松遼盆地西南部錢家店礦田板狀鈾礦體成礦條件、特征及模式

黃少華，秦明寬，劉章月，劉佳林，郭強，賈立城，江文劍，張亮亮

（1.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，北京 100029；2.核工業(yè)二四三大隊，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

不斷創(chuàng)新發(fā)展礦床成礦和找礦模式是礦床學非常關(guān)鍵的組成部分［1-2］，也是合理指導多維度多尺度立體綜合勘探的重要理論基礎［3-4］。松遼盆地西南部錢Ⅱ塊是該盆地突破的第一個砂巖型鈾礦床［5］，具有構(gòu)造剝蝕天窗控制的多源混合疊造復成因成礦模式［6-7］。隨著近年來外圍鈾礦勘探的不斷擴大和深入，錢家店鈾礦田（錢Ⅱ、錢Ⅲ、錢Ⅳ、錢Ⅴ、寶龍山、DL、HLJ）范圍已遠遠超出了白興吐剝蝕天窗的控制區(qū)域［8-9］。目前已有的成礦模式和理論均難于完全準確解釋新出現(xiàn)的一系列復雜地質(zhì)現(xiàn)象和成礦特征，影響了對該類型礦床成因的深入認識和找礦方向的科學預測。例如，由于含礦層屬于原生紅雜色陸源沉積建造［10］，在區(qū)域上并不具備典型的層間氧化還原分區(qū)，原生帶一般不發(fā)育［11］，殘留的灰色地質(zhì)體通常呈漂浮孤立的“甜點”狀包裹于廣泛發(fā)育的紅色氧化帶內(nèi)，進而導致對區(qū)內(nèi)后生氧化方向存在較大分歧：有學者認為是天窗含鈾含氧水補給形成的局部層間氧化帶［12］，也有學者則認為是盆地西南部蝕源區(qū)地下水補給形成的區(qū)域?qū)娱g氧化帶［13］。同時，斷陷中部的錢家店礦床（錢Ⅱ、錢Ⅲ、錢Ⅳ、錢Ⅴ）后生氧化與礦體剖面上“脫節(jié)”明顯［5］；而斷陷邊部多個新發(fā)現(xiàn)的礦床（如寶龍山）含礦層卻縱向上存在上、下兩層氧化帶［14］，具有鮮明的“兩紅夾一灰”的氧化蝕變分帶特征，這與典型的卷狀礦體后生氧化分帶特征相差較大，對其成因的合理解釋至今還未有過報道。最新勘探結(jié)果還顯示，斷坳轉(zhuǎn)換部位礦床的含礦目的層大多直接超覆于基底之上［15］，常缺失穩(wěn)定的底板隔水層，而基底角度不整合面上部約10～20 m 就發(fā)育了區(qū)內(nèi)規(guī)模最大、穩(wěn)定性最好的下部主礦體，關(guān)于其成因研究相對不足，認識并不統(tǒng)一。此外，過去許多學者的研究均是針對某個單一礦床（如錢Ⅱ、寶龍山）單獨開展的［16-17］，而缺少對整個鈾礦田的全面剖析，整體及對比研究程度相對不足。因此，本文基于前人研究成果及近年來最新勘探成果，重新系統(tǒng)地開展了錢家店礦田成礦條件、特征、關(guān)鍵控礦因素的歸納總結(jié)及其成因機制和新模式的構(gòu)建，這對進一步豐富完善該類型礦床成礦模式及指導新區(qū)找礦意義重大，必將帶動國內(nèi)外相似地區(qū)的“三新”（新區(qū)、新層位、新類型）和深部找礦取得新的突破。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

松遼盆地是我國東部中生代中晚期—新生代長期發(fā)育的大型斷坳轉(zhuǎn)換型疊合盆地［18］，可劃分為7 個一級構(gòu)造單元，即中央坳陷區(qū)、東北隆起區(qū)、東南隆起區(qū)、西南隆起區(qū)、西部斜坡區(qū)、北部傾沒區(qū)和開魯坳陷［10］。盆地目前已發(fā)現(xiàn)的砂巖型鈾礦床主要分布于錢家店凹陷的北部［12］，屬于西南隆起區(qū)與開魯坳陷的過渡部位（圖1a）。研究區(qū)東靠架瑪吐隆起，西鄰舍伯吐凸起，發(fā)育白興吐構(gòu)造剝蝕天窗（盆內(nèi)背斜）、早期北東向F1、F2、F3主干斷裂以及晚期北西向F4、F6切割斷裂等構(gòu)造（圖1b），其直接控制著區(qū)內(nèi)洼地、沉積地層發(fā)育和沉積相展布以及含水層中地下水、深部油氣、熱液流體的滲流和排泄等各類成礦條件［19］，最終影響了后生蝕變和砂巖型鈾礦的發(fā)育和保存［20］。

圖1 錢家店鈾礦田構(gòu)造位置（a）、鈾礦地質(zhì)［9］（b）及地層綜合圖（c）Fig.1 Technical location（a），uranium geology［9］（b）and stratigraphic column（c）of Qianjiadian uranium ore field

