二連盆地巴彥烏拉鈾礦床水文地質(zhì)條件與鈾成礦關系

任曉平，劉曉敏，彭瑞強，李鵬飛，李成龍

（1.核工業(yè)二0八大隊，內(nèi)蒙古 包頭 014010；2.中核內(nèi)蒙古礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

二連盆地是我國重要的砂巖型鈾礦產(chǎn)鈾盆地之一，盆地中部已探明多個具有工業(yè)價值的大中型鈾礦床，其中巴彥烏拉鈾礦床具有礦體埋藏淺，礦層滲透性強，有利于地浸開采和鈾資源量豐富等特點，在該盆地鈾礦床中占有重要的地位［1-5］。筆者根據(jù)巴彥烏拉鈾礦床的地質(zhì)特征和水文地質(zhì)特征，分析了巴彥烏拉鈾礦床形成的水動力條件，結(jié)合二連盆地巴彥烏拉鈾礦床勘探資料，對巴彥烏拉鈾礦床水文地質(zhì)條件與鈾成礦關系形成初步認識。

1 礦床地質(zhì)特征

巴彥烏拉鈾礦床位于塔北凹陷的中西部，為二連盆地馬尼特坳陷的西部，其北西以白音希勒隱伏凸起與巴音寶力格隆起相隔，南西側(cè)與蘇尼特隆起相鄰，發(fā)育加里東期、華力西期花崗巖及火山巖，上述兩隆起構成坳陷后期沉積及成礦的主要物源及鈾源區(qū)［6-7］。馬尼特坳陷西部以下白堊統(tǒng)為充填主體，從西到東劃分為芒來、巴潤、巴彥烏拉、白音塔拉和那仁寶力格5個地段（圖1）。巴彥烏拉礦床鈾礦體產(chǎn)于下白堊統(tǒng)賽漢組上段［8-12］，賽漢組上段在芒來至白音塔拉地段連續(xù)分布，揭露厚度30～240 m不等，為綠灰色、灰色砂質(zhì)礫巖、含礫砂巖夾灰色或棕紅色泥巖。鈾礦體在平面上呈NE向展布，主要產(chǎn)于辮狀河砂體中的中下部和底部，局部產(chǎn)于上部，礦層巖性以中砂巖、粗砂巖和砂質(zhì)礫巖為主，細砂巖次之，礦體主要呈板狀、層狀，連續(xù)性較好。

1.1 構造特征

塔北凹陷內(nèi)以下白堊統(tǒng)為充填主體，其在早白堊世不同時期具有不同的盆地類型，早白堊世早期，塔北凹陷呈NE向展布，東西長約75 km、南北寬約15～28 km，面積1 850 km2。凹陷內(nèi)基底由3個低凹區(qū)組成（圖1），其中西部兩個低凹區(qū)基底埋深均為1 600 m，但西北部低凹區(qū)面積大，東部低凹區(qū)埋深1 800 m，總體組成狹長的負地形區(qū)，也構成下白堊統(tǒng)阿爾善期和騰格爾期主要沉積中心；早白堊世賽漢早期，塔北凹陷繼承了早白堊世早期的構造特征，即基底形態(tài)整體呈NE向展布，北西側(cè)的F1斷裂仍控制著凹陷的沉積，但總體伸展幅度小，埋深變淺（一般介于400～500 m之間）；賽漢晚期，F(xiàn)1斷裂的控制作用進一步減弱，該區(qū)總體以坳陷為主，沉積范圍進一步縮小到坳陷低凹區(qū)域，形成河谷型盆地，賽漢組上段古河谷砂體即在此背景下形成。

圖1 內(nèi)蒙古蘇尼特左旗巴彥烏拉地區(qū)下白堊統(tǒng)基底結(jié)構略圖Fig.1 Sketch map of Lower Cretaceous basement structure in Bayanwula area，Sunitezuo County，Inner Mongolia

1.2 地層特征

該鈾礦床的基底地層由下寒武、上石炭統(tǒng)及下二疊統(tǒng)變質(zhì)巖、火山-沉積巖等構成。中新生代沉積蓋層從侏羅系到第四系均有不同程度的發(fā)育，其中下白堊統(tǒng)為坳陷的沉積主體，發(fā)育完整［2］。巴彥烏拉鈾礦床及附近地表出露地層為古近系伊爾丁曼哈組，且大面積被第四系（Q）所覆蓋。根據(jù)鉆孔揭遇資料，自上而下地層有：古近系伊爾丁曼哈組、下白堊統(tǒng)賽漢組上段、下白堊統(tǒng)賽漢組下段，其中伊爾丁曼哈組與賽漢組上段為角度不整合接觸，賽漢組上段與賽漢組下段為平行不整合接觸［13］。

