二連盆地馬尼特坳陷中新生代構(gòu)造演化與沉積充填響應(yīng)及差異隆升與砂巖型鈾成礦的關(guān)系探討

摘" 要：馬尼特坳陷是發(fā)育在二連盆地中東部的一個(gè)伸展性坳陷。晚三疊世和晚侏羅世期間，馬尼特坳陷及鄰區(qū)在多板塊近十字交叉擠壓應(yīng)力的作用下發(fā)生造山運(yùn)動(dòng)，造山運(yùn)動(dòng)使造山帶區(qū)域地殼加厚，造成下地殼發(fā)生拆沉作用，從而引發(fā)地殼伸展垮塌，在地殼上部發(fā)育眾多的伸展性盆地，馬尼特坳陷就是在這樣的背景下形成的。在伸展力的作用下盆地基底經(jīng)歷快速沉降、緩慢沉降、停止沉降階段。其中快速沉降階段促使坳陷發(fā)育烴源層，為坳陷產(chǎn)出能源打下良好的基礎(chǔ)，也為砂巖型鈾成礦提供還原劑創(chuàng)造條件。緩慢沉降和停止沉降這2個(gè)時(shí)期造成坳陷的沉積速度大于沉降速度，主要發(fā)育以河流相為主的沉積體系，為盆地內(nèi)河流相砂體的發(fā)育打下良好的基礎(chǔ)。在差異隆升作用的影響下，被活化的馬尼特坳陷盆緣和盆中深大斷裂成為深部油田水上涌至目的層段砂體內(nèi)的通道，攜帶CH4、H2S等還原劑的油田水與地表溶濾滲入水中的碳酸鈾酰反應(yīng)，將碳酸鈾酰中的六價(jià)鈾還原成四價(jià)鈾在適當(dāng)部位從水中沉淀析出堆積成礦。

關(guān)鍵詞：造山帶拆沉；伸展垮塌作用；差異隆升；油田水；砂巖型鈾成礦

中圖分類號(hào)：P619.14" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）19-0105-05

Abstract： Manite depression is an extensional depression developed in the central and eastern part of Erlian basin. During the late Triassic and late Jurassic， orogeny occurred in Manite depression and its adjacent area under the action of nearly cross compression stress of multiple plates， which thickened the crust of the orogenic belt and caused the dismantling and subsidence of the lower crust， which led to crustal extension and collapse， and a large number of extensional basins were developed in the upper crust. Manite depression was formed under this background. Under the action of extensional force， the basement of the basin experienced rapid subsidence， slow subsidence and stop subsidence. Among them， the rapid subsidence stage promotes the development of hydrocarbon source beds in the depression， which lays a good foundation for producing energy in the depression and creates conditions for providing reducing agents for sandstone-type uranium mineralization. During the two periods of slow subsidence and stopping subsidence， the sedimentary velocity of the depression is greater than that of subsidence， and the sedimentary system dominated by fluvial facies is mainly developed， which lays a good foundation for the development of fluvial sand bodies in the basin. Under the influence of differential uplift， the activated basin margin and deep faults in the Manite depression become the channels from the water of the deep oil field to the sand body of the target formation， and the oilfield water carrying reductants such as CH4 and H2S reacts with uranyl carbonate leached into the water， reducing the hexavalent uranium in uranyl carbonate to tetravalent uranium and precipitating and accumulating in the water.

Keywords： orogenic belt delamination; extensional collapse; differential uplift; oil field water; sandstone type uranium mineralization

在砂巖型鈾礦的勘查和預(yù)測(cè)工作中，需要研究盆地目標(biāo)層序的巖性巖相條件、砂體的賦存部位，后生蝕變條件和水文地質(zhì)條件等。研究表明，盆地的構(gòu)造背景及其演化對(duì)于鈾成礦起到十分重要的控制作用，鈾礦床的“源—運(yùn)—儲(chǔ)—?！边^程始終受到山盆作用的制約。盆地構(gòu)造直接影響著成礦流體及所攜帶的礦化劑的運(yùn)移和儲(chǔ)藏。本文通過研究巴音戈壁盆地的構(gòu)造演化歷史，揭示盆地河流相砂體產(chǎn)出的構(gòu)造特征和攜帶礦化劑流體與構(gòu)造的內(nèi)在聯(lián)系。

