖型鈾礦床（25 000～50 000 t）共39個，其中，17 個為超大型砂巖鈾礦床。

具體超大型、特大型鈾礦床基本信息如表2，圖1 所示。

表2 世界超大型、特大型砂巖鈾礦床基本信息一覽表［27-30］Table 2 The basic information of extra large and super large sandstone uranium deposits[27-30]

2 時空分布特征

就地理空間位置來看，超大型砂巖鈾礦床主要集中于歐亞大陸、非洲和南美洲，其中中亞與亞歐大陸腹地是世界上最著名的鈾礦床集中區(qū)（圖2），包括哈薩克斯坦產(chǎn)出有9 個、俄羅斯產(chǎn)出有1 個、烏茲別克斯坦產(chǎn)出有1 個、美國產(chǎn)出有2 個、尼日爾產(chǎn)出有2 個、南非和坦桑尼亞各產(chǎn)出有1 個。涉及哈薩克斯坦的楚-薩雷蘇與錫爾達林鈾成礦區(qū)、烏茲別克斯坦中央克孜勒庫姆鈾成礦省、俄羅斯外貝加爾成礦區(qū)、美國科羅拉多高原圣胡安盆地和尼日爾阿加德茲盆地（或稱廷梅爾索伊盆地）。

圖2 歐亞大陸鈾礦床集中區(qū)分布圖Fig.2 Distribution map of uranium deposits cluster around Eurasia

在大地構(gòu)造位置上，超大型砂巖鈾礦床主要集中分布在殘留的古陸塊（如非洲陸塊）或古陸殼重熔改造后形成的富鈾長英質(zhì)巖石中（以褶皺帶形式存在），尤其是古生代褶皺帶圍陷的盆地中（圖3）。

從時間上來看，上述超大型砂巖鈾礦床的容礦主巖時代主要是中生代，個別為新生代、古生代；具體產(chǎn)出地層、時代與礦化類型如表3所示，其中主要容礦主巖為上白堊統(tǒng)、個別是下中侏羅統(tǒng)和古近系。

表3 世界超大型砂巖鈾礦床賦礦層時代表Table 3 Age of lithological composition of host layer for extra-large sandstone uranium deposits in the world

中央亞洲砂巖型鈾礦床礦石同位素年齡值集中，即26～24 Ma、15～12 Ma、5～1.6 Ma 和1.5～0.25 Ma；在非洲鈾成礦域，中生代構(gòu)造活化全面剝蝕期形成砂巖型鈾礦化；外貝加爾維季姆鈾成礦區(qū)測定的鈾礦化年齡為20～1 Ma。由此可以看出，上述超大型砂巖鈾礦床成礦區(qū)成礦年齡集中在新生代中新世。

3 成礦環(huán)境綜合分析

考慮覆蓋全球主要成礦域、鈾成礦地質(zhì)背景差異以及成礦類型的不同，本文選取如下典型礦床開展了超大型砂巖鈾礦形成環(huán)境研究，即近天山鈾成礦省楚-薩雷蘇成礦區(qū)的門庫杜克礦床、中央克茲勒庫姆成礦區(qū)烏奇庫杜克礦床、俄羅斯外貝加爾鈾成礦區(qū)的希阿格達礦床、美國科羅拉多高原鈾成礦省圣胡安盆地格蘭茨礦帶安布羅西尼亞湖鈾礦以及非洲陸塊尼日爾阿爾利特鈾成礦省伊姆拉倫礦床。系統(tǒng)梳理總結(jié)了上述典型鈾成礦?。▍^(qū)）中的盆地類型、規(guī)模、構(gòu)造位置、構(gòu)造演化、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、鈾源條件、沉積特征以及成礦過程或模式（表4）。

通過對超大型砂巖鈾礦床形成環(huán)境因素綜合分析，不難發(fā)現(xiàn)，各個地區(qū)所具有的共同特征有：

1）豐富的基底（結(jié)晶基底＋褶皺基底）外部鈾源，富鈾的含礦巖系或賦礦巖系；2）總體發(fā)育河流-三角洲沉積體系，其中的河道和三角洲砂體為主控砂體；3）具有相對穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境，穩(wěn)定的地下水補徑排條件，以及后期構(gòu)造隆升、深部熱流體或者油氣等的還原改造；4）往往產(chǎn)出于多水流匯聚的地區(qū)。

