腾格尔坳陷西南缘水文地质及放射性水化学特征

林效宾，李西得，邹耀林，谢惠丽，陶思远

（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）

腾格尔坳陷西南缘水文地质及放射性水化学特征

林效宾，李西得，邹耀林，谢惠丽，陶思远

（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）

腾格尔坳陷整体被浑善达克沙漠所覆盖，地质勘查程度较低，尤其是水文地质工作相对薄弱，很多地区处于空白状态。通过对腾格尔坳陷区域水文地质调查与研究，分析了坳陷西南部水文地质条件及放射性水化学异常特征。在参考二连盆地其他坳陷各类型铀矿床成矿地质、水文地质条件及放射性水化学异常特征的基础上，结合前人研究成果，圈定出6片铀水文地质成矿远景区。

腾格尔坳陷；水文地质条件；放射性水化学；砂岩型铀矿床

二连盆地的乌兰察布坳陷和马尼特坳陷作为我国6个一类铀矿基地之一，目前已发现多个泥岩型铀矿床及砂岩型铀矿，其中努和廷已成为我国特大型泥岩型铀矿床。随着赛汉高毕、巴彦乌拉等铀矿产地相继突破，已构成大型规模的巴彦乌拉—塞汉高毕—齐哈图日格“串珠状”铀矿带［1-4］。与上述两个坳陷比较，相邻的腾格尔坳陷因投入工作量有限，至今仍无新的突破。笔者在前人工作的基础上，对腾格尔坳陷西南缘的水文地质条件及放射性水化学进行了调查分析，以期能为铀矿勘查工作进一步优选方向。

1 区域地质概况

腾格尔坳陷位于二连盆地的东南部，由北部的苏尼特隆起及南部的温都尔庙隆起所夹持。前人根据重、磁、电数据解释成果将腾格尔坳陷划分为7个凹陷和7个凸起。研究区范围涵盖腾格尔坳陷西南缘的翁贡乌拉，赛汉乌力吉及布图莫吉3个凹陷及部分凸起地区（图1）。区内构造主要发育有EW，NENEE、NW和NWW向4组走向断裂，包括基岩深大断裂，基底断裂及盖层断裂。地层基底主要为太古宇、元古宇中高级变质岩，元古宇、古生界中、低级变质岩和侏罗系含煤碎屑岩建造、火山岩建造等；盖层包括白垩系灰色、灰绿色砂砾岩、砂岩和新近系河湖相泥岩、泥质砂岩、砂砾岩等［5］。

2 腾格尔坳陷西南缘水文地质特征

腾格尔坳陷西南缘3个凹陷的水文地质条件相对独立。其中新生代沉积物来源于南、西南侧的蚀源区，自白垩纪到新近纪晚期，沉积（地下水汇聚）中心一直位于各次凹陷的中间部位。自第四纪以来，由于南部抬升，沉积中心北移，现在地下水的排泄区（源）向北东或北西迁移。

2.1 地下水含水层类型

根据地下水赋存条件及水力特征，将研究区地下水划分为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水和基岩裂隙水3大类型。

2.1.1 松散岩类孔隙水含水层

此处所指为第四系松散岩类孔隙水含水层。可细分为：全新统风积沙孔隙潜水含水层，分布在研究区北部，呈东西向展布，含水层主要为黄褐色粉细砂和中细砂；全新统湖积砂孔隙潜水含水层，分布在区内西北部及南部的查干诺尔—呼和诺尔、戈壁诺尔等地，含水层为淤泥质砂；全新统冲洪积砂砾石孔隙潜水含水层，分布于区内间歇性河床及古河道内，含水层主要为中粗砂、砂砾石。

图1 腾格尔坳陷构造分区及研究区范围图（据苟瑞祥［6］修改）Fig.1 Map of showing the structural unit division and study area of Tengger depression（Modified after GOU Ruixiang［6］）

