我國中新生代陸相盆地含鈾沉積建造類型、特征及其研究意義

陳戴生

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京100029）

我國中新生代陸相盆地含鈾沉積建造類型、特征及其研究意義

陳戴生

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院，中核集團鈾資源勘查與評價技術(shù)重點實驗室，北京100029）

將我國中新生代陸相盆地含鈾沉積建造類型劃分為陸相暗色（灰色）含煤碎屑沉積建造、陸相紅色（雜色）碎屑沉積建造及陸相紅色含膏鹽沉積建造3類，并概述其沉積特征。探討了沉積建造研究在砂巖型鈾礦科研及生產(chǎn)找礦方面的意義。

中新生代陸相盆地；含鈾沉積建造；區(qū)域構(gòu)造演化；古氣候變遷

關(guān)于沉積建造的含義和分類，不同學(xué)者有著不同的理解和分類方案（前蘇聯(lián)魯欣，20世紀(jì)六七十年代；王鴻禎，1979；孟祥化，1985）。

筆者認(rèn)為，沉積建造是在一定構(gòu)造條件下所形成的一套巖石地層組合特征，反映了沉積時的大地構(gòu)造背景、地質(zhì)演化歷史、古氣候、古地理等制約沉積特征的綜合因素。

1 含鈾沉積建造形成受控于區(qū)域構(gòu)造演化及古氣候變遷的背景條件

含鈾沉積建造系指具有賦存鈾礦化層位的沉積建造，它受控于盆地區(qū)域構(gòu)造演化及古氣候變遷是不言而喻的。在一般情況下，中新生代陸相盆地演化歷史大致經(jīng)歷了3個階段：第1階段，即盆地形成的初期或稱雛形階段，常以斷陷或裂陷盆地出現(xiàn) （松遼盆地、二連盆地）。初期階段的盆地往往是一些孤立的小盆，互不連通。這個階段的水動力機制是急流、快速、水流無主流線，因而沉積相多半是辮狀河或沖（洪）積扇，心灘及沖積扇扇體為主要沉積場所，沉積物分選性差、大小各異，無適宜的聚鈾砂體，因而本階段不利于含鈾沉積建造的形成。隨著盆地的繼續(xù)下陷和水域面積的擴大，盆地逐漸進入發(fā)展的全盛期，亦即盆地演化的第2階段，許多孤立的小盆逐漸連成片。這個階段的水動力條件是水域面積擴大，水動力強弱因地而異，沉積相主體是河湖三角洲相或湖相，在局部潮濕氣候地區(qū)則為湖泊沼澤沉積或三角洲前緣沉積，形成陸相暗色（灰色）沉積建造，伴有煤、菱鐵礦等沉積礦產(chǎn)（如新疆伊犁盆地、吐哈盆地等）。隨著晚中生代白堊紀(jì)后期盆地的整體抬升，盆地面積逐漸縮小，氣候漸趨干旱并出現(xiàn)紅層，在一定沉積相及古氣候條件下形成紅層中夾有灰色層的地層結(jié)構(gòu)（如衡陽盆地）。盆地演化至第3個階段 （古近紀(jì)—新近紀(jì)），進入盆地的萎縮（衰亡）階段，以盆地中出現(xiàn)石膏、巖鹽為盆地萎縮和干旱氣候的顯著標(biāo)志，形成陸相紅色含膏鹽沉積建造。這個階段的水動力條件很弱，曲流河、曲流河三角洲及干鹽湖為主要沉積場所（如二連盆地）。

含鈾沉積建造受古氣候變遷的控制，這是由于在潮濕、干旱、半干旱-半潮濕等不同氣候條件下，可形成不同的沉積建造、不同容礦層的巖性組合及不同成因類型的砂巖型鈾礦床［9］。

