英雄岭地区新生代构造特征及其对砂岩型铀矿的控制作用

2022-10-09王继斌张未陈擎陈斌康利刚

铀矿地质 2022年5期

王继斌，张未，陈擎，陈斌，康利刚

（核工业二〇三研究所，陕西西安 710086）

柴达木盆地位于青藏高原东北缘，是典型的中-新生代大型叠合盆地，一直受到沉积-构造学家和油气地质工作者的关注。该盆地自印支晚期结束了海相沉积历史，进入陆相盆地沉积演化阶段［1-2］，先后经历了中生代早-中侏罗世裂陷阶段、晚侏罗世—晚白垩世挤压阶段、新生代古新世—上新世晚期挤压坳陷与局部走滑阶段、上新世晚期—今的挤压推覆阶段［3］。通过伸展-挤压两次构造旋回，在盆地内部普遍形成了上白垩统与古新统、上新统与更新统之间的角度不整合。尤其是上新世晚期以来，青藏高原陆内俯冲加剧，在强烈的挤压推覆作用下，昆仑山快速隆升，并在柴达木盆地西南缘形成了走向近北西-南东向的英雄岭冲断-褶皱带，同时，阿尔金断裂作为青藏高原东北部边界断裂，因两侧块体存在差异性运动，在早期走滑隆升的基础上再次走滑隆升，使得英雄岭构造带呈带状展布的系列褶皱构造具有雁列式展布的特征［4-6］。英雄岭构造带不仅控制着丰富的油气资源，而且因其记录了阿尔金和东昆仑在晚新生代的构造活动，成为研究柴达木盆地西南缘盆山耦合的天然实验室［5-6］，故关于英雄岭构造变形分层、构造运动学过程、构造形成和活动时代及其与油气运聚关系的研究已有不少工作，并取得诸多新进展［7-12］。

近几年，核工业系统、石油系统和中国地质调查局在柴达木盆地西南缘投入了大量铀矿勘探工作，发现了一批砂岩型铀矿（化）孔，显示出良好的铀矿找矿前景［13］。然而，该区夹持于东昆仑造山带和阿尔金造山带之间，新构造作用强烈，构造变形复杂，增加了探寻砂岩型铀矿的难度，因此，阐明该区构造变形样式和区域构造演化对于筛选砂岩型铀矿有利成矿的构造部位显得尤为重要。本文在综合区域地质研究成果，梳理英雄岭构造特征和演化过程的基础上，结合典型铀矿化分析，探讨区内新生代构造对砂岩型铀矿的控制作用，提出砂岩型铀矿控矿构造模式，为后续钻探工作部署提供参考。

1 区域地质背景

柴达木盆地是青藏高原东北部最大的中-新生代含油气盆地，位于特提斯构造域东部，夹持于阿尔金构造带、东昆仑构造带和祁连山构造带之间［6］，可分为柴北缘隆起、柴西隆起和三湖坳陷3 个一级构造单元（图1a）。本文中柴达木盆地西南缘特指柴西隆起内红沟子背斜-南翼山背斜以西、阿尔金断裂以南、祁曼塔格山前断裂以北地区（图1b）。

柴达木盆地西南缘受阿尔金和祁曼塔格两大构造体系的共同影响，发育走向北西-南东和北东-南西向的构造。在祁曼塔格山前至尕斯库勒湖发育断阶及断块构造，断裂构造以倾向南西的逆冲断裂为主，局部被走向北东的逆冲断裂切错。阿尔金山前发育向南逆冲的冲断构造，并兼具走滑性质，主要表现在老地层推覆在新地层之上，采石岭北-咸北断裂等截切英雄岭构造带，形成一些鼻状背斜，并在左行走滑作用下形成一些雁列式褶皱。英雄岭构造带受控于Ⅺ号隐伏基底断裂和英北基底断裂，构造样式与狮子沟、油砂山、油泉子等浅层断裂关系密切，以断层相关褶皱为主，具有南北分带、东西分区的特征（图1b）。

