乌兰察布坳陷赛汉组下段铀成矿地质条件及找矿方向

2019-09-20吕永华刘武生康世虎徐亚雄刘璐

铀矿地质 2019年5期

吕永华，刘武生，康世虎，徐亚雄，刘璐

（1.核工业二〇八大队，内蒙古包头 014010；2.核工业北京地质研究院，北京100029）

二连盆地乌兰察布坳陷铀矿勘查与研究工作起步于20世纪50年代，开展了地面物化探勘查，就异常点带进行浅钻查证，在脑木根组发现了查干矿床及多个浅层矿点。随着西方、中亚铀矿勘查新启，引进 “层间氧化带”等模式，并与其对比研究，提出 “沉积成岩”找矿模式，在二连组发现努和廷超大型铀矿床。近年来随着研究的不断深入，在乌兰察布坳陷赛汉组上段建造间古河谷中发现了赛汉高毕、哈达图铀矿床及系列矿产地、矿点［1］。从其勘查史可以明显看出，随着找矿理论的不断创新，勘查深度不断加深，勘查层位不断拓展。笔者结合生产中在赛汉组下段新发现矿点，进行综合性分析与研究，为二连盆地铀矿找矿空间再度拓展提供方向。

1 区域地质背景

乌兰察布坳陷位于二连盆地的中西部，由北西部的巴音宝力格隆起和南部、南东部的温都尔庙隆起及苏尼特隆起所夹持，面积约（1.6×104）km2，包括13个次级凹陷和6个凸起（图1）。主要断裂构造有贺根山断裂、赛乌苏断裂、索伦断裂和温都尔庙断裂，呈近东西向和北东东向展布，是古生代近东西向古构造经燕山期北东向构造叠加改造的结果（陈戴生等，2006；焦贵浩，2002）。中新生代沉积坳陷主要由早白垩世早中期断陷型盆地和早白垩世晚期-新生代坳陷型盆地叠合而成，主体构造线为北东向［2］。

图1 乌兰察布坳陷构造单元示意图Fig.1 Schematic map showing the structure units of Wulanchabu depression

坳陷的基底是由元古宇和古生界变质岩系及华力西-燕山期的基性-中酸性侵入岩构成；坳陷的沉积盖层由侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系构成。下、中侏罗统主要为固结较好的湖沼相含煤地层，上侏罗统主要为陆相火山岩系，基本上不具备可地浸砂岩型铀矿的成矿条件［3］；下白垩统自下而上分为3个组，沉积范围广，厚度大，为一套巨厚的山麓相、三角洲相、河流相和湖相沉积［4］，是二连盆地沉积主体。其中，阿尔善组（K1a）为杂色重力流粗碎屑岩建造，厚度为96～1 000 m［4］；腾格尔组（K1t）为含油碎屑岩建造，厚度为 373～1 339 m［5］；赛汉组（K1s）可分为下段（K1s1）和上段（K1s2），下段（K1s1）主要为三角洲相含煤碎屑岩建造，厚度为150～400 m；上段（K1s2）主要为河流相粗碎屑岩建造，厚度为50～600 m。下白垩统铀含量总体较高，为6.7×10-6。上白垩统二连组（K2e）为杂色碎屑岩建造，厚30～80 m，分布局限，平均铀含量为4.4×10-6。古近系主要为红色碎屑岩建造，是一套内陆河湖相沉积，铀含量为3.9×10-6。新近系为红色含碳酸盐碎屑岩建造，零星分布。第四系由冲积、洪积层构成。

2 铀矿化特征

本区赛汉组下段中主要发现了道尔苏矿产地、艾勒格庙矿点、塔木钦矿点及周边山间盆地伊和乌苏矿点、赛汉塔拉矿点等。以往很多学者将道尔苏矿产地赋矿层位划分为腾格尔组［6］，笔者通过层序地层格架综合性研究，认为道尔苏矿产地赋矿层位应属于赛汉组下段。

