二连盆地巴彦乌拉铀矿床水文地质条件与铀成矿关系

任晓平，刘晓敏，彭瑞强，李鹏飞，李成龙

（1.核工业二0八大队，内蒙古 包头 014010；2.中核内蒙古矿业有限公司，内蒙古 呼和浩特 010020）

二连盆地是我国重要的砂岩型铀矿产铀盆地之一，盆地中部已探明多个具有工业价值的大中型铀矿床，其中巴彦乌拉铀矿床具有矿体埋藏浅，矿层渗透性强，有利于地浸开采和铀资源量丰富等特点，在该盆地铀矿床中占有重要的地位［1-5］。笔者根据巴彦乌拉铀矿床的地质特征和水文地质特征，分析了巴彦乌拉铀矿床形成的水动力条件，结合二连盆地巴彦乌拉铀矿床勘探资料，对巴彦乌拉铀矿床水文地质条件与铀成矿关系形成初步认识。

1 矿床地质特征

巴彦乌拉铀矿床位于塔北凹陷的中西部，为二连盆地马尼特坳陷的西部，其北西以白音希勒隐伏凸起与巴音宝力格隆起相隔，南西侧与苏尼特隆起相邻，发育加里东期、华力西期花岗岩及火山岩，上述两隆起构成坳陷后期沉积及成矿的主要物源及铀源区［6-7］。马尼特坳陷西部以下白垩统为充填主体，从西到东划分为芒来、巴润、巴彦乌拉、白音塔拉和那仁宝力格5个地段（图1）。巴彦乌拉矿床铀矿体产于下白垩统赛汉组上段［8-12］，赛汉组上段在芒来至白音塔拉地段连续分布，揭露厚度30～240 m不等，为绿灰色、灰色砂质砾岩、含砾砂岩夹灰色或棕红色泥岩。铀矿体在平面上呈NE向展布，主要产于辫状河砂体中的中下部和底部，局部产于上部，矿层岩性以中砂岩、粗砂岩和砂质砾岩为主，细砂岩次之，矿体主要呈板状、层状，连续性较好。

1.1 构造特征

塔北凹陷内以下白垩统为充填主体，其在早白垩世不同时期具有不同的盆地类型，早白垩世早期，塔北凹陷呈NE向展布，东西长约75 km、南北宽约15～28 km，面积1 850 km2。凹陷内基底由3个低凹区组成（图1），其中西部两个低凹区基底埋深均为1 600 m，但西北部低凹区面积大，东部低凹区埋深1 800 m，总体组成狭长的负地形区，也构成下白垩统阿尔善期和腾格尔期主要沉积中心；早白垩世赛汉早期，塔北凹陷继承了早白垩世早期的构造特征，即基底形态整体呈NE向展布，北西侧的F1断裂仍控制着凹陷的沉积，但总体伸展幅度小，埋深变浅（一般介于400～500 m之间）；赛汉晚期，F1断裂的控制作用进一步减弱，该区总体以坳陷为主，沉积范围进一步缩小到坳陷低凹区域，形成河谷型盆地，赛汉组上段古河谷砂体即在此背景下形成。

图1 内蒙古苏尼特左旗巴彦乌拉地区下白垩统基底结构略图Fig.1 Sketch map of Lower Cretaceous basement structure in Bayanwula area，Sunitezuo County，Inner Mongolia

1.2 地层特征

该铀矿床的基底地层由下寒武、上石炭统及下二叠统变质岩、火山-沉积岩等构成。中新生代沉积盖层从侏罗系到第四系均有不同程度的发育，其中下白垩统为坳陷的沉积主体，发育完整［2］。巴彦乌拉铀矿床及附近地表出露地层为古近系伊尔丁曼哈组，且大面积被第四系（Q）所覆盖。根据钻孔揭遇资料，自上而下地层有：古近系伊尔丁曼哈组、下白垩统赛汉组上段、下白垩统赛汉组下段，其中伊尔丁曼哈组与赛汉组上段为角度不整合接触，赛汉组上段与赛汉组下段为平行不整合接触［13］。

