聶逢君, 夏 菲*, 嚴(yán)兆彬, 姜美珠, 何劍鋒, 楊東光,封志兵, 張成勇, 張 鑫, 呂永華, 胡 鑒

1)東華理工大學(xué)核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江西南昌 330013 2)核工業(yè)208大隊(duì), 內(nèi)蒙古包頭 014010

外生鈾礦床形成的主要觀點(diǎn)是: 蝕源區(qū)巖石中的鈾在大氣降水作用下被淋濾形成含鈾含氧流體,它長時(shí)間、不斷地向盆地內(nèi)透水性較好的砂體中遷移, 在遇到適當(dāng)還原條件時(shí), 鈾被還原沉淀、富集成礦(夏毓亮, 2015; 陳夢(mèng)雅等, 2021; 聶逢君等,2021)。位于美國西部Great Divide盆地的鈾礦床在空間上與曝露在地表的前寒武紀(jì)花崗巖密切相關(guān),尤其是 Granite山和 Ferris山地區(qū)表現(xiàn)得最為明顯(Peterman and Hildreth, 1977, 1978; Stuckless and Nkomo, 1978)。Granite山的侵入巖體中鈾含量為0.2～110 μg/g, 平均 11.2 μg/g, 明顯高于花崗巖平均值 2～6 μg/g(Rogers and Adams, 1969)。Skirrow (2009)認(rèn)為, 澳大利亞規(guī)模最大也是品位最高的兩個(gè)砂巖型鈾礦床——Beverley和Four Mile鈾礦床的鈾源也是來自其北西方向的Painter山的花崗巖類巖石, 而且與沉積盆地相關(guān)的鈾成礦系統(tǒng)具有相似的特征和過程, 即來自大氣降水的含氧流體淋濾基底(一般是花崗巖類)或盆地巖石中的鈾而形成含鈾含氧流體, 這種含鈾含氧流體通過流體-巖石, 或流體-流體之間的相互作用使鈾沉淀、富集起來。

美國學(xué)者 Rosholt et al.(1973)和 Stuckless and Nkomo(1978)對(duì)懷俄明盆地蝕源區(qū) Sweetwater隆起區(qū)的花崗巖開展了 U/Pb同位素分析, 得出花崗巖中的鈾丟失高達(dá)70%以上。我國學(xué)者夏毓亮等(2003)對(duì)我國北方產(chǎn)鈾盆地蝕源區(qū)巖體的供鈾能力也進(jìn)行了初步探索, 其中伊犁盆地蝕源區(qū)花崗巖鈾平均丟失達(dá) 44.3%, 海拉爾盆地西部蝕源區(qū)火山巖類巖石中鈾丟失達(dá) 49.57%, 花崗巖類巖石中鈾丟失高達(dá)80%(夏毓亮和劉漢彬, 2006)。另外, 有學(xué)者對(duì)鄂爾多斯盆地東北部蝕源區(qū)大青山花崗巖鈾源研究結(jié)果表明, 該區(qū)域鈾的丟失率達(dá)44.3%(馬曄, 2013)。上述研究都表明, 盆地蝕源區(qū)花崗巖類巖石、火山巖類巖石, 尤其前者是盆地內(nèi)外生鈾礦的成礦元素——鈾的重要來源之一。

自20世紀(jì)90年代以來, 我國鈾礦勘查由南方的花崗巖型、火山巖型向北方可地浸砂巖型轉(zhuǎn)移,盆地內(nèi)特大型、大型鈾礦床相繼被發(fā)現(xiàn), 其中內(nèi)蒙古二連盆地烏蘭察布坳陷中發(fā)現(xiàn)了蘇崩(U1)、努和廷(U2)、道爾蘇(U3)、查干(U4)、哈達(dá)圖(U5)、賽漢高畢(U6)等多個(gè)砂巖型、泥巖型鈾礦床(圖1)以及一系列距離隆起帶不遠(yuǎn)的礦點(diǎn)、異常點(diǎn)等。在空間上, 這些鈾礦床、礦點(diǎn)和異常點(diǎn)大體上圍繞著巴音寶力格隆起帶上的花崗巖分布。在時(shí)間上, 隆起區(qū)上的巖體多數(shù)形成于海西期、印支期、燕山期(聶鳳軍等, 2008; 許東青等, 2008), 盆地內(nèi)的含礦目的層多為早白堊世晚期或晚白堊世地層, 鈾成礦作用一般晚于地層形成時(shí)間(聶逢君等, 2010a), 也有與地層幾乎同期形成(康世虎, 2010; 李洪軍等, 2012; 曠文戰(zhàn)等, 2014)。

圖1 二連盆地二級(jí)構(gòu)造單元及部分鈾礦床分布圖Fig.1 Schematic geological map of tectonic units and uranium deposits within the Erlian Basin

聶逢君等(2015a)系統(tǒng)總結(jié)了二連盆地內(nèi)不同層位的鈾礦化特征, 把在不同層位、不同成礦作用下形成的鈾礦床稱之為“同盆多類型”鈾礦組合, 由側(cè)向氧化作用在騰格爾組中形成了道爾蘇鈾礦床(U3), 由同生沉積-成巖疊加后生改造作用形成了努和廷(U2)、蘇崩(U1)和查干鈾礦床(U4), 由垂向潛水氧化作用形成了賽漢高畢鈾礦床(U6), 由熱流體疊加側(cè)向氧化作用形成了哈達(dá)圖鈾礦床(U5)。此外,近期經(jīng)核工業(yè) 208大隊(duì)勘探證實(shí), 位于巴音寶力格隆起上的衛(wèi)境巖體中, 還發(fā)現(xiàn)了花崗巖有關(guān)的熱液型鈾礦化。由此可見, 二連盆地西北部巴音寶力格隆起區(qū)上鈾含量高的花崗巖類巖石, 很有可能為盆地中鈾礦床的形成提供豐富的鈾源(聶逢君等,2018)。衛(wèi)境巖體為多期次形成的復(fù)式巖體, 從海西期至燕山期均有, 巖體的總面積＞1000 km2, 在中國境內(nèi)的面積約為 706 km2, 而巖體一大半分布在蒙古國境內(nèi)(內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局, 1991)。巖體結(jié)構(gòu)構(gòu)造復(fù)雜, 地表風(fēng)化強(qiáng)烈。巖性上, 衛(wèi)境巖體主要為中粗粒似斑狀黑云母花崗巖和細(xì)粒斑狀花崗巖, 南部的貴勒斯巖體為碎裂花崗巖。為了研究二連盆地白堊系含礦目的層的物質(zhì)來源和盆地中砂巖型、泥巖型鈾礦的鈾源是否來源于盆地北西方向隆起區(qū)花崗巖類巖石, 本文選擇衛(wèi)境巖體及其周圍的小巖體作為主要研究對(duì)象, 對(duì)衛(wèi)境巖體南部和二連盆地哈達(dá)圖鈾礦床含礦層采集了部分樣品, 并進(jìn)行了薄片鏡下鑒定和稀土元素分析。同時(shí), 還利用U-Pb同位素組成演化規(guī)律初步定量地確定衛(wèi)境花崗巖和含礦目的層砂體的現(xiàn)在鈾含量U和原始鈾含量 U0, 且計(jì)算巖石中近代鈾丟失情況 ΔU, 進(jìn)一步探討衛(wèi)境巖體與盆地中砂巖型、泥巖型鈾礦成礦之間關(guān)系。