研究區(qū)基底主要由前震旦系結(jié)晶基底和古生代褶皺基底組成［11］，且包含一些海西期和燕山期花崗巖系；沉積蓋層主要為白堊系和第四系［5］，大面積缺失古近系（圖1c），總體具有與松遼盆地相似的斷陷、坳陷、坳陷萎縮的三階段構(gòu)造-沉積演化過程［18，21］：早白堊世時期，區(qū)內(nèi)相繼發(fā)育九佛堂組、沙海組和阜新組斷陷層序地層（圖1c），主要為一套溫濕古氣候條件下形成的暗灰色含油夾煤建造，含有豐富的還原性流體［22］；晚白堊世期間，區(qū)內(nèi)依次沉積了泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組坳陷層序地層（圖1c），整體為一套半干旱-干旱間夾短期溫濕古氣候條件下發(fā)育的紅雜色河湖相碎屑巖建造［23］，其中主要含礦層姚家組在區(qū)內(nèi)可分為上、下兩段，厚度通常在120～380 m 之間，底板埋深一般在200～720 m 之間［24］，地層厚度及底板埋深均有由北東向南西逐漸變大的趨勢；嫩江組沉積之后，該區(qū)受東部太平洋板塊多階段不同方向俯沖擠壓作用發(fā)生了多期次構(gòu)造反轉(zhuǎn)，結(jié)束了泛坳陷沉積，僅局部沉積了薄層的上白堊統(tǒng)四方臺組及其以上地層，是深部流體幕式滲出以及地層抬升剝蝕-后生氧化耦合疊加成礦的主要階段［7］。研究區(qū)古近紀期間發(fā)生了基性巖漿侵入事件（圖1b），鉆孔中可見大量輝綠巖呈巖墻和巖床產(chǎn)狀產(chǎn)于嫩江組及其以下地層，使得錢家店礦田具有滲出和滲入雙混合流體疊加復成因成礦特征［25］。至第四紀期間，該區(qū)才再次緩慢沉降接受少量沉積，局部發(fā)育潛水氧化，鈾礦體得以較好地再次改造富集和保存。

2 典型礦床特征

研究區(qū)自20 世紀90 年代末首次發(fā)現(xiàn)錢Ⅱ塊砂巖型鈾礦床以來［12］，后續(xù)又在礦區(qū)外圍取得了一系列重大的找礦進展，相繼發(fā)現(xiàn)并探明了錢Ⅲ塊、錢Ⅳ塊、錢Ⅴ塊和寶龍山等中大型鈾礦床以及DL、SB、HLJ 等諸多個具大型乃至超大型礦床規(guī)模潛力的新的鈾礦產(chǎn)地［6，8］，總體構(gòu)成了一個長約50～70 km，寬10～20 km 呈北東向展布的錢家店超大型鈾礦田。據(jù)最新的勘查成果，區(qū)內(nèi)砂巖型鈾礦的形成主要受控于辮狀河道、灰色層以及層間氧化帶，具有統(tǒng)一的區(qū)域成礦地質(zhì)背景和控礦因素。

研究表明，研究區(qū)存在多層礦化特征［14］，主要含礦目的層為上白堊統(tǒng)姚家組下段（K2y1），其次為姚家組上段（K2y2）和青山口組（K2qn）（表1，圖2）。其中，姚家組下段在區(qū)內(nèi)為一套砂質(zhì)辮狀河流相沉積［16］，河道砂體發(fā)育，單層砂一般厚30～40 m，總厚在200～350 m 之間，規(guī)模、穩(wěn)定性和連通性均較好，其間發(fā)育不同規(guī)模的泛濫平原相紅色偶夾灰色泥巖夾層，構(gòu)成了泥-砂-泥互層的有利巖性-巖相組合［26-27］。垂向上，除了斷陷中央的錢家店礦床（錢Ⅱ、錢Ⅲ、錢Ⅳ、錢Ⅴ）泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定之外，礦體與后生氧化帶存在明顯的“脫節(jié)”現(xiàn)象，即紅色氧化帶與灰色礦體之間發(fā)育一定規(guī)模灰色、灰白色不含礦帶［5］。其他處于斷坳轉(zhuǎn)換部位礦床的含礦層多有直接超覆于周邊古凸起的石炭系-二疊系變質(zhì)巖和海西期花崗巖體之上，局部缺失底板隔水層（表1），且所有的鈾礦體均產(chǎn)于上、下氧化帶之間的殘留灰色砂體中（圖2）。其中，上部氧化帶一般沿青山口組頂部紅色泥巖隔水層之下發(fā)育，規(guī)模較大，厚60～100 m，巖性主要為磚紅色夾褐黃色中細砂巖，結(jié)構(gòu)疏松，滲透性好；下部氧化作用比較均勻，主要發(fā)育青山口組下段底部（圖2），規(guī)模較小，厚10～20 m，巖性主要為褐黃色、淺黃色中粗砂巖夾砂礫巖。

錢家店鈾礦田的同一層位一般發(fā)育多層板狀礦體，其中底部第一層礦體規(guī)模最大，穩(wěn)定性最好，下氧化帶控礦相對更明顯。剖面上，礦體形態(tài)簡單，均呈板狀、餅狀、似層狀，少量呈透鏡狀［17］，產(chǎn)狀平緩，與地層產(chǎn)狀基本一致（圖2）；礦體平米鈾量一般為2～8 kg/m2；埋深為130～680 m（表1），與后生氧化帶一樣具有自北東向南西逐漸變大的趨勢?？傮w上，礦田含礦層灰色層控礦十分明顯，且兩者之間有時發(fā)育灰白色漂白帶；含礦主巖主要為灰、灰白色中、細砂巖（表1），其次為灰、灰白色粗砂巖、砂礫巖，少量灰色泥巖［16］；賦礦砂巖的分選性和磨圓度均中等偏差，成分和結(jié)構(gòu)成熟度較差，一般泥質(zhì)膠結(jié)疏松，透水性好，少數(shù)鈣質(zhì)膠結(jié)致密；礦石中肉眼可見少量黑色炭屑及星點狀黃鐵礦，本身具有一定的原生還原容量［10］；鈾的存在形式可分為吸附鈾、鈾礦物及含鈾礦物三類，主要分布于黏土雜基及碎屑孔洞中，其次產(chǎn)于各類炭屑及黃鐵礦中。前人通過全巖及單礦物U-Pb 同位素測試，獲得了（40±3）Ma、（53±3）Ma、（67±5）Ma、（96±14）Ma 等成礦年齡數(shù)據(jù)［6］，表明本區(qū)鈾成礦具有多期多階段成礦特征［28］。此外，區(qū)內(nèi)深部油氣和熱液流體活動強烈［19，25］，對砂巖鈾成礦具有重要的疊加富礦作用。

圖2 錢家店鈾礦田DL 礦床后生氧化-灰色體-礦體典型剖面展布特征Fig.2 Tipical section of epigenetic oxidation belt，gray body and ore body from deposit DL of Qianjiadian uranium ore field

