山间盆地砂岩型铀矿成矿物质来源研究——以吐哈盆地和二连盆地为例

张成勇， 聂逢君， 权建平， 邓 薇

(1.东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室，江西抚州 344000;2.核工业203研究所，陕西咸阳 712000)

山间盆地砂岩型铀矿成矿物质来源研究
——以吐哈盆地和二连盆地为例

张成勇1， 聂逢君1， 权建平2， 邓 薇1

(1.东华理工大学放射性地质与勘探技术国防重点学科实验室，江西抚州 344000;2.核工业203研究所，陕西咸阳 712000)

通过野外观察、镜下鉴定和锆石测年分析，研究吐哈盆地和二连盆地砂岩型铀矿的成矿物质来源。研究结果表明，吐哈盆地目的层锆石年龄主要集中在(440.9±2.3)Ma，其物源应为加里东期片麻状花岗岩侵入体，铀源主要来自于预富集。二连盆地物源主要来源于古河道上游和两侧岩体，铀源主要以岩体铀的风化淋滤为主，地层中火山碎屑岩也为铀的富集提供了补充。并在此基础上分析了山间盆地铀源条件对铀成矿的控制与影响。

铀源;蚀源区;LA-MC-ICP-MS;山间盆地

张成勇，聂逢君，权建平，等.2012.山间盆地砂岩型铀矿成矿物质来源研究——以吐哈盆地和二连盆地为例［J］.东华理工大学学报：自然科学版，35(3)：230-237.

Zhang Cheng-yong，Nie Feng-jun，Quan Jian-ping，et al.2012.Sources of sandstone-type uranium ore of intermountain basin——Taking Tu-Ha basin and Er’lian basin as examples［J］.Journal of East China Institute of Technology(Natural Science)，35(3)：230-237.

我国北方中新生代盆地众多，且多为山间盆地或山前拗陷盆地，铀源其中的砂岩型铀矿的形成起重要的控制作用。笔者以吐哈盆地十红滩铀矿和二连盆地赛汉高毕-巴彦乌拉铀矿床为例，剖析铀源对山间盆地铀成矿作用的控制和影响，探讨山间盆地砂岩型铀矿铀源的确定思路和方法。

1 砂岩型铀矿成矿物质来源

山间盆地指造山带中在基底固结硬化较早的块体上发育的盆地。我国寻找大型区域性层间氧化带型铀矿缺少稳定的大地构造背景，已发现的铀矿床大多赋存于山间盆地砂体中，且存在砂体物源和铀源多来自同一区域的特点。山间盆地铀成矿类型多样，既发育有层间氧化带铀矿，也存在潜水氧化型铀矿，在一些地区还出现了潜水-层间氧化叠加成矿的情况。

砂岩型铀矿成矿物质来源包括目的层的物源和铀源。铀源的研究目前有三种成因观点:一种是认为铀来自前中生代建造不断被破坏的岩石，即由蚀源区岩石带入(陈功，1987;陈戴生等，1997);二是从含矿层本身的岩石中被活化提取出来(王正邦，2002;吴柏林，2005);三是有深源溶液或流体带入(吴勇等，1994)。虽然不同学者在铀源问题上未取得统一认识，但都认为作为区域成矿的铀源体，应该具备两个条件:一是富铀;二是铀的活性要高。

2 吐哈盆地铀成矿物质来源分析

吐哈盆地是一个南浅北深非对称型箕状坳陷和叠合式泛盆沉积的山间盆地，北部为博格达中高山系，南部为觉罗塔格山隆起。十红滩铀矿位于吐哈盆地西南缘艾丁湖斜坡带，产于向北缓倾的单斜层中，属层间氧化带砂岩型铀矿床。

