準(zhǔn)噶爾盆地東部構(gòu)造抬升剝蝕對鈾成礦的控制

韓效忠，吳兆劍，林中湘，王行軍，蔣 喆，季 輝，來 強(qiáng)，胡 航

(中國煤炭地質(zhì)總局特種技術(shù)勘探中心 中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司,北京 100042)

準(zhǔn)噶爾盆地是我國西部重要的能源盆地之一，其內(nèi)發(fā)育大量的石油、天然氣和煤。長期來，鈾礦地質(zhì)工作者在該盆地進(jìn)行了大量工作，在盆地圍緣發(fā)現(xiàn)了系列鈾異常、礦點(diǎn)[1-2]，未能發(fā)現(xiàn)大型鈾礦床，這顯然與大盆地成大鈾礦的基本特征不相符合。

通過近10 a 來鈾煤兼探工程的實(shí)施，在卡拉麥里山北坡前緣帶頭屯河組(J2t)中落實(shí)了喀木斯特大型砂巖型鈾礦產(chǎn)地[3-4]，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)噶爾盆地鈾礦找礦的突破；同時在帳篷溝背斜西翼八道灣(J2b)中發(fā)現(xiàn)了砂巖型鈾礦體。受國家重點(diǎn)研發(fā)計劃資助，筆者所在的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)實(shí)施了深地資源勘查與開采示范工程，于2020 年底在卡拉麥里山南坡前緣斜坡帶沙灣組(N1s)發(fā)現(xiàn)了北三臺深部砂巖型鈾礦體，實(shí)現(xiàn)了新層位鈾礦找礦的突破，進(jìn)一步拓展了鈾礦找礦深度。核工業(yè)部門在長期的鈾礦找礦當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)了發(fā)育在西山窯組(J2x)中的大慶溝煤巖型鈾礦床和發(fā)育在頭屯河組(J2t)中的將軍廟等砂巖型鈾礦點(diǎn)。這些發(fā)現(xiàn)為揭示本區(qū)鈾成礦規(guī)律提供了良好條件。

構(gòu)造與成礦具有密切的動態(tài)耦合關(guān)系，前人從不同的側(cè)面對構(gòu)造與成礦關(guān)系進(jìn)行富有成效的研究。陳宣華等[5]通過對西準(zhǔn)噶爾成礦帶構(gòu)造體系特征研究，提出了“多”字型和“入”字型構(gòu)造控礦類型及規(guī)律，周圣生[6]指出中國已知的層控礦床明顯地受其大地構(gòu)造特點(diǎn)控制，張連昌等[7]對西天山構(gòu)造演化與優(yōu)勢礦產(chǎn)成礦規(guī)律進(jìn)行了研究，建立了西天山主要成礦區(qū)帶的成礦模式，王雙明[8]通過鄂爾多斯盆地疊合演化及構(gòu)造對成煤作用的控制研究，指出構(gòu)造背景和沉積作用轉(zhuǎn)換是控制煤炭資源形成的重要地質(zhì)條件。構(gòu)造與成礦關(guān)系研究突顯了構(gòu)造對成礦的控制作用，砂巖型鈾礦的形成也離不開構(gòu)造發(fā)展演化的控制作用。

準(zhǔn)噶爾盆地東部鈾礦發(fā)育層位多、類型較全、時代跨度大，使之該區(qū)成為鈾成礦規(guī)律研究的熱點(diǎn)地區(qū)。從地理位置講，上述鈾礦體均分布在卡拉麥里山南、北坡前緣帶，其成礦與卡拉麥里山關(guān)系如何？多種成礦類型是否是同一成礦作用下的不同表現(xiàn)？這些科學(xué)問題的回答有助于深化本區(qū)成礦規(guī)律，有助于鈾礦找礦更大突破。筆者從準(zhǔn)噶爾盆地東部，特別是卡拉麥里山中新代構(gòu)造抬升剝蝕事件深入研究入手，揭示本區(qū)區(qū)域構(gòu)造抬升、鈾成礦序列和控礦組合等規(guī)律，為該區(qū)鈾成礦遠(yuǎn)景預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地東部，在構(gòu)造分區(qū)上，以卡拉麥里山為界，北部區(qū)屬于陸梁隆起和烏倫古坳陷，其內(nèi)發(fā)育烏倫古南斜坡帶鈾成礦有利區(qū)，南部區(qū)屬于東部隆起，其內(nèi)卡拉麥里山前帶為軸向南北向的五彩灣凹陷、沙帳斷褶帶、石樹溝凹陷相間排列帶[9]，向南則為北三臺斜坡帶鈾成礦有利區(qū)。

研究區(qū)出露的古生界地層有奧陶系、志留系、泥盆系、石炭系和二疊系，其中出露最廣的地層為泥盆系和石炭系，構(gòu)成了卡拉麥里山主體，而奧陶系和志留系只在山前以殘片的形式呈東西向斷續(xù)分布在斷裂帶中；中生新界由三疊系、侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系構(gòu)成(圖1)。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地東部地質(zhì)簡圖和盆地構(gòu)造單元劃分Fig.1 Geological Sketch map of eastern Junggar Basin and tectonic unit division map of the basin