柴达木盆地西南缘沉积了巨厚的新生代地层，其中古近系为一套近缘陡坡型扇三角洲-湖相沉积的棕色砂砾岩、泥岩夹膏盐建造，包括古-始新统路乐河组（E1-2l）、渐新统下干柴沟组（E3g）；新近系为一套辫状河三角洲相沉积的以灰色为主的杂色砂岩、泥岩建造，包括中新统上干柴沟组（N1g）和下油砂山组（N1y），上新统上油砂山组（N2y）和狮子沟组（N2s）；区内第四系七个泉组（Qp1q）为复成分砂砾岩建造。目前已发现的砂岩型铀工业和铀矿化体均赋存在新近系各层组中（图1c）。

图1 柴达木盆地构造位置及构造单元划分图（a）、英雄岭地质构造简图（b）（据文献［6］修改）和地层及铀矿见矿情况（c）Fig.1 The tectonic location and structural units of Qaidam Basin（a），geological structure sketch（b）（modified after reference［6］）and stratigraphic column（c）of Yingxiongling area

2 英雄岭构造特征

英雄岭位于柴达木盆地西南缘茫崖坳陷内，区内构造线呈北西-南东向展布，与祁曼塔格山近平行，西北与阿尔金断裂呈70°相交，向东南至大、小沙坪一带逐渐隐伏［14］，东北以英北断裂为界，西南受Ⅺ号隐伏断裂的系列反冲断裂——狮子沟断裂、油砂山断裂控制（图1b）。前人根据构造变形特征，将英雄岭南带从西往东分为西部构造变形区、中部构造变形区和东部构造变形区［12，15］。结合近年来铀矿勘查工作部署，本文将狮子沟背斜、干柴沟背斜和咸水泉背斜划归西部构造变形区，将油砂山背斜、油泉子背斜划归中部构造变形区，茫崖背斜等划归东部构造变形区（图1b）。晚渐新世英雄岭地区以滨、浅湖相沉积为主，气候干旱，蒸发量大，在下干柴沟组上部发育盐岩层［14，16-17］，盐岩及含盐泥岩作为软弱层容易导致垂向断裂，在该层位发生归一而形成构造分层［12，18］，因此，断裂构造也分为含盐泥岩层之下的Ⅺ号隐伏断裂、英北基底断裂和其上的狮子沟、油砂山、油北等浅层滑脱断裂，受控于基底断裂和表层滑脱断裂，形成了众多平行展布的背、向斜构造。其中英雄岭中、西部构造变形区重点开展了铀矿勘查工作。

2.1 西部构造变形区

西部构造变形区自南向北依次发育狮子沟、干柴沟和咸水泉背斜。狮子沟背斜核部出露下油砂山组，两翼为上油砂山组和狮子沟组，为浅层滑脱断裂——狮子沟断裂控制的断层传播褶皱［6，11］。该背斜走向北西西-南东东，西南翼靠近断裂附近地层产状较陡，核部及东北翼产状平缓，轴面倾向北东，轴线向南东倾伏。狮子沟断裂倾向北东，浅部断层产状陡立，切割了下干柴沟组上部及以上地层，深部断层产状平缓，向北东消失在下干柴沟组上部盐岩层中（图2a）。干柴沟背斜位于狮子沟背斜东北侧，核部出露下干柴沟组，两侧依次出露上干柴沟组、上、下油砂山组和狮子沟组。受倾向南西的干柴沟逆冲断层的影响，地层产状东北翼较陡，向南西产状变平缓。背斜西北端受采石岭北-咸北断裂限制［19］，并被倾向北的采石岭逆断裂切错抬升，向东南倾伏。从地震剖面可以看出，狮子沟背斜和干柴沟背斜主要发育在断层弯曲部位，断层上盘地层变形受断坡控制明显，而盐岩层因能干性弱，在挤压作用下易发生顺层拆离而形成挤离面。这种挤离面即为断坪，在地震剖面中较难直接成像，但是断坪上下地层变形幅度较小，产状总体是水平或低角度倾斜（图2a），故此判断狮子沟背斜和干柴沟背斜是逆冲断层上盘地层在挤压作用下滑移经过断层弯曲部位而形成的断层相关褶皱。咸水泉背斜并排于干柴沟背斜东北侧，核部出露下油砂山组，两翼为上油砂山组及狮子沟组。该背斜受走向近北东东-南西西的采石岭北-咸北断裂和走向近北西-南东的英北断裂及其反冲断裂控制，深部发育平行咸北断裂的叠瓦式逆冲断裂，使卷入背斜的地层向阿尔金山减薄（图2b），形成向南东倾伏的鼻状背斜。

