巴丹吉林盆地沙枣泉铀矿床成矿特征与成矿模式

2014-11-12苟学明李万华姬海军郭长林耿海军何大鹏

铀矿地质 2014年1期

苟学明，李万华，姬海军，郭长林，耿海军，何大鹏

（核工业203研究所，陕西咸阳712000）

沙枣泉铀矿床位于巴丹吉林盆地西南部，是我国新近在砂岩型铀矿床之一。该矿床在成矿特征上与我国先前在伊犁盆地、吐哈盆地、鄂尔多斯盆地、松辽盆地发现的砂岩型铀矿床略有差别[1－4]。笔者在 “内蒙古阿拉善右旗沙枣泉地区铀矿普查”项目工作中，对沙枣泉铀矿床的成矿特征、控制因素和成因机制等开展了系统研究。

1 区域地质背景

巴丹吉林盆地位于华北板块、西伯利亚板块、塔里木板块和哈萨克斯坦板块的交接部位，构造较为复杂。盆地以恩格尔乌苏－巴音查干缝合线为界分为南、北两部分。北部为西伯利亚板块和哈萨克斯坦板块；南部属华北板块、塔里木板块，为内蒙－大兴安岭古生代褶皱带的一部分，构造岩浆活动强烈[5－8]。

沙枣泉断陷位于巴丹吉林盆地西南部，区域构造上归属于华北板块阿拉善地块西北部。断陷基底及南北两侧蚀源区为古元古界龙首山群变质岩系和加里东期基性火山岩、海西期花岗岩。其中，古元古界龙首山群变质岩系主要分布于断陷北侧蚀源区北大山一带，在南部慕少梁西段亦有少量出露，岩性主要为条带状、眼球状混合岩夹斜长角闪岩、花岗质片麻岩、黑云斜长片麻岩等，间有大理岩、石英岩、片岩和变粒岩等。基性火山岩均显示偏碱性成分特征。断陷南北两侧蚀源区内侵入岩发育，为海西中晚期花岗岩体，具有多次侵入活动特点，形成了岩基、岩株、岩墙等，脉岩发育。

盆地盖层由中下侏罗统、下白垩统构成不对称宽缓向斜构造（图1），地层产状平缓，倾角一般在10°～20°左右，边缘达30°。断裂构造有近东西向和北东向两组。近东西向主要有北缘断裂，该断裂形成较晚，沿北大山南部边缘断续延长约33km，倾向南、倾角约60°，北盘抬升，致使下白垩统被剥蚀，中下侏罗统出露地表；慕少梁东段断裂，长12km，倾向南，倾角60°左右；南缘断裂：沿慕少梁与芦泉山之间发育，长约60km，倾向北，倾角约60°，为同生断裂，控制了早白垩世山麓相的巨厚沉积。北东向断裂不甚发育，规模较小，仅有一条张扭平移断裂，位于沙枣泉西北，长约18km。

2 矿床地质特征

2.1 矿区地层特征

沙枣泉地区主要铀矿找矿目的层是下白垩统新民堡群第2岩组，根据层序地层学和层位岩性组合对比及含矿岩性的差异[9－10]，可将其分为下段（K1xn2－1）、上段（K1xn2－2）：

下段（K1xn2－1）：巨厚层－厚层状棕（红）色夹浅灰色泥质砾岩、砂质砾岩及暗棕色含砾泥质粗砂岩等。上段（K1xn2－2）：暗棕色、棕色粉砂质泥岩、灰色泥岩夹灰色中－细砂岩，发育半温湿气候环境下的河流（曲流河）－浅湖沉积体系，主要出露在盆地中央凹陷区。该层位是沙枣泉铀矿床的主要赋矿层位。

图1 巴丹吉林盆地沙枣泉地区地质简图Fig.1 The geological sketch of Shazaoquan area in Badanjilin basin

