烏蘭察布坳陷北西緣賽漢組下段氧化帶發(fā)育特征與鈾成礦關(guān)系

徐亞雄，呂永華，康世虎，苗愛生

（1.核工業(yè)二〇八大隊(duì)，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.核工業(yè)二四三大隊(duì)，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

烏蘭察布坳陷屬于二連盆地5 大坳陷之一，是二連盆地砂巖型鈾礦找礦地區(qū)。坳陷的北西緣由陶格陶、艾勒格廟和額仁淖爾3 個(gè)凹陷組成，受北西向構(gòu)造的影響，形成了單斷式箕狀基底構(gòu)造形態(tài)［1-2］?？拷鸵魧毩Ω衤∑鹨粋?cè)為穩(wěn)定邊緣，發(fā)育較穩(wěn)定的斜坡帶［1-2］。主要找礦目的層賽漢組下段沿斜坡帶發(fā)育大型的辮狀河三角洲砂體，砂體內(nèi)發(fā)育強(qiáng)烈的后生氧化作用。通過近些年的鈾礦勘查工作，在北西緣的道爾蘇、艾勒格廟地區(qū)發(fā)現(xiàn)了多個(gè)砂巖型工業(yè)鈾礦孔及鈾礦化孔［1-2］。鈾礦化與目的層后生氧化作用密切相關(guān)，因此研究該區(qū)氧化帶特征與鈾礦化關(guān)系對(duì)該區(qū)下一步鈾礦找礦具有指導(dǎo)作用。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)緊鄰巴音寶力格隆起一側(cè)，隆起區(qū)上發(fā)育衛(wèi)境二疊系花崗巖體，其規(guī)模大，平均鈾含量（3.6～8.3）×10-6，節(jié)理發(fā)育，風(fēng)化程度高，大量鈾被淋濾，隨含氧地下水滲入至沉積盆地中，為烏蘭察布坳陷砂巖型鈾成礦提供了主要的鈾源［1-2］（圖1）。

圖1 二連盆地烏蘭察布坳陷地質(zhì)略圖Fig.1 Geological sketch of Wulanchabu Depression in Erlian Basin

研究區(qū)基底由元古界和古生界組成，沉積蓋層發(fā)育較為齊全，坳陷內(nèi)蓋層主體為白堊系。自下而上分為下白堊統(tǒng)阿爾善組、騰格爾組、賽漢組；上白堊統(tǒng)二連組［3］。

其中，本區(qū)鈾礦勘查鉆孔僅揭遇到騰格爾組上段，巖性上部為黃、灰、灰綠、紅色砂質(zhì)礫巖、泥巖、粉砂巖，多見貝殼類化石，中部多為深湖相泥巖，泥巖質(zhì)純且脆，成巖度高，水平層理發(fā)育，構(gòu)成垂向上的區(qū)域泥巖隔水底板。

賽漢組分為上段、下段，賽漢組下段是本區(qū)主要含礦目的層。目的層巖性上部為雜色砂礫巖、含礫砂巖與含礫泥巖、粉砂巖混雜堆積（圖2）［1］，夾暗色泥巖、炭質(zhì)泥巖和褐煤層，可以為鈾富集提供豐富的還原障，頂部見雜色風(fēng)化殼；下部多為紅色、灰色泥質(zhì)礫巖、含礫泥巖等。

圖2 烏蘭察布坳陷北西緣AZK299-439 號(hào)鉆孔巖性巖相示意圖［1］Fig.2 Schematic lithology and lithofacies column of borehole AZK299-439 at the northwest edge of Wulanchabu Depression［1］

賽漢組下段沉積時(shí)，盆地處于斷坳轉(zhuǎn)換期，盆緣斷裂構(gòu)造相對(duì)發(fā)育，沿坳陷邊緣發(fā)育辮狀河三洲沉積體系和扇三角洲沉積體系，在盆地中心洼地發(fā)育湖泊沉積體系。辮狀河三角洲形成的砂體連通性較好，為后期鈾成礦提供了有利空間。扇三角洲多以泥石流沉積為主［3］，巖石滲透性較差，后生氧化作用不發(fā)育。研究區(qū)道爾蘇-艾勒格廟一帶，賽漢組下段中圈出規(guī)模較大的辮狀河三角洲相砂帶，砂帶長度約50 km，寬度10～20 km，砂體厚度40～120 m。

