鄂尔多斯盆地南部双龙地区铀成矿特征分析

2018-03-23彭小华曹惠锋刘厚宁

世界核地质科学 2018年1期

彭小华，曹惠锋，刘厚宁

（中陕核工业集团地质调查院有限公司，西安 710100）

鄂尔多斯盆地是中国中西部重要的能源盆地之一，面积约25万km2。该盆地内矿产资源丰富，除赋存丰富的煤炭、石油、天然气外，还产有较多的油页岩、褐铁矿、铝土矿、黏土矿、盐矿等矿产资源和丰富的地下水资源，是我国最主要的能源基地，同时也是重要的砂岩型铀矿基地之一［1］，盆地中生界砂岩具有良好的铀成矿远景［2］。但其南部地区仅发现店头铀矿床、白水铀矿点和其它一些矿化异常点，因此该地区仍具有较大的找矿空间和成矿潜力。作者通过研究该地区煤田勘查资料，依据项目开展的深部钻探验证工作的岩心资料、测井资料和样品测试结果等，分析双龙地区铀成矿特征，从而总结铀成矿作用，为下一步勘查开发提供科学依据。

1 铀成矿地质背景

双龙地区位于渭北隆起中的店彬褶皱带与陕北斜坡带的过渡部位（图1）。区内构造活动较弱，前人对该区延长组顶部和延安组顶部构造的研究表明［3］，渭北隆起中生代以来构造明显受到燕山期渭北隆起断裂构造带形成的影响，在中部宁县—正宁间略呈坳陷状态，向渭北隆起北部和黄陵方向隆起形成黄陵鼻隆，位于鼻隆一侧的双龙—店头地区地层总体向西缓倾，倾角一般小于5°，发育一系列北东向展布的舒缓开阔的小型褶曲，断裂构造不明显。

图1 黄陵双龙地区区域地质图（据陈宏斌等，2006）Fig.1 Regional geological map of Shuanglong area，Huangling county （After CHEN Hongbin， 2006）

区内主要发育一套中生代陆相地层，自下往上依次为上三叠统延长组（T3y）细碎屑岩（局部见油气显示）、中侏罗统延安组（J2y）含煤碎屑岩和直罗组（J2z）河流相碎屑岩。下白垩统志丹群（K1z）直接不整合覆盖在直罗组之上，为一套干旱气候条件下形成的紫红色、桔红色块状粗中粒砂岩［4］。中侏罗统延安组是区内重要的含煤层系，而中侏罗统直罗组（J2z）是砂岩型铀矿床的主要赋矿层位，根据岩性特点分为上下两个岩性段：上岩性段（J2z2）为一套河湖相紫红色、棕红色泥岩、粉砂岩互层；下岩性段（J2z1）为一套辨状河沉积的灰白色、灰色及杂色中粗粒、中细粒长石砂岩、长石石英砂岩局部含粉砂岩和泥岩，进一步可划分为两个亚段，上亚段（J2z1-2）以含紫红色斑块的灰绿色、灰白色中细粒砂岩为主，下亚段（J2z1-1）为灰白色、灰色含炭中粗粒、中粒长石砂岩、长石石英砂岩，底部局部地段为含砾岩层。铀矿化主要赋存于下亚段（J2z1-1）灰色砂岩中。

2 双龙地区铀矿化特征

2.1 矿石特征

赋矿岩石主要为灰白色中粒、中粗粒长石砂岩及长石石英砂岩，致密。碎屑颗粒中石英含量35%～65%，长石含量为10%～30%，岩屑含量很少，成分有蚀变岩、酸性熔岩等，其中石英岩岩屑含量丰富［5］。砂岩碎屑物中有机质含量高低直接影响铀矿化的富集程度，双龙地区含矿砂岩有机质含量15%～20%，对铀矿形成具有较好的还原和吸附作用。岩石中发育水云母化、绢云母化、高岭石化蚀变以及石英和钾长石碎屑颗粒的次生加大现象。矿石中金属矿物主要以硫化物形式存在，少量为硒化物。主要金属矿物有黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿、方铅矿以及硒铅矿，其中黄铁矿与铀矿物关系较为密切［4］。矿石中富含镓、钪、硒、镉及钒等元素，含量与U品位多呈正相关。矿石机械物理性质表现为，孔隙度平均值7.25%，渗透系数平均值0.033 m/d，孔隙度和渗透系数变化较大，孔渗性总体较弱，具有粗粒好于细粒的特点。

