開(kāi)魯坳陷寶龍山地區(qū)鈾礦化特征及控礦因素分析

蔡建芳， 聶逢君， 楊文達(dá)， 周文博， 于海亮， 李滿根

(1.核工業(yè)二四三大隊(duì)，內(nèi)蒙古 赤峰 024000;2.東華理工大學(xué)，江西 南昌 330013)

1 區(qū)域地質(zhì)背景

作為大型內(nèi)陸“斷-坳”雙層結(jié)構(gòu)的盆地，松遼盆地在多處發(fā)現(xiàn)了鈾異常，人們對(duì)該盆地寄予了找鈾礦的厚望，然而到目前為止，僅有西南部的開(kāi)魯坳陷有較大的突破。寶龍山鈾礦化地區(qū)位于松遼盆地西南部，大地構(gòu)造位置處于松遼盆地開(kāi)魯坳陷錢(qián)家店凹陷的東北部(圖1)。錢(qián)家店凹陷早白堊世為斷陷盆地，發(fā)育下白堊統(tǒng)九佛堂組、沙海組、阜新組暗色河湖相碎屑巖建造。晚白堊世為坳陷盆地，沉積了上白堊統(tǒng)青山口組、姚家組、嫩江組等河流相、湖相碎屑巖建造①夏毓亮，林錦榮，李子穎，等.2003.松遼盆地錢(qián)家店凹陷砂巖型鈾礦預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)和鈾成礦規(guī)律研究.核工業(yè)北京地質(zhì)研究院.。

長(zhǎng)期的砂巖型鈾礦勘查實(shí)踐表明，晚白堊世姚家組一套陸相河流相砂體控制著研究區(qū)的鈾礦化的發(fā)育(陳曉林等，2007;董文明等，2007)。

1.1 斷裂

研究區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造不僅控制著盆地的發(fā)生與發(fā)展，而且還控制著砂巖型鈾礦形成的水動(dòng)力條件的形成以及后期熱流體對(duì)鈾成礦的改造富集作用。根據(jù)前人研究的資料(殷敬紅等，2000;田時(shí)豐，2005;于文斌等，2008)，研究區(qū)主要發(fā)育 NE、NW及EW向三組斷裂，其中以NE向斷裂最發(fā)育，形成時(shí)間上EW向斷裂較早，NE向斷裂較晚，NW向斷裂形成時(shí)間最晚。NE向斷裂對(duì)該區(qū)中生代沉積起著明顯的控制作用。斷裂早期為錢(qián)家店斷陷盆地的控盆斷裂，控制著錢(qián)家店斷陷盆地的形成與發(fā)展。嫩江末期，控盆斷裂發(fā)生反轉(zhuǎn)作用，它一方面使盆地內(nèi)地層抬升，形成構(gòu)造剝蝕天窗;另一方面溝通斷陷地層中的還原流體運(yùn)移到坳陷地層中，使得坳陷地層中發(fā)育有一定規(guī)模的灰色砂體，為鈾成礦提供了良好的成礦環(huán)境。

1.2 地層

研究區(qū)基底為下白堊統(tǒng)義縣組火山碎屑巖、含礫泥巖或石炭—二疊系淺變質(zhì)巖、灰?guī)r組成，蓋層主要由下白堊統(tǒng)九佛堂組、沙海組、阜新組暗色河湖相碎屑巖建造和上白堊統(tǒng)姚家組河流相沉積的灰色、褐紅色砂巖夾泥巖及嫩江組濱淺湖相沉積的灰色泥巖組成(表1)。

圖1 研究區(qū)位置及構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig.1 Location of the Study area and interior tectonic units of the Basin

表1 開(kāi)魯坳陷寶龍山地區(qū)地層結(jié)構(gòu)表Table1 Stratigraphic structure of Baolongshan area in Kailu Sub-basin

