唐朝苗，徐 強，趙 岳，霍 超，盛新麗

(中國煤炭地質總局勘查研究總院，北京 100039)

近年來，在二連盆地烏蘭察布坳陷發(fā)現(xiàn)了以賽漢高畢為代表的一批砂巖型鈾礦床[1-6]，展示了良好的多元鈾礦成礦資源潛力。腦木根凹陷位于二連盆地烏蘭察布坳陷西南端，從大地構造位置、蓋層構造-沉積演化及區(qū)域鈾礦化等條件分析，認為其具有沉積型鈾成礦的基本條件。

通過煤田鉆孔資料“二次開發(fā)”，開展鈾礦勘查綜合選區(qū)，進行鉆探驗證的鈾礦資源找礦思路已在北方主要沉積盆地取得重大的找礦突破[7-10]。以腦木根凹陷下白堊統(tǒng)賽漢組為研究對象，利用鉆孔巖心編錄、測井曲線分析及樣品分析測試等手段，重點從鈾礦化特征、沉積充填序列及地球化學特征等方面分析了本區(qū)鈾成礦特征，研究了鈾成礦作用機理，總結出古氣候、成礦期砂體沉積特征、鈾源、后生氧化作用等控礦因素，探索建立了鈾礦成礦模式。

1 研究區(qū)地質背景

腦木根凹陷位于內蒙古二連盆地烏蘭察布坳陷的西南部，為一呈北東-南西向展布的地塹式凹陷(圖1)。

區(qū)內基底主要為下古生界奧陶系、志留系、石炭系及二疊系。下白堊統(tǒng)賽漢組(K1bs)為研究區(qū)主要含鈾層位，自上而上可分為三段。巖性具有“粗-細-粗”的特點(圖2)。上段為一套灰白色、淺黃色為主的含礫粗砂巖、砂巖、中砂巖，見高嶺土化、褐鐵礦化蝕變，為河流相沉積環(huán)境。中段主要為黑色、灰黑色泥巖、炭質泥巖及煤層為主的湖相沉積的細粒碎屑巖組合，是鈾發(fā)育層段。鈾礦化主要分布在灰黑色泥巖、炭質泥巖及細砂巖中。下段主要為扇三角洲沉積為主的粗碎屑巖組合。

圖1 腦木根凹陷區(qū)域地質及構造圖(剖面圖據文獻[11]修改)Figure 1 Regional geological and structural map of Nomgen depression (sections after reference [11], modified)

圖2 腦木根凹陷沉積充填及構造演化關系圖Figure 2 Relationship between sedimentary filling and structural evolution in Nomgen depression

2 鈾成礦特征

2.1 鈾礦化特征

研究區(qū)鈾礦化主要分布在下白堊統(tǒng)賽漢組中段頂部暗色泥巖中，中段中部泥巖及粉砂質泥巖中也零星分布鈾礦化。鈾礦化主要發(fā)育于泥質巖中，泥巖、砂質泥巖、炭質泥巖及褐煤中鈾礦化出現(xiàn)頻率分別為38%、28%和34%，富鈾的褐煤發(fā)育水平紋層理構造，泥炭質結構，分布細脈狀有機炭(圖3)。

ZKU-1，深度78.02m，褐煤，水平紋層理構造，泥炭質結構圖3 研究區(qū)鈾礦化巖石顯微結構Figure 3 Study area uranium metallogenic rock microstructures

平面上，鈾礦化主要分布在凹陷靠近蝕源區(qū)斜坡地帶及沉積中心部位。剖面上，鈾礦化呈現(xiàn)板狀、透鏡狀分布于賽漢組上段與中段之間沉積間斷面附近(圖4)。

圖4 研究區(qū)北東-南西向地質剖面示意圖Figure 4 Study area NE-SW diagrammatic geological section

賽漢組中段鈾礦化層底界埋深112.85～210.75m，平均161.55m。礦化層埋深由西南向北東逐漸減小，與賽漢組展布特征較一致。鈾礦化層厚度為0.10～1.00m，平均0.47m；品位為0.005 2%～0.030 4%，平均0.013 7%；米百分數(shù)為0.001～0.024 3，平均0.007 4。鈾含量為2.0×10-6～2 919×10-6，鐳含量為0.337×10-11～49.640×10-6(表1)。

