川北地区铀成矿特征与成矿预测

贾立城，刘武生，李晓翠，汪远志、付 锦

（1.核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京100029；2.核工业航测遥感中心，河北 石家庄050002）

四川盆地为我国4大沉积盆地之一，面积约23×104km2。盆地四周为高山环绕，西北为龙门山，东北为米仓山－大巴山，东南为巫山、大娄山，西南为大相岭。盆地内部为中高山、低山及丘陵，因广泛出露侏罗纪至白垩纪的红色岩系，素有 “红色盆地”之称。四川盆地矿产资源丰富，特别是天燃气资源量居全国之冠，也是我国砂岩型铀矿较早取得突破的地区之一。发育于盆地川北低平褶带的川北铀矿带为我国南方重要的砂岩型铀矿成矿带之一。

研究区位于盆地北部、东北部边缘，呈东西向展布，长约240km，宽40～50km，面积约1×104km2。川北铀矿主要发育于研究区东部，目前已落实多个中、小型的砂岩型铀矿床，从成矿条件看仍具有较大的资源量上升空间。

1 区域地质背景

四川盆地位于扬子陆块西北角，是在上扬子克拉通基础上发展起来的大型叠合盆地，其东西两侧分别受燕山期强烈活动的龙门山、米仓山、大巴山和雪峰山等逆冲推覆构造所控制[1，2]，为具前陆盆地性质的大型内陆坳陷盆地，呈北东向菱形展布。盆地形成于印支期，后经喜马拉雅运动全面褶皱形成现今的构造面貌[3]。中三叠世之前的基底演化期，包括新太古代结晶基底形成阶段、元古代褶皱基底形成阶段和古生代直接基底形成阶段，奠定了四川盆地良好的铀源基础；晚三叠世之后，印支运动使上扬子海盆结束了大规模的海侵活动，四川盆地进入造山前陆盆地发育阶段[4]，分别于中、晚侏罗世和早白垩世各自沉积了一套冲积扇－河流湖泊沉积体系的杂色碎屑岩建造[5，6]，古气候条件为潮湿以及由潮湿向干旱转变，植物、动物繁盛，其遗骸随碎屑物质迅速搬运、埋藏，有利于增加储铀砂体的还原能力，并使铀发生预富集。晚白垩世－始新世，四川盆地处于弱挤压的构造环境下，其北缘和东部含矿目的层广泛出露地表，有利于潜水的渗入，形成潜水氧化作用。始新世－第四纪，四川盆地强烈挤压变形，盆地北缘和东部发育褶皱构造，在构造变形相对较弱的地区有利于层间氧化带的发育。

研究区在构造分区上归属于川北低平褶带，整体表现为一区域性大向斜，为盆地北缘 （米仓山－大巴山）强烈褶皱区的山前凹陷，发育NWSE和NEE－SWW向两组断裂构造，NEE向断裂多为基底断裂，控制着区域主构造线走向。与断裂构造伴生的是一系列宽缓褶皱，轴向与区域构造线方向一致 （图1）。

图1 川北地区地质略图Fig.1 Geological sketch map in north Sichuan area

研究区基底及蚀源区由中元古界至三叠系组成，铀源层 （体）比较发育，而且发现了不少铀矿点、矿化点，区域放射性γ场偏高。

研究区盖层以侏罗－白垩系为主体，地层发育比较齐全，但新生界基本缺失，基岩长期裸露并遭受风化剥蚀。砂岩型铀矿赋矿层主要为下白垩统苍溪组 （K1c），属半干旱－干旱条件下的冲积扇－河流相杂色碎屑岩建造，假整合于蓬莱镇组 （J3p）之上。苍溪组地层主要岩性为紫色、灰色、灰绿色细粒长石砂岩及岩屑长石砂岩，夹砖红色、棕红色粉砂岩及泥岩，底部常夹数层灰色、灰白色透镜状砾岩或砂砾岩，富含有机质、炭化植物碎屑。

2 典型铀矿床及成矿规律分析

2.1 典型铀矿床

川北地区铀矿化类型单一，主要为沉积成岩后生叠加改造型，以南江花台寺 （303）铀矿床为典型代表。该矿床发育于川北成矿带中东部，矿区位于NEE－SWW向新华向斜的南翼东段。新华向斜为区域性宽缓复式向斜，南翼地层倾向NW 310°～330°，倾角一般在6°～15°。向斜核部为下白垩统白龙组 （K1b），两翼为上侏罗统蓬莱镇组 （J3p）、下白垩统苍溪组 （K1c）。

矿区含矿层苍溪组 （K1c）直接出露地表，为一套河流相杂色中－细碎屑沉积岩。在剖面上，该组由9个岩石粒度下粗上细的正向半韵律层组成，每个韵律层均可划分为两个岩性段，即下部以砂岩为主的浅色层和上部以泥岩为主的红色层。下部浅色层主要为浅灰色至深灰、灰黑色岩屑砂岩，局部见含炭屑砾岩透镜体和紫色泥岩夹层；上部红层为红色泥岩、泥质粉砂岩夹薄层细砂岩。各韵律层厚度不等，常沿走向和倾向有增厚和变薄的现象。

