砂岩型铀矿有利成矿构造识别技术研究

韩效忠

(中煤地质工程有限公司北京地质调查分公司，北京 100040)

铀资源作为重要的战略物资和清洁能源，为世界各国国防安全及核能发展提供重要保障。随着环境保护力度的增大和国际铀价下行压力，南方硬岩型铀矿山已基本关停，因砂岩型铀矿采用原位地浸开采方法，对环境的影响非常小[1-5]，同时开采成本较低，且铀资源量大，使之成为我国目前主攻的铀矿种[6]。已知砂岩型矿床研究发现，在相同的成矿背景下，成矿类型和富集形态往往差别很大，即便是同一条矿化带，矿体形态和品位也有着明显的差别，不同的盆地成矿富集特征更是千差万别，这种差别很可能受地质-构造环境影响，砂岩铀矿区带定位特性和区域成矿环境研究是了解差别、提取共性的必然途径。

长期以来，铀矿勘查和开采主要由核工业部门独家专营，随着铀矿勘查权的放开，其它地质矿产部门也加入了该领域地研究和勘查工作当中，主要代表工作有中国地质调查局目前正在实施的“我国北方砂岩型铀矿调查工程”，该工程在短期内发现了数个大型铀矿床和一大批铀矿点(矿产地)，取得了一系列重大成果认识，充实了我国砂岩型铀成矿研究理论和找矿评价方法体系[7-13]。因该工程实施的主力军是煤田和油石部门，其涉入铀矿找矿的时间相对较短，部分施工人员对砂岩型铀矿勘查和评价方法认识还不是很深，工作的重点多局限于煤田、石油钻孔显示的放射性异常验证，对其形成机理、铀资源潜力分析研究还不够系统，部分地影响了靶区进一步扩展。为此，笔者拟从砂岩型铀矿有利成矿构造识别技术方面浅谈自已的一点认识，供相关从业者参考。

1 有利构造地段要素构成

有利构造要素是指对某区铀成矿起直接或间接控制作用的各种构造要素的总合，其主要研究内容有：

1.1 大地构造背景

不同的大地构造背景决定了盆地的发育类型，进而控制盆地铀成矿的过程和类型，如挤压背景下的山间盆地和长期稳定的克拉通盆地的成矿作用就显著不同。前苏联学者提出的有利构造背景为：具有渗入型水动力系统的承压盆地、地台中弱构造活化区(主要分布在后地台小幅度造山区(次造山区))、新构造活动幅度为300～1 500m[14]。

我国的铀矿地质工作者通过实际工作对此三条判据进行了适当的补充，强调了判据的动态效应，指出产铀盆地必须经历以下条件的转换，即从主砂岩沉积期的潮湿—半潮湿转变到成矿期的干旱—半干旱古气候条件；从承压盆地早期(主岩沉积期)的地下水渗出动态转变到后期(成矿)的渗入动态。陈祖伊等[15]还强调指出“产铀建造的形成期和产铀建造中铀聚集的成矿期分别处于特定而又互异的地球动力学背景下，前者常常是一种弱伸展的动力学背景(盆地热沉降期)，后者则为弱挤压的背景(盆向山转换的构造变革期)”。

1.2 地层变形程度

根据砂岩型铀矿找矿长期积累的经验，有利构造地段地层产状较为平缓，以5°～30°为宜，过于平缓不利地下水在目标层内渗流，过陡则不利于水-岩充分作用和铀的沉淀富集，即使有矿亦超出了现有地质开采工艺技术条件。

通常，盆地内有利构造区段有盆缘斜坡带和盆缘隆起带两种构造环境。前者是指在盆缘缓慢隆起，盆内缓慢下降的构造应力作用下，形成掀斜带，掀斜运动促使盆地沉积中心向盆内迁移，盆缘早期沉积受到剥蚀，晚期沉积层不断加积，在盆缘形成由老到新的地层排列组合，在这种变形条件下，含矿目标层常位于下部层位(图1A)，如伊犁盆地、吐哈盆地等山间盆地。后者是指在盆地早期断陷，晚期坳陷，导致地层超覆，在盆地晚期(消亡期)发生断隆，盆缘地层受到改造和剥蚀，形成有利砂岩型铀矿形成的构造环境，在这种构造变形条件下，盆地有利含矿层常位于上部层位(图1B)，如二连盆地、松辽盆地。