1" 區(qū)域地質(zhì)背景

二連盆地位于內(nèi)蒙古中部，大地構(gòu)造位置處于海西運(yùn)動(dòng)所形成的褶皺帶-天山-興蒙“U”形造山帶東翼內(nèi)側(cè)所發(fā)育的伸展性盆地。盆地的總體走向?yàn)楸睎|向，總面積為110 000 km2。四周被古生代和早中生代隆起圍限。其中加里東-海西期的巴音寶力格隆起橫亙于盆地北西部靠近中蒙邊界；燕山中期的大興安嶺隆起橫亙于盆地北東部；南部邊界為加里東期的溫都爾廟隆起；西南部以狼山隆起為界，東西長約1 000 km，南北寬約20～240 km。

馬尼特坳陷位于二連盆地中東部，呈北東向展布， 靠近中蒙邊界的坳陷北西部以巴音寶力格隆起為界；東南部以蘇尼特隆起為界，兩隆起主要由海西期、燕山期（侏羅紀(jì)）中酸性侵入巖、噴發(fā)巖與古生代-中生代沉積變質(zhì)巖、火山-沉積巖組成。坳陷內(nèi)部凹凸相間，分割成4個(gè)凸起7個(gè)面積為800～2 750 km2大小不等的次級(jí)凹陷，凹陷基底呈雙斷式地塹狀或單斷式箕狀，各凹陷基底埋深為380～3 500 m。

2" 馬尼特坳陷中新生代沉積構(gòu)造演化及沉積充填響應(yīng)

2.1" 晚三疊世（印支中晚期）差異隆升的區(qū)域構(gòu)造動(dòng)力學(xué)環(huán)境

進(jìn)入三疊紀(jì)，馬尼特坳陷及其相鄰區(qū)域在強(qiáng)烈而廣泛的印支運(yùn)動(dòng)作用下主要表現(xiàn)為隆升與區(qū)域剝蝕作用。晚三疊世印支中晚期，北部的西伯利亞板塊向南擠壓，揚(yáng)子陸塊與華北陸塊碰撞、拼合，二連盆地南部的秦嶺-祁連山造山帶最終閉合，這些板塊一同產(chǎn)生S—N向擠壓應(yīng)力場(chǎng)。古太平洋板塊開始向新生的亞洲大陸斜向俯沖產(chǎn)生NW—SE向擠壓應(yīng)力場(chǎng)，在這些綜合構(gòu)造應(yīng)力機(jī)制下， 馬尼特坳陷及其相鄰區(qū)域再次遭受陸內(nèi)造山作用，并進(jìn)一步發(fā)生隆升剝蝕。造山作用的結(jié)果是使造山帶地區(qū)地殼加厚，當(dāng)造山帶地區(qū)地殼被加厚至大于等于40 km后，以鐵鎂質(zhì)麻粒巖相組成的下地殼相變?yōu)榱褫x巖相，密度同時(shí)增大。

2.2" 晚三疊世（印支中晚期）、晚侏羅世（燕山早期）晚造山階段——造山帶的局部拆沉與伸展垮塌及深部過程

進(jìn)入早—中侏羅世，經(jīng)過晚三疊世印支中晚期的晚造山運(yùn)動(dòng)之后，造山帶地區(qū)加厚地殼區(qū)域深部軟流圈地幔物質(zhì)上涌，帶來大量的熱和熔體浸潤到冷的、剛性的巖石圈地幔中，使巖石圈地幔塑性增加最終轉(zhuǎn)化為軟流圈地幔，或使其具有軟流圈地幔的性質(zhì)。這樣一來，加厚的下地殼就有了大量的熱量供應(yīng)，隨后發(fā)生部分熔融，大量的中酸性巖漿被抽移到中、上地殼，下地殼殘留相為榴輝巖，密度增大到大于巖石圈地幔。這種密度上的差別造成了重力的不穩(wěn)定性，加上擠壓造山構(gòu)造力的疊加，造成造山帶下的下地殼和巖石圈地幔局部脫落掉入軟流圈，這就是拆沉的內(nèi)涵。拆沉作用的直接結(jié)果是造成地殼的快速隆升形成高原和山脈，山脈的重力勢(shì)能急劇增加，產(chǎn)生水平張力，在地殼上形成一系列拆離斷層等張性構(gòu)造。使巖石圈伸展減薄，造山帶垮塌，在二連盆地內(nèi)及其相鄰區(qū)域形成了一些彼此孤立的伸展斷陷盆地，馬尼特坳陷的雛形就是此時(shí)形成的，此時(shí)期，馬尼特坳陷接受了厚達(dá)3 000 m的早—中侏羅統(tǒng)阿拉坦合力群碎屑巖含煤建造。