工业铀矿体主要赋存于第1韵律层浅色砂岩的中、下部，距底部冲刷面0～8m，矿体产出有多层性。平面上，矿体长轴方向同古河道方向一致，呈带状展布。

矿石类型以岩屑砂岩 （岩屑占35%～50%，石英40%～50%，长石＜10%）型为主，占矿床储量的95%以上。矿石颜色为深灰色和灰黑色，钙质胶结紧密，富含细分散状有机物质。砾岩型铀矿石仅局部可见。泥岩型铀矿石为岩屑砂岩型铀矿石的夹层。

花台寺铀矿床具有层控特征，受沉积相控制，矿体主要就位于曲流河边滩微相或河流侵蚀作用形成的冲刷凹槽内，顺河道方向展布。有机质的吸附及还原沉淀是矿化的主要成因，因此在有机质增高部位矿化变富[7]。此外，地下水沿裂隙或不整合面的渗入改造可造成铀矿化再富集，使局部矿化品位变高[8]。

2.2 铀成矿规律

川北目前已落实多个中、小型铀矿床，发现的铀矿 （化）点、异常点繁多，铀矿化类型为花台寺式沉积成岩叠加后生改造型。主要含矿层为苍溪组 （K1c），在研究区的东部上侏罗统蓬莱镇组 （J3p）也发育矿化[9]，但规模有限。综合分析区域上的铀矿化特征，笔者认为，研究区砂岩型铀矿化具有以下规律：

（1）铀矿化在空间上主要分布于基底隐伏断裂构造的两侧和宽缓背、向斜两翼；

（2）铀矿化受下白垩统苍溪组 （K1c）与上侏罗统蓬莱镇组 （J3p）区域性假整合面控制明显，产在不整合面之上；

（3）矿体定位于苍溪组 （K1c）河道亚相下部第1韵律层的浅色砂岩中，受浅色砂体控制。矿体形态与产状随浅色层砂体的变化而变化；

（4）矿体规模及形态常受河道底部形态控制。在河道底部水流冲刷凹槽中，矿体常呈透镜状；

（5）含矿浅色砂体的物理化学特征，决定了矿化的品位和规模。即砂体的原始孔隙度发育，有机质、黏土、黄铁矿含量高，矿体常变富、变大；

（6）后生叠加改造：矿床具有后生叠加改造特征，在裂隙带叠加改造的地段，矿体常较富、较大。

3 区域预测评价

3.1 区域预测要素

在铀矿床的解剖及成矿规律分析的基础上，笔者认为川北地区铀矿以花台寺式沉积成岩叠加后生改造型为主，找矿目的层主要为苍溪组 （K1c）。本着以地质工作为主、物化遥探测手段为辅的原则，在典型矿床研究和成矿规律总结的基础上，厘定了本区砂岩型铀矿的若干预测要素。

3.1.1 铀源要素

研究区内存在两种铀源：一是外部铀源，即来源于蚀源区大巴山地区的富铀基底岩石。该区前震旦系结晶基底和古生界褶皱基底变质岩系，其岩石铀含量高，为 （3.6～16.0）×10－6；二是内部铀源，即赋矿沉积建造本身富铀。

3.1.2 构造要素

铀矿化在区域上主要分布在基底隐伏断裂构造的两侧和宽缓复背斜或向斜两翼。产在侏罗系与白垩系之间的假整合面之上，冲刷凹槽中堆积有含碳化有机物质的砾岩、砂砾岩、含砾砂岩等，往往形成铀矿体。假整合面、冲刷面既是含铀溶液的通道，也是含铀溶液的富集场所。

3.1.3 建造要素

铀矿化主要赋存于下白垩统苍溪组杂色岩层中，并受杂色层内的浅色层控制。

区内苍溪组最多可划分出12个韵律层，每个韵律层由下部浅色砂岩、砂砾岩、砾岩与上部红色泥岩、粉砂质泥岩组成。韵律层之间多为冲刷面，每个韵律层都有铀矿化产出。苍溪组底部第1韵律层为主要含矿层，矿化受浅色层、浅色砂体控制，含矿岩性为灰或灰绿色含碳质 （有机质）岩屑砂岩、含砾砂岩、砂砾岩、砾岩和泥岩。在预测区的中西部剑门关－苍溪－沙河一带，苍溪组底部第1韵律层十分发育。在花台寺，与铀矿化有关的浅色层厚度约为15～50m。

3.1.4 沉积相要素

研究区早白垩世苍溪期沉积环境比较稳定，物质来源丰富，主要发育冲积扇－河流相沉积体系。铀矿化严格受沉积相带控制，主要分布在古河道的边滩或心滩中，铀矿体产出于富含有机质、碳质、黄铁矿的河道亚相砂岩、砂砾岩中。

