鄂尔多斯盆地南部镇原地区铀成矿地质特征与控矿因素分析

2023-12-09权建平武正乾毛宁刘坤鹏

铀矿地质 2023年6期

权建平，武正乾，毛宁，刘坤鹏

（核工业二〇三研究所，陕西西安 710086）

近两年，随着“三新”找矿成果不断扩大，鄂尔多斯盆地南部逐步落实了镇原地区新庄大型铀矿产地，显示出盆地南部具有有利的成矿地质背景。前人在该区开展了一定的研究工作，主要是针对中侏罗统直罗组［1-3］，而对白垩系砂岩型铀矿的研究很少，仅部分学者对盆地白垩系铀成矿地质特征、洛河组砂岩成因和铀的赋存形式等进行了研究［4-7］。基于前人对砂岩型铀矿成因的认识，本文以镇原地区下白垩统环河组为研究对象，重点分析环河组铀成矿特征、控矿因素和找矿方向，结合钻孔岩心和其他地质信息进行综合分析，进一步丰富该地区铀矿地质工作程度和扩大鄂尔多斯盆地南部铀矿资源储备。

1 区域地质背景

鄂尔多斯盆地位于华北陆块区的西南部，北临天山-兴蒙造山系，南临秦祁昆造山系，是一个在古生代地台基础上发展起来的大型叠合盆地，总面积约26 万km2。根据盆地结构特征，按板块学说将盆地划分为伊盟隆起、西缘冲断带、天环坳陷、伊陕斜坡、晋西挠褶带和渭北隆起6 个次级构造单元，研究区处在西缘冲断带和天环坳陷的交汇部位，断裂和逆冲推覆构造发育（图1）［8］。西缘冲断带主体呈南北向展布，南北长600 km，东西宽20～50 km，燕山运动中期，该区受到强烈的挤压与剪切，形成了冲断构造带的基本面貌，断裂与局部构造发育，成排成带分布。天环坳陷东界始于盐池−环县，西邻西缘褶断带，南北长600 km，东西宽50～60 km。早白垩世，随着西缘褶断带的持续向东推进，天环坳陷成为其前渊坳陷，构造面貌为一个东翼缓西翼陡的不对称性向斜，总体呈西高东低的不对称形态，是盆地地下水的主要排泄区［9］。

图1 鄂尔多斯盆地白垩系主要地层分布（据杨友运，2006，修改）［8］Fig.1 Distribution map of Major Cretaceous strata in Ordos basin［8］

盆地结晶基底为太古界（Ar）—古元古界（Pt1）变质结晶岩系，前者由麻粒岩相、角闪岩相的高级变质岩和混合花岗岩组成，后者由角闪岩相和绿片岩相组成，两者以角度不整合接触；地台沉积盖层为中元古界（Pt2）－古生界（Pz），前者岩性主要为浅变质砂岩、大理岩夹石英岩及黄铁矿薄层，后者岩性总体以碳酸盐岩为主；二者分别充当了盆地盖层的间接基底和直接基底，具有“双重”基底的特点［10］。

研究区下白垩统地层由老到新依次为洛河组（K1l）、环河组（K1h）、罗汉洞组（K1lh）和泾川组（K1j）。其中环河组（K1h）为研究区主要含矿目的层，新庄地段环河组地层厚度620～680 m，岩性主要由中、细砂岩、粉砂岩和泥岩为主，自西向东依次发育冲积扇、辫状河、辫状河三角洲，河流作用较明显（图2）。

图2 鄂尔多斯盆地南部镇原地区下白垩统综合柱状图［11］Fig.2 Composite stratiugraphic column of Lower Cretaceous in Zhenyuan area，southern Ordos basin［11］

2 研究区地质特征

2.1 构造特征

晚白垩世－始新世鄂尔多斯盆地全面持续抬升剥蚀，缺失上白垩统沉积，尤其是盆缘的抬升掀斜作用为含氧水的层间渗入和地下水补-径-排系统的完善创造了有利的构造条件。来自阿拉善古陆块及银川-华亭古隆起潜水、层间氧化作用，形成第一期铀矿化，氧化层位主要有上三叠统延长组、中侏罗统延安组、直罗组以及下白垩统洛河组、环河组、罗汉洞组，盆地边缘、西缘逆冲带及邻区原有断层发生活化，切穿延长组至下白垩统，引发盆地深部油气大规模向上迁移、渗透和逸散（图3）（据王猛，2019，修改）［12］。延长组部分油气藏沿不整合面、断裂向上运移二次调整，在中侏罗统延安组、直罗组形成新的油气藏，部分切穿下白垩统在洛河组、环河组、罗汉洞组形成油苗，提升下白垩统砂岩的还原容量。

