二连盆地那仁地区铀成矿地质条件分析及找矿预测

吕永华，苗爱生，王 果，李曙光，高峥嵘

(核工业二○八大队, 内蒙古 包头 014010)

0 引 言

为满足我国新阶段核电发展和国防建设对铀资源的需求，加速铀矿地质找矿工作，落实新的铀资源勘查基地，是我国铀矿地质所面临的十分紧迫的战略任务[1]，而砂岩型铀矿作为主要的铀矿产出类型之一，具有资源储量大、开采成本低和绿色环保等优势[2]，因此，地浸砂岩型铀矿目前已成为世界铀矿找矿领域的主攻类型之一，也是我国铀矿地质科技工作的重点。研究区位于二连盆地马尼特坳陷内，通过前期区域评价工作，已发现了7个工业矿孔及多个矿化、异常孔，充分显示了该区具有较好的找矿前景。

1 区域地质概况

二连盆地位于西伯利亚板块与中朝板块相互作用和相互交切的缝合线上，是在兴-蒙海西期多旋回、软碰撞褶皱基底上，于中生代发展起来的断-坳型裂谷盆地群，总体呈一个向东变宽的喇叭形[3-6]。

二连盆地由“五坳一隆”6个二级构造单元组成，其中马尼特坳陷属于二连盆地一个大型坳陷(图1)，夹持于苏尼特隆起与巴音宝力格隆起之间[7]，呈北东向展布，东西长约300 km， 南北宽20～80 km[8]，总面积约1.4×104km2。坳陷内部可进一步划分为9个凹陷和3个凸起，研究区则位于塔北凹陷内，基底形态多为单断箕状，基底埋深1 000～3 000 m。沉积盖层自下而上主要包括：下侏罗统阿拉坦合力群含煤碎屑岩建造、下白垩统阿尔善组灰色、深灰色主要烃源岩建造、腾格尔组杂色次要烃源岩建造、赛汉组含煤碎屑岩建造(赛汉组下段)与河流碎屑岩建造(赛汉组上段)、上白垩统二连组杂色细碎屑岩建造、始新统伊尔丁曼哈组杂色碎屑岩建造、上新统宝格达乌拉组红色碎屑岩建造和第四系风积、冲积与洪积层[9-11]。研究区找矿目的层为下白垩统赛汉组上段一亚段。

2 分析方法

2.1 粒度分析方法

粒度分析主要采用筛析法，选取研究区31个钻孔，在不同沉积旋回中采集粒度样品90个，样品质量100～200 g，在震筛机上筛约10 min，然后分级称重，各级质量的总和应是100%，若不足或大于此数，应将误差按比例分配到各级质量中去，得到Φ值、质量、质量百分数、累计百分数等参数，绘制概率累积曲线图、频率曲线图和沉积C-M图等。

2.2 岩石地球化学环境指标分析方法

为了保证样品的有效性，在施工现场通过肉眼识别和γ辐射仪测量，在非矿石不同地球化学类型砂岩中采集环境指标样651组，样品质量大于500 g，采样时去除约5 mm厚的表皮层，露出新鲜岩石，用真空密封袋包裹，防止样品失水和被氧化，及时送核工业二○八大队分析测试中心进行分析测试，其中，分析氧化亚铁(FeO)、三氧化二铁 (Fe2O3)采用硅酸盐岩石化学分析方法；分析全硫(S全)采用高频燃烧-红外吸收光谱法；分析低硫(S2-)采用硫的物相分析；分析有机碳(C有)采用灼烧-非水滴定法；分析ΔEh采用电位法；分析铀(U)采用放射性能谱分析方法；分析钍(Th)采用分光光度法。所用的仪器主要有分光光度计(型号VIS-723N)、高纯锗能谱仪(型号GMX50P4-83)、高频红外碳硫分析仪(HCS-140)、酸度计(PHS-3C)等。根据测试结果，计算不同地球化学类型岩石各项指标的变异系数和方差，剔除方差大于0.07、变异系数大于15%的数据，对剩余数据进行统计研究。