3.1.5 地面伽玛能谱异常

该区地面伽玛能谱异常一般与铀源丰富区和矿体地表出露区相对应，二者具有很好的对应关系。在研究区中东部的沙河－南江－巴中地区存在大面积的伽玛能谱异常高场区，是值得重视的地区。

3.1.6 航磁异常要素

区内正低航磁化极异常梯度带及不同特征磁异常分界线与深大断裂带和补－径－排体系的局部排泄带有关，对含矿层内的后生蚀变具有指示作用，是间接反映了铀矿化的一个因素。区内自通江以北至苍溪一带分布有条带状航磁化极异常带 （图2），说明该带是有利于砂岩型铀矿成矿的地段。

图2 川北预测区航磁化极异常分布图Fig.2 Distribution of aerial magnetic anomaly in the north of Sichuan

3.1.7 化探异常要素

化探异常是反映铀矿化的因素之一。研究区内的化探U／Th高值异常能较好的反映出铀矿化，矿化多产于U／Th＞0.44的区域及其附近地段 （图3）。

图3 川北预测区U／Th地球化学异常图Fig.3 Geochemical anomaly of U／Th in the north of Sichuan

3.2 预测变量构置

本次预测主要采用矿床模型综合地质信息预测技术[10]，在GIS平台上应用MRAS软件进行预测区圈定，这就要求把预测要素转化为有效的图层变量[11]。根据上述预测要素，笔者结合实际情况分别构置了该区的预测变量 （表1）。

表1 预测变量构置表Table 1 Construction of predictive variables

3.3 预测区圈定

3.3.1 方法选择

通过对构置的预测变量作进一步分析，发现部分地质变量之间明显存在一定的相关性。例如，构造条件实际上控制了沉积相的展布，而沉积相的展布也大体上决定了含矿建造的分布。说明这些预测变量不能满足独立性条件，因而不宜选用证据权法来圈定预测区。鉴于上述原因，研究区砂岩型铀矿预测区的圈定方法采用特征分析法。特征分析是一种多元统计分析方法，它是传统类比法的定量化方法。该方法具有计算简单、意义明确的特点，在矿产资源定量预测中常被用来圈定预测区。

3.3.2 最小预测区圈定

将以上构置的9个预测变量依次代入MRAS软件的特征分析法模块中，圈定出最小预测区。

运用最小预测区的圈定原则[12]，依据计算得出的每个预测单元的成矿有利度，初步圈定靶区19片。在此基础上，根据实际成矿地质条件进行审核，对靶区进行适当的拆分、合并和修边，最终圈定铀成矿靶区18片 （图4）。

图4 川北地区铀矿预测成果图Fig.4 Prognosticate map of uranium mineralization in the north of Sichuan

4 靶区评述与找矿方向

4.1 靶区评述

本次潜力评价圈定的18片靶区主要分布在川北预测区的中东部，特别是一、二类靶区集中分布在南 （江）－通 （江）－巴 （中）一带，显示出较好的成矿潜力。结合实际地质情况分析，该区具有以下有利成矿条件：

（1）铀源丰富：赋矿砂岩的重矿物以磷灰石、锆石为主，物源主要来自米仓山区出露的黑云母花岗岩。该岩体含铀丰度高，已发现大量原生铀矿化点，可为盆地内成矿提供充分的铀源。

（2）控矿构造发育：该区位于川北低平褶带，构造样式以宽缓的背向斜为主，宽缓褶皱的翼部是花台寺式铀矿发育的有利部位。

（3）有利相带发育：含矿层以河流相沉积为主，河道亚相砂岩成分复杂，岩屑含量高，含丰富的有机质，粒度较粗，具有较高的渗透性，有利于含氧含铀水渗入改造。

（4）有利的沉积建造和古气候条件：富含有机质的浅色层分布稳定，有利于沉积成岩期铀的吸附富集。沉积后期为干旱古气候，发育红色碎屑岩建造。在断裂、裂隙发育区，有利于后生改造。

4.2 铀矿找矿方向

川北成矿带为铀矿找矿工作老区，经过多年的投入已取得一些成果，但找矿效率明显偏低，主要是因为对矿床成因的认识不够全面，过分强调了沉积成岩成矿作用，忽视了后生改造的控制作用。今后应加强矿床成因分析，正确厘定成矿要素与预测要素，特别是加强对断裂、褶皱、裂隙带和不整合面等与后生改造有关的构造要素的研究。总体而言，该区具有较好的砂岩型铀矿成矿条件，特别是中东部的南 （江）－通 （江）－巴 （中）一带，成矿条件优越，并具备较好的工作基础，应把老矿区扩大和矿区外围落实新矿床作为重点突破的对象。此外，在西部的旺苍一带也有一些应引起注意的预测区，鉴于其工作程度较低，可作为新区进行探索。

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