1 地質(zhì)背景

1.1 區(qū)域地質(zhì)背景

巴音寶力格隆起帶(簡(jiǎn)稱隆起帶)位于內(nèi)蒙古東北部, 其北部與蒙古人民共和國接壤, 總面積達(dá)4.0×104km2(李國新等, 2003)。隆起帶為華北板塊北部, 西伯利亞板塊南部的蒙古—興安邊緣海槽, 曾經(jīng)歷了興凱運(yùn)動(dòng)—加里東運(yùn)動(dòng)—華里西運(yùn)動(dòng), 形成了大致平行于西伯利亞古板塊邊緣, 呈 NE向帶狀展布的隆起區(qū)。該隆起帶中深大斷裂發(fā)育: 1)查干敖包—阿榮旗深斷裂, 總體呈 NE向展布, 為超巖石圈壓性斷裂。其西端自蒙古國延伸入研究區(qū), 向北東大致經(jīng)查干敖包、那仁寶力格、東烏珠穆沁旗而延伸出研究區(qū)。其斷裂兩盤地貌特征差異明顯, 北西盤為中、低山丘陵及階狀平原區(qū), 南東盤主要以階狀平原為特征。2)頭道橋—鄂倫春自治旗深斷裂,總體呈 NE向展布, 為超巖石圈壓性斷裂。其西端自蒙古國延伸入研究區(qū), 向北東大致經(jīng)巴彥哈拉爾敖包—斯呼勒音日牙而延伸出研究區(qū)。巖石片理化發(fā)育, 且硅化強(qiáng)烈。自泥盆紀(jì)至石炭紀(jì), 該斷裂控制了北西、南東兩盤的地質(zhì)發(fā)展歷史。

隆起帶上從奧陶系到第四系的地層均有出露,侵入巖主要為海西期至燕山早期, 以中酸性侵入巖為主, 多呈巖基及巖株產(chǎn)出。侵入巖的巖性主要為黑云母花崗巖、黑云二長花崗巖、鉀長花崗巖、石英斑巖、閃長巖、花崗閃長巖, 超基性巖、輝綠巖、閃長玢巖等(李國新等, 2003; 許東青等, 2008), 具有規(guī)模大、分布廣的特點(diǎn)。另外, 隆起帶中、新生代火山活動(dòng)強(qiáng)烈, 火山巖發(fā)育(孫澤軒和姚毅鋒,2004)。受大興安嶺主構(gòu)造火山活動(dòng)帶的影響, 隆起帶上發(fā)育晚侏羅世火山巖系, 包括灰色、灰紫色玄武巖、安山巖以及淡灰、粉紅色流紋巖、流紋斑巖、巖屑晶屑凝灰?guī)r等, 其厚度達(dá)1000 m以上。阿巴嘎旗乾得門至那仁布拉格一帶, 在晚更新世曾發(fā)生了強(qiáng)烈的玄武巖漿噴發(fā), 形成厚達(dá)幾十米的熔巖蓋層,并形成了多座高出地表30～80 m的火山錐?；鹕娇诖篌w呈NW向有規(guī)律地展布, 反映了早期斷裂的存在位置。由此可知, 二連盆地基底和蝕源區(qū)大量的巖漿巖分布, 可為砂巖型、泥巖型鈾礦的形成創(chuàng)造了良好的鈾源條件。

二連盆地北部為巴音寶力格隆起, 東部為大興安嶺隆起, 南靠溫都爾廟隆起, 西側(cè)為索倫山隆起,盆地總面積約為 10.9×104km2。也有學(xué)者認(rèn)為, 二連盆地是興蒙地槽褶皺系上的中新生代山間盆地(焦貴浩等, 2003), 但目前的資料顯示, 它是一個(gè)伸展背景下的裂谷(裂陷)盆地(聶逢君等, 2010a, 2015a,b)。盆地由烏蘭察布坳陷、馬尼特坳陷、川井坳陷、烏尼特坳陷、騰格爾坳陷和蘇尼特隆起6個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元組成, 即“五坳一隆”(圖1)。二連盆地周緣被大量花崗巖體環(huán)繞, 在晚古生代時(shí)期, 華北板塊與西伯利亞板塊碰撞, 在其兩側(cè)形成了一系列的巖漿活動(dòng)帶, 尤其是在西北部的隆起區(qū)衛(wèi)境巖體分布廣泛。

盆地基底由古生界奧陶系—二疊系(O-P)和中生界侏羅系地層組成, 前者由變質(zhì)砂巖、板巖、碳酸鹽巖、安山質(zhì)火山碎屑巖和凝灰?guī)r組成; 后者由橄欖玄武巖、流紋巖、安山質(zhì)火山角礫巖和凝灰?guī)r組成。盆地蓋層主要有下白堊統(tǒng)巴彥花群的阿爾善組(K1ba)、騰格爾組(K1bt)、賽漢組(K1bs), 上白堊統(tǒng)二連組(K2e), 古新世腦木根組(E1n)、始新統(tǒng)阿山頭組(E2a), 伊爾丁曼哈組(E2y)、漸新統(tǒng)呼爾井組(E3h)、中新統(tǒng)通古爾組(N1t)和上新統(tǒng)(N2)以及第四系(Q)。盆地以下白堊統(tǒng)巴彥花群充填為主體, 巖性為礫巖、砂質(zhì)礫巖、砂巖、泥巖夾煤層(聶逢君等, 2010a)。