表1 錢家店鈾礦田各礦床基本地質(zhì)特征Table 1 Geological characteristics of deposits from Qianjiadian uranium ore field

3 控礦條件及特征

3.1 內(nèi)外部鈾源

鈾的親氧性和變價性地球化學特征決定了早期形成的古陸塊和成熟陸殼中的中酸性巖漿巖是最好的鈾源載體［29］，主要包括花崗巖、凝灰?guī)r及各類中酸性火山巖、火山碎屑巖等，它們可為盆地內(nèi)沉積建造中鈾富集成礦提供豐富的鈾源［30］。國內(nèi)外大量研究表明，砂巖型鈾礦成礦物質(zhì)具有內(nèi)源和外源雙重鈾源供給系統(tǒng)［31］。

松遼盆地西南部周邊的張廣才嶺、大興安嶺等蝕源區(qū)發(fā)育大量海西期、印支期花崗巖及中生代（侏羅系）流紋巖、粗面巖、凝灰?guī)r、安山巖等中酸性火山巖，這些可為區(qū)內(nèi)容礦建造的形成和砂巖鈾成礦提供豐富的碎屑物源和成礦物質(zhì)［17］。例如，錢家店礦田上白堊統(tǒng)含礦層姚家組和青山口組主物源來自于大興安嶺南段和華北地臺北緣康平-法庫丘陵帶晚古生代-中生代的中酸性、中偏堿性巖漿巖，其花崗巖類鈾含量一般可達（20～46）×10-6，酸性火山巖類鈾含量一般為（35～44）×10-6，中基性火山巖鈾含量較低，一般為（16～21）×10-6［14］?？梢姡g源區(qū)基底成熟度較高，基巖本身的原始鈾含量高，其中大量富含鈾釷礦和褐簾石等副礦物中的活動態(tài)鈾能被氧化水溶液溶解、淋濾和搬運，進而為盆地內(nèi)砂巖中鈾的預富集及其后期鈾成礦提供豐富的外部鈾源。與此同時，近年來不同含礦層鈾及環(huán)境地球化學指標統(tǒng)計結(jié)果也表明，盡管不同學者的測試結(jié)果有所差異，但研究區(qū)姚家組、青山口組不含礦灰色砂體和泥巖本身的鈾含量總體較高（表2），一般在5×10-6以上，存在較強的同沉積鈾預富集作用，且本身具有一定的還原能力；此外，所有礦床內(nèi)含礦段礦石巖性均或多或少存在一定的泥巖，局部泥巖礦石的鈾含量可達1 000×10-6以上；這些足以說明含礦層本身豐富的內(nèi)部鈾源為后期成礦奠定了重要的物質(zhì)基礎［32］，是成礦的主要控制因素之一。

表2 錢家店鈾礦田含礦層灰色泥巖和砂巖鈾含量及環(huán)境地化指標統(tǒng)計表Table 2 Statistics on uranium content and environmental geochemical indexes of gray host sandstone and mudstone from Qianjiadian uranium ore field

3.2 構(gòu)造條件

構(gòu)造是盆地砂巖鈾成礦最為關(guān)鍵的先決條件和主導因素［33-35］。它制約著鈾成礦的鈾源、巖性-巖相、水文地質(zhì)及后生改造等各類成礦條件，從而直接或間接控制了鈾礦化特征、類型及規(guī)模［27，36-37］。研究表明，松遼盆地西南部砂巖鈾成礦的構(gòu)造演化和構(gòu)造環(huán)境等條件非常有利［13］。在區(qū)域構(gòu)造演化方面，錢家店礦田所處的開魯坳陷自形成以來總體依次經(jīng)歷了前中生代克拉通基底→晚侏羅世-早白堊世裂谷斷陷→晚白堊世早期熱降坳陷→晚白堊世晚期擠壓掀斜隆升萎縮剝蝕→古新世-始新世擠壓隆升剝蝕→漸新世-第四紀差異升降的演化發(fā)育過程［18］，直接控制了區(qū)內(nèi)富鈾源體形成→富鈾沉積建造、生油層形成→后生氧化還原、鈾礦床、油氣藏形成和保存的全過程，具有十分有利于砂巖成礦的由構(gòu)造伸展向構(gòu)造擠壓轉(zhuǎn)變的構(gòu)造演化條件［28］。構(gòu)造環(huán)境方面，錢家店礦田明顯受控于斷陷東北部的北西向架瑪吐隆起構(gòu)造（圖3），它不僅控制了錢家店凹陷上白堊統(tǒng)坳陷層沉積期的古洼地地貌格局，圍限、阻隔著北東向縱向辮狀河流徑流和匯聚，還控制著后期北東向含鈾含氧地下水的流向，進而影響了區(qū)內(nèi)原生含有機質(zhì)灰色有利砂體的空間展布及其鈾成礦過程［14］。斷陷內(nèi)部受晚期構(gòu)造擠壓逐漸隆起形成的白興吐剝蝕天窗（背斜）處于盆內(nèi)地層和地下流體壓力釋放的低勢區(qū)，直接控制著錢家店、寶龍山等多個礦床的形成、保存和空間展布（圖3）。越來越多的深孔資料揭示，白興吐剝蝕天窗及其周邊的姚家組僅發(fā)育較淺的潛水氧化［24］，深部灰色體相對更發(fā)育，似乎并不是過去認為的地下水補給區(qū)（完全強氧化帶）。它可能在晚白堊世末初始成礦期和古近紀主成礦期是區(qū)域性氧化地下水和深部還原性流體共同滲出排泄通道［8］；而在新近紀目的層出露地表后又構(gòu)成了含鈾含氧水滲入潛水氧化疊加改造的補給窗口［6］，具有不同時期內(nèi)構(gòu)造天窗滲出-滲入雙重耦合控礦作用。

