德令哈坳陷新近系層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦條件及成礦潛力

晁海德 ,陳建洲 ,李吉慶 ,趙維孝 ,任文愷 ,劉世明，蔡廷俊,趙洪岳,劉立波

（1.青海省第四地質(zhì)勘查院，青海 西寧 810000;2.青海省頁巖氣資源重點實驗室，青海 西寧 810000；3.青海省第二地質(zhì)勘查院，青海 西寧 810000;4.河北工程大學，河北 邯鄲 056009）

柴達木盆地作為我國第三大型內(nèi)陸盆地[1]，中—新生代以來長期處于相對穩(wěn)定的沉積狀態(tài)，盆地邊緣形成了穩(wěn)定的斜坡帶，新近紀以來，長期處于干旱-半干旱的氣候條件，為砂巖型鈾礦提供了良好的構(gòu)造條件和氣候條件。但已發(fā)現(xiàn)的砂巖型鈾礦（化）點、礦床及眾多異常帶、點主要分布于盆地北緣、西緣[2-5]，盆地東北緣德令哈坳陷的研究相對薄弱[6,7]，尤其是新近系成礦潛力研究未取得實質(zhì)性進展。

近年來，青海省第四地質(zhì)勘查院在前人研究成果的基礎(chǔ)上，在德令哈坳陷進行了大量地質(zhì)調(diào)查工作，取得豐富的一手資料，并發(fā)現(xiàn)了一定規(guī)模的鈾礦化體，但未研究該區(qū)砂巖型鈾礦成礦條件和成礦潛力，這些都是亟待解決的科學問題。鑒于此，本文通過對鈾源、古氣候、沉積相、含礦建造、構(gòu)造、水文地質(zhì)的研究，結(jié)合成礦事實，對德令哈坳陷砂巖型鈾礦成礦條件、成礦模式開展詳細研究，以探討研究區(qū)砂巖型鈾礦成礦潛力及找礦遠景。

1 研究區(qū)地質(zhì)背景

1.1 地質(zhì)條件

柴達木盆地位于歐亞大陸腹地，屬塔里木-中朝板塊，夾持于昆侖山、祁連山、阿爾金山三大山系之間。戴俊生,楊超認為柴達木盆地可劃分出4個一級構(gòu)造單元（北部塊斷帶、茫崖坳陷、三湖坳陷、德令哈坳陷）[8-9]（圖1-A）。德令哈坳陷位于柴達木盆地東北緣，北部以宗務隆山為界，南部與埃姆尼克山接壤，東部與牦牛山比鄰，三面環(huán)山，面積約12 784 km2[10]。德令哈坳陷由北至南依次發(fā)育宗南斷裂、歐北斷裂、歐南斷裂、埃北斷裂、埃南斷裂，這些斷裂間形成隆坳相間的構(gòu)造格架，可劃分出德令哈凹陷、歐龍布魯克凸起、埃北凹陷、埃姆尼克凸起等4個二級構(gòu)造單元（圖1-B）[11-12]。

圖1 柴達木盆地德令哈坳陷地質(zhì)概況綜合圖Fig.1 Comprehensive geological map of Delingha depression in Qaidam Basin

據(jù)區(qū)內(nèi)的德頁1 井、德參1 井數(shù)據(jù)，侏羅系直接上覆于石炭系之上，侏羅系之上依次為中生界白堊系犬牙溝組、新生界古近—新近系干柴溝組，新近系上新統(tǒng)油砂山組、獅子溝組[13-14]。其中油砂山組與下伏干柴溝組（局部為斷層接觸）、上覆獅子溝組均呈整合接觸，厚540～1 450 m。

1.2 地球化學特征

德令哈坳陷內(nèi)存在2處1∶20萬放射性水系沉積物異常，分別為AS99丙ULiNbLaPThYZr 和AS152丁AgUNbWZrAsBaTh(Li)。U 元素峰值為3.17×10-6～5.34×10-6，異常規(guī)模較大，各元素套合較好（表1）。

