柴达木盆地西南区铀矿地质特征及成矿有利区预测

魏学斌，杨 梅，王 铎，赵为永，李叶平，赵志猛

(中国石油 青海油田分公司勘探开发研究院，甘肃 敦煌 736202)

我国砂岩型铀矿勘查工作起始于20世纪50年代，目前已取得较多的地质找矿成果，尤其是2013年鄂尔多斯发现的大营超大型铀矿更是为我国跻身核大国行列具有非常重大的意义。相比国内其他大中型盆地，柴达木盆地也具备砂岩型铀矿形成的地质条件，目前在盆地内尤其是北缘地区已发现多个工业矿和矿化异常点。

自20世纪50年代至今，柴达木盆地一直在开展铀资源调查工作，取得了一定的找矿成果。但总体勘查程度依然很低，特别是在地浸砂岩型铀矿找矿方面一直未取得重大突破。随着常规油气勘探领域的逐渐减少和油价持续低迷，非常规油气资源、油气伴生资源勘探地位和作用日益突显。

砂岩型铀矿是指工业铀矿化主要产于砂岩(包括含砾砂岩、粉砂岩、泥岩)中的铀矿。该类铀矿的工业意义在于矿石质量好、品位中等，在0.1%～0.2%，易于开采和选冶，尤其是在矿石胶结程度较差的情况下，还可采用溶液采矿法(即地浸)，从而提高经济效益。由于地浸砂岩型铀矿开采成本低、矿量大和有利于环境保护等优势，目前已成为世界铀矿找矿领域主攻方向。目前全球1 573个铀矿床中，砂岩型铀矿床652个，占41%，位居首位。

为促进我国砂岩型铀矿的勘探开发技术创新，增强自主研发能力，降低勘探风险，提高钻探成功率，青海油田在柴达木盆地柴西南区开展了两轮的铀矿地质调查，通过创新“油铀兼探”的找矿思路，发挥多行业联合的技术优势，在该区部署钻探17个铀矿探孔，均见到不同程度的铀矿化异常显示，展示了该区良好的铀矿勘查前景。

1 铀成矿地质特征

1.1 构造特征

柴达木盆地位于青藏高原北部，南界为昆仑山，北界为祁连山，西界为阿尔金山，总面积12.1万km2(图1)。盆地内部由下而上发育古生界、中生界和新生界三套地层，盆地形成及演化与印度板块俯冲、青藏高原隆升、阿尔金断裂走滑密切相关。

图1 柴达木盆地大地区域构造位置Fig.1 Location map of Qaidam Basin

柴西南区现今构造格局及展布直接受控于昆仑山逆冲推覆和阿尔金左行走滑双重作用，形成了一系列向盆内逆冲的大型逆断层及同沉积背斜或鼻状构造[1]。在柴西南区出露的主要基底大断裂为控制南边界的昆北断裂以及盆地西缘的阿尔金山南缘断裂。以大断裂为主要的减压区，构成了研究区地下水的局部排泄带；含矿建造形成期的弱伸展构造环境有利于含矿层沉积体系的发育；后生改造成矿期的弱挤压构造环境有利于地下水的长期渗入。上新世—第四纪构造挤压反转作用，造成含矿目的层(油砂山组、狮子沟组及七个泉组)抬升剥蚀，局部形成构造斜坡带以及层间氧化带，是该砂岩型铀矿形成的有利构造位置[2]。

1.2 沉积演化特征

柴达木盆地中、新生代以来，受区域地质构造背景的影响，共经历了2次从断陷—坳陷—挤压隆升的完整演化阶段。早中侏罗世形成了一套以含煤碎屑岩建造特征的砂岩铀矿成矿目的层[3-4]；上新世—第四纪的挤压反转，进入氧化叠加改造作用的时期，形成层间氧化和铀矿化的叠加改造阶段(图2)。