因本區(qū)鈾成礦主要由侏羅紀(jì)以來地層構(gòu)成，下面重點(diǎn)介紹其基本特征。

(1) 侏羅系。出露在卡拉麥里山南北緣，層位發(fā)育齊全。自下而上為八道灣組(J1b)、三工河組(J1s)、西山窯組(J2x)、頭屯河組(J2t)、齊古組(J3q)和喀拉扎組(J3k)。局部地段因頭屯河組、齊古組和喀拉扎組無明顯的分層標(biāo)志，將3 者合稱為石樹溝群(J2-3sh)。

①八道灣組。常與下伏三疊系呈不整合接觸。下段以厚層的粗碎屑沖積扇-辮狀河三角洲沉積為典型特征，局部發(fā)育薄煤層；中段為濱淺湖-半深湖沉積；上段發(fā)育灰綠砂礫巖、砂巖，灰色泥巖和粉砂巖，可見煤層或煤線，為本區(qū)主要產(chǎn)煤和賦鈾層位之一。

②三工河組。以發(fā)育厚層深灰色泥巖、灰黑色炭質(zhì)泥巖為典型識別標(biāo)志，在地層下部發(fā)育較厚層辮狀河砂體，其內(nèi)可見氧化層的發(fā)育，指示其具備鈾成礦的潛力。

③西山窯組。發(fā)育以三角洲-濱淺湖-曲流河為主的砂、泥巖沉積，通常含2 層煤，下部地層煤層較薄，上部地層以厚煤層為典型特征，最厚可達(dá)上百米，其間發(fā)育多處煤巖型鈾礦床(點(diǎn))。

④頭屯河組。底部為含炭質(zhì)的河湖相粗碎屑巖，上部過渡為雜色、褐色、紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂巖互層，是本區(qū)主要賦鈾層位。

⑤齊古組。為干旱環(huán)境下細(xì)碎屑沉積，巖性主要有紅褐色-紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖夾凝灰質(zhì)砂巖、凝灰?guī)r等。

(2)白堊系。在本區(qū)主要發(fā)育為吐谷魯群(K1tg)，為干旱-半干旱、炎熱氣候環(huán)境下形成的河湖相、湖沼相雜色條帶狀碎屑巖沉積。

(3)古近系。在區(qū)內(nèi)沒有出露，在鉆孔和地震剖面中可見紫泥泉子組(E1-2z)和安集海河組(E2-3a)。前者為山麓-辮狀河沉積，巖性以褐色-紅色砂礫巖、泥巖為主，局部夾有石膏和膏泥巖。向北尖滅或缺失；后者為濱淺湖相沉積，為紫紅色、灰綠色、暗色泥巖、介殼灰?guī)r、泥灰?guī)r加薄層鈣質(zhì)砂礫巖。

(4)新近系。為一套灰綠色、紅褐色、黃褐色辮狀河-曲流河-濱淺湖沉積，自下而上分為沙灣組(N1s)、塔西河組(N1t)和獨(dú)山子組(N2d)。

①沙灣組。為一套紫紅色、灰綠色砂泥巖互層。近年來，在盆地東緣和西北緣發(fā)現(xiàn)多處沙灣組鈾礦(化)顯示。

②塔西河組。常見灰綠色、棕色泥巖夾薄層砂巖。

③獨(dú)山子組。以褐紅色、淺棕色泥巖為主，夾有灰色泥巖、砂巖和礫巖。

區(qū)內(nèi)巖漿巖主要分布在卡拉麥里山，花崗巖類巖漿活動在該區(qū)大規(guī)模發(fā)育，構(gòu)成與卡拉麥里斷裂走向一致并受斷裂控制的花崗巖帶。該地區(qū)早古生界火山地層出露較少，僅出露有中奧陶世荒草坡群基性火山巖、凝灰?guī)r、火山碎屑巖等；晚古生代該區(qū)出露的火山巖系巖石類型有玄武巖類、粗安類、英安巖類、流紋巖類、火山碎屑巖類和碎屑熔巖類，為一套較典型的陸相火山碎屑巖堆積。

區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造主體為NWW 向到NW 向，是重要的控巖控盆斷裂，也是地下水補(bǔ)-逕-排體系的重要組成部分，是地下水主要排泄區(qū)和深部油氣上升的重要通道；其次為NNE 向斷層，多分布在次級褶皺核部。代表性為卡拉麥里—二連(F6)地殼拼接斷裂帶，沿斷裂帶斷續(xù)分布蛇綠巖，斷裂帶主體呈NW～SE 向延伸，北西段略呈弧形，斷裂面傾向SW，南東延入蒙古，北西端被第四系覆蓋。托讓格庫都克壓扭性斷裂(F7)，呈NW～SE 向延伸，北西端被第四系覆蓋。準(zhǔn)噶爾南緣斷裂(F8)，呈近EW 向延伸，地表被第四系覆蓋，為物探證實(shí)的隱伏斷裂。

