乌兰察布坳陷北西缘赛汉组下段氧化带发育特征与铀成矿关系

徐亚雄，吕永华，康世虎，苗爱生

（1.核工业二〇八大队，内蒙古 包头 014010；2.核工业二四三大队，内蒙古 赤峰 024000）

乌兰察布坳陷属于二连盆地5 大坳陷之一，是二连盆地砂岩型铀矿找矿地区。坳陷的北西缘由陶格陶、艾勒格庙和额仁淖尔3 个凹陷组成，受北西向构造的影响，形成了单断式箕状基底构造形态［1-2］。靠近巴音宝力格隆起一侧为稳定边缘，发育较稳定的斜坡带［1-2］。主要找矿目的层赛汉组下段沿斜坡带发育大型的辫状河三角洲砂体，砂体内发育强烈的后生氧化作用。通过近些年的铀矿勘查工作，在北西缘的道尔苏、艾勒格庙地区发现了多个砂岩型工业铀矿孔及铀矿化孔［1-2］。铀矿化与目的层后生氧化作用密切相关，因此研究该区氧化带特征与铀矿化关系对该区下一步铀矿找矿具有指导作用。

1 研究区地质概况

研究区紧邻巴音宝力格隆起一侧，隆起区上发育卫境二叠系花岗岩体，其规模大，平均铀含量（3.6～8.3）×10-6，节理发育，风化程度高，大量铀被淋滤，随含氧地下水渗入至沉积盆地中，为乌兰察布坳陷砂岩型铀成矿提供了主要的铀源［1-2］（图1）。

图1 二连盆地乌兰察布坳陷地质略图Fig.1 Geological sketch of Wulanchabu Depression in Erlian Basin

研究区基底由元古界和古生界组成，沉积盖层发育较为齐全，坳陷内盖层主体为白垩系。自下而上分为下白垩统阿尔善组、腾格尔组、赛汉组；上白垩统二连组［3］。

其中，本区铀矿勘查钻孔仅揭遇到腾格尔组上段，岩性上部为黄、灰、灰绿、红色砂质砾岩、泥岩、粉砂岩，多见贝壳类化石，中部多为深湖相泥岩，泥岩质纯且脆，成岩度高，水平层理发育，构成垂向上的区域泥岩隔水底板。

赛汉组分为上段、下段，赛汉组下段是本区主要含矿目的层。目的层岩性上部为杂色砂砾岩、含砾砂岩与含砾泥岩、粉砂岩混杂堆积（图2）［1］，夹暗色泥岩、炭质泥岩和褐煤层，可以为铀富集提供丰富的还原障，顶部见杂色风化壳；下部多为红色、灰色泥质砾岩、含砾泥岩等。

图2 乌兰察布坳陷北西缘AZK299-439 号钻孔岩性岩相示意图［1］Fig.2 Schematic lithology and lithofacies column of borehole AZK299-439 at the northwest edge of Wulanchabu Depression［1］

赛汉组下段沉积时，盆地处于断坳转换期，盆缘断裂构造相对发育，沿坳陷边缘发育辫状河三洲沉积体系和扇三角洲沉积体系，在盆地中心洼地发育湖泊沉积体系。辫状河三角洲形成的砂体连通性较好，为后期铀成矿提供了有利空间。扇三角洲多以泥石流沉积为主［3］，岩石渗透性较差，后生氧化作用不发育。研究区道尔苏-艾勒格庙一带，赛汉组下段中圈出规模较大的辫状河三角洲相砂带，砂带长度约50 km，宽度10～20 km，砂体厚度40～120 m。

赛汉组上段沉积时，盆地性质已完全进入坳陷阶段，在乌兰察布坳陷中央沿长轴方向发育河流沉积体系，但是在北西缘地区赛汉组上段则为一套干旱环境下、季节性的扇三角洲沉积，岩性主要为红色泥质砂砾岩、含砾泥岩，局部夹灰绿色含砾泥岩，砂体不发育，区域上连通性、稳定性差。

