二连盆地中新生代沉积演化与铀成矿

2012-10-10李洪军申科峰聂逢君旷文战何大兔

东华理工大学学报(自然科学版) 2012年4期

李洪军，申科峰，聂逢君，旷文战，何大兔

(1.中国地质大学资源学院，湖北武汉 430074;2.核工业地质局二〇八大队，内蒙古包头 014010;3.东华理工大学，江西南昌 330013)

经过20多年铀矿勘查工作，核工业二〇八大队在二连盆地先后发现了多个铀矿床、矿点和矿化点。在二连盆地已确定的受沉积演化控制的铀矿找矿目的层有下白垩统腾格尔组、赛汉组、上白垩统二连组和古近系脑木根组、伊尔丁曼哈组。

1 区域地质背景

二连盆地是在内蒙古—大兴安岭褶皱带基底上和燕山期拉张翘断构造应力场作用下发育起来的中新生代沉积盆地。盆内划分为“五坳一隆”六大构造单元，总面积约11万km2。由马尼特坳陷、乌兰察布坳陷和川井坳陷组成的北部坳陷带，与腾格尔坳陷和乌尼特坳陷构成的南部坳陷带，以及苏尼特隆起形成了南北隆坳分带的构造格局(赵澄林等，1996;祝玉衡等，2000)。凹凸相间共有53个凹陷(刘武生等，2005)，22个凸起(图1)。

盆地的基底由元古界、古生界变质岩系及华力西-燕山早期的基性-中酸性侵入岩构成，出露在盆地的周边隆起区及中部苏尼特隆起带①核工业二〇八大队.2005.内蒙古二连盆地地浸砂岩型铀资源调查评价工作总结报告[R].。

盆地沉积盖层有侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系。侏罗系自下而上分为中下侏罗统阿拉坦合力群，上侏罗统道特诺尔组和布拉根哈达组。白垩系分为下白垩统巴彦花群和上白垩统二连组(表1)。

2 中新生代演化简史

二连盆地形成于早侏罗世(表1)。早、中侏罗世，发育了一些彼此孤立的山间盆地，接受了厚达3 000 m的中、下侏罗统河湖相含煤粗碎屑岩沉积。晚侏罗世，受太平洋板块向亚洲板块的俯冲作用影响，改变了古亚洲构造域南北向挤压的态势，产生了北西—南东向挤压力，使本区抬升、褶皱，中、下侏罗统广遭剥蚀，塑造了厚达万米的陆相火山喷发岩系—大兴安岭褶皱带(刘武生等，2005)。

② 东华理工学院.2005.二连盆地中西部中新生代地层对比研究科研报告[R].

早白垩世初期，挤压构造作用减缓，区域应力松驰，产生了北西—南东向拉张应力，海西线性褶皱基底进一步张裂、翘断，多凸多凹的构造特征开始形成，形态各异的小型断陷应运而生，接受了早白垩世阿尔善组-腾格尔组厚达4 000 m以湖相泥岩为主的碎屑岩沉积，形成二连盆地主要含油层系。早白垩世晚期，由于太平洋板块向北西俯冲、消减加剧，二连盆地整体抬升，早期湖盆收缩甚至消亡，湖水淤浅，河流沼泽发育，接受了赛汉组厚约200～1 300 m的河流相、湖沼相含煤粗碎屑岩沉积，该时期大兴安岭隆起抬升幅度较大，造成北部断陷带沉积厚度和湖沼发育范围明显大于南部断陷带。

晚白垩世，随着太平洋板块俯冲带的向东迁移，盆地沉降与发育随之迁移，二连盆地地壳整体隆升，仅有苏尼特隆起以北的马尼特、乌兰察布和川井坳陷等局部地区相对沉降，但沉降幅度不大，晚白垩世二连组沉积厚度一般50～150 m，在川井坳陷南部和马尼特坳陷南、北缘厚度达300～600 m。总体为一套干旱气候条件下的冲积扇、扇前冲积平原、河流相及湖泊相沉积的含石膏结核夹泥灰岩透镜体的杂色碎屑岩建造③核工业二〇八大队.2005.二连盆地乌兰察布坳陷找矿目的层特征研究工作总结报告[R].。

