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中国含铀沉积盆地类型与铀成矿特征

2023-09-30李胜祥张字龙刘红旭丁波

铀矿地质 2023年5期
关键词:成矿作用碎屑岩含矿

李胜祥,张字龙,刘红旭,丁波

(1.中核铀业有限责任公司,北京 100013;2.核工业北京地质研究院,北京 100029)

石油系统十分重视沉积盆地分类研究,并把含油气沉积盆地的类型划分作为油气资源评价的重要依据之一。中国的砂岩型铀矿床都赋存在中-新生代陆相沉积盆地中,且绝大多数含铀盆地也是含油气盆地。本文试图借鉴石油系统盆地分类的研究思路,分析中国含铀盆地的类型及其构造、沉积及岩浆活动特点,在此基础上归纳总结我国各类型含铀盆地的砂岩型铀矿成矿宏观地质特征,分析我国中-新生代沉积盆地砂岩型铀矿找矿方向,为我国中-新生代陆相沉积盆地的砂岩型铀矿选区评价及勘查工作提供参考。

1 中国含铀沉积盆地类型划分

从20 世纪40 年代开始,国内外学者就对沉积盆地分类进行了大量的研究。国外,Dickinson[1]根据板块构造对盆地演化的控制作用进行分类,认为沉积盆地发生在2 大类地球动力环境中,将沉积盆地划分为以离散运动为主的裂陷环境盆地和以聚敛运动为主的造山环境盆地2 大类16 亚类。Miall[2]根据板块内部和板块边缘相互关系及其发育情况,划分离散边缘盆地、聚敛边缘盆地、转换断层或走滑平移断层盆地、大陆碰撞或缝合期发育的盆地、克拉通盆地等5 大类盆地,并进一步划分出24 亚类。国内,叶连俊等[3]根据盆地形成和沉积物充填的关系,将沉积盆地划分为先成盆地、同生盆地和次生盆地等3 大类12 小类。朱夏等[4]认为中国古生代含油气盆地受槽台体制控制,中-新生代含油气盆地受板块构造控制,进而把中国含油气盆地划分为古生代原型盆地和中-新生代原型盆地2 大类13 亚类。田在艺等[5]认为盆地内的沉积及构造样式演化受地球动力学构造环境控制,他采用板块构造观点,将中国含油气盆地划分为裂陷构造环境的盆地、聚敛构造环境的盆地、走滑断裂构造环境的盆地和克拉通构造环境的盆地等4 大类;然后根据盆地所处地壳结构和大地构造位置,进一步划分出16 种亚类型。

考虑到中国砂岩型铀矿基本上都产在中-新生代陆相沉积盆地中,并主要赋存于含油气盆地中,铀成矿作用与盆地形成地球动力学构造环境及构造演化密切相关,本文借鉴田在艺等[5]的含油气盆地分类思路,将中国含铀沉积盆地类型划分为裂谷型盆地、前陆盆地、挤压挠曲盆地、山间盆地和走滑拉分盆地5 类(表1、图1),其中裂谷型盆地形成于裂陷构造环境,前陆盆地、挤压挠曲盆地和山间盆地形成于碰撞挤压构造环境,走滑拉分盆地形成于走滑断裂构造环境。

图1 中国含铀沉积盆地类型图Fig.1 Distribution map of different class uraniferous sedimentary basins in China

表1 中国含铀沉积盆地分类Table 1 Classification of uraniferous sedimentary basins in China

从中国含铀沉积盆地的区域分布特征看(图1),裂谷型盆地主要分布在中国东部地区(大兴安岭—太行山—武陵山一线以东),如松辽、二连、海拉尔等盆地;前陆盆地分布在中国中部地区(大兴安岭—太行山—武陵山一线与贺兰山—龙门山—哀牢山一线之间),如鄂尔多斯盆地和四川盆地;挤压挠曲盆地和山间盆地主要分布在中国西部地区(贺兰山—龙门山—哀牢山一线以西),如准噶尔、柴达木、塔里木、伊犁、吐哈等盆地;走滑拉分盆地主要分布在滇西地区(如龙川江、梁河盆地)和阿尔金断裂北段附近(如银额盆地)。

2 中国含铀沉积盆地特征及铀成矿特征

2.1 挤压挠曲盆地

2.1.1 盆地特征

挤压挠曲盆地又称山前挠曲盆地,系位于造山带的褶皱冲断带与微大陆或稳定中间地块之间的一类盆地。盆地的横剖面是不对称的:在靠近造山带一侧,地层变形强烈,褶皱冲断层发育,沉积物厚度大;靠近微大陆或中间地块一侧,地层变形微弱,褶皱平缓或只发育一些小型正断层,沉积物厚度较小。