1.2 衛(wèi)境巖體

衛(wèi)境巖體位于中蒙邊境巴音寶力格隆起帶上,大地構(gòu)造位置位于西伯利亞板塊南緣與華北板塊北緣接壤部位(Xiao et al., 2003; Windley et al., 2007),艾勒格廟—錫林浩特微地塊的西端(圖1, 圖2)。衛(wèi)境巖體產(chǎn)出在具有較高成熟度的古老基底之上, 即艾勒格廟—錫林浩特微地塊。后期經(jīng)過多期次構(gòu)造-巖漿活動(dòng), 由于鈾元素隨著地殼成熟度不斷提高而豐度不斷增高(黃世杰, 1995), 艾勒格廟—錫林浩特微地塊上初步富集的鈾在酸性巖漿活動(dòng)中更加趨于富集, 巖漿分異演化越完善, 花崗巖體中的鈾含量也隨之增高(陳祖伊和郭慶銀, 2007)。聶逢君等(2010a)根據(jù)前人資料對(duì)隆起區(qū)花崗巖體中鈾含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 其中海西期巖體ω(U)平均為4.61 μg/g; 印支期巖體ω(U)平均為 4.47 μg/g; 燕山早期巖體ω(U)平均為4.96 μg/g, 鈾源條件較好。

圖2 衛(wèi)境巖體與周邊盆地地質(zhì)圖Fig.2 Sketched geological map of the Weijing ganite and its adjacent area

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 典型鈾礦床分析

目前, 在衛(wèi)境巖體以東已探明了蘇崩(U1)、努和廷(U2)、道爾蘇(U3)、查干(U4)、哈達(dá)圖(U5)和賽漢高畢鈾礦床(U6)等多個(gè)砂巖型/泥巖型鈾礦床。筆者曾對(duì)這些鈾礦床開展了深入研究, 積累了大量研究資料。本文旨在探討衛(wèi)境巖體與這些鈾礦床之間的關(guān)系, 據(jù)此重新分析并梳理這些鈾礦床的相關(guān)研究資料。

2.2 野外地質(zhì)調(diào)查

以衛(wèi)境巖體為對(duì)象, 開展了為期 20天的野外地質(zhì)調(diào)查工作。調(diào)查內(nèi)容包括: 野外露頭觀察和取樣、鉆孔巖芯編錄和取樣等。其中詳細(xì)野外花崗巖露頭觀察12處, 鉆孔巖芯觀察8口。另外, 對(duì)哈達(dá)圖鈾礦床區(qū)鉆孔獲取的 10余口巖芯開展了詳細(xì)的編錄, 對(duì)砂巖碎屑成分、粒度等進(jìn)行了詳細(xì)記錄。

2.3 巖相學(xué)鑒定和稀土元素測(cè)試

為了研究含礦目的層賽漢組砂巖的物質(zhì)來源,本研究在哈達(dá)圖地區(qū)含礦目的層賽漢組中采取了92件砂巖樣品和衛(wèi)境地區(qū)南部貴勒斯巖體的8件花崗巖樣。對(duì)砂巖樣品和花崗巖樣品制片, 開展巖相學(xué)鑒定。該項(xiàng)工作在東華理工核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。另外, 對(duì)其中的 8件花崗巖樣和12件砂巖樣品開展了稀土元素測(cè)試。測(cè)試工作在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成, 采用等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS), 誤差＜5%。

2.4 鈾丟失量的計(jì)算

為了研究衛(wèi)境花崗巖對(duì)二連盆地內(nèi)鈾礦床形成的鈾源貢獻(xiàn), 本研究在衛(wèi)境巖體南部地區(qū)采集 8個(gè)花崗巖樣品, 在二連盆地含礦目的層賽漢組砂體中采集了9個(gè)樣品, 并對(duì)這些樣品進(jìn)行了U-Pb同位素組成測(cè)定。U-Pb同位素組成測(cè)定在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院利用ISOPROBE-T熱電離質(zhì)譜儀完成, 誤差以2σ計(jì)。

通過 Pb同位素計(jì)算出古鈾含量, 再與現(xiàn)今鈾含量比較來判斷鈾的丟失情況。鈾丟失量的計(jì)算采用夏毓亮等(2004)提出的方法:

巖石中原始Pb含量:

式中t是樣品巖石形成年齡, λ8為238U的衰變常數(shù), 其值為 1.55125×10-10/a(李俊華, 1978); μ0為238U/204Pb的原子比(9.58)(李俊華, 1978);t0為地球形成的年齡, 本研究計(jì)算中采用4430 Ma;t為巖石的形成年齡(138±4) Ma(聶鳳軍等, 2008)。

樣品的原始鈾含量:

式中:206Pb/204Pb為樣品的 Pb同位素比值;Pb為樣品中測(cè)得的Pb含量; MPb為Pb的原子量, 值為207.2;204Pb為樣品204Pb的相對(duì)百分含量; Mu為鈾的原子量, 值為238.028。

樣品中鈾的近代得失情況:

若 ΔU≈0, 說明樣品近代無鈾的得失現(xiàn)象;ΔU＜0表示樣品存在鈾的丟失; ΔU＞0則說明樣品存在鈾的富集。

通過計(jì)算得出U0和ΔU值來分析巖石供鈾能力情況。

3 結(jié)果

3.1 盆地中典型鈾礦床

烏蘭察布坳陷位于二連盆地的中西部。經(jīng)過多年鈾礦勘查, 該坳陷已發(fā)現(xiàn)了努和廷、蘇崩、道爾蘇、查干、哈達(dá)圖、賽漢高畢等鈾礦床。含礦層位主要為二連組、賽漢組、騰格爾組。鈾礦床類型包括湖相泥(砂)巖型、古河道砂巖型以及含煤泥(砂)巖型。成礦作用有同生沉積-成巖疊加后生熱流體改造、垂向潛水氧化、側(cè)向滲入氧化以及側(cè)向氧化疊加后期熱流體改造等成礦作用(聶逢君等, 2019)。