2.1.2 碎屑岩类裂隙孔隙水

1）中新统顶部泥岩裂隙潜水含水层

分布在研究区西南部地区。以泥岩裂隙潜水为主，含水层分布不连续，富水性在不同地区有一定的差异。

2）中新统底部砂砾岩裂隙孔隙承压水含水层

含水层不连续，地下水埋深、厚度、涌水量等各地区差异较大。

3）下白垩统巴彦花群砂砾岩裂隙孔隙含水层

主要分布在各个凹陷之内，埋深多大于200 m，该含水层涌水量较大，据少有的几个水文地质勘探孔现场调研，承压水位埋深一般20～60 m，矿化度在4～16 g/L，水质呈黄红色，并伴有异味。

2.1.3 基岩裂隙水

主要分布于研究区的南缘及西北部，可分为层状岩类裂隙水含水层、火山岩裂隙含水层及侵入岩类块状岩类裂隙水。因本次调研涉及较少，此处不详述。

2.2 地下水水动力特征

2.2.1 补给条件

南部及西部基岩山区为研究区承压含水层的主要补给区，补给区内地形起伏、高差悬殊、沟谷发育、植被稀少等特点，致使降雨流失而不易渗入［7］。丘间盆地及宽谷洼地是地下水的径流区，亦是3个凹陷的重要补给区。凹陷内沙漠覆盖区，砂体疏松透水，地形平坦、是降雨入渗与潜水赋存的良好地段。布朗戈壁凸起、乌尔塔查干凸起地势相对较高，对凹陷亦起到补给作用，但因降水量有限，浅层地下水匮乏，补给强度较小（图2）。

2.2.2 径流条件

图2 腾格尔坳陷西南缘地下水水位等值线Fig.2 Contour map of groundwater table in the southwest of Tengger depression

基岩山区接受降水渗入补给后，沿沟谷自高而低运动，一部分补给潜水，一部分补给承压水：潜水总的径流方向与河谷延伸方向一致，径流条件随河谷的变化而变化，沟内沉积物颗粒粗，坡降大，地下水径流条件相对较好，至北部坳陷区后坡度变小，径流变慢，流动形式亦由沟谷中心的线状流动至沟口变为放射状散流，从而补给盆地和洼地中的地下水。承压水总的径流方向亦和潜水一样，沿河谷自上而下径流，最后排泄于北部坳陷内。

进入坳陷后，浅层地下水主要沿新近系古河道（谷）径流。凹陷内古河道主要发源于南缘丘间断陷盆地，其展布严格受新构造运动的控制，呈近东西向和北东向展布，根据遥感解译成果及现场勘查，河谷走向与坳陷内排水、汇水带较为一致［8］。河谷内沉积物主要来自南缘温都尔庙隆起及部分凸起，由新近系河湖沉积的砂岩、砂砾岩、泥岩及第四系松散沉积物和冲-洪积物组成。其地下水位埋深较浅，水质良好，矿化度较低。

白垩系承压水则主要沿各凹陷沉积中心径流，受布朗戈壁凸起抬升影响，推测布图莫吉凹陷白垩系承压水整体由南东向北西方向径流，即由东部的断阶带向西部的斜坡带以承压的方式径流。赛汉乌力吉凹陷及翁贡乌拉凹陷因受两侧凸起影响基本沿凹陷中部洼槽由南西向北东径流，与浅层地下水径流方向基本一致（图2）。凹陷内白垩系地下水承压性较好，在翁贡乌拉凹陷霍博日村见有白垩系自流井，承压水头高出地表约1.5 m，流量约0.5 L/s。

2.2.3 排泄条件

本区排泄主要形式为蒸发及径流排泄，蒸发排泄区主要位于众多的大小诺尔及线状分布的古河道内。布图莫吉凹陷以蒸发排泄为主，排泄区位于查干诺尔凸起西北部诺尔分布地带；赛汉乌力吉凹陷沿北部新近系古河道地带存在蒸发排泄，同时与北部的都日木凹陷和东北部的额尔登凹陷存在径流排泄；翁贡乌拉凹陷主要径流排泄于东北部的额尔登凹陷。