该类型盆地的沉积物主要来源于造山带的褶皱隆起区,少部分来自微大陆或中间地块的隆起带。沉积物为同造山期或造山后形成的山麓冲积扇相、河流相、三角洲相及湖沼相等沉积。

中国西部有一些典型的山前挠曲盆地,如塔里木盆地、准噶尔盆地、柴达木盆地和酒泉盆地等。塔里木盆地位于南天山冲断带和西昆仑冲断带之间,盆地基底是古老陆块。准噶尔盆地则是北天山冲断带和准噶尔陆块的碰撞产物。柴达木盆地位于南祁连冲断带和东昆仑冲断带之间。盆地周边板块的强烈碰撞导致盆地周缘山系急剧隆升,并向盆地内强烈逆掩推覆,在山前形成复杂的褶皱构造。由于山脉褶皱不断抬升隆起,不同时代的沉积凹陷中心逐渐向背离山脉一向迁移,盆地内褶皱与山脉平行,并表现出近山盆缘附近变形强烈、远离山脉以后变形较弱的构造特征(图2)。

图2 准噶尔盆地南部示意剖面图Fig.2 Schematic profile of southern Junggar Basin

这类盆地在中-新生代期间岩浆活动不发育。

2.1.2 盆地铀成矿特征

由于位于造山带的褶皱冲断带与微大陆和/或稳定中间地块之间,挤压挠曲盆地在成矿特征上带有山间盆地及前陆盆地铀成矿的某些特征。

1)铀矿化具有多类型含矿建造、多层位产出特点。如塔里木盆地北缘,发育有含煤暗色碎屑岩建造(萨瓦布齐矿床的J1-2)和杂色碎屑岩建造(巴什布拉克矿床的K1及日达里克矿床的N2)。含矿建造层位多,地质时代跨度大,如塔里木盆地北缘,含矿目的层从中下侏罗统至上新统均有分布。

2)矿化类型上以层间氧化带为主,但常有后期潜水氧化作用叠加,矿体形态往往不具典型的卷状特征。如目前在卡姆斯特、日达里克、巴什布拉克、萨瓦布齐、楼庄子等矿床、矿点发现的铀矿体总体上以板状、似层状为主,典型的卷状矿体较少。

3)盆地内含矿建造及铀成矿作用时间跨度总体较长。由于铀矿化具有多类型含矿建造、多层位特点,挤压挠曲盆地的含矿建造及铀成矿作用时间跨度总体较长,但由于盆地构造复杂,某一具体矿床或矿床的具体地段的含矿建造以某一个时间段为主,成矿作用也可能只发生在某一个时间段。如塔里木盆地含矿建造时代从早中侏罗世到上新世,跨越近200 Ma。其中,盆地北缘的萨瓦布齐铀矿产于中下侏罗统暗色含煤碎屑岩,铀成矿年龄有39 Ma 和7 Ma 两期(表2);盆地西北缘的巴什布拉克矿床产于下白垩统红杂色碎屑岩,铀成矿年龄有76 Ma 和16 Ma 两期;盆地北部库车坳陷的日达里克矿床产于上新统杂色碎屑岩,铀成矿作用应发生在新近纪末至第四纪。

4)油气改造对杂色碎屑岩建造中的铀成矿起着十分重要的作用。如巴什布拉克矿床的K1和日达里克矿床的N2杂色碎屑岩建造地层本身还原容量很低,在经历深部油气上升产生的还原作用之后,还原容量得以大幅提高,为之后的层间氧化成矿作用提供了基础。

5)靠近造山带一侧的盆缘地段的勘查前景一般逊于远离造山带的地段。靠近造山带一侧的盆缘地段,由于造山带急剧隆升,并向盆地内逆掩推覆,盆缘地段的地层往往较陡,导致含矿层砂体沿倾向方向的可勘查范围较窄,地浸开发的难度也加大了,所以找矿工作首先要筛选其中构造变形相对较弱、地层产状相对较缓的地段。而远离造山带的地段,因构造活动强度较弱,有利层间氧化带的稳定发育,含矿层砂体沿倾向方向的可勘查范围也较大,如准噶尔盆地的东部地区。