1.3 盆内断裂体系

断裂体系是指不同方向断层发育期次及其空间组合特征，一般可分为三级，它们对盆地内沉积有着重要控制作用。第一级断裂是控制盆地(或凹陷)边界、长期发育的基底断裂，沿基底断裂的拉张及沉降控制盆地(或凹陷)的基本形态。第二级断裂是控制次级凹陷(或洼陷)的断裂，活动时期较长，其发育控制次级凹陷(或洼陷)的分布。斜切或垂直盆地(或凹陷)的断裂对内部沉积分区和水系的分布起着重要的控制作用。第三级断裂是主要发育于某一时期的断裂，对同期沉积起着重要的控制作用。

断裂除了控制盆地沉积格局之外，断裂破碎带通常是深部油气向上运移的通道，外来油气等还原物质的加入可提高某些地层单元的还原容量，对铀矿床的形成和定位具有重要的控制作用。

1—矿体；2—受力方向；3—断层及活动方向图1 含铀盆地构造变形样式Figure 1 Uranium-bearing basin tectonically deformed pattern

1.4 目标层形成后区内不整合面发育程度

砂岩型铀矿主要有同生沉积型、潜水氧化型、层间氧化带型和复合成因型四种类型，后两者是我国目前主要的找矿类型。层间氧化带型铀矿的形成需要在目标层沉积之后，有一个或多个较长的风化剥蚀阶段，造成一个或多个沉积间断—不整合面，以利于含氧含铀地下水长期不断地在目标层内渗流而形成富大矿体。

鄂尔多斯盆地在直罗组沉积之后先后经历了伊金霍洛组与直罗组、伊金霍洛组与东胜组之间的沉积间断，形成与之相对应的两期古层间氧化带铀矿化；伊犁盆地南缘水西沟群形成之后，在其与白垩系和古近系之间存在长期的沉积间断，进而形成了一系列铀矿床；二连盆地、松辽盆地等主要产铀盆地砂岩型铀矿形成与沉积间断关系亦十分密切。这些现象均表明，盆地内沉积间断研究不仅是构造地质学研究的重要内容，也是砂岩型铀矿研究的重点。

1.5 原形盆地分布范围

所谓原型盆地(protro type basin)系指沉积盆地那些能反映某一盆地演化阶段形成的地球动力学背景特征，或“受单一动力学机制所产生的盆地类型和结构实体”，具有以下4个方面的涵义：①它具有地质时代涵义，是盆地在地质历史的某一阶段的表现；②某一阶段具有独特的沉降类型；③有一套能反映其形成环境的沉积充填实体；④某一阶段盆地的边界，构造变形样式不同于同期异地的或先期的原型盆地[16-18]。

砂岩型铀矿形成的前提条件是目标层发育一定规模的砂体，而有利主砂体的发育受砂体沉积时的环境影响，但是它最终受更高层次的构造因素制约。河流相(特别是辫状河亚相)、三角洲相(含正常三角洲相、辫状河三角洲相和湿地扇三角洲相)砂体比较有利于铀矿化的容存。上述砂体往往发育于特定沉积体系中，如发育在湖盆短轴方向缓坡一侧的辫状河-辫状河三角洲-湖泊沉积体系、发育在盆地边界断裂一侧的陡坡湿地扇-扇三角洲-湖泊沉积体系和发育在湖盆长轴方向的曲流河-三角洲-湖泊沉积体系。沉积体系及其空间展布归根结底又取决于主岩沉积时期的原型盆地，或主岩沉积时盆地的构造属性。有利的主砂体是在特定的原型盆地活动期(或地球动力学环境)出现的，定位于盆地的特定部位。

1.6 古构造应力场方向和变化

构造变形、发展演化、断裂构造形成及活动方式、古地形、古水文，甚至古气候发展演化均受古构造应力场控制，恢复古构造应力，不仅可以清晰地了解工作区矿床形成的过程，同时可以定位预测矿床的大致发育部位。如鄂尔多斯盆地在早白垩世伊金霍洛期至东胜期末古构造应力场为NW-SE向挤压，造成古地形NW高，SE低，地下水向SE向径流，形成重要古层间氧化带铀矿床；在中新世～今，古构造应力场为NE-SW向挤压，形成盆地NE高，SW低的地形特征，导致新层间氧化带与古层间氧化带相交，这一现象表明古构造应力场恢复在矿床定位预测中具有重要意义。

