鄂尔多斯盆地下白垩统砂岩型铀矿找矿方向

2022-03-29刘鑫扬贺锋剡鹏兵武正乾张字龙

铀矿地质 2022年2期

刘鑫扬，贺锋，剡鹏兵，武正乾，张字龙

（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.中国核工业地质局，北京 100013；3.核工业二〇八大队，内蒙古包头 014010；4.核工业二〇三研究所，陕西咸阳 712000）

鄂尔多斯盆地已探明的砂岩型铀资源储量位居全国产铀盆地之首，在盆地东北缘中侏罗统直罗组相继落实了皂火壕、纳岭沟、大营、柴登壕和巴音青格利等大型、特大型铀矿床，并创建了“叠合复成因”砂岩铀矿成矿理论［1-2］，同时也发现了鄂尔多斯盆地下白垩统一系列铀矿化信息，并落实了国家湾铀矿床、毛盖图矿产地［3-4］。2019—2021 年，盆地西北部伊和乌素、西南部镇原-灵台地区下白垩统砂岩型铀矿勘查均取得了突破［5-6］，表明了下白垩统具有形成砂岩型铀矿床的潜力，是砂岩型铀矿找矿突破的有利方向［7］。本文在进一步厘定鄂尔多斯盆地下白垩统红杂色层找矿目标层位的基础上，以环河组为重点研究对象，从铀源条件、构造条件、建造条件、后生蚀变条件等方面综合分析砂岩型铀成矿条件，进一步指明砂岩型铀成矿方向，为盆地下白垩统砂岩型铀矿勘查部署提供依据。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地下白垩统主要分布在盆地中西部，面积约13.7 万km2，地层厚度由东向西变厚，最厚可达1 200 m［8］。下白垩统在鄂尔多斯盆地西北部和西南部以志丹群沉积为主，西南隅平凉-华亭-陇县地区为六盘山群（图1），其中志丹群洛河组底部年龄约137 Ma，六盘山群三桥组底部年龄约126 Ma［9］。志丹群包括宜君组（K1y）、洛河组（K1l）、环河组（K1h）、罗汉洞组（K1lh）、泾川组（K1j）［10］。六盘山群包括三桥组（K1s）、和尚铺组（K1hs）、李洼峡组（K1g）、马东山组（K1m）和乃家河组（K1n）［11］。志丹群和六盘山群均发育一套氧化环境为主的红杂色碎屑岩建造。

图1 鄂尔多斯盆地下白垩统岩石地层划分对比图Fig.1 Lithostratigraphic correlation of Lower Cretaceous in Ordos Basin

2 下白垩统产铀层位

环河组和洛河组为盆地下白垩统志丹群主要产铀层位。环河组西北部岩性为棕红色、灰绿色中粗砂岩、砾岩，夹薄层杂色泥岩、紫红色、褐灰色粉细砂岩；西南部上部为杂色泥岩、泥质粉砂岩，夹棕红色、浅黄色、灰白色细砂岩，下部为紫红色、浅黄色、灰白色细砂岩与泥岩互层，局部夹泥灰岩和石膏。洛河组底部发育厚层棕红色、灰绿色砾岩、粗砂岩；上部发育棕红色厚层中粗砂岩和砾岩，夹薄层泥岩，发育大型风成交错层理。

核工业二〇八大队、核工业二〇三研究所和中国地质调查局天津地质调查中心在伊和乌素、灵台和镇原地区的环河组、洛河组先后发现了铀工业矿化［5-6］。其中伊和乌素地区的产铀层位是环河组、洛河组，含矿岩性为褐灰色、灰绿色中粗砂岩；镇原地区产铀层位为环河组、洛河组，含矿岩性为灰白色、浅黄色、砖红色细砂岩、砂砾岩；灵台地区产铀层位为洛河组，含矿岩性为灰绿色细砂岩。环河组主要分布在盆地的中西部，东部部分地层完全剥蚀，地层厚度中心为西部亚斯图—鄂托克旗—毛盖图—盐池—环县—镇原—泾川一带，一般厚度在400～600 m，最大厚度为800 m 左右［12］；东部地层厚度薄，一般为0～300 m（图2）。目前已发现的下白垩统铀工业孔、矿化孔和异常孔均分布在地层厚度中心的东西两翼，表明了沉积中心对矿化具有一定的控制作用。

图2 鄂尔多斯盆地下白垩统环河组厚度等值线图（据文献［12］修改）Fig.2 Isopach map of Huanhe Formation，Lower Cretaceous in Ordos Basin（modified after reference［12］）

六盘山群马东山组和李洼峡组是盆地西南隅主要产铀层位。国家湾铀矿床含矿层位为马东山组，含矿层岩性以灰绿色、灰白中粗砂岩为主。在李洼峡组中发现了诸多沿盆地边缘分布的矿点和工业孔，含矿岩性以灰绿色细砂岩为主，偶夹紫红色泥质条带［4］。