图3 镇原地区中生界断裂及构造演化典型剖面［12］Fig.3 Typical section of Mesozoic fauits and structral evolution in Zhenyuan area［12］

镇原地区主要发育有大量呈NW、NEE 向雁列展布的小型走滑断裂体系［13］，长度一般1～3 km，断距5～30 m，倾角大于65°（图4a），裂缝中充填黑色有机质（图4b）。钻孔岩心中常见微裂隙，裂隙面可见明显的擦痕（图4c），擦痕面可见粉末状有机质（图4d）或细粒黄铁矿（图4e），裂缝中充填角砾状碳酸盐-黄铁矿细脉（图4f），或充填褐铁矿化。钻孔中发现油浸砂岩，并在罗汉洞组、环河组、洛河组发现厚度不等的油气还原砂岩，伴生铀矿化及异常。已发现工业矿孔与NEE 向断裂带耦合性好，工业矿孔也大多在NEE 向断裂两侧。

图4 镇原地区地表断层、岩心宏观特征Fig.4 Macroscopic characteristics of surface faults and core in Zhenyuan area

2.2 铀矿化特征

研究区主要含矿目的层为下白垩统环河组，根据岩性岩相特点分为上、下两段，赋矿砂体主要位于环河组下段（K1h1）。目前已初步圈定了东、西两条矿化带，其中环河组西矿化带大致呈不规则NEE 向展布，长约27 km，铀矿化厚度1.40～16.90 m，品位0.013 3%～0.032 4%，平米铀量1.00～5.13 kg/m2（图5）。环河组东矿化带大致沿主砂体边缘弧形展布，长约25 km，宽5～15 km，铀矿化厚度2.80～18.80 m，品位0.012 6%～0.021 1%，平米铀量1.29～5.85 kg/m2（图6）。

图5 新庄地区环河组西矿化带钻孔地质剖面图Fig.5 Geological profile of borehole in west mineralized zone of Huanhe formation in Zhenyuan area

图6 镇原地区环河组东矿化带地质剖面示意图Fig.6 Geological profile of east mineralized zone of Huanhe Formation in Zhenyuan area

将赋矿岩石分灰色砂岩矿石（东矿化带）和褐红色砂岩矿石（西矿化带）两种：灰色矿石为灰色、浅灰色细砂岩、中砂岩，含细微粒黄铁矿、钛铁矿、锐钛矿，少量黄铜矿，铀矿物为沥青铀矿，附着锐钛矿、黄铁矿边缘；褐红色砂岩矿石为褐红色、紫红色细砂岩、含砾细砂岩、砂质砾岩，含浅黄色条带、斑点，发育中等-强褐铁矿化，一般含粉末、球状铁氧化物、短柱状磷灰石，铀以吸附态为主。研究表明，斑点状、纹层状、薄层状褐黄色氧化为近矿围岩蚀变，是重要的找矿标志。

2.3 目的层砂体及沉积特征

目的层砂体主要位于环河组下部，根据钻探验证结果，对环河组下段含矿含水层砂体厚度和砂地比等值线图展开分析，得出环河组地层厚度640～680 m，环河组下段（K1h1）地层厚度220～240 m，自西向东依次发育冲积扇、辫状河、辫状河三角洲，河流作用明显，岩石粒度曲线为两段式，以跃移为主占90%，悬移占3%～10%，发育3～4个沉积旋回，三角洲水下分流河道与砂坝是有利的成矿部位。主砂体东西长60 km，南北宽40 km，砂地比0.80～1.00，砂体呈厚层产出，厚度200～240 m，为镇原地区主要目标砂体（图7）。

图7 镇原地区环河组下段砂体厚度（左）和砂地比等值线图（右）Fig.7 Contour of sandstone thickness（left）and sandstone perdentage（right）of Lower Huanhe Formation in Zhenyuan area