西部构造变形区背斜走向、规模及样式除受平行祁曼塔格山的北西-南北向断裂及其反冲断裂控制外，因靠近阿尔金山，同时受平行阿尔金山的系列北东-南西向断裂切错抬升，尤其干柴沟、咸水泉背斜西北端抬升明显，向东南倾伏，沿轴向表现为鼻状背斜。平行背斜轴向的地震剖面显示，阿尔金次级断裂渐新世末后的持续活动造成咸水泉、干柴沟地区上干柴沟组之上的地层由盆内向盆缘减薄，埋深变浅（图2b），咸水泉背斜翼部发育的右阶雁列式小型次级褶皱也指示英雄岭构造带叠加有阿尔金压扭作用［11］。

2.2 中部构变形造区

中部构造变形区主要发育油砂山背斜和油泉子背斜。油砂山背斜位于狮子沟背斜东南端，背斜核部出露下油砂山组，两翼为上油砂山组、狮子沟组和七个泉组，平面上呈向西南凸出的弓形（图1b），东南段走向北西，西北段转为北北西，为深部Ⅺ号隐伏断裂和油砂山断裂控制的斜歪倾伏褶皱。受下干柴沟组上部盐岩层这一滑脱层的影响，Ⅺ号隐伏断裂切错下部地层终止于盐岩层中，油砂山背斜发育于地层沿断坡爬升的过程（图2c）。受油砂山断裂的影响，油砂山背斜西南翼窄陡，在油园沟一带倒转，东北翼宽缓。油泉子背斜平行排列于油砂山背斜东北端，是受英北断裂和其反冲断层油泉子断裂控制的冲起构造（图2d），背斜核部及两翼次级褶皱及断裂构造发育，背斜西南翼及核部较平缓，东北翼较陡，核部出露下油砂山组，两翼大面积出露上油砂山组及狮子沟组。

图2 英雄岭地区地震剖面解译图（据文献［6，11］修改）Fig.2 Interpretation map of seismic section of Yingxiongling area（modified after reference［6，11］）

2.3 构造变形过程

英雄岭构造带是新近纪喜马拉雅运动晚期形成的盆内边缘隆起带［20-21］，属祁曼塔格山前大型陆内冲断系统的前锋。已有磷灰石裂变径迹、（U-Th）/He 和36Cl 断代法研究结果表明［5，22-23］，早中新世，阿尔金山发生快速隆升，形成上、下油砂山组之间的区域性角度不整合；中新世，阿尔金、东昆仑再次走滑逆冲，祁曼塔格山快速隆升；上新世晚期至今，变形通过昆北、Ⅺ号、英北等基底断裂由盆缘向盆内发展，英雄岭构造带开始冲断褶隆。由此可见，英雄岭构造带是祁曼塔格山和阿尔金山挤压变形向盆内传导的结果，形成了成排成带的褶皱断裂构造。

构造物理模拟实验结果表明，较厚的软弱岩层具有分隔上、下变形、限制深部断裂向上部发展和传导变形的作用（图3a、b）。英雄岭构造带下干柴沟组上部盐岩层作为区内主要的软弱层，决定了英雄岭构造背斜带的演化发展过程。根据模拟实验，英雄岭构造带的发展顺序是先形成Ⅺ号隐伏断裂，随着变形的加强，在软弱层中形成反冲断裂并形成狮子沟背斜、油砂山背斜等第一排构造，构造变形继续向北东向传导，向盆内形成英北前锋基底断裂，并产生反冲断裂形成咸水泉、干柴沟和油泉子等冲起构造（图3c、d）。

图3 英雄岭地区构造物理模拟实验及构造变形过程Fig.3 Physical simulation experiment and deformation process of structures in Yingxiongling area