2 岩石地球化学特征

2.1 岩石地球化学类型

通过岩石地球化学参数分析结果以及岩心、地质露头观察，研究区赛汉组下段岩石地球化学类型可以分为原生岩石地球化学类型和后生蚀变岩石地球化学类型两大类。其中，原生岩石地球化学类型包括原生氧化岩石地球化学类型和原生还原岩石地球化学类型［4-7］。后生蚀变岩石地球化学类型主要为后生氧化，与铀成矿关系密切。

2.1.1 原生岩石地球化学类型

赛汉组下段沉积时期，古气候温暖潮湿，水系较为发育，坳陷中央低洼地区（例如陶格陶、道尔苏、脑木浑地区）发育大面积的湖泊沉积体系，在三角前缘、前三角洲与湖泊沉积体系的过渡带发育细粒沉积，岩性主要为泥岩、粉砂岩夹细砂岩薄层，并含有丰富的贝壳类、螺类等化石（图3）。由于是水下环境，因而形成的岩石呈现灰色、深灰色，在三角洲平原与前缘之间过渡部位植被发育，在河流的分流间湾处发育有黑色、深灰色的炭质泥岩、褐煤等，同时该部位往往形成铀的原生富集。通过分析灰色、深灰色类岩石地球化学指标，发现△Eh 指标较高，说明灰色类岩石具有较强的还原性，属于还原环境（表1）。

铀矿石产于还原带中，岩石呈现灰色、灰黑色、深灰色，其C有、S2-、S全指标明显较高，这是因为本区矿石中富含炭屑以及细晶状黄铁矿，对铀起到强烈的吸附作用。

在研究区边缘地带（北部边缘、章古音-赛乌苏地区）分布扇三角洲、辫状河三角洲平原沉积的原生红色类岩石。由于三角洲平原处于水体之上，因此岩性为一套红色、浅红色、褐红色、红褐色、深紫色，并夹杂有灰绿色斑的泥岩、含砾泥岩以及含泥砂岩。通过分析该类型岩石的地球化学指标，发现Fe2O3地球化学指标较高，而△Eh、FeO、C有、S2-、S全指标较低，属于原生红色氧化环境。垂向上有自上而下逐渐变薄、平面上有盆缘向盆中央逐渐变薄的特征，这种岩石地球化学环境不利于铀成矿（图4）。

图4 乌兰察布坳陷北西缘E640 号勘探线地质剖面图Fig.4 Geological profile of exploration line E640 in the northwest margin of Wulanchabu Depression

2.1.2 后生蚀变岩石地球化学类型

受后期构造抬升剥蚀作用影响，研究区北西缘地区赛汉组下段接近出露地表，并发育强烈的后生氧化作用，辫状河三角洲平原沉积砂体形成完全氧化带，接受氧化作用完全蚀变的岩石往往呈黄色、亮黄色、褐黄色、灰白色混杂黄色斑点等杂色（图5）。其有机质含量低，含铁矿物均已氧化，出现赤铁矿化、褐铁矿化等蚀变现象，这与该类岩石的Fe2O3地球化学指标较高、△Eh、FeO 指标较低是相符的。在黄色类与灰色类岩石之间的过渡部位，岩石呈现灰白色、浅灰色，并带有少量黄色斑点，说明氧化作用减弱，这类岩石的岩石地球化学指标介于黄色类与灰色类岩石之间（表1）。

图5 乌兰察布坳陷北西缘钻孔中砂体典型后生氧化现象Fig.5 Typical epigenetic oxidation of sand bodies in boreholes in the northwest margin of Wulanchabu Depression

表1 赛汉组下段不同岩石地球化学类型环境指标平均值统计Table 1 Statistics on the average values of environmental indicators for rock geochemical types in the lower member of Saihan formation

