青海省五道梁地区铀异常特征与成因分析

李彦强， 白强， 戴佳文， 张彬， 郭宝*， 袁兴民

(1.青海省核工业地质局， 西宁 810000； 2.中国冶金地质总局西北局， 西安 710000)

砂岩型铀矿是当今铀矿勘探的主要类型。目前，已在吐哈、伊犁、鄂尔多斯、松辽等盆地发现砂岩型铀矿[1-2]。柴达木盆地是位于中国西北的重要资源基地。与其他沉积盆地相比，该盆地铀资源勘查程度整体不高。近年来，勘探部门在盆地西缘铀矿调查中取得了一定成果。陈擎等[3]在盆地西缘古-新近纪上干柴沟组中首次发现了工业铀矿体,证实铀矿化与油气关系密切。张超等[4]通过柴西北缘油砂山组沉积特征、铀源等分析，认为含铀岩系为绿灰色碎屑岩沉积建造，铀源具有多源性特点。然而，盆地东部尚未取得实质性的找矿突破，公开发表的文献亦相对较少。为此，现以青海省核工业地质局承担的青海省清洁能源矿产专项资金项目——青海省都兰县五道梁地区砂岩型铀矿调查评价成果为基础，综合利用物探剖面、取样分析、钻孔等资料，对盆地东缘五道梁地区铀异常特征与成因进行了分析和研究，期望为柴达木盆地东部砂岩铀矿勘查提供启示。

1 区域地质背景

1.1 大地构造背景

柴达木盆地是在元古代变质结晶基底和古生代褶皱变形基底发育起来的中、新生代山间地块型陆相盆地。

1.1.1 盆地基底特征

元古代变质结晶基底由元古宇变质岩系及前加里东期闪长岩、石英闪长岩、斜长花岗岩和花岗岩组成。变质岩系岩性为片麻岩、片岩、大理岩、白云岩、石英岩夹千枚岩、绿泥片岩、绢云片岩等，属在滨海至浅海环境下形成的碎屑岩建造和碳酸盐岩建造；古生代褶皱变形基底主要由古生代碎屑岩系组成，分为加里东期构造层、海西期构造层。加里东期构造层属海陆交互相沉积，岩性为浅变质碎屑岩、火山岩，夹碳酸盐岩及加里东期闪长岩、二长花岗岩、花岗岩等。海西期构造层由晚古生代形成的一套海陆过渡相碎屑岩、火山岩及闪长岩、石英闪长岩、花岗闪长岩、二长花岗岩等组成。

根据钻井资料结合盆地重力及磁异常特征，柴西缘基底主要岩性为加里东运动期、海西运动期花岗岩及花岗闪长岩，柴东地区基底主要岩性为海西运动期花岗岩[5]，基底岩性特征相近。

1.1.2 盆地盖层特征

盆地东西部盖层均为巨厚的中、新生代陆相碎屑岩系，自下而上为侏罗纪小煤沟组、大煤沟组、采石岭组、红水沟组，白垩纪犬牙沟组和古近纪路乐河组、下干柴沟组，新近纪上干柴沟组、下油砂山组、上油砂山组、狮子沟组及第四纪七个泉组。上新世末期，盆地西部大幅度抬升，沉积盖层发生强烈褶皱，而东部保持着持续稳定的沉降状态。盖层条件基本相似。

1.2 构造单元划分

参照油田对盆地构造单元划分方案，将柴达木盆地划分为北部块断带、茫崖坳陷、三湖坳陷三个一级构造单元。研究区主体位于柴达木盆地东部的霍布逊坳陷、北跨埃姆尼克凸起(图1)[6]。

1.3 研究区地质特征

研究区出露的地层主要为泥盆系、新近系和第四系(图2)。

泥盆纪地层主要分布在研究区北部埃姆尼克山、达达肯乌拉山南侧。出露地层为牦牛山组(D3m)，下部为一套陆相沉积夹中酸性火山岩组合，上部为中酸性火山岩和火山碎屑岩组合。岩性下部为灰紫-紫红色砾岩、砂砾岩、含砾砂岩、杂砂岩、长石砂岩；上部为灰紫-紫红色安山岩、杏仁状安山岩、辉石安山岩、玄武安山角砾岩、安山集块岩、安山凝灰岩夹砂岩、板岩、凝灰岩。