研究區(qū)含礦層位為上白堊統(tǒng)姚家組下段。姚家組下段頂部為厚8～15 m的較穩(wěn)定的紫紅色泥巖;上部為含淺黃、褐黃色調(diào)的褐紅色砂巖，在褐黃色砂巖中常見(jiàn)有斑點(diǎn)狀、浸染狀褐鐵礦化;下部為灰色細(xì)砂巖、中砂巖和粗砂巖，為含礦主砂體，灰色砂巖中偶見(jiàn)有炭化植物碎屑及黃鐵礦;底部為褐黃色中粗砂巖、砂礫巖。姚家組下段砂體以辮狀河砂體為主，分布穩(wěn)定，連通性較好。

姚家組下段底板隔水層為下白堊統(tǒng)義縣組含礫泥巖或石炭—二疊系灰?guī)r、淺變質(zhì)巖，頂板隔水層為泛濫平原沉積的紫紅色泥巖，泥—砂—泥結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有利于形成層間氧化帶。

2 鈾礦化特征

研究區(qū)鈾礦化主要賦存于上白堊統(tǒng)姚家組下段灰色砂體中。平面上主要分布于氧化-還原過(guò)渡帶內(nèi)，鈾礦體長(zhǎng)0.8 ～2.4 km，寬 0.2 ～0.8 km，形態(tài)多呈長(zhǎng)條型不規(guī)則狀，受氧化帶前鋒線控制明顯，礦體走向與前鋒線走向基本一致。

鈾礦體垂向上賦存于姚家組下段上、下氧化帶之間的灰色砂體中，受上、下氧化帶控制(圖2)。鈾礦體產(chǎn)于上氧化帶的下部或下氧化帶的上部，多呈板狀、透鏡狀，厚一般2.10～6.00 m，最厚可達(dá)12 m，品位0.010 4% ～0.034%，埋深在 280 ～330 m之間。含礦巖性主要為灰色中細(xì)砂巖夾薄層泥巖，巖石疏松、滲透性好。

圖3為寶龍山地區(qū)ZK29-1鉆孔的巖性觀察與鈾礦化分析圖，從圖中可以看出，鈾礦化主要發(fā)育在姚下段的下部的270～282.0 m之間，含礦段巖性為辮狀河道心灘沉積的中粗-中細(xì)砂巖，膠結(jié)疏松，泥巖含量較低。姚下段上部為氧化帶發(fā)育地段，泥巖為紫紅色，砂巖為后生氧化的黃色、褐黃色等。巖石粒度粗、疏松、孔滲性好。姚上段為曲流河沉積，發(fā)育點(diǎn)壩、決口扇和洪泛平原，泥巖多為紫紅色，而砂巖保持了灰色、灰白色的還原色調(diào)，后生氧化作用不發(fā)育。

圖2 開(kāi)魯坳陷寶龍山地區(qū)地質(zhì)剖面圖Fig.2 Geological section of the Baolongshan area，Kailu sub-basin

利用α徑跡蝕刻法對(duì)該區(qū)礦石中鈾的分布狀態(tài)研究表明，鈾主要以分散吸附態(tài)和鈾礦物兩種形式存在(徐喆等，2010)。低品位礦石中鈾的存在形式主要為分散吸附狀，高品位礦石中主要以鈾礦物的形式存在。鈾礦物主要為鈾石，其次為瀝青鈾礦，少量含鈦的鈾礦物，鈾礦物與膠狀、團(tuán)塊狀和草莓狀黃鐵礦、鐵白云石、赤鐵礦等共生(吳仁貴等，2012)。

