巴音戈壁盆地构造演化及其对砂岩型铀矿成矿的控制作用

张成勇,聂逢君,侯树仁,王俊林,邓 薇,张 良

(1.东华理工大学 放射性地质与勘探国防重点学科实验室，江西 南昌 330013； 2.核工业208大队，内蒙古 包头 014010 )



巴音戈壁盆地构造演化及其对砂岩型铀矿成矿的控制作用

张成勇1,聂逢君1,侯树仁2,王俊林2,邓 薇1,张 良2

(1.东华理工大学 放射性地质与勘探国防重点学科实验室，江西 南昌 330013； 2.核工业208大队，内蒙古 包头 014010 )

巴音戈壁盆地位于哈萨克斯坦、西伯利亚、塔里木与中朝板块交接部位，受长期活动的走滑断裂构造控制。笔者将巴音戈壁盆地中生代以来的构造演化分为三叠纪-侏罗纪拉分盆地发生、早白垩世拉分盆地全面发展、晚白垩世沉降拗陷和第三纪以来挤压抬升等4个阶段。以塔木素砂岩型铀矿为例，讨论了该盆地构造演化与铀成矿的关系，指出其断陷盆地构造格局控制着沉积相带的发育，构造反转有利于控矿断裂的形成，有利于层间氧化带发育和铀的活化迁移。在此基础上，指出了下一步的找矿方向。

塔木素；构造演化；构造反转；走滑断裂；砂岩型铀矿

1 大地构造背景与盆地构造单元划分

巴音戈壁盆地群处于内蒙古高原西部，东以狼山为界，西临北山，南抵北大山和雅布赖山前，北至中蒙边界及洪格尔吉山、蒙根乌拉山，属于哈萨克斯坦、西伯利亚、塔里木中朝板块汇聚区域，与西部伊犁、吐哈和东部二连、通辽等盆地的成矿构造背景都有所不同[1-5]，表现为受阿尔金走滑断裂控制下的中新生代沉积盆地。因此，研究其走滑构造背景对铀成矿的控制作用，对在该地区开展砂岩型铀矿找矿工作具有重要的意义。

巴音戈壁盆地可划分为北部坳陷带和南部坳陷带(图1)。北部坳陷带包括查干德勒苏坳陷、苏红图坳陷和拐子湖坳陷，南部坳陷带包括银根坳陷和因格井坳陷。其中，查干德勒苏坳陷又被称为狭义巴音戈壁盆地[6-10]。

2 盆地构造及其演化特征

盆内一级断裂构造使盆地形成隆坳相间的构造格局，从而控制沉积相的展布和沉积体系的组成。二级断裂控制着凹陷、凸起的形成和分布，决定了沉积相空间展布的局部细微形态。在中新生代，盆地时期的构造背景复杂，大规模走滑拉张构造背景下的左行走滑和右行走滑多次更替，多期次的构造活动控制着沉积地层和岩浆活动的空间分布，在盆地内各块段表现出明显的差异性：(1)构造活动东、西差异较大，主要表现在盆地的沉降幅度上，东部沉降幅度较大，发育银根组沉积；西部沉降幅度相对较小，无银根组沉积；(2)岩浆活动南北分区明显，以宗乃山-沙拉扎山隆起为界，北部岩浆活动强烈(存在大量的玄武岩)，南部的岩浆活动微弱；(3)构造演变的类型存在多样性，盆地西部构造反转表现为由早期的断陷沉积反转为后期(银根期)的逆冲抬升，东部表现为早期断陷沉积转为后期(银根期)的坳陷沉积。

图1 巴音戈壁盆地内部构造分区示意图Fig.1 Schematic structral zoning map of Bayingebi basin1—岩体及前中生界；2—构造分区界线；3—阿尔金断裂；4—国界线。

从早古生代早期板块的分离状态，至晚奥陶世板块发生碰撞，晚古生代末板块完全拼合，褶皱基底与前寒武纪结晶陆块双重性基底形成，研究区一直处于被动陆缘和缝合带之上[11]。 从三叠世开始，盆地进入板内构造变形阶段。

2.1 三叠纪-侏罗纪裂陷、拉分盆地发生阶段

早、中三叠世盆地处于造山期的隆升环境中，晚三叠世研究区进入造山期后的地壳拉伸松弛阶段，形成一组以北东向为主的张性断裂系统[12，13]，在断裂坳陷区形成上三叠统陆相粗碎屑沉积建造。