2.2 含矿含水层顶底板特征

双龙地区含矿含水层直接顶板为直罗组下段下亚段顶部泥岩层和上亚段砂-泥沉积体，与含矿含水层呈过渡接触，间接顶板为直罗组上段砂泥互层组成，表现出较好的区域稳定性和隔水性；含矿含水层底板为中侏罗统延安组，属含煤细碎屑岩建造河沼相沉积，两者呈平行不整合接触，在本区内分布连续，厚度稳定，隔水性能良好。双龙地区含矿含水层直罗组底板埋深整体适中，一般为200～500 m （图2），中西部较大，东部较小，构成一个向西倾斜的斜坡带，位于陕北斜坡的南段，直罗组的倾角一般小于5°，显示出较好的层间氧化带砂岩型铀成矿条件。在区域构造演化中，中侏罗世以来，受早期印支运动和燕山运动影响，本区形成一些列北东向展布的小幅度、开阔舒缓状平行条形褶皱，以及持续的喜山运动和新构造运动后，本区发生连续的构造掀斜，从而形成现在的构造地貌特征。因此，本区斜坡带特征与区域构造演化史是吻合的。

图2 双龙地区含矿含水层底板埋深等值线图Fig.2 Contour map of bottom depth of ore bearing aquifer in Shuanglong area

图3 双龙地区含矿含水层底板标高等值线图Fig.3 Contour map of bottom elevation of ore bearing aquifer in Shuanglong area

双龙地区铀矿化主要赋存在斜坡带上隆起与洼陷的过渡部位（图3）。由于铀成矿过程中油气的还原作用较为明显，水聚集于洼陷中，油气运移到隆起处聚集，隆起与洼陷过渡部位正好为油水界面，形成较强的还原环境，铀矿容易在该位置富集。

2.3 含矿砂体特征

双龙地区直罗组下段（J2z1）含矿砂体形态呈面状展布，砂体平均厚度为45 m，砂体宽度最大可达10 km，最窄处6.5 km（图4）；砂体岩性总体以（含砾）中粗砂岩为主，次为细砂岩和砾岩，局部夹薄层状泥岩或粉砂岩；砂体非均质性较弱；有机质含量15%～20%；区内主要发育辨状河沉积（图5），砂体总体具西南厚北东薄，东浅西深埋藏型层状结构，在横向上具泛连通，垂向上具下粗上细的正韵律特点，与顶部泥岩层总体构成单一旋回结构，砂地比一般＞0.6，北部局部地区＜0.6。鄂尔多斯盆地南部直罗组下段砂体形态与沉积相分布相一致［6］，双龙地区的铀矿化主要形成在辫状河主河道与河道边缘过渡区域（图5）。

图4 双龙地区含矿含水层砂体厚度等值线图Fig.4 Contour map of sand body thickness of ore bearing aquifer in Shuanglong area

双龙地区直罗组下段（J2z1）含矿砂体是主要含铀层，可与东胜地区进行对比（表1）［4］。

2.4 矿床后生蚀变及油气显示特征

图5双龙地区沉积相图Fig.5 Sedimentary facies diagram of Shuanglong area

双龙地区直罗组下段的后生蚀变包括氧化蚀变和还原蚀变。后生氧化蚀变包括潜水氧化和层间氧化蚀变，表现在岩心上主要为褐红色（图6a）、浅黄色蚀变（图6b），主要为褐铁矿化；后生还原蚀变主要是油气的后生还原作用，表现在岩性上主要为油砂岩（图6c）和绿色蚀变（图6d）。绿色蚀变是区内发育最广的后生还原蚀变，与铀矿化关系较密切。经过取样分析，灰褐色条带、斑点状砂岩受油气浸染较重，氯仿沥青 “A”含量0.001 6%～0.42%，其中饱和烃含量高于芳烃，确系石油组分，与油气活动关系密切，该地区的蚀变情况与东胜铀矿床类似［4］。油气沿断裂构造、下切河谷渗入铀矿层增强了砂体的还原能力。小型断层直接切穿延安组和直罗组，延安组含煤层中的含烃流体源源不断地输送到直罗组下段砂体中，致使红色氧化岩石发生褪色还原蚀变或遭油浸，使原生氧化带铁质转为二价为主，氧化带转为灰绿色，形成古层间氧化带，同时伴随有少量的碳酸盐化、绿泥石化，偶见黄铁矿化。古层间氧化带的还原能力得到提升，促成了铀的沉淀和富集，铀矿化主要发育在氧化-还原过渡带内古氧化带前锋线附近（图7）。双龙地区铀成矿作用是油气渗出还原形成为古矿体，因此，油气对铀成矿的作用主要是保矿作用。