區(qū)內(nèi)褶皺主要分布在卡拉麥里南側(cè)，相間發(fā)育多個近南北向長軸狀的次級背斜和向斜，如帳蓬溝背斜、火燒山背斜、蘆草溝向斜、沙丘河背斜等[10]，構(gòu)成了沙帳復(fù)式背斜(又稱沙帳斷褶帶)。卷入地層主要為白堊紀(jì)吐谷魯群及之前地層，在其次級背斜兩翼侏羅系中常發(fā)育有層間氧化帶[10-11]，局部形成較好的鈾礦化，如帳篷溝背斜西翼鈾礦體。

2 區(qū)內(nèi)典型鈾礦床(點(diǎn))特征

2.1 喀木斯特鈾礦床

2.1.1礦體基本特征

喀木斯特鈾礦床位于卡拉麥里山北緣斜坡帶，含礦目標(biāo)層為中侏羅統(tǒng)頭屯河組。在平面上礦體為蛇曲狀呈近東西向展布，目前基本查明礦帶長度約為15 km；在垂向上可見2 層鈾礦(化)，其中下部礦層為主礦層，主要發(fā)育于頭屯河組地層底部的砂礫巖層中，緊貼西山窯組煤層頂部，呈典型的板狀(圖2)，沿走向較穩(wěn)定延伸，鈾礦物為瀝青鈾礦，礦化圍巖蝕變有黃鐵礦化、黏土化、碳酸鹽化等[4]，礦體獲得全巖U-Pb等時線年齡為21±2 和27±4 Ma。

圖2 喀木斯特地區(qū)鈾成礦鉆孔剖面Fig.2 Profile of uranium metallogenic in Kamusite area

2.1.2主要控礦因素

喀木斯特鈾礦床主要物源(鈾源)來自于卡拉麥里山[12]，其花崗巖體巖體U 含量豐富，為0.80×10-6～6.14×10-6，平均值為3.18×10-6，U元素具有明顯的遷出，遷移量為2.39×10-6[13]，顯示了良好的鈾源。

區(qū)內(nèi)含礦目標(biāo)層頭屯河組穩(wěn)定發(fā)育2 層砂巖，多為辮狀河沉積相砂巖，上部砂巖厚度較大，多在50 m左右，下部砂巖相對較薄，平均厚度35 m 左右，局部地段疊加有沖積扇砂巖，使得上下砂巖層相互連通，單層砂巖厚度顯著增大到60～70 m，最厚可達(dá)110 m。砂巖富含有機(jī)炭、黃鐵礦等還原物質(zhì)[14]，下部砂巖又緊臨煤層，有利于下伏煤層氣等還原氣體上逸，增加其還原容量，這也是下部砂巖為主含礦層的直接原因。

頭屯河組2 套砂巖均發(fā)育有氧化帶，在盆緣為潛水氧化，向盆內(nèi)沿伸逐漸過渡為層間氧化帶，氧化帶厚度10～70 m。礦區(qū)揭露氧化帶前鋒線約15 km，位于卡拉麥里山北坡和喀拉薩依斷裂夾持區(qū)，嚴(yán)格的控制了喀木斯特鈾礦體的定位。據(jù)唐湘飛等[15]頭屯河組層間氧化帶在走向、傾向上延伸穩(wěn)定，在喀拉薩依斷裂以北的烏倫古坳陷東部仍有分布，形成區(qū)域上連續(xù)的氧化帶前鋒線，總長度達(dá)150 km，但此部分層間氧化帶未形成規(guī)模鈾礦化，指示鈾成礦形成條件較為嚴(yán)苛，是多種因素耦合作用的結(jié)果。

發(fā)育穩(wěn)定的緩傾單斜地層是判別能否形成大礦的重要因素，這在我國多個大型砂巖型鈾礦床中已得到證實(shí)，也是業(yè)界普遍認(rèn)同的砂巖型鈾礦床控礦規(guī)律之一。喀木斯特鈾礦床定位于烏倫古南斜坡帶，該斜坡帶產(chǎn)狀平緩(圖3)，非常有利于大型砂巖型鈾礦的形成，構(gòu)成了良好的地下水逕流區(qū)，在礦床北側(cè)發(fā)育深切基底的喀拉薩依斷裂，它一方面是深部還原流體的上升的通道，同時也是地下水的主要排泄區(qū)?？ɡ溊锷健鮽惞拍闲逼聨Ш涂_依斷裂3 者構(gòu)成了完美的補(bǔ)-逕-排體系，基于這一體系的規(guī)模，在不考慮礦體埋深的前景下，喀木斯特鈾礦床向東擴(kuò)展的空間很大。除了先天條件極好之外，目標(biāo)層形成之的構(gòu)造發(fā)展演化(抬升剝蝕)也非常有利于該礦床的發(fā)展壯大，這一點(diǎn)下文將會詳細(xì)介紹。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地北東部地質(zhì)剖面解釋(據(jù)文獻(xiàn)[16]修改)Fig.3 Interpretation of geological profile in the northeast of Junggar Basin (Modified by References [16])