表1 放射性水系異常特征表Table 1 Abnormal characteristics of radioactive water system

2 成礦地質(zhì)條件

2.1 鈾源條件

鈾源是鈾礦成礦的物質(zhì)基礎(chǔ)，是重要的成礦基礎(chǔ)條件[15]。研究區(qū)鈾源充足，具多鈾源條件，具備了鈾礦成礦的物質(zhì)條件。區(qū)內(nèi)鈾源主要為坳陷北部宗務隆山-巴音山、東部旺尕秀-牦牛山、西部歐龍布魯克山-埃姆尼克山一帶的中酸性巖體及富鈾地層（圖2）。

圖2 德令哈坳陷砂巖型鈾礦成礦要素圖Fig.2 Metallogenic elements of sandstone type uranium deposit in Delingha depression

其中，宗務隆山-巴音山出露地層為震旦系、志留系、石炭系、二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系。另外，宗務隆山地區(qū)出露大量侵入體，基性-酸性巖均有發(fā)育，以中酸性-酸性巖為主。其中酸性侵入巖中花崗巖的鈾元素含量為1.04×10-6～4.61×10-6，尤其是海西期中酸性侵入巖呈巖基狀產(chǎn)出,出露面積廣,鈾元素含量達4.2×10-6[16]。旺尕秀-牦牛山一帶主要出露震旦系、奧陶—志留系、泥盆系、石炭系、侏羅系、白堊系及古近—新近系，侏羅系鈾含量較高，可達11×10-6[6]。歐龍布魯克山-埃姆尼克山一帶主要鈾源層為牦牛山組，其流紋巖伽馬值為37×10-6～43×10-6、火山角礫巖伽馬值為33×10-6～36×10-6，粗面巖伽馬值800×10-6～2 500×10-6，最高可達3 489×10-6[17]。另外陳貴華通過古鈾場計算[6],德令哈坳陷周邊各種地質(zhì)體均有鈾的活化、丟失。其中,泥盆紀、石炭紀、三疊紀地層活化鈾丟失量均大于1.0×10-6,鈾活化率在17.5%～33.5%。侵入巖活化鈾含量大于2.0×10-6,局部高達5.1×10-6,鈾源體中鈾活化率為25.9%～60.5%，表明蝕源區(qū)巖石具鈾含量高、活化率高的特征，具備為坳陷蓋層提供成礦物質(zhì)來源的基礎(chǔ)。

2.2 巖性-巖相條件

油砂山組砂巖顏色有灰、灰白色，受后期氧化作用影響，部分地段呈土黃、淺褐色，少量呈灰綠色，總體顯示半濕潤-半干旱氣候環(huán)境。據(jù)沉積特征，在該區(qū)共識別出濱湖相、淺湖相、辮狀河三角洲、辮狀河相等4個沉積相。據(jù)我國層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦規(guī)律，三角洲相、辮狀河相有利于砂巖型鈾礦的成礦（圖2，3）。

濱湖相主要為土黃、灰色砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、粉砂巖等，局部見粗砂巖、含礫砂巖。粉砂巖內(nèi)見波狀水平層理，泥巖中可見斷續(xù)水平層理。

淺湖湘主要為土黃、灰色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖水平層極發(fā)育，局部見泥灰質(zhì)粉砂巖，泥巖中見泥質(zhì)結(jié)核。

