开鲁坳陷宝龙山地区铀矿化特征及控矿因素分析

蔡建芳， 聂逢君， 杨文达， 周文博， 于海亮， 李满根

(1.核工业二四三大队，内蒙古 赤峰 024000;2.东华理工大学，江西 南昌 330013)

1 区域地质背景

作为大型内陆“断-坳”双层结构的盆地，松辽盆地在多处发现了铀异常，人们对该盆地寄予了找铀矿的厚望，然而到目前为止，仅有西南部的开鲁坳陷有较大的突破。宝龙山铀矿化地区位于松辽盆地西南部，大地构造位置处于松辽盆地开鲁坳陷钱家店凹陷的东北部(图1)。钱家店凹陷早白垩世为断陷盆地，发育下白垩统九佛堂组、沙海组、阜新组暗色河湖相碎屑岩建造。晚白垩世为坳陷盆地，沉积了上白垩统青山口组、姚家组、嫩江组等河流相、湖相碎屑岩建造①夏毓亮，林锦荣，李子颖，等.2003.松辽盆地钱家店凹陷砂岩型铀矿预测评价和铀成矿规律研究.核工业北京地质研究院.。

长期的砂岩型铀矿勘查实践表明，晚白垩世姚家组一套陆相河流相砂体控制着研究区的铀矿化的发育(陈晓林等，2007;董文明等，2007)。

1.1 断裂

研究区内断裂构造不仅控制着盆地的发生与发展，而且还控制着砂岩型铀矿形成的水动力条件的形成以及后期热流体对铀成矿的改造富集作用。根据前人研究的资料(殷敬红等，2000;田时丰，2005;于文斌等，2008)，研究区主要发育 NE、NW及EW向三组断裂，其中以NE向断裂最发育，形成时间上EW向断裂较早，NE向断裂较晚，NW向断裂形成时间最晚。NE向断裂对该区中生代沉积起着明显的控制作用。断裂早期为钱家店断陷盆地的控盆断裂，控制着钱家店断陷盆地的形成与发展。嫩江末期，控盆断裂发生反转作用，它一方面使盆地内地层抬升，形成构造剥蚀天窗;另一方面沟通断陷地层中的还原流体运移到坳陷地层中，使得坳陷地层中发育有一定规模的灰色砂体，为铀成矿提供了良好的成矿环境。

1.2 地层

研究区基底为下白垩统义县组火山碎屑岩、含砾泥岩或石炭—二叠系浅变质岩、灰岩组成，盖层主要由下白垩统九佛堂组、沙海组、阜新组暗色河湖相碎屑岩建造和上白垩统姚家组河流相沉积的灰色、褐红色砂岩夹泥岩及嫩江组滨浅湖相沉积的灰色泥岩组成(表1)。

图1 研究区位置及构造单元划分图Fig.1 Location of the Study area and interior tectonic units of the Basin

表1 开鲁坳陷宝龙山地区地层结构表Table1 Stratigraphic structure of Baolongshan area in Kailu Sub-basin

研究区含矿层位为上白垩统姚家组下段。姚家组下段顶部为厚8～15 m的较稳定的紫红色泥岩;上部为含浅黄、褐黄色调的褐红色砂岩，在褐黄色砂岩中常见有斑点状、浸染状褐铁矿化;下部为灰色细砂岩、中砂岩和粗砂岩，为含矿主砂体，灰色砂岩中偶见有炭化植物碎屑及黄铁矿;底部为褐黄色中粗砂岩、砂砾岩。姚家组下段砂体以辫状河砂体为主，分布稳定，连通性较好。

姚家组下段底板隔水层为下白垩统义县组含砾泥岩或石炭—二叠系灰岩、浅变质岩，顶板隔水层为泛滥平原沉积的紫红色泥岩，泥—砂—泥结构稳定，有利于形成层间氧化带。

2 铀矿化特征

研究区铀矿化主要赋存于上白垩统姚家组下段灰色砂体中。平面上主要分布于氧化-还原过渡带内，铀矿体长0.8 ～2.4 km，宽 0.2 ～0.8 km，形态多呈长条型不规则状，受氧化带前锋线控制明显，矿体走向与前锋线走向基本一致。

铀矿体垂向上赋存于姚家组下段上、下氧化带之间的灰色砂体中，受上、下氧化带控制(图2)。铀矿体产于上氧化带的下部或下氧化带的上部，多呈板状、透镜状，厚一般2.10～6.00 m，最厚可达12 m，品位0.010 4% ～0.034%，埋深在 280 ～330 m之间。含矿岩性主要为灰色中细砂岩夹薄层泥岩，岩石疏松、渗透性好。