區(qū)內(nèi)北東向F1控凹主干斷裂及其派生的不同類型次級斷裂（如F2、F3斷裂）直接控制著礦床尺度內(nèi)含礦層原生灰色砂體的沉積發(fā)育和礦體的具體產(chǎn)出部位（圖3），主要表現(xiàn)在：1）溝槽斷裂發(fā)育部位既是沉降溝谷發(fā)育區(qū)，水體相對較深，多沉積原生還原容量較高的灰色砂體，也有利于后期成礦溶液的緩慢聚集，延長和促進成礦作用［13，31］；2）研究區(qū)（半）干旱氣候下形成的上白堊統(tǒng)原生弱還原性層必須疊加外來還原劑才可構(gòu)成良好的成礦層位，否則只能形成礦化或異常，而連接下白堊統(tǒng)斷陷層的貫通性斷裂是深部還原性流體（熱液或油氣等）的垂向滲出通道［37-38］，進而控制強還原能力灰色砂體和（富）礦體的發(fā)育和展布；3）北東向切割坳陷層的斷裂在成礦期是含礦含水層中地下水的局部排泄源［39-40］，也是淺部滲入的含鈾含氧水和深部滲出的還原性流體耦合相互疊加作用的有利場所［36］，進而直接控制了現(xiàn)今礦體的具體發(fā)育和保存位置。

圖3 錢家店鈾礦田北西向構(gòu)造-水文-后生氧化-礦體空間展布圖［15］Fig.3 Spatial distribution of structure，hydrology，epigenetic oxidation and ore body from Qianjiadian uranium ore field［15］

3.3 沉積建造

砂巖型鈾礦對沉積容礦建造的形成環(huán)境、巖石組合類型和沉積體系具有明顯的選擇性［41］。錢家店凹陷總體經(jīng)歷了斷陷、坳陷、坳陷萎縮三階段構(gòu)造-沉積演化過程，相應的形成了K1斷陷層、K2q-K2n坳陷超覆層和K2s-K2m坳陷萎縮退覆層以及局部薄層的新近系和第四系，地層的三元結(jié)構(gòu)特征明顯，這對坳陷層砂巖鈾成礦十分有利。礦田內(nèi)含礦目的層均屬于河流相沉積（圖2、3），河流二元結(jié)構(gòu)較明顯；其中，主要目的層姚家組下段屬于一套自西南往東北發(fā)育的長軸縱向辮狀河流相，砂體發(fā)育，連通性好，泥-砂-泥地層結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定［30］；次要含礦層姚家組上段和青山口組為曲流河相沉積體系，泥巖相對較發(fā)育，砂體相對較少，地下水滲流相對較差。目前，區(qū)內(nèi)已發(fā)現(xiàn)的礦床主要產(chǎn)于河道砂體中（圖3），尤其與心灘微相有關(guān)。通過對礦區(qū)鉆孔巖心觀察和連孔剖面的對比發(fā)現(xiàn)，賦礦砂體發(fā)育的優(yōu)勢沉積亞相和微相具有相似共同特征［27］。在垂向上，鈾礦體主要位于正旋回沉積的上部，具體產(chǎn)于心灘或邊灘中上部和頂部河漫灘沉積的中、細砂巖和粉砂巖、泥巖。這是由于該部位泥質(zhì)含量增加，含鈾氧化流體的流速減緩，且具有較豐富的黃鐵礦、有機質(zhì)等還原性物質(zhì)［31］，有利于氧化-還原反應的長時間進行，鈾離子更易被吸附、還原、沉淀，從而有利于鈾礦形成［28］。而位于河床底部滯留沉積的、具較好滲透率和較高孔隙度的含礫粗砂巖、粗砂巖中礦體卻相對不發(fā)育，地下水運移速度過快［16］，不利于鈾的卸載。

前人將陸相盆地劃分為3 種沉積建造：陸相暗色（灰色）含煤碎屑沉積建造、陸相紅雜色巖屑沉積建造、陸相紅色含膏鹽沉積建造［41］。錢家店礦床含礦層為典型的上白堊統(tǒng)原生紅雜色巖系，有別于傳統(tǒng)的暗灰色含煤碎屑巖含礦建造［28-29］，其中姚家組和青山口組含礦主巖巖性主要為冷色調(diào)（淺灰色、灰色）中、細砂巖（圖2、3），結(jié)構(gòu)疏松，透水性較好，均屬于成熟度較低的巖屑砂巖或長石巖屑砂巖，以及少量冷色調(diào)泥巖和砂礫巖。同時，灰色層內(nèi)部常肉眼或多或少可見少量黑色炭屑或碳質(zhì)條帶，局部發(fā)育較明顯次生還原作用，可見少量殘留油斑、油氣漂白和灰綠色后生蝕變，以上指示了含礦層具有鈾成礦所需的良好原生和后生還原能力。

3.4 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)屬于西遼河沖積低平原潛水、承壓水亞區(qū)，依次經(jīng)歷了晚侏羅世火山穹隆開放型淋濾、早白堊世（K1sh-K1f）斷陷擴張封閉型、晚白堊世（K2q-K2n）坳陷封閉型、晚白堊世晚期至第四紀（K2s-Q）隆升剝蝕徑流型4 種水文地質(zhì)演化旋回［14］。剖面上，礦區(qū)自下而上形成了白堊系裂隙-孔隙層間承壓水、第四系孔隙承壓水、第四系孔隙潛水含水層相疊置的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)［6］。其中，白堊系含水層又包括下白堊統(tǒng)碎屑巖類含煤、生油建造、上白堊統(tǒng)碎屑巖類承壓水含水巖組，前者水交替滯緩-停滯，處于還原環(huán)境，滲出的還原性流體為后者提供了充足的外部還原劑［23］；后者地下水交替中等-強烈（圖3），處于氧化-還原過渡帶，滲入、滲出型流體在此雙重耦合疊加［11，20］，控制了地層中鈾元素的氧化遷移、還原和沉淀富集成礦。