3.1.1 努和廷鈾礦床(U2)

努和廷湖相泥巖型鈾礦床位于盆地西北部的額仁淖爾次級(jí)凹陷。鈾礦化主要分布在泥質(zhì)粉砂巖中,在泥巖和小部分砂巖中也有少量分布。含礦巖體形成于晚白堊統(tǒng)二連組的湖泊沉積體系。在平面上, 礦體形態(tài)呈不規(guī)則的薄板狀(圖3)。鈾主要以吸附態(tài)形式存在于泥質(zhì)、有機(jī)質(zhì)及黃鐵礦中, 少量為瀝青鈾礦(Yan et al., 2013)。努和廷鈾礦床的成礦作用方式為蒸發(fā)-沉積-成巖加上后期熱流體改造作用(圖 3)。成礦過程為: 晚白堊世時(shí)期來自盆地西北部隆起區(qū)的衛(wèi)境巖體與大氣降水形成的含鈾含氧流體, 將含鈾的沉積物和含鈾含氧流體帶入到努和廷地區(qū)的湖泊中。在干旱的氣候條件下, 湖中的鈾逐漸被濃縮集中,湖底還原環(huán)境下形成黃鐵礦、黏土、含鈦礦物分解的氧化物等物質(zhì), 吸附了湖水中濃集的鈾。這種作用反復(fù)進(jìn)行, 就形成了沉積-成巖型礦化。之后, 又因?yàn)樯畈繜崃黧w上升, 對(duì)沉積的礦(化)體進(jìn)行改造, 疊加之后使得鈾更加富集(聶逢君等, 2015a)。蘇崩鈾礦床與努和廷鈾礦床在含礦層位、成礦作用等各方面的特征完全一致, 在此不再贅述。

圖3 二連盆地努和廷鈾礦床(U2)成礦模型(據(jù)聶逢君等, 2015a)Fig.3 Metallogenic model of the Nuheting uranium deposit (U2), Erlian Basin (after NIE et al., 2015a)

3.1.2 道爾蘇鈾礦床(U3)

道爾蘇含煤泥(砂)巖型鈾礦是二連盆地中特有的礦床類型, 目前除伊犁盆地、蒙其古爾以及南方新生代盆地發(fā)育與煤巖有關(guān)的鈾礦化外(張淑苓等,1987; 古抗衡, 1997; 陳肇博和趙鳳民, 2002; 阿種明和張新科, 2003), 目前在我國東北地區(qū)其它盆地中還未見報(bào)道。鈾礦化產(chǎn)于騰格爾組的砂、泥互層,或砂、泥、煤互層的地層中, 一般與煤線、煤層或泥炭密切有關(guān)。鉆孔勘探結(jié)果表明, 早白堊世的騰格爾組(K1bt)扇三角洲沉積體系緊貼著西部的衛(wèi)境巖體分布, 從西向東, 依次分布著氧化砂體(扇三角洲平原)、氧化-還原過渡, 或還原砂體(扇三角洲前緣)以及前三角洲還原泥巖(圖 4)。根據(jù)聶逢君等(2018)研究結(jié)果, 來自西部衛(wèi)境巖體的含鈾含氧流體首先滲入扇三角洲平原分流河道砂中, 并將其氧化, 部分鈾被平原上的煤層還原吸附。當(dāng)含鈾含氧流體繼續(xù)向前遷移通過扇三角洲前緣水下分流河道與間灣互層砂、泥巖時(shí), 氧被逐漸消耗, 鈾被炭質(zhì)泥巖還原吸附。因此在扇三角洲平原和前緣中均形成了鈾礦化。

圖4 烏蘭察布坳陷中道爾蘇鈾礦床(U3)巖相平面圖(據(jù)聶逢君等, 2015a)Fig.4 Depositional facies distribution of the Dao’ersu uranium deposit (U3), Wulanchabu Subbasin(after NIE et al., 2015a)

3.1.3 哈達(dá)圖鈾礦床(U5)

哈達(dá)圖鈾礦床是二連盆地烏蘭察布坳陷最新發(fā)現(xiàn)的鈾礦床。哈達(dá)圖礦床賦存在賽漢組三段(K1bs3)和四段(K1bs4)地層中, 三段由灰色含礫砂巖、砂巖夾薄層泥巖的灰色巖系組成, 為辮狀河沉積環(huán)境, 四段由一套砂巖與泥巖互層夾薄層礫巖的紅色巖系組成, 為曲流河沉積環(huán)境(聶逢君等,2015a)。與二連盆地其它外生鈾礦床相比, 該鈾礦床鈾資源儲(chǔ)量最大且品位最高。從圖 5中可知, 鈾礦化體主要是沿著河道的邊緣, 或河道的分叉拐彎處分布, 因?yàn)楣_(dá)圖地區(qū)為幾條分叉河道的交匯處。古河流分別從南西和南東兩個(gè)方向向哈達(dá)圖匯集, 最終流向北東方向。河道中這種礦化分布形式與俄羅斯外烏拉爾的達(dá)爾瑪托夫礦床(紹爾等, 2002)以及澳大利亞的 Yarramba古河道型鈾礦床(Jaireth et al., 2010)非常類似。但據(jù)初步研究發(fā)現(xiàn), 該礦床的成礦特征與其它砂巖型鈾礦有所不同, 具體表現(xiàn)在: 1)礦體發(fā)育在灰色、深灰色含炭屑含黃鐵礦的中砂巖中, 礦化體的上、下均為氧化的砂礫巖層, 垂向上礦體“懸浮”在氧化帶中; 2)礦體中見巨型晶黃鐵礦, 呈柱狀, 橫截面直徑可達(dá)5～8 mm; 3)礦體呈NNW-SSE向展布, 與廣泛發(fā)育的 NW 向斷裂構(gòu)造線方向基本一致。根據(jù)地面重力測(cè)量的反演結(jié)果,該礦床區(qū)東面為一隱伏隆起, 賽漢期的古河道受到東面隱伏隆起的嚴(yán)格限制。

圖5 二連盆地哈達(dá)圖地區(qū)古河道中鈾礦體的分布(聶逢君等, 2015a)Fig.5 Distributions of uranium ore bodies in the paleo-channel of the Hadatu area, Erlian Basin (NIE et al., 2015a)