辮狀河相由灰、灰褐、褐黃色細砂巖、中砂巖、粗砂巖、含礫砂巖組成，砂巖成分以石英為主，長石、巖屑少量。分選性、磨圓度中等，多見大型斜層理、沖刷構(gòu)造。

辮狀河三角洲相由礫巖、含礫砂巖、細砂巖等組成，局部夾薄層粉砂巖、泥巖。砂巖發(fā)育板狀、槽狀交錯層理。

由底至頂呈“粉砂巖、泥巖-含礫砂巖、細砂巖”特征（圖3），頂部為厚層的獅子溝組粉砂巖、細砂巖，整體反映出一定的“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)特征。頂部獅子溝組粉砂巖、細砂巖和底部的粉砂巖、泥巖（厚123.89～144.74 m），可作為中部含礦層（含礫砂巖、細砂巖）隔水層阻隔含氧富鈾水的縱向運移，為層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦創(chuàng)造有利的建造條件。

圖3 德令哈坳陷油砂山組沉積綜合柱狀圖Fig.3 Comprehensive sedimentary histogram of Youshashan formation in Delingha depression

2.3 構(gòu)造演化條件

鈾礦化的形成與區(qū)域性地質(zhì)構(gòu)造演化相聯(lián)系，是地質(zhì)構(gòu)造演化的產(chǎn)物[18]。劉大鵬，彭德華，王冰等人認為德令哈坳陷經(jīng)歷了早期引張[11,19-20]、晚期擠壓的構(gòu)造演化過程，主要經(jīng)歷了中晚侏羅—早白堊世的伸展拗陷階段、古近紀的張扭拗陷階段和第四紀的擠壓拗陷階段，整體上新構(gòu)造運動強烈,但主體相對穩(wěn)定（圖1-C）。受多期構(gòu)造活動影響，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，形成“兩隆加兩陷”的構(gòu)造格局（圖1），也造就了德令哈凹陷、埃北凹陷、埃姆尼克凸起內(nèi)新近系埋深大于1 000 m的分布現(xiàn)狀，由此認為歐龍布魯克凸起是研究區(qū)內(nèi)重點找礦地段。

歐龍布魯克凸起內(nèi)褶皺發(fā)育（圖4-A），褶皺兩翼傾角5°～27°，與AMT剖面TM模式二維反演結(jié)果一致（圖4-B），表明褶皺兩翼緩傾斜坡帶發(fā)育，可有效增加水巖作用時間、距離[21]。由于后期的整體持續(xù)隆升作用,上覆的第四紀沉積物在一些地區(qū)遭受剝蝕,促使層間水持續(xù)不斷地向深部滲透，沿褶皺兩翼緩傾斜坡帶發(fā)育層間氧化帶。

圖4 德令哈坳陷氧化帶分布（a）及AMT剖面TM模式二維反演圖（b）Fig.4 Distribution of oxidation zone in Delingha depression（a）and twodimensional inversion map of TM model of AMT section（b）

2.4 水文地質(zhì)條件

德令哈坳陷為長期強烈活動帶中的相對穩(wěn)定地塊，東、西、北三面環(huán)山，造就南部底，東、西、北3 面高的地勢，具備完善的“補-徑-排”水動力體系。北部宗務隆山、西部埃姆尼克山、東部牦牛等基巖山區(qū)地形切割強烈，利于大氣降水及高山融雪水形成的地表水與地下水源源不斷地側(cè)向補給坳陷平原區(qū)地下水，山前的第四系、古近—新近系透水層為徑流區(qū)，素棱郭勒河、柴達木河、托素湖等為排泄區(qū)（圖5）。

圖5 德令哈坳陷層間氧化帶砂巖型鈾礦成礦模式簡圖Fig.5 Schematic diagram of metallogenic model of sandstone type uranium deposit in interlayer oxidation zone of Delingha depression

據(jù)陳貴華等人的研究[6]，德令哈坳陷周邊地下水源點中鈾含量0.13～13 μg/L，其中13 μg/L源于補給區(qū)的埃南沖積扇下降泉，0.13 μg/L 源于排泄區(qū)諾北斷裂控制的上升泉，表明來自補給區(qū)的含氧富鈾水在徑流區(qū)遇到氧化還原障時發(fā)生鈾沉淀，部分地段富集成鈾礦。