晚侏羅世， 推測(cè)在北部近東西向延伸的蒙古—鄂霍茨克洋的閉合和板塊強(qiáng)烈碰撞產(chǎn)生的N—S向擠壓應(yīng)力和太平洋板塊向亞洲板塊NW—SE向俯沖作用影響下，二連盆地及其相鄰區(qū)域再次抬升、褶皺造山，早、中侏羅統(tǒng)廣遭剝蝕，地殼加厚和巖石圈地幔轉(zhuǎn)化為軟流圈地幔帶來的大量的熱量使加厚的下地殼發(fā)生部分熔融，引發(fā)大規(guī)模的巖漿活動(dòng)，在東部塑造了厚達(dá)萬米的陸相火山噴發(fā)巖系-大興安嶺褶皺帶。造成下地殼和巖石圈地幔發(fā)生局部拆沉作用，使本區(qū)域地殼伸展裂陷，相繼發(fā)育了一系列斷塊盆地，馬尼特坳陷充填沉積了晚侏羅世大興安嶺群布拉根哈達(dá)組，一套厚達(dá)300～500 m的雜色粗碎屑巖夾火山巖建造（表1）。

2.3" 白堊紀(jì)（燕山晚期）造山期后造山帶大規(guī)模伸展垮塌作用及盆地的形成

侏羅紀(jì)末進(jìn)入早白堊世，經(jīng)過局部拆沉作用的造山帶地區(qū)進(jìn)入造山期后的階段。該時(shí)期，軟流圈地幔上涌，向地殼提供大量的熱量，并產(chǎn)生劇烈的巖漿活動(dòng)，下地殼發(fā)生大規(guī)模拆沉，地殼開始伸展垮塌，盆地基底迅速沉降，增大了水的重力勢(shì)能，河流下切侵蝕作用增強(qiáng)。馬尼特坳陷在此時(shí)期表現(xiàn)出一系列伸展盆地特征：凹陷相互分割而連通性差，平面上凸一凹相間；坳陷表現(xiàn)為離物源近、快速堆積的特征，具有沉積粒度粗、分選性差、相變大、成分相對(duì)復(fù)雜等特點(diǎn)，坳陷接受了早白堊世阿爾善組、騰格爾組厚達(dá)4 000 m以湖相泥巖為主的碎屑巖沉積，形成本區(qū)主要的烴源層。

2.3.1" 強(qiáng)伸展深陷時(shí)期（阿爾善期）

早白堊世初期為斷陷初期。最初在盆地基底上形成半地塹箕狀凹陷結(jié)構(gòu)，此時(shí)斷陷型湖盆沉積范圍較小。隨后，凹陷兩側(cè)同生正斷層的發(fā)育使盆地基底快速沉降并漫延到全區(qū)。沉積范圍得到進(jìn)一步擴(kuò)大。

在湖盆發(fā)育過程中，盆地基底早期緩慢沉降，沉積速度遠(yuǎn)大于沉降速度，主要發(fā)育沖洪積-河流體系沉積；中期盆地基底快速沉降，此時(shí)山高谷深，湖盆狹窄，陡坡帶發(fā)育，物源供應(yīng)充足，充填速度快，沉降速率遠(yuǎn)大于沉積速率，主要發(fā)育濱淺湖、半深湖沉積體系為主；晚期盆地基底緩慢沉降，主要發(fā)育沖洪積-河流體系為主。水上沉積分布廣、湖域小、水體淺是其顯著特點(diǎn)。巨厚的阿爾善組（K1a）沉積為烴源巖的形成打下了良好的基礎(chǔ)。