新近纪地层分布在研究区的北东部，包括油砂山组和狮子沟组，主要出露于研究区北部埃姆尼克山及达达肯乌拉山南缘。

油砂山组(N2y)与下伏各地层呈角度不整合接触，与上覆狮子沟组整合接触。下部为砖红色中层状含砾粗砂岩、黄灰色厚层块状中细粒岩屑石英砂岩夹黄灰色复成分砾岩；中部为浅灰黄色厚层块状细中粒钙质岩屑长石石英砂岩、橘红色薄中层状中细粒砂岩夹灰绿色薄层状泥岩；上部为橘红色块状复成分砾岩夹橘红色薄层状泥岩、浅肉红色薄层状含钙泥质石英粉砂岩、灰绿色薄层状细粒钙质石英杂砂岩；顶部为橘红色块状复成分砾岩。砂体厚度5.74～86.05 m。砂砾岩中砾石分选较差，磨圆度较差，属于山前冲积相-湖积相的沉积环境。上油砂山组泥岩层中总有机碳(total organic carbon，TOC)含量在0.13%～12.89%[7]，平均为1.58%，为柴达木盆地西部地区主要含油气岩系，厚2 064 m。

图1 柴东地区构造单元划分示意图Fig.1 Diagram of structural unit division in Chaidong area

1为化学沉积物；2为风积物；3为洪冲积物；4为洪积物；5为湖积物；6为七个泉组；7为狮子沟组；8为油砂山组；9为牦牛山组；10为地层界线；11为角度不整合；12为逆断层；13为推测隐伏断裂；14为推测铀成矿有利区；15为地质能谱剖面位置；16为活性炭剖面位置；17为异常孔位置及编号；18为无矿孔位置及编号；19为产状；20为航放异常位置及编号；21为泉点；22为潜水氧化带型铀异常点位置及编号；23为居民点；24为研究区引自青海省都兰县玉道梁地区砂岩型铀矿调查评价报告图2 研究区地质简图Fig.2 Geological map of the research area

狮子沟组(N2s)与下伏油砂山组(N2y)整合接触，上部与七个泉组(Q1q)呈角度不整合接触。可分为两个岩性段，一段岩性为灰黄色中厚层状细砂岩、灰黄色中厚层状细粒钙质石英杂砂岩夹棕红色、灰色薄中层状钙质泥岩、棕红色砂砾岩、灰黄色含砾粗砂岩；狮子沟二段岩性为棕红色、灰色薄中层状泥岩与灰黄色薄中层状细砂岩互层，局部夹灰黄色中厚层状细砂岩。灰色薄层泥岩中砂体厚度11.09～45.6 m。砂砾岩中砾石的分选性和磨圆度均较差，砾石不具定向性，属于辫状河沉积相。狮子沟组泥岩层中炭化植物碎屑发育，TOC含量在0.14%～23.56%[7]，平均为1.51%，为盆地目前新近系中唯一发育的一套生物气源岩和生物气储集岩，厚880～1 067 m。

油气显示反映出盆地新近纪地层还原能力好。且砂体具有良好的泥-砂-泥结构，为层间氧化带及油气还原障的发育提供了较好的砂体条件，对铀矿化形成有利[8-10]。

第四纪沉积广泛分布于研究区，包括有洪泛平原相和盐湖相2类沉积。洪泛平原相沉积称为七个泉组(Q1q)，分布在山前至湖盆边缘，以红色、棕褐色泥岩和泥质粉砂岩为主，分选较好，具近水平层理。钻孔中揭露到泥岩、粉-细砂及亚砂土。泥岩呈棕红色、棕黄色、灰色等，见泥裂、虫迹，总体为氧化环境中的洪泛平原沉积。湖积相大面积分布在研究区南部，可进一步划分为洪积、冲积-洪积、风积和化学沉积四个亚相，沉积物以粉砂、黏土、盐类沉积为主。盐类沉积表层形成盐壳且多发育龟裂纹。由于遭受反复水蚀、风蚀、风积和再沉积作用，表面不平整，呈狼牙状、蜂巢状。形成时间短者一般较平坦，较低洼处时有地下盐卤水出露成“泉”。

2 铀异常及其特征

2.1 异常的出露特征

1997年，核工业703航测队完成了1∶10万航空放射性测量[11]，在埃姆尼克山南坡地区第四纪盐泥坪中圈出7处航放异常点[12]，呈北西向展布，长达27 km、宽5～7 km，面积达140 km2，航放测得当量铀含量一般1×10-6～3×10-6，最高24.1 ×10-6。其中HFU-01、HFU-02、HFU-03和HFU-04航放异常位于研究区内。

本次野外调查的四个航放异常均分布在第四纪盐坪中。

HFU-01异常位于地势低洼、终年积水的盐池内，池内泉眼数量多，呈北西向群带状密集排列，泉眼及周边均见大量黑色、棕黑色的铁锰质松散砂层。

HFU-02异常位于地势相对较高的干泉眼群地段，褐铁矿化发育，泉群附近地表水面具油气还原物质，地表呈褐红色[图3(a)]，揭露后呈灰色、灰黑色的砂层[图3(b)]。HFU-03、HFU-04异常区内盐池和泥坪地段规模小而多，呈北西向延伸，形成洼地，盐池内见大量黑色、铁锈色铁锰质松散层。刨坑后细砂岩呈糖粒状，局部固结岩石可见植物碎屑[图3(c)]。ZK02钻孔中局部灰色泥岩夹暗色炭化植物碎屑细层[图3(d)]。

