二連盆地哈達圖鈾礦床賽漢組上段物源分析

顏小波，李華明，康世虎，張鋒，杜鵬飛，彭瑞強

（1.核工業(yè)二〇八大隊，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.核工業(yè)二四三大隊，內(nèi)蒙古 赤峰 024006）

二連盆地地處內(nèi)蒙古中東部，為北方重要的石油、天然氣、煤炭、鈾等多能源礦產(chǎn)的產(chǎn)地［1-2］。20 世紀(jì)80 年代，內(nèi)蒙古水文地質(zhì)隊利用電測深資料在烏蘭察布坳陷及周邊開展了找水工作，圈出了齊哈日格圖-賽漢高畢富水帶，確定該區(qū)古近系發(fā)育地下古河道，為區(qū)內(nèi)居民生活用水提供了保障。20 世紀(jì)90 年代中后期，在中國核工業(yè)地質(zhì)局的統(tǒng)一部署下，二連盆地找礦的主攻類型調(diào)整為重點尋找可地浸的砂巖型鈾礦，核工業(yè)二〇八大隊開展了一系列編圖及專題研究工作，在二連盆地中東部圈定出一條長達100 多千米的早白堊世晚期古河谷砂帶，創(chuàng)新性提出了古河谷型砂巖鈾礦應(yīng)為二連盆地重點找礦類型之一［3-5］。2008—2013 年在二連盆地中東部烏蘭察布坳陷開展了鈾資源調(diào)查評價階段找礦工作，首次發(fā)現(xiàn)了一批鈾工業(yè)礦孔，落實了哈達圖鈾礦產(chǎn)地，開啟了二連盆地深部找礦的序幕。下白堊統(tǒng)賽漢組上段為哈達圖鈾礦床主要賦礦層位，鈾礦化受古河谷砂體和層間氧化帶的控制［6］。古河谷從南西向北東展布，氧化帶沿古河谷中心縱向發(fā)育，鈾礦體產(chǎn)在河谷側(cè)邦氧化帶前鋒線附近的灰色砂體中，存在明顯的鈾成礦富集段。截止目前，哈達圖鈾礦床已實現(xiàn)了“特大型”的規(guī)模。但是，針對哈達圖鈾礦床主要物源位置、性質(zhì)及沉積物搬運途徑僅停留在初步推測階段［3］。本文通過對賽漢組上段巖石特征及沉積體系研究，結(jié)合周邊源區(qū)與賽漢組上段巖石地球化學(xué)特征的對比分析，初步確定了哈達圖鈾礦床賽漢上段主要物源位置、物源與鈾源之間的關(guān)系。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)特征

二連盆地處于中亞-蒙古地槽褶皺區(qū)東部南緣的天山-內(nèi)蒙-興安華力西褶皺帶內(nèi)。盆地四周被古生代和早中生代隆起圍限，西北以加里東-華力西期呈北東向展布的巴音寶力格隆起為界；南界為加里東期呈東西向展布的溫都爾廟隆起；東界為燕山中期呈北東向展布的大興安嶺隆起［7］；西側(cè)以狼山隆起為界與巴音戈壁盆地相隔。盆地總體走向為北東向，東西長約1 000 km，南北寬200～400 km，總面積約1 100 km2。二連盆地由川井坳陷、烏蘭察布坳陷、馬尼特坳陷、騰格爾坳陷、烏尼特坳陷和蘇尼特中央隆起6 個二級構(gòu)造單元組成［8-9］，其內(nèi)部又分割為53 個次級凹陷和22 個次級凸起?；子稍庞?、古生界變質(zhì)巖系及華力西-燕山期的基性-中酸性侵入巖構(gòu)成，主體構(gòu)造線為東西向；蓋層由侏羅紀(jì)-早白堊世早中期裂谷型盆地和早白堊世晚期-新生代坳陷型盆地疊合而成（圖1）。

圖1 二連盆地（a）和烏蘭察布坳陷（b）構(gòu)造單元示意圖［10］Fig.1 Schematic map showing the structure units of Erlian Basin（a）and Wulanqab depression（b）［10］