3.1.4 賽漢高畢鈾礦床(U6)

賽漢高畢鈾礦床位于二連盆地烏蘭察布坳陷的東北部(位置見圖1)。該礦床中鈾礦體呈板狀, 礦化發(fā)育于賽漢組四段的上、下泥巖之間的砂巖層中,該類型礦化與俄羅斯外烏拉爾和西西伯利亞的一批古河道砂巖型鈾礦十分類似(紹爾等, 2002; 陳祖伊和郭慶銀, 2007)。由圖 6可知, 賽漢組四段(K1bs4)泥巖呈紅色, 巖性較均一, 在各個(gè)鉆孔中的埋深在62～120 m之間, 個(gè)別鉆孔中泥巖夾有薄層砂巖, 一般＜3 m。泥巖之下則為含礦層砂巖。礦體在剖面中各鉆孔埋深范圍為20～142 m。氧化作用在垂向上自上而下發(fā)育, 礦體位于該含礦層的底部灰色砂巖中。緊鄰礦體之下是底板泥巖層, 為紫紅、磚紅色,塊狀, 無層理, 所夾砂礫巖多為灰綠色, 有時(shí)為氧化的黃色。底板泥巖層之下為賽漢組三段(K1bs3)的灰色、灰綠色泥巖與灰綠色砂巖互層, 鉆遇深度未揭穿賽漢組三段底界。

圖6 烏蘭察布坳陷賽漢高畢鈾礦床鉆孔剖面與鈾礦化Fig.6 Borehole section and uranium mineralization of the Saihangaobi deposit, Wulanchabu subbasin

3.2 衛(wèi)境巖體巖石學(xué)特征

衛(wèi)境巖體現(xiàn)今出露地表的部分已遭受強(qiáng)烈風(fēng)化剝蝕。在衛(wèi)境巖體的中心部位地表風(fēng)化照片, 巖體表面幾乎夷平為沙土、砂礫, 局部見微弱起伏的基巖出露(圖 7a)。從花崗巖的成分結(jié)構(gòu)來看, 衛(wèi)境巖體的主體為中粗粒似斑狀黑云母花崗巖, 暗色礦物含量高, 黑云母與角閃石等含量達(dá)5%～8%, 極易風(fēng)化分解, 表面多為深褐色(圖 7b), 尤其是在巖體東部構(gòu)造破壞強(qiáng)烈, 加速了巖體風(fēng)化、剝蝕、淋濾(圖 7c)。巖體南部衛(wèi)境的敖包吐南地表, 出露大片球形風(fēng)化花崗巖, 表面為土黃色、鐵染為深褐色,中粗粒黑云母花崗巖, 斑狀結(jié)構(gòu), 主要成分為長石、石英及少量黑云母, 其中長石以斜長石、鉀長石為主, 粒徑5～10 mm, 含量約60%～65%; 石英粒徑2～5 mm, 含量約30%; 黑云母含量約5%(圖7d)。位于巖體東部的額仁淖爾巖體, 整體地勢(shì)平緩, 出露巖石具較強(qiáng)風(fēng)化, 刀砍狀, 表面呈褐黃色中粗粒二長花崗巖。主要成分為長石、石英, 其中長石以斜長石、鉀長石為主, 粒徑2～5 mm, 含量60%～70%;石英粒徑1～3 mm, 含量約30%(圖7e)。從花崗巖與盆地的接觸邊界來看, 巖體目前與盆地的高差很小,呈逐漸過渡至態(tài)勢(shì)(圖 7f), 個(gè)別地區(qū)邊界變得模糊,難以辨認(rèn)。這足以說明, 巖體自晚白堊世抬升以來,遭受強(qiáng)烈的風(fēng)化、剝蝕, 大量的沉積物和大氣降水形成的含鈾含氧流體被帶入了二連盆地中。

圖7 衛(wèi)境巖體野外照片和顯微結(jié)構(gòu)Fig.7 Field photos of Weijing granite in field and its microstructure characteristic

以ZKC7和ZKC4兩個(gè)鉆孔中的樣品為例, 簡(jiǎn)述巖體的微觀特征。圖7g釆自ZKC7鉆孔103.1 m處的14WJ003樣品, 綜合鑒定為粗粒含黑云母堿長花崗巖, 石英(35%)、斜長石(10%)、鉀長石(50%)和少量黑云母(5%), 粗?；◢徑Y(jié)構(gòu)。鉀長石呈自形-半自形板狀, 黏土化、格子雙晶不多、包石英顆粒,粒徑 1.2 mm × 1.8 mm ～2.8 mm × 8.1 mm; 斜長石呈半自形-它形, 粒徑 1.01 mm ×1.07 mm ～2.8 mm ×7.0 mm, 具弱-中等絹云母化, 見明顯的聚片雙晶。石英呈自形-半自形, 粒徑0.4～5.8 mm。黑云母呈淺褐-褐色, 多色性顯著, 部分綠泥石化, 片狀集合體。圖7h為釆自鉆孔ZKC4的198.3 m處的14WJ011樣品, 經(jīng)鑒定巖性為粗粒堿長花崗巖。主要造巖礦物為石英(38%)、斜長石(10%)、鉀長石(50%)、少量綠泥石(1%)、黑云母(1%)以及黝簾石＜1%。粗粒花崗結(jié)構(gòu), 鉀長石呈自形-半自形板狀結(jié)構(gòu), 粒徑0.98 mm × 0.45 mm ～3.46 mm×10.77 mm mm, 弱絹云母化、泥化, 格子雙晶結(jié)構(gòu)隱約可見。斜長石呈自形-半自形板狀, 粒徑 0.43 mm×0.55 mm ～2.1 mm×1.4mm, 見弱絹云母化、泥化, 聚片雙晶少見。石英呈它形粒狀, 粒徑(0.19～2.26) mm×6.50 mm,嵌于長石格架之間。綠泥石呈淺綠色, 片狀集合體;黑云母呈黃褐色, 片狀, 部分向綠泥石轉(zhuǎn)變。

3.3 鈾礦床物質(zhì)來源分析

為了探索盆地中鈾礦化與衛(wèi)境巖體的關(guān)系, 本文選擇距衛(wèi)境巖體較遠(yuǎn)的哈達(dá)圖礦床(U5)的賦礦巖石與衛(wèi)境巖體進(jìn)行物源對(duì)比。

