潮水盆地西部构造演化与铀成矿作用研究

伍群，王刚，牛霆，郭文，杨冰彬，曹雷，叶发旺，童勤龙，李新春

（1.核工业二〇三研究所，陕西 西安 710086）

（2.核工业北京地质研究院 遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室，北京 100029）

潮水盆地属于走廊盆地群，北以北大山为界与雅布赖盆地相望，南和南西以龙首山为界与武腾盆地和民乐盆地相隔，西达桃花拉山，东以巴彦乌拉山为界与巴彦浩特盆地相望［1-3］。盆地呈东西走向，带状展布，西窄东宽，面积约2.2×104km2［4-5］。除中部一部分属于内蒙古阿拉善右旗管辖外，其余分别属于甘肃省张掖市凉州区、临泽县、金昌市和民勤县管辖［6］。近年来通过不同部门的勘查工作，发现了铀、煤炭和石油等多种能源资源［7］。前人对潮水盆地铀矿勘查工作进行了较多研究，并取得了一定的成果。相继发现了大红山泥岩型铀矿床、唐家沟煤岩型铀矿床，狼娃山井、米尔池、平易、东四沟、唐家沟、红沙岗等一系列地表异常和矿化点带。刘金辉先后对盆地铀成矿水文地球化学、水文地质条件分析研究，发现盆内具有明显的水文地球化学分带特征和有利的铀成矿水文地质条件［2，6］；刘林、傅成铭对盆地北缘唐家沟地段构造特征、砂岩型铀成矿作用进行研究，认为盆地北缘具有层间氧化带砂岩型铀成矿找矿前景［8-10］；王正其对潮水盆地下白垩统庙沟组铀的预富集作用进行研究，认为盆内下白垩统庙沟组具有一定的铀成矿潜力［11］；陈静、郭长林、耿海军等对盆地西部控矿因素、铀成矿条件及铀成矿潜力进行分析，认为盆地西部具有形成泥岩型、砂岩型铀矿床的潜力［12-14］。但是对该盆地西部的构造性质、构造演化特征以及与铀成矿关系并未进行系统说明。因此，本文在近年找矿工作进展和前人资料综合分析整理的基础上，结合铀矿化目的层及周围地层记录的地质信息，探讨潮水盆地西部地区中生代以来构造演化对铀成矿的作用，以期为下一步铀矿找矿工作提供依据。

1 地质背景

1.1 大地构造位置

潮水盆地位于古亚洲洋与特提斯洋构造的连接部位，处于中朝克拉通与塔里木克拉通、天山-兴安造山系与秦岭-祁连山-昆仑造山系的复合地带［2］。大地构造位置上处于哈萨克斯坦板块、华北板块和塔里木-卡拉库姆板块的交汇处（图1），属于中新生代断陷盆地［6，15］。盆地坐落于华北板块西南部的阿拉善地块之上，夹持于龙首山与北大山拱断带之间，呈向南凸的“V”字型，构造相对稳定［4，11，16-18］。

图1 研究区大地构造位置图Fig.1 Geotectonic location map of the study area

1.2 构造单元划分

西安地质调查中心根据已知的地质、地球物理、钻井等资料，结合重、磁、电资料对中生界底界埋深、断裂分布体系的解译以及断裂、露头、地震剖面等特征，将潮水盆地划分为8 个二级构造单元，分别为阿右旗坳陷、金昌坳陷、红柳园坳陷、石板井隆起、大红山断陷、金刚泉隆起、平易隆起、跃进山隆起等［5，7，12-19］。在二级构造单元的基础上，可以划分为马鞍山凹陷、盐井子凹陷、窖水凸起、苏武庙凹陷、民勤凸起、莱菔山凸起等16 个三级构造单元，整体呈凸凹相间的构造格局［20］（图2）。在构造单元内部发育侏罗系、白垩系及新生界地层，基底最大埋藏深度为5 500 m。

图2 潮水盆地构造单元划分Fig.2 Structural unit division map of Chaoshui basin

2 构造特征

潮水盆地位于前震旦纪结晶地块之上，在后期构造应力影响下，总体以断裂构造为主。根据区内航磁、遥感解译资料和前人地震解译成果资料分析认为，盆内主要发育北西向、近东西向和北东向3 组断裂构造［2，8，19-20］（图3），这3 组断裂构造影响和控制了潮水盆地的演变与发展以及盆地中、新生代地层的沉积与展布。

图3 潮水盆地基底断裂构造示意图Fig.3 Schematic diagram of the basement fault structure in Chaoshui basin