2.2 沉積充填序列

研究區(qū)賽漢組沉積充填序列自上而下劃分為3套沉積組合，即上部的砂巖段(圖5A)，中部的泥巖、含煤層段(圖5B、圖5C、圖5D)及下部的砂礫巖段(圖5E)。下白堊統(tǒng)賽漢組沉積時期，主要發(fā)育三角洲?湖泊沉積體系。賽漢組早期(下段)處于低位體系域，在凹陷邊緣發(fā)育辮狀河三角洲、扇三角洲，向凹陷中央逐漸轉變?yōu)楹聪喑练e。賽漢組中期(中段)處于湖泊擴展體系域，發(fā)育濱淺湖-沼澤相，巖性以粉砂巖、泥巖、炭質泥巖、褐煤等細粒沉積物為主，地層中炭化植物碎屑等還原介質容量大，有利于鈾礦的富集。賽漢組晚期(上段)處于高位體系域，古氣候從早期的潮濕型轉變?yōu)楦珊敌?，主要發(fā)育河流及三角洲沉積體系，沉積了一套穩(wěn)定的氧化砂體。砂巖中多見呈次棱角狀的花崗巖碎屑，體現(xiàn)了近源沉積特點，并普見高嶺土化、褐鐵礦化后生蝕變(圖5A)，潛水氧化作用明顯。

表1 研究區(qū)賽漢組含鈾礦地層巖石U和Ra含量

不同的沉積環(huán)境鈾礦化的富集程度不同，腦木根凹陷最適宜鈾富集的沉積環(huán)境為濱淺湖泥炭沼澤(圖6)。湖泊的擴張引起可容空間增大，為泥炭的沉積提供了廣闊的空間，有利于富有機質泥巖、煤層發(fā)育，為鈾的富集提供了豐富的吸附劑和還原劑。黑色巖系中有機質和鈾含量存在線性關系[11-12]。其次，凹陷邊緣的三角洲平原分流間灣等微相中發(fā)育的泥巖沼澤也有利于暗色泥巖、煤層等富有機質巖系的發(fā)育。以U6+溶解于水體中的鈾被暗色泥巖、煤層中的有機質吸附后進入還原環(huán)境中，以U4+形式沉淀下來，富集成礦。

2.3 地球化學特征

通過對研究區(qū)賽漢組含礦層段不同類型巖石FeO、Fe2O3及有機碳含量(C有)的測試分析，結果表明賽漢組巖石地球化學環(huán)境在垂向上具有后生氧化-還原的特征。賽漢組上段為灰白色、黃色粗砂巖、中砂巖，形成于弱氧化環(huán)境，見褐鐵礦化，呈黃色斑點或條帶狀分布(圖5A)。賽漢組中段及下段為灰色、黑色砂巖、泥巖及煤層，形成于還原環(huán)境，灰色泥巖Fe3+平均質量分數(shù)4.67%、C有平均質量分數(shù)0.68%，明顯高于上部黃色砂巖及下部灰色類巖石(圖7)。鈾礦化層及上部砂巖層環(huán)境指標變化明顯。

A：淺黃色、灰白色中砂巖，粒度概率曲線顯示三段式，河流相沉積，67～70m，ZKU-3；B：灰綠色砂質泥巖、泥巖及泥灰?guī)r，鏡下顯示泥灰?guī)r球粒結構，方解石95%，泥質物5%，濱淺湖相，87～90m，ZKU-3；C：灰黑色泥巖，深湖相，188～190m，ZKU-16；D：黑色炭質泥巖，74m，ZKU-1；E：交錯層理粗砂巖，210m，ZKU-9。圖5 研究區(qū)主要巖相類型Figure 5 Study area main lithofacies types

圖6 研究區(qū)典型鈾成礦沉積序列Figure 6 Study area typical uranium metallogenic sedimentary sequence

研究區(qū)不同顏色和巖性的巖石伽馬照射量率存在差異性。古近系紅色泥巖的伽馬值較小，一般<2.0 nC/kg·h；賽漢組黃色砂礫巖、灰色砂巖的伽馬值在1.8～3.0 nC/kg·h，高于賽漢組灰色泥巖的伽馬值。根據巖石顏色、粒度與伽馬照射量率的對應關系可知，細粒的還原色巖石組合伽馬背景值高，說明地層中鈾背景值與細粒級巖石及有機質含量有關。