柴达木盆地柴西南区自中新世后期开始，随着周边老山隆升，盆地开始整体下沉，在渐新世—中新世沉积了巨厚湖相地层的基础上，开始整体抬升，致使湖盆沉积中心逐渐向盆地中部迁移(图3)，盆地中部发育范围较大的宽浅湖泊。由于不同时期湖岸线的东迁，在湖相沉积之上河流三角洲沉积直接覆盖，形成了下部为湖相生油岩系，上部为河流相优质砂体的有利成矿组合，后生油气渗出形成了油气水的还原障，为铀在油气还原障中沉淀富集起到重要作用，大规模油气耗散作用是该区铀矿超常富集的主要原因，形成 “油铀同盆共存”的成矿机制。

图2 柴达木盆地中新生代构造演化示意Fig.2 Sketch map of Mesozoic and Cenozoic tectonic evolution of Qaidam Basin

图3 柴达木盆地新生代沉积中心迁移示意Fig.3 Migration map of Cenozoic sedimentary center in Qaidam Basin

1.3 岩性岩相特征

(1)盆地基底特征。柴达木盆地基底具有古生代褶皱基底和元古代结晶基底构成的双重基底结构。岩性主要为古生代浅变质岩、元古代中深变质岩和华力西期花岗岩，其变质岩与酸性侵入岩为盆地提供了丰富的铀源[5-10]。

结晶基底元古宇变质岩分为上、下2部分。下部由一套中深变质岩系组成，混合岩化作用十分强烈，最大厚度达11 100 m，U-Pb年龄为2 205 Ma(片麻岩中锆石)[11-14]；上部为一套在滨海至浅海环境下形成的浅变质大理岩、白云岩、石英岩夹千枚岩等，属千枚岩相，总厚8 972～18 847 m。其中，达肯大坂群铀含量4.3×10-6，党河群铀含量15.6×10-6，青白口群铀含量12.3×10-6(表1)[15]。

褶皱基底主要由古生界组成，分为加里东期构造层、海西期构造层和印支期构造层。其中海西期二长花岗岩铀含量3.9×10-6，花岗岩铀含量4.3×10-6，铀浸出率高达87%，已发现有3个铀异常点赋存于海西期中酸性侵入岩中，是区内主要的铀源体[16-17]。

表1 柴达木盆地主要基底铀含量统计Tab.1 Statistics of uranium content in main basement of Qaidam Basin

(2)盆地盖层特征柴达木盆地柴西南区沉积储层主要有侏罗系小煤沟组、大煤沟组、采石岭组、红水沟组，白垩系犬牙沟组和古近系路乐河组、下干柴沟组、上干柴沟组，新近系下油砂山组、上油砂山组、狮子沟组及第四系七个泉组。其中，含铀地层主要为上新统油砂山组、狮子沟组及第四系七个泉组[17]。①上新统油砂山组是上新世坳陷与挤压转换期形成的一套杂色碎屑岩建造，岩性为一套棕红、棕黄色砂质泥岩、泥岩及泥灰岩。沉积环境主要为干旱环境下形成的辫状河、扇三角洲、滨浅湖相相序组合。与下伏地层呈局部不整合接触。②上新统狮子沟组是上新世晚期挤压隆升期形成的一套杂色碎屑岩和膏盐建造，岩性主要为暗红色砾岩、砂砾岩、细砂岩、砂质泥岩，含石膏层、芒硝层。沉积环境为干旱环境下形成的扇三角洲、辫状河三角洲相相序组合。与下伏地层呈局部不整合接触。③下—中更新统七个泉组是喜山晚期强烈活动期形成的一套碎屑岩、黏土岩及化学岩建造，岩性主要为灰黄色含砾砂岩、砂砾岩，夹沙量砂岩、泥岩。沉积环境为干旱气候条件下形成的冲(洪积扇)相。与下伏地层呈区域不整合接触。④上新世油砂山组、狮子沟组及中下更新世七个泉组，铀含量高达9.8×10-6，一般2.3×10-6～2.8×10-6，局部达5×10-6～7×10-6，反映了明显的铀预富集作用，具备良好的铀源条件。同时冲(洪)积扇、扇三角洲、辫状河、滨浅湖相沉积组合也有利于含铀流体的运移和铀矿的形成。

