鄂尔多斯盆地西南缘砂岩型铀矿赋矿地层及矿化特征

段晓华，张君弟

（甘肃省核地质二一九大队，甘肃 天水 741025）

砂岩型铀矿是世界上发现最早、分布最广的铀矿类型之一［1-2］。近年来，我国在地浸砂岩型铀矿找矿方面也取得了重大突破［3-4］，特别是在鄂尔多斯盆地发现了一批大型、超大型铀矿床［5］。然而，在该盆地西南部的泾源-华亭一带，20世纪60年代已经发现了一大批铀矿化点，但至今并未获得重大突破。因此，笔者试图通过地质调查和资料综合分析，研究该区砂岩型铀矿的成矿地质背景、含矿层及铀矿化的基本特征，以期对区内进一步的找矿工作提供更多依据。

1 区域铀成矿地质背景

中国中新生代盆地的形成和演化，受控于亚欧板块、太平洋板块和印度板块的相互作用［6］。鄂尔多斯盆地位于华北地块西部，北临内蒙古-大兴安岭褶皱带、东接山西地块、南临秦岭-祁连山褶皱带、西临阿拉善地块，是以古生代地块为基础发展而来、具有双重基底结构的大型叠合盆地［7］。该盆地属于我国东、西部不同地球动力学背景的调整带，为不稳定的克拉通内部叠合盆地［8］。受周边板块汇聚和离散作用的影响，中晚三叠世鄂尔多斯盆地及其西南缘发生强烈挤压，盆地西缘阿拉善地块富铀地层和岩体抬升剥蚀，为盆地中新生代盖层沉积及随后的铀成矿提供了物质来源；早-中侏罗世构造挤压变弱，辫状河沉积相十分发育，形成了有利的含矿建造；晚侏罗世构造挤压加强，中-下侏罗统发生强烈构造变形，并接受地下水的渗入改造，但由于构造变形过于强烈，铀成矿潜力降低；晚白垩世-渐新世早期盆地西缘整体抬升，区内地层遭受长期的地下水渗入改造，成为铀矿化的主要阶段；渐新世之后银川断陷形成，阻断了盆地与蚀源区的联系，铀成矿作用基本停止［9］。

因此，鄂尔多斯盆地形成了以侏罗系、白垩系两套地层为主要找矿目的层位的铀成矿有利远景区。侏罗系铀成矿远景区主要包括：伊盟隆起北部的杭锦旗-伊深2井-鄂托克前旗成矿区、西缘前陆冲断带的桌子山-磁窑堡以东区域和天环向斜西翼［10］。

研究区为鄂尔多斯盆地西南缘铀成矿区的一部分，属于白垩系铀成矿远景区。该区在大地构造上紧邻西缘台褶带（活动翼）和六盘山断陷（图1），范围包括六盘山以东的陕、甘、宁三省区，分别产有中、新生代断陷盆地和坳陷盆地。其盆地西缘零星出露前寒武系、古生界以及三叠系、侏罗系，广泛分布下白垩统，缺失上白垩统，向东大部分为第四系黄土所覆盖 （图2）。下白垩统在平凉-安口古脊梁以东为志丹群；以西的六盘山区为六盘山群，是一套内陆河湖相地层，主要分布在华亭南部地区及北部的平凉安国镇和泾源红土梁、柴火沟一带。

图1 鄂尔多斯盆地构造分区示意图Fig.1 Sketch map of the structure zonation in Ordos basinⅠ—鄂尔多斯台坳：Ⅰ1—伊盟北部隆起带；Ⅰ2—伊峡斜坡；Ⅰ3—天环坳陷带；Ⅰ4—晋西挠褶带；Ⅰ5—渭北隆起带；Ⅱ—西缘褶皱带；Ⅲ—河套断陷；Ⅳ—六盘山断陷；Ⅴ—汾渭断陷；Ⅵ—山西断陷；Ⅶ—山西断隆；Ⅷ—研究区。

2 赋矿地层特征

2.1 六盘山群岩相及沉积环境

研究区下白垩统六盘山群由下而上分为5个岩组，依次为三桥组、和尚铺组、李洼峡组、马都山组、乃家河组。依据其岩相、岩性和古生物特征（表1），六盘山群可划分为两大沉积旋回，即K11l～K14-1l为下部沉积旋回，K14-2l～K15l为上部沉积旋回。其沉积物由粗变细至较粗，岩相由河湖交替相变为湖相至浅水湖相；沉积环境也由氧化→还原→氧化等共同特点（图3）。

2.2 赋矿层岩石学特征

图2 泾源-华亭地区地质略图Fig.2 Geological sketch map of Jingyuan-Huating area1—第四系；2—古近系；3—下白垩统乃家河组；4—下白垩统马都山组；5—下白垩统李洼峡组；6—下白垩统和尚铺组；7—下白垩统三桥组；8—下白垩统泾川组；9—中侏罗统；10—下三叠统延长组；11—下古生界；12—断层；13—国家湾铀矿床；14—铀矿点；15—研究区。