2.2 卡拉麥里山南緣山前帶系列鈾礦(化)點(diǎn)

該區(qū)沿卡拉麥里山南緣山前帶發(fā)育系列鈾礦點(diǎn)、礦化點(diǎn)，礦體主要分布在相間排列的如沙丘河背斜、火燒山背斜、帳篷溝背斜、將軍廟背斜、黑山凸起等構(gòu)造的翼部，含礦目標(biāo)層為中侏羅統(tǒng)八道灣組、西山窯組和頭屯河組。

八道灣組發(fā)現(xiàn)的鈾工業(yè)礦體位于帳篷溝背斜西翼(由中國地質(zhì)調(diào)查局實(shí)施的“鈾煤兼探”工程發(fā)現(xiàn))，根據(jù)目前發(fā)現(xiàn)的3 個砂巖型鈾工業(yè)孔及其他鈾礦化孔初步判斷，礦體走向?yàn)榻媳毕?，與背斜軸向近平行，顯示背斜核部露頭區(qū)供鈾供水、兩翼成礦的特點(diǎn)，即與成礦相關(guān)的含氧含鈾水滲入方向?yàn)橄蛭骱拖驏|。萬漢平等[10]通過地面高精度磁測在該區(qū)推斷氧化帶前鋒線平行于帳篷溝背斜軸部，煤田鉆孔揭露在背斜西翼八道灣組中發(fā)育層間氧化帶，埋深一般超過600 m，最深可達(dá)900 m，氧化砂巖厚度13.08～27.18 m[17]。這與由北向南的由卡拉麥里山大面積花崗巖體供鈾供源相比較，小面積的由三疊紀(jì)沉積巖供鈾必然導(dǎo)致鈾源供應(yīng)不足，成礦規(guī)模相對有限。據(jù)魯克改[18]，在帳篷溝背斜西翼向西八道灣組發(fā)育層間氧化帶，前鋒線走向?yàn)榻鼥|西向，控制長度33 km，沙丘河砂巖型鈾異常點(diǎn)受其控制，目前還未發(fā)現(xiàn)有規(guī)模鈾成礦；同時指出在西起火燒山東到石樹溝，三工河組發(fā)育3 層層間氧化帶，控制長度10～25 km，氧化砂巖存在鈾的遷出(地層本身供鈾)，未有明顯鈾成礦，只在背斜翼部有鈾異常發(fā)育。

西山窯組是本區(qū)的主要含煤地層，局部地段單層煤層厚度大于100 m，在其地層內(nèi)發(fā)現(xiàn)了煤巖型鈾礦床(大慶溝鈾礦床)和砂巖型鈾礦(化)點(diǎn)：石錢灘鈾異常點(diǎn)、白礫灘鈾礦點(diǎn)、北山鈾礦化點(diǎn)、紅砂泉鈾礦化點(diǎn)、白塔山鈾礦化點(diǎn)[19-20]。該區(qū)除露頭附近發(fā)育氧化砂巖外，深部鉆孔揭露基本未見氧化砂巖，顯示地層還原容量很高，氧化作用很弱，這也是在該區(qū)發(fā)現(xiàn)了系列砂巖型鈾礦點(diǎn)、鈾異常，但未發(fā)現(xiàn)規(guī)模砂巖型鈾礦床的重要原因之一。大慶溝煤巖型鈾礦床是該區(qū)段發(fā)現(xiàn)的唯一一個鈾礦床，含礦層位西山窯組，礦體產(chǎn)于帳篷溝背斜兩翼的煤層中，隨煤層礦頭出露地表，沿傾向下沿一般25～50 m，最淺僅幾米、最深為75 m，礦體垂直埋深多小于40 m，顯示為淺表吸附成礦的特點(diǎn)，成礦作用可能為氧化風(fēng)化和淋濾改造。礦體沿走向相對較長，一般60～100 m，最長450 m，呈透鏡狀、扁豆?fàn)詈蛶顢嗬m(xù)分布[21]。

頭屯河組在將軍廟地區(qū)發(fā)育層間氧化，并發(fā)現(xiàn)了砂巖型鈾礦化。毛廣振等[19]通過氧化帶、還原帶和過渡帶中微量鈾、Th/U 比值變化不大，指出將軍廟地區(qū)層間氧化作用存在間斷，氧化帶發(fā)育不持久，造成鈾成礦規(guī)模有限。

2.3 北三臺鈾礦(化)點(diǎn)

北三臺鈾礦(化)點(diǎn)是國家重點(diǎn)研發(fā)計劃“北方砂巖型鈾能源礦產(chǎn)基地深部探測技術(shù)示范”項(xiàng)目的重要發(fā)現(xiàn)之一，依據(jù)石油鉆孔資料二次開發(fā)和三維地震反演[22]，資源量估算達(dá)到了礦床級的規(guī)模，項(xiàng)目只對其實(shí)施了1 口鈾礦驗(yàn)證孔，因此暫將其稱之一為“鈾礦(化)點(diǎn)”。

