楊君， 奧琮*， 孟利山， 滕雪明， 魏學斌， 王鐸， 馮平， 于航

(1.青海省青藏高原北部地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源重點實驗室， 西寧 810012； 2.中國地質(zhì)調(diào)查局天津地質(zhì)調(diào)查中心， 天津 300170； 3.中國地質(zhì)調(diào)查局鈾礦地質(zhì)重點實驗室， 天津 300170； 4.中國石油青海油田勘探開發(fā)研究院， 敦煌 736202； 5.四川省核工業(yè)地質(zhì)局二八三大隊， 達州 635000)

柴達木盆地是中國三大內(nèi)陸盆地之一，屬封閉的巨大山間斷陷盆地，四周被昆侖山脈、祁連山脈與阿爾金山脈所環(huán)抱，面積約25萬km2。柴達木盆地自然資源豐富，礦產(chǎn)主要以石油、天然氣、鉀鹽、芒硝為主。從20世紀50年代開始，柴達木盆地陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了一批鈾礦床、礦點、礦化點以及異常等，成為中國又一重要的鈾資源基地。

近年來隨著煤油資料“二次開發(fā)”新技術的應用[1-3]，柴達木盆地西南緣花土溝地區(qū)取得了砂巖型鈾礦找礦的重大突破，新近系成為盆地重要的含鈾巖系之一。很多學者對西南緣的沉積體系、層序地層特征、構造演化、水文地球化學條件、鈾成礦條件等進行了研究。蘇妮娜等[4]認為新近系沉積經(jīng)歷湖泊面積持續(xù)擴大的演化過程，沉積中心總體上有由南向北、由西向東遷移的規(guī)律，且沉積相具有分帶性，阿爾金山西段的山前陡坡帶發(fā)育扇三角洲-湖泊沉積體系；吳因業(yè)等[5]認為柴達木盆地基底的構造格架及不同位置發(fā)育的深大斷裂及其所決定的古地理和古氣候等因素共同控制了沉積相帶在時空上的展布；楊超等[6]把柴達木盆地劃分為 6個一級構造單元，分別為三湖坳陷、歐龍布魯克隆起、德令哈拗陷、昆北坳陷、一里坪坳陷、祁南逆沖帶；艾桂根[7]將柴達木盆地西北部第三系劃分為4套地層層序及5個層序界面層，認為高水位體系域中的辮狀河三角洲體系及扇三角洲體系是最有利的鈾成礦單元；陳賢春等[8]認為柴達木盆地西北部冷湖地區(qū)上新統(tǒng)獅子溝組層間地下水接受周圍山區(qū)裂隙水、第四系潛水、大氣降水等含氧淋濾水的補給，含氧含鈾地下水主要向南西方向運移，最終鈾富集成礦；黃國龍等[9]認為柴達木盆地西北部獅子溝組存在有利的巖相、砂-泥-砂結構、地下水補-徑-排條件好、水文地球化學具分帶性等，可作為有利找礦目的層；張超等[10]對花土溝地區(qū)新近系油砂山組沉積特征進行分析，認為含鈾巖系綠灰色碎屑巖受濱淺湖沉積體系控制；黃國龍等[11]認為冷湖地區(qū)的含礦目的層為新近系獅子溝組，發(fā)育有大型層間氧化帶，具有較好的找礦前景；劉陽等[12]認為下部烴類氣體沿斷裂、微裂縫等運移通道向上運移到上油砂山組砂巖，綠灰色的砂巖層具有還原能力，成為潛在的鈾儲層。但對西南緣新近系鈾儲層發(fā)育與鈾成礦水文地質(zhì)條件的研究寥寥無幾。通過分析柴西南緣花土溝地區(qū)地下水類型、水化學特征等，結合鉆孔資料，編制砂地比圖、沉積相圖等，探討鈾儲層發(fā)育及鈾成礦時期水動力條件，為鈾礦找礦提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