3 砂岩型铀矿化特征

3.1 铀矿化类型及其分布

英雄岭地区已发现的主要铀矿（化）点有咸水泉矿点、干柴沟矿化点和油砂山矿化点，铀矿化类型以砂砾岩型、砂岩型为主，泥岩型次之。其中产于英雄岭西部的砂岩型铀矿化赋存于中新统上干柴沟组，在上、下油砂山组中可见放射性异常，赋矿岩性以含砾粗砂岩、砂岩为主，产出于油气田边缘逆冲断裂附近，铀矿化与油气还原关系密切；产于英雄岭中部的砂岩型铀矿化赋存在中新统下油砂山组，赋矿岩性以发育弱氧化和富含炭化植物碎屑的灰色细砂岩为主，产出于背斜陡立翼，铀矿化与沿构造剥蚀天窗形成的层间氧化关系密切。

3.2 典型铀矿化点特征

3.2.1咸水泉铀矿点

咸水泉铀矿点位于咸水泉背斜西北端，铀矿化类型为砂砾岩型，截止目前，区内共发现铀工业矿孔1 个（ZK01），矿化孔2 个（ZK02、ZK03）（图1b）。其中工业矿段埋深为311.35～320.85 m，厚度为4.10 m，品位为0.013 1%（图4），赋矿岩性为中新统上干柴沟组浅灰黄色含砾粗砂岩、粗砂岩，砂体裂隙及孔隙中可见沥青质及油气浸染现象（图5a）；工业矿段上部发育两段铀矿化，赋矿岩性为灰色、浅灰黄色含砾粗砂岩、砾岩，均见有油气浸染现象，尤其灰色含砾粗砂岩因油浸程度大而呈现褐色。顺咸水泉背斜倾伏方向进行追索，发现ZK02 铀矿化孔中发育两段矿化和多段异常，矿化埋深为454.05～491.45 m，矿化段厚度为0.2～0.4 m，品位为0.010 6%～0.011 1%，矿化赋存在浅灰色或黄色细砂岩中，灰色砂体中可见团斑状黄色氧化（图5b），下部黄色砂体中见较弱的油气浸染现象（图5c）。结合咸水泉二维地震资料和钻孔岩心对比，认为钻孔ZK01 和ZK02 之间存在横切咸水泉背斜的隐伏逆冲断裂。该断裂切穿深部咸水泉油气藏盖层，使得深部油气沿断裂向上迁移，进入到早期氧化的铀储层中，使得铀储层中预富集的铀还原再富集，形成铀矿化，地表露头也可见油气沿断裂运移后残留的沥青质（图5d）。

图4 英雄岭西部咸水泉矿点勘探线剖面示意图（据文献［13］修改）Fig.4 Schematic diagram of exploration line at Xianshuiquan uranium occurrence in the western Yingxiongling area（modified after reference［13］）

图5 咸水泉矿点典型岩心及野外地质现象Fig.5 Photos of typical outcrops，hand specimen and cores in Xianshuiquan uranium occurrence

3.2.2油砂山铀矿化点

油砂山铀矿化点位于油砂山背斜东南端，矿化类型为砂岩型，除地表发育铀矿化外，区内发现铀矿化孔1 个（ZK11）（图6）。矿化孔位于油砂山背斜东南翼，地层产状陡立，倾角＞65°，矿化段埋深为558.85～564.95 m，厚度为6.10 m，品位为0.010 9%，赋矿岩性为中新统下油砂山组灰色细砂岩，砂体弱钙质胶结，砂体断面可见遭受氧化而呈褐黄色的炭化植物碎屑和黑色斑点状炭屑，赋矿砂体暴露空气一段时间后出现亮黄色次生铀矿物（图7a）。显微镜下，砂屑以石英为主，呈次棱角状—次圆状，云母含量偏高，呈长条状，多数发生氧化蚀变，填隙物中褐铁矿化发育（图7b）。因油砂山西南翼产状陡立（图7c），为追索铀矿化空间展布，在平缓的背斜东北翼施工钻孔ZK12，接遇的砂体多为灰色砂体，氧化较弱，见有植物碎屑遗迹（图7d），地层产状相对平缓（图7e），未发现铀异常。