2 有利构造要素识别方法

2.1 盆地内分区(物源区划分)

综合地质、地球物理及钻井、测井资料划分的构造分区，反映了古地形的基本轮廓。构造分区及古地形特征对查明沉积盆地的基本沉积格局具有重要作用。

陆相沉积盆地的古地形自物源区至湖盆沉积中心可以划分为五级，即外部物源区、内部物源区，山前平原区、滨浅湖区(包括湖盆内部水下隆起区)和深湖区。外部物源区是长期供给盆地沉积物的主要地区，常为山系或高地，也是盆地主要的铀源区。内部物源区是沉积盆地某一构造演化阶段供给沉积物的地区，相当于湖中岛，其它阶段则为沉积区。山前平原区是盆地内部水上沉积区，在缓坡带分布范围广，在陡坡带分布范围较狭，是铀矿找矿的重点地段。

2.2 古构造应力恢复方法

收集区域地质资料、小构造资料和显微构造资料(包前人研究资料和野外实测资料)；划分研究区构造层、构造期和构造事件；结合遥感构造解译、电磁测量、浅层地震探测、高精度磁测、深部微弱信息提取等物探方法的解译构造形迹，通过雁形的初始张节理系、共轭剪切节理系、共轭的平移断层系、共轭的韧性剪切带、纵弯褶皱、面理与线理等地质标志，确定构造应力场方向；通过Sugisaki建立的现代板块边界的运动速度与相应的火山岩化学成分对比关系图解[19]，确定变形速度；采用平衡地质剖面技术确定变形量、应变速率和变形时间；上述成果可以平面或立体图面表达出来，主要图件包括等密度图、主应力轴图解、区域应力迹线图和区域应力等值图等。

2.3 构造斜坡带识别方法

通过大比例尺区域地质图判读，若发现某一区域地层由老到新有序排列，即基本上可认定存在构造斜坡带，其动力学机制见图1A。伊犁盆地南缘、吐哈盆地南缘，东胜地区、潮水盆地北缘等产铀盆地，矿化主体就产于此类构造斜坡带上。但盆地形成是一个动态的过程，不能排除被覆盖的构造斜坡带，这些地带往往是隐伏古矿床赋存位置。通过综合收集现有资料，编制基岩揭盖地质图可以快速将其识别。

3 有利构造地段综合地质识别

正如前文提到的一样，有利构造地段的识别方法有着其自身的体系流程，其识别过程如下(图2)：

①对研究区不同构造背景条件下的盆地进行划分，具体可划分为裂陷盆地、压陷盆地、走滑盆地和克拉通盆地四大类型盆地，各大类型盆地又可细分为次一级盆地，如压陷盆地大类进一步划分为海沟(增生盆地)、(弧前)斜坡盆地、弧前盆地、弧后前陆盆地、残留盆地、周缘前陆盆地、山间盆地、板内压陷(挠曲)盆地[20]。不同的盆地类型其构造斜坡带或盆缘隆起带的发育部位不同。

②对初选的盆缘斜坡带和盆缘隆起带内有关地质、钻探、重力、磁力等相关资料进行系统收集，以现有的经济技术条件为准则，筛选可供重点攻关的具体构造部位(盆缘斜坡带和盆缘隆起带)。

③对筛选可供重点攻关的具体构造部位进行铀源条件判别，如果其铀源条件良好(铀含量高出盆地内主要目标层2～3倍以上)，该地段可进行下一步工作，反之则无前景，如鄂尔多斯盆地东缘。

(注：图中“不整合面”是指目标层之后的沉积间断)图2 有利构造区段识别流程图Figure 2 Advantageous structural sector identification procedures

④基于盆缘露头和钻孔资料对铀源条件良好的构造部位进行原型盆地分析，如果盆缘剥蚀严重，使盆缘富含砂体的沉积相带被剥蚀殆尽，则该地段无前景。

⑤符合上述步骤判别的有利部位，如果目标层之后发育长期的沉积间段，则该地段可做为有利构造部位，反之则成矿前景较差；如果其后发育多个沉积间断，则可对相应的沉积间断分别进行有利构造部位判别，这一点上文以鄂尔多斯盆地东北部为例有过较为详细的论述。