根据成矿机理不同，赛汉组下段铀矿化类型可分为同沉积叠加后期改造泥岩型和潜水-层间氧化带砂岩型两种（以下简称为同沉积叠加后期改造型和潜水-层间氧化带型）。

同沉积叠加后期改造型铀矿化主要分布在辫状河三角洲平原亚相沼泽微相中，含矿岩性为灰色、灰黑色泥岩、碳质泥岩、褐煤层以及少量的含泥砂岩；矿石渗透性差，为致密类矿石，大部分矿石具有水平纹层理构造，碳质泥状结构，碳质含量占15%～20%，为细脉状炭屑，由丝碳化物组成，顺层理展布，含少许砂屑（石英为主）；矿体顶界面埋深 42.79～122.23 m，厚度为 0.70～1.47 m，富铀，较砂岩型矿体具有埋深浅、厚度薄、品位高的特点；上下围岩均为粗碎屑岩，被后期氧化，呈黄色或褐黄色。

潜水-层间氧化带型铀矿化主要位于构造斜坡缓坡带内，从沉积体系角度分析，则位于辫状河三角洲前缘亚相水下分流河道灰色砂体中，矿石中多见细小的碳化植物碎屑；受岩性岩相、还原介质以及潜水-层间氧化前锋线的控制较明显，呈多层展布，一般分布于潜水-层间氧化带上下两翼，矿体埋深150～320 m，累加厚度为1.70～7.80 m，但单层铀矿化厚度较薄，铀矿（化）体上下围岩以黄色、浅黄色、浅灰色砂岩为主，粒度明显大于矿化体；顶底板主要为泛滥平原红色泥岩或分流河道间灰色泥岩、粉砂岩。

3 赛汉组下段成矿地质条件

3.1 铀源条件

乌兰察布坳陷蚀源区中广泛发育华力西-燕山期中酸性岩浆岩，其中北部蚀源区发育复式花岗岩带，该岩浆岩带侵位于上元古界艾勒格庙群。据核工业北京地质研究院陈功等人采用U-Pb同位素样品分析结果，铀含量为（0.9～31.5）×10-6，原始铀含量为（17.8～19.5）×10-6，活化丢失49%～57%；而南部蚀源区温都尔庙隆起主要发育华力西期中酸性岩浆岩，侵位于元古宇和古生界变质岩中，岩石原始铀丰度平均为5.7×10-6，U活化丢失89%，充分体现研究区具有较富的铀源体，并且铀的迁出率较高。

3.2 构造条件

3.2.1 早白垩世晚期构造反转

反转构造的研究关系到地表含氧、含铀水和地下油气的运移特征，对铀成矿具有非常重要的控制作用。通过对乌兰察布坳陷构造研究，发现大量原始伸展构造体系后期转化为挤压构造体系的现象，存在拉张伸展—挤压逆冲推覆—再伸展—逆冲反转的复杂脉动式演化特征。笔者认为强烈的构造反转存在两个时期，即中侏罗世末至晚侏罗世和早白垩世晚期，与赛汉组下段成矿最为密切的是早白垩世晚期的构造反转。

将构造反转作用时间定位于赛汉组晚期，从中石化中原油田地震剖面上可以看出（图 2），从阿尔善组（K1a）到腾格尔组（K1t）沉积后形成小规模冲断构造［7］，这些冲断层面均收敛于中-下侏罗统内或上侏罗统与古生界的角度不整合面上。而赛汉组（K1s）受构造反转作用的影响，沉积后地层出现多个小型逆冲褶皱带，构造背斜高点处大部分遭受后期剥蚀。构造反转和剥蚀作用对赛汉组进行了强烈改造［8］，与上覆地层存在明显的角度不整合接触，部分区段甚至赛汉组下段砂体直接裸露到地表，有利于含氧、含铀水的向下渗入，形成铀矿化。此类型构造反转作用在乌兰察布坳陷及周边多个次级凹陷中均可发现，如额仁淖尔、艾勒格庙、卫井、准宝力格、准棚凹陷等。

图2 乌兰察布坳陷古特勒构造反转示意图（据中石化中原油田）Fig.2 Schematic map showing the structural reversion in Guteles ag of Wulanchabu depression