2.2 岩石地球化学分带的分布特征

岩石地球化学分带的分布取决于地层抬升剥露程度、砂体规模和渗透性及还原能力、地下水补迳排条件和古气候等多种因素，并直接影响后生氧化砂岩型铀矿形成的规模和富集程度［1］。笔者通过分析研究区内大量钻孔和地质剖面，发现研究区目的层岩石地球化学分带在平面上和纵向上有不同的特征。

2.2.1 岩石地球化学分带的平面分布特征

平面上研究区可划分为完全氧化带、氧化还原过渡带和还原带3 个亚带（图3）。完全氧化带主要沿北西缘巴音宝力格隆起和南部阿尔善特凸起边缘发育，氧化作用强烈，呈带状、指状向坳陷中央延伸，北部氧化带主要分布在A575～E167 线一带，长度达40 km，在陶格陶地区北部和南部阿尔善特隐伏凸起边缘分布范围较小，氧化带宽度几百米至几公里，其岩性主要为黄色、浅黄色、褐黄色、亮黄色砂质砾岩、粗砂岩、中砂岩及细砂岩，局部泥岩层也被氧化。氧化还原过渡带主要分布在氧化带的前端，位于G191～E64 线，呈北东-北北东向展布，氧化还原过渡带宽度1～10 km，平均宽度约6 km，过渡带内岩性主要为黄色、灰色、灰绿色砂岩互层。灰色砂岩中含大量星点状褐铁矿化，黄色砂岩中含大量灰斑及氧化残留的炭化植物碎屑，岩石粒级主要以中砂岩、细砂岩为主，铀矿化主要赋存于过渡带内灰色砂岩中。还原带在研究区大面积分布，位于脑木浑、道尔苏-赛乌苏、艾勒格庙以及陶格陶地区，岩性主要为灰色、深灰色细粒砂岩和夹有沼化层的泥岩层及大面积的湖泊泥岩原生沉积层。

2.2.2 岩石地球化学分带的纵向分布特征

纵向上乌兰察布坳陷北西缘赛汉组下段沿道尔苏-艾勒格庙地区主要发育潜水氧化作用、潜水-层间氧化作用。由于赛汉组下段在该区北西缘一侧出露地表，因此潜水氧化作用发育最为广泛［8］。潜水氧化作用在垂向上的发育深度与地层暴露的情况和下部岩性相关，可以发育深度几十米至上百米。当潜水氧化作用发育至深部时，由于受到地形坡度和深部泥岩隔挡层的影响，潜水氧化作用在局部发生顺层的氧化作用，形成潜水-层间氧化带，潜水-层间氧化带发育受砂体特征的影响。研究区内潜水-层间氧化带的发育具有其复杂性，发育深度和形态在垂向上和水平方向上均受到不同程度的影响。同时，潜水-层间氧化带具有多层现象，单层氧化带厚度几米至十几米（图6）［1，9-10］。研究区铀矿（化）体主要位于上述两类氧化前锋线靠近还原带一侧的灰色、深灰色砂岩中。

图6 乌兰察布坳陷北西缘A127 号勘探线地质剖面图Fig.6 Geological profile of exploration line A127 in the northwest margin of Wulanchabu Depression

3 铀矿化特征

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［11］。

3.1 同沉积叠加后期改造型铀矿化特征

目前在乌兰察布坳陷北西缘道尔苏地区下白垩统赛汉组下段的炭质泥岩、褐煤、含砾粉砂岩中发现了较好的铀矿化信息（图3，图7）。铀矿（化）体主要呈板状、透镜状产出，初步控制铀矿化带长16 km，宽2～5 km。

铀矿（化）体赋位于赛汉组下段上部辫状河三角洲分流间湾、河沼砂体中。矿体顶界面埋 深42.79～122.23 m，平 均74.71 m，厚 度0.70～1.47 m，平 均0.99 m，品 位0.055 0%～0.128 7%，平均0.075 7%，米百分数为0.045 8～0.127 4，平均0.074 3［1-2］。赋矿岩性为灰色、灰黑色泥岩、炭质泥岩、褐煤层、含砾粉砂岩以及少量的含泥细砂岩，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，炭质泥状结构，炭质含量占15%～20%，为细脉状炭屑，由丝炭化物组成，顺层理展布，含少许砂屑（石英为主），胶结物质主要为泥质物，由伊利石组成，含少许高岭石及黄铁矿。矿石中富含炭屑等有机质和少许黄铁矿，对铀的吸附能力极强，形成铀的预富集。