北三臺鈾礦點(diǎn)位于準(zhǔn)東東部隆起的北三臺凸起之上，含礦層位為新近紀(jì)沙灣組。該組含有上下2 套連續(xù)分布砂巖，上部砂體較細(xì)，多以中細(xì)砂巖為主，下部砂體較粗，主要為砂礫巖、礫巖為主。鈾礦體位于底部砂巖中，通過三維地震波阻抗反演含礦砂體分布范圍較廣，展布面積106.26 km2，厚度12～22 m。

通過對本區(qū)油田鉆孔的排查，發(fā)現(xiàn)了大量的放射性異常鉆孔成片分布，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對沙灣組底界砂礫巖GR 反演，最終刻畫含鈾砂體面積為28 km2[22]。實(shí)施的ZS-1 井對該區(qū)進(jìn)行了勘查示范，共發(fā)現(xiàn)了3 層工業(yè)鈾礦體，最上一層為900.15～900.65 m，平均品位1.26×0.01%，含礦圍巖為粉砂巖、泥巖；下部2 層發(fā)育在沙灣組下部砂體中，為砂巖型鈾礦體，構(gòu)成層間氧化帶型的上、下兩層礦體，上層為920.90～921.55 m，厚0.65 m，平均品位為1.63×0.01%，平米鈾量為0.22 kg/m2；下層為933.05～934.90 m，厚1.85 m，平均品位為3.52×10-4，平米鈾量為1.37 kg/m2(圖4)。依據(jù)連井剖面和地震剖面反演，礦體在剖面上呈板狀、透鏡狀，平面上呈條帶狀。礦石礦物為鈾石，成礦年齡為7.6～0.3 Ma[23]，圍巖蝕變有黃鐵礦化、黏土化、碳酸鹽化等。

圖4 準(zhǔn)深1 井成礦段柱狀Fig.4 Columnar diagram of metallogenic section of Zhunshen 1 well

礦體就位于北三臺凸起之上，沙灣組表現(xiàn)為由北向南平緩單斜地層，為古近紀(jì)—新近紀(jì)前陸盆地的前隆斜坡帶，成礦的構(gòu)造條件十分有利(圖5)。礦區(qū)內(nèi)有深切下部的北三臺北斷層和西泉斷層，將下部層位中油氣等還原物質(zhì)導(dǎo)入到沙灣組，螢光照片顯示，含礦砂巖中油氣顯示明顯，這為原本缺少還原介質(zhì)的地層具備了鈾沉淀富集的必要條件。西泉斷層膠結(jié)物有方解石、沸石、石英等且礦物共生現(xiàn)象，表明該斷裂經(jīng)歷過多次流體作用，膠結(jié)物中流體包裹體測試表明北三臺凸起斷裂帶至少經(jīng)歷了3 期大規(guī)模流體活動[24]。從圖4 可明顯看出礦體則正好位于黃褐色砂礫巖與上、下青灰色砂礫巖的過渡部位，顯示本區(qū)鈾成礦為典型的層間氧化帶型。依據(jù)斜坡帶的分布特征推斷鈾源應(yīng)為自于礦區(qū)北部的卡拉麥里山，從圖5 可見沙灣組北部長期出露地表，可接受長期的含氧含鈾水的改造。綜上所述，北三臺成礦條件極佳，具備形成大型砂巖型鈾礦床的一切條件，是準(zhǔn)噶爾盆地鈾礦找礦的重要地區(qū)。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地東部隆起SN 向地震剖面(2019SN07)Fig.5 SN direction seismic profile of the eastern uplift of Junggar Basin (2019SN07)

3 準(zhǔn)噶爾盆地東緣構(gòu)造抬升事件及其控礦模式

卡拉麥里山及周緣“盆-山”體系初建于早石炭世早期，之后經(jīng)歷了區(qū)域伸展作用，又在中二疊世的擠壓作用下重新形成，后續(xù)的中新生代構(gòu)造運(yùn)動繼承了這一盆山體系[25]。筆者以盆地沉降曲線和蝕源區(qū)磷灰石裂變徑模擬方法，精細(xì)地刻畫與鈾成礦關(guān)系密切的侏羅紀(jì)以來構(gòu)造發(fā)展演化，揭示構(gòu)造抬升事件與砂巖型鈾成礦關(guān)系。筆者在另文中總結(jié)了通過埋藏沉降史和磷灰石裂變徑跡模擬預(yù)測鈾成礦方法[26]，請相關(guān)讀者參閱。