3 铀成矿条件分析

3.1 铀源条件

鄂尔多斯盆地西北缘、西缘、西南缘、南缘具有较优越的外部铀源条件，可为盆地铀成矿提供丰富的铀物质，有利于后生砂岩型铀矿化的富集。盆地西北缘狼山主要发育花岗岩和沉积变质岩，花岗岩类铀含量为（3.1～12）×10-6，Th/U 为1.9～5.3；沉积变质岩铀含量为（2.2～4.3）×10-6，Th/U 为1.8～4.5［1-2］。盆地西缘贺兰山、桌子山主要发育碱性花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩、混合花岗岩、花岗片麻岩、片岩、板岩、变质砂岩等，铀含量一般为（2.2～4.3）×10-6，钍含量为（7.5～14）×10-6；海西期岩浆岩铀含量最高，铀含量为（4～12）×10-6，钍含量为（11.5～31）×10-6，Th/U 为1.9～3.8［3-4］。盆地西南缘陇县—歧山一带的下寒武统辛集组含铀磷块岩层、陇山含铀变质岩系的秦岭群和印支期含铀花岗岩体，铀含量为（2.2～8.6）×10-6［4］。盆地南缘北秦岭的元古宙、古生代中酸性花岗岩、混合岩和变质岩，铀含量为（4.1～6.9）×10-6，在花岗岩体内外带发现多个大中型铀矿床。

北部下白垩统砂岩的铀本底值并不高，一般小于3×10-6，其内部铀源条件一般；但在中部和南部下白垩统砂岩铀本底值有所升高，可作为内部铀源。此外，鄂尔多斯盆地深部富铀烃源岩生成的含油气含铀流体也可能为浅部的砂岩型铀矿提供铀源。中上三叠统延长组泥岩、泥页岩和石炭系-二叠系煤层、泥岩均是富铀的烃源岩，铀含量一般在（30～140）×10-6，平均为50×10-6［13］。烃源岩生排烃-排铀模拟实验表明，富铀烃源岩在生烃的同时可携出铀元素，三叠系烃源岩长7 段油页岩在生油期109～124 ℃、15～20 MPa 下，其携出率大于50%，携出铀总量大于0.4×108t，含铀的油气流体在地层压力下通过断裂以及砂体的沟通运移也可能为下白垩统铀成矿提供铀物质［13-14］。

3.2 构造条件

下白垩统沉积期，鄂尔多斯盆地为陆内克拉通盆地。现今下白垩统底界结构基本为西低东高的构造格局，呈不对称的碟状［7］。鄂尔多斯盆地根据下白垩统底界面的构造等高线可划分为西缘逆冲带、天环坳陷、伊陕斜坡3 个二级构造带。东部为伊陕斜坡，向南西方向倾，构造不发育［15］。天环坳陷西部作为西缘冲断带向盆地的延伸部分，构造变形强烈，是发育坡度较陡、往东倾的斜坡带（图3）。盆地中西部整体表现为一南北向的天环坳陷。天环坳陷北部还存在一条东西向的三眼井凹陷，该凹陷基本位于东西向的三眼井断裂带上。天环坳陷的东西两翼均发育斜坡带，为有利的构造区段，西部斜坡带较陡，宽10～20 km，坡降为20～30 m/km；东部斜坡带较缓，宽70～140 km，坡降为5～10 m/km。鄂尔多斯盆地西北部东西向断层和西南部北东东和北西向断层切穿了白垩系和三叠系，为还原性油气流体的沟通提供了构造条件［7，15-16］。

图3 鄂尔多斯盆地下白垩统环河组底构造等值线图Fig.3 Contour map of the structure bottom of Huanhe Formation，Lower Cretaceous in Ordos Basin

3.3 建造条件

志丹群由下至上总体发育冲积扇-辫状河、辫状河三角洲-风成砂-湖相沉积［8，11］，六盘山群是由底部冲积扇向上逐渐发展为河流相，最后以湖相杂色泥岩结束［4］。鄂尔多斯盆地下白垩统罗汉洞组、环河组和洛河组砂体比较发育。罗汉洞组西北部发育厚层的粗砂岩和砂砾岩，厚度可达200～300 m，西南部发育厚层中细砂岩，厚度为100～200 m。环河组砂体厚度表现出西北厚西南薄的特征，西北部主要发育棕红色、灰绿色、紫红色含砾粗砂岩、粗砂岩和中粗砂岩，细砂岩、粉砂岩和泥岩很少发育，为典型的“砂包泥”，砂体在伊和乌素-亚斯图-苏里格地层较厚地区更为发育，厚度可达300～500 m，含砂率一般在60%～90%，往西南方向商都-毛盖图地区含砂率降为30%～50%；西南部主要发育巨厚层的紫红色、灰色泥岩，厚度可达400～500 m，仅在环河组顶部和底部发育砂体，岩性以中细砂岩为主，厚度最大为300～400 m（图4），含砂率为20%～30%。洛河组砂体厚度一般为200～300 m，其沉积中心厚度普遍大于400 m，以风成沙丘砂岩夹丘间细粉砂岩、泥质岩组合为主。