1.4 水文地质特征

柴达木盆地柴西南区发育完整的地下水补给、径流、排泄系统。区内气候干旱、温差大，降水稀少、蒸发强烈，地下水主要靠阿尔金山和昆仑山区的大气降水和冰雪融化水渗入补给。从阿尔金山及昆仑山边缘到戈壁砾石带前缘为径流区，地下水流向在区内主要呈散射状由山区向尕斯库勒湖径流，尕斯库勒湖是本区的汇流中心，也是地下水排泄的集中点，排泄方式以湖面液态水蒸发以及人工开采为主[18]。

柴西南区新近系晚期—第四系地下水动力系统具有明显的分带性。从山前斜坡带到冲积盐沼平原，含水层岩性颗粒由粗到细，富水性由强到弱，厚度由厚到薄，水位埋深从大于100 m，到湖沼平原的0.1～1.0 m，最终排泄于尕斯库勒湖。由于蒸发作用逐渐增强，地层水矿化度由0.5～1.0 g/L逐渐增高至10 g/L以上，水化学类型由重碳酸盐型逐渐转变为氯化物型，遇到下部油气散逸形成氧化—还原过渡带[19]。

根据含水岩层的储水特征，柴西南区周边蚀源区为含铀含氧的基岩裂隙水，盆地内主要为碎屑岩类孔隙—裂隙水。碎屑岩类孔隙—裂隙水主要赋存于新近系晚期—第四系碎屑岩沉积中，接受阿尔金山及昆仑山区大气降水、冰雪融水以及基岩裂隙水渗入补给，携蚀源区富铀花岗岩、变质岩中的活性铀以潜水或承压水方式沿疏松砂体、不整合面或断层向盆地迁移，在潜水或层间氧化—还原带富集成矿。

1.5 铀矿化特征

通过对柴达木盆地柴西南区四千多口油气井进行自然伽马异常筛查，发现放射性异常主要集中于阿尔金山前斜坡带和昆仑山前昆北断阶带，多成带、成片分布，最高自然伽马强度可达7 210 API，且多分布于500 m以浅范围内。铀矿化主要赋存于上新世上油砂山组、狮子沟组及第四系七个泉组3套地层中。其中上新世砂岩、粉砂岩铀元素含量相对较高，一般大于或接近3.0×10-6，特别是部分狮子沟组灰色、灰绿色泥质粉砂岩中铀元素含量达9.8×10-6，是寻找砂岩型铀矿的有利层位。区内各时代侵入岩中元古代斜长花岗岩、华力西期斜长花岗岩和印支期花岗岩中铀元素含量也较高，一般大于3.4×10-6。目前发现的铀矿化点均位于放射性异常区域内，且呈现铀高钍低的特点[20-22]。

1.6 铀矿物赋存特征

柴西南铀矿区的铀元素主要以独立铀矿物(铀石、沥青铀)、分散吸附状态2种形式存在。铀石是最主要的铀矿物之一，主要以碎屑密切共生型铀矿物(原生铀矿物)和砂岩、粉砂岩中的后生铀矿物(铀石)2种形态产出(图4)，赋存在矿物边部、充填于砂岩岩屑、尤其是火山岩岩屑细小缝隙(裂隙)处和云母缝隙内。该矿床中铀的吸附剂主要是有机质和黏土矿物[23]。

图4 柴达木盆地跃进二号地区含矿砂岩电子探针照片Fig.4 Electron microprobe image of ore bearing sandstone in Qaidam Basin No.2 area

2 铀成矿预测

根据以上区域地质特征分析，笔者认为柴达木盆地柴西南区铀源充足，有利相带砂体发育，“补—径—排”体系条件完善，具备形成规模铀矿床的成矿要素(表2)。

表2 柴达木盆地砂岩型铀矿成矿要素Tab.2 Metallogenic elements for Qaidam Basin type uranium deposits