其次，区内星罗棋布的民（机）井、自流井也是区内地下水排泄的方式之一。另外，北中部的中央深大断裂附近见有多个气井，且地表有串珠状湖泊呈北西向在断裂附近分布，说明其有可能为导水断裂，沟通了上、下含水层间的水力联系，构成了凹陷内深层地下水的排泄通道。

2.3 水文地质分区及特征

根据水文地质分区原则，进行两级分区：一级大区，主要考虑对区域水文地质有控制作用的大的地貌和大地构造单元，并按能反映上述特点的区域地理名称而命名，分为内蒙古高原水文地质区（A）和阴山山地水文地质区（B）；二级亚区，主要考虑影响地下水赋存的中小地貌和地质构造，在A区内又划分出布图莫吉凹陷水文地质亚区（A1）、赛汉乌力吉凹陷水文地质亚区（A2）及翁贡乌拉凹陷水文地质亚区（A3）（图3），B区因工作量有限，未进行详细划分。

1）内蒙古高原水文地质区（A）

位于研究区北部荒漠戈壁及沙漠区，表层含水岩系为新近系及第四系风成砂、湖积砂砾层，含水层结构松散，厚度一般大于30 m。区内凹凸的构造格局，将其划分成了3个补-径-排体系相对独立的亚区。地下水主要接受大气降水和南部阴山山地地下水的补给，凸起补给区多为戈壁滩，潜水不发育，补给有限；排泄主要以湖泊、古河道及沙丘间湿地蒸发及凹陷间径流为主，潜水水位在排泄区埋深一般1.23～4.20 m。各亚区地下水分布概况见前述章节。

2）阴山山地水文地质区（B）

位于内蒙古高原水文地质区的南部，为研究区内地下水的补给径流区。根据岩石的水理性质及与其相应的含水岩系，可划分为基岩裂隙水及松散岩类孔隙水两种地下水类型。

3 放射性水文地球化学异常特征

研究区内重心主要在腾格尔坳陷西南缘的3个次级凹陷内，所采集的地下水样品主要分布第四系、新近系松散沉积层（个别井孔为白垩系承压水）。水中铀采用NexION300D等离子体质谱仪进行分析，水中氡气采用FD216环境氡测量仪现场分析。

以第四系、新近系松散沉积层潜水或承压水及个别白垩系井孔承压水作为一个统计单元。水中铀及氡气含量均符合对数正态分布（图4、5），底数值和异常值下限的确定采用迭代法确定 （以对数平均值加上两倍的对数标准差为上下界，剔除极小值及极大值），将计算得出的标准差的1、2、3次方之乘积分别定为偏高、增高、异常值下限（表1）。

图4 水中铀浓度频率统计直方图Fig.4 Statistical frequency histogram of uranium concentration in water

图5 水中氡气浓度频率统计直方图Fig.5 Statistical frequency histogram of radonconcentration in water

通过初步统计，全区共发现水中铀异常点17个、氡异常点16个，其中包括3个铀氡重合点，异常点较为分散，无明显浓集中心。按照放射性水异常的成因类型，可分为蒸发浓缩成因的水异常、岩性有关的水异常和岩性构造控制的水异常3种类型。

根据放射性异常划分原则［9］，按异常类型可划分为单铀水型异常片7个、单氡水型异常片4个、铀氡水型异常片3个。按异常级别全区共划分出ⅱ类 （较有远景的）异常片4个，ⅲ类 （远景不明的）异常片6个，ⅳ类（无意义的）异常片 4个 （图 6、7，表 2）。其中部分ⅱ类水异常片，异常系数未达到划定要求，但因其成矿水文地质条件较好，暂将其列为ⅱ类。

表1 腾格尔坳陷西南缘水中铀、氡含量统计计算Table 1 Statistical calculation of groundwater uranium and radon in the southwest of Tengger depression