2.1 北西向断裂

金刚泉-庙沟-盐井子断裂（F3-3）：位于阿右旗坳陷南缘，延伸长度200 km，最大断距约2 300 m，属阿右旗坳陷南部边界断层，形成于燕山早期，整个侏罗纪一直在活动，他控制了阿右旗坳陷和坳陷内侏罗纪地层的沉积与展布。白垩纪活动较弱，只表现在东段对盐井子凹陷白垩系以及第三系有一定的控制作用。

宝家井南断层（F1-4）：位于宝家井凸起南部，平面延伸长约50 km。该断层是在侏罗纪末期盆地抬升过程中受到局部南北向挤压而形成，断层下盘地层发育齐全，上盘缺失沙枣河组（为后期抬升剥蚀），青土井组直接与古近系白杨河组接触，说明宝家井凸起只是后期抬高的一个地垒。另外，该断层切割了古近系，因此表明该断层在喜山期再次活动。

宝家井北断层（F1-5）：位于宝家井凸起北部，走向近北西向，平面延伸长约40 km。其他特征与宝家井南断层类同。

2.2 近东西向断裂

盆地南缘断裂（F3-1）：位于石板井隆起南部，平面延伸长约105 km，属盆地南部边界断层。该断层形成于燕山运动早期，白垩纪进一步复活，并持续活动，推测可能主要控制白垩纪沉积地层。

夹南-窖水断裂（F3-2）：位于金昌坳陷内窖水凸起与窖南凹陷之间，为南倾Ⅰ级正断层，平面延伸长约65 km，最大断距约2 500 m，属金昌坳陷内的主要断层。该断层形成于燕山早期，主要活动于侏罗纪，控制了金昌坳陷侏罗系，尤其是青土井组的沉积。白垩纪基本停止活动，到喜山期再次活动，为一条多期继承性活动断裂。

大红山断裂（F3-6）：位于大红山南北两侧，由南北两条正断层组成，走向近东西，平面延伸长约80 km（图4）。北侧一条倾向北，倾角50°～75°，南侧一条倾向南，倾角70°左右。从早白垩世地层被切割、产状变陡等现象来看，该断层在早白垩世之后仍有活动，受其影响，向斜形态已不完整，呈地垒式向斜构造。

图4 野外露头及岩心照片Fig.4 Photographs of outcrops and cores

2.3 北东向断裂

苏武庙断裂（F2-1）：位于苏武山一带，垂直落差达1 500 m，平面延伸长度约50 km，向西可能与盆地南缘断层相遇。该断层为红柳园坳陷内主要断层，形成于燕山早期，主要活动于侏罗纪，侏罗纪末已基本停止活动。因此，该断层控制着红柳园坳陷和侏罗纪地层的沉积和展布。

盐井子北断层（F2-6）：位于盐井子凹陷北西部，倾向北西，平面延伸长约37 km，为盐井子凹陷北西部边界断层。该断层形成于早侏罗世，活动于侏罗纪—第三纪，控制了凹陷侏罗纪—白垩纪沉积地层，为一条继承性发育的正断层。

庙北断层（F2-7）：位于庙北凹陷东部，倾向北西，平面延伸长约35 km。该断层形成于早侏罗世，到古近纪基本停止活动，主要控制侏罗纪地层沉积。

综上所述，北西向、北东向和近东西向3 组断裂构造构成了潮水盆地的基本构造格架，受其控制潮水盆地为一向南凸出的弧形（前人称之为阿拉善弧形构造带，弧翼西部为北西向构造，因此，潮水盆地处于两大构造带的交汇处。东部为北东向构造，弧顶在金昌附近）。

3 构造演化与铀成矿

区域地质历史经历了元古代中国北方古陆的形成与发展，古生代板缘（板内）盆地发展演化及中新生代板（陆）内盆地发展等多旋回的构造演化，特别是中新生代以来，区内盆地构造演化及地球动力学机制主要受欧亚板块、西南部印度板块和东南部环太平洋板块多期开合活动的制约，进而对砂岩型铀成矿构造背景条件产生不同的影响。

依据潮水盆地总体演化规律，结合盆地西部自身构造-沉积演化特点及其与铀成矿的关系，从早到晚将盆地西部构造-沉积演化可划分为如下6 个阶段［12］（图5）。

图5 潮水盆地西部构造-沉积演化示意图Fig.5 Schematic diagram of structural-sedimentary evolution in the west of Chaoshui basin

