鄂尔多斯盆地南部建庄地区直罗组铀矿化定位研究

2024-01-22刘坤鹏刘凯鹏王晓鹏李卫龚斌利韩迪

西北地质 2024年1期

刘坤鹏，刘凯鹏，王晓鹏，李卫，龚斌利，韩迪

（核工业二〇三研究所，陕西西安 710086）

鄂尔多斯盆地具有丰富的铀矿资源（朱强等，2022；张云等，2022）。20 世纪50 至80 年代，核工业系统在盆地东北部、西缘、西南缘、东南缘发现5 个找矿远景区。2000 年以来，铀矿找矿工作蓬勃发展，核工业208大队在盆地北部发现皂火壕特大型、纳岭沟特大型、柴登壕大型、大营超大型、巴音青格利大型铀矿床；核工业203 研究所、核工业地质研究院、中陕核核工业地质调查院、中陕核二一一大队、中国地质调查局天津地质调查中心、西北大学、中国地质大学（武汉）在盆地南部开展了一系列铀矿勘查和科研工作（邢秀娟，2006；文思博等，2023），店头小型铀矿床扩大至中型规模（胡俊华，2017，2019），彬州发现高平米铀量工业矿体。前人对盆地南部基础地质、控矿因素进行总结：铀矿化与直罗组沉积古地貌关系密切（贺锋，2017）；直罗组下段辫状河主河道相或第三沉积旋回对铀矿有重要的控制作用（彭小华，2018；彭胜龙等，2023）；区域上受NEE 向氧化-还原过渡带宏观控制（陈宏斌，2006；曹惠锋，2018），垂向分带明显。煤田资料二次开发对铀矿选区有重要指示意义（王军礼，2018），黄陇侏罗纪煤田存在至少8 片天然伽玛异常区（杨帆，2019），彬州-店头一带铀矿化分布广泛，具有较大的成矿潜力。杨合群等（2023）对该盆地铀矿成矿作用进行总结：白垩纪—新近纪期间富氧溶液作用对中侏罗统、下白垩统砂岩淋滤下渗再沉淀形成内蒙鄂尔多斯市东胜铀矿田、陕西黄陵县双龙、店头铀矿床以及内蒙鄂托克旗红井铀矿点。白垩纪—新近纪期间富氧溶液作用对下白垩统砂岩淋滤下渗再沉淀形成内蒙鄂托克旗红井铀矿床。目前，在建庄隆起北侧发现店头铀矿、双龙铀矿和一批铀矿点，但同样面临工业矿体连续性差、富集规律复杂的问题（贺锋，2017），铀矿找矿成果进展未能持续扩大。近些年，煤田、油田系统在黄陇侏罗纪煤田开展新一轮勘查工作，对构造沉积演化有深一步认识，以与店头矿区相邻的建庄地区为研究对象，开展综合研究与编图，将构造、目的层沉积相、后生氧化展布有机结合，总结铀矿化定位规律，为铀矿勘查提供找矿新思路。

1 研究区概况

研究区位于鄂尔多斯盆地陕北斜坡和渭北隆起两个二级构造单元过渡部位（图1）（苏中堂等，2022；唐玮玮等，2022）。

1.1 构造

晚三叠世受NNE-SSW 构造应力挤压、剪切作用下（马晓军，2019；王国强，2022），发育NWW 向古隆起（建庄古隆起）和断裂（建庄SN 断裂），大华北盆地全区抬升剥蚀，形成起伏不平、相间分布的高地、河谷（贺丹，2011）。富县期在此构造基底上沉积，基本保持背向斜相间分布的古地貌，延安期、直罗期继承性填平补齐（郭正权等，2008），延安组、直罗组在富县组沉积基础上呈超覆式加积（赵俊兴，2007），沉积厚度、岩相分带、煤层特征均有所体现（王双明，2017），煤田系统精细刻划为Ⅰ～Ⅳ级控煤构造（赵德政，1987；贺丹，2011；史利燕，2013）。此次研究收集整理区内煤田钻孔资料，编制直罗组顶底板及延安组4-2 煤底板标高等值线图（梁少剑，2015），晚三叠世形成的建庄古隆起和NWW 向F1、F2断裂延伸规模大，长达15～30 km，对侏罗系沉积有重要的控制作用，断裂具有同沉积特点；NWW 向建庄向斜沉积厚度大，两侧建庄隆起、狼牙沟背斜沉积厚度小。随着燕山运动作用增强，以NW-SE 挤压为主，形成NE 向为主的褶皱构造，主要包括窑上背斜、王家沟背斜、老林沟背斜、瞭望台向斜和新村向斜（图2），构造规模较NWW 向小，延伸长5～11 km，NWW 向断裂具有长期活动性，对NE 向褶皱构造有分隔作用。