賽漢組上段沉積時(shí)，盆地性質(zhì)已完全進(jìn)入坳陷階段，在烏蘭察布坳陷中央沿長軸方向發(fā)育河流沉積體系，但是在北西緣地區(qū)賽漢組上段則為一套干旱環(huán)境下、季節(jié)性的扇三角洲沉積，巖性主要為紅色泥質(zhì)砂礫巖、含礫泥巖，局部夾灰綠色含礫泥巖，砂體不發(fā)育，區(qū)域上連通性、穩(wěn)定性差。

2 巖石地球化學(xué)特征

2.1 巖石地球化學(xué)類型

通過巖石地球化學(xué)參數(shù)分析結(jié)果以及巖心、地質(zhì)露頭觀察，研究區(qū)賽漢組下段巖石地球化學(xué)類型可以分為原生巖石地球化學(xué)類型和后生蝕變巖石地球化學(xué)類型兩大類。其中，原生巖石地球化學(xué)類型包括原生氧化巖石地球化學(xué)類型和原生還原巖石地球化學(xué)類型［4-7］。后生蝕變巖石地球化學(xué)類型主要為后生氧化，與鈾成礦關(guān)系密切。

2.1.1 原生巖石地球化學(xué)類型

賽漢組下段沉積時(shí)期，古氣候溫暖潮濕，水系較為發(fā)育，坳陷中央低洼地區(qū)（例如陶格陶、道爾蘇、腦木渾地區(qū)）發(fā)育大面積的湖泊沉積體系，在三角前緣、前三角洲與湖泊沉積體系的過渡帶發(fā)育細(xì)粒沉積，巖性主要為泥巖、粉砂巖夾細(xì)砂巖薄層，并含有豐富的貝殼類、螺類等化石（圖3）。由于是水下環(huán)境，因而形成的巖石呈現(xiàn)灰色、深灰色，在三角洲平原與前緣之間過渡部位植被發(fā)育，在河流的分流間灣處發(fā)育有黑色、深灰色的炭質(zhì)泥巖、褐煤等，同時(shí)該部位往往形成鈾的原生富集。通過分析灰色、深灰色類巖石地球化學(xué)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)△Eh 指標(biāo)較高，說明灰色類巖石具有較強(qiáng)的還原性，屬于還原環(huán)境（表1）。

鈾礦石產(chǎn)于還原帶中，巖石呈現(xiàn)灰色、灰黑色、深灰色，其C有、S2-、S全指標(biāo)明顯較高，這是因?yàn)楸緟^(qū)礦石中富含炭屑以及細(xì)晶狀黃鐵礦，對(duì)鈾起到強(qiáng)烈的吸附作用。

在研究區(qū)邊緣地帶（北部邊緣、章古音-賽烏蘇地區(qū)）分布扇三角洲、辮狀河三角洲平原沉積的原生紅色類巖石。由于三角洲平原處于水體之上，因此巖性為一套紅色、淺紅色、褐紅色、紅褐色、深紫色，并夾雜有灰綠色斑的泥巖、含礫泥巖以及含泥砂巖。通過分析該類型巖石的地球化學(xué)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)Fe2O3地球化學(xué)指標(biāo)較高，而△Eh、FeO、C有、S2-、S全指標(biāo)較低，屬于原生紅色氧化環(huán)境。垂向上有自上而下逐漸變薄、平面上有盆緣向盆中央逐漸變薄的特征，這種巖石地球化學(xué)環(huán)境不利于鈾成礦（圖4）。

圖4 烏蘭察布坳陷北西緣E640 號(hào)勘探線地質(zhì)剖面圖Fig.4 Geological profile of exploration line E640 in the northwest margin of Wulanchabu Depression