表1 双龙地区与东胜地区含矿砂体特征对比Table 1 Comparison features of ore bearing bodies between Shuanglong and Dongsheng

图6 双龙地区岩石蚀变特征Fig.6 Rock alteration features in Shuanglong area

2.5 铀的存在形式及成矿时间

矿石中铀主要以铀矿物和吸附形式存在。铀矿物主要为沥青铀矿、铀石和少量钛铀矿（图8），与黄铁矿、褐铁矿共生赋存在有机质裂隙中。经电子探针对矿石中铀矿物随机测试结果，铀矿物中U平均含量76.99%，Si平均含量4.44%。U/Si原子比平均1.15，接近1:1，铀石理论原子比值略显富U，另外含微量的Al、Ti、Fe、Zn、Pb等元素。铀石矿物颗粒细小（0.003～0.02 mm），多以胶状、粒状、短柱状、纤维状、纺锤状分布在有机（沥青）脉边缘，镜质体裂隙边缘，黄铁矿中及周围常与SiO2、有机（沥青）等共生或伴生。吸附状铀主要被矿石中有机物及黏土矿物所吸附。

图7 双龙地区氧化还原带Fig.7 Zonation of redox in Shuanglong area

前人对工作区东部（店头矿床203矿点）铀成矿时代有过研究，通过矿石铀矿物同位素年龄测定为110～98 Ma，成矿时代属早白垩世；利用全岩U-Pb同位素等时线方法测得铀矿床成矿年龄为51.0±5.8 Ma和41.8±9.3 Ma，成矿时代属始新世［4］。

图8 铀矿物及其共生矿物特征Fig.8 Feature of uranium mineral and paragenetic mineral

本研究利用4个探铀孔富矿段矿石样品共6件，利用沥青铀矿物U-Pb同位素年龄测定方法，测得双龙地区铀成矿年龄分别为141.8、 125.2 Ma， 52.6±2.2 Ma （表 2，图 9），成矿时代分属为早白垩世和始新世，与店头矿床属同期成矿。

总结双龙地区铀成矿时代可分为两期：一期为早白垩世沉积成岩期，成矿年龄为125.2～98 Ma；一期为始新世主成矿期，成矿年龄为 52.6±2.2Ma～41.8±9.3 Ma，说明该矿床为古矿体。

图9 238U/204Pb-206Pb/204Pb等时线Fig.9 Isotopic digrams of238U/204Pb-206Pb/204Pb

3 双龙地区铀矿床成矿作用讨论

铀成矿年龄显示，双龙地区铀成矿主要发生在早白垩世至始新世之间，可分为3个成矿阶段：中侏罗世至早白垩世（J2-K1），是含矿层沉积成岩作用阶段，构造条件为早期的印支运动南北向挤压转换为燕山运动北西-南东向挤压，古气候条件为潮湿环境向干旱环境过渡，形成了一套利于地下水运移的不等厚含丰富植物碎屑的碎屑岩铀储层格架和一系列北东向展布的小幅度、开阔舒缓状平行条形褶皱；晚白垩世至渐新世（K2-E3），为铀矿主成矿阶段，此期间发生大规模构造掀斜，盆地整体抬升，侏罗系再次被抬升至近地表［7］，造成含矿目的层（直罗组下段）遭受剥蚀暴露地表，东南部、东部接受干旱期含氧（富铀）水的补给，受水头压力差的驱使使得含矿层格架含铀碎屑物中的铀发生淋滤、活化、迁移，形成古层间氧化带，叠合含氧水中携带的大量铀元素遇到还原性介质（油、气、炭屑）发生富集，至渐新世晚期，盆地水动力条件由渗入型转化为渗出型，铀成矿作用停止，铀矿床形成；新近纪-第四纪（N-Q），为成矿期后油气渗出保矿作用阶段和改造破坏阶段，此阶段受到新构造运动东西向的强烈挤压作用，古层间氧化带岩石由于深部含油气和低温流体沿断裂或透水层向外逸散迁移［8］，而被油、气还原为绿色岩石（图6d），对早期形成的铀矿床起到还原保矿作用，同时在盆地边缘形成的铀矿床遭受剥蚀破坏，局部保留形成残留矿体。

双龙铀矿床同东胜和店头铀矿床一样，中低温热液和油、气活动的证据比较明显，但其同渗入地下水相互作用改造、叠加富集的铀成矿机理还不清楚［4］。另外，对本区继承性褶皱和断裂构造研究程度不够深入，其控矿作用还未掌握，有待进一步探究。