鄂尔多斯盆地南缘重磁场特征及其与砂岩型铀矿关系

马小雷，袁炳强，许文强，宋立军，周道琛

(1.西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安 710065;2.金堆城钼业股份有限公司,陕西西安 710077；3.核工业203研究所，陕西咸阳 712000;4.陕西省通信服务有限公司,陕西西安 710075)



鄂尔多斯盆地南缘重磁场特征及其与砂岩型铀矿关系

马小雷1,4，袁炳强1，许文强2，宋立军1，周道琛3

(1.西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安 710065;2.金堆城钼业股份有限公司,陕西西安 710077；3.核工业203研究所，陕西咸阳 712000;4.陕西省通信服务有限公司,陕西西安 710075)

鄂尔多斯盆地南部是我国重要的砂岩型铀矿产地之一。为了研究该区重磁场特征与砂岩型铀矿展布规律的关系，预测砂岩型铀矿有利区，本文在对鄂尔多斯盆地南缘重、磁资料处理与解释的基础上，推断了研究区的断裂构造，探讨了断裂构造、重磁场平面特征与已知铀矿点的关系，预测了铀矿成矿有利区。研究结果表明：研究区发育的断裂走向有NE向、近EW向、近SN向和NW向4组；已知铀矿(床)点多分布于断裂与次级断裂交汇处，重力梯级带、局部重力高边缘和磁力中低缓异常区。研究区有平凉、宜君-黄陵、彬县-旬邑3个铀矿有利成矿区。

鄂尔多斯盆地南缘 重磁场特征 砂岩型铀矿 断裂构造 成矿远景区

1 引言

地浸砂岩型铀矿因其埋藏浅、储量规模大、开采成本低和环保等特点，已成为我国目前铀矿资源勘查的主攻方向。鄂尔多斯盆地是我国重要的砂岩型铀矿产地之一(吴柏林，2005)。早在20世纪70年代末，前人就开始对鄂尔多斯盆地铀矿进行了调查，在平凉、华亭、彬县、黄陵、白水等地均发现铀矿床点，显示了盆地南部有良好的铀矿勘探远景。但鄂尔多斯盆地南部地区铀矿地质工作仍相对薄弱，尤其是鲜有从地球物理角度对该区砂岩型铀矿展布规律的研究成果(于文斌，2009)。为了研究该区重磁场特征与砂岩型铀矿展布规律的关系，预测砂岩型铀矿有利区，本文以鄂尔多斯南部为研究区，通过对研究区已有的重、磁力资料的处理和解释，探讨了砂岩型铀矿床与地球物理场之间的耦合关系，为研究区进一步预测铀矿勘探有利区提供地球物理依据。

2 地质地球物理背景

2.1 地质背景

研究区位于鄂尔多斯盆地南部，东与晋西挠褶带毗邻，西北与六盘山盆地接壤，北与陕北斜坡毗邻，南到渭河盆地。研究区内地层发育较全，地表出露第四系、新近系、古近系、白垩系、侏罗系、三叠系、二叠系、石炭系、奥陶系和寒武系等地层，仅在研究区西南部见有印支期火成岩露头。研究区基底为太古界和古元古界。

鄂尔多斯盆地四周均为褶皱山系，盆地内沉积盖层稳定。在盆地内蕴藏着丰富的石油、天然气、煤和铀矿资源，其中砂岩型铀矿发育于盆地周缘中新生界。砂岩型铀矿的成矿过程，实质是成矿流体(包括有机和无机流体)对铀源区岩石铀的活化萃取并在流体中迁移、在适合的地球化学环境中沉淀成矿的过程，因此流体成了铀成矿作用的一个“媒介”。砂岩型铀矿是盆地动力学构造演化的产物，盆地发育的断裂控制了铀源供给→富铀沉积建造的形成→流体还原、后生渗入氧化作用的发生→铀的富集、沉淀→砂岩铀矿形成的整个过程。盆地前中生界变质岩系及酸性侵入岩体铀含量高，其风化产物源源不断地向盆地内供给铀成矿物源。另外古生界天然气的形成，在后期构造作用下形成的断裂通道运移扩散，造成了一个广泛的还原环境，影响到上部地层铀矿化的富集和分布。中生代内陆盆地的演化阶段对砂岩型铀矿的形成具有重要的意义，伴随着盆地南部的构造运动，早期的断裂再次活动，而油气等还原流体沿由断裂发育起来的通道运移、扩散，提供了有利的成矿条件。盆缘总体东抬西拗的翘倾作用和早期断裂构造复活等作用形成一些相对稳定的构造斜坡带及使盆缘地带的盖层地层长期裸露地表，接受地表氧化水的渗入，对砂岩型铀矿形成有利。同时，新构造运动使烃源岩成熟生油、排烃以及深部天然气的沿断裂通道运移逸散，在周边斜坡带形成一个极强的还原环境，是铀沉淀富集的重要原因。油、气在盆地中央，其向两侧斜坡方向运移、逸散，故而也是砂岩型铀矿多分布在盆地边缘的重要原因之一(吴柏林，2005；丁晓琪等，2013；张云辉等，2014)。