2 我國陸相盆地3種沉積建造類型及其特征

2.1 陸相暗色（灰色）含煤碎屑沉積建造

此類建造為我國目前砂巖型鈾礦儲量及增長量均居首位的含鈾沉積建造，以伊犁盆地、吐哈盆地下侏羅統(tǒng)水西溝群（J1-2sh）及二連盆地下白堊統(tǒng)巴彥花群賽漢組（K1bs）為代表。水西溝群（J1-2sh）為煤系地層，廣布于北疆地區(qū)（準(zhǔn)噶爾盆地、吐哈盆地和伊犁盆地等處）自下而上可劃分出八道灣組（J1b）、三工河組（J1s）和西山窯組（J2x）， 按煤層自下而上可細(xì)分為12個煤層，各煤層間以砂巖（或泥巖）相隔。在伊犁盆地5～8煤層之間的砂體中產(chǎn)有可觀儲量的卷狀鈾礦體（目前正在用地浸法開采）。其巖石學(xué)特點是：砂巖一般為巖屑砂巖或巖屑長石砂巖，巖屑含量較高，一般為20%～40%，局部可達60%，巖屑成分主要由火山巖和火山碎屑巖組成，與盆緣基底巖石相一致。巖石成熟度低、磨圓度差。巖石中含大量黑云母、斜長石等不穩(wěn)定礦物，反映了近源、快速的沉積特征，沉積組合在剖面上有著下粗上細(xì)的二元結(jié)構(gòu)特征（圖1）。

巴彥花群賽漢組（K1bs）形成于二連盆地演化發(fā)展的第2階段，即坳陷發(fā)展階段，在坳陷內(nèi)沉積了一套以河流-湖泊相為主的含煤碎屑巖系，遍布于二連盆地各個坳陷，也是二連盆地主要產(chǎn)煤層位。由于煤層間砂體發(fā)育，埋藏淺，富含還原物質(zhì)，具泥－砂－泥地層結(jié)構(gòu)，目前已在二連盆地中東部馬尼特坳陷找到了巴彥烏拉砂巖型鈾礦床。含礦主巖為辮狀河砂體，灰、暗灰色中細(xì)粒砂巖，含煤線。采用砂巖分類三角圖定名為巖屑砂巖和巖屑長石砂巖，巖屑成分除大量的火山巖屑外，還有較多的花崗巖巖屑（聶逢君，2010）。從巴彥烏拉BZK128線鉆孔沉積相分析圖來看，基本反映了賽漢組沉積期的沉積學(xué)特征（圖2）。

2.2 陸相紅色（雜色）巖屑沉積建造

陸相紅色（雜色）巖屑沉積建造以四川盆地下白堊統(tǒng)蒼溪組（K1c）、湖南衡陽盆地白堊系—古近系車江組（K2～E1c）及二連盆地上白堊統(tǒng)二連組 （K2e）為代表。巖石顏色為紅褐色、磚紅色、紫灰色及淺灰色等，在總體為紅色地層中夾有淺（灰）色層，孢粉組合及古生物化石均反映為熱帶、亞熱帶氣候特征。

此類建造中鈾礦化常產(chǎn)于淺（灰）、紫（紅）色交互層中的淺（灰）色砂巖中，這是由于紅層中的淺（灰）色層局部常含有機質(zhì)及黃鐵礦等聚鈾劑，因而是我國砂巖型鈾礦賦礦層中位居第二的含鈾沉積建造，不容忽視。如衡陽盆地大浦鈾礦田產(chǎn)于車江組（K2～E1c）紅層中的淺（灰）色砂巖中，有多個砂巖型鈾礦床產(chǎn)出，是核工業(yè)早期鈾礦基地（表1）。類似情況產(chǎn)于廣西壯族自治區(qū)十萬大山盆地、金雞盆地的砂巖型礦床均產(chǎn)于紅層中的淺（灰）色砂巖中。在川北南江—通江鈾成礦區(qū)內(nèi)，幾個砂巖型鈾礦床毫無例外地產(chǎn)于下白堊統(tǒng)蒼溪組（K1c）紅層所夾淺（灰）色砂巖中（表 2）。