6)没有明显的热改造成矿作用。需要关注的是,哈萨克斯坦的楚-萨雷苏盆地和锡尔河盆地属于山前挤压挠曲盆地,其砂岩型铀矿受次造山构造背景控制。这两个盆地是世界上最重要的产铀盆地,目前已发现30 多个砂岩型铀矿床,总资源量超过140 万t[6]。加强这两个世界级巨型铀成矿的成矿地质条件的研究和对比,对我国新疆及西北发育的挤压挠曲盆地的找矿突破是十分必要的。

2.2 山间盆地

2.2.1 盆地特征

山间盆地系褶皱断裂带之间,在大陆陆块碰撞作用的后期,由于挤压应力松驰出现短时拉张(伸展),在陆块上方发生断陷沉降而形成的一类盆地。

此类盆地多为中小型,属断裂控制的断陷盆地,盆地的边界断层早期以高角度正断层为主,晚期部分转变为逆断层。横剖面上可以是基本对称的,盆地中心多位于盆地中部。

如我国西北地区的伊犁、吐哈、三塘湖、焉耆、民和等盆地是加里东-海西期褶皱带中的山间盆地。其基底大多为加里东-海西期褶皱带胶结的前寒武纪的微陆块(中间地块)。盖层底部沉积物一般为中下侏罗统,自盆缘至盆地中心一般发育冲积扇相、河流相、三角洲相、滨浅湖相至深湖相沉积。沉积物常具多旋回性,一般盆地盖层有2 个沉积旋回,反映着区内伸展-挤压构造体制的2 次更迭。

这类盆地在中-新生代期间岩浆活动不发育。

2.2.2 盆地铀成矿特征

伊犁盆地和吐哈盆地是我国含铀山间盆地的典型代表,这两个盆地的形成构造背景、含矿层地层时代及建造类型都很相似。下面以伊犁盆地为例概述含铀山间盆地成矿特征。

1)盆地含矿建造为暗色含煤碎屑岩系建造,形成于弱伸展构造环境的坳陷发展阶段。早中侏罗世,伊犁盆地转为弱伸展构造背景的坳陷环境,沉积了一套厚约300 余米、多沉积韵律的含煤碎屑岩系建造,形成了多个厚度适中、延伸稳定、富含有机质的泥岩-砂岩-泥岩岩性组合,为之后的层间氧化带成矿作用奠定了基础。

2)相对稳定的微陆块基底和规模较大的构造斜坡带是有利成矿的基础条件。伊犁盆地虽然是古生代褶皱带中的一个山间盆地,但其古生代褶皱带也是在伊犁-中天山微陆块基础上发育起来的,因此该盆地是一个具有前寒武纪古老地块刚性基底的上叠山间盆地。由于具有刚性基底,伊犁盆地南缘发育较大规模的构造斜坡带,十分有利于形成含矿建造沉积相带的分异和后期层间氧化带的发育。

3)含矿建造沉积后盆地遭受构造反转,长期处于剥蚀改造环境。白垩纪开始,伊犁盆地转入挤压构造环境,盆地遭受挤压、抬升,含矿建造地层发生掀斜、抬升、剥蚀,形成层间氧化带型铀矿化。

4)铀矿体严格受层间氧化带前锋线控制。平面上,铀矿化严格受层间氧化带前锋线控制,铀矿体呈狭长的带状,矿化带长度可达数十千米,但宽度一般只有数十米至数百米;剖面上,铀矿体一般为典型的卷状矿(图3)。

图3 伊犁盆地南缘铀矿分布示意剖面图(据文献[10]修改)Fig.3 Schematic profile of uranium orebody distribution in the southern margin of Yili Basin(modified after reference[10])

5)铀矿化受新构造活动控制明显,并表现出铀成矿年龄新的特点。对伊犁盆地和吐哈盆地砂岩型铀矿床的铀矿石年龄测定结果显示:铀成矿年龄主要集中在25~1 Ma(表2),与天山造山带隆升时间基本一致。特别是新近纪喜马拉雅造山运动的持续作用,一方面使得层间氧化带持续滚动向前发展,早先形成的铀矿体被破坏,在新的层间氧化带前锋线发生再次富集,所以铀成矿年龄多表现出时代新的特征,如伊犁盆地南缘西段的库捷尔太矿床和洪海沟矿床;另一方面也可能使得含矿层在盆缘局部发生倒转作用,使早先形成的层间氧化带矿体被倒转褶皱深埋而保存起来,如伊犁盆地南缘东段的蒙其古尔矿床[11]。