3 主要控礦因素

研究表明，開(kāi)魯坳陷寶龍山地區(qū)鈾礦化主要受斷裂、辮狀河相砂體、后生還原改造、后生氧化、熱流體改造等因素控制。

3.1 斷裂控制作用

開(kāi)魯坳陷為松遼盆地的一部分，也是“下斷-上坳”的典型斷－坳結(jié)構(gòu)，錢(qián)家店凹陷也不例外。寶龍山地區(qū)鈾礦化位于錢(qián)家店凹陷北部。該凹陷下部地層為斷陷期地層，埋藏較深，其泥巖已經(jīng)達(dá)到生烴條件，因此含有豐富的還原性流體;上部為坳陷期地層，上白堊統(tǒng)姚家組發(fā)育辮狀河相砂體，其粒度、膠結(jié)程度和孔滲性都有利于砂巖型鈾礦的成礦作用發(fā)生，它提供了很好的鈾成礦空間條件。錢(qián)家店凹陷的西緣斷裂(F1)及東緣斷裂(F2)既控制了姚家組沉積相帶的展布，同時(shí)又溝通了深部還原流體上升進(jìn)入到姚家組中，這些還原性流體可使氧化狀態(tài)下沉積的砂體產(chǎn)生還原而變成灰色，所以也控制著姚家組灰色砂體的分布范圍，對(duì)鈾礦化的形成起著決定性作用。

3.2 沉積相與砂體控制

砂體是形成地浸砂巖型鈾礦的前提條件。辮狀河相砂體不但能提供賦礦空間，而且因?yàn)槠浞哼B通性及滲透性較好，還非常有利于后期氧化作用的進(jìn)行，促進(jìn)鈾的富集成礦。本研究綜合了石油、煤炭及核工業(yè)等多個(gè)部門(mén)的鉆井資料，編制了開(kāi)魯坳陷上白堊統(tǒng)姚家期巖相及沉積相分布圖(圖4)。

從圖4中可知，南面庫(kù)倫-張強(qiáng)-康平以南為剝蝕區(qū)，西北角布嘎吐一代也是剝蝕區(qū)，其它均為沉積區(qū)。西北和西南區(qū)為沉積物的主要供給區(qū)，發(fā)育大量的沖積扇，見(jiàn)扇根、扇中和扇緣微相。開(kāi)魯坳陷中心部分，由舍伯吐-開(kāi)魯-八仙筒-芒漢-伊胡塔-雙遼所圍限的廣大區(qū)域?yàn)楹恿飨喑练e區(qū)，主要發(fā)育辮狀河的滯留、心灘、洪泛等沉積微相。錢(qián)家店和寶龍山礦床均分布在辮狀河沉積區(qū)。研究區(qū)的東北角為三角洲沉積區(qū)，推測(cè)在三角洲東北方向?yàn)楹粗行?，即區(qū)域匯水中心和沉積物最終聚集場(chǎng)所。姚家沉積期整個(gè)古地理面貌為西南高，東北低，沉積相的變化從西南向東北依次為沖積扇→辮狀河→三角洲。

圖3 寶龍山礦化區(qū)典型鉆孔ZK29-1剖面圖Fig.3 The drilling core and sedimentary facies analysis from a typical borehole ZK29-1

寶龍山地區(qū)姚家組辮狀河相發(fā)育，砂體分布受辮狀河道控制。富砂帶主要分布于錢(qián)家店凹陷中，總體呈北東向展布，長(zhǎng)80 km，寬10～18 km。帶內(nèi)含砂率一般大于60%，局部地段含砂率可達(dá)90%。

姚家組下段砂體由多個(gè)下粗上細(xì)的正粒序組成，巖性以褐紅色、褐黃色、灰色細(xì)砂巖和中砂巖為主，灰色砂巖中局部可見(jiàn)有少量硫化物以及植物莖桿或炭屑。單層砂體厚10～64.5 m，砂體累厚50～140 m，底板埋深一般小于350 m。砂體頂、底板隔水層穩(wěn)定，具備形成地浸砂巖型鈾礦的砂體條件。