2.5 后生蝕變特征

歐龍布魯克凸起內(nèi)褶皺兩翼沿緩傾斜坡帶均發(fā)育層間氧化帶，延伸長度大于9 km，真厚度53.82 m（YP2）～160.25 m（LX13）（圖4-A）。張玉龍研究表明[1]，柴達木盆地內(nèi)大部分層位的Fe2+含量低于Fe3+含量(表2)，表明柴達木盆地地球化學背景以氧化條件為主,還原條件較弱，弱氧化-弱還原的層位有早—中侏羅世和中上新世。另外，德令哈坳陷內(nèi)德參1井在不同深度見3 處油砂巖屑，9 次氣測異常，電測深綜合解釋可能含油層9層，總厚39.4 m[12]。它們均為還原環(huán)境下的產(chǎn)物，又為還原劑，是盆地覆蓋層中重要的還原條件，主控盆地氧化-還原過渡帶(地球化學障),這些還原物質(zhì)沿斷裂等通道運移至有效砂體內(nèi)，是促成砂巖型鈾礦形成的重要條件之一[22-24]。表明德令哈坳陷具備發(fā)育氧化-還原過渡帶的條件。

表2 柴達木盆地中新生代地球化學環(huán)境Table 2 Mesozoic Cenozoic geochemical environment in Qaidam Basin

據(jù)巖性觀察、巖礦分析以及氧化還原條件將層間氧化帶劃分為氧化帶、過渡帶、還原帶[25]。氧化帶：顏色以褐黃、黃色為主，局部淺黃色，發(fā)育強褐鐵礦化，黃鐵礦、碳屑等被完全氧化，未見植物化石。長石蝕變較強，常見高嶺土化、絹云母化。過渡帶：顏色以灰、青灰色為主，鈣質(zhì)膠結(jié)為主，見少許黃鐵礦。長石發(fā)育高嶺土化、絹云母化。還原帶：顏色以灰白、灰色為主，局部灰綠色，巖石內(nèi)見植物根莖化石，黃鐵礦含量增多。長石見弱高嶺土化、絹云母化。

利用加拿大PICO Enviroec公司PGIS-2 能譜儀對德令哈坳陷內(nèi)油砂山組開展概查，測得當量鈾含量（eU）3×10-6～150×10-6，其中氧化帶eU 含量為3×10-6～14×10-6，過渡帶eU含量30×10-6～150×10-6，還原帶eU含量3×10-6～9×10-6。說明不同分帶的放射性強度不均一，過渡帶放射性最強，氧化帶次之，還原帶最低。

3 礦化特征

以3倍背景值做異常帶下限（30×10-6），在層間氧化帶內(nèi)圈定伽馬能譜異常帶1條（圖4），長度大于9 km，真厚度27.08 m（LX15）～27.25 m（LX13）。帶內(nèi)巖性有黃褐色粗砂巖、青灰色含礫粗砂巖、土黃色、灰白色細砂巖等。各巖性eU 含量為30×10-6～150×10-6，個別地段小于30×10-6，整體上青灰色含礫粗砂巖中當量鈾含量明顯高于其他巖性。能譜異常帶與層間氧化帶內(nèi)還原帶相吻合，帶內(nèi)定礦化體1 條（圖4），賦礦巖性為青灰色、灰色含礫粗砂巖,長度5.5 km，真厚度2.07 m（YP2）～10.99 m（YP4），鈾品位0.008 36%～0.017 60%，平均品位0.014 6%。

另外，中國地質(zhì)科學院地質(zhì)力學研究所在德令哈坳陷東部施工的青德參1 井油砂山組內(nèi)（238 m）發(fā)現(xiàn)鈾礦化段1處，γ幅值可達250 API，層位穩(wěn)定、砂體發(fā)育。參照中國石油天然氣股份有限公司青海油田分公司2020年開展的“青海省柴達木盆地砂巖型鈾礦調(diào)查評價成果”，自然伽馬強度值（API）與γ強度值（CPS）之間存在y=1.027x+143.23 的線性關(guān)系，并利用公式1換算成鈾含量，最終算得U含量104×10-6，達礦化規(guī)模。