2.1 目的层岩石学特征

目的层西山窑组下段主要为岩屑砂岩，少量长石质岩屑砂岩。野外岩性观察发现，钻孔中砂体以含砾粗砂岩和中粗砂岩为主，为辫状三角洲沉积中的辫状河道沉积，具有近源区沉积的特征，在钻孔中常见颗粒较大的花岗岩砾石(图1)。从镜下分析来看，目的层砂岩中岩屑含量明显比较高，石英含量40%、长石含量20%(主要为微斜长石，次为斜长石)，岩屑含量40%，岩屑成分为千枚岩，石英片岩，变质砂岩等。砾级碎屑占35%，碎屑为次棱角-次圆状，砂质部分粒径为0.3～0.8 mm，砾石多在2～5 mm。另见少量黄铁矿，粒度变化大，0.01 ～1.0 mm。偶见沥青点，大小约为0.15 mm。

图1 吐哈盆地北矿带水西沟群地层沉积相分析图Fig.1 Sedimentary facies analysis of Shuixigou group in north ore zone of Tu-Ha basin

2.2 锆石U-Pb年龄测试

为解决目的层沉积物质的来源问题，笔者取了研究区周边花岗岩体和目的层砂岩进行锆石年龄分析。为了研究碎屑锆石的成因，在测年实验前对锆石进行了反射光和透射光照相，并用阴极发光扫描电镜进行图象分析以检查锆石内部的结构，碎屑岩中锆石形态相对较好，具有磨圆外形，蚀源区花岗岩和目的层碎屑岩中锆石环带性都比较明显，显示出了近物源的特征。

LA-MC-ICP-MS锆石U-Pb定年测试分析在中国地质科学院矿产资源研究所MC-ICP-MS实验室完成，锆石定年分析所用仪器为Finnigan Neptune型MC-ICP-MS及与之配套的Newwave UP 213激光剥蚀系统。测试过程中在每测定5～7个样品前后重复测定两个锆石GJ1对样品进行校正，并测量一个锆石Plesovice，观察仪器的状态以保证测试的精确度。数据处理采用ICPMSDataCal程序，锆石年龄谐和图用Isoplot 3.0程序获得(图2)。

从LA-MC-ICP-MS锆石的同位素比值和年龄分析结果来看，吐哈盆地目的层锆石年龄分布相对集中，在(440.9±2.3)Ma左右。所取蚀源区岩体为斑状花岗岩，年龄集中在(308.0 ±1.8)Ma，谐和度较好，属海西期侵入体，与目的层锆石年龄结果不符，说明沉积物源并非来源于此。据前人在此取得的片麻状花岗岩U-Pb等时线年龄为(422±5)Ma(刘汉彬等，2004)，与目的层年龄比较接近。可见，目的层砂体物源应为加里东晚期片麻状花岗岩侵入体。在野外蚀源区观察中发现，在托克逊以西出露的长城系和海西期花岗岩侵入体中有较小范围出露的片麻状花岗岩，为目的层的形成提供物源。另外，在蚀源区广泛分布着石炭系的中基性一中酸性火山岩夹透镜状碳酸盐岩，结合镜下观察，也为目的层的沉积提供重要的物质来源。

图2 吐哈盆地十红滩地区蚀源区和目的层锆石U-Pb年龄和谐和图Fig.2 Zircon U-Pb ages and concordia diagram of erosion source area and target laye of Shihongtan in Tu-Ha basin

2.3 铀成矿物质来源探讨

上述研究表明，十红滩地区目的层砂体的物源应来自盆地西南角的觉罗塔格山系。觉罗塔格山系中岩石铀含量普遍偏高，为2.9×10－6～5.9×10－6(夏毓亮等，2003)，明显高于地壳平均值2.7×10－6，且岩体构造裂隙和风化裂隙发育，有利于含氧大气降水的渗入和对铀的淋滤，可为盆地砂岩中铀的聚集提供了丰富的物源。海西期花岗岩铀的得失不明显，蚀源区碎屑岩和火山碎屑岩具有程度明显的丢铀现象(刘汉彬等，2004)，说明这类岩石可能是形成含铀含氧水的重要铀源之一。据前人对该地区容矿目的层铀含量分析，原生灰色还原砂体的铀背景值含量大部分都高于5.0×10－6(吴柏林，2003;权建平等，2003)，与地壳长石砂岩中铀含量的平均值1.5×10－6相比，要高出2倍以上，说明目的层砂体中铀出现明显的预富集现象。