3.3.1 目的層巖石學(xué)特征

哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組砂巖類型主要為巖屑質(zhì)石英砂巖。巖石中的碎屑礦物組成, 石英顆粒含量在60%～83%不等, 石英碎屑以單晶石英為主, 顆粒表面光滑, 見港灣狀溶蝕邊(圖8a), Qm/Q平均為0.95,石英顆粒磨圓度較差, 以次棱角狀-次圓狀為主, 表明砂巖中的單晶石英主要來自于花崗巖及火山巖。長石碎屑相對(duì)含量較少, 約為 4%～20%, 磨圓度較差, 為棱角狀-次棱角, 見鉀長石強(qiáng)烈的黏土化(圖8b), 斜長石聚片雙晶發(fā)育, 并見絹云母化(圖 8c)。巖屑的含量在 9%～25%之間, 僅次于石英, 主要為花崗巖屑, 明顯的花崗結(jié)構(gòu)(圖 8d), 以及火山巖屑,見斑狀結(jié)構(gòu)、脫玻化現(xiàn)象以及火山巖屑脫?；笪龀龅牟煌该麒F質(zhì)礦物等, 斑晶多為長石和石英。次棱角狀-次圓狀為主。把石英、長石、巖屑三種碎屑組成在 Folk(1968)的三角圖投點(diǎn)得到圖 9, 從圖中可知, 砂巖主要為長石巖屑砂巖、巖屑砂巖、巖屑石英砂巖和少量的巖屑長石砂巖。

圖8 哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組砂巖顯微照片F(xiàn)ig.8 Microscopic photos of sandstone from Saihan Formation in the Hadatu deposit

圖9 哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組目的層砂巖成分分類Fig.9 Sandstone types of the Saihan Formation in the Hadatu deposit

3.3.2 稀土元素特征

稀土元素在其原巖風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積成巖過程中具有穩(wěn)定性, 其稀土配分模式從源巖到沉積物無明顯變化, 由于稀土元素在沉積和變質(zhì)過程中耐遷移性, 因此是很好的物源指示劑, 反映出其母巖的地球化學(xué)特征(Bhatia and Taylor, 1981; Taylo and Mclennan, 1985; Prudencio et al., 1989; Condie, 1991)。

根據(jù)衛(wèi)境巖體花崗巖和砂巖微量元素測(cè)定結(jié)果(表 1), 將哈達(dá)圖鈾礦床目的層稀土元素配分曲線與衛(wèi)境巖體的稀土配分曲線進(jìn)行對(duì)比(圖 10), 可以看出兩者稀土元素的分布模式均呈較平緩的右傾型,輕稀土富集, 重稀土相對(duì)平緩。兩者各樣品的曲線形態(tài)表現(xiàn)出良好的一致性, 可判定哈達(dá)圖地區(qū)賽漢組沉積物質(zhì)來源可能為衛(wèi)境花崗巖體。

圖10 衛(wèi)境巖體(a)和賽漢組砂巖(b)稀土元素配分圖Fig.10 Chondrite-normalized REE patterns of the samples from Weijing granite (a) and Saihan Formation sandstones (b)

δEu為Eu異常系數(shù), 可反映出體系內(nèi)的地球化學(xué)狀態(tài), 也是判別物質(zhì)來源的重要參數(shù), 比如花崗巖中一般 Eu多為負(fù)異常(δEu＜0.90), 沉積砂體也具Eu負(fù)異常, 可以推測(cè)出其物質(zhì)主要來自于酸性火成巖。從稀土元素分析結(jié)果看(表 1), 哈達(dá)圖地區(qū)樣品的 δEu平均為 0.66, 在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖上表現(xiàn)為虧損。衛(wèi)境花崗巖的δEu平均值為0.43,在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖上也表現(xiàn)為虧損,表明含礦層巖石的物源可能為衛(wèi)境花崗巖體。

表1 衛(wèi)境花崗巖和賽漢組砂巖樣品稀土元素?cái)?shù)據(jù)/(μg/g)及其參數(shù)Table 1 The REE contents /(μg/g) and its major parameters of the Weijing granite and sandstones from the Saihan Formation

哈達(dá)圖地區(qū)砂巖樣品稀土元素平均含量為93.27 μg/g, 明顯低于衛(wèi)境花崗巖體的平均含量189.60 μg/g, 表明在哈達(dá)圖賽漢組沉積過程中, 雖然發(fā)生過花崗巖中稀土元素的遷出作用, 但并不完全,原因可能是花崗巖中某些副礦物如獨(dú)居石, 是富輕稀土礦物, 其抗風(fēng)化能力較強(qiáng)所致(周珣若等, 1987)。

3.4 衛(wèi)境巖體鈾丟失

盆地中砂巖型鈾礦的鈾源供給可以是多方面的: 1)蝕源區(qū)花崗巖巖體中含有許多鈾礦物和含鈾礦物, 如晶質(zhì)鈾礦、鈦鈾礦、方釷石、鈾釷石、燒綠石、獨(dú)居石、褐簾石、鋯石、榍石等, 它們的淋濾氧化溶解就能釋放出鈾(U6+)進(jìn)行遷移(夏毓亮和劉漢彬, 2006); 2)盆地沉積巖本身的微量鈾, 它是從沉積物源區(qū)含鈾巖石帶來的, 當(dāng)含氧流體經(jīng)過這些含微量鈾的地層時(shí), 鈾同樣可以被氧化遷出進(jìn)入流體中(黃國龍等, 2005; 夏毓亮和劉漢彬, 2006);3)盆地深部來源的鈾, 因?yàn)榇髿饨邓梢匝h(huán)到盆地深部, 它與地層同生水一起可以把深部的鈾帶至淺部地層形成礦床(Skirrow, 2009; 聶逢君等,2010b)。

通過對(duì)二連盆地西北隆起區(qū)衛(wèi)境花崗巖南部巖體和盆地內(nèi)砂巖的 U-Pb同位素組成測(cè)定, 計(jì)算出U0和ΔU, 結(jié)果見表2。得出以下結(jié)果:

表2 衛(wèi)境花崗巖和砂體Pb同位素?cái)?shù)據(jù)、U0及其ΔUTable 2 U0, ΔU and Pb values of the Weijing granite and sandstones

(1)二連盆地蝕源區(qū)衛(wèi)境花崗巖體的原始鈾含量比較高, U0為(3.36～33.01)×10-6μg/g, 平均為15.17×10-6μg/g, 說明衛(wèi)境花崗巖形成時(shí)就有一定程度的鈾富集現(xiàn)象; 另 ΔU 計(jì)算表明, 花崗巖樣品丟失最少的是-6.71%, 最大的達(dá)-62.26%, 大部分樣品鈾的丟失在 40%以上, 平均為-45.47%, 鈾丟失比較明顯。由于巖體中活性鈾高, 能為二連盆地沉積時(shí)形成富鈾砂體, 為成礦提供豐富的鈾源。

(2)在氧化帶砂巖中, 砂巖樣品 ΔU＜0, 丟失最少的為-11.26%, 最多的為-68.91%, 平均丟失率為-41.42%; 在還原帶中灰綠色和深灰色砂巖中, 樣品中存在不同的鈾富集現(xiàn)象, ΔU＞0, 最少獲得率為4.05%, 最高獲得率達(dá)163.26%, 平均為66.80%。這說明在鈾成礦過程中, 氧化帶中的砂巖發(fā)生了鈾的丟失, 而還原帶中的砂巖存在一定程度的鈾富集現(xiàn)象, 其中含礦層位中氧化帶砂體為鈾成礦提供直接的鈾源。

4 討論

二連盆地烏蘭察布坳陷和馬尼特坳陷夾于巴音寶力格隆起和蘇尼特隆起之間(圖2)。從現(xiàn)今地形地貌來看, 北西方向?yàn)榘鸵魧毩Ω衤∑? 其上最高山峰海拔伊和敖包1442 m, 其次為哈達(dá)特1338 m、墩得呼舒1336 m、烏蘭敖1306 m。當(dāng)隆起區(qū)海拔＞1200 m時(shí), 基巖裸露于地表。巴音寶力格隆起幅度200～300 m, 最大為531 m, 北西方向的隆起區(qū)明顯高于西南方向的隆起區(qū)?？傮w上, 自晚白堊世以來, 除了抬升作用沒有發(fā)生其它明顯的構(gòu)造變動(dòng),隆起區(qū)與坳陷之間保持著現(xiàn)今地形地貌格局。地形上, 當(dāng)前明顯顯現(xiàn)北西向(垂直山系)的溝谷, 流向盆地中, 其中在哈達(dá)特山以東和腰老令東北一條十分寬大溝谷, 可能是盆地坳陷區(qū)的重要物源補(bǔ)給區(qū)。

盆地隆起區(qū)的巖漿巖為盆地中外生鈾礦床提供鈾源已經(jīng)得到共識(shí), 巖石中鈾的含量高低在一定程度上決定了盆地內(nèi)鈾成礦的可能性。依據(jù)本研究結(jié)果, 衛(wèi)境巖體中鈾的平均含量為3.36～33.01 μg/g,而著名的俄羅斯斯特列措夫礦床基底花崗巖中的鈾含量也只是在 3～10 μg/g(李嫵巍, 2007), 即使花崗巖中的鈾丟失掉 70%, 而它的原始鈾含量也不過33 μg/g。Rosholt et al.(1973)研究認(rèn)為, 美國西部懷俄明盆地隆起區(qū)的花崗巖的古鈾含量達(dá)6～40 μg/g。另外, Stuckless et al.(1977)在懷俄明盆地隆起區(qū)采集了 200個(gè)花崗巖樣品, 鈾的分析結(jié)果是除了極個(gè)別的樣品＞1000 μg/g, 大部分樣品中鈾的含量小于20 μg/g, 按照70%的丟失率計(jì)算, 樣品原始鈾含量應(yīng)該在n～(30～40) μg/g之間, 與衛(wèi)境巖體的原始鈾含量基本相當(dāng)。據(jù)此可推斷, 衛(wèi)境巖體為二連盆地中鈾礦成礦作用提供了大量的鈾源。由圖 2可知,主體作為海西晚期的衛(wèi)境巖體正好分布在中蒙國界附近, 其中一半以上分布在蒙古國內(nèi)。聶逢君等(2018)最新的磷灰石裂變徑跡反演結(jié)果表明, 巖體的快速抬升時(shí)期在76.7～53.8 Ma之間, 抬升的幅度在 0.1～0.2 mm/a之間。假如抬升的速率為0.15 mm/a, 在整個(gè)抬升時(shí)期(晚白堊世—始新世中),衛(wèi)境巖體由于抬升剝蝕掉了3435 m的厚度。假如巖體的面積按大致1000 km2計(jì)算, 衛(wèi)境巖體中的古鈾含量平均為 15.17 μg/g, 由此可見, 衛(wèi)境巖體在剝蝕過程中, 大量的鈾已經(jīng)被帶入到了盆地中。