晚白垩世末或古近纪初，太平洋板块运动方向由原来的北西向转变为北西西向，同时，印度板块与欧亚板块陆壳碰撞，并向北北东推进，二连盆地区域应力场呈现右旋张扭性质，经历了一次北西-南东向轻微拉张，形成一系列张扭性构造。同时，二连盆地整体抬升，侏罗-白垩纪地层遭受剥蚀，沉积范围分布在北部断陷带。乌兰察布坳陷古近系发育齐全，分布广泛，川井坳陷和马尼特坳陷主要发育始新统，分布局限。总体以一套干旱古气候条件下的河流、洪泛相沉积为主，为含石膏、天青石的红色碎屑岩建造(籍增贤，2006)，厚300 m，局部发育的湖泊相沉积分布在各坳陷的北部或北东部。

中新世以来，在印度板块对欧亚板块俯冲碰撞及太平洋板块俯冲位置向洋后退，大陆向东伸展的背景上，二连盆地全区抬升剥蚀，直到中新世晚期—上新世中东部地区才继续沉降，在半干旱气候条件下接受了一套以河流相为主沉积的杂色碎屑岩建造，厚几十米。总体上新近纪与古近纪相比，二连盆地沉积范围和沉积中心逐渐向南东迁移。

更新世-全新世，全区处于隆升状态，除广泛接受风成砂沉积外，在旱谷等低洼处形成松散的砂、泥沉积，腾格尔坳陷风成砂分布广泛，形成现今的浑善达克沙漠，并在盆地东部分布有大面积橄榄玄武岩，从而塑造成了现今内蒙古高原的地貌景观。

纵观盖层沉积时二连盆地的古气候存在温湿(K1a，K1t)→温湿半干旱(K1s)→半干旱、干旱(K2e)→干旱(E1n)→半干旱、干旱(E2y)→半干旱(E3)→干旱(E3以后)演化(表2)。其中:腾格尔组(K1t)晚期、赛汉组(K1s)中晚期、二连组(K2e)晚期、脑木根组(E1n)和伊尔丁曼哈组(E2y)的早期为古气候变迁的转折期，对铀的富集和成矿极为有利(马汉峰等，2009)。

3 铀矿找矿目的层特征

3.1 沉积分布特征

(1)下白垩统腾格尔组。腾格尔组沉积时受凹陷控制，一些凹陷长轴方向上形成了辫状河三角洲相区-湖泊相区-扇三角洲相区的分布特点，短轴方向表现为近岸水下扇相区-较深湖亚相区-扇三角洲相区的三分特征(如乌兰察布坳陷额仁淖尔凹陷)，还有一些凹陷表现为冲洪积-河流-湖泊相的分区特征(祝玉衡等，2000)。

在深湖相区，腾格尔组是在湖水扩张的水进体系域背景下，沉积了大段湖相环境下的灰、深灰和黑灰色泥岩，泥岩质纯且脆，成岩性好。在滨浅湖相以细砂岩和泥岩为主;扇三角洲相以块状砾岩和砂质砾岩为主的粗碎屑沉积为特点，岩性、岩相变化很快，在短距离内(几公里)，表现为由多粒级砾岩相→含砾砂岩相→泥岩相的快速变化的规律。

目前有铀矿化显示的沉积相带主要为扇三角洲相(腾格尔坳陷和巴音宝力格隆起中局部地区)，其岩性特征主要表现为下粗上细的正旋回序列。自下而上，砾岩由粗变细，单层厚度变薄，湖相泥岩厚度增大。砾石主要为棱角状和棱角-次棱角状，分选差，各砾级均有，其成分以花岗岩砾和火山岩砾为主，砂岩中岩屑、长石和石英均可见;在砾岩中，常见砂、泥和砾未经分选而堆积在一起。

(2)下白垩统赛汉组。赛汉组沉积时，断陷作用基本停止，二连盆地进入以坳陷作用为主的沉积阶段。在早期沉积不平坦的地貌基础上，接受了三角洲、河流、沼泽相沉积(图2)。与腾格尔组相比，赛汉期沉积时湖盆收缩，沉积面积变小。在乌尼特坳陷、马尼特坳陷及乌兰察布坳陷东部(集二线以东)赛汉组为河流相、湖相沉积，岩性为灰色、灰绿色、杂色等块状砂质砾岩、含砾砂岩和砂岩与浅灰、紫红、灰绿色块状泥岩、含砾泥岩、薄煤层和碳质泥岩组成。河流相地层在垂向上为灰色砂岩、砂质砾岩与泥岩构成下粗上细的正韵律层，具典型的二元结构特征。