2.3.2" 伸展斷陷發(fā)展時(shí)期（騰格爾期）

阿爾善期末，太平洋板塊NW俯沖擠壓，印度板塊和喜馬拉雅造山帶的NE向擠壓，華北板塊發(fā)生了明顯的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在馬尼特坳陷表現(xiàn)為擠壓隆升，阿爾善組遭受剝蝕破壞。之后盆地的伸展作用使凹陷斜坡帶裂解成若干斷塊并迅速沉降，進(jìn)一步擴(kuò)大了湖盆面積，此時(shí)水體變深，水域面積廣大，沉降速率大于沉積速率，早、中期的騰格爾組（K1t）沉積是一套還原性的以湖相為主的灰、深灰色泥巖夾少量砂巖、砂礫巖，形成了坳陷最主要的烴源巖系。

2.3.3" 弱伸展斷—坳轉(zhuǎn)化階段（賽漢期）

騰格爾組（K1t）沉積后，由于軟流圈地幔上涌活動(dòng)減弱，向地殼供應(yīng)熱量減少，造成巖漿活動(dòng)減弱，下地殼拆沉作用也減弱，地殼伸展作用明顯減弱，大型控凹斷裂的張性正斷層活動(dòng)和凹陷內(nèi)部次級(jí)同生正斷層的活動(dòng)也明顯減弱。隨之而來的是坳陷基底的構(gòu)造沉降作用也明顯減弱，變?yōu)榫徛两担晗莸奶卣髦饾u顯現(xiàn)出來。河流下切侵蝕作用減弱，河流沉積作用得到了增強(qiáng)，主要發(fā)育以河流相為主的沉積體系。在廣大區(qū)域主要發(fā)育賽漢組沉積，該時(shí)期早期的沉積為一套濱淺湖相湖泊沉積體系；晚期進(jìn)入河流體系，河流相砂體極為發(fā)育。巖性、巖相在整個(gè)坳陷內(nèi)差別較小，厚度較薄，一般為100～500 m。斷裂構(gòu)造基本上沒有穿透賽漢組。

2.3.4" 坳陷衰亡階段

賽漢期末進(jìn)入晚白堊世，燕山運(yùn)動(dòng)進(jìn)入晚期，在古太平洋板塊向新生的亞洲大陸斜向俯沖的弱擠壓構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)環(huán)境下，馬尼特坳陷及鄰區(qū)發(fā)生差異隆升，造成賽漢組（K1s）遭受不同程度的剝蝕，在構(gòu)造抬升并由西向東掀斜的作用下，晚白堊世二連組僅在坳陷東部伊和高勒地區(qū)有一些沉積，沉積厚度一般為50～150 m，總體為一套干旱氣候條件下的河流—三角洲—湖泊體系的雜色碎屑巖建造，而坳陷西部則缺失晚白堊世二連組。坳陷深陷活動(dòng)后，斷塊應(yīng)停止活動(dòng)，坳陷理應(yīng)進(jìn)入裂后熱沉降階段，即統(tǒng)一下沉的全面坳陷時(shí)期。但燕山晚期的差異隆升運(yùn)動(dòng)打破了這一局面，至此，馬尼特坳陷經(jīng)歷了強(qiáng)斷陷作用之后，拗陷作用未發(fā)育完全即進(jìn)入了衰亡期。

2.4" 新生代（喜山期）——遠(yuǎn)距離碰撞效應(yīng)與弱擠壓撓曲性質(zhì)的穩(wěn)定大陸內(nèi)坳陷的發(fā)育

新生代喜山運(yùn)動(dòng)時(shí)期。馬尼特坳陷由于受太平洋板塊近SE、NW向俯沖擠壓、喜馬拉雅碰撞造山以及青藏高原隆升的遠(yuǎn)程構(gòu)造影響，進(jìn)入了多旋回的抬升改造過程。發(fā)生了以擠壓抬升和剝蝕作為主的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，主要發(fā)育強(qiáng)烈擠壓背景下形成的沖斷山前坳陷和山間坳陷等組成的擠壓撓曲坳陷盆地體系。這樣的背景下，沉積了古近系始新統(tǒng)伊爾丁曼哈組，這套地層以沖積平原發(fā)育為特征，巖性主要為灰綠色砂巖、砂質(zhì)礫巖、泥巖，并夾有磚紅色砂質(zhì)泥巖及灰黃色、灰白色砂巖、砂質(zhì)礫巖。其廣泛分布于坳陷及相鄰區(qū)域。