2.1.2 后生蝕變巖石地球化學(xué)類型

受后期構(gòu)造抬升剝蝕作用影響，研究區(qū)北西緣地區(qū)賽漢組下段接近出露地表，并發(fā)育強(qiáng)烈的后生氧化作用，辮狀河三角洲平原沉積砂體形成完全氧化帶，接受氧化作用完全蝕變的巖石往往呈黃色、亮黃色、褐黃色、灰白色混雜黃色斑點(diǎn)等雜色（圖5）。其有機(jī)質(zhì)含量低，含鐵礦物均已氧化，出現(xiàn)赤鐵礦化、褐鐵礦化等蝕變現(xiàn)象，這與該類巖石的Fe2O3地球化學(xué)指標(biāo)較高、△Eh、FeO 指標(biāo)較低是相符的。在黃色類與灰色類巖石之間的過渡部位，巖石呈現(xiàn)灰白色、淺灰色，并帶有少量黃色斑點(diǎn)，說明氧化作用減弱，這類巖石的巖石地球化學(xué)指標(biāo)介于黃色類與灰色類巖石之間（表1）。

圖5 烏蘭察布坳陷北西緣鉆孔中砂體典型后生氧化現(xiàn)象Fig.5 Typical epigenetic oxidation of sand bodies in boreholes in the northwest margin of Wulanchabu Depression

表1 賽漢組下段不同巖石地球化學(xué)類型環(huán)境指標(biāo)平均值統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics on the average values of environmental indicators for rock geochemical types in the lower member of Saihan formation

2.2 巖石地球化學(xué)分帶的分布特征

巖石地球化學(xué)分帶的分布取決于地層抬升剝露程度、砂體規(guī)模和滲透性及還原能力、地下水補(bǔ)逕排條件和古氣候等多種因素，并直接影響后生氧化砂巖型鈾礦形成的規(guī)模和富集程度［1］。筆者通過分析研究區(qū)內(nèi)大量鉆孔和地質(zhì)剖面，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)目的層巖石地球化學(xué)分帶在平面上和縱向上有不同的特征。

2.2.1 巖石地球化學(xué)分帶的平面分布特征

平面上研究區(qū)可劃分為完全氧化帶、氧化還原過渡帶和還原帶3 個(gè)亞帶（圖3）。完全氧化帶主要沿北西緣巴音寶力格隆起和南部阿爾善特凸起邊緣發(fā)育，氧化作用強(qiáng)烈，呈帶狀、指狀向坳陷中央延伸，北部氧化帶主要分布在A575～E167 線一帶，長度達(dá)40 km，在陶格陶地區(qū)北部和南部阿爾善特隱伏凸起邊緣分布范圍較小，氧化帶寬度幾百米至幾公里，其巖性主要為黃色、淺黃色、褐黃色、亮黃色砂質(zhì)礫巖、粗砂巖、中砂巖及細(xì)砂巖，局部泥巖層也被氧化。氧化還原過渡帶主要分布在氧化帶的前端，位于G191～E64 線，呈北東-北北東向展布，氧化還原過渡帶寬度1～10 km，平均寬度約6 km，過渡帶內(nèi)巖性主要為黃色、灰色、灰綠色砂巖互層?；疑皫r中含大量星點(diǎn)狀褐鐵礦化，黃色砂巖中含大量灰斑及氧化殘留的炭化植物碎屑，巖石粒級(jí)主要以中砂巖、細(xì)砂巖為主，鈾礦化主要賦存于過渡帶內(nèi)灰色砂巖中。還原帶在研究區(qū)大面積分布，位于腦木渾、道爾蘇-賽烏蘇、艾勒格廟以及陶格陶地區(qū)，巖性主要為灰色、深灰色細(xì)粒砂巖和夾有沼化層的泥巖層及大面積的湖泊泥巖原生沉積層。