⑥确定有利于砂岩型铀矿的构造部位。需要说明的是有利构造部位的发育只是砂岩型铀矿形成的必要条件之一，要成功地预测远景区段还需其它条件的联合应用。

上述③到⑤判别方法的先后次序可视具体情况而定，也可同时进行判别。

4 有利构造演化阶段确定技术

针对砂岩型铀矿，有利构造演化阶段的确定可划分为前目标层构造演化阶段、目标层构造演化阶段和目标层形成之后演化阶段(又称之为后目标层演化阶段)。

4.1 前目标层构造演化

前目标层构造演化为目标层的形成奠定了基础，它直接制约着盆地铀源条件，如目标层基底富铀，成矿前景较好。针对我国砂岩型铀矿主要发育在中生代盆地内地层中，将前中生构造演化可做为同一构造层，即同一大的构造演化阶段进行研究，对这一阶段则无需花费太多精力，只要查明基底的起伏规律和遭受剥蚀过程即可，也就是查明目标层形成时物源区和物源方向就可满足研究的需要，对于物源区研究方法目前主要有：①碎屑模型法，其模型为 QFL三端元图解，代表性人物为Dickinson[21]、Valloni[22]；②重矿物法，主要通过辉石、角闪石、绿帘石、石榴石、尖晶石、电气石、锆石等重矿物组合判断物源区；③沉积物地球化学、矿物成分分析法，主要通过沉积岩主元素、微量元素、稀土元素化学成分与可能源区类比判断物源；④单颗粒碎屑矿物的同位素测年法，使用比较多的是磷灰石、锆石裂变径迹法。具体方法的使用过程请参阅相关论著。

4.2 目标层形成期构造演化

目标层形成的构造演化决定了该层主要沉积相带的展布，结合该时期的构造应力场，判明目标层沉积时的古地形和应力场变迁，查明沉积相带的迁移和方向。如鄂尔多斯盆地东北部直罗组沉积时的古构造应力场为NW～SE向挤压，造成盆地NW高，SE低的古构造格局，形成NW部为砾质辫状河流相，向SE逐渐过渡为三角洲相的沉积相带分带。因为沉积盆地目标层多为严重覆盖区，对该阶段构造演化的详细研究可以建立研究区沉积相带的展布规律，确定富含砂体的发育的可能部位，从而起到节约勘探成本，快速圈定有利构造部位的作用。

4.3 后目标层构造演化

众所周知，矿产资源的形成和分布总体上离不开“建造”和“改造”这两方面的地质判据。分析前人(包括前苏联)的评价、预测原则，都非常重视目标层形成之后的构造“改造”作用。这是因为砂岩铀矿属于外生后成成因，主砂体的成岩后的构造改造是成矿的关键。前文反复强调目标层形成之后构造不整合面的发育和应力场的变迁对铀矿成矿的重要作用，也是这个道理。同时也应该注意目标层形成后构造改造作用的强度，不改造不成矿，但如果太强烈则会破坏已形成的矿床。

对该阶段研究要根据不同盆地要有所侧重，在天山造山带山间盆地内进行研究时要抓住新构造演化阶段对砂岩型铀矿的控制作用，而对鄂尔多斯盆地则应注意盆地东西翘变的过程和作用发生时的时间节点。总之，在盆地内工作时要抓住在目标层形成之后的主要构造过程。

5 结论

(1)根据砂岩型铀矿控矿远景评价准则，在有利构造要素识别时，应考虑的因素有大地构造背景、地层变形程度、盆内断裂体系、目标层形成后不整合面发育程度、目标层形成后原形盆地分布范围和古构造应力场方向及变化等。

(2)将有利构造识别的方法总结为盆地内分区、古构造应力恢复和构造斜坡带划分。其中盆内分区目的是划分物源区(铀源区)和铀成矿的主要产出部位，古构造应力恢复则是研究含氧含铀水在目标层中运移驱动力的主要方法，构造斜坡带则是公认的最为有利成矿区段。

(3)提出了6步骤的有利构造地段综合地质识别方法流程，即从盆地级入手，逐级缩小找矿范围，圈定靶区，最终实现砂岩型铀矿找矿突破。

(4)针对砂岩型铀矿，有利构造演化阶段可划分为前目标层构造演化阶段、目标层构造演化阶段和目标层形成之后演化阶段(又称之为后目标层演化阶段)，指出含矿目标层形成之后构造不整合面的发育和应力场的变迁对铀成矿起至关重要的作用。

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