乌兰察布坳陷西部、腾格尔坳陷的局部凹陷以河流相沉积为主。在乌兰察布坳陷西部岩性为红色泥岩、砂岩和砂质砾岩。腾格尔坳陷岩性为灰色、兰灰色砂岩、砂质砾岩与灰色、红色块状泥岩组成。

川井坳陷的赛汉组为一套辫状河三角洲和湖相沉积。岩性为黄色、杂色、灰色砂质砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩及褐煤等。平原相带的岩石组合中正向韵律特征明显，以粗粒碎屑为主体;前缘相带中为多个正向和反向韵律的叠置层，以中细粒碎屑为主体。

(3)上白垩统二连组。白垩世晚期，二连盆地整体隆升，据现有资料和钻孔揭遇情况可知，上白垩统二连组在川井坳陷和马尼特坳陷分布较局限且以湖相和洪泛平原相沉积为主，仅在乌兰察布坳陷额仁淖尔地区分布范围较大，主要以冲洪积相砾岩、河流相砂岩、湖相泥岩产出于该区。

(4)古近系。在古近系沉积时，二连盆地仍整体隆升，仅在乌兰察布坳陷发育较好。在该坳陷北高南低、西高东低的地形背景上，在半干旱的古气候环境下，接受了一套以红色为主的粗碎屑岩和泥岩沉积。

3.2 原生地球化学特征

在二连盆地各目的层岩石原生地球化学类型共有三种表现形式:灰色、黑色和杂色类。灰色类原生地球化学岩石:主要产出于赛汉组和伊尔丁曼哈组河流相、腾格尔组扇三角洲相砂体和二连组、脑木根组湖相泥岩、粉砂岩中，其形成时为温湿或温湿半干旱的古气候。岩性以灰色、浅灰色中砂-砂砾为主，局部为绿灰色、灰色泥岩。沉积环境为还原环境，岩石中可见炭化植物、细小炭屑和细晶黄铁矿。

图2 二连盆地赛汉组柱状对比图Fig.2 Comparable histogram of Saihan formation in Erlian basin

黑色类原生地球化学岩石:发育于赛汉组河漫沼泽亚相和腾格尔组湖相中，形成时主要为潮湿湿润气候。岩性以深灰色泥岩、粉砂质泥岩为主，富含有机质，可见晶形良好的黄铁矿和结核状黄铁矿，沉积环境为还原环境。

杂色类原生地球化学岩石:发育于赛汉组和古近系的洪泛平原相地层中。岩石颜色以红色为基本色，掺杂有灰色、白色和绿色等颜色，岩性以砾质砂岩、含砾泥岩和含砾泥质砂岩为主。

3.3 后生改造特征

目的层中后生氧化改造表现为黄色岩类的形成。在二连组沉积后，二连盆地的古气候以干旱为主，非常有利于氧化作用的产生，其结果是使原来灰色、浅灰色砂岩变为浅黄色(稻草黄)、黄色、亮黄色(色重而亮，似桔黄)和褐黄色(似铁锈黄)等，成分上主要是由Fe2+转化成Fe3+的结果。并使炭屑被氧化发白或完全“燃烧”、黄铁矿被氧化后以黄色斑点状存在砂岩中。在泥岩中以黄色点状、斑状和条带状形式产出。

目的层中后生还原蚀变表现为绿色类和白色类出现。绿色类后生地球化学岩石分布在赛汉组和伊尔丁曼哈组中下部，岩性为灰绿色、绿灰色砂岩，在局部可产生还原环境;白色类后生地球化学岩石有三种方式，一种为厌氧漂白作用产生，漂白带中的白色岩石具有二次还原岩石特点;油气还原作用结果是使岩石色调变浅发白或发兰，局部有粘土化、黄铁矿化等蚀变，在二连组和伊尔丁曼哈组中表现明显;潜育褪色产出于各目的层上部砂岩和洪泛泥岩中，靠含有氢和二氧化碳的还原水对氧化的岩石进行的还原作用，结果使岩石褪色(丁万烈等，2001)。

3.4 铀矿化特征

腾格尔组铀矿化主要产于扇三角洲灰色砂体中，矿化类型为潜水型、潜水-层间氧化型和层间氧化型。其中在腾格尔坳陷和巴音宝力格隆起局部地区中已发现潜水、潜水-层间氧化型工业铀矿化(张金带等，2005)。