图4 鄂尔多斯盆地下白垩统环河组砂体厚度等值线图Fig.4 Contour map of sandstone thicknes of Huanhe Formation，Lower Cretaceous in Ordos Basin

志丹群宜君组发育一套近源山前冲积扇沉积，岩性主要为紫红色砾岩；洛河组由风成沙漠相、河流-湖泊相组成，岩性为棕红色厚层状中粗砂岩和砾岩，夹薄层泥岩；环河组沉积期，鄂尔多斯盆地西北部主要发育冲积扇-辫状河-辫状河三角洲沉积体系（图5a、b、c）；盆地西南部主要发育辫状河三角洲-湖泊相沉积体系，湖泊主要在中西部和中南部大面积发育，湖泊类型为盐湖，泥岩中发育大量的膏盐岩（图6）。罗汉洞组在盆地西北部主要发育冲积扇-辫状河相，岩性由棕红色砂岩、含砾砂岩、砾岩夹透镜状泥岩、砂质泥岩组成（图5d、e）；在盆地西南部西侧近边缘主要为辫状河相-沙漠沙丘亚相，岩性主要为棕红色、紫红色中细砂岩夹紫红色泥岩、粉细砂岩薄层［12］。泾川组主要以湖相泥岩为主，仅在北部发育冲积扇沉积。

图5 鄂尔多斯盆地北部下白垩统罗汉洞组、环河组沉积相及砂体特征Fig.5 Sedimentary facies and sand body characteristics of Luohandong and Huanhe Formation，Lower Cretaceous in the northern Ordos Basin

图6 鄂尔多斯盆地下白垩统环河组沉积相图（据文献［11］修改）Fig.6 Sedimentary facies of Huanhe Formation，Lower Cretaceous in Ordos Basin（modified after reference［11］）

目前已发现的环河组、洛河组铀矿化主要产在辫状河、辫状河三角洲沉积体系中，其中西北部伊和乌素含矿砂体为辫状河砂体，中西部毛盖图和西南部镇原、灵台为辫状河三角洲砂体，镇原地区洛河组部分铀矿化发育在风成砂沉积体系中［5-6］。泾川组发育同沉积的铀矿化，矿化岩性以湖相的粉砂质泥岩、泥质粉砂岩为主。

六盘山群从下至上发育冲积扇—河流—河流三角洲—滨浅湖相沉积。三桥组主要发育冲积扇沉积，岩性以砂砾岩、砾岩为主，砂砾岩厚度为10～850 m。和尚铺组发育厚层河流相砂体，砂体厚度为4～90 m，呈灰色、褐黄色、浅褐黄色，单层砂体厚度大。李洼峡组武村铺南部砂体厚度为40～80 m，含砂率为30%～60%，神峪河地区砂体厚20 m 左右，含砂率为10%～20%；西南部砂体厚度更薄，以泥岩为主。马东山组砂岩厚度为45～180 m，含砂率平均值大于60%，单层砂体厚度可达8 m。乃家河组以湖相沉积为主，砂岩不发育。六盘山群和尚铺组、马东山组的河流相砂体是有利的找矿砂体，李洼峡组的辫状河三角洲砂体较为有利。

3.4 后生蚀变条件

鄂尔多斯盆地下白垩统整体为干旱炎热环境，总体是一套红杂色碎屑沉积，砂岩原生颜色主要为棕红色、紫红色，盆地中心颜色过渡到灰绿色、灰色。鄂尔多斯盆地西南部镇原方庄地区环河组发育7～9 层氧化砂岩，单层厚度为12～51 m，以褐黄色、褐红色、浅黄色中细砂岩为主，发育中等、弱赤铁矿化和褐铁矿化（图7a、b），二者具有渐变递进关系，赋矿岩性为灰白色、灰绿色含细粒黄铁矿中细砂岩（图7c）。西北部伊和乌素地区环河组发育厚层状灰绿色中粗砂岩（图7d），灰绿色砂体厚度为200～300 m，其主要致绿矿物是绿泥石与绿/蒙混层，灰绿色层可能是黏土矿物被深部扩散的轻质油气还原的结果。西北部伊和乌素地区铀矿化主要赋存于褐灰色砂体中，其次位于灰绿色中粗砂岩、紫红色中粗砂岩和细砂岩、灰色含炭屑中细砂岩中（图7e、f）。褐灰色砂体中含有较多钠长石、钾长石和少量有机质，褐灰色层主要是由粒间孔隙中富含微小的含钛铁矿物集合体引起的。铀成矿与砂体中发育的黄铁矿、钛铁矿、褐铁矿以及赤铁矿等铁的硫化物和氧化物关系密切。