2 矿床水文地质特征

2.1 含水岩组及其特征

巴彦乌拉铀矿床含水岩组单一，主要为碎屑岩类含水岩组，根据含水岩组的时代、埋藏条件和水力特征等不同可进一步划分出古近系始新统伊尔丁曼哈组碎屑岩含水岩亚组、下白垩统赛汉组碎屑岩含水岩亚组。其中古近系始新统伊尔丁曼哈组碎屑岩含水岩亚组在矿床范围内均有分布，局部被第四系覆盖，南西部厚度相对较薄，介于20～75 m之间，向北东方向逐渐增厚，介于60～100 m之间，局部可达170 m，主要为一套河流、洪泛沉积的砂岩、砂质砾岩、泥质砂砾岩等沉积建造，赋存孔隙潜水和承压水；赛汉组碎屑岩含水岩亚组埋藏于伊尔丁曼哈组之下，由赛汉组上段组成，主要赋存孔隙承压水，岩性以辫状河沉积的砂岩、砂质砾岩组成，总厚度20～200 m，分布稳定连续，构成含矿含水层（体）（图2），水位埋深介于3～70 m之间，承压水头介于2～93 m之间，富水性、渗透性好，单孔涌水量＞120 m3·d-1，渗透系数介于0.91～13.2 m·d-1之间。

图2 巴彦乌拉铀矿床走向剖面示意图Fig.2 The schematic diagram of the strike profile of the Bayanwula uranium deposit

2.2 含矿含水层空间展布及变化特征

巴彦乌拉铀矿床赋存于赛汉组上段下部砂岩、砂质砾岩中，从芒来—巴润—巴彦乌拉—白音塔拉—那仁宝力格构成长达120 km、宽5～12 km、厚20～200 m NE向展布含矿含水层（体）。含水层（体）砂体结构疏松，连通性较好，产状总体较为平缓，局部略有起伏，分布稳定连续，其厚度变化规律是横向上从河道两侧向中心增厚，纵向总体上沿河道中轴线从南西向北东逐渐增厚（图3），与河道砂体变化规律相一致。

图3 巴彦乌拉矿床赛汉组上段含矿含水层厚度等值线图Fig.3 Contour map of the thickness of the ore-bearing aquifer in the upper member of Saihan formation of Bayanwula deposit

赛汉组上段含矿含水层顶板埋深一般介于23～150 m之间，底板埋深介于50～300 m之间，总体呈现出从南西向北东逐渐加深的特征，仅在芒来—巴润、巴润—巴彦乌拉之间因抬升局部缺失隔水顶板，出现“天窗”。水位埋深芒来地段3～15 m，局部低洼处出现自流，巴润地段10～20 m，巴彦乌拉地段19～26 m，白音塔拉地段40～70 m，那仁宝力格地段25～45 m；地下水除透水“天窗”部位外均具承压性。

2.3 地下水的补给、径流、排泄条件

矿床地下水主要来自北东邻区地下水的侧向补给，另外，还有北西和南东的侧向微弱补给及“天窗”部位大气降水的补给，总体呈NE向南西缓慢径流，最终泄于矿床南西部的准达来、巴润达来一带。含矿含水层地下水主要来自北东邻区的侧向补给，沿河道砂体从北东向南西缓慢径流（图4），水力梯度介于0.3‰～1.4‰之间，径流速度介于0.7～2.9 m·a-1之间，在南西部芒来地段的准达来一带排泄。

图4 巴彦乌拉铀矿床赛汉组上段水文地质略图Fig.4 Hydrogeological sketch of the upper member of Saihan formation in Bayanwula deposit

2.4 地下水水化学特征

地下水主要为碎屑岩孔隙水，由伊尔丁曼哈组碎屑岩孔隙潜水、承压水和赛汉组上段碎屑岩孔隙承压水组成，水化学类型主要有HCO3·Cl-Na、阴离子多组分-Na、Cl·SO4-Na、Cl（Cl·HCO3）-Na型水，矿化度介于1～3 g·L-1之间，其整体上变化特征是从北东向南西由HCO3·Cl-Na型水、阴离子多组分-Na型水过渡为Cl·SO4-Na型 水，进 而 过 渡 为Cl-Na（Cl·HCO3-Na）型水，矿化度逐渐增高。