可以產(chǎn)出有超大型砂巖鈾礦床的構(gòu)造背景有3 種：

1）加里東褶皺帶粘結(jié)前寒武紀古老地塊群的陸間型板塊內(nèi)部，如位于圖蘭臺坪東部邊緣近天山地區(qū)，其中又可以是長期發(fā)育的大型盆地（如楚-薩雷蘇盆地），或者是由一系列中小型斷陷-向斜式“山間盆地”（如中央克茲勒庫姆盆地）；2）穩(wěn)定克拉通（古陸塊）上長期穩(wěn)定的克拉通盆地區(qū)，如科羅拉多圣胡安盆地和阿爾利特阿加德茲盆地；3）穩(wěn)定古陸塊的后期活化帶高原地區(qū)。

可以形成超大型砂巖鈾礦床的成礦過程或模式有5 種：

1）區(qū)域性大規(guī)模層間氧化作用（如門庫杜克）；2）區(qū)域性層間氧化作用＋局部性層間氧化作用（如烏奇庫杜克）；3）沿不整合下滲的地下水或與沉積地層腐殖酸、黏土質(zhì)還原劑，或與切穿主巖的構(gòu)造斷裂帶形成的地球化學(xué)界面的成礦過程（如安布羅西尼亞湖）；4）古河道沉積體系潛水氧化伴隨玄武巖漿噴溢的熱改造成礦過程（如希阿格達）；5）層控性沉積成巖型（如阿爾利特）。

可以形成超大型砂巖型鈾礦床的盆地類型有4 種：

1）后造山帶內(nèi)的中新生代海相盆地（如楚-薩雷蘇，中央克茲勒庫姆盆地）；2）穩(wěn)定克拉通盆地（如阿加德茲盆地）；3）古中間地塊上的構(gòu)造盆地（如圣胡安盆地）；4）穩(wěn)定地臺褶皺帶內(nèi)中間地塊隆起高原。

以上超大型砂巖鈾礦床產(chǎn)出地區(qū)的共同地質(zhì)特征是我國尋找超大型砂巖型鈾礦床應(yīng)具備的基礎(chǔ)條件，以此為基礎(chǔ)，可以在3 種不同構(gòu)造地質(zhì)背景、4 種不同盆地類型的地區(qū)中尋找區(qū)域性層間氧化帶型、局部性層間氧化帶型、不整合面地下水滲入型、古河道潛水氧化疊加玄武巖熱改造成礦類型以及沉積成巖型超大型砂巖型鈾礦床。

在我國，建議在伊犁盆地南緣東段、鄂爾多斯盆地西部地區(qū)、二連盆地玄武巖覆蓋區(qū)，分別尋找類中央克茲勒庫姆烏奇庫杜克鈾礦床、類科羅拉多高原圣胡安盆地安布羅西尼亞湖鈾礦化和類維季姆希阿格達鈾礦床。

4 結(jié)論

1）以50 000 t 級規(guī)模作為超大型砂巖鈾礦床的相對量級標準，在世界范圍內(nèi)，最新統(tǒng)計了超大型、特大型砂巖型鈾礦床（25 000～50 000 t 級別）共39 個，其中17 個為超大型砂巖鈾礦床。

2）超大型砂巖型鈾礦床分別產(chǎn)出于哈薩克斯坦的楚-薩雷蘇、中央克茲勒庫姆地區(qū)，俄羅斯外貝加爾的維季姆地區(qū)，美國科羅拉多高原以及尼日爾阿爾利特地區(qū)。超大型砂巖鈾礦床的容礦主巖時代主要是中生代，個別為新生代和古生代；成礦年齡集中在新生代中新世。

3）超大型砂巖鈾礦床形成的環(huán)境因素包括：具有富鈾基底和富鈾含礦巖系，總體發(fā)育河流-三角洲沉積體系，具有相對穩(wěn)定的構(gòu)造環(huán)境，穩(wěn)定的地下水補徑排條件，以及后期構(gòu)造隆升、深部熱流體或者油氣等的還原改造。

4）超大型砂巖鈾礦床產(chǎn)出地區(qū)的共同地質(zhì)特征是我國尋找超大型砂巖型鈾礦床應(yīng)具備的基礎(chǔ)條件，以此為基礎(chǔ)，可以在3 種不同構(gòu)造地質(zhì)背景、4 種不同盆地類型的地區(qū)中，尋找區(qū)域性層間氧化帶型、局部性層間氧化帶型、不整合面地下水滲入型、古河道潛水氧化疊加玄武巖熱改造成礦類型以及沉積成巖型超大型砂巖型鈾礦床。

5）中國超大型砂巖鈾礦的找礦建議：在伊犁盆地南緣東段庫魯斯臺-達拉地中央古隆起周緣新區(qū)，尋找類中央克茲勒庫姆烏奇庫杜克鈾礦床；在鄂爾多斯盆地西部地區(qū)，尋找類科羅拉多高原圣胡安盆地安布羅西尼亞湖鈾礦化；在二連盆地玄武巖覆蓋區(qū)，尋找類維季姆希阿格達鈾礦床。