式中：c為鈾含量；γ為定量伽馬；0.011 52為照射量率換算系數(shù)；30.32為鈾含量換算系數(shù)。

4 成礦潛力分析

砂巖型鈾礦成礦與鈾源、巖性巖相、構(gòu)造演化、地下水、后生蝕變的關(guān)系緊密，地球化學特征及鈾礦化信息是富集鈾礦的間接或直接指示[26-29]。德令哈坳陷北部祁連山-宗務隆山、東部牦牛山、西部埃姆尼克山等蝕源區(qū)的富鈾巖石，在干旱、半干旱的氣候條件下，易溶的U+6溶于富氧的地表水中，沿第四系七個泉組及獅子溝組中的斷裂、裂隙、松散膠結(jié)層運移至盆地前緣的辮狀河相、三角洲相等區(qū)域，在地球化學環(huán)境發(fā)生變化、氧化環(huán)境向還原環(huán)境過渡時，在適宜的地段還原成U+4，另外深部油氣、烴源巖中烴類等還原性物質(zhì)也可促進U+6還原成U+4。最終在多種成礦作用疊加下在褶皺兩翼緩傾斜坡帶等適宜的地段富集成鈾礦床（圖5）[30-31]。

綜合分析認為，德令哈坳陷具多鈾源條件，層間氧化帶分帶特征較明顯，“補-徑-排”體系完善，辮狀河相、辮狀河三角洲相廣泛分布，緩傾斜坡帶發(fā)育，“泥-砂-泥”相對穩(wěn)定，但坳陷內(nèi)能譜異常、鈾礦化程度較低，鈾元素品位最高只有0.0176%?？傮w特征表明，德令哈坳陷新近系油砂山組具備了賦存砂巖型鈾礦的成礦條件，成礦潛力較好，但其規(guī)模還有待探究。坳陷中部歐龍布魯克凸起內(nèi)油砂山組發(fā)育地段，尤其與辮狀河相、辮狀河三角洲相疊合的地段是找礦重點區(qū)域（圖2）。

5 結(jié)論

綜合對德令哈坳陷層間氧化帶砂巖型鈾礦的地質(zhì)背景、成礦條件及鈾異常特征等方面的研究，得出以下幾點認識：

（1）德令哈坳陷北部宗務隆山-巴音山、東部旺尕秀-牦牛山、西部歐龍布魯克山-埃姆尼克山一帶發(fā)育大規(guī)模的中酸性巖體及侏羅系等富鈾地層，為鈾礦成礦提供了豐富的成礦物質(zhì)來源。新近紀時期主要處于半干旱-半溫濕的古氣候環(huán)境，辮狀河、辮狀河三角洲沉積體系發(fā)育，巖性組合也呈相對穩(wěn)定“泥-砂-泥”結(jié)構(gòu)。整體相對穩(wěn)定的構(gòu)造演化造就褶皺兩翼發(fā)育緩傾斜坡帶，也造就了發(fā)育完善的“補-徑-排”水動力體系，另外區(qū)內(nèi)層間氧化帶發(fā)育且分帶性明顯。總體特征表明：研究區(qū)新近系具備了砂巖型鈾礦成礦的物質(zhì)條件和環(huán)境條件。

（2）德令哈坳陷新近系油砂山組砂巖型鈾礦成礦潛力較好，但鈾元素品位最高僅0.0176%，其成礦規(guī)模還有待進一步探究。

（3）德令哈坳陷中部歐龍布魯克凸起內(nèi)油砂山組發(fā)育地段，尤其是與辮狀河相、辮狀河三角洲相疊合的區(qū)域是新近系層間氧化帶砂巖型鈾礦的重點找礦地段。