3.1 早中侏罗世（J1-2）伸展断陷阶段

盆地西部基底处于阿拉善结晶地块之上，基底经历了长期稳定的剥蚀期（Pt3～T3）。于侏罗纪早期（J1）受区域构造运动影响，在南北向拉张（局部见小规模的火山喷发）和伸展环境下断陷成盆［3，19，21-22］。在盆地东部沉积了较大范围的下侏罗统芨芨沟组（J1jj）灰色夹红色含煤粗碎屑建造。中侏罗世盆地稳定伸展，西从马鞍山-狼娃山-半槽河-照壁山至宝家井以及向东广大盆地地区沉积分布很广。中侏罗统青土井组为一套温湿气候条件下形成的灰色富煤碎屑岩建造，盆地北缘由北向南发育大型冲积扇-扇三角洲-辫状河主砂体［9，12，23］（西部马鞍山、半槽河以及东部阿右旗-红沙岗等地段），主要物源来自北大山（以花岗岩为主要成分）的蚀源区，铀源丰富。因此，青土井组具备砂岩型铀成矿目的层基本条件［10］。

3.2 晚侏罗世（J3）缩短挠曲挤压坳陷阶段

晚侏罗世受区域强烈挤压、盆地西部大面积抬升剥蚀，仅在东部阿右旗-红沙岗一带以及北大山北坡雅布赖盆地等地形成了一套灰色夹红色的粗碎屑含煤建造，发育冲积扇-辫状河沉积体系，主要物质来源于北大山蚀源区。在盆地西部，大量钻孔揭露都没有发现上侏罗统沙枣河组（J3sh）沉积分布。并且在马鞍山-狼娃山-大红山F1断裂以北的煤田钻孔中均未见任何侏罗系层位，而是下白垩统直接覆盖在花岗岩基底之上。在马鞍山-狼娃山-大红山以南一带，在中新统白杨河组（N1b）之下覆盖大面积的中侏罗统青土井组，其中广泛发育潜水氧化和层间氧化作用。由此推断：晚侏罗世—早白垩世早期之间，盆地西北部抬升剥蚀强烈，以致造成中侏罗统青土井组沉积相带保存不全，北部大量缺失冲积扇相（马鞍山地段残留少量），在半槽河地区主要发育并保存有扇三角洲-辫状河相沉积。而盆地西南部凹陷区中侏罗统青土井组保存较完整，并被下白垩统覆盖，是重要的找煤区。晚侏罗世盆地西部，特别是北、中部地区中侏罗统青土井组发生了氧化改造事件，该时期在构造相对稳定的半槽河地区青土井组形成了层间氧化带及砂岩型铀矿化（图6）。

图6 半漕河地段L159 线剖面示意图Fig.6 Schematic borehole section of Line 159 in Bancaohe segment

3.3 早白垩世（K1）伸展（拉分）断陷形成阶段

早白垩世，受西部外围阿尔金左行走滑大断裂影响形成的本区北东向F6断裂的剪切扭动，使早期东西向F1断裂、F5断裂发生南北向拉分，在盆地北部大红山地区和南部杨台地区形成北浅、南深的大规模箕状断陷，沉降幅度达1 000 m。在半温湿-干旱气候条件下形成了下白垩统庙沟组沉积。而中部狼娃山-照壁山一带的隆起，处于抬升剥蚀区，半槽河地区大部分继续接受氧化改造，同时，北大山的地下水补给和物质来源被中断。

断陷早期：气候相对温湿，快速充填形成山麓堆积和冲积扇沉积即第一岩性段下亚段（K1mg11），为一套分选差、磨圆度差，以变质岩屑、花岗岩屑以及石英岩屑为特点的灰绿色粗碎屑建造。随着沉积加厚，湖盆坳陷扩张，主要发育扇三角洲-浅湖洼地沉积，形成一套分选、磨圆度较好的灰色夹暗棕色细碎屑岩建造即第一岩性段上亚段［9］（K1mg12）。其中在第一岩性段上段顶部暗棕色泥岩所夹的灰色粉砂岩、钙质泥岩以及泥岩薄层中形成泥岩型铀矿（化），为大红山半封闭、低洼蒸发湖泊环境下同生沉积而形成铀矿。上段下部的灰色中、细砂岩中产有砂岩型铀矿化，可能为同生沉积叠加后生氧化改造作用形成的砂岩型铀矿［11］（图7）。