另外，在环河组上部也发现薄层铀矿化，通过对比研究得出：环河组上段（K1h2）以细碎屑沉积为主，具有下细上粗的沉积特征：下部地层厚度200～220 m，自西向东发育三角洲、滨浅湖、半深湖，主砂体东西长20 km，南北宽10 km，砂地比0.40～0.90，厚度80～200 m，泥岩夹层多，层间氧化带发育，已发现薄层铀矿化；上部地层厚度220～240 m，自西向东发育辫状河三角洲、滨浅湖，发育4～5 个沉积旋回，主砂体东西长50 km，南北宽20 km，砂地比0.50～0.95，厚度100～200 m，泥-砂-泥结构发育，该层主砂体埋深浅，层间氧化带具有多层性、多期叠加的特点，铀矿化显示好，为镇原地区目标砂体之一（图8）。

图8 镇原地区环河组上段砂体厚度（左）和砂地比等值线图（右）Fig.8 Contour of sandstone thickness（left）and sandstone percentage（right）of upper Huanhe Formation in Zhenyuan area

2.4 目的层砂体后生蚀变特征

2.4.1 后生氧化作用

区内环河组由西向东发育两期层间氧化作用，西部氧化强烈，垂向厚度大，向东部盆地内部，随着砂体厚度变薄，氧化逐渐变弱并消失。包括褐红色氧化、浅黄色氧化，其中褐红色氧化砂岩，较疏松，结构完整，为早期氧化（图9a）；浅黄色砂岩，疏松，结构不完整，叠加褐红色氧化，为晚期氧化（图9b），微观粒间发育赤铁矿化（图9c），呈球状铁氧化物（图9d），一般叠加于褐红色氧化砂岩之上，延伸距离较远（图5）。

图9 镇原地区岩心宏观及微观特征Fig.9 Macroscopic and microscopic of core in Zhenyuan area

2.4.2 后生还原作用

环河组发育厚层灰色、浅灰色细砂岩、中砂岩（图9e），灰色砂岩中偶含少量有机质、星散状黄铁矿，分布于碎屑矿物表面或粒间（图9f），晚白垩世－古新世，气候持续干旱，盆地发生差异隆升、断层活化，使深部油气流体渗出至上覆地层中，发生油气运聚迁移，改变了岩石地球化学环境，形成还原障。

3 控矿因素分析

3.1 天环凹陷、断层两侧是有利的成矿部位

下白垩统地层稳定，沿盆地边缘向天环坳陷中心发育稳定双向斜坡，西翼地层东倾，东翼地层西倾，天环坳陷中心地层平缓，几乎水平，为氧化渗入及铀成矿提供有利的构造条件，利于水中铀元素卸载沉淀。晚白垩世－始新世，鄂尔多斯盆地全面持续抬升剥蚀，盆缘的抬升掀斜作用为含氧水的层间渗入和地下水补-径-排系统的完善创造了有利的构造条件。镇原凹陷在下白垩统主要发育NS、NW、NEE 向隐性断裂带，以高角度正断层为主，长度10～100 km，断距小到几十米，大到上百米，数量多，倾角一般70°～80°，镇原地区工业矿孔也大多在NEE 向断裂两侧（图10）。

图10 鄂尔多斯盆地南部镇原地区下白垩统铀矿化与断裂空间关系（据长庆油田资料2015 修改）Fig.10 Spatial relation between uranium mineralization and fault in Lower Cretaceous in Zhenyuan area，southern Ordos basin（according to PCOC data 2015 revised）

3.2 矿化集中分布于主河道及两侧的相变过渡部位

下白垩统NWW—SEE 向主河道延伸长达50 km，宽度30 km，为下白垩统主要物源供给通道，也为改造流体提供运移通道，主河道内氧化作用强烈，洛河组、环河组发育厚大规模氧化砂体，矿化分布集中，主河道砂体发现工业矿孔达9 个，低平米铀量矿化孔3 个。铀矿化受岩性岩相控制，产在相变过渡部位，西矿化带铀矿化主要产在冲积扇扇中亚相河道微相与河道间过渡部位，东段铀矿化主要产在辫状河三角洲水下分流河道与砂坝、天然堤过渡部位，一般说来相变部位流体水动力常发生变化，引起成矿物质卸载或沉淀，并常富含有机质、炭屑、黄铁矿，也是油气逸散聚集的主要场所，具有一定的还原能力，是较为有利的铀储层。