6)多层矿体呈叠瓦状排列。由于构造掀斜造成多个含矿层砂体被抬升至古地表遭受削截剥蚀及层间氧化作用,使得在同一个矿床,有时甚至同一条勘探线剖面上可见到多个含矿层砂体发育有卷状铀矿体,并呈叠瓦状排列(图3)。

此外,山间盆地暗色含煤碎屑岩建造的一些煤层和红杂色碎屑岩建造中的泥岩、泥灰岩及粉砂岩中也发现有一些工业铀矿体,但由于这些铀矿规模不大,不能地浸,目前还不能成为我国铀矿找矿的重点,其成矿地质特征在此就不再讨论。

国外,赋存砂岩型铀矿最重要的山间盆地是乌兹别克斯坦的中央克兹尔库姆铀矿省,已发现20 多个砂岩型铀矿床,总资源量超过30 万t,其盆地形成动力学背景与我国天山构造带内的中-新生代山间盆地十分相似[12]。因此,山间盆地的砂岩型铀矿勘查今后仍然是我国重要的铀矿主攻方向之一。

2.3 前陆盆地

2.3.1 盆地特征

前陆盆地又称陆内前陆盆地,是大陆板块碰撞作用导致大陆边缘在构造负荷效应下发生弯曲沉降而形成的一种盆地。

我国的鄂尔多斯盆地和四川盆地属于前陆盆地。这两个盆地的基底分别是华北陆块和扬子陆块的前寒武纪建造。古生代晚期受昆仑-秦岭海槽和贺兰山碰撞谷关闭的影响,基底弯曲沉降接受了陆相(鄂尔多斯)和浅海相(四川)沉积。中生代,特提斯板块的B-型俯冲带向北北东方向推挤,并向华北、扬子陆块逆冲,使其边缘产生逆冲断褶带,形成鄂尔多斯西缘逆冲带和龙门山冲断带、米苍山-哀牢山冲断带以及伴随的前陆盆地。盆内沉积物主要来自造山带,其次来自克拉通一侧;盆地主要发育河流三角洲相,其次是冲积扇相、河流相和湖泊相沉积。

这类盆地横剖面上是不对称的。两侧的沉积物、沉积相以及变形程度也是不相同的。靠近褶皱冲断带一侧的沉积物厚度大,多为巨厚的磨拉石堆积,且构造变形强烈,而邻近克拉通(稳定陆块)一侧的沉积物厚度小,多为河流相、三角洲相沉积,变形亦较微弱。

这类盆地在中-新生代期间岩浆活动不发育。

2.3.2 盆地铀成矿特征

下面以鄂尔多斯盆地为例概述其铀成矿特征。

1)铀矿化具有多类型含矿建造、多层位产出特点。鄂尔多斯盆地砂岩型铀矿产出具有明显的多类型含矿建造(灰色碎屑岩建造、杂色碎屑岩建造和暗色含煤碎屑岩建造)和多层位(中侏罗统直罗组、延安组,下白垩统洛河组、华池组、环河组、罗汉洞组、泾川组、和尚铺组、李洼峡组、马东山组,下三叠统和尚沟组)成矿特点[13]。其中目前发现矿化规模较大、开发前景较好的铀矿产于中侏罗统直罗组、下白垩统洛河组、环河组和马东山组,主要为灰色碎屑岩建造和杂色碎屑岩建造,铀矿分布的层控性比较明显。

2)主要含矿建造均形成于弱伸展构造背景下的坳陷盆地环境。中生代,鄂尔多斯盆地发生了两次大的碰撞挤压事件,第一次是在晚三叠世,第二次是在晚侏罗世。两次碰撞挤压事件之后的盆地均处于弱伸展-弱挤压环境,表现为坳陷盆地沉积特点,并发育了3 套含矿沉积建造,即中侏罗统直罗组灰色碎屑岩建造和下白垩统红杂色碎屑岩建造以及中侏罗统延安组暗色含煤碎屑岩建造。

3)目的层砂体延伸稳定,铀矿化规模较大。由于前陆盆地具有前寒武纪刚性基底,盆地规模大,在坳陷阶段发育的含矿建造形成的构造环境稳定,所以沉积相带发育完善,目的层砂体规模大且泥-砂-泥结构稳定,因此,有利于形成较大规模的铀矿化。