準(zhǔn)噶爾盆地東緣埋藏史和沉降史曲線采用倫參1 井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行計算，磷灰石裂變徑跡樣品采自卡拉麥里山蝕源區(qū)(圖6)。埋藏史和沉降史曲線記錄了150～140 和95～50 Ma 兩次較為明顯的構(gòu)造抬升事件。磷灰石裂變徑跡模擬數(shù)據(jù)顯示蝕源區(qū)在侏羅紀(jì)以來持續(xù)隆升并遭受剝蝕[1,27]，從圖6 可以劃分出160～140、90～70 和約20 Ma 以來的3 次快速隆升剝蝕階段。兩者反映的構(gòu)造抬升事件基本一致，且構(gòu)造抬升事件的啟動和過程蝕源區(qū)略早于盆地區(qū)，符合地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展演化的基本規(guī)律。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地東部構(gòu)造沉降和抬升剝蝕曲線[1,27,30]Fig.6 Tectonic subsidence,uplift and denudation curve in the eastern Junggar Basin[1,27,30]

早中侏羅世以來，卡拉麥里山持續(xù)緩慢隆升，盆地區(qū)弱伸展緩慢沉降，連續(xù)沉積了八道灣組至西山窯組，山前地帶多發(fā)育沖積扇、辮狀河流相等有利成礦的沉積相。

西山窯期末(中侏羅統(tǒng)頭屯河組—上侏羅統(tǒng)喀拉扎組沉積前)，受燕山運(yùn)動早期的影響，卡拉美麗等山前斷裂發(fā)生右旋走滑作用，在卡拉麥里山南緣形成了沙丘河、火燒山和帳篷溝等一系列北東向展布的背斜構(gòu)造[28]，在北緣西山窯組及其之前地層不同程度掀斜，造成西山窯組與頭屯河組為不整合接觸，如在北三臺凸起上，頭屯河組超覆不整合在西山窯組之上[9]。該期構(gòu)造運(yùn)動對鈾成礦的控制作用表現(xiàn)為：在南緣隨著核部持續(xù)隆升剝蝕，八道灣組、三工河組在背斜核部出露形成構(gòu)造天窗，在其間形成如上文提到的發(fā)育在背斜兩翼、前鋒線平行于皺褶軸向的層間氧化帶，受鈾源條件不佳所限，只在帳篷溝西翼的八道灣組中形成了工業(yè)鈾礦體，整體鈾成礦前景不好(圖7(b))；在北緣形成了發(fā)育在西山窯組的層間氧化帶，初步奠定了喀木斯特鈾礦床的基本構(gòu)造格架，因此時卡拉麥里山處于緩慢隆升過程中，鈾源供給不充足，未能形成工業(yè)意義的鈾礦床。隨著頭屯河組的沉積，該期成礦作用結(jié)束。

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地東部鈾成礦模式Fig.7 Uranium metallogenic model in the eastern Junggar Basin

晚侏羅世未(早白堊世吐谷魯群沉積前，160～140 Ma)，受燕山運(yùn)動中期的影響，在近南北向擠壓下[29]，卡拉麥里山北緣八道灣組、三工河組、西山窯組、頭屯河組等地層繼承性的進(jìn)一步掀斜，形成向北北東向傾斜的單斜地層(圖3)。南緣近南北向褶皺軸向發(fā)生彎曲，呈現(xiàn)為“S”型，山前軸部抬升剝蝕，核部最老出露三疊系地層；磷灰石裂變徑跡模擬顯示，在160～140 Ma 蝕源區(qū)處于快速隆升剝蝕階段，提供了大量的鈾源，本區(qū)進(jìn)入了第1 次規(guī)模鈾成礦。在卡拉麥里山北緣，緩傾斜的頭屯河組大面積出露在地表，上段形成了潛水氧化的鈾礦化，在下段形成了以層間氧化帶為主的鈾礦體，喀木斯特鈾礦床初具規(guī)模(圖7(a))，因頭屯河組的超覆不整合作用，在沿著陸梁隆起軸部西山窯組未出露地表(圖3(a)、(c))，未能接受含氧含水改造，筆者初步推斷，在喀木斯特沿陸梁隆起區(qū)近東西方向找礦重點(diǎn)應(yīng)為頭屯河組，其下西山窯組、三工河組和八道灣在這個區(qū)段均非重點(diǎn)找礦層位。在卡拉麥里山南緣，該時期出露地層多，從八道灣組到西山窯組均受到了含氧含鈾地下水改造，形成或繼承了八道灣組和三工河組中層間氧化帶，成礦相對分散；地層傾向多變、復(fù)雜，沒有形成如北緣一樣的規(guī)模構(gòu)造斜坡帶；鈾源方向多垂直于地層傾向，層間氧化帶的補(bǔ)-逕-排體系不完善，含氧含鈾地下水不能有效聚集；蝕源區(qū)帶來的鈾源多以吸附態(tài)的形式富集在淺表一帶，因西山窯組發(fā)育巨厚煤層，還原容量最大，因而在西山窯組中優(yōu)先形成了大慶溝煤巖型鈾礦床(圖7(b))和錢灘鈾異常點(diǎn)、白礫灘鈾礦點(diǎn)、北山鈾礦化點(diǎn)、紅砂泉鈾礦化點(diǎn)、白塔山鈾礦化點(diǎn)等砂巖型鈾(化)點(diǎn)，這些礦點(diǎn)可能也經(jīng)受了后期疊加富集，但因先天條件不足未能形成大型鈾礦床。伴隨著早白堊世吐谷魯群沉積，目標(biāo)層含氧含鈾水滲入窗口被覆蓋，本次成礦隨之結(jié)束。