1.2 礦床地質(zhì)特征

哈達圖鈾礦床位于二連盆地中東部烏蘭察布坳陷的齊哈日格圖凹陷內(nèi)［11］。齊哈日格圖凹陷具有雙斷特征，被北部的巴音寶力格隆起和塔木欽隱伏凸起、西部的東方紅凸起、南部的蘇尼特隆起所夾持。根據(jù)淺層地震解譯及近年鉆孔揭露得知，區(qū)內(nèi)在基底之上依次沉積了白堊系（騰格爾組、賽漢組、二連組）和古近系。哈達圖鈾礦床賦礦層位主要為下白堊統(tǒng)賽漢組上段，發(fā)育3～5 個較大的沉積旋回，沉積厚度大，埋深在170～500 m。依據(jù)地層結(jié)構(gòu)、沉積旋回和測井曲線特征對賽漢組上段進行精細化研究，由下至上可以劃分出3 個亞層（圖2），其中一亞層位于賽漢組上段底部，與賽漢組下段呈突變接觸，砂體粒度下粗上細，具正旋回沉積韻律，巖性以黃色、灰色中砂巖、粗砂巖、砂質(zhì)礫巖為主，為一套礫質(zhì)辮狀河沉積；二亞層與一亞層頂部泥巖呈突變接觸，巖性以黃色、灰色細砂巖、中砂巖、粗砂巖、砂質(zhì)礫巖為主，砂體厚度為30～80 m，砂體相對穩(wěn)定，規(guī)模較大，頂部具有較厚的紅色泥巖隔水層，為研究區(qū)主要的含礦層位，是一套砂質(zhì)辮狀河沉積；三亞層發(fā)育2～3個正韻律，每個韻律層的底部有河道滯留沉積的黃色砂質(zhì)礫巖，整體砂體粒度以中、細粒為主，砂體厚度為10～50 m，河道寬度較窄，連續(xù)性相對較差，大部分呈透鏡體分布，具有明顯曲流河沉積特征。哈達圖鈾礦床礦體在剖面上主要以板狀產(chǎn)出，主要分布在二亞層氧化還原過渡帶內(nèi)，含礦巖性以灰色中砂巖、粗砂巖為主，富含炭屑及黃鐵礦等還原介質(zhì)。

圖2 哈達圖鈾礦床地層綜合柱狀圖Fig.2 Comprehensive stratigraphic column of Hadatu uranium deposit

2 樣品采集與分析方法

本次樣品采自哈達圖鈾礦床鉆孔巖心及其周邊源區(qū)（圖3），其中巖心樣品采自鉆孔FZK63-151、FZK63-79、FZK15-15、GSZK0-3、FZK47-23、WZK48-47，巖性為下白堊統(tǒng)賽漢組上段灰色砂巖；源區(qū)樣品采自衛(wèi)井、二連鹽池、賽漢高畢、蘇尼特隆起、賽漢塔拉等地的巖體或變質(zhì)巖內(nèi)部及邊緣，避開可能有熱液活動的斷裂帶或接觸帶，選取具有代表性且蝕變?nèi)醯臉悠?，敲塊并除去表面黏土等，保證樣品的新鮮，按照巖石類型可分為侵入巖、火山巖、變質(zhì)巖。微量元素分析工作在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究所開展，采用EMENT XR 等離子體質(zhì)譜儀測試完成。

圖3 烏蘭察布西部鈾礦地質(zhì)圖Fig.3 Uranium geological map of western Ulanqab

3 物源分析

3.1 巖石學(xué)特征

哈達圖鈾礦床賽漢組上段碎屑巖成分包括石英、長石（正長石、斜長石、微斜長石和條紋長石）、巖屑（花崗巖、火山巖、變質(zhì)巖）、重礦物、云母等。其中，石英、長石和巖屑含量較多，重礦物、云母含量一般小于1%。根據(jù)碎屑巖巖屑成分統(tǒng)計顯示，賽漢組上段由底部一亞層至三亞層巖屑含量遞減，其中花崗巖巖屑占比最高，火山巖及變質(zhì)巖次之（表1）。碎屑物中巖屑的成分直接指示母巖特征［12］，以上特征說明本區(qū)賽漢組上段沉積過程中古水動力逐漸減弱，河道經(jīng)歷了從幼年期、壯年期至老年期演化特征。碎屑物中高含量的花崗巖巖屑反映了源區(qū)有大面積花崗巖出露，另外碎屑物普遍分選性差，巖屑磨圓度低，反映出近物源的特點?；◢弾r巖屑可能來自距離研究區(qū)最近的蘇尼特隆起。

表1 哈達圖鈾礦床賽漢組上段碎屑巖巖屑成分統(tǒng)計表Table 1 Clastic rock debris composition in the upper member of Saihan Formation of Hadatu uranium deposit

3.2 沉積體系分析

哈達圖鈾礦床賽漢組上段3 個亞層各代表不同期次河道沉積，三期河道沉積體系差異反映出不同的物源特征（圖4）。

圖4 哈達圖地區(qū)賽漢組上段各亞層沉積體系圖Fig.4 Sedimentary system diagrams of the sub-layers in the upper member of Saihan Formation in Hadatu area