图7 鄂尔多斯盆地下白垩统环河组不同颜色砂岩照片Fig.7 Photos of sandstone in different colors of Huanhe Formation，Lower Cretaceous in Ordos Basin

从环河组上段岩石地球化学分带特征来看（图8），东西部斜坡带边缘基本上以发育氧化带为主，氧化类型主要为潜水氧化，后期可能转层间氧化；中部灰色原生带砂体受天环坳陷的控制，分布在庆阳—定边—鄂托克前旗—鄂托克旗一带，氧化还原过渡带分布在灰色原生带与氧化砂体之间，受油气后生改造，部分红色砂岩蚀变成灰绿色、灰白色的砂岩，在伊和乌素、白土井和灵台等地区，完全蚀变成灰绿色砂体。铀矿化主要赋存于环河组、洛河组褐灰色、灰白色和灰绿色砂岩中，铀矿体发育在氧化还原过渡带。伊和乌素地区ZKW2020-1 铀矿石全岩U-Pb 等时铀成矿年龄为（106.98±9.49）Ma，与三叠系延长组烃源岩主生烃期和主排烃期130～100 Ma 基本一致［13，17］，也说明了油气后生还原对铀成矿的重要作用。

图8 鄂尔多斯盆地下白垩统环河组上段砂岩岩石地球化学分带图Fig.8 Geochemical zoning map of sandstone in the upper member of Huanhe Formation，Lower Cretaceous in Ordos Basin

4 找矿方向探讨

鄂尔多斯盆地下白垩统志丹群主要产铀层位是环河组、洛河组，次要产铀层位为罗汉洞组和泾川组；六盘山群主要产铀层位是马东山组和李洼峡组，次要产铀层位为和尚铺组。铀成矿条件分析认为下白垩统具有较大的砂岩型铀矿找矿前景。盆地周缘具有较优越的外部铀源条件，中部和南部下白垩统砂岩内部铀源条件优于北部，三叠系富铀烃源岩生成的含油气含铀流体也可能成为深部铀源。天环坳陷东西两翼斜坡带的铀成矿构造条件有利，底部断层沟通油气，有利于还原物质和深部铀流体的沟通。在下白垩统沉积之后，盆地东部构造缓慢抬升，有利于铀矿化的形成。北部发育的辫状河砂体和中部、南部的辫状河三角洲砂体是有利的容矿砂体。改造条件也非常有利，后期发育潜水转层间氧化和深部油气流体的还原，有利于铀成矿。

下白垩统铀矿化构造位置均位于天环坳陷东西两翼斜坡带上，构造控矿明显。天环坳陷东西两翼斜坡带、有利沉积相带叠加沟通油气断裂发育区是下一步重点找矿方向。伊和乌素-亚斯图地区位于天环坳陷东北斜坡带上，环河组和洛河组主要发育辫状河道砂体为主，铀矿化受灰绿色砂岩与氧化砂岩的过渡带控制，环河组、洛河组铀矿体厚度为2.2～25.3 m，平均品位为251×10-6；镇原-环县地区环河组、洛河组铀矿体厚度为18.8～36.8 m，平均品位为230×10-6，伊和乌素-亚斯图地区和镇原-环县地区已具备大中型铀矿床的前景。毛盖图-鄂托克前旗地区位于天环坳陷东部斜坡带，已发现毛盖图矿床，具有铀资源进一步扩大的潜力，铀矿化产于潜水、潜水-层间氧化带前锋线附近，呈层状产出，矿化品位一般为（100～500）×10-6，最高为618×10-6，厚度一般为0.2～5 m，最大为6.2 m。灵台-宁县地区见到了铀工业孔，灵台地区产铀层位为洛河组，含矿岩性为灰绿色细砂岩，矿体厚度为2.4～3.9 m，平均品位为760×10-6，也有较大的砂岩型铀成矿潜力。伊和乌素-商都地区位于天环坳陷北部西翼斜坡带，有利砂体为辫状河道和辫状河三角洲砂体为主，发育多个铀矿点，钻探也已发现异常孔，具有一定的成矿前景。此外，在盆地西南隅六盘山群马东山组和李洼峡组铀矿化信息较多，国家湾矿床马东山组铀矿体厚度一般小于3 m，平均品位为570×10-6，李洼峡组铀矿体平均厚度为1.6 m，最大厚度为2.4 m，平均品位为380×10-6，最高品位为4 131×10-6，也具有一定的找矿前景。