圖1 庫捷爾太礦床中下侏羅統(tǒng)水西溝群綜合地層柱狀圖 （據(jù)李勝祥，王保群等修改，2005）Fig.1 Comprehensive strata column of Shuixigou Group，Middle-Lower Jurassic in Kujieertai deposit（Modified after Li Shengxiang， Wang Baoqun， et al.， 2005）

2.3 陸相紅色含膏鹽沉積建造

陸相紅色含膏鹽沉積建造是具有相當(dāng)特色的沉積建造，它形成于盆地演化的萎縮期和古氣候的干旱期，如二連盆地古新統(tǒng)腦木根組（E1n）、始新統(tǒng)阿山頭組（E2a）和伊爾丁曼哈組（E2y）等層位。巖石顏色多為棕紅色、黃色及雜色。巖性為泥巖、粉砂巖和泥灰?guī)r等，常含石膏砂巖、石膏層、天青石和鈣質(zhì)結(jié)核等（圖3）。在我國南方，以衡陽盆地始新統(tǒng)茶山坳組（E2c）為代表，巖性為棕色粉砂巖、泥巖，含硬石膏及鈣芒硝，厚150～300 m，沉積相分析為古鹽湖，是衡陽盆地曲流河及其三角洲的泄水區(qū)。在西北地區(qū)，位于寧夏回族自治區(qū)與內(nèi)蒙古自治區(qū)交界處的素海圖盆地，為賀蘭山山前坳陷帶上的殘留小盆地，在漸新統(tǒng)（E3）地層中有石膏層、含石膏砂巖、粉砂巖等層位。在石膏層 （或含石膏砂巖）下伏的泥巖、粉砂巖中發(fā)育鈾礦化，具有多量次生鈾礦物（圖4），20世紀(jì)80年代曾一度認(rèn)為是膏結(jié)巖（鈣結(jié)巖）型鈾礦，經(jīng)野外認(rèn)真觀察，鈾礦化明顯受周邊斷裂構(gòu)造控制。

圖2 巴彥烏拉BZK128線鉆孔沉積相分析圖 （據(jù)陳安平，聶逢君等，2009）Fig.2 Analytical map of drill hole sedimentary facies along exploration line No.BZK128 in Bayanwula area(After Chen Anping， Nie Fengjun， et al.， 2009)

以上劃分的3類含鈾礦碎屑建造，其沉積特征可概括有以下共性：

（1）陸相盆地沉積建造具有多旋回性和多韻律性

無論是形成于擠壓背景中的前陸盆地，還是形成于拉張背景中的斷陷盆地，盆地中的垂向升降運動是普遍存在的，因而沉積建造具有頻繁的旋回性（或稱韻律性）。反映在地層剖面中巖石組合有規(guī)律、周期性重復(fù)的現(xiàn)象，即多個粗-或細(xì)-粗-細(xì)的沉積層序反復(fù)互層。單個韻律常是下粗（心灘或邊灘沉積物）上細(xì)（泛濫平原或越岸沉積）。砂巖型鈾礦化常賦存于單個韻律的下部組分中。

（2）近源是陸相沉積區(qū)別于海相或海陸過渡相沉積最主要的標(biāo)志

近源是陸相沉積固有的沉積特征。近源意指盆地中陸源碎屑沉積物主要來自近蝕源區(qū)的花崗巖、火山巖或其他老地層。由于我國砂巖型鈾礦具有 “近源、淺成”的特點，因而，近蝕源區(qū)（或基底）的鈾礦條件（含活性鈾的浸出能力）極為重要，也是目前評價盆地鈾成礦前景的依據(jù)之一。無數(shù)實例都可證明這一論點（略）。

表1 衡陽盆地汪家沖礦床區(qū)域地層表 （綜合）Table 1 Regional stratigraphic scale of Wangjiacong deposit in Hengyang Basin （Comprehensive）

圖3 二連盆地腦木根礦床鈾礦化示意圖Fig.3 Uranium mineralization sketch of Naomugen deposit in Erlian Basin