4)铀成矿具有多期多类型铀成矿作用叠加特点。鄂尔多斯盆地北部铀矿床铀矿石的铀-铅同位素年龄测定结果表现出明显的多期多类型铀成矿作用叠加特点,如鄂尔多斯盆地北部孙家梁等矿床低品位矿体年龄最老,为186~168 Ma,代表早期发育的沉积成岩成矿作用;翼部矿体年龄相对较老,为120~84 Ma,代表了潜水氧化成矿作用;而卷头矿体或高品位矿体年龄最新(21~6 Ma),说明层间氧化及富矿的成矿作用主要发生在后生改造阶段的后期,还有一组60~52 Ma 的成矿作用年龄,反映出经历了多期次层间氧化成矿作用的叠加。此外,卷头矿体的初始铅含量很高,也反映出该地区卷状矿体是先成矿体经后生改造再富集形成的。

5)潜水氧化成矿作用与层间氧化成矿作用可能起着同样重要的作用。剖面上,铀矿体形状多以(下翼)板状为主,卷头不发育或发育较差,上翼矿体很不发育(图4),说明其铀矿化成因属于非典型的层间氧化带成因,可能是在早期沉积成岩及潜水氧化成矿基础上经后期层间氧化作用改造再富集而成。

图4 纳岭沟铀矿床23 号地质剖面示意图Fig.4 Geological section No.23 of Nalinggou uranium deposit

6)含矿层砂体的氧化还原过渡带(称不完全氧化带更确切)范围较宽,铀矿体主要分布在不完全氧化带中,与层间氧化作用的前锋线位置没有密切联系。鄂尔多斯盆地北部直罗组的不完全氧化带沿倾向延伸宽度很大,一般可达数千米至40 km,但砂岩型铀矿化的空间展布并不像典型的层间氧化带砂岩型铀矿那样严格受层间氧化带前锋线控制,而是分布在比较宽的不完全氧化带内(图5),铀矿体离前锋线的距离为0~3 km;因此,在部署勘查工程时,不能采用典型的层间氧化带成矿模式的前锋线控制矿体的找矿模式来部署钻孔追索矿体,而是应该从层间氧化带的前锋线开始往氧化带方向,在不完全氧化带内回追一定距离找矿。

7)远离造山带的地段的成矿潜力优于靠近造山带一侧的盆缘地段。由于盆地具有前寒武纪刚性基底,前陆盆地内远离造山带的地段因构造变形弱,有利于后生潜水及层间氧化作用的长时间稳定发育和成矿,矿化规模比较大。而靠近造山带一侧的盆地西缘地段冲断带比较发育,其中生代时期的铀成矿特征与山前挠曲盆地的造山带一侧成矿作用比较相似,但鄂尔多斯盆地周边新生代的裂陷作用割裂了盆地与蚀源区的水力联系,导致后生层间氧化作用终止,因而其矿化规模难以与前者相比。

值得一提的是,紧邻鄂尔多斯盆地中侏罗统直罗组含矿的灰色碎屑岩建造之下还发育了一套含煤暗色碎屑岩建造(中侏罗统延安组),但目前延安组中还没有大的找矿突破,这可能是该盆地延安组的潜水氧化成矿作用不发育导致成矿作用强度不如潜水氧化成矿作用及层间氧化成矿作用都发育的直罗组。建议下一步在继续开展直罗组和下白垩统铀矿勘查的同时,对延安组也适当进行找矿探索。

国外,陆内前陆盆地也是良好的产铀盆地,如美国西部科迪勒拉-落基山脉以东的科罗拉多盆地和怀俄明盆地群,是美国砂岩型铀矿的主要产区,这两个地区预测砂岩铀资源有75 万t,占美国总资源量的80%左右[6]。

2.4 裂谷型盆地

2.4.1 盆地特征

裂谷型盆地一般发育在弧后的大陆块边缘,又称弧后被动边缘盆地。它的形成机制是由于中-新生代以来太平洋板块对亚洲大陆的俯冲方式和速度的改变,引发大陆楔地区上地幔对流活跃,岩石圈拉薄,地壳断裂导致时空上有序分布的被动裂谷盆地。我国松辽、二连、海拉尔等属于这类盆地。松辽盆地是其典型代表,早期为断陷期,发育一系列单断的箕状凹陷或双断的地堑凹陷,构成凸起和凹陷分隔的构造格局。坳陷期盆地统一了凹凸相隔的构造格局,盆地整体下沉,断裂与褶皱一般不发育,多为平缓的批覆构造。因此,盆地表现出特征的牛头式盆地构造样式。

早期断陷期盆地内各凹陷是不相连的,盆地具有多个沉积中心特征,沉积体系规模相对较小、相带分异相对较差。晚期坳陷期盆地内各凹陷连成一体,沉积体系规模大、相带分异完善(图6)。

