走廊地区花海盆地砂岩型铀矿成矿条件及找矿潜力分析

2019-09-20贺锋鲁宝龙张字龙牛霆霍志达贾翠杨梦佳

铀矿地质 2019年5期

贺锋，鲁宝龙，张字龙，牛霆，霍志达，贾翠，杨梦佳

（1.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；2.核工业二〇三研究所，陕西咸阳 712000）

走廊地区曾开展过一系列地质调查和资源勘查工作，先后发现了一批铀矿床、矿点、矿化点和异常点带；运用同生沉积-后生改造的砂岩型铀矿成矿理论和找矿思路［1-4］，先后取得了众多找矿和地质方面重要成果，例如在酒东盆地下白垩统新民堡群发现了红山矿床［5-8］。前人对花海盆地周缘的断裂活动［9-10］、构造特征［11］、中新生代构造演化［12-13］、沉积特征［14-15］和油气资源潜力［16-18］进行了研究和分析，但该区的铀矿地质研究工作十分薄弱。笔者通过对花海盆地构造单元的划分，优选有利构造带，厘定铀矿找矿目标层位，确定其沉积类型，综合分析花海盆地的铀成矿条件，旨在为铀矿地质勘查提供可靠依据。

1 区域地质背景

走廊地区中新生代诸盆地位于祁连褶皱系北部次级构造单元走廊过渡带之上［9-10］。花海盆地位于走廊盆地群中段，酒西盆地之北，南部边界自西至东依次为宽台山、黑山，北抵北山，西起天津卫隆起，东至嘉峪关隆起，行政区划属酒泉市花海镇管辖，面积约 1 100 km2（图 1）。

花海盆地在经历了印支运动之后，彻底结束了本区海相沉积的发展阶段，海水全部退出本区，形成了本区中-新生代陆相盆地的基底。前震旦系为一套变质的火山岩系和碎屑岩；下古生界主要为变质火山岩、海相碎屑岩和碳酸盐建造；上古生界为陆相-海陆交互相-陆相碎屑岩夹基性火山岩建造［9-11］。泛酒泉盆地包括酒泉（酒东、酒西）盆地、金塔盆地和花海盆地，主要沉积期相互连通一体。沉积盖层由三叠系、中下侏罗统、下白垩统、新近系和第四系组成［12-15］，在三叠系、侏罗系、白垩系及第四系均有铀矿化，其中下白垩统赤金堡组和下沟组为主要找矿目的层位（图 2）。

花海盆地构造演化经历了侏罗纪初始断陷沉降期、早白垩世断陷扩展期和早白垩世末-新近纪改造萎缩期三个大的演化阶段。早中侏罗世断陷成盆和早白垩世强烈伸展裂陷之后整体处于强烈的构造挤压环境之下，使得盆地南侧发生强烈的逆冲推覆，在山前沉积了巨厚的新生代沉积［11-14］。晚白垩世—古新世地层抬升剥蚀，并发育干旱气候环境，有利于铀矿的后生氧化改造及铀矿化叠加富集，是有利的铀成矿阶段。

图1 花海盆地铀矿地质简图（据刘武生，2010［7］）Fig.1 Uuranium geology sketch of Huahai basin

图2 花海盆地地层综合柱状图（据李万华，2012—2014［5］）Fig.2 Comprehensive strata column in Huahai basin

花海盆地侵入岩以花岗岩类为主，发育早古生代花岗闪长岩和石炭-二叠纪斜长花岗岩，主要分布在花海盆地外缘的隆起区和盆地基底，是潜在的富铀铀源体。

2 构造特征

依据盆地基底岩性差异、基底断裂分布、基底起伏形态特征以及各地质时期盆地盖层的发育情况等，可划分为三个一级构造单元，即南部逆冲带、中部凹陷带和北部斜坡带（图3）。盆地南部发育阿尔金断裂带，晚白垩世以来发育强烈构造挤压，使得盆地南侧形成强烈的逆冲推覆构造，在山前堆积了巨厚的新生代沉积［10］，白垩系埋深2 000～3 000 m，不利于铀成矿；而盆地的北部斜坡带地层产状较缓，倾角4～8°，白垩系埋深300～1 300 m，厚度200～1 000 m。早白垩世末，由于印度板块与华北板块强烈碰撞，晚白垩世-古新世的区域性抬升，花海盆地进入全面抬升剥蚀阶段。花海盆地南部形成了强烈的逆冲推覆带，而盆地北部构造变形较弱，形成了相对稳定的单斜构造，为砂岩型铀矿成矿提供了有利的构造条件（图3）。

图3 花海盆地二维地震剖面（据覃素华，2013［10］）（剖面位置见图1）Fig.3 The 2-D seismic profile of Huahai basin （The location of the profile is shown in Fig.1）

3 含矿目标层沉积建造和沉积相特征

3.1 沉积建造

下白垩统赤金堡组和下沟组为主要找矿目的层位，盆地南、北缘目的层埋深较浅，向盆内深度加大，盆地东南部目的层埋深普遍较大（＞400 m），而西部北缘为宽缓的构造斜坡带，目的层一般埋深＜400 m。砂体基本为下粗上细的正韵律沉积，泥-砂-泥结构完整，物源主要来自凹陷东部和北部斜坡带，砂体主要分布于盆地北部、南缘和盆内凸起的边部，向盆内凹陷中心砂体厚度逐渐变薄［5-7］。

