松辽盆地西南部会田召地区砂岩型铀矿床地质特征与成矿模式

翁海蛟，蔡建芳，王 莉，韦龙明

(1.桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 541004；2.核工业243大队，内蒙古 赤峰 024000)



松辽盆地西南部会田召地区砂岩型铀矿床地质特征与成矿模式

翁海蛟1，蔡建芳2，王 莉1，韦龙明1

(1.桂林理工大学 地球科学学院，广西 桂林 541004；2.核工业243大队，内蒙古 赤峰 024000)

会田召地区位于松辽盆地西南部钱家店凹陷的北东部，区内的砂岩型铀矿赋存在姚家组辫状河道砂体中，平面上铀矿化产于姚家组下段舌状氧化带的尖灭端及相邻舌状体之间，垂向上铀矿化赋存于姚家组下段上、下两层氧化带之间的灰色砂体中。笔者通过矿区成矿地质条件分析，提出会田召地区铀矿化受沉积相、后生氧化、贯通断裂、剥蚀天窗、热液蚀变作用“五位一体”的联合控制，铀矿床具有多期、多阶段成矿的复成因特征。

会田召地区；姚家组；砂岩型铀矿； 成矿模式

松辽盆地地浸砂岩型铀矿找矿工作始于1996年，辽河油田在进行油气勘探时发现了石油探井的放射性异常，经由核工业北京地质研究院对石油探井进行定性和定量的放射性测井，并进行评价、预测、勘探验证，最终发现和落实了钱家店铀矿床，并取得了一系列研究成果，初步认为该区的铀矿床为层间氧化成因，与构造、油气作用有一定的关系[1-5]。笔者通过进一步对比分析，认为其附近的会田召铀矿床虽然也具有传统地浸砂岩型铀矿的层间氧化成矿特点，但在成因上还与表生氧化成矿作用和深部热流体成矿作用有关，具有叠加成矿的特点。

1 区域地质概况

会田召铀矿床位于松辽盆地西南部开鲁坳陷的次级构造单元钱家店凹陷东北部。钱家店凹陷呈NNE-NE向狭窄条带状展布，长约100 km，宽9～20 km，面积1280 km2(图1)。

盆地基底主要由石炭-二叠系浅变质岩及海西期花岗岩组成，蚀源区为中生代火山岩、海西期和燕山期花岗岩以及古生界变质岩。盆地盖层，下部为断陷湖盆沉积地层，包括下白垩统义县组、九佛堂组、沙海组和阜新组；上部为坳陷沉积地层，包括上白垩统泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组、明水组的河流-湖相沉积；顶部为新近系大安组、泰康组及第四系[6]。

松辽盆地既是大陆地壳裂陷的产物，也是大陆地壳长期拉张并伴随挤压构造作用发展演变的结果。盆地的演化经历了热隆张裂、拉张断陷和热降坳陷、构造反转造成的隆升剥蚀、差异升降等多个阶段。

图1 开鲁坳陷区凹陷构造分布略图Fig.1 Sketch map showing the sags in Kailu depression

2 矿区地质特征

2.1 控矿构造

区内主要发育F1、F2、F3等3条NE向断裂(图2)，其中F1、F2为贯通性断裂，控制着钱家店晚白垩世箕状凹陷及姚家期辫状河道洼地的形成。嫩江末期构造反转阶段，贯通性基底断裂表现为挤压破碎带特征，沟通了深部的还原性流体，导致其上升并进入到姚家组中，使地层发育一定规模的灰色砂体，为铀成矿提供了良好的环境[6]。

构造天窗受钱家店凹陷西缘断裂(F1)控制，形成于晚白垩世嫩江末期构造反转阶段。构造反转作用使上盘地层褶皱隆升，遭受剥蚀，形成NE向展布的白兴吐构造天窗。作为矿区局部排泄源，由于承压水作用加速了地下水的排泄，使得由盆地边缘及协代隆起西侧天窗渗入的含氧含铀水加速向矿区汇集，并与来自深部的还原性流体混合成矿。

总之，铀矿体由NE向贯通性断裂、晚白垩世嫩江期反转隆升剥蚀构造天窗2种不同形式的构造控制，在平面上表现为两者的叠合区，特点是它们分别控制了铀成矿的不同成矿作用过程及铀矿床的分布。

2.2 含矿层及其岩性岩相

研究区含矿层为上白垩统姚家组下段(K2y1)，其顶部为厚8～15 m较稳定的紫红色泥岩，为泛滥平原相沉积；中部为含浅黄、褐黄色调的褐红色中粗砂岩，厚34～84 m，氧化较强，为上氧化带；下部为灰色细砂岩、中砂岩和粗砂岩，为含矿主砂体，厚度变化较大，砂岩中见有不连续的薄层泥岩透镜体，颜色呈紫灰色或紫红色。灰色砂岩中可见硫化物(黄铁矿等)以及植物炭屑，炭屑有时成层分布。姚家组下段由多个下粗上细的沉积正韵律层构成，底部常发育一薄层砂砾岩(表1)。