结合油田钻孔资料“二次解释利用”和铀验证孔钻探成果，在柴达木盆地柴西南区圈定了2个铀成矿有利区，分别为七个泉—红柳泉斜坡区和跃进—扎哈泉斜坡区。

2.1 七个泉—红柳泉斜坡区

七个泉—红柳泉斜坡区沉积主要来自昆仑山和阿尔金山交界的阿拉尔物源。阿拉尔地区震旦纪至古生代地层发育，岩浆活动及变质作用强烈，形成了大量的花岗岩体和基性岩体，岩石中活性铀发育，含量高，为该区提供了丰富的铀源。受上新世—第四纪构造挤压反转构造作用影响，深部地层抬升，在阿尔金山前形成七个泉—红柳泉构造斜坡区，蚀源区岩(层)石中的含铀矿物经风化水解后从U4+转化为U6+，携铀(U6+)含氧承压地下水沿斜坡透水砂岩沉积通道和不整合面向盆地运移，在氧化还原过渡带铀被还原(从U6+转化U4+)沉淀富集成矿。该区铀成矿类型属于层间氧化带型砂岩铀矿床。

通过自然伽马异常筛查，发现该区放射性异常层主要赋存于新近系上新统狮子沟组地层中，最大异常强度6 238 API，最大异常厚度25.4 m，埋深小于500 m，岩性以砂砾岩、砂岩、泥质砂岩为主。结合铀矿孔验证钻探，在该区发现5个工业铀矿孔，1个矿化孔，3个异常孔，圈定出一个勘查靶区(Ⅰ号靶区)，在狮子沟组落实2个铀矿体，矿体面积约3.49 km2，铀量最高达6.26 kg/m2，一般1.23～2.50 kg/m2，是该区重要的找矿目的层。

2.2 跃进—扎哈泉斜坡区

跃进—扎哈泉斜坡区沉积主要来自阿拉尔物源和祁漫塔格物源。受上新世—第四纪构造挤压反转构造作用影响，不仅在昆仑山前昆北断阶带形成跃进—扎哈泉斜坡区，还在该区局部形成了构造天窗以及不整合面和断层。①蚀源区铀离子随含氧水沿斜坡透水砂岩沉积通道和不整合面向盆地迁移；②第四系及新近系沉积岩石中具有较好的富铀预富集，含氧水从构造天窗向下渗滤，使上部砂岩层发生潜水氧化作用，铀离子向下迁移到隔水层顶板。深部油气沿断层和不整合面向上部渗透性较好的地层中扩散，使所到之处形成还原环境，促使含氧水中携带的铀被还原或吸附而沉淀富集成矿。该区铀成矿类型属于层间氧化带—潜水氧化带复合型砂岩铀矿床。

通过自然伽马异常筛查，发现该区放射性异常主要赋存于上新统油沙山组、狮子沟组及第四系七个泉组地层中，最大异常强度5 120 API，最大异常厚度13.5 m，埋深小于500 m，岩性以砂岩、泥质砂岩为主。结合铀矿孔验证钻探，在该区发现6个工业铀矿孔，1个矿化孔，1个异常孔，圈定一个勘查靶区(Ⅱ号靶区)，在上油砂山组、狮子沟组和七个泉组落实3个铀矿体，矿体面积约0.97 km2，铀量最高达5.49 kg/m2，一般1.06～1.82 kg/m2，是该区重要的找矿目的层。

3 结论

(1)柴达木盆地柴西南区铀源丰富、断裂和岩浆活动强烈，上油砂山组、狮子沟组、七个泉组地层胶结疏松，有利相带砂体发育，“补—径—排”体系条件完善，深部油气沿不整合面和断层散逸提供了良好的还原环境，潜水氧化或层间氧化作用广泛发育，区内已发现多个铀矿化异常点，证实柴西南区具备形成规模铀矿床的优越地质条件。

(2)通过油铀兼探放射性异常筛查和铀验证孔钻探，在区内发现11个工业铀矿孔，2个矿化孔，4个异常孔，圈定出2个铀成矿有利区，分别为七个泉—红柳泉斜坡区和跃进—扎哈泉斜坡区。前者落实2个铀矿体，铀成矿类型为层间氧化带型砂岩铀矿床；后者落实3个铀矿体，铀成矿类型为层间氧化带—潜水氧化带复合型砂岩铀矿床。

(3)受铀矿认识程度和研究深度所限，严重制约了柴达木盆地柴西南区规模发现和铀矿勘查工作的有效扩展，还需要对该区铀成矿理论、时空配置关系等开展进一步研究。