2 礦床水文地質(zhì)特征

2.1 含水巖組及其特征

巴彥烏拉鈾礦床含水巖組單一，主要為碎屑巖類含水巖組，根據(jù)含水巖組的時代、埋藏條件和水力特征等不同可進一步劃分出古近系始新統(tǒng)伊爾丁曼哈組碎屑巖含水巖亞組、下白堊統(tǒng)賽漢組碎屑巖含水巖亞組。其中古近系始新統(tǒng)伊爾丁曼哈組碎屑巖含水巖亞組在礦床范圍內(nèi)均有分布，局部被第四系覆蓋，南西部厚度相對較薄，介于20～75 m之間，向北東方向逐漸增厚，介于60～100 m之間，局部可達170 m，主要為一套河流、洪泛沉積的砂巖、砂質(zhì)礫巖、泥質(zhì)砂礫巖等沉積建造，賦存孔隙潛水和承壓水；賽漢組碎屑巖含水巖亞組埋藏于伊爾丁曼哈組之下，由賽漢組上段組成，主要賦存孔隙承壓水，巖性以辮狀河沉積的砂巖、砂質(zhì)礫巖組成，總厚度20～200 m，分布穩(wěn)定連續(xù)，構成含礦含水層（體）（圖2），水位埋深介于3～70 m之間，承壓水頭介于2～93 m之間，富水性、滲透性好，單孔涌水量＞120 m3·d-1，滲透系數(shù)介于0.91～13.2 m·d-1之間。

圖2 巴彥烏拉鈾礦床走向剖面示意圖Fig.2 The schematic diagram of the strike profile of the Bayanwula uranium deposit

2.2 含礦含水層空間展布及變化特征

巴彥烏拉鈾礦床賦存于賽漢組上段下部砂巖、砂質(zhì)礫巖中，從芒來—巴潤—巴彥烏拉—白音塔拉—那仁寶力格構成長達120 km、寬5～12 km、厚20～200 m NE向展布含礦含水層（體）。含水層（體）砂體結(jié)構疏松，連通性較好，產(chǎn)狀總體較為平緩，局部略有起伏，分布穩(wěn)定連續(xù)，其厚度變化規(guī)律是橫向上從河道兩側(cè)向中心增厚，縱向總體上沿河道中軸線從南西向北東逐漸增厚（圖3），與河道砂體變化規(guī)律相一致。

圖3 巴彥烏拉礦床賽漢組上段含礦含水層厚度等值線圖Fig.3 Contour map of the thickness of the ore-bearing aquifer in the upper member of Saihan formation of Bayanwula deposit

賽漢組上段含礦含水層頂板埋深一般介于23～150 m之間，底板埋深介于50～300 m之間，總體呈現(xiàn)出從南西向北東逐漸加深的特征，僅在芒來—巴潤、巴潤—巴彥烏拉之間因抬升局部缺失隔水頂板，出現(xiàn)“天窗”。水位埋深芒來地段3～15 m，局部低洼處出現(xiàn)自流，巴潤地段10～20 m，巴彥烏拉地段19～26 m，白音塔拉地段40～70 m，那仁寶力格地段25～45 m；地下水除透水“天窗”部位外均具承壓性。

2.3 地下水的補給、徑流、排泄條件

礦床地下水主要來自北東鄰區(qū)地下水的側(cè)向補給，另外，還有北西和南東的側(cè)向微弱補給及“天窗”部位大氣降水的補給，總體呈NE向南西緩慢徑流，最終泄于礦床南西部的準達來、巴潤達來一帶。含礦含水層地下水主要來自北東鄰區(qū)的側(cè)向補給，沿河道砂體從北東向南西緩慢徑流（圖4），水力梯度介于0.3‰～1.4‰之間，徑流速度介于0.7～2.9 m·a-1之間，在南西部芒來地段的準達來一帶排泄。

圖4 巴彥烏拉鈾礦床賽漢組上段水文地質(zhì)略圖Fig.4 Hydrogeological sketch of the upper member of Saihan formation in Bayanwula deposit

2.4 地下水水化學特征

地下水主要為碎屑巖孔隙水，由伊爾丁曼哈組碎屑巖孔隙潛水、承壓水和賽漢組上段碎屑巖孔隙承壓水組成，水化學類型主要有HCO3·Cl-Na、陰離子多組分-Na、Cl·SO4-Na、Cl（Cl·HCO3）-Na型水，礦化度介于1～3 g·L-1之間，其整體上變化特征是從北東向南西由HCO3·Cl-Na型水、陰離子多組分-Na型水過渡為Cl·SO4-Na型 水，進 而 過 渡 為Cl-Na（Cl·HCO3-Na）型水，礦化度逐漸增高。