平面上铀矿体产在氧化还原过渡带中；垂向上矿体上部围岩为辫状河三角洲平原沉积砂体，矿体上部围岩发育明显后生氧化作用，对预先富集的铀起到二次叠加改造作用［12］。

3.2 潜水-层间氧化带型铀矿化特征

近两年在艾勒格庙地区也发现了好的铀矿化线索，铀矿（化）体主要受潜水-层间氧化带控制，呈板状或透镜状产出（图3，图7），目前推测矿体长度约10 km，宽度2～4 km，有继续向两侧延伸的趋势。

图7 乌兰察布坳陷北西缘E167 号勘探线地质剖面图Fig.7 Geological profile of exploration line E167 in the northwest margin of Wulanchabu Depression

铀矿（化）体赋存在赛汉组下段下部辫状河三角洲前缘亚相的灰色砂体中，位于构造斜坡缓坡一侧。总体上矿体顶界面埋深150.9～479.80 m，平均288.9 m，大于道尔苏地区矿体的埋深。矿体厚度1.7～7.8 m，平均4.77 m，品位0.019 9%～0.039 4%，平均0.027 0%，平米铀量1.43～3.32 kg/m2，平均2.32 kg/m2［1］，单层铀矿化具有厚度薄、品位低的特点。赋矿岩性主要为深灰色含砾细砂岩，富含有机质、黄铁矿等还原介质，有利于铀的还原和富集（图8，图9）。岩性松散，孔隙度大，铀矿（化）体上下围岩以黄色、浅黄色、浅灰色砂岩为主，粒度明显大于含矿砂体，局部夹灰色、灰绿色泥岩。其隔水顶板以退积型湖泊萎缩时期灰色含砾泥岩、粉砂岩为主，底板以腾格尔组上段晚期湖扩时期深灰色泥岩为主。

图8 EZK63-159 钻孔矿心及围岩岩心（477.3～488.6 m）Fig.8 Ore and host rock in the core（477.3～488.6 m）of borehole EZK63-159

图9 AZK63-159 钻孔微观镜下矿心中典型黄铁矿及炭屑（484 m）Fig.9 Typical pyrite and carbon chips under microscope of ore core form borehole AZK63-159

垂向上铀矿化呈多层展布，一般分布在潜水-层间氧化带上下两翼，氧化带控矿作用比较明显。平面上矿体分布于氧化还原过渡带内，呈南西-北东向展布，与灰色砂体尖灭线近似平行。

3.3 铀矿化品位与不同岩石地球化学指标的变化特征

通过对研究区44组铀矿石环境指标进行统计分析，发现其规律比较明显：FeO和Fe2O3含量与铀含量呈相反的关系，其含量越高，铀含量越高，氧化作用也越强；反之其含量越低，△Eh越高，同时有机质（C有）含量和铀含量也越高，说明地层的还原能力同时也越高，富集铀的能力也越强；S2-与S全均值在铀含量大于0.01%的矿石中明显高出低品位矿石的两倍左右，这与矿石中含有黄铁矿和地层中还原性流体的含量有很大关系（表2）。可见本区铀成矿与后生蚀变（氧化）程度以及还原介质的含量相关性比较明显，也充分说明铀矿化岩石地球化学类型的分带与铀成矿关系密切。

表2 乌兰察布坳陷北西缘不同品位铀矿石环境指标Table 2 List of environmental indicators of uranium ores with different grades in the northwest margin of Wulanchabu Depression