寶龍山地區(qū)姚家組主要發(fā)育河流沉積體系，在垂向上呈現(xiàn)礫質(zhì)辮狀河相、砂質(zhì)辮狀河相和曲流河相多韻律結(jié)構(gòu)的相序列。姚家組下段以辮狀河相沉積為主，其頂部為一套泛濫平原沉積的紫紅色泥巖、泥質(zhì)粉砂巖;姚上段下部為辮狀河相中細(xì)砂巖，上部為曲流河相沉的厚層泥巖夾薄層細(xì)砂巖。

3.3 后生改造作用

姚家組是干旱氣候條件下的一套紅層沉積，原生地球化學(xué)環(huán)境主要為原生氧化型，為紅色沉積(俞凱等，2002)。嫩江末期構(gòu)造反轉(zhuǎn)作用使深部斷陷地層中的還原性流體沿?cái)嗔焉仙M(jìn)入到姚家組砂體中，對(duì)姚家組原生紅色砂體進(jìn)行還原改造形成灰色砂體。后生還原改造形成的灰色砂體直接受富含還原流體的斷陷地層以及反轉(zhuǎn)斷裂的控制，在斷陷地層上部及反轉(zhuǎn)斷裂附近灰色砂體厚度較大，遠(yuǎn)離反轉(zhuǎn)斷裂灰色砂體厚度逐漸變小。

區(qū)內(nèi)姚家組灰色砂體主要分布于錢(qián)家店凹陷角干—寶龍山一帶，灰色砂體厚10～80 m。F2斷裂(錢(qián)家店斷陷東緣斷裂)往東灰色砂體厚度逐漸變小;F2斷裂以西(往錢(qián)家店斷陷中部)灰色砂體厚度逐漸增大，最厚可達(dá)80余米?；疑绑w厚度與下伏地層還原性流體的富含程度及斷裂溝通程度關(guān)系密切，在還原性流體豐富及斷裂較發(fā)育地段灰色砂體厚度較大，遠(yuǎn)離斷陷層系灰色砂體厚度變小。

圖4 開(kāi)魯坳陷姚家組巖相-沉積相分布圖Fig.4 Lithological and sedimentary facies for the Yaojian Fm，Kailu Basin

后生還原改造使姚家組砂體中含有充足的還原劑，為形成氧化-還原過(guò)渡帶提供了良好的地化環(huán)境。

3.4 后生氧化作用

寶龍山地區(qū)姚家組下段后生氧化作用發(fā)育，氧化作用受架瑪吐凸起和及烏蘭花凸起控制，含鈾含氧水由架瑪吐凸起和烏蘭花凸起補(bǔ)給，分別從南東、北西方向往錢(qián)家店凹陷徑流，在角干—寶龍山—蘇尼吐一帶形成氧化還原過(guò)渡帶(圖5)。氧化-還原過(guò)渡帶總體呈北東向展布，長(zhǎng)約65 km，寬3～6 km。

該區(qū)姚下段的層間氧化在垂向上可分為上氧化帶和下氧化帶。上氧化帶一般沿姚家組下段頂部紅色泥巖隔水層之下發(fā)育，褐鐵礦化呈條帶狀、團(tuán)塊狀、斑點(diǎn)狀、浸染狀斷續(xù)分布。氧化砂體主要為磚紅色、褐黃色中砂巖，厚60～80 m。上氧化帶頂板埋深220～230 m，底板埋深280～310 m;下氧化帶主要發(fā)育于姚家組下段底部，厚度比上氧化帶小，氧化作用均勻。巖性主要為褐黃色中粗砂巖，厚5～20 m。下氧化帶頂板埋深320～330 m，底板埋深340～350 m。