2.2.2 巖石地球化學(xué)分帶的縱向分布特征

縱向上烏蘭察布坳陷北西緣賽漢組下段沿道爾蘇-艾勒格廟地區(qū)主要發(fā)育潛水氧化作用、潛水-層間氧化作用。由于賽漢組下段在該區(qū)北西緣一側(cè)出露地表，因此潛水氧化作用發(fā)育最為廣泛［8］。潛水氧化作用在垂向上的發(fā)育深度與地層暴露的情況和下部巖性相關(guān)，可以發(fā)育深度幾十米至上百米。當(dāng)潛水氧化作用發(fā)育至深部時(shí)，由于受到地形坡度和深部泥巖隔擋層的影響，潛水氧化作用在局部發(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)育受砂體特征的影響。研究區(qū)內(nèi)潛水-層間氧化帶的發(fā)育具有其復(fù)雜性，發(fā)育深度和形態(tài)在垂向上和水平方向上均受到不同程度的影響。同時(shí)，潛水-層間氧化帶具有多層現(xiàn)象，單層氧化帶厚度幾米至十幾米（圖6）［1，9-10］。研究區(qū)鈾礦（化）體主要位于上述兩類氧化前鋒線靠近還原帶一側(cè)的灰色、深灰色砂巖中。

圖6 烏蘭察布坳陷北西緣A127 號(hào)勘探線地質(zhì)剖面圖Fig.6 Geological profile of exploration line A127 in the northwest margin of Wulanchabu Depression

3 鈾礦化特征

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［11］。

3.1 同沉積疊加后期改造型鈾礦化特征

目前在烏蘭察布坳陷北西緣道爾蘇地區(qū)下白堊統(tǒng)賽漢組下段的炭質(zhì)泥巖、褐煤、含礫粉砂巖中發(fā)現(xiàn)了較好的鈾礦化信息（圖3，圖7）。鈾礦（化）體主要呈板狀、透鏡狀產(chǎn)出，初步控制鈾礦化帶長16 km，寬2～5 km。

鈾礦（化）體賦位于賽漢組下段上部辮狀河三角洲分流間灣、河沼砂體中。礦體頂界面埋 深42.79～122.23 m，平 均74.71 m，厚 度0.70～1.47 m，平 均0.99 m，品 位0.055 0%～0.128 7%，平均0.075 7%，米百分?jǐn)?shù)為0.045 8～0.127 4，平均0.074 3［1-2］。賦礦巖性為灰色、灰黑色泥巖、炭質(zhì)泥巖、褐煤層、含礫粉砂巖以及少量的含泥細(xì)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，炭質(zhì)泥狀結(jié)構(gòu)，炭質(zhì)含量占15%～20%，為細(xì)脈狀炭屑，由絲炭化物組成，順層理展布，含少許砂屑（石英為主），膠結(jié)物質(zhì)主要為泥質(zhì)物，由伊利石組成，含少許高嶺石及黃鐵礦。礦石中富含炭屑等有機(jī)質(zhì)和少許黃鐵礦，對(duì)鈾的吸附能力極強(qiáng)，形成鈾的預(yù)富集。

平面上鈾礦體產(chǎn)在氧化還原過渡帶中；垂向上礦體上部圍巖為辮狀河三角洲平原沉積砂體，礦體上部圍巖發(fā)育明顯后生氧化作用，對(duì)預(yù)先富集的鈾起到二次疊加改造作用［12］。

3.2 潛水-層間氧化帶型鈾礦化特征

近兩年在艾勒格廟地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了好的鈾礦化線索，鈾礦（化）體主要受潛水-層間氧化帶控制，呈板狀或透鏡狀產(chǎn)出（圖3，圖7），目前推測(cè)礦體長度約10 km，寬度2～4 km，有繼續(xù)向兩側(cè)延伸的趨勢(shì)。

圖7 烏蘭察布坳陷北西緣E167 號(hào)勘探線地質(zhì)剖面圖Fig.7 Geological profile of exploration line E167 in the northwest margin of Wulanchabu Depression