區(qū)域上，松遼盆地西南部具有西南高東北低的地形地貌特征，地下水總體由周邊高勢區(qū)向中間低洼區(qū)域匯聚［12］，并在西遼河或新開河等河流、水泡子、剝蝕天窗、斷裂構(gòu)造等地帶蒸發(fā)、排泄（圖1b）。研究區(qū)主要目的層泥-砂-泥結(jié)構(gòu)總體較穩(wěn)定（圖2、3），砂體均較發(fā)育，厚度大、延伸穩(wěn)定，連通性及滲透性較好，層間地下水滲流通暢，有利于形成穩(wěn)定的補-徑-排水動力系統(tǒng)［42］。例如，區(qū)內(nèi)姚家組地下水水化學類型較為簡單，補給區(qū)為HCO3-Na 型水，溶解氧大于3 mg/L，礦化度為0.1～0.5 g/L，呈弱酸性-中性；徑流區(qū)地下水為HCO3-Cl·Na 型水，溶解氧小于3 mg/L，礦化度較高，達0.85～2.53 g/L，地下水的pH 值為7.5～8.3，Eh 為140～430 mV，屬于偏弱堿性水［23］。補給區(qū)和徑流區(qū)Eh 一般為0～50 mV，盆地內(nèi)水泡子發(fā)育地帶、西遼河下游及局部構(gòu)造排泄區(qū)附近地下水的Eh 小于0，H2S 含量也有所增加，是地下水的排泄區(qū)［40］。目前發(fā)現(xiàn)的錢家店礦田主要位于地下水徑流向排泄轉(zhuǎn)換部位（圖1b），相對靠近白興吐構(gòu)造剝蝕天窗及北東向貫穿斷裂構(gòu)造排泄區(qū)。

3.5 古氣候條件

錢家店礦田姚家組和青山口組含礦層均是在干旱-半干旱古氣候條件下形成的原生紅雜色碎屑巖建造，打破了盆地早期砂巖型鈾礦找礦只針對暗灰色含煤碎屑巖建造的傳統(tǒng)認識。越來越多的研究也表明，不同古氣候環(huán)境條件下形成的具較高還原能力的灰色層均能構(gòu)成一套良好的找礦目標層［31］。松遼盆地火石嶺組代表了濕潤溫帶環(huán)境；沙河子組時期氣候整體為溫暖潮濕；營城組沉積時期為暖溫帶型氣候；登婁庫組、泉頭組時期氣候炎熱干旱；青山口組時期氣候溫暖潮濕且有降溫趨勢；姚家組沉積時期氣候炎熱干旱-半干旱；嫩江組沉積時期氣候最為潮濕，溫度有下降趨勢；而四方臺組時期，氣候轉(zhuǎn)為暖干；明水組時期氣候經(jīng)歷先溫暖潮濕后干旱的變化過程［12］。由此可見，研究區(qū)白堊紀期間自火石嶺-明水期經(jīng)歷3 個潮濕-半干旱氣候的轉(zhuǎn)變和3 個溫帶-熱帶氣候的轉(zhuǎn)變［5］，兩次湖海溝通事件期間的氣候總體溫暖潮濕，且在嫩江期形成了廣泛的湖侵泥巖，構(gòu)成了穩(wěn)定的區(qū)域頂板隔水層［11］。熱帶、半干旱、紅層三者之間并非一一對應，紅層多形成于半干旱-半濕潤環(huán)境，與冷暖并無相關(guān)性，其特征表現(xiàn)為：第1 個半干旱期為沙河子期，第1 個熱帶期為登樓庫期，二者均未見有紅層沉積；第2 個半干旱期為泉頭早期，與泉頭組早期紅層相對應，泉頭組上部紅層為半干旱-半濕潤氣候；第2 個熱帶期為姚家期，與姚家組紅層對應；第3 個半干旱期和第3 個熱帶期為四方臺期與四方臺組紅層相對應。總體上，研究區(qū)上白堊統(tǒng)泉頭組-姚家組沉積時氣候偏干旱-半干旱，但總體為半濕潤與半干旱轉(zhuǎn)折過渡或交替時期，是區(qū)內(nèi)紅雜色含礦目的層的主要形成階段；晚白堊世末以來古氣候整體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殚L期（半）干旱環(huán)境，是主要的后生氧化還原鈾成礦階段。

3.6 后生氧化作用

根據(jù)最新的勘探資料，錢家店礦田礦體的形成均明顯受控于后生氧化帶，具體位于紅色氧化帶和灰色還原帶之間的過渡部位［9］，但平面上不具典型的氧化還原分區(qū)。區(qū)內(nèi)含礦層后生氧化帶與礦體總體存在兩種不同類型的空間展布關(guān)系，即斷陷中央“脫節(jié)型”（圖4）和斷陷邊部“兩紅夾一灰型”（圖5）。其中，斷陷中央的錢家店礦床（錢Ⅱ、錢Ⅲ、錢Ⅳ、錢Ⅴ）姚家組和青山口組泥-砂-泥結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，底部為下白堊統(tǒng)斷陷層；其紅色氧化帶與礦體具有明顯脫節(jié)現(xiàn)象，兩者之間的灰色無礦帶規(guī)模較大；礦化一般位于氧化帶前鋒的灰色砂體中，港灣狀氧化帶和層狀“衛(wèi)星”礦體發(fā)育均不太連續(xù)（圖4），且灰色層明顯較其他礦區(qū)多，氧化砂巖也主要呈淺紅色，較其他礦區(qū)色淺，這可能是這些礦床位置相對更靠近F1主干斷裂，晚期油氣次生還原疊加作用所致［22］。斷坳轉(zhuǎn)換部位的所有礦床（寶龍山、DL、HLJ）含礦層局部直接超覆于基底之上，剖面上均發(fā)育上、下兩層氧化帶，主要表現(xiàn)出“兩紅夾一灰”的后生氧化蝕變分帶特征（圖5），其間有時發(fā)育褪色漂白帶。其中，下氧化帶控礦作用較明顯，而上氧化帶內(nèi)多含小型礦體、薄層弱的礦化或異常；礦體形態(tài)主要為板狀、層狀、透鏡狀，緊靠泥巖隔水層的砂體全氧化，不發(fā)育翼部和卷頭礦體；氧化砂體的顏色一般較深，多呈紫紅、褐紅及磚紅色，指示了強氧化作用；油氣次生還原現(xiàn)象明顯減弱，宏觀及微觀識別標志不顯著；灰色含礦與不含礦地質(zhì)體呈“還原泡”的形式殘留包裹在大套的紅色氧化帶內(nèi)（圖2），受北東向斷裂控制十分明顯。