图6 松辽盆地东南部东西向地层结构示意图(据文献[15]修改)Fig.6 Schematic E-W directional geological profile in the southeastern Songliao Basin(modified after reference[15])

这类盆地充填的沉积物一般很厚,以冲积扇相、河流相粗碎屑岩、暗色湖相泥岩为主,有时发育盐、石膏和煤层。

由于裂谷深大断裂作用,盆地内岩浆活动频繁,盖层常发育碱性玄武岩和拉斑玄武岩。

2.4.2 盆地铀成矿特征

松辽盆地和二连盆地是含铀裂谷型盆地的典型代表,其主要铀成矿特征如下:

1)含矿建造形成于盆地断陷作用结束后不久的坳陷阶段初期,以红杂色沉积建造为主。松辽盆地的含矿层位主要是上白垩统姚家组,其次是上白垩统四方台组、青山口组和泉头组,目前发现的矿床基本上产于姚家组。二连盆地的含矿层位主要是下白垩统赛汉组上段,其次是下白垩统赛汉组下段、上白垩统二连组和始新统伊尔丁曼哈组。含矿层位之下的断陷沉积基本上都是暗色沉积建造,并常常伴有一系列火山活动。

2)铀矿体主要赋存在红杂色沉积建造中的灰色砂体中,个别矿床赋存在泥岩、粉砂岩中,其沉积成岩预富集成矿作用明显。含矿目的层灰色砂岩及泥岩中预富集的主要依据表现在:①灰色砂岩,尤其是含炭灰色砂岩中的铀含量明显高于红杂色砂岩(表3);②矿体常常呈板状、似层状或透镜状(图7),很少见到典型层间氧化带型的卷状矿体;③工业矿体外围还常常伴有许多矿化体(图8),说明这种预富集成矿作用范围很大;④二连盆地努和廷超大型泥岩型铀矿床的主成矿作用为沉积成岩作用[16];⑤铀矿石成矿年龄显示出多期成矿特征,最突出的特点是最老的矿化年龄与含矿层地层时代一致(表2),说明含矿层沉积成岩阶段有预富集成矿作用。这些特征说明沉积成岩的铀成矿作用对该类型盆地的砂岩型及泥岩型铀矿成矿起着很重要的作用,它导致了含矿层普遍的预富集,并在较大范围内发育了低品位铀矿化,为后期潜水/层间氧化叠加富集成矿奠定了基础。

图7 松辽盆地大林铀矿床ZKD31-0 孔—ZKD134-2 孔剖面示意图(据文献[18]修改)Fig.7 Schematic section of borehole ZKD31-0—ZKD134-2 in Dalin uranium deposit,Songliao Basin(modified after reference[18])

图8 二连盆地哈达图铀矿床平面地球化学图Fig.8 Geochemical map of Hadatu uranium deposit in Erlian Basin

表3 松辽盆地含矿层砂体铀含量统计Table 3 Uranium content of sandstone in the uranium-hosted layers in Songliao Basin

3)铀矿化主要受局部性短距离层间氧化带控制。由于该类型盆地主要形成于弱伸展断陷及弱挤压坳陷构造环境,盆地含矿层地层变形很弱,地层产状平缓,盆地与蚀源区的地貌高差幅度也远远小于山间盆地和陆内挤压挠曲盆地,因此,盆地后生改造阶段的层间氧化作用主要表现为局部性的短距离层间氧化带而不是区域性的长距离层间氧化带。为此,我们在找矿评价时不能用区域性长距离层间氧化带控矿模式来部署勘查钻孔。

4)盆地早期断陷沉积的生油层及切层断裂对后期铀成矿起了比较重要的作用。这类裂谷型盆地的含矿层之下的早期断陷沉积常发育良好的生油层(本身不含矿)。在盆地后生改造期,生油层的油气可能沿断裂上升进入上覆含矿层,增加了含矿层砂体的还原容量,促进了潜水或层间氧化叠加富集成矿作用(如钱家店铀矿床和哈达图铀矿床)。此外,裂谷深大断裂作用造成的盆地内岩浆活动在含矿层沉积之后还可能再次活动,岩浆活动产生的热动力有利于铀的活化迁移,在含矿层有利部位发生再次叠加成矿作用(如钱家店铀矿床)。