鈾礦（化）體賦存在賽漢組下段下部辮狀河三角洲前緣亞相的灰色砂體中，位于構(gòu)造斜坡緩坡一側(cè)?？傮w上礦體頂界面埋深150.9～479.80 m，平均288.9 m，大于道爾蘇地區(qū)礦體的埋深。礦體厚度1.7～7.8 m，平均4.77 m，品位0.019 9%～0.039 4%，平均0.027 0%，平米鈾量1.43～3.32 kg/m2，平均2.32 kg/m2［1］，單層鈾礦化具有厚度薄、品位低的特點(diǎn)。賦礦巖性主要為深灰色含礫細(xì)砂巖，富含有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦等還原介質(zhì)，有利于鈾的還原和富集（圖8，圖9）。巖性松散，孔隙度大，鈾礦（化）體上下圍巖以黃色、淺黃色、淺灰色砂巖為主，粒度明顯大于含礦砂體，局部夾灰色、灰綠色泥巖。其隔水頂板以退積型湖泊萎縮時(shí)期灰色含礫泥巖、粉砂巖為主，底板以騰格爾組上段晚期湖擴(kuò)時(shí)期深灰色泥巖為主。

圖8 EZK63-159 鉆孔礦心及圍巖巖心（477.3～488.6 m）Fig.8 Ore and host rock in the core（477.3～488.6 m）of borehole EZK63-159

圖9 AZK63-159 鉆孔微觀鏡下礦心中典型黃鐵礦及炭屑（484 m）Fig.9 Typical pyrite and carbon chips under microscope of ore core form borehole AZK63-159

垂向上鈾礦化呈多層展布，一般分布在潛水-層間氧化帶上下兩翼，氧化帶控礦作用比較明顯。平面上礦體分布于氧化還原過渡帶內(nèi)，呈南西-北東向展布，與灰色砂體尖滅線近似平行。

3.3 鈾礦化品位與不同巖石地球化學(xué)指標(biāo)的變化特征

通過對(duì)研究區(qū)44組鈾礦石環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)其規(guī)律比較明顯：FeO和Fe2O3含量與鈾含量呈相反的關(guān)系，其含量越高，鈾含量越高，氧化作用也越強(qiáng)；反之其含量越低，△Eh越高，同時(shí)有機(jī)質(zhì)（C有）含量和鈾含量也越高，說明地層的還原能力同時(shí)也越高，富集鈾的能力也越強(qiáng)；S2-與S全均值在鈾含量大于0.01%的礦石中明顯高出低品位礦石的兩倍左右，這與礦石中含有黃鐵礦和地層中還原性流體的含量有很大關(guān)系（表2）?？梢姳緟^(qū)鈾成礦與后生蝕變（氧化）程度以及還原介質(zhì)的含量相關(guān)性比較明顯，也充分說明鈾礦化巖石地球化學(xué)類型的分帶與鈾成礦關(guān)系密切。

表2 烏蘭察布坳陷北西緣不同品位鈾礦石環(huán)境指標(biāo)Table 2 List of environmental indicators of uranium ores with different grades in the northwest margin of Wulanchabu Depression

4 氧化帶特征與鈾礦化的關(guān)系

賽漢組下段沉積時(shí)期，形成了大規(guī)模的三角洲儲(chǔ)集砂體。晚白堊世到古近紀(jì)、古新世，古氣候變?yōu)榘敫珊?干旱氣候，氧化作用大規(guī)模發(fā)育。此時(shí)由于太平洋板塊的運(yùn)動(dòng)方向改變，烏蘭察布坳陷北西緣呈現(xiàn)弱擠壓性質(zhì)，發(fā)生構(gòu)造反轉(zhuǎn)，該區(qū)南北兩側(cè)不均衡抬升，造成北西部缺失晚白堊世到古近紀(jì)沉積，同時(shí)，賽漢組下段出露地表，氧化作用沿蝕源區(qū)邊緣向盆內(nèi)發(fā)育，此時(shí)賽漢組下段上部辮狀河三角洲砂體最先接受氧化，并對(duì)原生富集的沉積成巖型鈾礦化進(jìn)行改造，使鈾進(jìn)一步富集成礦（同沉積疊加后期改造型鈾礦化）。氧化作用向賽漢組下段深部砂體發(fā)育潛水-層間氧化作用，蝕源區(qū)含氧含鈾流體逕流入沉積盆地中，在遇到深部沉積層中的有機(jī)介質(zhì)卸載形成鈾的富集（潛水-層間氧化帶型鈾礦化），氧化作用越強(qiáng)，對(duì)區(qū)內(nèi)鈾成礦改造作用和深部成礦作用越有利。