2.2 铀矿体特征

沙枣泉铀矿床的矿体主要产于下白垩统新民堡群第2岩组上段（K1xn2－2）冲积扇前缘网状河流亚相含碳质碎屑、黄铁矿的灰色泥质细砂岩、中砂岩之中；其次产于新民堡群第2岩组下段（K1xn2－1）扇中相红色含砾粗砂岩、砂质砾岩及少量泥质中砂岩中。

铀矿化呈近东西向展布，控制长度约8700m，宽度约150～800m，赋存在下白垩统新民堡群第2岩组上段红色建造的灰色夹层中，赋矿岩性以灰色中－细砂岩为主，少量泥质粉砂岩，属半温湿气候条件下的冲积扇前缘网状河流亚相沉积。Ⅰ号矿体呈东西走向，倾向北，倾角10°～25°，矿体形态主要为板状、似层状，厚度0.80～1.85m，平均品位0.0793%。铀矿化成因与潜水氧化作用有关。矿体埋深较浅，一般在100m以内。

2.3 含矿主岩特征

含矿岩石以灰色泥质中－细砂岩、红色含砾粗砂岩为主，成分主要为：石英（25%～40%）、长石（40%～65%）、岩屑（3%～23%）、云母（1%～8%），重矿物有绿帘石、角闪石、磁铁矿、榍石等（1%），自生矿物方解石、黄铁矿等（1%）。

含矿砂岩呈细砂－粗砂结构，层状、块状构造。充填物有泥质、碳屑、黄铁矿、硬锰矿及方解石等，胶结物以泥质为主，呈基底式、孔隙式、接触式胶结，属砂岩型铀矿化。与铀矿化有关的蚀变有褐铁矿化、赤铁矿化和钡锰矿化等。

2.4 铀成矿年龄

对沙枣泉铀矿床8个矿石样品进行全岩U、Pb同位素测定，并采用U－Pb等时线法处理，获得113、21.4Ma两组成矿年龄。结合盆地演化史，沙枣泉矿区铀成矿可划分为两个阶段，即早白垩世晚期和中新世早期。

图2 沙枣泉铀矿床铀的存在形式Fig.2 The existing forms of uranium in Shazaoquan ore deposit

2.5 铀的存在形式

电子探针分析和径迹蚀刻结果显示，沙枣泉铀矿床铀主要呈吸附态[9]，部分为细脉状沥青铀矿，分布在有机质、碳屑、黄铁矿及黏土矿物中（图2）。铀矿物主要为沥青铀矿，少量为硅钾铀矿及含铀碎屑锆石。伴生元素主要有V、Mo、Se、Re、Sc、Ge等。矿石中随着铀含量升高，伴生元素V、Mo、Se、Re、Ga、Sc、Ge含量也有明显的增高趋势。

3 巴丹吉林盆地构造基本特点

巴丹吉林盆地构造作用可划分为3个主要演化阶段，即盆地早期形成阶段、中期扩展阶段及晚期萎缩阶段。沙枣泉地区形成也经历了以上3个演化阶段（图3）。

图3 巴丹吉林盆地沉积构造演化示意图Fig.3 The structural evolution model of Badanjilin basin

盆地早期形成阶段：早侏罗世初期，在伸展构造环境下，受北西西向断裂活动的控制，形成北西西向展布的断陷盆地。在相对潮湿的气候条件下，广泛沉积了一套以灰色为主的含煤碎屑岩建造。中侏罗世末期，由于西伯利亚板块开始向南快速移动，区内遭受来自北方的挤压，中下侏罗统受到强烈抬升、剥蚀，使后来形成的下白垩统与中下侏罗统之间出现广泛的角度不整合。

盆地中期扩展阶段：早白垩世是盆地形成的主要时期。早白垩世早期巴丹吉林地区受燕山构造活动影响和近东西向断裂的控制，形成近东西向展布的断坳，初期构造活动较强，主要沉积一套山麓相灰绿色、棕红色粗碎屑岩。早白垩世中期构造趋于稳定，发育冲积扇－三角洲沉积体系，在温湿气候环境下沉积了一套以灰色为主的含碳细碎屑岩沉积建造。早白垩世晚期，气候趋于干旱，盆地开始抬升萎缩，初期南、北同时发育冲（洪）积扇沉积体系，在扇中亚相发育多条辫状河流，出现河流相沉积；后期构造活动趋稳，洪泛平原和湖泊洼地范围逐步扩大，在冲（洪）积扇前缘发育网状河或曲流河沉积，形成多层灰色砂体。