4 铀水文地质成矿远景区预测

对比巴彦乌拉—塞汉高毕—齐哈图日格“串珠状”铀矿带的成矿地质条件，腾格尔坳陷铀矿勘查应以下白垩统赛汉组上段为主要目的层，寻找可地浸古河道砂岩型铀矿床［2-4，10］。古河道砂岩型铀矿因在成矿期后多形成泥盖或玄武岩盖保护层，致使成矿期后的水文地质条件、水文地球化学环境发生了显著的变化［11］，但根据笔者对二连盆地其它坳陷铀矿床成矿水文地质条件及水文地球化学异常形成机理研究发现，现代水文地质条件对古水文地质条件具有一定的继承性，且已发现的铀矿床受现代地下水补-径-排条件的影响，其上部或矿体地下水径流下游方向均有放射性水化学异常显示，因此在资料较为匮乏的普查阶段，水文地质条件及放射性水化学特征对勘查方向具有一定的指导意义［12-13］。根据对腾格尔坳陷西南缘水文地质条件、放射性水化学异常的初步认识，依据相关规范［9］，结合前人成果资料，将研究区划分出2个Ⅰ级、2个Ⅱ级、2个Ⅲ级共计6个铀成矿水文地质条件远景区（图8）。

图6 腾格尔坳陷西南缘水中铀异常Fig.6 Map of groundwater uranium abnomalies in the southwest of Tengger depression

图7 腾格尔坳陷西南缘水中氡异常Fig.7 Map of groundwater radon abnomalies in the southwest of Tengger depression

4.1 Ⅰ级铀成矿水文地质条件远景区

Ⅰ-1：翁贡乌拉中部Ⅰ级铀成矿水文地质条件远景区段，包括U2、U4-Rn4两个放射性异常片。1）U2铀水型异常片，位于翁贡乌拉凹陷径流-排泄区，地下水沿凹陷中心自西南向东北方向径流，至此处深部承压水受乌尔塔查干凸起阻隔影响，沿断层上升补给浅层地下水，形成了铀水异常。此片异常地下水矿化度较低，氧化还原电位小于零，可排除蒸发浓缩形成的铀水异常，最有可能引起此异常的因素是流经此处的深层承压地下水在径流过程中通过了富铀地质体，因此在径流方向的上游具有铀成矿的可能性；2）U4-Rn4铀-氡水型异常片，铀水异常点受矿化度影响较小，可排除蒸发浓缩的因素。根据地下水补-径-排条件推断，铀成矿的有利区域应位于异常片的东南部的补给-径流区，有限的钻孔资料显示该区域成矿目的层砂体发育，并见有铀异常层位［5］，且凹陷西南部蚀源区内的地下水铀含量较高，可为铀成矿提供充足的铀源。

Ⅰ-2：赛汉乌力吉凹陷中南部Ⅰ级铀成矿水文地质条件远景区段，包括一个铀氡水型异常片（U9-Rn3）。根据前人资料，该区找矿目的层砂体发育，新近系古河道发育［5，8］，根据构造继承性特点，其在白垩系沉积时亦可能为古河道分布地段，在地下水径流方向上具有形成古河道砂岩型铀矿的潜力。

4.2 Ⅱ级铀成矿水文地质条件远景区

Ⅱ-1：布图莫吉中东部Ⅱ级铀成矿水文地质条件远景区段，包括一个氡水型异常片（Rn2），该区地下水较为匮乏，缺少水化学数据。所采集的样品矿化度均较低，可排除由蒸发浓缩作用形成的铀产生的氡气异常，且地面土壤氡气测量亦发现有异常显示。分析认为该区域为布图莫吉凹陷的补给-径流区，找矿目的层砂体发育，具有形成层间氧化带型或古河道砂岩型铀矿的潜力。

Ⅱ-2：布图莫吉北西部Ⅱ级铀成矿水文地质条件远景区段，包括U6、U7号两个铀水型异常片，属布图莫吉凹陷地下水排泄中心，水中铀浓度与矿化度存在正相关关系。U7号异常沿盖层与基底交界部位展布，而交界部位恰是西南部承压地下水的排泄带，因此推断地下水排泄中心的下部可能发育有沉积成岩型或蒸发浓缩型的铀矿体。