图2 会田召地区铀矿地质示意图Fig.2 Sketch map showing uranium geology in Huitianzhao area1—新近系泰康组；2—上白垩统嫩江组；3—上白垩统姚家组；4—下白垩统阜新组；5—辉绿岩脉；6—花岗岩；7—地质界线；8—断层；9—角度不整合界线；10—剥蚀天窗界线；11—工业铀矿孔；12—铀矿化孔；13—铀异常孔。

系统组段符号厚度(m)岩 性白垩系上白垩统下白垩统嫩江组姚家组阜新组上段下段K2nK2y2K2y1K1f5～70灰色、深灰色泥岩、粉砂岩5～15砖红色、紫红色泥岩60～100浅灰色、灰色细砂岩为主，见有中粗砂岩，底部发育泥砾8～15砖红色、紫红色泥岩34～84含浅黄、褐黄色调的褐红色中砂岩、粗砂岩、砂砾岩10～70灰色细砂岩、中砂岩和粗砂岩，局部含有泥砾，为含矿主砂体8～40褐黄色中砂岩、粗砂岩灰色、深灰色泥岩、粉砂岩夹煤层

根据会田召地区姚家组下段岩石的硅酸盐化学全分析结果，按照佩蒂庄岩石化学分类图(图3)，样品的投影点主要落在岩屑砂屑岩区，其次为长石砂岩区。所以，姚家组砂岩主要为岩屑砂岩，其次为长石砂岩。这表明姚家组砂岩总体成熟度低，搬运距离短，可能有兴隆-协代和架玛吐花岗岩古隆起物源的混入，也反映出姚家组岩性总体上趋近于花岗质岩石的化学成分特点。

图3 会田召地区姚家组下段砂岩分类图Fig.3 Sandstone classification figure for the Yaojian formation in Huitianzhao area

不同沉积体系砂体的特征不同，在后生铀成矿过程中所起的作用也不同[7]。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，而且因其连通性及渗透性较好，有利于后期氧化作用的进行，促进铀的富集成矿。上白垩统姚家组沉积体系以辫状河、冲积扇为主，形成了稳定的泥-砂-泥地层结构。受沉积体系的控制，该区砂体厚度稳定、分布范围广，是松辽盆地南部寻找层间氧化带砂岩型铀矿的有利目的层。

冲积扇相主要发育于姚家组下段，围绕

兴隆-协代和架玛吐古隆起周边分布，总体特征是规模小，分布局限，向外延伸距离短。

辫状河相是会田召地区姚家组下段的主体沉积相。角干-会田召东南方向则以泛滥平原沉积为主，岩性组合主要为厚层紫红色泥岩夹中细砂岩。角干-会田召方向西北侧主要发育辫状河沉积，岩性主要为厚层中粗砂岩、砂砾岩夹薄层泥岩、粉砂岩。该部分砂体比较发育，沉积物粒度较粗，所形成的地层岩石连通性和渗透性较好。钱家店和会田召铀矿床均分布在辫状河沉积的砂体展布区。

2.3 铀矿化特征

区内铀矿体主要赋存于上白垩统姚家组下段灰色砂体中，矿体呈板状、似层状。平面上铀矿化产于姚家组下段的舌状氧化带的尖灭端及相邻舌状体之间，铀矿体长800～2400 m，宽200～800 m，受褐黄色后生氧化带前锋线控制明显。垂向上铀矿化赋存于姚家组下段上、下两层氧化带之间的灰色砂体中(图4)，厚2.10～6.00 m，最厚可达12 m，品位0.0104%～0.034%，埋深在280～330 m，岩石疏松，渗透性好。

图4 会田召地区地质剖面示意图Fig.4 Geological section of Huitianzhao area1—第四系；2—上白垩统嫩江组；3—上白垩统姚家组上段；4—上白垩统姚家组下段；5—下白垩统义县组；6—灰色泥岩；7—紫红色泥岩；8—灰色砂体；9—氧化砂体；10—铀矿体。

本区铀矿物(主要是铀石和钛铀矿)都与黄铁矿紧密共生，构成铀矿物-黄铁矿共生组合。与铀矿物共生的黄铁矿多呈热液成因的胶状、团块状和莓状。铀矿物与黄铁矿多分布于砂岩孔隙、裂隙内，或碎屑内部空洞中。