5)除必需的干旱性古气候条件外,后期构造反转方式及含矿层形成后的沉积间断时间长短决定了盆地后期改造氧化蚀变作用的方式、强度及规模。松辽盆地西南部由于在嫩江期末就开始构造反转,断裂由早期的伸展性质变为挤压性质,其构造反转作用不仅有垂直抬升,还有较强的水平挤压作用,因此,后生改造以层间氧化作用为主。其铀矿体常常产于氧化带的顶部或氧化带的灰色残留体中(图7),也说明后生改造成矿以层间氧化成矿作用为主。而二连盆地哈达图铀矿床平面地球化学图显示(图8),含矿层的层间氧化带发育范围较窄而不完全氧化带发育范围较大,氧化带在河谷的两侧及中心部位均有发育,氧化作用方向主要来自河谷两侧及上游方向;剖面上,铀矿常常产于氧化带的底部(图9),呈板状、似层状或透镜状,而非典型的层间氧化带型的卷状矿体,说明铀矿化具有沉积成岩预富集作用,后生改造成矿作用以潜水氧化成矿作用为主。这可能是与该地区在赛汉组沉积后虽然遭受了较长时间的抬升剥蚀,但这种构造反转作用以垂直抬升为主,水平挤压强度很弱,因此,后生改造以潜水氧化作用为主。

综上所述,这类型盆地的铀成矿作用明显具有多阶段复成因特点,即在沉积成岩预富集基础上,经潜水或层间氧化改造成矿,部分矿床还叠加有热改造成矿作用。因此,对该类型盆地进行铀资源调查评价及勘查时不能套用区域性层间氧化带找矿模式,首先应考虑有利沉积相带的沉积成岩预富集,然后针对盆地目的层形成后的沉积间断时间长短及后期构造反转方式考虑是潜水氧化作用改造控矿还是层间氧化作用改造控矿,并综合考虑目的层之下是否发育生油层、切层断裂及岩浆活动等因素开展评价和工程部署。

2.5 走滑拉分盆地

2.5.1 盆地特征

我国的藏东-滇西(川西)地区在古近纪时,由于印度板块与亚洲大陆的聚敛,地壳处于整体挤压构造环境。而印度板块的向北推挤,扬子陆块的向东南蠕动,在藏东-滇西(川西)地区产生独特的走滑拉张构造背景,形成一系列规模大、切割深的走滑断裂和受其控制的拉分盆地。这些盆地呈南北向和北北西向展布,长约100 km,宽约5~20 km。

我国东部的郯庐断裂和依兰-伊通断裂也是一种复杂的走滑断裂,控制和形成了郯城-庐江和依兰-伊通等拉分盆地。西北部的银额盆地位于哈萨克斯坦板块、塔里木板块、西伯利亚板块和华北板块的共同作用区,也是一个受走滑断裂控制的拉分盆地。

走滑拉分盆地在裂陷拉分阶段由一系列较多的凹陷与凸起组成,表现出凹陷规模不大(多数为数百至2 000 km2,个别可达5 000 km2以上)、多沉积中心的特点。其沉积作用特点主要表现为盆地发育快、沉降快、沉积厚度大、沉积相变迅速。

由于走滑拉分盆地的控盆断裂发育深,盆地发育后期也常常伴有中基性岩浆活动,如银额盆地下白垩统苏红图组发育玄武岩、凝灰岩、火山角砾岩夹层,上白垩统也发育玄武岩;龙川江盆地和梁河盆地新近纪和第四纪均发育玄武岩。

2.5.2 盆地铀成矿特征

1)含矿建造以灰色碎屑岩建造为主。如银额盆地含矿目的层下白垩统巴音戈壁组上段总体形成于温暖潮湿古气候环境,以灰色碎屑岩建造为主,局部夹一些杂色岩层。龙川江盆地和梁河盆地含矿目的层中新统龙川江组和上新统周家河组也是形成于温暖潮湿古气候环境的灰色碎屑岩建造,含矿层富含有机质,局部发育煤线及薄煤层。

2)铀矿化离蚀源区较近。如龙川江盆地铀矿化离盆缘距离一般只有100~550 m,梁河盆地的铀矿化离勐连岩体的距离为0.3~2 km,测老庙盆地的铀矿化距盆缘一般为1~4 km,个别可达7~8 km,苏亥图坳陷的塔木素矿床离蚀源区也不到10 km。