2.2 异常特征

对HFU-01～HFU-04号四个航放异常区及周边开展了地质剖面测量、地面伽马能谱剖面测量、活性炭剖面测量。

2.2.1 地面伽马能谱查证

航放异常测量发现，四个异常的铀含量具有不同的特征，HFU-01、HFU-03、HFU-04三处异常区当量铀含量最高值分别为25.2 ×10-6、40.2 ×10-6、74.8 ×10-6，相对较低；而HFU-02异常区由两个高值区段组成，当量铀含量一般2.6×10-6～168.7 ×10-6，最高364.7 ×10-6[13]。经过实地查证，航放异常的范围与泉群分布范围基本一致。地面伽马能谱测量发现，泉眼分布地段均有铀异常存在。异常均由泉眼附近黑色淤泥层引起。经追索，在研究区北部新发现一铀高值点，当量铀含量(eU)高达500.20 ×10-6(图4)。异常部位见灰黄色氧化砂体，地表异常见灰黄色、浅黄色的中粗粒氧化砂岩，厚度为0.5～2 m，胶结疏松，成岩性差，透水性好。总体颜色以黄色为主。

2.2.2 活性炭测氡查证

近年来活性炭测氡方法在鄂尔多斯、二连盆地指导砂岩型铀矿找矿中不断得到验证[2,14]。该方法运用氡异常峰值形态，可预测深部铀成矿有利区段，为剖面上确定矿体位置和范围的重要标志。其原理基于砂岩型卷状铀矿体的头、尾部铀镭平衡严重偏镭，对氡及其子体测量非常有利，在卷状矿体内部铀镭平衡严重偏铀，由于镭量不足，影响氡及其子体检测效果，因此在铀矿体头尾部上方氡离子曲线反映为2个峰值，在矿体内部上方氡离子曲线为低值区，即“两高夹一低”的氡异常形态[14-15](图5)。通过在研究区北部开展活性炭剖面测量，发现的异常主要集中于研究区南部五道梁隐伏断裂附近泉群密集发育地段及研究区东北部，根据8条活性炭剖面线性出现的氡异常峰值推测了5条断裂构造，断裂长大于5 km，走向为115°，为地下含铀地质体氡离子的向上运移提供了良好的通道。HFU-02、HFU-03异常区北部氡异常峰值明显，呈现“两高夹一低”特征，整体上存在北高南低的趋势。HP04及HP08线氡浓度最大值分别为16 224.9、47 986.9 Bq/m3，氡浓度梯度大，变异系数变化较大。分析认为深部存在含铀地质体、断裂构造，引起了氡异常。根据氡浓度变化特征及野外调查情况，推测该区域铀成矿有利区长约5.8 km，宽1.3～2.5 km，走向北西(图4)[13]。通过在HP08线“两高夹一低”中间区段施工了ZK01、ZK02两个钻孔，孔深均为400 m，在两个钻孔中分别钻遇41～48层砂体。砂体沉积厚度一般为0.18～6.91 m，最大厚度8.78 m，岩性以钙质长石石英细砂岩，颜色主体为浅黄色、黄色，局部呈灰色，泥-砂-泥结构完整，砂体透水性好。

图3 异常区岩石野外观察特征Fig.3 The characteristics of rock through field observation in the anomaly area

1为洪冲积；2为湖积；3为风积；4为狮子沟组；5为油砂山组；6为地质界线；7为氡浓度曲线(Bq/m3)；8为推测铀成矿有利区段；9为活性炭测氡剖面及编号；10为潜水氧化带型铀异常点位置及编号；11为完工异常孔位置及编号；12为完工无矿孔位置及编号引自青海省都兰县玉道梁地区砂岩型铀矿调查评价报告图4 研究区北部活性炭测氡剖面平面图Fig.4 The plan of activated carbon radon profile in the northern part of the study area

图5 水平铀矿体氡异常形成机理[14]Fig.5 Formation mechanism of radon anomaly in horizontal uranium ore bodies[14]

2.2.3 地球化学特征

对南部泉群密集分布地段及伽马能谱测量铀含量高值点，采集了样品进行化学样分析。结果显示，铀品位为0.004%～0.006%，镭含量为741～9 284 Bq/kg。经计算，铀镭平衡系数Kp为1.55～60.68(大于1.1)，最高为62.31。