表2 腾格尔坳陷西南缘放射性水化学异常片统计Table 2 Statistics of radioactive hydrochemical abnormalies in the southwestof Tengger depression

4.3 Ⅲ级铀成矿水文地质条件远景区

Ⅲ-1：位于赛汉乌力吉凹陷的东北部，与都日木凹陷和额尔登苏木凹陷交界的地区，有1个单氡水型异常片（Rn1），主要为沙漠覆盖区，异常点均为机井，含水层位于新近系地层中，位于第四系风成砂中的大口井见有两个增高点。根据现有资料不能判别异常片是否由断裂构造引起，其找矿远景不清，后期需根据前人资料、水化学及同位素分析数据综合判别。

Ⅲ-2：位于赛汉乌力吉凹陷北洼槽内，包括1个单铀型异常片（U3），异常呈近南北向长条状，主要沿新近系古河谷分布，与赛汉乌力吉凹陷的排泄中心相吻合。片内矿化度普遍偏高，且水中铀浓度与矿化度存在正相关关系，因此推测该异常片与蒸发浓缩作用形成的铀水异常有关，异常的下方可能发育有沉积成岩型或蒸发浓缩型的铀矿体。

图8 腾格尔坳陷西南部铀水文地质成矿远景区Fig.8 Zones of uranium hydrogeological metallogenic prospect in the southwest of Tengger depression

5 结论

1）将研究区划分为内蒙古高原和阴山山地2个水文地质区，其中内蒙古高原水文地质区又划分为了3个水文地质条件相对独立的水文地质亚区，其地下水补-径-排条件具有各自特征：布图莫吉凹陷水文地质亚区地下水整体由南东向西北方向径流，排泄于查干诺尔凸起西北部；赛汉乌力吉凹陷水文地质亚区地下水主要沿凹陷中部沉积中心自南西向北东方向径流，蒸发排泄于北东部新近系古河道内或径流排泄于都日木凹陷及额尔登凹陷；翁贡乌拉凹陷水文地质亚区地下水主要沿凹陷中部沉积中心自南西向北东方向径流，主要径流排泄于额尔登凹陷；

2）在地质、水文地质条件和放射性水化学研究的基础上，对比二连盆地其它坳陷铀矿床成矿水文地质条件及放射性水化学异常形成机理，圈定出了6片铀水文地质成矿远景区段；

3）通过对腾格尔坳陷西南缘水文地质条件及放射性水化学条件系统分析，认为腾格尔坳陷西南缘具有形成古河道砂岩型铀矿床及沉积型铀矿床的有利条件，但因该地区面积大、地质工作程度较低，应加强相关的分析研究。

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Characteristics of hydrogeology and radioactive hydrochemistry in southwest of Tengger depression，Erlian basin

LIN Xiaobin， LI Xide， ZOU Yaolin，XIE Huili， TAO Siyuan
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resource Exploration and Evaluation Technology， Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China）

Due to the cover of Hunshandake desert，and its geological exploration degree in Tengger depression was low， especially the hydrogeological work， many areas was in the blank state.On the basis of areal hydrogeological investigation and research，the hydrogeological conditions and water chemical characteristics in Tengger depression were analyzed in the southwest of the depression.With the reference to uranium deposit ore-forming geological and hydrogeological conditions and radioactive hydrochemistry anomaly characteristics in other depression of Erlian basin，by the comprehensive study of the 6 zones of uranium hydrogeology metallogenic prospect were predicted.

Tengger depression； hydrogeology conditions； radioactive hydrochemistry； sandstone type uranium deposit

P619.14；P641.3

A

1672-0636（2017）04-0207-10

10．3969/j．issn．1672-0636．2017．04．004

中国地质调查局地质调查子项目 “二连盆地腾格尔坳陷铀矿资源远景调查”（编号：12120115018301）资助。

2016-09-20

林效宾（1984— ），男，山东菏泽人，工程师，主要从事铀矿水文地质工作。E-mail： linbin58@126.com。