侏罗纪早中期，吐哈盆地西南缘进入稳定的板内伸展构造期，盆地周围地貌已准平原化，盆地南部觉罗塔格隆起区是中下侏罗统形成的主要物源区，形成了一套铀丰度高、富含有机质的河-湖(沼)相含煤碎屑岩沉积体系，为后期中下侏罗统含矿岩系提供高含量的含铀碎屑沉积物。同时，补给源主要为南缘的觉罗塔格山基岩裂隙水和风化裂隙水，含水层中赋存高矿化度孔隙承压水，地下水径流方向由南向北，排泄区为艾丁湖区或戈壁滩蒸发(乔海明等，2005)。源区富铀岩体，尤其是径流区整个斜坡早期沉积的铀预富集砂体，为该地区铀成矿提供了丰富的铀源。

表1 吐哈盆地LA-MC-ICP-MS锆石的同位素比值和年龄测定结果Table 1 Zircon＇s LA-MC-ICP-MS isotopic ratio and dating results of Turpan-Hami basin

3 二连盆地铀成矿物质来源分析

二连盆地是兴蒙地槽褶皱带上的一个山间盆地。赛汉高毕-巴彦乌拉地区位于其中北部，夹持于西北部NW方向的巴音宝力格隆起与东部SE方向的苏尼特隆起之间，属乌兰察布坳陷与马尼特坳陷的毗邻地区，发育有赛汉高毕-巴彦乌拉古河道砂岩型铀矿床，赛汉高毕位于朱日和-齐哈日格图-赛汉高毕第三纪古河道下游，巴彦乌拉位于伊和高勒-白音塔拉-巴润达赖白垩纪古河道中游。

3.1 目的层岩石学特征

为了研究二连盆地目的层赛汉组砂岩的来源，本次研究采取了砂岩岩石样品23件，其中赛汉高毕地区3口井采取样品8件，巴彦乌拉地区7口井采取样品15件，岩石中主要碎屑颗粒的含量见表2。巴彦乌拉地区与赛汉高毕地区的岩石类型相似，以长石砂岩和岩屑长石砂岩为主，但该地区岩石除了含有大量的火山岩屑以外，还含有较多的花岗岩屑。赛汉高毕和巴彦乌拉地区砂岩中石英颗粒在占40%～70%，巴彦乌拉地区石英含量比赛汉高毕地区高，以多晶石英为主，石英的磨圆度较差，以次棱角状为主，一部分棱角状，少量的次圆状;长石含量为20% ～30%，颗粒为长条状和长板状，颗粒的磨圆度差，为棱角状-次棱角状，少数为次圆状(图3A，B)。砂岩的岩屑含量范围较宽，比长石略少，但岩屑往往颗粒粗大，主要为火山碎屑岩屑，火山碎屑中见斑状结构、脱玻化现象及大多数火山碎屑脱玻化后析出的不透明铁物质，斑晶多为长石和石英(图3C)。也见变质岩屑，主要为片岩岩屑和板岩岩屑(图3D)。一些黄铁矿团块状集合体中常常含有碎屑(图3E)，这些团块状黄铁矿在反射光下内部有许多亮点(图3F)，疑为铀矿物所致。

表2 赛汉高毕-巴彦乌拉地区含矿层砂岩样品与碎屑颗粒镜下鉴定结果Table 2 Microscopic identification results of Seam sandstone samples in Saihangaobi-Bayanwula %

铀的淋滤与蚀源区岩体的风化程度有关，通常是风化程度高，铀从岩石中转入地下水中的几率就高，盆地西缘的卫境—包饶勒敖包花岗岩体规模大，铀含量为(3 ～6.3)×10－6，钍含量为(13.6 ～29.8)×10－6，Th/U 为 3.9 ～ 9.6，风化强，节理发育，铀从岩体中迁移出来的量大(聂逢君等，2010)。另外，在覆盖区的钻孔中也见到赛汉期的古河道直接发育于早期风化的花岗岩体之上(图4)，隐伏花岗岩体的古风化壳利于铀的风化、淋滤。