白堊紀(jì)末(紫泥泉子組沉積前，90～70 Ma)，受燕山運(yùn)動晚期的影響，盆地發(fā)生近南北向擠壓[29]，地層進(jìn)一步掀斜剝蝕，在地震剖面上顯示古近系底與白堊系頂之間的不整合面。圖6 顯示盆地內(nèi)部未發(fā)生大規(guī)模的抬升剝蝕，蝕源區(qū)出現(xiàn)了明顯的抬升剝蝕事件指示盆地可能處于擠壓撓曲凹陷階段，新一期鈾成礦作用開啟。在卡拉麥里山北緣，沉積地層進(jìn)一步抬升剝蝕，含礦目標(biāo)層頭屯河組在靠近山前一帶出露地表，接受來自蝕源區(qū)的含氧含水改造，在先期成礦的基礎(chǔ)上進(jìn)一步疊加富集，礦體規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大；南緣在南北向擠壓應(yīng)力作用下形成了一系列近東西向的逆沖斷層和一些近東西向的凸起與凹陷，疊加在早期近南北向的凹陷與凸起之上，造成了東部隆起現(xiàn)今的“棋盤式”構(gòu)造格局，使侏羅紀(jì)未就不利成礦的構(gòu)造體系更加復(fù)雜，形成大型砂巖型鈾礦床的條件先天不足。該期成礦可能對發(fā)育在山前西山窯組中的大慶溝煤巖型鈾礦床和錢灘鈾異常點(diǎn)、白礫灘鈾礦點(diǎn)、北山鈾礦化點(diǎn)、紅砂泉鈾礦化點(diǎn)、白塔山鈾礦化點(diǎn)等砂巖型鈾(化)點(diǎn)也具有一定的加富作用。

古近紀(jì)以來，受博格達(dá)山向北的強(qiáng)烈推覆，在博格達(dá)山前形成再生前陸盆地，發(fā)育一套北薄南厚的楔形沉積，卡拉麥里山一帶則為前緣隆起區(qū)，這為北三臺鈾成礦準(zhǔn)備成礦地層(圖5)。從圖6 沉降曲線來看，盆地區(qū)在50 Ma 抬升剝蝕作用達(dá)到頂點(diǎn)，使得卡拉麥里山前地層因抬升遭受剝蝕，侏羅紀(jì)等有利成礦礦目標(biāo)層再次出露地表，加之卡拉麥里山約20 Ma 至今的持續(xù)隆升剝蝕作用，為鈾成礦提供了大量鈾源，觸發(fā)了本區(qū)最大規(guī)模的一次鈾成礦作用。本次鈾成礦在卡拉麥里山南北山前表現(xiàn)略有不同，在北緣的喀木斯特地區(qū)，成礦作用應(yīng)在古近紀(jì)漸新世(32 Ma 左右)就已開啟并持續(xù)至今，在早期鈾成礦的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加大加富，最終形成了喀木斯特砂巖型鈾礦床，獲得的21～27 Ma 鈾成礦年齡則是其證據(jù)之一；而在卡拉麥里山南緣，如北三臺地區(qū)，在北緣大規(guī)模成礦作用發(fā)生時，目前發(fā)現(xiàn)鈾成礦的沙灣組還未沉積，從北三臺鈾礦體鈾石電子探針獲得的鈾礦年齡為7.6～0.3 Ma來判斷，南緣有效鈾成礦可能開啟于新近紀(jì)上新世并持續(xù)至今。從南北緣鈾成礦對比發(fā)現(xiàn)，在構(gòu)造控礦的角度，構(gòu)造抬升剝蝕事件是砂巖型鈾成礦的主要誘發(fā)因素，而能否真正成礦則明顯受發(fā)育有完整成礦系統(tǒng)的構(gòu)造斜坡帶控制。

4 討論

上文構(gòu)造抬升事件與鈾成礦控制作用研究發(fā)現(xiàn)，在侏羅紀(jì)以來，卡拉麥里山經(jīng)歷了4 次明顯的構(gòu)造抬升剝蝕事件，誘發(fā)了4 期鈾成礦作用，造就了卡拉麥里山周緣鈾礦床(點(diǎn))定位(圖7(a))。在喀木斯特地區(qū)，第1 期鈾成礦作用相對較弱，只形成該區(qū)西山窯地層中的層間氧化帶和少量鈾異常。第2～4 期均在頭屯河組形成了規(guī)模鈾成礦，3 期鈾成礦作用同向疊加富集，最終形成了喀木斯特大型砂巖型鈾礦床，即該礦床是3 期鈾成礦疊加作用的結(jié)果。從目前侏羅系的出露情況來推斷，第4 期鈾成礦作用也應(yīng)在八道灣到西山窯組地層中有所反映，但目前勘探成果還未證實(shí)這一點(diǎn)，后續(xù)鈾礦找礦時應(yīng)對其有所關(guān)注。