结合地表调查及钻探揭露情况，研究区北东狮子沟组经化学取样分析铀品位为0.007%，钍品位为0.001%，镭含量为741 Bq/kg，铀镭平衡系数1.55。总体显示为地表略偏镭状态，反应浅地表铀元素存在一定的流失。目前发现的点源铀异常主要由深部含铀岩石引起。这一认识与地表活性炭测氡浓度值极高相一致，因此推测深部是可能存在富铀地质体，值得进一步探索验证。

3 铀异常成因分析

3.1 铀的来源

五道梁地区所属柴东盆地实际上是位于活动带内的中间地块，其北是祁连山褶皱系，其南是昆仑山褶皱系，盆内为具有元古代基底的地块。研究区北部为盆缘埃姆尼克山、达达肯乌拉山，不仅已发现多处铀异常点，古铀量计算表明[16]泥盆纪、石炭纪等活化铀丢失量均大于1.0 ×10-6，铀活化率17.5%～33.5%，侵入岩活化铀含量大于2.0×10-6，个别高达4.5～5.1 ×10-6，铀活化率25.9%～60.5%。通过路线地质调查和钻孔资料整理，五道梁北发育潜水氧化带型、同沉积泥岩型铀矿化及异常。潜水氧化带型铀矿化主要见于活性炭测氡HP06、HP08剖面，赋存于狮子沟组灰黄色细粒钙质长石石英细砂岩。在HP08剖面施工的ZK01和 ZK02钻孔中也发现了铀异常。其中ZK01孔中铀品位最高为0.004%，Fe3+/Fe2+为0.7～0.97，有机质含量为0.26%～0.74%；ZK02孔中铀品位最高为0.001%；Fe3+/Fe2+为1.37，有机质含量平均为0.48%。从Fe3+/Fe2+来看主体位于略偏氧化环境。可见，在研究区北部蚀源区处于氧化剥蚀状态(图6)，且存在铀的明显迁出。

3.2 铀的迁移富集

从盆地结构、盖层沉积特征和产状分析可以发现，虽然狮子沟组与上覆地层为连续沉积，但第四纪以来沉积范围减小，表明构造运动在减弱。

盆地形成初期，形成了油砂山组和狮子沟组等沉积盖层，并可能在局部水下沉积中造成铀的同生富集。后期随着构造运动造成基底断裂活化，从基底断裂影响到盆地盖层。据岩相古地理等资料的综合分析，不管是研究区南侧诺木洪北断裂，还是五道梁隐伏断裂及北侧可控源音频大地电磁测量解译出的小构造，在目的层沉积时皆具有同生性质，尤其是五道梁断裂控制的泉还有油气显示，且断裂深及基底。

图6 狮子沟组氧化砂岩Fig.6 Oxidized sand of Shizigou Formation

通过前文的叙述可以发现，已知的铀异常与泉群形态基本一致，形成线状分布的异常群，这些异常在伽马能谱、土壤氡都有表现，受五道梁隐伏断裂控制明显。更重要的是化学样分析显示，地表处于严重偏镭状态，存在铀的流失。由于柴达木盆地气候干燥、蒸发强烈，研究区处于柴达木盆地东部湖盆中心，盐碱滩广布、地表为强氧化环境，难以造成铀的富集，故航放异常、能谱异常和氡气异常为“间接异常”，很可能是地下水沿隐伏五道梁断裂将铀带至地表扩散吸附所致(图7)。

4 结论

(1)地面地质调查、伽马能谱、活性炭测氡、取样分析等多种方法综合研究表明，五道梁地区第四系湖相沉积物的航放异常存在铀的偏高，但铀镭不平衡，整体偏镭，异常区分布的含铁质、锰质砂体吸附地下水中镭，形成高镭异常特征。

(2)盆地北部基底岩石铀的活化率较高，变化范围为17.5%～60.5%。被抬升剥蚀的狮子沟中发育潜水氧化带型、同沉积泥岩型铀矿化。

1为狮子沟组；2为油砂山组；3为洪冲积物；4为层间氧化带；5为还原带；6为泥岩隔水层；7为铀矿体；8为断层；9为岩体；10为含铀含氧水及运移方向；11为油气还原物质及运移方向；12为钻孔位置及编号图7 柴东盆地北缘地质剖面及铀异常形成模式示意图Fig.7 Schematic diagram of geological profile and formation uranium anomalies in the northern margin of Chaidong Basin

(3)已知的铀异常与泉群形态基本一致，形成线状分布的异常群，与推测断裂密切相关。推测盆地中心湖相沉积物中的铀异常是地下水沿隐伏五道梁断裂将铀带至地表扩散并吸附所致。

(4)五道梁地区具备铀源、构造、油气还原物质、异常显示等铀成矿有利条件，通过进一步工作有望找到深部厚大砂体、前锋线及铀矿化体。