在垂向上，目前在研究區(qū)已發(fā)現(xiàn)的工業(yè)鈾礦化產(chǎn)在潛水-層間氧化帶上下兩翼的灰色砂體中，氧化帶的控礦作用比較明顯。平面上，氧化帶由邊緣向中心低洼處發(fā)育，鈾礦（化）體位于氧化帶還原過渡帶內(nèi)。為了能進(jìn)一步反映鈾礦化與氧化帶分帶特征的關(guān)系，筆者統(tǒng)計(jì)了研究區(qū)內(nèi)鉆孔目的層賽漢組下段氧化率（氧化率為目的層氧化層厚度與地層厚度的比值百分率）（表3）。由圖3 和表3 可見，在過渡帶內(nèi)氧化率自北西緣向坳陷中心減小，坳陷中心砂體富含有機(jī)質(zhì)、黃鐵礦等還原介質(zhì)，有利于鈾的吸附和富集。在緊鄰北西緣一帶，氧化率在20%～70%范圍內(nèi)、且變化較快的部位易成礦，反映了鈾礦化在地球化學(xué)障變異的部位富集，這可能是由于三角洲河道的頻繁改道，河道間沼澤微相（廢棄河道沼澤）隨河道的遷移而變化頻繁，該部位還原介質(zhì)發(fā)育，易形成鈾的富集（圖10）。因此精確的識(shí)別巖石的地球化學(xué)類型、氧化帶分帶類型及空間展布方向是研究區(qū)鈾礦找礦的重要的巖石地球化學(xué)標(biāo)志。

圖10 烏蘭察布坳陷北西緣賽漢組下段氧化率等值線圖Fig.10 Isoline map of oxidation rate of the lower member of Saihan formation in the northwest margin of Wulanchabu Depression

表3 烏蘭察布坳陷北西緣賽漢組下段氧化率/%Table 3 Oxidation rate of the lower member of Saihan formation in the northwest margin of Wulanchabu Depression

5 結(jié)論

1）烏蘭察布坳陷北西緣地區(qū)賽漢組下段巖石地球化學(xué)類型可以分為原生巖石地球化學(xué)類型和后生蝕變巖石地球化學(xué)類型兩大類，后生蝕變巖石地球化學(xué)類型與鈾成礦關(guān)系密切。

2）研究區(qū)平面上巖石地球化學(xué)分帶可劃分為完全氧化帶、氧化還原過渡帶和還原帶3個(gè)亞帶，鈾礦化主要賦存于過渡帶內(nèi)灰色砂巖中；垂向上氧化作用分為潛水氧化和潛水-層間氧化作用，鈾礦化位于氧化前鋒線一側(cè)的灰色、深灰色砂巖中。

3）該區(qū)賽漢組下段鈾成礦類型主要為同沉積疊加后生改造型和潛水-層間氧化帶型。其中同沉積疊加后期改造型鈾礦化含礦巖性以泥巖、炭質(zhì)泥巖、褐煤層以及少量的含泥砂巖，褐煤對(duì)鈾的吸附能力極強(qiáng)，礦體上部具明顯后生氧化現(xiàn)象，對(duì)鈾礦化起到進(jìn)一步的改造作用；潛水-層間氧化帶型鈾礦化含礦巖性以辮狀河三角洲前緣亞相深灰色細(xì)砂巖為主，分布在潛水-層間氧化帶上下兩翼，鈾礦化主要受潛水-層間氧化作用控制明顯。而隨著礦石中有機(jī)質(zhì)含量的增高，鈾含量也越高。

4）氧化帶的空間發(fā)育控制了鈾礦化的空間分布，在氧化率20%～70%的范圍內(nèi)，變化較快的部位易形成鈾礦化富集。