4 氧化带特征与铀矿化的关系

赛汉组下段沉积时期，形成了大规模的三角洲储集砂体。晚白垩世到古近纪、古新世，古气候变为半干旱-干旱气候，氧化作用大规模发育。此时由于太平洋板块的运动方向改变，乌兰察布坳陷北西缘呈现弱挤压性质，发生构造反转，该区南北两侧不均衡抬升，造成北西部缺失晚白垩世到古近纪沉积，同时，赛汉组下段出露地表，氧化作用沿蚀源区边缘向盆内发育，此时赛汉组下段上部辫状河三角洲砂体最先接受氧化，并对原生富集的沉积成岩型铀矿化进行改造，使铀进一步富集成矿（同沉积叠加后期改造型铀矿化）。氧化作用向赛汉组下段深部砂体发育潜水-层间氧化作用，蚀源区含氧含铀流体迳流入沉积盆地中，在遇到深部沉积层中的有机介质卸载形成铀的富集（潜水-层间氧化带型铀矿化），氧化作用越强，对区内铀成矿改造作用和深部成矿作用越有利。

在垂向上，目前在研究区已发现的工业铀矿化产在潜水-层间氧化带上下两翼的灰色砂体中，氧化带的控矿作用比较明显。平面上，氧化带由边缘向中心低洼处发育，铀矿（化）体位于氧化带还原过渡带内。为了能进一步反映铀矿化与氧化带分带特征的关系，笔者统计了研究区内钻孔目的层赛汉组下段氧化率（氧化率为目的层氧化层厚度与地层厚度的比值百分率）（表3）。由图3 和表3 可见，在过渡带内氧化率自北西缘向坳陷中心减小，坳陷中心砂体富含有机质、黄铁矿等还原介质，有利于铀的吸附和富集。在紧邻北西缘一带，氧化率在20%～70%范围内、且变化较快的部位易成矿，反映了铀矿化在地球化学障变异的部位富集，这可能是由于三角洲河道的频繁改道，河道间沼泽微相（废弃河道沼泽）随河道的迁移而变化频繁，该部位还原介质发育，易形成铀的富集（图10）。因此精确的识别岩石的地球化学类型、氧化带分带类型及空间展布方向是研究区铀矿找矿的重要的岩石地球化学标志。

图10 乌兰察布坳陷北西缘赛汉组下段氧化率等值线图Fig.10 Isoline map of oxidation rate of the lower member of Saihan formation in the northwest margin of Wulanchabu Depression

表3 乌兰察布坳陷北西缘赛汉组下段氧化率/%Table 3 Oxidation rate of the lower member of Saihan formation in the northwest margin of Wulanchabu Depression

5 结论

1）乌兰察布坳陷北西缘地区赛汉组下段岩石地球化学类型可以分为原生岩石地球化学类型和后生蚀变岩石地球化学类型两大类，后生蚀变岩石地球化学类型与铀成矿关系密切。

2）研究区平面上岩石地球化学分带可划分为完全氧化带、氧化还原过渡带和还原带3个亚带，铀矿化主要赋存于过渡带内灰色砂岩中；垂向上氧化作用分为潜水氧化和潜水-层间氧化作用，铀矿化位于氧化前锋线一侧的灰色、深灰色砂岩中。

3）该区赛汉组下段铀成矿类型主要为同沉积叠加后生改造型和潜水-层间氧化带型。其中同沉积叠加后期改造型铀矿化含矿岩性以泥岩、炭质泥岩、褐煤层以及少量的含泥砂岩，褐煤对铀的吸附能力极强，矿体上部具明显后生氧化现象，对铀矿化起到进一步的改造作用；潜水-层间氧化带型铀矿化含矿岩性以辫状河三角洲前缘亚相深灰色细砂岩为主，分布在潜水-层间氧化带上下两翼，铀矿化主要受潜水-层间氧化作用控制明显。而随着矿石中有机质含量的增高，铀含量也越高。

4）氧化带的空间发育控制了铀矿化的空间分布，在氧化率20%～70%的范围内，变化较快的部位易形成铀矿化富集。