3.2.2 晚白垩世至今整体抬升与差异性沉降

综合学者对盆地晚白垩世以来整体抬升的研究成果［9］，笔者结合野外生产总结，通过磷灰石裂变径迹样品的测试结果进行反演模拟，分析晚白垩世至今整体抬升与差异性沉降对赛汉组下段的铀成矿控制作用（表1）。从表1可以看出：1）所有样品的表观年龄值分散于83.4～46.7 Ma，均比样品所处地层真实年龄（300～120 Ma）要小，说明均经历了60～70℃以上的退火作用，反应现今处于地表低温环境的样品上部层位均遭受了不同程度的地层剥蚀；2）地层从K1—C的表观年龄总体呈现逐渐减小的趋势，与其地层的真实年龄（从小到大）呈逆向变化，反映了下部地层经历的退火作用相对较高、时间较长，隆升剥蚀相对较晚；3）不同岩体的表观年龄呈现一定的差异，表明其相应的沉降—隆升史具不一致性。基于Ketcham（1999）的退火模型，应用AFTSolve 1.3软件进行模拟，根据裂变径迹参数和样品所处的地质背景与条件，确定反演模拟的初始条件（图3）。

通过4组样品反演模拟的时间-温度曲线可以明显的看出：晚白垩世至今在乌兰察布坳陷及周边出现构造热事件、构造抬升、差异性沉降和准平原化，坳陷边缘的卫镜、伊和乌苏及二连盐池等地总体抬升幅度为950～2 200 m，比坳陷内的齐哈日格图抬升幅度（1 100 m）大，使得坳陷边缘深部赛汉组下段受不同程度改造—地层被掀斜、剥蚀，有利于铀矿化的形成。

表1 乌兰察布坳陷磷灰石裂变径迹分析数据表［10］Table 1 Data table for the analysis of apatite fission tracks in the Wulanchabu depression

图3 乌兰察布坳陷地质体模拟的时间-温度曲线图Fig.3 Simulated time-temperature graph of geological body in Wulanchabu depression

3.3 沉积相条件

乌兰察布坳陷赛汉组下段总体为一套冲积扇、扇三角洲相、辫状河三角洲相-湖泊相沉积体系（图4）。在构造缓坡内以辫状河三角洲沉积相为主，相带较宽，向前延伸距离较长，一般长度约20～50 km、宽度10～20 km的砂带，砂体厚度60～120 m，平均厚度约80 m，其成层性、连通性较好，富含炭屑、黄铁矿，是铀储存的理想空间，如：额仁淖尔（靠近巴音宝力格隆起岩体一带）、艾勒格庙、新乌苏、伊和乌苏、赛汉塔拉及呼格吉勒图等地区；在构造陡坡则以山麓、冲积扇及扇三角洲相为主，砂体变化比较大，总体规模相对较小，碎屑表现为多粒级混杂堆积，分选性差。湖泊相主要分布于凹陷中央，以灰色、灰绿色泥岩为主，不具备可地浸铀成矿条件。

图4 乌兰察布坳陷赛汉组下段沉积体系示意图Fig.4 Schematic map showing the depositional facies of the lower member of Saihan Formation in Wulanchabu depression

3.4 氧化带

本区赛汉组下段氧化带类型为潜水、潜水-层间氧化带型两种，普遍发育在乌兰察布坳陷边缘，规模大小不一，与铀成矿密切相关。潜水氧化带长5～20 km，宽2～10 km，其发育规模与地层出露在地表的范围、岩性及构造有关，发育深度几十米至几百米。潜水氧化作用在垂向上遇到泥岩层隔挡时，局部发生顺层的氧化作用，形成潜水-层间氧化带。潜水-层间氧化带发育的规模、强度和形态主要受沉积地质体岩性、岩相以及砂体的成层性、连通性等因素的影响。笔者通过大量钻孔研究表明：潜水-层间氧化带与铀成矿最为相关，主要沿岩体边缘发育，呈带状、指状向凹陷中央延伸，规模较大，长度达几十千米，宽度几百米至几千米，如乌兰察布坳陷北西缘额仁淖尔凹陷氧化带长40 km，宽3～5 km；垂向上潜水-层间氧化带的发育特征极其复杂，分带性不够明显，具有多层叠加现象，单层氧化带厚度几米至十几米，最大可达几百米，矿体往往分布在氧化带上下两翼，这也是导致赛汉组下段铀矿化具有多层现象重要原因之一。