从侏罗纪早期开始，受燕山运动影响，塔里木板块相对于西伯利亚板块东移，受近东西向走滑断层左旋运动的影响，形成了一系列NE、NEE向拉分性质明显的盆地群，沉积了一套近物源的中下侏罗统冲积扇、扇三角洲相的岩屑砂砾岩[14-16]。

2.2 早白垩世拉分盆地全面发展阶段

从早白垩世开始，盆地继续处于伸展构造环境，在盆地边缘发育大量正断层。研究区进入拉分盆地的全面发展期，在伸展作用背景下盆地扩展相连成片，广泛接受早白垩世沉积，使下白垩统的分布范围比侏罗系广泛得多，在盆地边缘形成了巴音戈壁组下段以红色、杂色砾岩为主的冲积扇沉积(代表干旱气候背景下的快速沉积)，之后湖盆扩张，流水作用增强，气候变得温暖潮湿，形成了巴音戈壁组上段冲积扇、扇三角洲、辫状三角洲相等含有机质的粗碎屑岩沉积，构成该区重要的含铀建造层。

早白垩世晚期，盆地内部发生差异性抬升作用，使下白垩统遭到不同程度的剥蚀[18，19]。适度的构造抬升，有利于地表层含铀含氧水的渗入，铀矿化开始初始富集。同时，沿阿尔金断裂带南、北两侧发育了以碱性玄武岩为主的大面积火山岩浆活动[17，18]，促进铀的进一步活化迁移。

2.3 晚白垩世坳陷沉降阶段

早白垩世末期，随着岩浆大量喷溢和地下热能释放，区内的裂陷伸展作用终止，进入引张坳陷沉降阶段，沉积范围扩大，在盆地边缘超覆于不同时代的老地层之上。由于构造的继承性活动，沿主断裂带沉积厚度大，平面上也出现差异沉积，东厚西薄。东部查干凹陷最厚达2 000 m左右，而在西部塔木素地区沉积厚度很小，甚至不接受沉积遭受剥蚀，仅接受蚀源区含铀含氧地下水的补给。

2.4 第三纪以来的挤压抬升阶段

由于印度板块与欧亚板块相碰撞，使研究区盆地的构造应力场发生明显变化，由前期的引张变为挤压状态，从而使盆地处于挤压抬升的构造背景。盆内早期形成的层间氧化带持续向前发展，在层间氧化带前锋线形成铀矿化。

3 构造与铀成矿关系分析

3.1 铀矿化特征

构造活动控制着盆地沉积相带分布和后期水动力条件，阿尔金断裂以南的因格井坳陷塔木素地区、银根坳陷本巴图地区、乌力吉地区和阿拉坦敖包地区都显示了良好的铀成矿前景，其中塔木素是砂岩型铀矿化发育最好、找矿潜力巨大的地段。

塔木素地区以下白垩统沉积为主，从下至上分为巴音戈壁组(K1b)、苏红图组(K1s)和银根组(K1y)，研究区内缺失苏红图组和银根组地层，巴音戈壁组上段在坳陷边缘直接出露地表，为一套潮湿气候背景下的碎屑岩沉积，是砂岩型铀矿主要的含矿层。上白垩统乌兰苏海组(K2w)在坳陷中部出露。塔木素地区铀矿化的分布受沉积相控制，目前勘探区域主要为氧化带发育较充分地段，矿体平面上呈带状，剖面上呈板状、层状或透镜状，与地层界面大致平行。铀矿化多集中在氧化砂体顶底板隔水层砂岩、泥岩界面附近，或砂体内部的泥岩夹层界面附近，垂向上表现为多层矿化的特点。矿化砂岩后生蚀变强烈，主要表现为后生氧化作用和热改造作用，形成的蚀变矿物有褐铁矿、石膏、碳酸盐类等，铀矿物为沥青铀矿、铀石和含铀钛铁矿，在矿石中还见有大量金属硫化物[19]。