進(jìn)入中新世，部分地區(qū)接受了中新世通古爾組（N1t）及上新世寶格達(dá)烏拉組（N2b）沉積，主要為一套在半干旱氣候條件下以河流相為主的沉積，這套地層主要為雜色碎屑巖建造，厚幾十米，在坳陷邊緣及周邊次級(jí)凹陷中均有分布。

更新世—全新世（Q），全區(qū)處于隆升狀態(tài)，在坳陷低洼處形成了厚度一般小于30 m的松散砂、泥沉積，主要有風(fēng)成沙、湖積層以及玄武巖，并廣泛接受了一套風(fēng)成砂沉積。在東部阿巴嘎旗、達(dá)來諾爾等地，出露大面積的第四系玄武巖，構(gòu)成玄武巖臺(tái)地地貌景觀。

3" 差異隆升與砂巖型鈾成礦的關(guān)系

1）侏羅世末進(jìn)入早白堊世，軟流圈地幔上涌造成加厚下地殼發(fā)生大規(guī)模的拆沉作用，從而引發(fā)大規(guī)模的伸展垮塌作用，在地殼上部廣泛發(fā)育伸展性盆地，馬尼特坳陷就是在早白堊世時(shí)期形成的伸展性盆地。盆地的形成為鈾元素在上地殼的再次分配提供了場(chǎng)所。

2）盆地的伸展作用使盆地基底經(jīng)歷了快速沉降、緩慢沉降、停止沉降等階段。其中快速沉降階段是盆地發(fā)育烴源層的階段，為盆地打下了良好的產(chǎn)出能源基礎(chǔ)，也為砂巖型鈾礦提供還原劑打下了良好的基礎(chǔ)。緩慢沉降和停止沉降這2個(gè)時(shí)期造成沉積速率大于沉降速率，使盆地主要發(fā)育以河流相為主的沉積體系，為盆地內(nèi)砂體的發(fā)育打下了良好的基礎(chǔ)，也為攜帶還原劑和鈾源的不同流體提供了良好的作用空間，進(jìn)而為砂巖型鈾礦床提供了儲(chǔ)藏空間。

3）差異隆升構(gòu)造把原本埋藏的很深的目標(biāo)層變的淤淺——目標(biāo)層序被抬至地表或近地表，使得表生作用能夠觸及；使鈾礦勘查成為可能。

4）被差異隆升構(gòu)造活化了的盆地中的和盆緣深大斷裂，成為深部油田水上涌提供了通道，使油田水涌入上部層位與地表有聯(lián)系的砂體內(nèi)，油田水中富含的CH4、H2S等還原劑，這些還原劑與從地表溶濾滲入的含鈾含氧水中的碳酸鈾酰反應(yīng)，將碳酸鈾酰中的六價(jià)鈾還原為四價(jià)鈾在適當(dāng)?shù)牟课怀恋砀患傻V。

4" 結(jié)論

1）晚侏羅世末進(jìn)入早白堊世，由于造山帶地區(qū)加厚下地殼發(fā)生的大規(guī)模拆沉作用，引發(fā)了地殼大規(guī)模的伸展垮塌作用。伸展垮塌作用的結(jié)果是在地殼上部廣泛發(fā)育眾多的伸展性盆地。

2）伸展作用使盆地基底經(jīng)歷了快速沉降、緩慢沉降階段、停止沉降階段。其中緩慢沉降和停止沉降這2個(gè)時(shí)期造成沉積速率大于沉降速率，使盆地主要發(fā)育以河流相為主的沉積體系，成為盆地內(nèi)河流相砂體發(fā)育的最佳時(shí)期。

3）差異隆升構(gòu)造活化了盆地中和盆緣的深大斷裂，溝通了地表與深部的聯(lián)系。使深部攜帶還原劑的油田水與從地表淋濾滲入的含鈾含氧水在盆地砂體內(nèi)作用，使鈾元素在適當(dāng)?shù)牟课怀恋砀患傻V。

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基金項(xiàng)目：中國核工業(yè)地質(zhì)局科研項(xiàng)目（202102-5）

作者簡介：鄭運(yùn)琴（1982-），女，工程師。研究方向?yàn)樯皫r型鈾礦勘查。