4 找矿模式与找矿方向

4.1 关键控矿因素分析

4.1.1 铀源体

赛汉组下段蚀源区发育大规模华力西-燕山期中酸性侵入岩，铀含量高，平均铀含量为（3.6～8.3）×10-6，风化程度高，大量铀被淋滤，铀从岩石中转入地下水中，为坳陷铀成矿提供了主要的铀源。此外，赛汉组下段灰色碎屑岩本底含量较高，平均铀含量6.09×10-6，也是重要铀源体。

4.1.2 构造

对赛汉组下段铀矿化影响最大的构造活动为早白垩世晚期构造反转和晚白垩世以来整体抬升与差异性沉降，造成了赛汉组与二连组之间的角度不整合及晚白垩世以后的长期（长达1.6亿年）陆地干旱气候环境［11］，形成了较稳定的斜坡带，目的层砂体出露地表，易发育潜水-层间氧化作用，携带大量活化铀进入沉积地层。

4.1.3 地层

赛汉组下段地层总体由坳陷边缘向坳陷中央倾斜，具有泥-砂-泥互层结构，倾角1°～3°，部分可达到5°左右，存在明显的削截面，有利于含矿含氧水的渗入和运移。

4.1.4 岩性-岩相

赛汉组下段在构造缓坡内发育辫状河三角洲相辫状河道和水下分流河道砂体，砂体的连通性、成层性较好，如：乌兰察布坳陷北西斜坡带圈出长50 km、宽10～20 km的砂带，砂体叠加厚度约60 m，为铀富集提供了可容纳空间。

4.1.5 后生氧化

通过历年勘查验证氧化带控矿极其明显，后生氧化主要为潜水、潜水-层间氧化作用，由于氧化流体流速慢，所以有利于铀的充分富集。与赛汉组下段铀成矿最为密切相关的是潜水-层间氧化作用，一般呈多层现象。经过氧化带的富铀层间水径流到氧化还原过渡带［11］，铀不断富集，分布于层间氧化带上下两翼。

4.1.6 还原介质

赛汉组下段沉积层中富含有机质、黄铁矿等还原剂；有机质对铀有吸收、吸附作用［11］，这在沼泽微相中的铀矿化表现最为突出；而有机质、黄铁矿及构造涌溢油气主要作用为提供地球化学还原障，富集铀。

4.2 找矿模式

图5 乌兰察布坳陷铀矿找矿模式Fig.5 The exploration model for uranium deposit in Wulanchabu depression

通过乌兰察布坳陷赛汉组下段铀矿化特征与铀成矿条件分析，构建如下找矿模式（图5）：1）铀矿化发育于坳陷边缘 “箕状”次级凹陷缓坡辫状河三角洲内；2）边缘构造反转、抬升作用较明显，抬升幅度远远大于坳陷中央一带，形成蚀源区与盆地地形落差较大的斜坡带，为含铀含氧水渗入提供良好水动力环境；3）边缘紧邻华力西-燕山期中酸性岩浆岩等富铀岩体（风化壳厚，剥蚀程度高），无论地下水，还是碎屑岩本底铀含量都较高；4）边缘赛汉组下段被掀斜，呈单斜缓坡，地层向坳陷中央倾，并遭受后期不同程度剥蚀，砂体裸露地表或存在构造裂隙、削截面，易形成潜水、潜水-层间氧化带；砂体成层性、连通性较好，富含有机质等还原介质，提供铀富集存储空间；5）缓坡带主要发育辫状河三角洲沉积相，平原亚相中多见沼泽微相褐煤层、碳质泥岩等，易形成同沉积叠加后期改造型铀矿化，前缘亚相水下分流河道砂体较为发育，具有泥-砂-泥结构，富含有机质，由于搬运距离较远，碎屑岩结构成熟度和成分成熟度较高，易形成潜水-层间氧化带铀矿化。

4.3 找矿方向

通过乌兰察布坳陷赛汉组下段铀成矿条件分析，依据赛汉组下段关键控矿因素和找矿模式，表明乌兰察布坳陷赛汉组下段具有较好的铀成矿远景。指出，额仁淖尔-艾勒格庙（I-1）、伊和乌苏（I-2）具有良好的铀成矿远景（图6），为 I级远景区；赛乌苏-赛汉高毕（II-1）、赛汉塔拉西北部（II-2）、江岸（II-3）、白音花西（II-4）具有较好的铀成矿远景，为II级远景区。