图7 大红山地段L0 号线剖面示意图Fig.7 The borehole section of Line 0 in Dahongshan segment

断陷晚期：气候日趋干旱，构造挤压活动加强，再次快速充填形成的冲（洪）积扇沉积即第二岩性段下亚段（K1mg21），为一套分选差、磨圆度差，以花岗岩屑、变质岩屑以及石英、长石屑为特点的红色粗碎屑建造。在冲（洪）积扇前河道中形成的灰色砂体，分选相对较好，泥-砂-泥结构发育，后生氧化改造叠加，有利于砂岩型铀成矿。

断陷末期气候日趋干旱，构造趋稳，在盆地洪泛洼地沉积一套以砂质泥岩、含砾泥岩为主的红色夹灰色细碎屑岩建造，即第二岩性段上亚段（K1mg22），在洼地灰色泥岩中形成泥岩型铀矿体（图8）。

图8 大红山地段横向剖面示意图Fig.8 Schematic latera borehole section in Dahongshan segment

3.4 晚白垩世—渐新世（K2—E3）全面抬升阶段

再次氧化改造，砂岩型铀矿叠加成矿阶段。晚白垩世（K2）—渐新世（E3）时期，潮水盆地西部全面抬升，处于剥蚀淋滤和氧化改造阶段。该时期，在半槽河地区的目的层中侏罗统青土井组和盆地北部狼娃山井、中井子地区的目的层下白垩统庙沟组，可能同时接受本区第二次氧化改造作用，形成了砂岩型铀矿化的叠加。但由于半槽河地区的中侏罗统青土井组目的层北部早期地下水断流，因此对铀源的持续补给有一定影响（图6）。

3.5 中新世（N1）区域全面沉降阶段

主要目的层及矿体埋藏，膏结泥岩型铀矿化形成阶段。中新世（N1）以来，区域性构造短暂的伸展作用，潮水盆地西部再一次全面沉降，普遍接受了厚度不大的中新统白杨河组（N1b）沉积，在一些相对低洼区沉积厚度较大，如西北部、西南部和南部地区，最大厚度约400 m，而大红山矿床南、北均有沉积（现今还有少量残留出露）。因此该阶段，早期形成的铀矿处于埋藏状态，而新的成矿作用主要发生在盆地西南部正北山地区，铀矿化产于中新统白杨河组（N1b）灰绿色泥质石膏层内，见3 层铀矿化异常，属干旱蒸发同生沉积形成的膏结泥岩型铀矿化（图9）。

图9 马鞍山地段L879 线剖面示意图Fig.9 Schematic borehole section of Line 879 in Maanshan segment

3.6 上新世以来（N2—）隆升剥蚀阶段

上新世以来（N2—）盆地抬升剥蚀，再次接受氧化作用，泥岩型铀矿床部分被改造，砂岩型铀矿局部叠加富集成矿阶段。

由于新构造运动强烈挤压，F1大断裂逆冲作用在盆地中部马鞍山-狼娃山-大红山-红梁一带形成一条中间断隆带，从此将盆地分割为北、南两大部分。

北部盆地边缘再次接受氧化改造，在狼娃山井地区下部目的层出露区形成潜水氧化带砂岩型铀矿体（图10），在中井子地区上部目的层形成同生沉积＋层间氧化改造砂岩型铀矿化带。

在中间断隆带，F1大断裂的两条分支F1-1和F1-2的逆冲夹持作用下，形成大红山断隆背斜构造，将大红山泥岩型铀矿床进一步切割成3 部分，其中中部再次被抬升托起、暴露地表剥蚀改造残留至今，而南、北少部分被下降断块所埋藏。因此，由于上部铀矿体的氧化淋失，铀大量向外迁移扩散，在矿床南坡外围形成大面积的扩散晕，同时部分铀沿背斜构造的张性裂隙和F1-1、F1-2断裂带下渗，于下部灰色中、细砂岩中叠加富集，形成砂岩型铀矿体（图7）。

南部半槽河斜坡区，接受氧化改造，形成层间氧化带砂岩型铀矿化带。但由于蚀源区变得局限，狼娃山山体的补水、供铀能力相对较弱，因此本次铀矿化叠加富集相对偏弱，影响铀矿体的形成和成矿规模。