图1 鄂尔多斯盆地南缘构造位置图

2.2 地球物理特征

对研究区及邻区各地层内各类岩石的密度及地层磁化率(表1)及其内铀含量进行了统计(表2)，结果如下(白勇，2012)。

研究区中生界厚度较大，侏罗系和白垩系厚度分别可达630m和1150m(表1，表2)。其中白垩系泾川组的棕红色泥岩铀含量最高，可达11.1×10-6g，罗汉洞组的深灰色粉砂质泥岩和灰绿色细砂岩铀含量也比较高。

研究区新生界、中生界、古生界和震旦系基本上为无磁或弱磁性层(表1)，而前震旦系和太古界组成的结晶基底则为强磁性层，太古界的变粒岩的磁性也较强，其磁化率最大可达5600×10-5SI，而显生宙岩石磁化率则均较低(白勇，2012)。

鄂尔多斯盆地中生代沉积物源主要来自其南部的秦岭造山带，且盆地内部中生界物源相同，因而盆地西南部的物性资料能够反映整个盆地中生界的物性特征。

3 重磁力场特征

3.1 重力异常特征

利用研究区1:10～1:20万的重力资料编绘出了研究区的重力异常图件，并进行分析(图2、4、5)。布格重力异常等值线图(图2)显示，该区的重力场值东部高，西部低，具有明显的分区性，负异常区在泾源-华亭呈NE向展布，以西呈NW向展布；以澄城县为中心NE向展布的重力高异常带，潼关-大荔为一重力低异常带；研究区西南角陇县-隆德一线为一重力低区；庆阳-富县为一北东向重力高异常带。整个区域由北东向南西重力值依次递减。研究区内重力梯级带发育。

由研究区重力场值东部高、西部低的特征分析认为，研究区基底为东部较浅，西部较深；澄城地区基底隆起，该区地表见有二叠系、石炭系、奥陶系、寒武系等老地层露头。研究区既发育重力高，也发育重力低，而且重力高、重力低之间异常值差异较大，因此推测研究区基底起伏较大，隆起与凹陷发育；由研究区发育的密集梯级带，推测研究区内断裂发育、构造复杂。

3.2 磁力异常特征

在对研究区1:20～1:50万的航磁测量资料处理的基础上，编绘出了研究区的航磁异常图件(图3、6)。

航磁ΔT异常化极处理参数为：地磁倾角53.5°、地磁偏角-2.69°。研究区航磁ΔT化极异常显示该区构造线为NE向展布，西部崇信-泾川一带、东部合阳、澄城一带为磁力高；研究区中部广大区域为一平缓的NE向磁力低；泾源-华亭-陇县

图2 鄂尔多斯盆地南缘布格重力异常图

表1 鄂尔多斯盆地西南部地层密度及磁化率参数表Table 1 Stratum density and magnetic susceptibility in the south of Ordos basin

表2 鄂尔多斯盆地西南部中生界铀含量表Table 2 Table of content of Mesozoic Uranuim in the southwest of Ordos basin

图3 鄂尔多斯盆地南缘航磁ΔT化极异常等值线图

一线为一NW向的磁力低；潼关地区为一近EW向的磁力低。宏观上看，整个研究区磁力异常等值线在麟游-华亭以东呈NE向条带状、高低相间分布，在麟游-华亭以西则为一北西向的磁力低。

磁异常特征是推断研究区发育磁性体的依据，而磁性体的发育主要与岩浆活动、构造作用、基底隆起等有关。合阳、澄城一带幅度较强的磁力高，结合该区重力场表现的高值特征，以及在向上延拓30km的航磁ΔT化极区域异常图上磁力高依然反映明显特征，推测该区幅度较强的磁力高为基底隆起的反映。崇信-泾川一线的磁异常，在向上延拓后异常变化不明显，结合该区的重力异常较为平缓、磁异常强度较大特征，推测此处可能由于磁异常可能为岩浆岩反映。