3.2 控矿因素分析

(1)活动构造背景下相对稳定的区域，对砂岩型铀矿的形成有利。

巴音戈壁盆地位于四大古板块的拼合部位，阿尔金断裂越过盆地中部自西向东延伸，塔木素地区位于受恩格尔乌苏缝合线和阿尔金断裂带挟持的相对稳定的区块中，后期构造反转和区域整体沉降幅度较小，构造活动适度，对铀成矿有利。

(2)伸展构造背景利于赋矿层的形成，构造反转促进氧化流体的渗入。

伸展构造背景对形成赋矿层有利，而其后的挤压反转使赋矿层掀斜，接受地表含氧水的渗入，促进铀矿化的发育。巴音戈壁盆地中生代以来发生了两期构造反转作用。

早中侏罗世拉分作用初期，盆地整体处于区域性弱伸展的构造背景下，形成了中下侏罗统含煤碎屑岩建造。中侏罗世末期的燕山构造运动第Ⅱ幕，区内结束了弱伸展构造演化，出现构造反转，并普遍缺失上侏罗统，使下白垩统与中下侏罗统形成角度不整合。这对地表含氧水的渗入有利，具备形成古层间氧化带的条件。但由于中下侏罗统地层后期受剥蚀较严重，且盆地白垩纪沉积范围扩大，中下侏罗统地层被广泛覆盖，埋藏深度变大，对找矿构成不利影响。

早白垩世时期，盆地边缘断裂活动加强，即进入强烈断陷发育时期，在盆缘一带沉积了富含有机质的碎屑岩建造。早白垩世晚期，受燕山构造运动第Ⅳ幕影响，位于巴音戈壁盆地西部的塔木素地区发生构造反转(图2)，导致巴音戈壁组上段被抬升至地表，同时产生掀斜，接受地表含氧水的补给和氧化，促进铀矿化的发育。

图2 塔木素地区综合钻孔岩性剖面示意图Fig.2 Comprehensive lithologic section of drilling in TamusuQ—第四系；K2—上白垩统乌兰苏海组；K1b2—下白垩统巴音戈壁组上段；K1b1—下白垩统巴音戈壁组下段；1—泥岩；2—粉砂岩；3—细砂岩；4—粗砂岩；5—砾岩；6—断层；7—海西晚期花岗岩。

(3)断陷盆地构造控制着目的层沉积相带的发育，有利的沉积相带为含铀含氧流体运移提供通道和矿化赋存空间。

受走滑断裂影响，巴音戈壁盆地中生代构造背景以张扭应力作用为主，形成了一系列NEE向的正断层，成为断陷湖盆的边界。断陷湖盆的构造性质决定了其沉积特征，湖盆横剖面上呈单断、箕状或双断地堑式，湖盆陡侧由于剥蚀区的不断抬升，坡陡流急、湖水较深，常发育由粗碎屑组成的冲积扇、扇三角洲、水下扇等沉积。塔木素地区所处的因格井坳陷为一双断地堑式湖盆[20]，两侧为同生沉积断层(图2)，盆缘一带以重力流、浊流等沉积了一套泥砂砾混杂堆积物，向前快速进入湖相沉积，局部存在辫状三角洲相和扇三角洲相垛体。连通性和渗透性较好的辫状三角洲前缘砂体位于NEE向控盆断裂和NW向断裂交叉处南部。此时，气候温暖潮湿，目的层中有机质发育，成为含氧流体运移和铀沉淀富集的主要场所。湖盆中间由于远离物源，水体也相对较深(为浅-半深湖环境)，形成了厚层的泥岩沉积，其高含量的有机物质对铀具有一定的吸附作用。

(4)伴随走滑断裂活动的大规模玄武岩浆作用，一定程度上加快了铀的活化迁移。

巴音戈壁盆地在早白垩世出现大规模的岩浆作用，形成苏红图组玄武岩，使盆地的找矿目的层得到热流体的改造。在镜下和电子探针分析中发现大量的绿泥石化，部分绿泥石转化为黑云母[24]。在矿石中还发现了较普遍的硒矿物与方铅矿、闪锌矿等热液成因的金属硫化物[12]。后期热改造活动在一定程度上加快了铀的活化迁移，使铀矿化进一步富集。