3 铀成矿地质条件分析

3.1 铀源条件

研究区周边蚀源区主要分布着大面积晚侏罗世流纹质凝灰岩、中石炭世流纹质凝灰岩、华力西期花岗岩类和燕山期花岗岩类，铀含量较高[12]，原始铀含量与铀克拉克值之比为2.9～13.8(表1)，现测Th/U为3.3～12.9，铀的活化丢失80%～93%，平均活化丢失约87%，为后期铀成矿提供了充足的铀源，其中那仁地区北部晚侏罗世流纹质凝灰岩的原始铀量为48.4×10-6，活化丢失93%，为最佳铀源[13]。

3.2 构造条件

据沉积建造、浅层地震解译、磷灰石裂变径迹年龄和构造变动等资料研究，发现二连盆地存在伸展—反转—再伸展—再反转的复杂脉动式演化特征[14-15]，其中，晚白垩世由于太平洋板块运动方向由NNW向转变为NWW向[16]，同时与欧亚板块陆壳碰撞，在这种叠加应力场作用下，研究区发育一条压性、压扭性的高角度逆冲断层(图2)，形成了深部还原流体垂向汇流通道[17]，为后期铀成矿提供了还原条件，同时也有利于铀同沉积吸附[18]，但也阻碍了来自北部的氧化流体向逆冲断层以南渗入；新生代盆地整体处于抬升萎缩期，据磷灰石裂变径迹显示：坳陷中央抬升幅度(1 200 m)小于坳陷边缘抬升幅度(2 000 m)[19]，形成大范围的构造斜坡带，有利于氧化带的发育和铀的富集。

3.3 地层条件

目的层下白垩统赛汉组上段与上覆地层伊尔丁曼哈组角度不整合接触，与下伏地层赛汉组下段整合接触[20]。顶板埋深5～152 m，底板埋深81～492 m，沉积厚度18～410 m，受古地形地貌、沉积后构造活动的影响，其底板埋深和厚度变化较大，但地层倾角较缓，一般2°～5°，总体由坳陷南北边缘向坳陷中央倾斜，有利于含氧含铀流体的渗入与还原介质的充分反应。按照层序地层学原理，赛汉组上段可进一步划分为3个亚段(图3)，即自下而上为一亚段、二亚段和三亚段，其中，二亚段、三亚段几乎全部被氧化或以原生红层为主，基本不具备成矿条件；而一亚段为主要赋矿层，岩性为灰色、深灰色、黄色砂质砾岩或含砾中-粗砂岩，局部夹泥岩薄层。底板为赛汉组下段厚大灰色泥岩，顶板为一、二亚段之间稳定的灰色、褐红色泥岩，具备有利的泥-砂-泥结构，保障了铀矿的稳定形成和存储。

表1 研究区周边岩石铀含量计算结果

3.4 沉积相条件

赛汉组上段一亚段沉积时，研究区处于稳定的坳陷期。通过对粒度参数分析，概率累积曲线可分为高斜一段式、无滚动二段式、高悬浮三段式和多段式(图4a)，但主要以二段式、三段式为主，说明不同区段搬运介质的性质、水动力强弱和沉积坡度存在一定差异[21]；粗端截点为一般1～2Φ，细端截点为3Φ左右，跳跃组分20%～60%，反映了沉积时水流能量偏低、地形坡度较缓；斜率普遍较高，碎屑颗粒在搬运过程中进行了分异，分选性中等—差。频率曲线主要呈单峰(图4b)，平坦—尖锐，峰度多为正偏态，个别呈对称偏态，结合钻孔岩心观测和岩矿薄片分析结果，显示沉积物总体偏粗(图3)，普遍含有砾石，砂质砾岩、含砾中-粗砂岩占比78.16%；部分频率曲线呈马鞍双峰状，推测在沉积过程中有侧向粗组分加入，使粒度范围加宽，非均质程度变强；碎屑颗粒磨圆度基本为棱角状—次棱角状；砂岩中岩屑含量21%，长石含量16%，石英含量51%，填隙物含量12%，反映了沉积物具有多物源、近物源的特征。在C-M图上，样品主要落在1区QR(递变悬浮沉积)、PQ(以悬浮搬运为主)区间内(图4c)，其次在OP(以滚动搬运为主)、NO(基本上由滚动颗粒组成)区间内，为牵引流沉积，但也有部分样品落在2区右上部，为浊流沉积[22]。电阻率和自然电位曲线中表现为锯齿形、箱形或齿化箱形和漏斗形(图3)，具有辫状河道、三角洲沉积特点[23-25]。综上分析，总体反映了赛汉组上段一亚段在研究区内具有辫状河三角洲沉积的特征(图5)。