圖4 斷陷中央礦床后生氧化與礦體“脫節(jié)型”空間展布［24］Fig.4 Disjointed spatial distribution of epigenetic oxidation and ore body of the deposits from the center of Qianjiadian depression［24］

圖5 斷陷邊緣礦床后生氧化與礦體“兩紅夾一灰型”空間展布［15］Fig.5 Gray ore body wrapped within oxidized belt from the deposits at the edge of Qianjiadian depression［15］

3.7 深部流體改造作用

前人研究表明，錢家店礦田的多個礦床含礦層中存在明顯的油氣滲出還原現(xiàn)象，油源主要來自于深部下白堊統(tǒng)九佛堂組湖相泥巖［11，22］。本次研究也發(fā)現(xiàn)，礦區(qū)姚家組主要發(fā)生的是含少量石油的氣還原作用，目前殘留的直接含油證據(jù)較少，以錢家店礦床發(fā)現(xiàn)含油斑、瀝青質(zhì)砂巖等宏觀標志最明顯（圖6a），但氣還原現(xiàn)象普遍，宏觀上巖層中發(fā)育明顯的后期油氣漂白和灰綠色還原蝕變，微觀上可見碎屑顆粒邊部的輕烴液態(tài)流體呈淺藍色孔隙熒光（圖6b），有的還發(fā)育切穿石英的呈帶狀、裂隙狀分布的含烴流體包裹體（圖6c）。據(jù)有效烴源巖的生烴史得出［43］，區(qū)內(nèi)油氣的主生排烴時期發(fā)生在阜新組沉積之后至姚家組沉積末，可能發(fā)生過嫩江期末、明水期末和泰康期三幕式主要的油氣成藏、調(diào)整、逸散事件，與強構(gòu)造活動息息相關(guān)［37］。盡管無法準確定量得出區(qū)內(nèi)油氣作用對鈾成礦的影響程度、范圍、強度和絕對時間，但礦區(qū)姚家組鈾成礦表現(xiàn)了較明顯的油-鈾時空伴生關(guān)系已是不爭的事實，兩者總體呈現(xiàn)了“內(nèi)部油氣、近邊部鈾礦，深部油氣、淺部鈾礦，構(gòu)造高部位（指背斜等正構(gòu)造的頂部）油氣、構(gòu)造低部位（指溝槽部位）鈾礦”的空間分布規(guī)律［44］。因此，研究區(qū)深部的油氣流體通過反轉(zhuǎn)斷層多幕式貫入至原生偏弱還原性目的層砂體中［36］，不僅為砂巖提供了充足次生還原劑，促進后期鈾的沉淀富集成礦［20］，還具有保護早期礦體免遭氧化破壞的正面作用［38］。

圖6 錢家店鈾礦田深部流體作用宏觀及微觀照片F(xiàn)ig.6 Macro-and microphotographs of deep fluid alteration in the Qianjiadian uranium ore field

與此同時，礦田內(nèi)大量鉆孔均揭露到輝綠巖呈脈狀穿插于青山口組和姚家組含礦層中，最終呈巖床產(chǎn)在嫩江組內(nèi)［19］。巖心觀察發(fā)現(xiàn)，在輝綠巖和姚家組砂巖斷面均發(fā)育了后期熱液成因的碳酸鹽脈體（圖6d、e），指示了巖漿期后熱液流體改造作用；鏡下可見強烈的鐵白云石化，對石英、巖屑等碎屑礦物發(fā)生了強交代作用，并伴生少量熱液成因黃鐵礦（圖6f）。前人大量的K-Ar 和Ar-Ar 定年工作獲得了輝綠巖的形成年齡主要集中在53～45 Ma 之間［45］，位于姚家組古近紀主成礦階段［6］，兩者在時間鏈上具有高度一致性。總之，輝綠巖侵入事件引起的熱液活動勢必對含礦層砂巖鈾成礦產(chǎn)生一定的影響：1）輝綠巖具有低孔、低滲的特點，本身可以作為良好的滯水層，進而延長含礦層中水-巖反應時間，導致含氧、含鈾流體有充分的時間與還原物質(zhì)相互作用形成規(guī)模較大的鈾礦床；2）熱事件加速了含礦層中的炭屑等有機質(zhì)的熱演化，形成了大量的烴類流體，促使了鈾的還原沉淀；3）熱液流體中的CO32-、Ca2+與U（Ⅵ）在高溫下會使得早期礦體重新溶解形成穩(wěn)定的Ca2UO2（CO3）3、CaUO2（CO3）32-絡合物運移［25］，并在局部地段形成高品位巨量鈾堆積。

4 板狀鈾礦體成因

4.1 斷坳轉(zhuǎn)換型盆地構(gòu)造-沉積格局

松遼盆地是我國東北部中新生代大型斷坳轉(zhuǎn)換復合型盆地，其白堊系具有典型的二元結(jié)構(gòu)［43］，即底部為溫濕古氣候條件下形成的下白堊統(tǒng)斷陷沉積，為一套生油、含煤建造，分布面積小，后期能為淺部地層提供大量外來還原劑；上部則總體為干熱古氣候條件下形成的上白堊統(tǒng)紅雜色巖系，往周邊古凸起不斷超覆沉積，坳陷沉積面積不斷擴大（圖7），與基巖直接角度不整合接觸，這種“牛角式”的構(gòu)造-沉積演化特征明顯有別于我國西北塔里木、準噶爾、伊犁、吐哈及鄂爾多斯等前陸或山間產(chǎn)鈾沉積盆地［28］，進而在找礦目的層分布、鈾成礦特征及成礦模式上也有所差異。