4 断裂构造

为了提取断裂构造信息，对重磁场分别进行了垂向二阶导数、水平0°、45°、90°、135°方向一阶导数及水平总梯度计算，并结合布格重力异常、航磁ΔT化极异常及局部磁力异常等图件，在此基础上，结合分析地质背景以及在研究区完成的钻井、地震和前人的研究成果，对研究区的断裂构造体系进行了推断(图4)。

图4 鄂尔多斯南缘断裂与重力水平总梯度异常叠加图

结果显示，研究区存在断裂52条，呈NE、近EW、近NS向和NW向展布，其中主干断裂3条，分别为F1、F2和F3，次级断裂49条。区内断裂交错复杂，形成了在NE向区域构造的基础上，近EW和NE向构造斜交分布的构造格架。由断裂的空间分布来看，NE向大断裂被近EW向和NW向断裂切割。

4.1 渭北隆起北缘断裂(F1)

位于渭北隆起北缘是渭北隆起和陕北斜坡的分界断裂，总体呈NE走向。该断裂为逆断层，规模大，在灵台附近走向EW向，往东在宜君一带走向为NEE向。黄龙地区该断裂倾角比较陡，地表出露部分三叠系，而该断裂带以北地区地层平缓，呈现由北向南的斜坡，变形微弱；以南地区则变形明显增加。

4.2 北山南缘断裂(F2)

该断裂是北山与渭河盆地的分界线，是渭河盆地的北部边界断裂，断裂北部古生界和中生界中发育逆断层，断裂南侧渭河盆地，地表为第四系覆盖。该断裂自西向东分为三段，西段是从岐山到淳化，由一系列北东向的断层组成；中段是铜川到白水，倾向北东向；东段是从合阳到河津之间，此段断裂表现为高角度断层，二叠系、石炭系、奥陶系、寒武系、太古界出露于地表，断裂两侧的新生代沉积厚度相差巨大，逆掩断层和背向斜发育(权新昌，2005)。该断裂不仅是两盆地的分界线，而且控制了岩浆岩带的空间展布。

4.3 固原-宝鸡断裂(F3)

固原-宝鸡断裂带走向为NW向，该断裂是鄂尔多斯盆地与北祁连-北秦岭推覆构造系的分界断裂。该断裂在重力图上由固原到千阳之间显示不明显，在千阳-宝鸡则在重力梯级带显示明显(白勇，2012)。该断裂不仅是鄂尔多斯盆地的分界线，而且控制着平凉一带物源沉积体系的展布。该断裂为基底大断裂，反应的主要是深部的信息，而基底断裂对能源矿产的形成具有控制作用，基底断裂为深部流体的运移提供了良好的通道(潘爱芳等，2005)。

5 断裂构造与铀矿分布的关系

砂岩型铀矿是指产于大陆内部或其边缘地质时代不同的沉积盆地中与碎屑沉积建造和火山碎屑沉积建造有关的铀矿床(李子颖，2009)。断裂在铀成矿过程中起到了非常重要的作用，断裂构造的发育往往决定着铀成矿的规模、展布方向及范围。

从宏观来说断裂控制着后生还原灰色带的分布，制约着铀矿化发育规模，断裂在深部油气等还原流体沿反转断裂及其断穿砂体向上运移过程中，对断层上盘物性较好的渗透性砂岩层进行广泛的后生还原改造。由于断裂的构造活动使岩石遭受破坏和碎裂，产生大量裂隙，形成一个减压的物理环境，导致含铀、含氧地下水沿着裂隙定向流动，使断裂构造带成为排泄区，构成地表水和地下水供-排循环系统。同时，盆地内的烃源岩产生的深部还原性流体在地下高压作用下，也将沿断裂构造形成的裂隙向地表及与断裂沟通的上部砂体中运移扩散，从而为深部还原性流体与浅部含氧、含铀水的相互作用及氧化还原过渡带的形成创造了条件。

从局部来说断裂的发育切穿渗透层，使层间水补给—径流—排泄系统不断完善，对局部层间氧化带的发育十分有利，断裂发育所形成的裂隙有利于大气降水及其它补给水顺目的砂岩层向深部渗入，发生渗入氧化作用。局部层间氧化带发育程度是砂岩型铀矿能否形成的关键，决定着砂岩型铀矿的形成规模。同时，在浅部含氧含铀水与沿反转断裂上升的深部还原流体交互作用形成氧化-还原过渡带，断裂带往往成为局部排泄源，在断裂控制作用下，铀元素在适宜的氧化还原过渡带沉淀富集，在过渡带发生铀成矿作用，促使一些铀矿点及矿化异常点沿断裂分布，铀矿体的空间展布往往夹持在两条断裂之间，并靠近其中的某一条断裂(赵军龙等，2009；于文斌，2009)。