根據(jù)基底性質(zhì)與起伏、現(xiàn)今的構造格局、地層展布、含油氣系統(tǒng)等，將柴達木盆地劃分柴西坳陷、一里坪坳陷、柴北緣隆起和三湖坳陷等四個一級構造單元、11個二級構造單元(圖1)。

圖1 柴達木盆地構造單元劃分

花土溝地區(qū)位于柴西坳陷二級構造單元茫崖凹陷。茫崖凹陷包括獅子溝-油砂山構造帶、油泉子構造帶、英雄嶺-茫崖凹陷、南翼山-堿石山構造帶和落雁山構造帶等。古近紀早中期處于下沉階段，形成沉降、沉積相疊合的深凹陷，是盆地內(nèi)古近系的生油中心，新近紀晚期至第四紀回返，形成一系列背斜帶，并在上新統(tǒng)內(nèi)發(fā)育鈾異常。

1.1 盆地基底

柴達木盆地是在柴達木地塊上發(fā)育起來的中新生代沉積盆地，基底具有古生代褶皺基底和元古宙結晶基底的雙重基底結構[13]。結晶基底由元古宇混合巖化區(qū)域熱流動力變質(zhì)巖及前加里東期閃長巖、石英閃長巖、斜長花崗巖和花崗巖組成，巖石中含鈾量高達(3.5～19.0)×10-6。褶皺基底主要為古生代淺變質(zhì)巖，含鈾量高，達(12.0～26.0)×10-6。豐富的鈾源在后期的風化剝蝕過程中隨地下水搬運至盆地內(nèi)富集成礦。

1.2 盆地蓋層

柴達木盆地蓋層是指三疊紀以來所形成的陸相沉積巖系。柴達木西南緣花土溝地區(qū)主要發(fā)育古近系地層上干柴溝組、下干柴溝組、新近系下油砂山組、上油砂山組、獅子溝組及第四系七個泉組。

古近系、新近系地層中沉積物主要為砂巖、粉砂巖、泥巖、砂礫巖，鉀元素含量平均為2.4×10-2，鈾元素含量平均為3.9×10-6，釷元素含量平均12.4×10-6，呈現(xiàn)鉀偏高，鈾、釷明顯偏高的特點，特別是新近系油砂山組、獅子溝組灰色、灰綠色泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖鈾元素含量分別高達7×10-6、9.8×10-6，具有較好的自身富鈾條件及良好的鈾富集環(huán)境。

早中更新統(tǒng)七個泉組灰色、灰綠色砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、土黃色泥質(zhì)粉砂巖鉀元素含量平均1.9×10-2，鈾元素含量平均6.4×10-6，釷元素含量平均10.7×10-6，呈現(xiàn)鈾明顯偏高、釷較高、鉀略低的特點，表明第四系早中更新統(tǒng)也是尋找砂巖型鈾礦的有利層位之一。

2 區(qū)域水文地質(zhì)特征

柴達木西南緣花土溝地區(qū)地下水主要靠阿爾金山和祁曼塔格山等山區(qū)的季節(jié)性洪流、大氣降水及基巖裂隙水側向補給。根據(jù)地質(zhì)、地貌、地下水的賦存條件與水理性質(zhì)、水動力特征等的不同，將西南緣的地下水劃分為松散巖類孔隙水分布區(qū)、碎屑巖類孔隙裂隙水分布區(qū)、碳酸鹽巖類裂隙巖溶水分布區(qū)、巖漿巖類裂隙水分布區(qū)、變質(zhì)巖類裂隙水分布區(qū)等5個分布區(qū)(圖2)。

圖2 柴達木盆地西南緣水文地質(zhì)圖

2.1 地下水系統(tǒng)特征

2.1.1 松散巖類孔隙水分布區(qū)

松散巖類孔隙水分布區(qū)廣泛分布于盆地平原區(qū)，由第四系的松散堆積物組成，包括山前傾斜平原至沖洪積-湖積鹽沼平原。含水層表現(xiàn)為從山前到湖盆中心、從單一的潛水含水層變?yōu)殡p層或多層的承壓-自流水含水層。