这种现象表明铀矿化与黄铁矿化具有紧密的联系，铀矿物与热液成因的胶状黄铁矿、或与整体呈脉状分布的莓状黄铁矿紧密共生(或沿裂隙或砂岩孔隙呈脉状分布)，是本区铀矿物产出的重要特征。它说明了铀成矿后期有热水叠加改造作用的发生，与东胜铀矿床的产出特征和成因机制极为相似[8-10]。

3 铀成矿条件分析

3.1 铀源条件

会田召地区的铀源由内源与外源共同构成，具有多源性质。松辽盆地南部物质来源主要是西部和东部蚀源区，其次是南部蚀源区[11]。西部蚀源区岩石具有较高的铀丰度值，出露有大范围的花岗岩和酸性火山岩，花岗岩、花岗闪长岩的铀含量平均值为6.96×10-6，浸出率平均值为21.85%，反映有铀迁移现象。南部蚀源区铀含量平均值为4.4×10-6，存在较多地面铀异常点、带，并有铀迁移现象。这表明蚀源区是赋矿区富铀建造及成矿的主要铀源之一。

盆地盖层岩石本身也可为铀成矿提供一定的内部铀源，晚白垩世沉积物的成分及性质受盆地蚀源区控制，形成了一套富铀的碎屑沉积建造。姚家组灰色泥岩铀含量为(4.75～5.0)×10-6，灰色砂岩铀含量为4.2×10-6；嫩江组灰色泥岩铀含量为3.96×10-6。可见目的层本身及其上下盖层铀含量都比较高，可以为铀成矿提供丰富的铀源。

3.2 水文地质条件

会田召地区姚家组地下水来源为侧向径流和上覆地层的垂向补给，含氧含铀水则由盆地边缘补给，从构造剥蚀天窗、F2和F3断裂排泄。此外，由于姚家组在东南部协代花岗岩古隆起一带抬升，也接受大气降水的补给，其径流方向为SE-NW向，于剥蚀天窗一带排泄。

3.3 后生氧化作用

姚家组沉积时期为干旱-半干旱的古气候[12]，该区可能为一汇水区，充足的水体使其在干旱的大环境下形成局部的潮湿环境。在岩心地质编录中发现，姚家组辫状河砂体中存在炭化植物茎秆和细脉状炭质层纹，且吸附有大量分散状的细晶黄铁矿。这些特征的存在，反应原生沉积阶段为还原性环境。

会田召地区姚家组下段后生氧化作用发育，含铀含氧水由盆地边缘补给，由南西向北东方向往钱家店凹陷径流，在会田召-腰哈根一带形成氧化还原过渡带。氧化还原过渡带总体呈北东向展布，长约65 km，宽3～6 km。铀矿体主要分布于姚家组下段舌状氧化带的尖灭端及相邻舌状体之间(图5)。

3.4 热液蚀变

本区发育的贯通性断裂沟通了深部流体与姚家组的联系，在钻探揭露过程中见有辉绿岩，常呈岩脉产出。显然，辉绿岩的侵入导致区内地热增温，促使局部大规模的流体活动。这种低温热液流体可以萃取基底富铀地层中的铀，当其到达姚家组后，由于受到上部嫩江组厚层泥岩的遮挡，流体将继续沿姚家组砂体顺层活动。通过系统的镜下鉴定发现，含矿层姚家组砂体普遍发育热液蚀变作用，氧化砂体因蚀变改造而不再具备典型的氧化特征，除矿化段砂体呈灰色外，其外侧砂体整体上表现出黄绿色，部分呈现紫红色和黑色细脉的特点。矿区内各种蚀变作用相互叠加，类型多样，有高岭石化、碳酸盐化、黄铁矿化、赤铁矿化、水云母-绢云母化等，以低温热液蚀变为主，具有多期性和脉动性的特点[13]。

3.5 成矿时代

会田召铀矿床与钱家店铀矿床分处于白兴吐构造天窗的东西两翼，二者位于同一成矿构造单元，有着相似的成矿地质条件。钱家店矿床的U-Pb同位素年龄主要分为3个阶段：(1)96±14Ma的成矿年龄，与含矿层形成期(晚白垩世姚家期)相当，属同生沉积成矿期；(2)67±5Ma的成矿年龄，与反转隆升剥蚀期(晚白垩世嫩江期末)相当，处于大气水渗入氧化与油气流体渗出还原的共用作用下；(3)40±3Ma的成矿年龄，与区内古近纪始新世的辉绿岩侵入活动时间相当[14]。因此，区内铀矿具有多阶段成矿的特点。