在研究区中西部，沿长轴方向主要接受了辫状河三角洲平原辫状河道沉积，砂体厚度60～120 m，含砂率53%～90%，富含炭化植物碎屑，发育褐铁矿化、高岭土化后生蚀变，砂体成层性、连通性、渗透性好，为地浸砂岩型铀矿提供了理想的富集空间。

3.5 氧化-还原条件

研究区目的层氧化带的空间分布具有一定分带性，总体由北向南依次为完全氧化带、过渡带(这里是指在垂向上氧化与还原叠置、混合共存)和还原带(图6)。

3.5.1 氧化条件

经取样分析结果(表2)可知，氧化岩石中Fe2O3含量为1.41%～1.98%，FeO含量为0.64%～0.88%，Fe3+/Fe2+值为1.98～2.03，S2-含量为0.14%～0.25%，S全含量为0.07%～0.15%，C有含量为0.14%～0.15%，ΔEh值为18.59～24.92 mV，岩石颜色表现为黄色、灰白色。Th/U为8.3～49.1，说明U在氧化环境中相对亏损，存在再迁移与富集。氧化带类型包括地表氧化带、潜水氧化带和潜水-层间氧化带(图7)，其中潜水-层间氧化带是本区内最重要的氧化带类型，由来自北部的含氧含铀水承压力的活动所形成，具有完整的“补-径-排”系统，受泥岩隔挡层的影响，氧化带呈多层展布，最大氧化深度可达400 m，铀矿化主要分布在过渡带内。过渡带长约35 km，宽度5.1～9.2 km，具备很大的铀成矿空间。

3.5.2 还原条件

赛汉组上段一亚段原始沉积了一套灰色、深灰色陆源粗碎屑岩建造，属于还原环境[26-27]。还原介质主要来源于两个方面：一是在一亚段沉积过程中，大量植物被掩埋，形成炭屑，或者对早期赛汉组下段含煤层系进行剥蚀、搬运，富含煤屑；二是晚白垩世末—古新世的构造作用，深部还原流体沿断裂、不整合面、主砂体或裂隙向上逸散，形成还原障[28]。相对氧化环境，岩石地球化学指标S2-、S全、C有、FeO含量明显增高，Fe3+/Fe2+值减小，ΔEh值变大(表2)。当下渗含铀氧化地表水与富含有机质、还原流体混合时，于氧化-还原过渡带内矿质富集，形成铀矿体[29]。

3.6 古气候条件

盆地沉积物主要由碎屑矿物组成，碎屑矿物是蚀源区母岩遭受风化、剥蚀、搬运而来的产物，它们含量的变化能直接反映古气候对岩石风化作用的影响，因而对古气候变化十分敏感，记录了古气候的演化过程。通过前人对与那仁地区相邻的2081铀矿床系统研究[30-31]，显示早白垩世晚期—古近纪先后经历了温暖潮湿—干冷—温暖半湿润—干热的演化系列(图8)。赛汉组下段沉积时，石英/长石比值为1.12～4.17，平均2.24；碳酸盐矿物含量为0.14%～1.56%，平均0.37%；有机质含量为0.05%～0.79%，平均0.33%；w(CaO)/w(MgO)为0.82～4.64，平均2.59；反映了温暖潮湿古气候特征。赛汉组上段早期沉积时，石英/长石比值明显减小，平均1.85；碳酸盐矿物平均含量0.53%，有所增加；有机质平均含量0.18%，明显下降；w(CaO)/w(MgO)平均为1.72；该阶段温度、湿度均明显降低，气候逐渐趋向于干冷。赛汉组上段晚期沉积时，石英/长石平均值为2.13，明显变大；碳酸盐矿物含量降低，平均0.38%；有机质含量有所增加，平均0.21%；w(CaO)/w(MgO)平均值2.18；结合曲线形态，反映该期温度、湿度有高—低—高的变化特征，属于温暖半湿润古气候。伊尔丁曼哈组沉积时，石英 /长石值无明显变化，但变化频率明显减小，在1.83～3.14之间，反映该阶段化学风化强度仍然较强；碳酸盐矿物含量明显增加，平均值0.55%；有机质含量明显下降，平均值0.11%；w(CaO)/w(MgO)平均值3.01，温度明显升高；这些特征反映该阶段气候变得更加干旱、炎热，因此该阶段气候以干旱炎热为主。