(1)單層結構潛水分布區(qū)。主要分布在盆地周邊，賦存在山前沖洪積扇和沖洪積平原地層中，主要接受周邊山區(qū)河水、降雨、冰雪融水及基巖裂隙水補給，受補給條件和補給形式的影響，各地水質(zhì)、水量有明顯的差異。從山前戈壁帶到?jīng)_湖積鹽沼平原，潛水含水層巖性顆粒由粗到細，富水性由強到弱，厚度由大到小，水位埋深從>100～3 m，到湖沼平原的0.1～1.0 m，最終以泉或沼澤的形式形成溢出帶。

(2)雙層結構孔隙潛水/承壓水分布區(qū)。主要分布在盆地山前沖洪積扇前緣地帶，賦存在沖洪積平原、湖積平原地層中，潛水層巖性主要為全新統(tǒng)鹽湖沉積鹽層及鹽砂層，表層潛水受河流疏干作用的影響，呈不連續(xù)狀態(tài)分布，由于補給、排泄條件的不同和含水層巖性差異，發(fā)育的程度也不相同，水質(zhì)以及水量都有明顯的變化，總的來說，從邊緣到鹽湖區(qū)為蒸發(fā)濃縮過程，礦化度明顯增高。

沖湖積-湖積平原潛水含水層之下，發(fā)育有承壓水，巖性為中、上更新統(tǒng)沖洪積砂礫石與細粉砂巖層，隔水層為亞黏土和亞砂土，含水層的水質(zhì)、水量和富集規(guī)律與上層潛水基本相同。

2.1.2 碎屑巖類孔隙裂隙水分布區(qū)

碎屑巖類孔隙裂隙水分布區(qū)，主要分布于山前丘陵一帶，在地區(qū)范圍內(nèi)主要為儲存在儲油構造中的與油、氣共生的油田水，與地表無水力聯(lián)系，水質(zhì)差。古近-新近系碎屑巖類中形成的儲油構造主要是大風山、油墩子、油泉子、咸水泉等構造；第四系下更新統(tǒng)的湖相沉積形成的儲油構造分布在小梁山等地，這些構造中都存在豐富的油田水。

2.1.3 碳酸鹽巖類裂隙溶洞水分布區(qū)

柴達木盆地長期處于干旱氣候條件下，巖溶水分布不廣泛，主要分布在昆侖山地區(qū)的寬溝、雙石峽流域中部的山區(qū)，賦存在寒武系、奧陶系、石炭系、三疊系的灰?guī)r、大理巖、結晶灰?guī)r巖層中，主要受山區(qū)的大氣降水和冰雪融水補給。

2.1.4 巖漿巖類裂隙水分布區(qū)

巖漿巖類裂隙水分布區(qū)中地下水賦存于巖漿巖、火山巖的構造裂隙、成巖裂隙以及風化裂隙中，缺乏較為穩(wěn)定的含水層，受巖性和地形地貌的控制，富水性和水質(zhì)也因地區(qū)而不同。昆侖山區(qū)出露大量的侵入巖體，賦存較豐富的地下水；在西北部的阿爾金山也出露部分巖漿巖，由于該區(qū)降水稀少，補給條件較差，未見有泉水出露，山區(qū)無常年性水流。

2.1.5 變質(zhì)巖類裂隙水分布區(qū)

其分布范圍較小，僅在阿爾金山有發(fā)育，水量也較為貧乏，富水性差。

2.2 含水巖組的劃分及特征

柴西緣花土溝地區(qū)新近系含水巖組，按照其地下水賦存條件可以劃分為獅子溝組基巖孔隙裂隙承壓含水層、上油砂山組碎屑巖孔隙裂隙承壓含水層、下油砂山組碎屑巖孔隙裂隙承壓含水層。

(1)獅子溝組基巖孔隙裂隙承壓含水層。巖性主要為細砂巖、中砂巖、粗砂巖，含少量含礫砂巖及礫巖，成分以石英、長石為主，分選性較好，滲透性強。由于砂泥巖互層，所以存在多個承壓水層，厚度從幾米到幾十米不等。含水層受上層潛水的下滲補給，周邊山區(qū)的冰雪融水則順著層間裂隙補給到承壓含水層中，由北東向南西徑流，排泄到尕斯庫勒湖。