图6 英雄岭中部油砂山矿化点勘探线剖面示意图Fig.6 Schematic section of exploration line at Youshashan uranium occurrence in central Yingxiongling area

图7 油砂山矿化点典型岩心和显微特征Fig.7 Typical core photos and microscopic characteristics of Youshashan uranium occurrence

结合地表和深部铀矿化特征，分析认为该区段铀矿化形成较晚，受构造剥蚀天窗控制明显。背斜西南翼地层陡立，遭受剥蚀后形成地层开口，含氧大气降水易于进入并有较高的势能，向深部转为层间水的过程中活化地层中沉积成岩阶段富集的铀，在富含炭化植物碎屑、炭屑和有机质的区段活化铀被还原富集，形成铀矿化。背斜平缓翼虽也遭受了剥蚀，但因产状平缓，势能较低，且上覆隔水层阻止含氧大气降水向深部渗入，造成平缓翼铀矿化不发育。

3.3 铀矿化展布规律

英雄岭构造带已发现的铀矿化从西往东，赋矿层位由老变新，在英雄岭西部构造变形区赋矿层位主要以上干柴沟组为主，中部构造变形区以上、下油砂山组为主。西部构造变形区的铀矿化沿背斜倾伏方向展布，且向背斜倾伏方向矿化线索变差；中部构造变形区铀矿化沿背斜侧伏方向展布，向背斜平缓翼矿化线索变差。垂向上，西部铀矿化多发育在油气藏外围断裂构造附近，砂体中油气浸染和氧化现象较明显；中部铀矿化多发育在靠近背斜核部构造天窗、地层陡立的区段，砂体富含有机质、炭屑及炭化植物碎屑，并遭受了含氧大气降水的氧化改造。

4 构造对砂岩型铀成矿的控制作用

已发现的铀矿化均为外生铀矿，无后期热液作用成矿迹象，成因类型以潜水或层间氧化带型为主。研究表明，上述类型铀矿化主要受控于区域构造演化、铀源、岩相古地理和古气候环境等诸多因素［24］，而英雄岭区域的铀矿化受构造影响最为显著。

4.1 构造演化与铀成矿关系

英雄岭位于东昆仑、阿尔金的交汇处，其构造样式是祁曼塔格山向北东挤压作用和阿尔金山向南东压扭作用叠加的结果。前人对阿尔金断裂开始活动的时间争议较多，但普遍认为阿尔金造山作用早于东昆仑-祁曼塔格造山作用［20，25-27］。柴达木盆地西南地区阿尔金山前上、下油砂山组之间的微角度不整合便是阿尔金幕式活动的直接证明。这种微角度不整合从柴达木盆地西部向东部逐渐变为整合接触。而英雄岭构造带七个泉组（Qp1q）与下覆地层之间的角度不整合和狮子沟组（N2s）普遍卷入平行祁曼塔格山的褶皱构造变形，说明英雄岭构造带开始形成于狮子沟组沉积之后，而局部地区七个泉组的高角度变形和近半个世纪英雄岭地段频繁的地震活动说明英雄岭构造带现今仍处于持续隆升阶段［28］。

据上所述，喜山运动早期（古新世—上新世早期），阿尔金断裂开始发生低速率的活动，以浅部发育系列近东西向雁列式排列的压扭断层、深部发育正花状构造为特征，走滑速率较小，垂直剪切应变吸收了大量地应力，基底掀斜抬升，在英雄岭西部地区形成阿尔金山前斜坡带［29-30］。新生代地层厚度向阿尔金山减薄，物源主要来自阿尔金山，上、下干柴沟组和下油砂山组发育朵状冲积扇、近岸水下扇、扇三角洲相沉积体系，而英雄岭中部则以发育滨浅湖相沉积为主，物源主要来自较远的昆仑山，在昆仑山前发育冲积扇及辫状河相沉积体系［31］。下油砂山组沉积末期，阿尔金开始进入幕式活动，抬升速度加快，造成阿尔金山前局部发生沉积间断，发生含铀含氧水的渗入氧化，造成铀预富集。