3.2 研究区周围岩体含铀性

研究区周边发育有华力西、印支和燕山期的中-酸性岩体(图5)。不同期次岩体铀含量高低不一，但平均值相差不大，华力西岩体、印支岩体、燕山早期岩体 U含量平均值分别为4.61×10－6，4.47 ×10－6，4.96 × 10－6。此外，各时期的岩体面积相差较大。从图6中可知，Th含量普遍比U高，华力西期岩体平均值为17.74×10－6，印支期岩体平均为19.7 ×10－6，燕山早期平均为27.24 ×10－6，与U含量相比，Th在各期岩体中的平均值变化较大，华力西期和印支期接近，而燕山早期的含量较高①据核工业208大队地面放射性资料综合整理。。

海西期侵入岩体大面积分布于苏尼特隆起，小面积分布于温都尔庙隆起西北部蚀源区。它们现今的地势虽与盆地相差不大(绝对高差约200 m)，但从被风化剥蚀的程度可知，其曾向盆内提供过充足的物源。另外，海西期岩体的围岩多为变质的下古生界绿岩套，岩石结构松散，节劈理和裂隙发育，卫境岩体附近产有大型铀矿床(努和廷)，也说明这一带岩体值得引起重视。燕山早期侵入岩大面积分布于温都尔庙隆起和局部地区，呈岩基、岩株产出。该岩体同样易于风化剥蚀向盆内提供大量铀源，在巴彦塔拉地区的目的层中有大量铀异常显示，与此岩体有一定关系。

图3 二连盆地赛汉高毕-巴彦乌拉地区砂岩镜下特征:Fig.3 Microscopic features of sandstone in Saihangaobi-Bayanwula area in Er’lian basin

3.3 铀成矿物质来源讨论

水动力条件是砂岩型铀矿成矿的关键。二连盆地赛-巴地区河流分别具有相对独立、完整的地下水补给、径流、排泄系统。赛汉高毕地区地下水的总体径流方向是由南西向北东方向径流，径流速度为0.015 m/a。受曲流河沉积砂体不连续发育影响，出现两侧蚀源区同时向中部和下部径流，侧向径流途径较短，主要以垂向渗透为主(聂逢君等，2010)。巴彦乌拉地区地下水由南西向北东方向径流，速度为0.35 m/a。流体由河道上游向下游和河谷两侧向河道中心方向运移，辫状河到沉积砂体侧向连通性较好，利于含氧含铀流体的运移。结合周围岩体的含铀性分析，赛汉高毕地区铀源以河道两侧花岗岩体风化淋滤出的铀为主，巴彦乌拉地区铀源应为河道上游岩体中的铀为主。同时，二连盆地基底和蚀源区中的地层含有大量火山岩，这些岩石也可能为成矿提供铀源(毛孟才，2003)。

对赛汉高毕地区来说，其物源主要来源于塔木钦隐伏花岗岩体和上游冲洪积区;巴彦乌拉地区，其物源应以巴彦宝力格北东部的岩体为主，而南北侧的苏尼特岩体和巴彦宝力格西部岩体对物源有所补充。此外，赛汉组层间水对地层中铀的溶解，也为铀的富集提供了补充。

4 山间盆地砂岩型铀矿成矿物质来源研究

吐哈盆地十红滩铀矿床距离南部蚀源区8～10 km，但目的层砂体分布广泛，铀含量整体较高，且位于古流体运移的径流区内，通过后期盆地不断的适度抬升，使得层间氧化带大规模发育，地层本身预富集的含铀砂体为成矿的主要铀源，蚀源区富铀火山碎屑岩体也为成矿提供部分铀源。二连盆地的赛-巴地区发育在东部和西部山系之间，山系间宽度20～30 km，其距离物源较近，汇水区域较小，山间盆地内发育的河道为山间冲沟汇聚发育而成的山间河道。目的层砂体沉积面积不大，地层铀富集不明显，含氧流体对蚀源区岩体铀的溶解，为成矿提供铀源。因此，其成矿的主要物质来源应该是古河道基底或上游的蚀源区岩体和河道上游流经区域两侧富铀岩体。同时，火山碎屑岩在成岩过程中出现脱玻化现象或与流体反应，均会产生铀的溶解、活化，可能为成矿提供铀源的补充。