第一期河道位于賽漢組上段底部，主要在齊哈日格圖凹陷西緣沿構(gòu)造脆弱帶向北東發(fā)育，受盆緣構(gòu)造控制，河道形態(tài)受蘇尼特隆起、賽烏蘇及塔木欽凸起的影響，在隆起區(qū)周邊發(fā)育大面積沖積扇。沖積扇前端及河道中央發(fā)育砂質(zhì)礫巖，在河道東側(cè)幫形成大面積洪泛平原沉積。河道由南向北沉積物粒度逐漸減小，分選性逐漸變好，長石含量遞減，石英含量遞增。初步判斷物源主要來自于蘇尼特隆起和賽烏蘇凸起，具有多物源的特征。

第二期河道位于賽漢組上段中部，相對于第一期河道成熟度高，河道變寬變長，僅在南部蘇尼特隆起邊緣發(fā)育大面積的沖積扇，發(fā)育由南向北河流相沉積。河道中央為粒度較粗的砂質(zhì)礫巖，碎屑物粒度由河道中央向兩側(cè)減小，在河道兩側(cè)形成大面積洪泛平原。河道由南向北沉積物粒度逐漸減小，長石含量遞減，石英含量遞增，說明物源主要來自于南部的蘇尼特隆起區(qū)。

第三期河道水動力條件減弱，具有曲流河沉積特征，在南部蘇尼特隆起、北部賽烏蘇及塔木欽凸起一帶有河流相砂質(zhì)礫巖沉積。物源仍然主要來自南部蘇尼特隆起，北部受后期塔木欽隆起構(gòu)造影響，形成構(gòu)造背斜，背斜軸部遭受長時間剝蝕，形成“剝蝕天窗”，部分物源反流哈達圖地區(qū)北部，同時“剝蝕天窗”的形成將哈達圖地區(qū)與賽罕高畢一帶分割成兩個相對獨立的單元。

3.3 稀土元素特征

碎屑巖中稀土元素含量主要受控于它的物源區(qū)巖石成分，并反映于物源區(qū)的地球化學(xué)特征，而風(fēng)化和成巖作用的效應(yīng)是次要的，它們對沉積巖中稀土元素再分配影響不大［13］。因此，本文采用了稀土元素分配模式曲線初步判斷哈達圖礦床賽漢組上段物源。

從稀土元素分析數(shù)據(jù)（表2）及分配模式（圖5a、b）可以看出，哈達圖鈾礦床賽漢組上段含礦灰色砂巖與無礦化顯示的灰色砂巖稀土元素配分模式均呈“右傾型”，表現(xiàn)出輕稀土元素富集，重稀土元素虧損，∑REE 變化范圍為（105.00～112.69）×10-6，LREE/HREE 為4.97～4.99，δEu值為1.26～2.52（Eu負異常記錄了沉積巖源巖中花崗巖的Eu 虧損）。礦化砂巖稀土元素總量略低于無礦化的砂巖，可能與礦化砂巖被后期氧化作用改造有關(guān)。

圖5 哈達圖鈾礦床物源區(qū)巖石與砂巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖Fig.5 Chondrite normalized REE pattern and trace element on source rocks and sandstones of Hadatu uranium deposit

源區(qū)中酸性侵入巖、火山巖與目的層賽漢組上段砂巖稀土配分模式對比顯示（圖5a），哈達圖鈾礦床南部的蘇尼特隆起花崗巖、火山巖（SY2、SY3）與賽漢組上段稀土配分模式最為相似，西北部衛(wèi)井地區(qū)花崗巖（WY1）相似程度次之，且其重稀土元素含量明顯高于賽漢組上段。另外，從源區(qū)變質(zhì)巖與賽漢組上段巖石稀土配分模式圖中可見（圖5b），衛(wèi)井、賽漢塔拉地區(qū)變質(zhì)巖（WB2、STB1）與賽漢組上段巖石稀土配分模式差別較大，而賽罕高畢、二連鹽池上的變質(zhì)巖（SB1、ERB1）與其具有一定的相似性，只是重稀土元素含量略高。