从图4可以看出，渭北隆起北缘断裂(F1)控制了研究区内的大部分铀矿床点分布，在彬县、旬邑和宜君一带的铀矿点明显沿着该断裂两侧分布。在宜君、黄陵地区该断裂与NW向次级断裂的交汇处发育大量铀矿床点，该断裂为研究区北部的铀矿床点的发育提供了一个良好的成矿环境。北山南缘断裂(F2)控制了澄城一带的高磁异常展布，该区铀矿床点都分布于该断裂与次级断裂的交汇处。固原-宝鸡断裂(F3)与次级断裂的交汇处分布了大量铀矿床点，从平凉到华亭一带的铀矿床点，基本上沿着该断裂延伸方向分布于其一侧，该断裂是平凉一带铀矿床点发育的主控因素。

由上述断裂与铀矿分布特征可以看出，研究区已发现的铀矿床点基本都分布在断裂的两侧及多组断裂交汇部位，研究区内的三条主要断裂明显控制着铀成矿区带，其矿化点基本分布于F1、F2、F3三条主要大断裂两侧。因为断裂构造的穿切部位是铀成矿物质富集的有利部位，断裂可供含铀溶液运移的通道和可沉淀的场所，尤其是多组断裂交汇的部位(杨合群等，2014)。研究区附近铀丰度较高岩浆岩的分布也受到断裂的控制，表明岩体和铀矿具有相同的渊源。研究区发育的断裂为地下含铀水、天然气还原剂的运移提供了通道，为铀成矿提供了良好的成矿条件(田成等，2007)；研究区附近铀丰度较高岩浆岩的分布也受到断裂的控制，为研究区内的铀成矿提供了铀源条件(于文斌，2009)。

6 重磁场特征与铀矿分布的关系

在对重磁场采用滑动平均滤波法进行了分离基础上(袁炳强等，2015)，求取了研究区剩余重力异常(图5)。可以看出，研究区已发现的铀矿床点基本上都分布在局部重力高的边缘部位，即位于重力高值向重力低值变化的过渡带中，只有个别的铀矿床点分布于局部的重力低异常区(图5)。这些已发现的铀矿床(点)都分布在盆地边缘地带的隆起区或者是盆地内构造单元的分区线附近的局部重力高异常区域，由此推测矿床点和盆地局部隆起之间有密不可分的关系。由前面可知断裂对铀成矿有着重要作用，而不同级别的断裂构造在重力场中有着与之相对应的显示；一般而言重力梯级带变化较大的、等值线两边差异比较大的是深大断裂的体现，在剩余重力异常中的不同性质的重力异常分界线是次一级的断裂反映，而已发现的矿床点主要分布在次一级的断裂的交汇处(图5)，故剩余重力异常是寻找铀矿床的关键因素。

图5 鄂尔多斯南缘剩余重力异常与铀矿床(点)的分布及成矿远景区叠加图

利用航磁资料可圈定隐伏和半隐伏岩体，推断火山构造并分析和提取有利于铀成矿的地质构造。从图6中可以看到，大多数铀矿床点分布在由高磁异常向低磁异常过渡的地带，只有个别铀矿床点分布在磁异常高值区附近，而在航磁异常高值区没有发现分布有铀矿床点。铀成矿过程中，需要强还原性物质才会使铀沉积下来，磁黄铁矿和磁铁矿这些磁性物质在成矿流体中是作为还原性物质存在的，最终它们会被氧化成黄铁矿和铁矿物，这种去磁作用在航磁图上形成明显的负磁异常区，而在负磁异常的边缘，磁性矿物得到补充，继续使流体达到强还原状态，这样才使铀不断发生沉淀，最终聚集成矿(汪远志等，2012；舒孝敬，2004；封志兵等，2014)。故铀矿(床)点大多形成在高磁异常向低磁异常过渡的区域，并靠近负磁异常区域。

7 成矿远景区预测

如前面所叙述，在探讨研究区砂岩型铀矿与重磁场之间关系的基础上，利用重磁场特征划分研究区的断裂体系，以及铀矿床在重磁场中的特征来寻找新的铀矿床点。断裂在铀成矿过程中是必不可少的因素，从铀成矿所需的铀源供给到富铀沉积的形成，再到含铀流体的还原、后生渗入氧化作用的发生，到最后铀富集、沉淀聚集成矿的整个过程，断裂都是必不可少的因素。从剩余重力场中可以看到，研究区内的部分区域局部重力高发育，重力梯级带发育密集。