(2)上油砂山組碎屑巖孔隙裂隙承壓含水層。是花土溝地區(qū)最主要的含水層。巖性組成主要為新近系上油砂山組的砂巖，成分以石英、長石、巖屑為主，分選性一般，滲透性強。地下水位埋深隨地形變化而變化，因本區(qū)蒸發(fā)強烈，水位埋深較深。

(3)下油砂山組碎屑巖孔隙裂隙承壓含水層。巖性由新近系上、下油砂山組的砂巖構成，成分以石英，長石為主，分選性較好，滲透性強。地下水主要受上部潛水的下滲補給以及周邊山區(qū)的遠源補給，其頂、底板由同一層位的砂質(zhì)泥巖、泥巖構成，并由北東向西南徑流，排泄至尕斯庫勒湖。

2.3 補給、徑流、排泄條件

柴西南緣花土溝地區(qū)由于地處盆地，氣候干旱，多風干燥，日照時間長，降水量少而蒸發(fā)量巨大。周邊山區(qū)地勢較高，降水量升高而蒸發(fā)量降低，形成了周邊山區(qū)降水豐沛而盆地較為干燥的情況。因此大氣降水滲入只是本地區(qū)地下水補給來源的一小部分，主要依靠周邊高山冰雪融化水滲入補給，其次是山前出露的泉水以及山區(qū)暴雨形成的洪流滲入補給。

阿爾金山、祁曼塔格山山前洪積平原或湖積平原為地下潛水和承壓水的徑流區(qū)，潛水徑流方向受地形影響較大，接受冰雪融水的補給后，地下水順著地形坡度徑流，由于地形坡度較緩，徑流速度相對較慢，徑流時間長。在山前傾斜平原前緣以上為單一潛水含水層，以下的沖積、湖積平原，變?yōu)槎鄬咏Y構的承壓含水層，地下水由低礦化度淡水逐漸變?yōu)槲⑾趟拖趟踔聋}鹵水。在花土溝地區(qū)祁曼塔格山前從阿拉爾—甘森一線以南為水量中等的潛水；尕斯庫勒湖周圍以水量豐富～中等的淡承壓水為主，部分水量較小的微咸～咸承壓水；在老茫崖周圍以水量較小的微咸～咸承壓水為主，部分水量豐富～中等的淡承壓水為主。

由于研究區(qū)日照時間長，所以淺部潛水蒸發(fā)排泄，深部潛水以及承壓水通過地下徑流的方式徑流并排泄進入尕斯庫勒湖(圖3)。

圖3 柴達木盆地西南緣地下水補徑排示意圖

2.4 地下水化學特征及分帶性

潛水水化學特征方面，從山前傾斜平原—沖積平原—湖積平原，水化學類型有HCO3·Cl-Na·Ca型、HCO3·Cl-Na·Mg型、Cl·HCO3-Na·Mg型、Cl·SO4-Na型、SO4·Cl-Na·Mg型、Cl-Na型。礦化度逐漸增高，分帶明顯。

承壓水主要分布在沖積平原和湖積平原。從沖積平原至湖積平原區(qū)，水化學類型依次HCO3·Cl 型—Cl·HCO3型—Cl·SO4型—Cl型，礦化度逐步升高，湖盆中心為鹽鹵水。

3 新近系鈾儲層發(fā)育與鈾成礦水動力條件分析

地下水在鈾成礦過程中起到載體、媒介的作用[14]，水動力條件成為影響鈾成礦規(guī)模和位置的重要影響因素之一，對查明研究區(qū)鈾成礦規(guī)律和發(fā)掘鈾礦化潛力具有十分重要的作用[15-18]。柴西南緣花土溝地區(qū)新近系上油砂山組為良好的鈾儲層。通過對其砂體展布特征及沉積相分布特征，研究其當時水動力條件對鈾成礦的影響。