3.4 微量元素特征

本文采用球粒隕石平均值作為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值［14-15］，對哈達圖鈾礦床賽漢組上段灰色砂巖及周邊源區(qū)的變質(zhì)巖、中酸性侵入巖及火山巖的微量元素進行了標(biāo)準(zhǔn)化對比。從微量元素蛛網(wǎng)圖中可以看出（圖5c），賽漢組上段灰色砂巖蜘蛛網(wǎng)圖特征表現(xiàn)為“三峰三谷一平坦”型，Ba、La、Ce、Nd、Y、Tm、Yb 極富集，Rb、Nb、Sr、Ti虧損，尤其是Ti 嚴重虧損。而源區(qū)微量元素蛛網(wǎng)圖表現(xiàn)差異較大，其中蘇特隆起的花崗巖及火山巖（SY2、SY3）、盆地西北緣的衛(wèi)井地區(qū)花崗巖（WY1）與賽漢組上段砂巖的蛛網(wǎng)圖形狀相似度較高，顯示了一定的繼承性。源區(qū)變質(zhì)巖與賽漢組上段灰色砂巖微量元素蛛網(wǎng)圖差別較大（圖5d），幾乎無可比性，尤其是衛(wèi)井地區(qū)變質(zhì)巖（WB2）蛛網(wǎng)圖呈現(xiàn)出不規(guī)則狀。

為了進一步研究哈達圖鈾礦床賽漢組上段砂巖的物源，本文通過鉆孔巖心樣品的微量元素數(shù)據(jù)進行了沉積巖源區(qū)判別（表3），在w（Hf）-w（La）/w（Th）圖解中（圖6a），樣品主要投點在長英質(zhì)、基性巖混合源區(qū)域內(nèi)，部分樣品有向安山巖島弧源偏移的趨勢；從w（La）/w（Sc）-w（Co）/w（Th）圖解中可以看出（圖6b），樣品主要投入花崗巖區(qū)域，個別投入長英質(zhì)火山巖范圍內(nèi)。綜合以上特征，說明賽漢組上段物源主要來自花崗巖，并有少量火山巖的參與。

圖6 哈達圖鈾礦床賽漢組上段砂巖源區(qū)判別圖Fig.6 Discrimination diagram of source rocks of the upper member of Saihan Formation of Hadatu uranium deposit

3.5 鋯石U-Pb 年齡分析

哈達圖鈾礦床賽漢組上段砂巖中鋯石年齡以中侏羅世—早白堊世（170～120 Ma）和早二疊世—晚三疊世（290～220 Ma）為主，其次為晚石炭世（327～310 Ma）、晚志留世—早泥盆世（430～410 Ma）、中晚奧陶世（472～444 Ma）、寒武紀(jì)（500 Ma±5 Ma）［18］。大量的地質(zhì)年代學(xué)研究顯示，二連盆地巴音寶力格隆起與蘇尼特隆起中發(fā)育有大量的早白堊世、中—晚侏羅世、晚石炭世、晚泥盆世、晚志留世—早泥盆世、中—晚奧陶世、寒武紀(jì)以及中—古元古代侵入巖、火山巖和變質(zhì)巖［19-22］。這些巖石的年齡與哈達圖鈾礦床賽漢組上段碎屑鋯石年齡分布具有相似性。因此，蘇尼特隆起作為二連盆地古河谷上游物源區(qū)，緊鄰哈達圖鈾礦床，隆起上廣泛分布的早二疊世—晚三疊世和中侏羅世—早白堊世巖漿巖，易于風(fēng)化剝蝕，這些巖體可能是哈達圖地區(qū)賽漢組上段潛在的物源。

4 與鈾成礦的關(guān)系

通過物源分析認為哈達圖鈾礦床賽漢組上段具有近物源特征，物源主要來自南部蘇尼特隆起中花崗巖，火山巖及變質(zhì)巖次之，也有賽烏蘇凸起和塔木欽凸起側(cè)向補給。從哈達圖鈾礦床22 個鉆孔賽漢組上段氧化砂巖與灰色砂巖鈾背景值統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，氧化砂巖中鈾含量為（2.66～8.59）×10-6，平均為2.88×10-6，而在灰色、深灰色還原帶砂巖中鈾含量為（2.63～9.58）×10-6，平均為6.12×10-6，反映出哈達圖地區(qū)賽漢組上段鈾背景值高，說明同沉積期初始富集鈾在層間氧化過程中被大量遷出，為哈達圖鈾礦床成礦提供了重要的鈾源。哈達圖鈾礦床南部蘇尼特隆起、北部賽烏蘇及塔木欽凸起等源區(qū)不但提供了的主要物源，而且為后期鈾成礦提供了重要的鈾源。

5 結(jié)論

1）初步認為哈達圖鈾礦床賽漢組上段物源主要來自蘇尼特隆起中早二疊紀(jì)-晚三疊紀(jì)的中酸性花崗巖，火山巖及變質(zhì)巖次之，也有西北部賽烏蘇及塔木欽凸起側(cè)向補給。

2）蘇尼特隆起為賽漢組上段沉積提供了碎屑物質(zhì)，同時也提供了一定的成礦物質(zhì)，這些成礦物質(zhì)在同沉積期初始富集，后期在層間氧化過程中不斷遷出構(gòu)成了哈達圖鈾礦床重要鈾源。