喜山运动晚期（上新世晚期），印度板块向欧亚板块俯冲加剧，祁曼塔格山快速隆升，早期的昆北断裂、阿拉尔断裂、Ⅺ号隐伏断裂和英北等基底断裂自南向北呈背驮叠瓦式活化，英雄岭构造带开始形成，北西-南东向构造叠加在早期近东西向构造上。造山带长轴不可能无限延伸，而是有一定的范围，在靠近造山带长轴中部的山前区域主要以垂直或近垂直造山带的挤压作用为主，而靠近造山带两侧的区域则以剪切作用为主。祁曼塔格造山带的西界为阿尔金山，祁曼塔格强烈的造山作用，不仅促使山前盆地盖层产生逆冲断裂及褶皱，而且造成阿尔金断裂左行走滑加剧，除在英雄岭西部形成一些小型压扭性右阶雁列式构造外，平行阿尔金山的山前断裂发生挤压走滑，切错深部油气藏，使得油气向浅部逸散，进入早期氧化砂层中，形成咸水泉等地段的砂岩型铀矿化。此时期，随着挤压作用的不断加强，英雄岭中部地区因早期为湖相沉积，在下干柴沟组上部发育盐岩层，阻隔了局部地段基底断裂向上发展，并以盐岩层为滑脱面，形成油砂山、狮子沟等倾向北东的反冲断裂。随着断距增大，下干柴沟组之上的地层发生褶皱变形，轴面向南西侧伏，造成背斜西南翼陡立，遭受剥蚀形成构造天窗，富氧大气降水进入透水层，使沉积成岩阶段预富集的铀活化迁移，在富含还原介质（炭屑、炭化植物碎屑）的区段再次富集形成铀矿化。

4.2 构造-铀成矿模式

基于英雄岭地区砂岩型铀矿化特征和构造特征分析，笔者认为区内铀矿化的发育与构造因素关系密切，结合构造演化、铀成矿过程动态解析，建立了两种“构造-铀成矿模式”（图8）。根据此成矿模式，将英雄岭西部砂岩型铀成矿确定为“斜坡构造＋断裂构造＋油气还原”型铀成矿模式（图8a），而将英雄岭中部砂岩型铀成矿确定为“斜歪褶皱＋构造天窗＋有机质”型铀成矿模式（图8b）。前者早期发育斜坡构造，含铀含氧水渗入氧化并在目的层中形成早期铀预富集，经后期构造叠加和改造，深部油气由断裂进入铀储层，经还原和吸附造成铀富集形成铀矿化。后者目的层在沉积成岩阶段进行了铀的预富集和还原介质的储备，经强烈构造作用形成斜歪褶皱，陡立翼遭受剥蚀而形成地层窗口，富氧大气降水进入铀储层使得预富集的铀再次活化迁移，在还原介质较丰富的地段，经还原和吸附作用富集成矿。二者相比较，前者为先氧化后还原，成矿时间相对较早，沉积成岩阶段和含铀含氧水渗入阶段携带的铀为主要成矿铀源，赋矿层位相对较老；后者为含氧水体进入灰色砂层，成矿时间相对较晚，沉积成岩阶段富集的铀为主要成矿铀源，赋矿层位相对较新。

图8 英雄岭地区构造-铀成矿模式Fig.8 Structure-uranium metallogenic models in Yingxiongling area

4.3 找矿方向

斜坡构造在阿尔金山及昆仑山前均有发育，虽然遭受了后期构造改造，但仍不乏存在阿拉尔、月牙山等地段残留的稳定斜坡构造，而且在同样铀源条件下，斜坡带含氧地下水携带的铀含量相对较多，铀成矿条件相对较好，可作为寻找砂岩型铀矿的优选区；而斜歪褶皱陡立翼的分布范围和规模均比较局限，多数未形成地层窗口，不利于含氧水的进入，其成矿铀源主要为沉积成岩阶段预富集的铀，含量少而分散，而且地层陡立，砂层不厚的情况下铀矿化规模也较小，可作为寻找砂岩型铀矿的探索区。