圖7 松遼盆地西南部不同級別構(gòu)造單元區(qū)劃簡圖Fig.7 Division of different secondary structural units in the southwest of Songliao Basin

通常，退覆式疊瓦狀沉積層邊部多與早期沉積建造接觸，無法接受基巖富鈾裂隙水的滲入，必須接受目的層剝露區(qū)近地表淺部含鈾含氧水的貫入才能成礦。開魯坳陷由眾多的斷陷群組成，斷坳轉(zhuǎn)換期形成的坳陷層在各次級斷陷邊部表現(xiàn)為典型的超覆式沉積特征，即地層直接角度不整合伏于早期的富鈾基巖之上［12］。因此，超覆坳陷層的補給方式既可像前陸和山間盆地一樣由地層出露部位的淺（上）部含鈾含氧水滲入，也會大量來源于目的層與富鈾基巖接觸部位的含鈾裂隙水貫入或越流補給［29，35］，如此即使這些目的層砂體上部被本身所含的或其他組的泥巖（如嫩江組）隔水層掩蓋，只要凹陷內(nèi)部存在天窗或斷裂等泄水構(gòu)造，則能形成完善的補徑排水動力系統(tǒng)［42］，從而使得盆地腹部（古潛山）具有了較有利的成礦潛力和找礦前景。這種補給方式形成的氧化帶一般為局部性層間氧化帶，滲入地下水來自周邊早期隔離各次級斷陷之間的古凸起，并沒有一個統(tǒng)一的補給方向，但均往盆內(nèi)天窗或斷裂泄水區(qū)匯聚，具有統(tǒng)一的排泄方向（圖3）；同時，這些泄水構(gòu)造部位也是深部還原性流體（油氣和熱液）滲出指向區(qū)［20］，控制了富還原介質(zhì)灰色砂體的空間展布，故易于在此（斷坳轉(zhuǎn)換過渡帶）形成強還原襯度的地球化學場，并在后期發(fā)生強烈的氧化-還原成礦作用。

4.2 五位一體鈾成礦模式

盆地尺度多維度綜合研究礦床成礦規(guī)律及成礦過程有助于深化礦床成因［3］，指導沉積盆地立體綜合勘探［4］，服務能源礦產(chǎn)資源國家戰(zhàn)略布局和社會重大需求?；谝陨涎芯拷Y(jié)果，初步建立了松遼盆地西南部紅雜色超覆坳陷層的“基底角度不整合界面、古洼地辮狀河道灰色砂體、后生氧化帶、深部流體滲出、天窗及斷裂等泄水構(gòu)造”五位一體的板狀鈾礦體成礦模式（圖8）。

早白堊世期間，松遼盆地西南部開魯坳陷由10 多個次級斷陷組成（圖7），表現(xiàn)為多凹多凸的古構(gòu)造古地貌格局［43］；各次級斷陷之間相互獨立，各自具有自身的沉積和水文地質(zhì)特征，主要形成了一套暗灰色生（含）油含煤建造。

早白堊世末，開魯坳陷由斷陷轉(zhuǎn)為坳陷演化階段［21］，并開始依次形成了泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組超覆式沉積建造，沉積面積逐漸擴大，地層逐步超覆在早期的古凸起之上（圖2），并在嫩江最大湖侵期與狹義的松遼盆地連為一體，總體表現(xiàn)為水退沉積體系特征。其中，泉頭組-姚家組總體為河流相粗粒原生紅雜色沉積建造（圖2、3），構(gòu)成了良好的含礦層位；下白堊統(tǒng)阜新組或義縣組泥巖構(gòu)成了區(qū)域底板隔水層（圖5），嫩江組廣泛發(fā)育的湖相泥巖則構(gòu)成了穩(wěn)定的區(qū)域頂板隔水層（圖1c）。同時，含礦坳陷層在沉積-成巖階段均能發(fā)生一定的鈾預富集作用，對應前人在錢家店-寶林山測得的86～70 Ma 的成礦年齡［6］。

嫩江期末，區(qū)內(nèi)發(fā)生了坳陷演化以來的首次較弱的構(gòu)造反轉(zhuǎn)［21］，沉積范圍不斷縮小并往西遷移，湖盆萎縮，斷坳轉(zhuǎn)換期形成的超覆式坳陷層開始接受了油氣、熱液、含鈾含氧水等多重流體耦合滲入-滲出疊合主成礦作用（圖6）。其中，深部烴類和熱液還原流體幕式滲出對提高泉頭組-姚家組還原容量［22，25］，鈾成礦起到了建設性作用，那些疊加了次生還原的灰色層構(gòu)成了非常有利的成礦建造。目的層在該階段早期可能長時間處于嫩江組泥巖超覆掩蓋期，并未很快就被剝露地表，僅斷坳轉(zhuǎn)換部位周邊早期古凸起基巖內(nèi)部的富鈾裂隙水此時側(cè)向越流貫入至目的層中（圖8），并往凹陷內(nèi)部天窗或斷裂釋壓區(qū)排泄（圖3），進而發(fā)生氧化還原鈾沉淀富集成礦［32］，并形成下氧化帶及主礦體（圖2）。姚家組目的層在該階段晚期才接受了不同部位上部含鈾含氧水的貫入氧化還原成礦作用，形成了上氧化帶及其伴生的鈾礦體［9］。該階段鈾成礦事件對應于前人獲得的60～25 Ma 間的一系列全巖U-Pb 等時線年齡［12］。

新近紀以來，白興吐剝蝕天窗的姚家組可能才被逐步剝露至地表，發(fā)生了一定的潛水（局部轉(zhuǎn)層間）氧化作用，天窗此時轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵滤臐B入通道（圖8），各次級斷裂構(gòu)成局部排泄源，進而對早期形成的礦體具有疊加改造作用，對應于前人在該區(qū)獲得的小于20 Ma 的年輕成礦年齡［5-6］。此外，錢家店礦床地段在該階段晚期（泰康期）又可能發(fā)生過一期沿F1控凹斷裂的油氣滲出還原作用，進而使得這些礦床出現(xiàn)后生氧化與礦體脫節(jié)（圖4），灰色層明顯更多、紅色砂巖呈港灣狀以及油氣作用顯示強等復雜地質(zhì)特征。