(5)新构造运动的持续挤压作用，使地层发生低角度倾斜，有利于地表含铀含氧水的渗入，促进铀矿化的进一步富集。

新构造运动以来，受印度板块向北俯冲以至与欧亚板块相碰撞的影响，巴音戈壁盆地以挤压构造背景为主，挤压作用使得地层发生低角度倾斜，早期形成的层间氧化带持续向前发展，进而使早期预富集地层中出现新的铀矿化。塔木素地区已测定的铀成矿年龄为111.6±8.1Ma、10.5±0.1Ma，具有多期性[23，24]。显然，晚期的成矿年龄与新构造活动时间相吻合。

4 找矿方向

巴音戈壁盆地位于中西部构造域过渡部位，在该盆地发现的塔木素铀矿床为我国在走滑构造背景下寻找有利于砂岩型铀矿的成矿区域提供了借鉴。该盆地在以后找矿过程中可以考虑以下主攻方向：

(1)活动构造背景下的相对稳定区，或稳定背景下的相对活动区是铀成矿的有利地段。

巴音戈壁盆地构造背景相对活跃，但位于其中的相对稳定地段是成矿的有利区域，后期出现构造反转，但抬升幅度不大，对含铀含氧水渗入有利，构造活动适度，对成矿和矿体的保存有利。从巴音戈壁盆地构造活动情况来看，阿尔金断裂南部地区构造活动相对较弱，后期一直保持稳定抬升，如本巴图、雅布赖地区等，是成矿的有利地段。

(2)沉积控制的有利相带主要是扇三角洲前缘或辫状三角洲前缘。

巴音戈壁盆地内部以中小型断陷为主，控边断裂为正断层，具同生断层的特点。断陷的边界往往较陡，多以冲积扇、扇三角洲、辫状三角洲沉积为主，相带分布在平面上呈朵状，顺边缘断裂分布。其中，扇三角洲或辫状三角洲前缘位置砂体连通性好，是寻找砂岩型铀矿的有利相带。

(3)中下侏罗统具备铀成矿条件，也存在制约因素。

从构造演化来看，中下侏罗统沉积时期气候温暖潮湿，后期出现构造反转，因此除巴音戈壁组上段之外，其他地层也具备成矿的基本条件，可以考虑探索。但受晚侏罗世构造剥蚀影响，现今残余面积偏小，且后期下白垩统沉积范围大，可能造成侏罗系埋深较大、露头少，增加了找矿难度。尽管如此，由于巴音戈壁盆地面积大、凹陷众多，可能仍存在一些有利的地段，尤其是在盆地南部地区，如雅布赖地区，地表可见侏罗系的铀矿化(异常)点，因此有必要开展进一步的工作。

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Tectonic Evolution Characteristics of Bayingebi Basin and Its Control on the Mineralization of Sandstone Type Uranium Deposits

ZHANG Cheng-yong1,NIE Feng-jun1,HOU Shu-ren2, WANG Jun-lin2,DENG Wei1,ZHANG Liang2

(1.EastChinaInstituteofTechnology,Nanchang,Jianxi330013,China； 2.GeologicPartyNo.208,CNNC,Baotou,InnerMongolia014010,China)

Bayingebi basin is located in the joint part among Kazakhstan,Siberia,Tarim plate and Sino Korean plate and controlled by a long active strike strip fault. This paper divided the Mesozoic tectonic evolution of the basin into four stages:foster age of Triassic-Jurassic pull-apart basin, Early Cretaceous pull-apart stage of comprehensive basin development,Late Cretaceous subsidence depression stage and compressional uplift stage since Tertiary.Tamusu sandstone type uranium deposit was discussed as a case to show the relationship between structural evolution and uranium metallization, and the strucrual inversion was found to be favourable for the development of sedimentary facies and the thermal reaction and mobilization of uranium.Finaly, direction of next step prospecting was pointed out.

Tamusu; tectonic evolution; structural inversion; slip faults; sandstone type uranium deposit

10.3969/j.issn.1000-0658.2015.03.005

本文由国家自然科学基金项目( 40972067)、东华理工大学放射性地质与勘探国防重点学科实验室开放基金项目( 2011RGET01)联合资助。

2014-01-14 [改回日期]2014-05-30

张成勇(1983—)，男，讲师，2006年毕业于东华理工大学，获硕士学位，主要从事铀矿地质和沉积学研究。E-mail：cyzh@ecit.cn

1000-0658(2015)03-0384-06

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