盆地晚期萎缩阶段：早白垩世以后，构造挤压抬升进一步增强，导致缺失上白垩统及古近系沉积。中新世，盆地南缘局部发生断陷，发育一套洪积扇相沉积。中新世以后构造活动方式以整体抬升为主，受逆冲挤压影响，沙枣泉盆地形成了北部斜坡带、南部斜坡带及中央凹陷带。

综上所述，沙枣泉地区经历了盆地早期形成阶段（J）、中期扩展阶段（K1）及晚期萎缩（K2－Q）3个演化阶段。其中，早白垩世是盆地形成的主要时期，经历了活跃→稳定、再活跃→再稳定的两个构造演化阶段[10]。

图4 沙枣泉铀矿床成矿模式示意图Fig.4 The Schematic uranium forming model of Shazaoquan deposit

4 铀成矿模式

依据沙枣泉地区盆地构造－沉积演化、铀矿化特征和成矿控制因素，以及铀成矿年龄等综合分析[11]，认为沙枣泉地区铀成矿具有两阶段成矿特征（图4）。具体表述如下：

4.1 同生沉积－成岩预富集阶段

早白垩世早期（K1xn1－1～K1xn1－2），气候由干旱转温湿，初期（K1xn1－1）沉积以灰绿色、棕红色粗碎屑及无分选、棱角状砾岩为特征的山麓相快速堆积，碎屑物质主要来源于南、北蚀缘区的前震旦系变质岩和少量花岗岩类。后期（K1xn1－2）盆地稳定沉降，湖泊扩张，气候温湿，沉积了一套以灰色为主，上部夹暗棕色的细碎屑沉积建造。此时，在富含黏土和有机质的细碎屑中出现铀的初始富集，造成K1xn1－2层位的岩石铀含量相对较高。早白垩世晚期（K1xn2－1～K1xn2－2）：初期（K1xn2－1）沉积以南、北同时对称发育的冲（洪）积扇为特色，碎屑物质主要来源于南、北蚀缘区大面积出露的花岗岩类和残留的前震旦系变质岩。富铀的海西期花岗岩钍铀比值Th／U＞1，为4.8～18.6[7]，富铀花岗岩体经风化剥蚀，其中的铀发生了迁移，并在扇中－扇前缘亚相局部灰色还原环境中，发生铀的初始富集。后期（K1xn2－2）构造活动趋稳定，以准平原化作用为主，在扇前发育网状河流（局部可能汇聚成曲流河）沉积，在洪泛泥岩、泥质粉砂岩中形成多层分选性较好的灰色中－细砂岩。砂岩中富含有机质、黑云母和碳屑等还原性物质，使铀发生吸附聚集，局部形成了贫矿化或矿体（图4A），成矿年龄为113Ma。

4.2 挤压抬升－后生氧化改造－叠加富集成矿阶段

早白垩世末，构造挤压作用进一步增强，致使盆地盖层发生掀斜，盆地边缘受地下水不断渗入影响，盆地中心潜水沿裂隙带不断下渗，后生改造并形成叠加铀矿化。第2岩组下段（K1xn2－1）发育扇中亚相辫状河砂体，上部又有第2岩组上段（K1xn2－2）厚层泥岩作为稳定隔水层，具有承压含水层结构，因此层间氧化带发育，是后生叠加成矿的层位。与此同时，在盆地中央凹地，潜水作用也不断深入，对目的层第2岩组上段（K1xn2－2）进一步改造叠加，在浅层局部形成较富的铀矿体（品位0.1%～2%）。该阶段成矿时间相对较晚，成矿年龄为21.4Ma（图4B）。