图2 侏罗系地层厚度图Fig.2 Jurassic strata thickness map

1.2 地层

研究区地层自下而上依次为上三叠统延长组（T3y）、下侏罗统富县组（J1f）、中侏罗统延安组（J2y）、直罗组（J2z）、下白垩统宜君组（K1y）、洛河组（K1l）、环河组（K1h）及第四系（Q）。下侏罗统富县组（J1f）、中侏罗统延安组（J2y）（含煤层）、中侏罗统直罗组（J2z），沿建庄向斜、瞭望台向斜地层厚度大，向隆起部位厚度变薄或无沉积。下白垩统宜君组（K1y），厚度由南东向北西递减，与直罗组呈角度不整合接触，中侏罗统安定组剥蚀殆尽。

中侏罗统直罗组（J2z）分上、下2 段：下段（J2z1）为灰、灰白色粗砂岩、含砾粗砂岩，富含碳屑、黄铁矿，局部夹紫灰色、褐红色砂岩；上段（J2z2）为灰杂、紫杂色含肉红色钾长石粗砂岩及紫红色泥岩（图3）。

图3 地层综合柱状图Fig.3 Comprehensive stratigraphic histogram

2 目的层沉积相、砂体及氧化-还原过渡带特征

2.1 沉积相

直罗组上段主要为曲流河沉积体系，为砂坝和泛滥平原沉积，“二元”结构明显（图4），岩性为厚层状泥岩、粉砂岩，作为区域隔水层。

图4 直罗组单井相图Fig.4 Single well phase diagram of Zhiluo Formation

直罗组下段主要为辫状河，由2～3 个正韵律层组成，岩性主要为中粗砂岩、砂质砾岩，含碳屑、粒状黄铁矿等，为河道滞留沉积和心滩沉积，发育冲刷构造、槽状、板状交错层理，砂地比为0.70～0.97，砂体厚40～62 m（图5），与延安期主河道表现出继承性迁移的特点，与南部秦岭物源供给一致（雷开宇，2017）。其余为泛滥平原，水平层理、小型板状交错层理为主，砂地比为0.29～0.50，砂体厚为17～40 m。

2.2 主砂体展布

直罗组下段砂体厚度为30～55 m，最厚达62 m，主砂体（厚度≥40 m）展布受沉积相控制，主河道由南西、正南、南东向北西汇聚呈辫状分布，宽度为2～3 km，区内延伸长12～15 km。

主砂体受沉积期古地貌控制明显，位于建庄古隆起、窑上背斜、狼牙沟背斜砂岩粒度略粗，沉积厚度小，建庄向斜、瞭望台向斜轴部为局部汇水区，岩性粒度变细，泥岩、粉砂岩厚度增大。

2.3 氧化-还原过渡带特征

受燕山运动影响，晚白垩世渭北隆起由SE 向盆内抬升或掀斜，中侏罗统直罗组发育大规模层间氧化作用，沿彬州-店头一带发育北东向氧化-还原过渡带，宽度为5～25 km（图1）（胡俊华，2019）。直罗组下段主砂体岩性地球化学具有垂向分带特征，上部砂岩以氧化为主，呈紫红色、灰紫色，发育褐铁矿化、赤铁矿化，厚度为1～24 m，下部砂岩以还原为主，呈灰色、灰白色，富含黄铁矿、碳屑等。

氧化砂岩受构造和沉积相控制：古隆起和背斜核部氧化砂岩厚度大，向洼陷部位厚度变薄；氧化砂岩厚度与沉积相有相关性，主河道氧化砂岩厚度大，一般为10～24 m，泛滥平原氧化砂岩厚度变薄，一般为1～8 m，表明主河道砂体连通性要好于泛滥平原相。根据目的层岩性地球化学特征，针对直罗组下段主砂体顶部、中部、底部预测了A、B、C 等3 条层间氧化带前锋线，大致呈NEE 向展布，受岩性岩相控制，局部呈蛇曲状。