3 水文地質(zhì)條件與鈾成礦關系

巴彥烏拉鈾礦床鈾礦體賦存于下白堊統(tǒng)賽漢組上段下部古河谷砂體中，賽漢組上段現(xiàn)代地下水沿古河谷砂體從北東向南西徑流（圖4），但在地質(zhì)歷史的演化過程中鈾成礦時期地下水運移方向并非如此。

早白堊世晚期，構造活動已由斷陷期轉(zhuǎn)為坳陷期，賽漢組形成于斷拗的轉(zhuǎn)換期［4，14］。雖已起到了一定的填平補齊的作用，但賽漢組上段沉積時的底板形態(tài)仍繼承了基底形態(tài)的特征，巴彥烏拉地區(qū)地勢依然為南西高、北東低，南北兩側(cè)高、中間低，從現(xiàn)代基底埋深圖及賽漢組上段底板等高線圖上仍可反映出來（圖1和5），這為巴彥烏拉地區(qū)沿塔北凹陷軸部方向從南西向北東發(fā)育大型古河谷砂體創(chuàng)造了有利的構造條件，一般而言，斷陷盆地發(fā)育晚期具備形成大規(guī)模砂體的條件［15-19］。

圖5 巴彥烏拉鈾礦床賽漢組上段底板等高線圖Fig.5 The floor elevation contour map of the upper member of Saihan formation in Bayanwula uranium deposit

早白堊世晚期為賽漢組上段沉積期，主要水源及物源來自于南西部，同時亦有南、北兩側(cè)側(cè)向水源及物源的補充，匯入主干河道后水流攜帶的沉積物沿塔北凹陷的長軸方向從南西向北東依次發(fā)育辮狀河—辮狀河三角洲—湖泊沉積，賽漢組上段的辮狀河下切在賽漢組下段的泥巖或二疊系板巖之上，在凹陷低凹地帶沉積了較好的辮狀河砂體，構成優(yōu)質(zhì)鈾儲層——古河谷砂體，當時氣候溫暖潮濕，水量充沛，水流攜帶沉積物在運移過程中逐步接受沉積的同時，亦可攜帶大量蝕源區(qū)的鈾進入沉積物中，同時被活化遷移的鈾元素與炭屑等還原介質(zhì)一同在古河谷砂體中沉積，有利于沉積物中鈾元素的保存，形成鈾的預富集，同時在沉積物中形成同生沉積水。

晚白堊世，構造運動使該區(qū)整體抬升，發(fā)生沉積間斷，賽漢組上段接受長期的風化剝蝕和淋濾入滲作用，并發(fā)生滲入水對同生沉積水的更替及沉積物的改造。因古地勢基本保持原貌，其水流方向與沉積時基本相同，但是古氣候已轉(zhuǎn)為干旱—半干旱，使得蝕源區(qū)含鈾含氧水及含氧大氣降水沿古河谷南西部及南北兩側(cè)幫入滲，沿古河谷從南西向北東徑流，開始發(fā)生后生氧化作用和鈾元素的初始富集。

古近紀—新近紀—第四紀更新世，構造運動以隆升為主，并持續(xù)伴隨發(fā)生從北西向南東的掀斜作用，僅在古近紀始新世及新近紀上新世接受了厚度不大的短暫沉積，但是古地形地貌只是北側(cè)有所抬升之外，其滲入水主水流方向并未改變，仍然沿古河谷砂體（含水體）從南西向北東徑流，只是由于掀斜作用使得北側(cè)水動力持續(xù)加強，側(cè)向水流以北側(cè)為主。該時期氣候更加干旱，蝕源區(qū)含氧含鈾水及含氧大氣降水的入滲，使得沿古河谷縱向方向的氧化作用依然持續(xù)，而側(cè)幫氧化作用則以北西側(cè)的氧化作用為主，形成鈾元素的再次富集。

第四紀全新世，錫林浩特—阿巴嘎旗發(fā)生大面積的火山噴發(fā)，伴隨火山活動，使巴彥烏拉東部大幅度抬升，造成地勢北東部高于南西部，這時地下水流方向徹底改變，演化為沿古河谷砂體從北東向南西徑流的特征。

4 結(jié)論

1）晚白堊世—第四紀更新世，地下水動力系統(tǒng)始終保持縱向上從南西向北東徑流、橫向上以河谷北西側(cè)補給為主的特征，地下水補-徑-排系統(tǒng)完整，為層間氧化帶的發(fā)育與形成提供了有利條件。

2）賽漢組上段古河谷砂體展布穩(wěn)定、厚度適中，構成的含水層、隔水層配置完好，層間含水層滲透性好，富含有機質(zhì)，是形成砂巖型鈾礦的最佳層位，其發(fā)生后生氧化改造及鈾遷移、沉淀、富集成礦的有利時期為晚白堊世—第四紀更新世。