图5 会田召地区姚家组下段岩性地球化学图Fig.5 Lithologic geochemical map of the lower member of Yaojian formation in Huitianshao area1—海西期花岗岩；2—潜水氧化带；3—褐黄色后生氧化带；4—砖红色原生氧化带；5—氧化还原过渡带；6—断层及其编号；7—工业铀矿孔；8—铀矿化孔；9—铀异常孔。

4 会田召地区铀成矿模式

综合矿区的地质条件分析，笔者认为会田召地区的铀矿受沉积相、后生氧化、贯通断裂、剥蚀天窗和热液蚀变作用“五位一体”的联合控制，其构成了该地区砂岩型铀矿床的多源复合成矿模式(图6)。

图6 会田召铀矿床成因模式图(据于文斌，2008修改)Fig.6 Genesis model of Huitianzhao uranium deposit1—第四系；2—嫩江组；3—姚家组上段；4—姚家组下段；5—阜新组；6—辉绿岩脉；7—石炭-二叠系；8—花岗岩；9—不整合界线；10—泥岩；11—砂岩；12—流体方向；13—断层；14—原生氧化带；15—后生氧化带；16—铀矿体。

早白垩世形成的断陷盆地，在温湿环境下沉积了含油、含煤建造，晚白垩世以来构造反转，产生的继承性断裂及其派生断裂所组成的断裂系统，使处于相对封闭的目的层与深部油田水和地表渗入水沟通，来自深部的还原性流体与浅部的含氧水均可作用到目的层，为氧化还原过渡带的形成创造了条件。成矿物质在适宜的氧化还原过渡带沉淀富集，导致铀矿床及矿化异常点沿断裂分布[15]。

铀矿床成矿模式可概括为96±14Ma姚家期的同生沉积预富集成矿作用；67±5Ma嫩江期末反转隆升剥蚀形成构造天窗，加速盆地边缘及地表渗入含氧含铀水的运移，与经贯通断裂渗出的还原性油气流体作用成矿；40±3Ma始新世的辉绿岩岩浆活动、热液叠加铀成矿作用。它有别于典型的层间氧化带砂岩型铀矿成矿模式。该成矿模式强调多种控矿因素叠加，而非单一的层间氧化成矿作用。因此，这一成矿模式对区域内的铀矿找矿工作有着重要意义。

5 结论

(1)会田召地区铀矿化受沉积相、后生氧化、贯通断裂、剥蚀天窗、热液蚀变作用“五位一体”的联合控制。辫状河相砂体提供了赋矿空间，后生氧化作用促使铀在氧化-还原过渡带富集成矿，断裂构造为流体运移提供通道并控制还原作用范围，剥蚀天窗加速含氧含铀水的运移，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。

(2)成矿作用经历了晚白垩世姚家期的同生沉积预富集作用、晚白垩世嫩江期末反转隆升形成剥蚀构造天窗，加速含氧含铀水带入并与贯通性断裂控制的渗出型还原性流体混合铀成矿作用，以及始新世辉绿岩岩浆热叠造铀成矿作用等3个阶段，为复成因砂岩型铀矿床类型。

(3)反转断裂沟通的深部还原性流体为姚家组灰色砂体的形成起到重要作用。灰色砂体受断陷层序及反转断裂控制，主要分布于F1、F2断裂两侧一定范围内，灰色砂体厚度自F2断裂向东逐渐减小，铀矿体也仅产于灰色砂体中。

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Geology Feature and Prospecting Model of Sandstone Type Uranium Deposit in Huitianzhao Area of Southwestern Songliao Basin

WENG Hai-jiao1，CAI Jian-fang2，WANG Li1，WEI Long-ming1

(1.CollegeofEarthSciences，GuilinUniversityofTechnology，Guilin，Guangxi541004，China； 2.GeologicPartyNo.243，CNNC，Chifeng，InnerMongolia024006，China)

Huitianzhao area is located in the northeastern Qianjiadian depression of southwestern Songliao basin， the uranium mineralization occured in braided channel sand body of Yaojia formation. Horizontally， the mineralization distributes in the end of tongue shaped oxidation zones and lies in the grey sand body stratified vertically by oxidizing zones in lower member of Yaojia formation. Metallogenic geologic conditions analysis suggest that uranium mineralization in Huitianzhao area were controlled by sedimentary facies， interlayer oxidizing zone， fractures and epigenetic transformation and the deposit experienced multiple periods and multi-stage metalization.

Huitianzhao； Yaojia formation； sandstone uranium deposit； metallogenic condition

10.3969/j.issn.1000-0658.2015.03.004

2014-09-22

翁海蛟 (1991—)， 男，在读硕士研究生，地质资源与地质工程专业。E-mail：403151170@qq.com

1000-0658(2015)03-0377-08

P612

A