赤金堡组（K1c）：下段为棕红色、棕黄色、灰绿色砾岩、砾状砂岩与含砾砂岩、粉细砂岩互层，顶部见炭质页岩、煤线，含植物化石；中段为灰黄色、浅灰色砾岩夹灰绿、深灰色泥质砂岩、砂质泥岩；上段下部为黄绿色、灰黑色泥岩、砂质泥岩夹含砾中粗砂岩，上部为灰黑色页岩夹浅黄色粉细砂岩、泥灰岩，页理发育（图2）。赤金堡组出露于花海盆地南部新民堡地区，厚400 m左右。砂岩厚度为260 m，以浅黄色中层中粗砂岩、含砾砂岩为主，单层砂岩厚度可达20～30 m。该套地层平均铀含量为3.29×10-6，钍含量为14.5×10-6，钍铀比平均值为5.21。前人在该地层发现了赤金峡和低洼窑两个矿点，铀含量（100～700）×10-6，矿体呈层状或透镜状，含矿岩性为砂泥岩互层和煤层。在赤金峡北发现新矿化点1处，含矿岩性为棕红色火山碎屑岩，分析测试结果显示铀含量为490×10-6，钍含量为63.1×10-6。

下沟组（K1g）：下部为紫红色、灰绿色砾岩、砂砾岩、砂岩夹泥岩、砂质泥岩；上部为灰绿色、灰黑色泥岩、砂质泥岩夹灰白色中粗砂岩、粉细砂岩（图2）。下沟组出露于花海盆地南部新民堡地区，厚660 m左右。砂岩厚度为400 m，以灰绿色砂岩、含砾砂岩和砾岩为主，夹有多套紫红色的厚层中、粗砾岩，单层砂岩厚度可达30～50 m。ZKH3-1钻孔在盆地北部揭露下沟组共213 m，砂体厚度为61 m，单层砂体最厚可达11.7 m。该套地层平均铀含量为4.65×10-6，黑山南部黑色泥岩中铀含量可达（10～40）×10-6，钍含量15.4×10-6，钍铀比平均值为4.29。

3.2 沉积相特征

酒泉盆地群包括酒东盆地、酒西盆地、金塔盆地和花海盆地，在中新生代沉积期相互连通一体。赤金堡组早期以冲积扇和河流相为主，中期为三角洲与湖泊相交替，晚期以湖泊相为主；下沟组早期以冲积扇、三角洲与湖泊相交替为主要特征，晚期以滨浅湖-深湖相为主；中沟组早期以冲积扇和河流相为主，晚期以河流与浅湖相交替为特征。盆地早白垩世沉积充填物表现出粗—细—粗的韵律性，沉积环境经历了冲积扇—河流—湖泊—河流的演化过程，对应着盆地从断陷初期—持续断陷期—断陷萎缩期的完整过程［12-14］。花海盆地是一个半地堑断陷盆地，处于短轴方向的南部和东部断陷区，离物源区近，主要发育扇三角洲-半深湖、深湖沉积体系；处于长轴方向的北部缓坡带主要发育河流三角洲前缘相，离物源区相对较远，分选较好，是有利成矿的沉积相带（图4）。

4 成矿条件及找矿潜力分析

图4 花海盆地下白垩统下沟组时期沉积相图（据冉波，2006［11］）Fig.4 Sedimentary facies for the Lower Cretaceous Xiagou Formation in Huahai basin

花海盆地北部发育较宽缓的构造斜坡带，长期的缓慢隆升使得花海盆地北缘形成构造天窗，为含铀含氧水的渗入提供了有利的构造条件，但盆地北部的剥蚀厚度较大，保留的有利成矿空间较有限。伽马能谱测量显示盆地北部大面积发育的花岗岩岩体中平均铀含量为 5.45×10-6，最高可达 57.45×10-6，钍铀比平均值为5.97，这些花岗岩体可为铀矿的形成提供充足的铀源。花海盆地北部主要发育河流三角洲-滨浅湖沉积体系，由于物源区较远，沉积分异较好，河流三角洲平原砂体发育，为有利的潜在容矿砂体；有利沉积相带的展布范围较窄，分布范围小，砂体的成熟度较低，不利于成矿。玉门油田有13口钻孔见到了油气显示，有两口钻孔在下沟组见到了低产油流［16-18］，说明花海盆地油气资源较为丰富，河流三角洲相中的植物碎屑和滨浅湖中的暗色泥岩中有机质也极为发育。中部花海凹陷富含有机质、油气藏等还原剂，反映强还原环境，而北部斜坡带处于氧化环境，推测该区存在氧化还原过渡带。通过花海盆地北部土壤氡气测量数据分析，确定土壤氡浓度基值为1 350 Bq·m-3和异常值下限（E＋2δ 值）为 5 442.55 Bq·m-3。在测区南部圈定土壤氡浓度异常带范围，异常强度4～6倍，指示该区放射性异常（图 5）。

图5 花海盆地中沟组底界构造埋深等值线和土壤氡气叠合图（底界构造等值线图据覃素华，2013［10］）Fig.5 Contour for the bottom depth of Zhonggou Formation and soil radon content in Huahai basin

花海盆地北部斜坡带具有以下成矿有利条件：稳定的构造背景、丰富的铀源条件和有利的河流三角洲砂体、富含有机质和油气等还原剂、氧化还原带和土壤氡气异常带发育。但花海盆地有利沉积相带的展布范围较窄，分布范围小，砂体的成熟度较低；盆地北部的剥蚀厚度较大，保留的有利成矿空间较有限，对铀成矿的不利。综合分析认为有利构造部位、有利砂体和土壤氡气异常的叠合区具有较好的铀成矿条件和找矿潜力。经核工业二〇三研究所钻探查证在氡气异常区发现矿化孔一口，其中发现铀异常段2段，铀矿化1段，更加证实了花海盆地北部斜坡带具有一定的找矿前景（图5）。