表1 鄂尔多斯盆地西南缘下白垩统六盘山群岩相、岩性特征表Table 1 The lithological characteristics and faces of the lower Cretaceous Liupanshan group in the southwestern margin of Ordos basin

图3 泾源-华亭地区下白垩统六盘山群沉积古地理环境及铀矿化示意图Fig.3 Profiles of paleogeography for uranium mineralization of the lower Cretaceous Liupanshan group in Jingyuan-Huating area

区域铀矿化主要赋存于两组地层，即：马都山组为上部含矿层，李洼峡组为下部含矿层。

研究区赋矿地层岩石主要为浅灰色、黄色细粒云母长石砂岩、长石石英砂岩、杂色含有机质铁质砂岩。经镜下鉴定，其矿物组分中长石占30%～50%，石英占30%～40%，黑云母占3%～5%，少量白云母和岩屑。岩石具不等粒砂状结构，粒度多在0.1～0.19 mm，碎屑磨圆度差，碎屑长轴大致与层理平行排列。重矿物组分以锆石、磷灰石、电气石为主。胶结物主要以钙质为主，其次为铁质、泥质，少量炭质和部分蛋白石。部分地区胶结物以炭质、黏土矿物为主，胶结方式为基底式。

叠瓦式排列的砂岩透镜体往往组成厚层状砂岩，发育水平层理，局部见微斜层理和波状斜层理。砂岩透镜体上、下界面较平整，上、下围岩均为紫红色厚层砂质泥岩。

赋矿泥质岩类主要以灰白色赤铁矿鲕状泥灰岩为主，呈中厚层产出。经镜下鉴定，主要组分为泥灰质（含量＞50%）、铁质（含量占30%左右）、粉砂质碎屑（含量＜10%），其他为少量蛋白石、白云石等矿物。重矿物有锆石、电气石等。具显微粒状结构、鲕粒构造。岩石的泥灰质组分在同生沉积过程中大部分形成了鲕状、豆状结核，小部分与铁质形成胶结物。鲕粒粒级一般为0.1～1 mm，最大达1.8～3 mm。鲕粒形态为圆球、椭球、圆棒状等，具有同心环特征。在鲕粒的中心环中，往往见沥青铀矿呈单一的凝胶体沉淀在黄铁矿、黄铜矿周围，并交代了后两者。部分鲕粒、尤其是圆棒状鲕粒，由于受到挤压作用，产生形变或在表面形成凹坑和张裂现象。

3 铀矿化基本特征

3.1 成矿物质来源

研究区砂岩型铀矿的成矿物质主要来自于基底及蚀源区的含铀岩石［5］。其西邻阿拉善地块、西南与祁连-秦岭褶皱带相邻，都是富铀的花岗质杂岩体及深变质岩区。晚白垩世—渐新世早期，鄂尔多斯盆地西缘地块整体抬升，且大部分时间气候干旱炎热，剥蚀作用强烈［10］。该区的陆源碎屑沉积物中富含黑云母、白云母，重矿物主要为锆石、磷灰石、电气石、磷钇矿、磁铁矿、石榴石等，表明陆源剥蚀区为花岗岩和深变质岩类。根据大型斜层理及扁平砾石的定向测量统计，其古流水方向为自西向东。因此，经过长期强烈风化剥蚀和流水搬运，隆起区古老的变质岩系及花岗岩类为盆地沉积及铀成矿提供了大量物质，是铀的主要来源。

沿盆地边缘目前已探明的有东胜、大营、国家湾、白水等铀矿床和铀矿点，充分说明盆地具有丰富的铀源，周边造山带是砂岩型铀矿成矿的重要物质基础［5］。水化学资料表明，研究区地下水中铀含量丰富，一般为（1～6）×10-5g/L， 局部地区高达 n×10-4g/L。

3.2 铀矿化、异常分布

图4 下白垩统各组岩石照射量率对比曲线图Fig.4 The radioactive intensity of the lower Cretaceous rocks1—砾岩；2—砂岩；3—泥岩。

根据研究区290 km2范围内2 667个测点的岩石伽马照射量率统计，对比不同岩组、岩性发现，该区下白垩统各组岩石的伽马照射量率变化幅度不大 （图4）。除了三桥组（K11l） 以外， 一般为 3.35～6.97 nC·kg-1·h-1。其中，李洼峡组（K13l）的伽马照射量率较高，相对于其他各岩组要高出1.29～3.61 nC·kg-1·h-1。从岩性来看，浅色砂岩的伽马照射量率比泥岩、页岩低，但变异系数（Bx）则相反（图5），尤其是李洼峡组的浅色砂岩，变异系数达25.2%。这说明铀在砂岩中为非均匀状态分布，对铀成矿有利；浅色砂岩成矿的可能性大于泥岩、页岩 （华亭南部80%以上的伽马照射量率高值异常点均分布在李洼峡组下段砂岩中）。

图5 下白垩统不同岩性变异系数对比曲线图Fig.5 Variation coefficient of the lower Cretaceous lithology1—砾岩；2—砂岩；3—泥岩。