3)铀矿化多与富铀花岗岩基底有关。如龙川江盆地和梁河盆地的铀矿均与富铀的勐连岩体(燕山晚期)密切有关,其中,位于勐连岩体东部的龙川江盆地的铀矿化只产于盆地西缘,位于勐连岩体西侧的梁河盆地的铀矿化产于盆地东侧(图10);这两个盆地的基底都是富铀的勐连岩体。银额盆地的塔木素矿床所在的苏亥图坳陷的西北侧为海西期花岗岩体。银额盆地的测老庙矿床的基底为狼山岩体,狼山岩体为富铀的多期复合花岗岩体,岩体中已发现多处热液型铀矿点。

图10 龙川江盆地和梁河盆地铀矿分布图Fig.10 Distribution map of uranium deposits in Longchuanjiang Basin and Lianghe Basin

4)铀矿化多有热液改造成矿作用叠加。含矿目的层形成后拉分盆地常伴有晚期火山活动,发育玄武岩盖层,火山活动带来的热液改造作用对铀成矿富集可能起着重要的促进作用。

5)走滑拉分盆地发育快、沉降快、沉积相变快的特点制约了潜水氧化及层间氧化成矿作用的规模及强度。由于盆地面积一般不大,但发育快、沉降快、沉积厚度大、沉积相变快,其目的层沉积体系主要为冲积扇-扇三角洲-湖泊沉积体系,辫状河流相不太发育,泥-砂-泥结构不稳定,有利于成矿的砂体沿倾向方向规模不大,因此,盆地后生潜水氧化及层间氧化成矿作用的规模及强度往往有限。

3 结论

1)发育在稳定地块或中间地块基底之上的具有多沉积旋回的断坳复合裂谷型盆地、发育在稳定克拉通基底上的前陆盆地以及发育在微陆块或中间地块基底之上的山间盆地等3 类中-新生代沉积盆地是我国地浸砂岩型铀矿找矿最有利的沉积盆地,也是今后我国地浸砂岩型铀矿的主要找矿方向。

2)挤压挠曲盆地在哈萨克斯坦发现大量地浸砂岩型铀矿并成为全球最重要的铀资源之一。这类型沉积盆地的铀矿找矿在我国准噶尔盆地和柴达木盆地已经取得重大进展,其找矿前景十分广阔。但盆地地浸砂岩型铀矿的后生改造成矿构造背景和保矿条件是制约该类型盆地铀矿成矿规模及矿体赋存部位的关键,勘查过程需加强盆地构造演化及保矿条件研究。

3)走滑拉分盆地因其发育快、沉降快、沉积厚度大、沉积相变迅速等特点,是5 类含铀盆地中地浸砂岩型铀矿成矿条件较弱的一类盆地,但由于这类盆地常常伴有火山活动,可能叠加热液改造成矿作用,其找矿前景还是值得探索的。

4)我国中-新生代陆相沉积盆地内地浸砂岩型铀矿的形成对盆地的含矿建造类型没有很强的选择性,只要盆地构造演化及古气候等条件有利,暗色含煤碎屑岩建造、灰色碎屑岩建造和红杂色碎屑岩建造均可成为有利的含矿建造。

5)绝大多数含铀盆地也是含油气或含煤盆地,且其中砂岩型铀矿的形成与目的层下伏油气或煤层有着较密切的联系,沉积盆地的铀矿勘查今后要继续加强含油气盆地及含煤盆地的调查评价,并着重关注盆地内含油气或煤层的三级构造单元(凹陷)的上覆及相邻部位目的层的调查评价工作。

6)不同类型沉积盆地的铀成矿地质特征及控制因素不同,找矿实践中不能把某一类型的成矿模式和成矿规律简单地照搬指导另一类盆地的预测评价及工程部署。即使是同一类型沉积盆地的不同地段,也可能因其构造演化及古气候特征不同在其含矿目的层形成后的后生改造阶段表现出不同的氧化蚀变作用方式、强度及规模。因此,从盆地形成动力学背景角度出发的沉积盆地分类对指导我国中-新生代陆相沉积盆地的地浸砂岩型铀矿战略选区(选盆)有一定的指导意义,但具体盆地的铀矿评价及选段还需要综合考虑盆地基底及蚀源区铀源、目的层沉积成岩期所处的盆地构造阶段和岩相古地理特征及目的层后生改造期盆地的构造活动方式和古气候等成矿条件。

致谢:本文构思及野外调查期间,与核工业二四三大队宁君、核工业二〇八大队剡鹏兵、吕永华、刘波、核工业二一六大队唐湘飞、邱余波及核工业二八〇研究所莫帮洪等技术人员进行了深有启发的讨论,部分插图是根据他们的技术总结报告插图修编的,在此一并致谢。

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