通过以上所述，认为研究区内有以下3个成矿远景区(图5)。

平凉远景区：位于平凉到镇原一带，呈北西向展布，构造上处于鄂尔多斯盆地、六盘山盆地与渭河盆地的交界处，发育稳定。该区局部重力高发育，断裂发育密集，断裂交错分布，发育有固原-宝鸡大断裂，为铀成矿提供了良好的成矿环境；同时该区附近产有西峰油田，侏罗系油田大量发育，为铀成矿提供了良好的氧化还原环境。

图6 鄂尔多斯盆地南缘航磁ΔT异常与铀矿床(点)分布叠加图

黄陵-宜君-铜川一线远景区：位于研究区东南部铜川一线，构造上处于陕北斜坡、渭北隆起和渭河盆地的交界处，发育有稳定的构造斜坡带(李晓翠等，2014)；紧邻韩城一线古老基底出露区，该区域局部重力高发育，并且断裂发育，错综复杂交织成网状，渭北隆起北缘断裂和北山南缘断裂两条大断裂穿过该矿区；同时周边直罗油田发育，油气沿着断裂形成的通道上涌，为铀成矿提供还原环境。

彬县-旬邑远景区：位于研究区中部，呈东西向展布，构造上处于陕北斜坡、天环坳陷、渭北隆起的交界处，发育有大量的构造斜坡带，局部重力高发育，区内的彬县一带已发现明显的铀矿化集中区(任中贤等，2014)，区内受渭北隆起北缘大断裂的控制，次要断裂发育交汇，为油气作为还原剂提供了相应的通道，也为铀的后生改造成矿创造了条件。

8 结论

(1)研究区发育的断裂按走向可分为NE、近EW、近NS向和NW向，其中F1、F2、F3这3条主要断裂控制了铀矿点的分布走向。

(2)研究区内的铀矿化点在平面上的分布特征为：分布于主要断裂的两侧及主要断裂与次一级的断裂交汇处；在重力异常图上位于重力高向重力低过渡的区域，即都分布在重力高的边缘部位；在磁力异常图上位于高磁异常向低磁异常过渡的区域。

(3)重磁场特征可为铀矿床的预测提供一定的指示作用，利用重磁场划分的断裂体系是铀成矿的重要因素。研究区有平凉、宜君-黄陵、彬县-旬邑3个成矿远景区。

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The Relationship between Features of Gravity and Magnetic Field and Sandstone-Type Uranium Deposits in the South of Ordos Basin

MA Xiao-lei1,4,YUAN Bing-qiang1,XU Wen-qiang2,SONG Li-jun1, ZHOU Dao-chen3

(1.SchoolofEarthScienceandEngineering,Xi’anShiyouUniversity,Xi’an,Shaanxi710065;2.JinduichengMolybdenumGroupCo.,LTD，Xi’an，Shaanxi710077;3.No.203ResearchInstituteofNuclearIndustry,Xianyang，Shaanxi712000;4.ShaanxiCommunictionServices,LTD,Xi’an,Shaanxi710075)

The southern Ordos basin is one of the important producing areas of sandstone uranium deposits. This work aims to reveal the relationship between the characteristics of the gravity and magnetic field and uranium deposits and infer the favorable areas of sandstone-type uranium deposits in the south of the Ordos basin. Based on the gravity and magnetic data processing and interpretation, we discussed the fault structures and the relationship of planar distribution features of gravity and magnetic field with the discovered uranium spots, and predicted the favorable areas of uranium deposits. The results show that the main faults in this area can be divided into four groups: NE-trending faults, nearly EW-trending faults, nearly SN-trending and NW-trending faults. The discovered uranium ore spots are generally distributed in the intersection of faults and secondary faults, gravitational gradient zone, residual gravity anomaly highs and the middle-low aeromagnetic anomaly areas. Three predicted favorable areas for uranium deposits are Pingliang, Yijun-Huangling and Bingxian-Xunyi.

south of Ordos basin, features of gravity and magnetic field, sandstone-type uranium deposit, fault structure, ore prospecting area for uranium

2016-01-20；

2016-06-18；[责任编辑]郝情情。

陕西省教育厅专项科研计划项目(编号：14JK1579)和中国地质调查局资源调查与评价项目(编号：12120113040300-03)联合资助。

马小雷(1988年—)，男，2013年毕业于西安石油大学，获学士学位，在读硕士生，现主要从事应用地球物理方面的研究工作。E-mail：15129061889@163.com。

P631.2

A

0495-5331(2016)04-0647-10

Ma Xiao-lei, Yuan Bing-qiang, Xu Wen-qiang, Song Li-jun, Zhou dao-chen. The relationship between features of gravity and magnetic field and sandstone-type uranium deposits in the south of Ordos basin[J]. Geology and Exploration, 2016, 52(4):0647-0656.