圖7 研究區(qū)不同巖石地球化學特征Figure 7 Study area different rock geochemical features

3 鈾成礦作用

沉積型鈾礦床的形成需要穩(wěn)定的大地構造環(huán)境。其中，同沉積泥巖型鈾礦強調同沉積期穩(wěn)定構造背景，而砂巖型鈾礦強調基底沉積期、同沉積期及成礦期多重構造背景[1,13]。研究區(qū)下白堊統(tǒng)沉積時期經歷了多層次、周期性的裂陷作用過程。在阿爾善期及騰格爾期，裂陷作用由初始弱裂陷逐漸變強，斷裂構造發(fā)育，控制了這一時期的沉積演化。賽漢組沉積時期，構造演化轉變?yōu)樵缙诘臄噢洲D換期及晚期的裂后熱沉降期。

3.1 古氣候

有利于鈾成礦的古氣候條件應該是具有相對穩(wěn)定的持續(xù)隆起的正地形和干旱與潮濕交替的氣候[14]。研究區(qū)蝕源區(qū)(巴音寶利格隆起、溫都爾廟隆起)長期處于穩(wěn)定的相對隆起狀態(tài)，物理風化作用強烈，促使含鈾巖體的風化破碎及分解。研究區(qū)早白堊世古氣候以潮濕氣候為主，巖石中富含有機質、硫化物等等還原介質，是鈾成礦有利的母巖。早白堊世以后，研究區(qū)古氣候由潮濕轉變?yōu)楦珊敌再|，早白堊世晚期發(fā)育紅土黃色、灰白色為主的砂巖沉積。干旱氣候條件下，有利于含鈾含氧水的滲入，研究區(qū)含鈾含氧水垂向下滲進入灰色含礦層后，遇到富含有機質、黃鐵礦等還原劑吸附成礦。

3.2 成礦期砂體展布特征

賽漢組中晚期沉積階段，研究區(qū)整體緩慢沉降，在靠近凹陷沉積中心的位置有利于發(fā)育穩(wěn)定湖泊沉積體系，為溶解鈾提供了良好的儲集空間，本區(qū)賽漢組湖相同沉積泥巖型鈾成礦作用與東北部的額仁淖爾凹陷泥巖型鈾成礦類似，受到湖泊擴展事件的控制[2-3,14]?？拷枷菪逼聨侵尴嗄鄮r型鈾成礦主要分布在三角洲河漫沼澤及分流間灣微相的泥炭、煤炭富集層位中(圖6)。

賽漢組晚期，研究區(qū)構造沉降速率遠小于沉積速率，主要發(fā)育河流相沉積體系，形成了一套橫向上穩(wěn)定展布的砂體，有利于氧化作用的發(fā)生。本區(qū)發(fā)育的第二類鈾礦化與二連盆地已發(fā)現(xiàn)的潛水氧化型鈾成礦相似[2-3,15]。鈾礦化賦存于賽漢組上段古潛水氧化帶底部的暗色泥巖、砂質泥巖及細砂巖中(圖6)，鈾礦化展布形態(tài)、賦存位置均表明本層鈾礦化具有含鈾含氧水垂向下滲成礦的特點(圖4)。

3.3 鈾源

充足的鈾源是形成沉積型鈾礦床的最基本條件之一。潛水氧化型鈾礦的鈾源為雙重鈾源供給系統(tǒng)，既有成礦期蝕源區(qū)含鈾含氧水的貢獻，也有同沉積期潛在鈾礦層本身鈾的輸入[1]。同沉積泥巖型鈾礦的鈾源主要來自單一的同沉積期潛在鈾礦層，蝕源區(qū)富鈾巖體以地表水系為載體向湖盆方向輸送大量的溶解鈾(U6+)。研究區(qū)西緣的巴音寶利格隆起鈾含量為4.13×10-6，釷含量為18.0×10-6，鈾丟失率為80%～93%[8]，富鈾衛(wèi)鏡花崗巖體在風化過程中為周緣凹陷區(qū)提供了大量的鈾源[18]，南緣的溫都爾廟隆起巖石原始鈾豐度平均5.7×10-6，U 活化丟失 89%[17]。上述蝕源區(qū)花崗巖體為研究區(qū)同沉積期及后期成礦期提供了大量的鈾源。此外，通過鏡下觀察發(fā)現(xiàn)含礦目的層賽漢組砂巖中花崗巖碎屑含量普遍較高，花崗巖碎屑通常以礫石、粗砂級為主，次棱角狀，反映出近源堆積的特點(圖8)。