图3为宝龙山地区ZK29-1钻孔的岩性观察与铀矿化分析图，从图中可以看出，铀矿化主要发育在姚下段的下部的270～282.0 m之间，含矿段岩性为辫状河道心滩沉积的中粗-中细砂岩，胶结疏松，泥岩含量较低。姚下段上部为氧化带发育地段，泥岩为紫红色，砂岩为后生氧化的黄色、褐黄色等。岩石粒度粗、疏松、孔渗性好。姚上段为曲流河沉积，发育点坝、决口扇和洪泛平原，泥岩多为紫红色，而砂岩保持了灰色、灰白色的还原色调，后生氧化作用不发育。

图2 开鲁坳陷宝龙山地区地质剖面图Fig.2 Geological section of the Baolongshan area，Kailu sub-basin

利用α径迹蚀刻法对该区矿石中铀的分布状态研究表明，铀主要以分散吸附态和铀矿物两种形式存在(徐喆等，2010)。低品位矿石中铀的存在形式主要为分散吸附状，高品位矿石中主要以铀矿物的形式存在。铀矿物主要为铀石，其次为沥青铀矿，少量含钛的铀矿物，铀矿物与胶状、团块状和草莓状黄铁矿、铁白云石、赤铁矿等共生(吴仁贵等，2012)。

3 主要控矿因素

研究表明，开鲁坳陷宝龙山地区铀矿化主要受断裂、辫状河相砂体、后生还原改造、后生氧化、热流体改造等因素控制。

3.1 断裂控制作用

开鲁坳陷为松辽盆地的一部分，也是“下断-上坳”的典型断－坳结构，钱家店凹陷也不例外。宝龙山地区铀矿化位于钱家店凹陷北部。该凹陷下部地层为断陷期地层，埋藏较深，其泥岩已经达到生烃条件，因此含有丰富的还原性流体;上部为坳陷期地层，上白垩统姚家组发育辫状河相砂体，其粒度、胶结程度和孔渗性都有利于砂岩型铀矿的成矿作用发生，它提供了很好的铀成矿空间条件。钱家店凹陷的西缘断裂(F1)及东缘断裂(F2)既控制了姚家组沉积相带的展布，同时又沟通了深部还原流体上升进入到姚家组中，这些还原性流体可使氧化状态下沉积的砂体产生还原而变成灰色，所以也控制着姚家组灰色砂体的分布范围，对铀矿化的形成起着决定性作用。

3.2 沉积相与砂体控制

砂体是形成地浸砂岩型铀矿的前提条件。辫状河相砂体不但能提供赋矿空间，而且因为其泛连通性及渗透性较好，还非常有利于后期氧化作用的进行，促进铀的富集成矿。本研究综合了石油、煤炭及核工业等多个部门的钻井资料，编制了开鲁坳陷上白垩统姚家期岩相及沉积相分布图(图4)。

从图4中可知，南面库伦-张强-康平以南为剥蚀区，西北角布嘎吐一代也是剥蚀区，其它均为沉积区。西北和西南区为沉积物的主要供给区，发育大量的冲积扇，见扇根、扇中和扇缘微相。开鲁坳陷中心部分，由舍伯吐-开鲁-八仙筒-芒汉-伊胡塔-双辽所围限的广大区域为河流相沉积区，主要发育辫状河的滞留、心滩、洪泛等沉积微相。钱家店和宝龙山矿床均分布在辫状河沉积区。研究区的东北角为三角洲沉积区，推测在三角洲东北方向为湖泊中心，即区域汇水中心和沉积物最终聚集场所。姚家沉积期整个古地理面貌为西南高，东北低，沉积相的变化从西南向东北依次为冲积扇→辫状河→三角洲。

图3 宝龙山矿化区典型钻孔ZK29-1剖面图Fig.3 The drilling core and sedimentary facies analysis from a typical borehole ZK29-1

宝龙山地区姚家组辫状河相发育，砂体分布受辫状河道控制。富砂带主要分布于钱家店凹陷中，总体呈北东向展布，长80 km，宽10～18 km。带内含砂率一般大于60%，局部地段含砂率可达90%。

姚家组下段砂体由多个下粗上细的正粒序组成，岩性以褐红色、褐黄色、灰色细砂岩和中砂岩为主，灰色砂岩中局部可见有少量硫化物以及植物茎杆或炭屑。单层砂体厚10～64.5 m，砂体累厚50～140 m，底板埋深一般小于350 m。砂体顶、底板隔水层稳定，具备形成地浸砂岩型铀矿的砂体条件。

宝龙山地区姚家组主要发育河流沉积体系，在垂向上呈现砾质辫状河相、砂质辫状河相和曲流河相多韵律结构的相序列。姚家组下段以辫状河相沉积为主，其顶部为一套泛滥平原沉积的紫红色泥岩、泥质粉砂岩;姚上段下部为辫状河相中细砂岩，上部为曲流河相沉的厚层泥岩夹薄层细砂岩。