3.5 熱流體改造作用

區(qū)內(nèi)熱流體作用主要表現(xiàn)為新近系輝綠巖脈侵入到目的層姚家組中，輝綠巖脈總體呈北東向展布，受F2斷裂控制明顯。

圖5 姚家組下段后生氧化作用示意圖Fig.5 Epigenetic oxidization of the Lower Yaojia Fm

熱流體蝕變作用普遍且蝕變類型多樣，常見(jiàn)赤鐵礦化、水云母、絹云母化、黃鐵礦化、碳酸鹽化(形成方解石和鐵白云石)等，顯示以中低溫?zé)崃黧w作用為特征。鈾礦化與熱流體蝕變共生，鈾礦物種類以鈾石為主，其次有瀝青鈾礦，顯示鈾礦物主要為熱流體成因。鈾礦物的形成呈現(xiàn)多期次與熱流體交替沉積的特點(diǎn)，顯示鈾成礦具有脈動(dòng)性特點(diǎn)(吳仁貴等，2012)。

輝綠巖脈的侵入，一方面使盆地沉積地層具有較高的熱異常和地溫梯度，使得地層中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)入成熟演化階段;另一方面輝綠巖帶入的大量的地幔成礦物質(zhì)上涌進(jìn)入姚家組地層中，與烴類等有機(jī)流體形成熱流體，熱流體進(jìn)入到姚家組地層中，對(duì)地表含鈾含氧流體形成的氧化還原成礦作用進(jìn)行再一次疊加改造，使鈾礦化在原來(lái)基礎(chǔ)上疊加、再富集。

4 結(jié)論

寶龍山地區(qū)鈾成礦主要受斷裂構(gòu)造、沉積相與砂體、后生還原改造、后生氧化、熱流體改造等因素控制。構(gòu)造格架控制著姚家組相帶的展布及還原作用范圍;辮狀河相砂體提供了賦礦空間;后生還原改造使姚家組中含有豐富的還原劑，為形成氧化-還原障提供了有利的地化環(huán)境;后生氧化作用促使鈾在氧化-還原過(guò)渡帶富集形成鈾礦體;熱流體改造作用使鈾進(jìn)一步活化、富集，形成更大規(guī)模的鈾礦體。

鈾礦化主要分布于氧化-還原過(guò)渡帶內(nèi)，受錢(qián)家店斷陷控盆斷裂(F1、F2斷裂)控制明顯，多分布控盆斷裂兩側(cè)。因此，斷陷盆地控盆斷裂兩側(cè)與氧化-還原過(guò)渡帶重合部位是鈾成礦有利地段，是今后找礦重點(diǎn)地段。

陳曉林，向偉東，李田港，等.2007.松遼盆地錢(qián)家店鈾礦床含礦層位的巖相特征及其與鈾成礦的關(guān)系[J].鈾礦地質(zhì)，23(6):335-341.

董文明，林錦榮，夏毓亮，等.2007.松遼盆地西南部上白至統(tǒng)層序地層特征與砂巖型鈾成礦作用[J].世界核地質(zhì)科學(xué)，24(3):125-135.

田時(shí)豐.2005.松遼盆地錢(qián)家店凹陷鈾成礦條件分析[J].特種油氣藏，12(5):26-34.

吳仁貴，徐喆，宮文杰，等.2012.松遼盆地白興吐鈾礦床成因討論[J].鈾礦地質(zhì)，28(3):142-147.

徐喆，吳仁貴，蔡建芳，等.2010.α徑跡蝕刻方法在砂巖型鈾礦研究中的應(yīng)用——以通遼地區(qū)砂巖鈾礦為例[J].東華理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，33(1):9-14.

殷敬紅，張輝，昝國(guó)軍，等.2000.內(nèi)蒙古東部開(kāi)魯盆地錢(qián)家店凹陷鈾礦成藏沉積因素分析[J].古地理學(xué)報(bào)，2(4):76-83.

俞凱，侯斌.2002.松遼盆地南部斷陷層系石油天然氣地質(zhì)[M].北京:石油工業(yè)出版社.

于文斌，董清水，周連永，等.2008.松遼盆地南部斷裂反轉(zhuǎn)構(gòu)造對(duì)砂巖型鈾礦成礦的作用[J].鈾礦地質(zhì)，24(4):195-200.