表2 研究区非矿石岩石地球化学指标统计结果

铀成矿与气候的转变在时间、空间上高度吻合，铀成矿年龄集中在66～37 Ma[32]，相当于古近纪古新世—始新世，位于温暖半湿润—干热气候转变时期，这样的气候环境有利于铀源区岩石的风化[33]，铀被活化，随含氧地下水迁移、富集。由于研究区紧邻2081铀矿床，所以具有相同的古气候变化规律(图8)，赛汉组沉积早期温暖潮湿的古气候为铀成矿提供了丰富的还原剂，古近纪干热气候为铀成矿提供了有利的铀迁移、富集条件。

4 铀矿化特征

通过前期区域评价工作，在研究区内发现了7个工业矿孔。4个工业矿孔位于辫状河三角洲平原亚相辫状河道内(图5)，矿体埋深347～399 m；厚度1.8～2.9 m，平均2.43 m；品位0.019 5%～0.041 0%，平均0.031 1%；平米铀量1.19～2.20 kg/m2，平均1.53 kg/m2；含矿岩性主要为灰色含砾粗砂岩、中砂岩，垂向上产于潜水-层间氧化带下部(图7)。另外3个工业矿孔位于靠近辫状河三角洲前缘亚相的部位，矿体埋深198.52～274.6 m；厚度1.9～3.78 m，平均厚度为2.69 m；品位0.020 4%～0.030 1%，平均0.026 3%；平米铀量1.01～2.19 kg/m2，平均1.45 kg/m2；含矿岩性主要为灰色细砂岩，富含有机质。

5 远景预测

铀矿远景预测总则[34]主要包括：①蚀源区铀源丰富，且铀活化迁出率高；②存在构造斜坡带；③具备稳定的泥-砂-泥地层结构，砂体厚度大，连通性好；④发育强烈的潜水-层间氧化作用；⑤地层中富含炭屑等还原剂，或者存在构造导通，下部还原流体上逸。

根据远景预测总则，结合上述铀成矿地质条件分析，在研究区西部预测Ⅰ级远景区1片(图9)，面积约81 km2，找矿目的层为赛汉组上段一亚段。远景区北邻燕山期富铀花岗岩，铀活化迁移率92%，为铀成矿提供了充足铀源。地层总体向南倾斜，具备有利的水力梯度。目的层砂体厚度80～120 m，含砂率67%～90%，顶部夹5～20 m泥岩，底部紧贴赛汉组下段大段灰色泥岩，具备稳定的泥-砂-泥地层结构。由北西向南东发育强烈的潜水-层间氧化作用，氧化率40%～90%。地层中不仅含大量炭屑等还原介质，而且南部为晚白垩世形成的高角度逆断层，深部还原流体上逸，形成有利于铀成矿的还原障。目前已在远景区内发现了工业矿孔，充分显示了该区具有较好的找矿前景，有望落实为新的铀矿床。

6 结 论

(1)研究区中生代、新生代沉积盖层发育齐全，依据层序地层学原理，下白垩统赛汉组上段可进一步划分为3个亚段，自下而上依次为一亚段、二亚段和三亚段，其中，在一亚段砂体中见到了较好的工业矿孔及大量铀矿化信息，结合铀成矿地质条件，确定为该区的主要找矿目的层。

(2)那仁地区铀源充足，铀的活化丢失量大。晚白垩世形成的高角度逆断层为深部还原流体上升提供了通道，古近纪以来的差异性升降形成了氧化带发育的最佳斜坡带。赛汉组上段一亚段发育厚大的辫状河砂体、具有稳定的泥-砂-泥结构和良好的氧化-还原作用；同时具备有利于铀成矿的温暖潮湿—干热的古气候转变条件，是铀矿富集的理想地区。

(3)通过综合分析与研究，在那仁地区预测Ⅰ级铀成矿远景区1片，该远景区不仅具有最好的铀成矿地质条件，而且是那仁地区铀矿化信息密集区，但目前工作程度低，矿体规模没有得到有效控制。笔者建议通过进一步勘查，力争落实为新的可地浸砂岩型铀矿床。