3.3 后生改造作用

姚家组是干旱气候条件下的一套红层沉积，原生地球化学环境主要为原生氧化型，为红色沉积(俞凯等，2002)。嫩江末期构造反转作用使深部断陷地层中的还原性流体沿断裂上升进入到姚家组砂体中，对姚家组原生红色砂体进行还原改造形成灰色砂体。后生还原改造形成的灰色砂体直接受富含还原流体的断陷地层以及反转断裂的控制，在断陷地层上部及反转断裂附近灰色砂体厚度较大，远离反转断裂灰色砂体厚度逐渐变小。

区内姚家组灰色砂体主要分布于钱家店凹陷角干—宝龙山一带，灰色砂体厚10～80 m。F2断裂(钱家店断陷东缘断裂)往东灰色砂体厚度逐渐变小;F2断裂以西(往钱家店断陷中部)灰色砂体厚度逐渐增大，最厚可达80余米。灰色砂体厚度与下伏地层还原性流体的富含程度及断裂沟通程度关系密切，在还原性流体丰富及断裂较发育地段灰色砂体厚度较大，远离断陷层系灰色砂体厚度变小。

图4 开鲁坳陷姚家组岩相-沉积相分布图Fig.4 Lithological and sedimentary facies for the Yaojian Fm，Kailu Basin

后生还原改造使姚家组砂体中含有充足的还原剂，为形成氧化-还原过渡带提供了良好的地化环境。

3.4 后生氧化作用

宝龙山地区姚家组下段后生氧化作用发育，氧化作用受架玛吐凸起和及乌兰花凸起控制，含铀含氧水由架玛吐凸起和乌兰花凸起补给，分别从南东、北西方向往钱家店凹陷径流，在角干—宝龙山—苏尼吐一带形成氧化还原过渡带(图5)。氧化-还原过渡带总体呈北东向展布，长约65 km，宽3～6 km。

该区姚下段的层间氧化在垂向上可分为上氧化带和下氧化带。上氧化带一般沿姚家组下段顶部红色泥岩隔水层之下发育，褐铁矿化呈条带状、团块状、斑点状、浸染状断续分布。氧化砂体主要为砖红色、褐黄色中砂岩，厚60～80 m。上氧化带顶板埋深220～230 m，底板埋深280～310 m;下氧化带主要发育于姚家组下段底部，厚度比上氧化带小，氧化作用均匀。岩性主要为褐黄色中粗砂岩，厚5～20 m。下氧化带顶板埋深320～330 m，底板埋深340～350 m。

3.5 热流体改造作用

区内热流体作用主要表现为新近系辉绿岩脉侵入到目的层姚家组中，辉绿岩脉总体呈北东向展布，受F2断裂控制明显。

图5 姚家组下段后生氧化作用示意图Fig.5 Epigenetic oxidization of the Lower Yaojia Fm

热流体蚀变作用普遍且蚀变类型多样，常见赤铁矿化、水云母、绢云母化、黄铁矿化、碳酸盐化(形成方解石和铁白云石)等，显示以中低温热流体作用为特征。铀矿化与热流体蚀变共生，铀矿物种类以铀石为主，其次有沥青铀矿，显示铀矿物主要为热流体成因。铀矿物的形成呈现多期次与热流体交替沉积的特点，显示铀成矿具有脉动性特点(吴仁贵等，2012)。

辉绿岩脉的侵入，一方面使盆地沉积地层具有较高的热异常和地温梯度，使得地层中的有机质进入成熟演化阶段;另一方面辉绿岩带入的大量的地幔成矿物质上涌进入姚家组地层中，与烃类等有机流体形成热流体，热流体进入到姚家组地层中，对地表含铀含氧流体形成的氧化还原成矿作用进行再一次叠加改造，使铀矿化在原来基础上叠加、再富集。

4 结论

宝龙山地区铀成矿主要受断裂构造、沉积相与砂体、后生还原改造、后生氧化、热流体改造等因素控制。构造格架控制着姚家组相带的展布及还原作用范围;辫状河相砂体提供了赋矿空间;后生还原改造使姚家组中含有丰富的还原剂，为形成氧化-还原障提供了有利的地化环境;后生氧化作用促使铀在氧化-还原过渡带富集形成铀矿体;热流体改造作用使铀进一步活化、富集，形成更大规模的铀矿体。

铀矿化主要分布于氧化-还原过渡带内，受钱家店断陷控盆断裂(F1、F2断裂)控制明显，多分布控盆断裂两侧。因此，断陷盆地控盆断裂两侧与氧化-还原过渡带重合部位是铀成矿有利地段，是今后找矿重点地段。

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