（3）具有低成熟度的巖石類型

一般來說，中、新生代盆地中砂巖的成分成熟度及結(jié)構(gòu)成熟度都很低，尤其是中、小型斷陷盆地。如由一系列NE、NEE向小盆地組成盆地群的二連盆地、海拉爾盆地等。二連盆地砂巖中巖屑含量一般大于50%，最大可達70%。海拉爾盆地含礦主巖伊敏組（K1y）砂巖中巖屑含量可達60%～80%，巖屑成分主要是盆地周邊中酸性流紋巖、凝灰?guī)r和安山巖等。

（4）復(fù)雜變化的水動力條件和多樣性的層理類型、沉積構(gòu)造

含鈾碎屑物在搬運-沉積過程中，由于受古地形、古氣候及搬運介質(zhì)、水流強度等因素的控制，因而形成復(fù)雜變化的水動力條件、古地理景觀及多樣性的層理類型 （槽狀交錯層理、平行層理等），以及弱水動力條件下形成的水平層理、沙紋交錯層理。

表2 川北花臺寺礦床地層表 （據(jù)原核工業(yè)西南282大隊，1990）Table 2 Strata in Huataisi deposit in north of Sichuan Province（After the former Southwest Geological Party No.282， CNNC， 1990）

圖4 素海圖盆地60號點鈾礦化示意圖Fig.4 Uranium mineralization section of uranium occurrence No.60 in Suhaitu Basin

3 含鈾沉積建造研究意義

依據(jù)盆地演化及古氣候變遷研究所劃分和確立的我國3類含鈾礦沉積建造有著重要的研究意義和實用價值，有助于推進找礦工作部署及縮小盆地中找礦目的層的選擇，也是我國砂巖型鈾礦床基礎(chǔ)地質(zhì)理論的一個重要組成部分。

從我國地質(zhì)實際出發(fā)，在我國北方中新生代盆地中，尤其在大型盆地中，應(yīng)以尋找陸相暗色（灰色）含鈾沉積建造中鈾礦化為重點，時代以中下侏羅統(tǒng)、中侏羅統(tǒng)及下白堊統(tǒng)地層為主。目前此類建造中已在伊犁盆地、吐哈盆地、鄂爾多斯盆地和二連盆地中東部等都落實了砂巖型鈾礦床。

在我國南方（川北、華南），紅層盆地分布廣泛（時代K2、E1和E2）， 應(yīng)以尋找紅層中所夾的淺（灰）色砂體為主，要求紅層中所夾淺色（灰色）砂體具有一定的厚度（15～20 m），且穩(wěn)定性要好。

對于西北（含內(nèi)蒙古自治區(qū)）干旱氣候區(qū)，應(yīng)在研究紅色含膏鹽沉積建造的基礎(chǔ)上，積極探索鈣結(jié)巖（或膏結(jié)巖）型鈾礦床。根據(jù)國外經(jīng)驗（澳大利亞及納米比亞），應(yīng)加強近代氣候研究及地貌第四紀(jì)沉積學(xué)研究。

致謝：本文在構(gòu)思過程中獲得陳志勇高級工程師提供的清晰思路，在此深表謝意。

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The type，character and significance of uraniferrous formation in Meso-Cenozoic continental basin in China

CHEN Dai-sheng
（CNNC Key Laboratory of Uranium Resources Exploration and Evaluation Technology，Beijing Research Institute of Uranium Geology， Beijing 100029， China）

Uraniferrous formation in Meso-Cenozoic continental basin is divided into three types in this paper， continental grey coal bearing clastic rock formation， continental red （variegation） clastic rock formation and red continental gypsum bearing formation，and their features are summarized.The significances of the sedimentary formation in research and exploration are discussed for sandstone hosted uranium deposits.

Meso-Cenozoic continental basin； uraniferrous sedinetary formation； regional structural evolution；palaeoclimate change

P619.14；P584

A

1672-0636（2012）03-0135-07

10.3969/j.issn.1672-0636.2012.03.003

2012-03-26

陳戴生（1936—），男，浙江海鹽人，高級工程師（研究員級），長期從事我國中新生代盆地砂巖型鈾礦成礦規(guī)律研究。E-mail:Chends1936@126.com