在新近系上油砂山組時期柴達木盆地西南緣整體呈現(xiàn)西北高東南低的構造格局，以阿爾金山物源、阿拉爾物源沉積體系為主。西北部山區(qū)的冰雪融水是地下水的補給來源，地下水富含氧鈾。從上油砂山組殘余厚度等值線看出，西北部抬升接受剝蝕，湖盆中心向東南方向移動，含氧含鈾地下水從西北方向滲流到東南方向(圖4)。

圖4 柴達木盆地西南緣上油砂山組沉積相分布

上油砂山組時期，花土溝地區(qū)北部主要發(fā)育扇三角洲，蝕源區(qū)不斷抬升，使從山區(qū)匯聚到盆地的水系具有很大的動能，水動力條件較強，砂體快速堆積，無法形成穩(wěn)定連續(xù)的砂體，不具備形成鈾礦的條件，但能把山區(qū)中被風化剝蝕富含鈾的大量物質(zhì)隨地下水搬運至盆地內(nèi)富集成礦。陳戴生等[19]在2014年就提出高能強水動力下，多數(shù)無鈾礦化。

上油砂山組時期，花土溝西部主要發(fā)育辮狀河-辮狀河三角洲-湖湘沉積，砂體厚度大，含砂率高，砂體往湖盆推進，且連續(xù)性好，十分有利于含鈾含氧水的補給和循環(huán)交替。

辮狀河砂體厚度較厚，但地下水流速快，還原礦體被含氧含鈾地下水再次氧化后，被水流帶走，所以研究區(qū)辮狀河沉積相不利于鈾礦的沉淀富集。辮狀河三角洲平原，分流河道向東繼續(xù)向下滲流，地下水流速度變慢，泥質(zhì)含量增高，有機質(zhì)含量增加，砂地比僅為30%，在垂向上形成了典型的泥-砂-泥結構為鈾成礦的形成賦存提供了一個良好的層位和地球化學屏障[20],使鈾礦在此處容易沉淀富集成礦，成為潛在的鈾儲層。

在上油砂山組含礦巖石及圍巖中都可見黃鐵礦、褐鐵礦化及灰棕色油砂和油斑(圖5)，推測上新世末期受晚期喜山構造運動的影響，柴達木盆地結束了坳陷的發(fā)展時期，進入擠壓褶皺階段，盆地整體抬升，遭遇強烈剝蝕，含氧含鈾流體下滲進入上油砂山組潛在鈾儲層中，被黃鐵礦、油氣等物質(zhì)逐漸還原，導致鈾沉淀富集[21]。

圖5 油砂、油斑、黃鐵礦化及褐鐵礦化現(xiàn)象

4 結論

(1)基底蝕源區(qū)巖石中活性鈾發(fā)育，含量高，為形成砂巖型鈾礦提供了豐富的鈾源；盆地蓋層中新生代地層發(fā)育，為富鈾建造，也可為砂巖型鈾礦成礦提供鈾源。

(2)柴達木西南緣花土溝地區(qū)地下水主要靠阿爾金山和祁曼塔格山等山區(qū)周邊高山冰雪融化水、大氣降水及基巖裂隙水側向補給。新近系含水巖組，按照其地下水賦存條件可以劃分為獅子溝組基巖孔隙裂隙承壓含水層、上油砂山組碎屑巖孔隙裂隙承壓含水層、下油砂山組碎屑巖孔隙裂隙承壓含水層。

(3)新近系上油砂山組為良好的鈾儲層，水動力條件控制鈾成礦規(guī)模和位置，北部地區(qū)水動力較強，把山區(qū)中被風化剝蝕富含鈾的大量物質(zhì)隨地下水搬運至盆地內(nèi)富集成礦；西部地區(qū)砂體厚度大，含砂率高，砂體往湖盆推進，且連續(xù)性好，在三角洲平原地區(qū)形成泥-砂-泥天然屏障，易沉淀富集鈾，成為潛在鈾儲層；上新世末期含氧含鈾流體下滲進入上油砂山組潛在鈾儲層中被還原，導致鈾沉淀富集。