4 讨论

通过以上分析研究表明，铀矿化主要产于盆地西部大红山断陷、跃进山凸起及马鞍山凹陷内，分别对各个地段进行铀成矿有利区分析，具体特征如下：

4.1 大红山断陷铀成矿有利区分析

该断陷由北向南主要由大红山北向斜、大红山背斜及大红山南部向斜3 个褶皱构造组成（图11）。据钻孔分析研究，大红山断陷内部无中侏罗统青土井组（J2qn）分布。断陷中央主要出露下白垩统庙沟组第二岩性段上亚段（K1mg22）扇前缘沉积，为一套暗棕色夹灰色富含炭屑等还原剂的细碎屑岩，在中井子-下拐弯井地段形成铀矿化，但分布范围较小，成矿潜力有限。断陷南、北两侧主要分布粒度较粗的下白垩统庙沟组第二岩性段下亚段（K1mg21）扇根-扇中亚相沉积。而下白垩统庙沟组第一岩性段上亚段（K1mg12）位于下白垩统中下部，在断陷中央埋深相对较大，当大红山断陷处于东西向抬升断块之上时，目的层埋深相对较浅，尤其是南部F1分支断裂夹持部位（南北宽约2 km），目的层被抬升到地表，在有利的沉积相带部位同生沉积形成泥岩型或后生改造砂岩型铀矿（图10），如大红山泥岩型铀矿床、狼娃山砂岩型铀矿点。因此，F1断裂以北大红山断陷内相对抬升部位将是成矿的有利地段。

图10 狼娃山井地段L543 线剖面示意图Fig.10 Schematic borehole section of Line 543 in Langwashanjing segment

图11 潮水盆地西部构造剖面示意图Fig.11 Schematic structural profile of western Chaoshui Basin

4.2 跃进山凸起铀成矿有利区分析

依据钻孔及音频大地电磁资料分析，跃进山凸起上分布地层有中新统白杨河组洪积扇沉积相、中侏罗统青土井组辫状河沉积相，缺失下白垩统等沉积。该地带上中侏罗统顶板埋深较浅（小于300 m），由北向南，顶板埋深逐渐变大。中侏罗统顶部发育潜水氧化带，下部见多层层间氧化带，推测该带为一北西向展布的长期隆起带，时限从中侏罗世晚期到中新世，剥蚀淋滤时间长达约138 Ma，对具备形成层间氧化带型铀矿有利。来自北部狼娃山、鸡心山等富铀岩体的含铀含氧水在半槽河中部形成了层间氧化带砂岩型铀矿化体。因此，跃进山凸起是寻找中侏罗统层间氧化带砂岩型铀矿的有利构造部位。

4.3 马鞍山凹陷铀成矿有利区分析

依据煤田钻孔及音频大地电磁资料分析，马鞍山凹陷为长期继承性凹陷，中新生代地层发育相对齐全［20］。主要有中新统白杨河组（N1b）、下白垩统庙沟组（K1mg）及中侏罗统青土井组（J2qn）等层位。该地段主要找矿目的层下白垩统和中侏罗统的顶板埋深一般都在400 m 以上，且沉积均以滨浅湖相泥岩沉积为主，长期处于凹陷沉降状态，不利于寻找与后生改造有关的砂岩型铀矿。由于长期继承性凹陷区，在萎缩-干旱蒸发阶段，可形成泥岩型、膏结岩型铀矿，如断陷西南部的正北山-杨台地段中新统白杨河组（N1b）灰绿色含石膏泥岩中，见膏结岩型铀矿化显示（图9）。因此，马鞍山凹陷低洼区是寻找泥岩型、膏结泥岩型铀矿的有利构造部位。

5 结论

1）潮水盆地主要发育北西向、近东西向和北东向3 组断裂构造，这3 组断裂构造的展布与性质影响和控制了潮水盆地的演变与发展以及盆地中、新生代地层的沉积与展布。

2）潮水盆地西部中侏罗世为伸展断陷期，为铀成矿提供了有利的成矿场所和物质条件；在晚侏罗世受挤压作用而抬升剥蚀，接受氧化改造；早白垩世伸展断陷期，同生沉积叠加后生氧化改造成矿；中新世区域全面沉降，膏结泥岩型铀矿化形成；上新世至今，新构造运动强烈挤压断隆，盆地抬升剥蚀，再次接受氧化作用，泥岩型铀矿床部分被改造，砂岩型铀矿局部叠加富集成矿。盆地西部共经历了3 次较大规模氧化改造事件。

3）大红山断陷主要为庙沟组泥岩型或砂岩型铀成矿的有利地段；跃进山凸起主要为层间氧化带砂岩型铀成矿的有利部位；南部凹陷带主要为泥岩型、膏结岩型铀矿化的有利区域。