烏蘭察布坳陷中的外生鈾礦床類型多樣, 多種類型的鈾礦床匯集在烏蘭察布坳陷中(圖1, 圖10)。努和廷鈾礦床(U2)和其正北方向10 km處的蘇崩礦床(U1)屬于同一類型, 在晚白堊世快速抬升時(shí)期形成于烏蘭察布坳陷的局限湖泊中, 由蒸發(fā)沉積-成巖作用所致(聶逢君等, 2015a, b), 這一成礦作用與抬升作用幾乎完全同步。賽漢高畢礦床(U6)是在古新世時(shí)期, 地表的含鈾含氧流體垂直滲入到賽漢組四段河道沉積物中形成的礦化(聶逢君等, 2010b,2015a, b)。近年新發(fā)現(xiàn)的大型礦床——哈達(dá)圖(U5),是由古河道中含鈾含氧流體初步富集預(yù)成礦, 經(jīng)后期與斷裂活動(dòng)相關(guān)的熱流體改造在進(jìn)一步富集所形成的富礦(聶逢君等未發(fā)表的文章, 局部品位達(dá)2.3%)。道爾蘇鈾礦床(U3)為賦存在早白堊統(tǒng)騰格爾組砂巖、泥巖/煤互層中的鈾礦化, 據(jù)初步研究, 砂巖氧化強(qiáng)烈, 泥巖/煤層還原吸附鈾, 屬于地層形成之后的成礦作用, 初步判斷為晚白堊世以后, 也就是抬升開始之后(聶逢君等, 2015a)。查干鈾礦床(U4)的鈾礦化賦存在泥巖中, 可能在成因上與努和廷鈾礦床相似。牛林等(1995)通過對(duì)努和廷地區(qū)鈾礦石和瀝青鈾礦單礦物的 U-Pb同位素定年, 結(jié)果顯示,鈾成礦時(shí)代主要有三期: (85±5) Ma、(41±5) Ma和(10±0.1) Ma, 分別對(duì)應(yīng)沉積成巖和后生改造起的成礦作用。二連盆地西部的衛(wèi)境巖體的快速剝露至地表附近發(fā)生在80 Ma左右(聶逢君等,2018), 大致相當(dāng)于二連組沉積時(shí)期, 由于鈾成礦作用幾乎與沉積同期, 衛(wèi)境巖體抬升剝蝕的大量的碎屑物質(zhì)搬運(yùn)至二連盆地中, 與此同時(shí), 在整個(gè)抬升過程中, 地表大氣降水淋濾裸露的衛(wèi)境花崗巖, 花崗巖中的含鈾礦物在淋濾中分解, 并隨著大氣降水一道形成含鈾含氧流體向盆地流動(dòng)。這些不同時(shí)期的含鈾含氧流體早期進(jìn)入努和廷地區(qū), 提供努和廷礦床所需鈾源而形成努和廷鈾礦床。

在空間上, 蘇崩(U1)、努和廷(U2)、道爾蘇(U3)、查干(U4)等鈾礦床緊緊圍繞著衛(wèi)境巖體分布, 尤其是道爾蘇(U3)礦床, 距衛(wèi)境巖體邊緣的直線距離僅有5～8 km, 努和廷鈾礦床(U2)、蘇崩鈾礦床(U1)也只有20 km左右, 哈達(dá)圖鈾礦床(U5)和賽漢高畢鈾礦床(U6)雖然較遠(yuǎn), 但近年對(duì)烏蘭察布坳陷進(jìn)行的地面重力和CSAMT電法測(cè)量揭示了烏蘭察布坳陷中賽漢期古河道的發(fā)育(王彥國等, 2016, 2017), 結(jié)合核工業(yè) 208大隊(duì)在賽漢組勘查鉆孔資料, 詳細(xì)研究沉積相分布特征認(rèn)為, 有來自西邊的河道, 也就是衛(wèi)境巖體的風(fēng)化剝蝕產(chǎn)物可以通過此河道搬運(yùn)至哈達(dá)圖和賽漢高畢地區(qū)(圖 11)。同樣, 來自衛(wèi)境巖體大氣降水淋濾形成的含鈾含氧流體也可以通過古河道高滲透的沉積物到達(dá)哈達(dá)圖、賽漢高畢地區(qū)并形成礦化。

圖11 衛(wèi)境巖體與賽漢組發(fā)育的古河道之間的關(guān)系Fig.11 Spatial relationship between the Weijing granite and the paleo-channels developed within the Saihan Formation

區(qū)域找礦預(yù)測(cè)方面, 下一步應(yīng)關(guān)注馬尼特坳陷西南部, 目的層為賽漢組三段的河道砂體, 砂體厚度大, 連通性好, 富含黃鐵礦、炭屑, 更為重要的是蝕源區(qū)巴音寶力格隆起海西—燕山期花崗巖大量出露, 就有很好的鈾源, 成礦遠(yuǎn)景區(qū)已具有巴彥烏拉、盲萊等古河道型鈾礦, 成礦潛力巨大。

5 結(jié)論

(1)通過二連盆地西北部隆起區(qū)的構(gòu)造演化與盆地內(nèi)部多個(gè)礦床的含礦砂巖, 成礦作用類型, 成礦時(shí)代等成礦模型的研究, 初步建立了盆地西部隆起區(qū)衛(wèi)境巖體與盆地內(nèi)努和廷、蘇崩、賽漢高畢、哈達(dá)圖、道爾蘇鈾礦床之間的聯(lián)系, 即衛(wèi)境巖體不僅為這些鈾礦床提供了沉積物源, 更重要的是為礦床提供了鈾源。

(2)衛(wèi)境花崗巖樣品與哈達(dá)圖地區(qū)含礦層砂巖樣品稀土元素配分曲線形態(tài)較一致。砂巖鏡下鑒定也表明, 花崗巖是砂巖的主要物源。據(jù)此推斷, 哈達(dá)圖地區(qū)含礦目的層的碎屑物質(zhì)主要來自于衛(wèi)境花崗巖體。

(3)衛(wèi)境巖體的原始鈾含量比較高, U0含量范圍為(3.36～33.01)×10-6μg/g, 平均為 15.17×10-6μg/g,說明其在一定程度上出現(xiàn)了鈾富集現(xiàn)象。而衛(wèi)境巖體花崗巖樣品丟失范圍為-6.71%～62.26%, 平均為-45.47%, 說明鈾丟失較明顯。另外, 在氧化帶砂巖中, 平均鈾的丟失率為-41.42%; 而在還原帶砂巖中, 平均鈾獲得率為66.80%。這表明在鈾成礦過程中, 氧化帶中的砂巖也發(fā)生了鈾的丟失。上述結(jié)果表明, 衛(wèi)境巖體附近砂巖型鈾成礦的鈾源來自兩方面:一方面來自西部的衛(wèi)境巖體, 另一方面來自含礦砂巖的本身。此外, 含礦砂巖沉積的物源與衛(wèi)境巖體密切相關(guān)。因此, 衛(wèi)境巖體不僅為其附近砂巖型鈾礦的含礦砂巖提供物源, 也為其鈾成礦提供鈾源。

致謝: 感謝核工業(yè) 208大隊(duì)在野外提供的幫助, 不僅提供了野外生活幫助, 還提供了研究需要的相關(guān)地質(zhì)資料。

Acknowledgements:

This study was supported by National Natural Science Foundation of China (Nos.U2067202,41772068, 41862010 and 42172098), and National Program on Key Basic Research Project (973 Program)(No.2015CB453002).