在卡拉麥里山南緣，上述4 期鈾成作用也在該區(qū)毫無疑問的發(fā)生。第1 期鈾成礦作用在帳篷溝西翼八道灣中形成走向近南北向的鈾成礦，受鈾源條件限制鈾成礦規(guī)模有限，即便有后期其他期次鈾成礦作用疊加。第2 和第3 期鈾成礦共同作用形成了發(fā)育在西山窯組中的大慶溝煤巖型鈾礦床(吸附淋濾作用)和錢灘鈾異常點(diǎn)、白礫灘鈾礦點(diǎn)、北山鈾礦化點(diǎn)、紅砂泉鈾礦化點(diǎn)、白塔山鈾礦化點(diǎn)等砂巖型鈾(化)點(diǎn)，但因復(fù)雜構(gòu)造作用和“棋盤式”構(gòu)造格局，先期成礦遭受破壞及“補(bǔ)-逕-排”體系不完善，最終在該組中形成了點(diǎn)多面廣、不成規(guī)模的鈾成礦格局(圖7(b))。第四期鈾成礦作用形成了北三臺鈾成礦(圖7(c))，雖然其成礦主要是由1 期鈾成礦作用形成，但第四期鈾成礦作用是本區(qū)最大規(guī)模的成礦作用，加之成礦斜坡帶十分舒展、分布面積廣闊，層間氧化帶長距離深入腹地，地層本身提取鈾源較多，具備形成大型砂巖型鈾礦的先天條件，發(fā)育如前文所述連續(xù)分布28 km2的含鈾砂體就不足為奇，該區(qū)將是后期砂巖型鈾礦找礦的重點(diǎn)地區(qū)。

需要說明是，鈾成礦是受構(gòu)造演化及形態(tài)、沉積相及物源(鈾源)、古地下水類型及流向、還原流體性質(zhì)及滲入、古氣候等多種因素的聯(lián)合控制。在這一過程中構(gòu)造發(fā)展演化起到了主導(dǎo)因素，是沉積盆地鈾礦成礦的源動力，是鈾礦找礦的主要判據(jù)。在預(yù)測新區(qū)是否能成礦時，關(guān)注的重點(diǎn)是目標(biāo)層沉積之后的構(gòu)造抬升剝蝕事件，并要與剝源區(qū)鈾源供給相結(jié)合；在預(yù)測能成礦的前提下鈾成礦發(fā)育的具體位置時，構(gòu)造形態(tài)即發(fā)育有完整的成礦系統(tǒng)的構(gòu)造斜坡帶識別是關(guān)鍵，喀木斯特和北三臺鈾成礦定位就充分地說明了這一點(diǎn)。

5 結(jié)論

(1)準(zhǔn)噶爾盆地東部發(fā)育有較為典型的砂巖型和煤巖型鈾礦床以及砂巖型鈾礦點(diǎn)，其中喀木斯特大型砂巖型鈾礦產(chǎn)地和北三臺鈾礦產(chǎn)地為典型的層間氧化帶型，而發(fā)育在帳篷溝一帶的大慶溝煤巖型鈾礦床和部分砂巖型鈾礦點(diǎn)的成礦作用為吸附淋濾成因，它們是卡拉麥里山抬升剝蝕演化這同一成礦系統(tǒng)作用下的不同產(chǎn)物。

(2)盆地沉降曲線和蝕源區(qū)磷灰石裂變徑模擬顯示盆地區(qū)經(jīng)歷了150～140 和95～50 Ma 兩次較為明顯的構(gòu)造抬升事件，而蝕源區(qū)經(jīng)歷了160～140、90～70 和約20 Ma 以來的3 次快速隆升剝蝕階段，2者反映的構(gòu)造抬升事件基本一致。這些構(gòu)造事件均誘發(fā)了明顯的鈾成礦作用，研究發(fā)現(xiàn)構(gòu)造抬升剝蝕的強(qiáng)度控制了鈾成礦的規(guī)模，其期次嚴(yán)格地控制了鈾成礦的期次。

(3)在鈾成礦眾多控礦因素中，構(gòu)造發(fā)展演化起到了主導(dǎo)作用，是沉積盆地鈾礦成礦的源動力，是鈾礦找礦的主要判據(jù)。規(guī)模鈾成礦主要發(fā)育在有完整成礦系統(tǒng)的構(gòu)造斜坡帶上，喀木斯特進(jìn)積式(剝蝕)多期次同向疊加和北三臺退積式遠(yuǎn)源鈾成礦模式往往能形成大型礦床，構(gòu)造形態(tài)復(fù)雜多變的區(qū)段一般不會發(fā)育規(guī)模鈾成礦。