圖8 錢家店鈾礦田超覆層多重流體耦合疊加鈾成礦模式示意圖Fig.8 Model of multi-fluids coupling superposition of overburden layer in Qianjiadian uranium ore field

值得說明的是，研究區(qū)坳陷層基巖富鈾裂隙水側(cè)向補給成礦持續(xù)時間可能很長，貫穿于嫩江期末到古近紀末的大部分時間，導致底部主礦體的穩(wěn)定性和規(guī)模性最好；而上部含鈾含氧水的貫入補給改造成礦時間較短，是形成上部氧化帶和雞窩狀礦體或礦化體的主要原因。基于以上認識，我們認為松遼盆地西南部基巖與目的層接觸的基底式角度不整合面越流補給窗口、含鈾含氧水形成的后生氧化帶、構(gòu)造剝蝕天窗及斷裂等滲入-滲出雙重耦合的泄水構(gòu)造、辮狀河流相灰色砂體容礦建造及深部還原流體疊加是區(qū)內(nèi)上白堊統(tǒng)紅雜色超覆式沉積建造砂巖鈾成礦的五大關(guān)鍵控礦因素。

5 地質(zhì)意義

理想的成礦模式對找礦具有十分重要的理論和指導意義。以上新認識和新模式深化完善了不同類型盆地的砂巖型鈾礦成礦和找礦模式，無疑極大地擴大了沉積盆地的“三新”找礦空間，解決了盆內(nèi)或深部找礦地下水補給的科學難題，突破了以往盆緣找礦的約束和局限。它不僅對各類型盆地邊緣泥巖超覆區(qū)沉積層的鈾礦找礦，也對我國東北部二連、海拉爾等斷-坳轉(zhuǎn)換型盆地腹部坳陷層（賽漢組、伊敏組）以及其他類型盆地內(nèi)部古潛山（低凸起）部位的深部鈾礦找礦有著重要的指導作用。例如，松遼盆地西南部斷坳轉(zhuǎn)換填平補齊期形成的泉頭組-姚家組坳陷層的水文條件和鈾成礦可能是自成體系：鈾礦找礦應聚焦于早期各次級斷陷發(fā)育部位及發(fā)育隱伏斷裂的邊部，即早期小型斷陷群的繼承性沉陷區(qū)是深水辮狀河流相灰色層的有利發(fā)育部位；斷陷內(nèi)部的擠壓剝蝕天窗和斷坳轉(zhuǎn)換部位的復活斷層及其次級斷裂不僅是深部流體的貫入通道和運移指向區(qū)，也是鈾成礦層間地下水的排泄區(qū)和匯聚區(qū)；斷陷期古隆起發(fā)育部位和坳陷沉積邊界（基底角度不整合面）則是地層擠壓翹傾成礦時富鈾裂隙地下水的側(cè)向滲入補給點。后期擠壓作用形成的剝蝕天窗和斷裂帶均是重要的控礦構(gòu)造因素，兩者作用相似；盆地內(nèi)找礦不能按過往只關(guān)注發(fā)育構(gòu)造反轉(zhuǎn)剝蝕天窗的部位，那些發(fā)育隱伏的復活反轉(zhuǎn)斷裂也是地下流體滲入-滲出的排泄源，是多重流體氧化還原鈾成礦作用的有利場所。

總之，以區(qū)域蓋層嫩江組為界，松遼盆地西南部深部泉頭組和青山口組等湖盆擴張期形成的超覆沉積建造具有與姚家組同樣相似的有利成礦潛力和找礦前景，找礦思路和方向相似；而之上擠壓背景下發(fā)育的四方臺組、明水組等退覆式沉積建造中含鈾含氧水僅可能來自于淺部滲入，具備經(jīng)典的層間氧化帶型鈾礦成礦模式和找礦思路。此外，盆地邊緣超覆沉積區(qū)（如西北緣斜坡帶）深部可能仍具有十分有利的成礦潛力和找礦前景。

6 結(jié)論

1）松遼盆地西南部鈾源、構(gòu)造-建造-改造、水文地質(zhì)及古氣候等關(guān)鍵鈾成礦條件十分有利；周緣蝕源區(qū)晚古生代-中生代中酸性巖漿巖、火山碎屑巖為盆地富鈾建造形成及其后期鈾成礦提供了豐富的碎屑物源及鈾源；斷陷、坳陷和萎縮三階段的構(gòu)造-沉積演化控制了區(qū)內(nèi)“牛角式”沉積建造的形成和展布，并影響著深部流體滲出和淺部流體滲入相互作用的演化過程，最終制約著超覆式坳陷層砂巖型鈾礦的形成及空間定位。

2）錢家店礦田是區(qū)內(nèi)各類成礦要素相互配置下多重流體耦合疊加作用的綜合產(chǎn)物，鈾礦化主要產(chǎn)在上白堊統(tǒng)姚家組和青山口組紅雜色沉積建造中，發(fā)育斷陷邊緣“兩紅夾一灰”型和斷陷中央“脫節(jié)”型兩種后生氧化蝕變分帶特征。區(qū)內(nèi)多重成礦流體具有多向補給和統(tǒng)一方向排泄的滲流方式，構(gòu)造剝蝕天窗和斷裂存在不同時期滲出-滲入雙重耦合控礦作用。

3）構(gòu)建了研究區(qū)泉頭組-姚家組超覆式坳陷層板狀鈾礦體的基底角度不整合界面、河流相灰色砂體、后生氧化帶、深部流體疊加、泄水構(gòu)造聯(lián)合控制的“五位一體”多階段成礦模式：①早白堊世生油含煤斷陷層形成階段；②泉頭-嫩江期超覆式含礦建造形成及埋深成巖階段；③嫩江期末-古近紀流體滲出和滲入耦合主成礦階段；④新近紀表生流體疊加改造階段。