从上述岩石沉积特征可以看出，该区早白垩世有过两次炎热干旱-温暖潮湿的气候变迁，而区内铀矿化也有两个时期，主要形成于变动的温暖潮湿气候条件下，矿化赋存岩相主要是河湖交替沉积相。横向上矿化、异常分布于滨湖区，而浅水湖区不发育；纵向上矿化、异常分布于河湖交替部位。主要成矿作用受杂色岩系的浅色还原层控制。从六盘山群沉积旋回来看，铀矿化主要产于不稳定的氧化环境向稳定的还原环境过度阶段（图3），长期的氧化环境对矿化有利。

因此，区内下白垩统六盘山群中可以分出上、下两个含矿层。上部含矿层赋存于马都山组，主要分布在平凉安国-泾源红土梁一带，而华亭南部地区该层位中仅见零星异常分布；下部含矿层赋存于李洼峡组，主要分布在华亭南部地区的牛坡寺、石人沟、武村铺、西庄里一带，北部的泾源柴火沟-蛮子沟一带也有少量分布。

3.3 铀的赋存状态

区内矿化岩石中铀的赋存状态主要有两种：一种是以铀矿物形式存在，镜下光薄片中常见强氧化的沥青铀矿、水沥青铀矿或残余铀黑。强氧化沥青铀矿呈胶状形态，与黄铜矿、黄铁矿紧密共生（图6a）；水沥青铀矿和残余铀黑呈胶结物析出于泥质岩的鲕粒空隙中。其次有板菱铀矿、水硫铀矿等，呈团粒状和不规则状分布于砂岩胶结物中，或沿砂岩微斜层理分布。次生铀矿物有钙铀云母和铜铀云母，共生于鲕粒裂隙或空隙中。另一种是呈分散吸附状态存在，即铀被铁质氧化物、蛋白石、植物碎片、磷灰石和黏土矿物等吸附，显微放射性照相显示，α径迹呈密集放射状或稀疏分散状分布（图6b）。

图6 矿化岩石中铀的赋存状态显微特征图Fig.6 Microscopic characteristics of uranium in mineralized rocksa—光薄片中见胶状强氧化沥青铀矿与黄铜矿、黄铁矿密切共生（×136）；b—α径迹呈密集放射状或稀疏分散状分布（×272）；1—氧化沥青铀矿；2—黄铁矿、黄铜矿。

U-Ra平衡系数统计表明，区内高品位铀矿石的平衡系数Kp＝0.8～1.16，基本平衡；而低品位铀矿石的平衡系数Kp＞1.2，最高达8.18，反映其明显偏镭。

3.4 矿物组合及伴生元素

该区常见的矿石矿物主要为强氧化的沥青铀矿、水沥青铀矿，其次为水硫铀矿、硅钙铀矿、铜铀云母和钙铀云母等；其他金属矿物主要有黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、铜蓝和孔雀石，其次为白铁矿、赤铁矿、镍黄铁矿、水赤铁矿、褐铁矿等；非金属矿物是方解石、高岭石等。局部孔雀石较多，铀矿化与有机质、黄铁矿、黄铜矿含量关系密切，呈正相关关系。

光谱定量-半定量分析结果表明，区内上、下含矿层各异常点U与Cu、Pb、Mn、V、Ni、Co等呈正相关关系。在阳山沟427、西庄里1283、阴洼庄2965等矿化异常点均见到铜的工业矿化，最高品位达2%～5%，值得关注。

4 结论

综上所述，鄂尔多斯盆地西南缘泾源-华亭一带下白垩统六盘山群中有上、下两个铀矿含矿层：上部含矿层赋存于马都山组，主要分布在泾源红土梁-平凉安国地区；下部含矿层赋存于李洼峡组，主要分布于华亭南部的牛坡寺、石人沟、武村铺、西庄里地区。

研究区内的矿化岩石类型以花岗质长石砂岩和长石石英砂岩为主，其次为泥质岩（常见的有紫红色鲕粒泥岩、灰黑色有机质页岩、钙质页岩和杂色赤铁矿鲕状泥灰岩等）。

矿化岩石中铀有两种存在形式：一种是铀矿物形式，为强氧化的沥青铀矿、水沥青铀矿或残余铀黑，呈胶状、团粒状或不规则状分布于砂岩胶结物中，或沿砂岩微斜层理分布，在泥岩中则呈胶结物析出于鲕粒空隙中。另一种呈吸附分散状，被铁质氧化物、蛋白石、植物碎片、磷灰石或黏土矿物等吸附。矿化岩石中U与 Cu、Pb、Mn、V、Ni、Co等含量呈正相关关系。矿石矿物组合主要为强氧化沥青铀矿、水沥青铀矿，其次为水硫铀矿、硅钙铀矿、铜铀云母、钙铀云母等；其他金属矿物主要为黄铁矿、黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、铜蓝、孔雀石，其次为白铁矿、赤铁矿、镍黄铁矿、水赤铁矿、褐铁矿等；非金属矿物是方解石、高岭石等。局部孔雀石较多，铀矿化与有机质、黄铁矿、黄铜矿含量关系密切，呈正相关关系。

基于这些特征，笔者认为该区具有较好的砂岩型铀矿找矿前景，值得进一步开展工作。