3 铀矿化定位研究

3.1 天然伽玛异常特征

统计煤田孔天然伽玛测井资料，直罗组下段（J2z1）粗砂岩天然伽玛背景值为8～20 γ，粉砂岩伽玛值为10～30 γ，直罗组下段（J2z1）砂岩发育3 条NEE 向异常带，分别受A、B、C 等3 条氧化带前锋线控制。其中，A 异常带断续延伸长达11 km，产在直罗组下段（J2z1）顶部砂岩，由a1、a2、a3、a4 和a5 异常晕组成，单个异常晕面积为0.8～2.5 km2，连续性好，极值一般20～512 γ，厚度一般为2～5 m；B 异常带延伸长达9 km，由b1和b2 异常晕组成，产在直罗组下段（J2z1）中部砂岩，单个异常晕面积为2.0～3.0 km2，连续性好，极值一般为150～500 γ，厚度一般为3～8 m，具有多峰的特点；C异常带由c1、c2 和c3 异常晕组成，产在直罗组下段（J2z1）底部砂岩，单个异常晕面积为0.5～1 km2，连续性差，极值一般为60～190 γ，厚度一般不大于1 m。自C 异常带向A 异常带天然伽玛值有增高趋势，由南东向北西迁移，与区域氧化改造方向一致。

3.2 铀矿化定位

伽玛异常晕分布与构造、沉积相、层间氧化带有关（图6）。异常大多分布在次一级背斜轴部两侧，位于背斜和向斜之间的构造斜坡带上，如a1、a2、b1 和b2 异常晕位于狼牙沟背斜的两侧，a3 与a5 异常晕位于老林沟背斜的两侧，并且与断裂交互部位异常强度大，厚度大。这是因为构造与含氧含铀水的渗入、矿化元素富集关系极为密切，构造复合部位往往地下水水动力、地球化学环境发生变异的部位，有利与铀元素富集沉淀。

伽玛异常分布在辫状河主河道展布关系密切，大多异常分布于主河道边缘或心滩部位，a1、a2 和b2 异常晕位于河道两侧，a3、a4 和a5 异常晕位于主河道边缘，与泛滥平原相过渡部位或心滩相。一般说来主河道水动力过强，泥质胶结物含量低，一般含碳化植物茎杆和自形-半自形粗粒黄铁矿或结核；相过渡部位或心滩相，砂岩中泥质胶结物含量高或夹薄层状泥岩，炭屑和黄铁矿含量高，碳屑呈丝状、碎片状，黄铁矿呈细粒状、浸染状，围绕碳屑边缘分布，还原吸附能力较主河道更强，对铀成矿更为有利。

伽玛异常分布整体位于氧化-还原过渡带内，局域定位在氧化砂岩厚度变异部位，主河道内氧化砂岩厚度在15 m 对成矿有利，泛滥平原相内氧化砂岩厚度在6～10 m 较为有利，总体产在层间氧化带前锋部位及靠近氧化一侧，b1 与b2 异常晕几乎分布在NEE向层间氧化带前锋部位，A 异常带总体分布在层间氧化带前锋及氧化一侧。

根据异常分布与构造（褶皱、断裂）、沉积相、氧化带展布密切关系，笔者建立了“三过渡”定位模式。在筛选异常区或找矿靶区时，应厘清区内褶皱、断裂展布特征，一方面构造奠定目的层展布特征，另一方面对氧化带和水中铀的富集影响极大，背斜、向斜之间斜坡带与活动性断裂过渡部位往往是成矿最集中的部位；寻找辫状河主河道与泛滥平原过渡部位或心滩部位，不仅具有有利的泥-砂-泥结构，而且富含丝状、碎片状碳屑、有机质等，还原条件有利；在氧化-还原过渡带内选择氧化砂岩厚度6～15 m 的区域，在氧化带前锋及氧化一侧，是成矿最有利的部位；综合构造、沉积相、氧化带有利区复合部位，对煤田伽玛异常进行优选排序，递进式精准定位伽玛异常，可将目标范围从原来的10～100 km2，缩小至1～2 km2。2019 年，核工业203 所优选直罗组下段a3、b1 和b2异常，首孔对a3 探索发现工业矿体，填补建庄地区铀矿勘查的空白。

鉴于盆地南部构造、主河道、氧化带的发育规模，大多“三过渡”复合区连续性差，也是已发现的矿体连续性差的主要原因，而双龙铀矿处于建庄古隆起北翼、NEE 向主河道、厚大氧化带复合部位规模大，面积达300 km2，矿化带长度达4.5～7.0 km，并且连续性好。“三过渡”模式大大提升找矿效率和成果，对铀矿找矿和综合研究具有很好的借鉴意义。