铀源对砂岩型铀矿的控制作用随盆地类型的差异而各不相同。对山间盆地的分析，应从构造背景和盆地形成机制来研究。对大中型山间盆地来讲，一般多形成相对广阔的沉积地层，若蚀源区岩体铀含量高且迁移性强则易形成大面积铀预富集有利砂体，结合古流体运移的方向，易形成层间氧化带砂岩型铀矿，赋矿有利相位多为河流中下部或临湖相。而对中小型山间盆地或山间凹陷来讲，盆地一般面积较小，深而狭长，地层充填厚度不一，相带窄，相变快，通常易形成顺盆地长轴方向展布的河道沉积，多为单凹陷内汇水，汇水面积较小，具近物源、铀源的特点，故常发育古河道砂岩型铀矿，赋矿有利相位多为河道的边滩或心滩沉积(张成勇等，2010)。因此，对我国山间盆地铀源的研究要从宏观角度出发寻找盆地周边富铀岩体，从微观铀含量和活化性的定量分析入手，兼顾砂体空间展布和汇水区范围，结合构造演化和古流体场分布等方面综合确定铀源。

5 结论

(1)吐哈盆地目的层锆石年龄主要集中在(440.9 ±2.3)Ma，目的层砂体物源应为加里东期片麻状花岗岩侵入体。铀源以目的层预富集砂体为主，南部蚀源区觉罗塔格山系中的火山碎屑岩也提供部分铀源;二连盆地铀源主要来自河道周围富铀的花岗岩体，地层中的部分火山碎屑岩也可能提供部分铀源。

(2)对我国山间盆地铀源的研究要从盆地周边富铀岩体入手，分析物源及砂体的空间展布，结合构造演化和古流体场分布特征而综合确定铀源，对大型山间盆地应侧重地层砂体分布和预富集铀含量的分析，对中小型山间盆地则应侧重富铀岩体的分析。

图6 二连盆地及周边岩体时代与含铀性分析直方图Fig.6 Analysis histogram of rock era and uranium of Er’lian basin and the surrounding area

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Sources of Sandstone-type Uranium Ore of Intermountain Basin——Taking Tu-Ha Basin and Er’lian Basin as Examples

ZHANG Cheng-yong1， NIE Feng-jun1， QUAN Jian-ping2， DENG Wei1
(1.Fundamental Science on Radioactive Geology and Exploration Technology Laboratory，East China Institute of Technology，Fuzhou，JX 344000，China;2.Research Institute No.203，CNNC，Xianyang，SX 712000，China)

The material sources of sandstone-type uranium in Tu-Ha basin and Er’lian basin are studied with microscopic identification，field observations and zircon dating analysis。The results show that，the ages of target layer zircon in Tu-Ha basin mainly is(440.9 ± 2.3)Ma，the purpose of layer sand provenance should be come from Caledonian gneissic granite intrusions，the main source of uranium come from the pre-concentration.In Er’lian basin，source material mainly comes from the ancient river upstream and both sides of the rock.The main source of uranium comes from weathered rock，pyroclastic rocks also provide additional enrichment of uranium.And on this basis，the control and influence of uranium source conditions of mountain basins are analysed.

uranium sources;sources area;LA-MC-ICP-MS;intermountain basin

P619.14

A

1674-3504(2012)03-0230-08

10.3969/j.issn.1674-3504.2012.03.005

2011-11-12 责任编辑:吴志猛

国家自然科学基金项目(40972067);东华理工大学放射性地质与勘探国防重点学科实验室开放基金项目(2011RGET01)

张成勇(1983—)，男，讲师，硕士，主要从事沉积学和铀矿地质方面的研究。E-mail:puying20032003@yahoo.com.cn