赛汉组和伊尔丁曼哈组中铀矿化主要产于河流相砂体中，矿化类型为潜水-层间氧化型和层间氧化型。在川井坳陷、腾格尔坳陷和乌兰察布坳陷赛汉组中已发现潜水-层间氧化型工业矿化，在马尼特坳陷中已发现层间氧化型工业矿化(图3)，铀矿体以卷状为主(吴仁贵等，2006;李洪军等，2010a);在乌兰察布坳陷伊尔丁曼哈组中已发现潜水-层间氧化型工业矿化。

在乌兰察布坳陷二连组(图4)和脑木根组中已发现同沉积泥岩型工业矿化，矿体多呈板状及透镜体(李洪军等，2010b)。

图3 二连盆地马尼特坳陷巴彦乌拉地区B319号地质剖面图Fig.3 No.B319 geologic section of Bayanwula area of Manite depression，Erlian basin

4 中新生代沉积演化与铀成矿关系

中新生代的沉积演化影响了各铀矿找矿层位的空间分布范围。腾格尔期为断陷盆地发育阶段。腾格尔早期为盆地稳定下陷阶段，形成湖侵体系域阶段发育的退积型层序，以湖相泥岩沉积为主，同时接受近岸水下扇、浊积扇等成因的碎屑岩类沉积，规模较小，分选差;腾格尔晚期盆地振荡抬升，在盆缘发育扇三角洲和辫状河三角洲等碎屑岩沉积，为潮湿气候条件下形成的灰色建造，部分地段具有利的“泥—砂—泥”互层的地层结构，因此腾格尔组二段是本区找矿目的层之一。

赛汉期为坳陷盆地发育阶段。赛汉期研究区大面积接受河流、洪泛、湖泊和沼泽等亚相沉积，仅在川井坳陷盆地尚处在断坳转换阶段，接受一套辫状河三角洲、扇三角洲和湖泊沉积。沉积地层碎屑岩类发育，具有良好的地层结构。赛汉组沉积结束后，普遍经历了赛汉期与二连期之间的沉积间断，相当一部分地区沉积间断时间延续至古近纪甚至新近纪，长期的间断剥蚀和淋滤作用，有利于在赛汉组内形成潜水氧化、潜水—层间氧化和层间氧化作用，因此赛汉组是本区主要找矿目的层。

图4 二连盆地乌兰察布坳陷努和廷矿床E320号勘探线地质剖面示意图Fig.4 No.E320 geologic section of the Nuheting uranium deposit in Wulanchabu depression，Erlian basin

二连期-古近系由于盆地整体隆升，沉积范围进一步萎缩，主要分布在乌兰察布坳陷，受干旱的古气候影响，以原生杂色、红色建造为主，为一套冲积扇、河流、洪泛平原及局部盐湖等亚相沉积，在额仁淖尔凹陷局部地段存在河流相的灰色砂岩可作为局部找矿目的层。古近系以原生杂色类地球化学类型为主，在齐哈日格图—赛汉高毕地区存在原生灰色的河流相砂体，可作为局部找矿目的层。

沉积时的古气候影响了各铀矿找矿层位岩石原生地球化学类型和后生改造特征。腾格尔组和赛汉组沉积时为温湿和半温湿古气候，沉积的岩石以灰色类和黑色类为主;二连组和古近系沉积时为干旱和半干旱古气候，沉积的岩石以杂色类和灰色类为主。赛汉组沉积后古气候转为半干旱和干旱，有利于后生氧化作用在各层位中的发育。受古气候的影响，从腾格尔组→赛汉组→二连组→古近系岩石的还原能力逐渐减弱(岩心编录中，各层位岩石中有机质含量变少，形状变小的趋势)，这种现象导致目的层位自身还原剂含量减少，成矿时“岩性障”作用越来越大，也就使赋矿岩性有变细的趋势;如在巴彦塔拉和红格尔矿点(均为隆起上凹陷)的腾格尔组赋矿岩性以砂质砾岩为主，巴彦乌拉和赛汉高毕矿床(分别位于马尼特坳陷和乌兰察布坳陷)的赛汉组赋矿岩性以砂岩为主，努和廷矿床(乌兰察布坳陷)的二连组赋矿岩性以泥岩、粉砂岩为主，脑木根矿床(乌兰察布坳陷)的古近系赋矿岩性为泥岩。