通過統(tǒng)計研究區(qū)賽漢組含礦主巖巖石鈾含量發(fā)現(xiàn)，灰色砂巖、灰黑色泥巖、炭質泥巖鈾含量介于20×10-6～90×10-6， 均明顯高于同類沉積巖的平均鈾含量0.45×10-6～13.00×10-6[18]。表明研究區(qū)賽漢組沉積層本身可作為良好的鈾源輸入。

(A)ZKU-1，深度70m，黃褐色礫質砂巖，礫石大小2～6mm，次棱角狀，以花崗巖為主，見有糜棱巖化的花崗巖；(B)ZKU-11，深度85m，中粗粒長石砂巖 礫石大小2～5.50mm，次棱角狀，以花崗巖為主，見千枚狀板巖。圖8 研究區(qū)賽漢組砂巖典型顯微結構Figure 8 Study area Saihan Formation sandstone typical microstructures

3.4 鈾成礦地球化學類型

通過劃分研究區(qū)含礦目的層段地球化學類型，發(fā)現(xiàn)下白堊統(tǒng)賽漢組除頂部發(fā)育穩(wěn)定的黃色砂體外，總體為灰色、灰黑色原生地球化學類型巖石，且有機質含量高，巖石還原能力強，是良好的鈾礦成礦母巖。

研究區(qū)后生氧化蝕變分布在賽漢組的頂部，表現(xiàn)出高嶺土化、褐鐵礦化后生蝕變(圖5A)，顏色呈灰白色、淺黃色，后生蝕變與鈾礦化關系密切。含鈾含氧水沿著氧化-還原接觸面擴散并發(fā)生鈾的沉淀[19]，氧化-還原界面的位置一定程度上決定著鈾富集成礦的位置。研究區(qū)下白堊統(tǒng)賽漢組與古近系之間發(fā)生了長時間的沉積間斷，不整合面以下的賽漢組頂部地層遭受長期的剝蝕，形成古潛水氧化帶(圖9)。研究區(qū)穩(wěn)定分布的第一層鈾礦化位于上述古潛水氧化帶之下的暗色泥巖、炭質泥巖中。

4 鈾成礦模式

根據前述分析，建立了研究區(qū)潛水氧化疊合沉積型鈾礦成礦模式(圖10)。

圖9 研究區(qū)古潛水氧化界面及鈾成礦Figure 9 Study area paleo-phyreatic oxidation interfaces and uranium metallization

圖10 研究區(qū)潛水氧化疊合沉積型鈾成礦模式Figure 10 Study area phyreatic oxidation superimposed by sedimentary uranium metallogenic model

將鈾成礦期分為兩期。早白堊世時期，研究區(qū)西北部蝕源區(qū)富鈾巖體以U+6的形式向凹陷中心湖泊中運移，湖泊中心富有機質通過持續(xù)吸附U+6而富集成礦。

早白堊世晚期以后，發(fā)育了一套穩(wěn)定的河流相粗粒碎屑巖，古氣候由還原環(huán)境轉變?yōu)檠趸h(huán)境，地下水滲入作用強烈，發(fā)生潛水氧化鈾成礦作用，在古風化殼底部的富有機質泥巖中賦存潛水氧化型鈾礦化。

古近系和新近系時期，沉積了穩(wěn)定厚層的紅色泥巖超覆與賽漢組之上，保護早期形成的鈾礦化(圖10)。

5 結論

(1)腦木根凹陷構造形態(tài)呈地塹式，下白堊統(tǒng)賽漢組為研究區(qū)主要含鈾層位。

(2)腦木根凹陷鈾礦化產于下白堊統(tǒng)賽漢組中段，第一層鈾礦化受到潛水氧化作用控制，鈾礦化呈板狀、透鏡狀賦存在潛水氧化界面之下的暗色泥巖、炭質泥巖中，為典型潛水氧化型鈾礦類型。第二層鈾礦化受到湖泊擴展事件的控制，鈾礦化呈板狀，為同沉積泥巖型鈾礦化類型。鈾礦化受到古氣候、構造-沉積演化、鈾源、后生氧化作用的控制。

(3)建立了潛水氧化疊合泥巖型鈾礦成礦模式，早白堊世晚期賽漢組沉積時期，凹陷中央湖泊中心發(fā)生同沉積泥巖型鈾成礦；早白堊世以后，凹陷斜坡帶及凹陷中央普遍發(fā)生潛水氧化鈾成礦。