3 水文地质条件与铀成矿关系

巴彦乌拉铀矿床铀矿体赋存于下白垩统赛汉组上段下部古河谷砂体中，赛汉组上段现代地下水沿古河谷砂体从北东向南西径流（图4），但在地质历史的演化过程中铀成矿时期地下水运移方向并非如此。

早白垩世晚期，构造活动已由断陷期转为坳陷期，赛汉组形成于断拗的转换期［4，14］。虽已起到了一定的填平补齐的作用，但赛汉组上段沉积时的底板形态仍继承了基底形态的特征，巴彦乌拉地区地势依然为南西高、北东低，南北两侧高、中间低，从现代基底埋深图及赛汉组上段底板等高线图上仍可反映出来（图1和5），这为巴彦乌拉地区沿塔北凹陷轴部方向从南西向北东发育大型古河谷砂体创造了有利的构造条件，一般而言，断陷盆地发育晚期具备形成大规模砂体的条件［15-19］。

图5 巴彦乌拉铀矿床赛汉组上段底板等高线图Fig.5 The floor elevation contour map of the upper member of Saihan formation in Bayanwula uranium deposit

早白垩世晚期为赛汉组上段沉积期，主要水源及物源来自于南西部，同时亦有南、北两侧侧向水源及物源的补充，汇入主干河道后水流携带的沉积物沿塔北凹陷的长轴方向从南西向北东依次发育辫状河—辫状河三角洲—湖泊沉积，赛汉组上段的辫状河下切在赛汉组下段的泥岩或二叠系板岩之上，在凹陷低凹地带沉积了较好的辫状河砂体，构成优质铀储层——古河谷砂体，当时气候温暖潮湿，水量充沛，水流携带沉积物在运移过程中逐步接受沉积的同时，亦可携带大量蚀源区的铀进入沉积物中，同时被活化迁移的铀元素与炭屑等还原介质一同在古河谷砂体中沉积，有利于沉积物中铀元素的保存，形成铀的预富集，同时在沉积物中形成同生沉积水。

晚白垩世，构造运动使该区整体抬升，发生沉积间断，赛汉组上段接受长期的风化剥蚀和淋滤入渗作用，并发生渗入水对同生沉积水的更替及沉积物的改造。因古地势基本保持原貌，其水流方向与沉积时基本相同，但是古气候已转为干旱—半干旱，使得蚀源区含铀含氧水及含氧大气降水沿古河谷南西部及南北两侧帮入渗，沿古河谷从南西向北东径流，开始发生后生氧化作用和铀元素的初始富集。

古近纪—新近纪—第四纪更新世，构造运动以隆升为主，并持续伴随发生从北西向南东的掀斜作用，仅在古近纪始新世及新近纪上新世接受了厚度不大的短暂沉积，但是古地形地貌只是北侧有所抬升之外，其渗入水主水流方向并未改变，仍然沿古河谷砂体（含水体）从南西向北东径流，只是由于掀斜作用使得北侧水动力持续加强，侧向水流以北侧为主。该时期气候更加干旱，蚀源区含氧含铀水及含氧大气降水的入渗，使得沿古河谷纵向方向的氧化作用依然持续，而侧帮氧化作用则以北西侧的氧化作用为主，形成铀元素的再次富集。

第四纪全新世，锡林浩特—阿巴嘎旗发生大面积的火山喷发，伴随火山活动，使巴彦乌拉东部大幅度抬升，造成地势北东部高于南西部，这时地下水流方向彻底改变，演化为沿古河谷砂体从北东向南西径流的特征。

4 结论

1）晚白垩世—第四纪更新世，地下水动力系统始终保持纵向上从南西向北东径流、横向上以河谷北西侧补给为主的特征，地下水补-径-排系统完整，为层间氧化带的发育与形成提供了有利条件。

2）赛汉组上段古河谷砂体展布稳定、厚度适中，构成的含水层、隔水层配置完好，层间含水层渗透性好，富含有机质，是形成砂岩型铀矿的最佳层位，其发生后生氧化改造及铀迁移、沉淀、富集成矿的有利时期为晚白垩世—第四纪更新世。