柴達木盆地北緣地區(qū)砂巖型鈾礦成礦條件與成礦潛力

權志高，宋 哲，傅成銘，劉 林，李 衛(wèi)，宋憲生，馮 偉

（核工業(yè)203研究所，陜西 咸陽712000）

柴達木盆地北緣地區(qū) （以下簡稱柴北緣）是我國重要的多金屬及多種能源礦產成礦帶，有色礦產資源有金礦、鉛鋅礦、鎢礦、錫礦等，以鉛鋅礦為主[1]；煤炭資源主要分布在柴北緣魚卡、大煤溝及馬泉地區(qū)；石油、天然氣田主要分布在柴北緣西部的冷湖、花土溝地區(qū)。前人對這些礦產資源及其成礦條件做了大量的研究，積累了豐富的成果資料。

自20世紀50年代中期起，核工業(yè)地質系統(tǒng)在柴北緣及周邊進行了鈾礦地質勘查、揭露評價以及專題調研工作，先后發(fā)現(xiàn)了一批鈾礦點、礦化點及異常點 （帶）等。如柴北緣的冷湖石地26、北大灘、綠草山等砂巖型鈾礦點、礦化點和五彩山301、路樂河123等煤巖型鈾礦點。20世紀90年代末期以來，區(qū)內開展了可地浸砂巖型鈾礦的調研和找礦工作[2－5]，獲得了一批有價值的找礦信息和成果。基于這些資料，本文旨在通過對區(qū)內可地浸砂巖型鈾礦成礦條件和構造地質背景的分析，對其成礦潛力和找礦前景做出評價。

1 區(qū)域地質構造背景

柴達木盆地是在元古宙海槽基礎上經晉寧運動克拉通化，晚古生代海西運動加積增生后發(fā)展起來的大型中、新生代壓扭性盆地。在大地構造位置上，它屬于柴達木準地臺的一部分。

戴俊生等 （2003）根據盆地基底性質，地層起伏、展布狀況和構造變形強度，斷裂和山脈的分割性等因素，將盆地劃分為4個一級構造單元、21個二級構造單元 （圖1）[6]。本次鈾資源分析評價工作范圍位于北部塊斷帶和德令哈坳陷，并著重于柴北緣塊斷帶的北側部分。其北側以賽什騰山北－達肯大坂－宗務隆山山前斷裂為界，與南祁連褶皺系相連；西以阿爾金山走滑斷裂為界與塔里木盆地緊鄰；東以鄂拉山走滑斷裂為界與西秦嶺造山帶相鄰；南以冷湖－陵間－埃南斷裂 （或稱柴北緣斷裂）與芒崖和三湖坳陷帶分隔。

圖1 柴達木盆地構造分區(qū)略圖 （據戴俊生，2003）Fig.1 Sketch map showing the structure units in Qaidam basin

柴北緣盆地基底由元古界、古生界所組成。下元古界 （Pt1）金水口群為一套以麻粒巖相為主的深變質巖；中元古界 （Pt2）小廟群為一套綠片巖及麻粒巖相變質巖，冰溝群為一套碳酸鹽巖和中基性火山巖為主的變質巖；上元古界下段 （Pt13）丘吉東溝群為一套低綠片巖相變質巖為主的類復理石建造，上元古界上段 （Pt23）全吉群為一套淺海相碳酸鹽巖為主的變質巖。古生界寒武系（C～）為一套以淺海相碳酸鹽巖為主的淺變質巖；奧陶－志留系 （O－S）為一套以淺海相碳酸鹽巖和中基性火山巖為主的古洋殼沉積－火山巖系；上泥盆統(tǒng) （D3）為典型的陸相雜色碎屑巖夾中酸性火山巖；石炭－二疊系 （C－P）為海陸過渡相沉積巖石。

柴北緣盆地蓋層發(fā)育較為齊全，自下而上為侏羅系、白堊系、古近系、新近系和第四系。

侏羅系在區(qū)內發(fā)育比較齊全。下侏羅統(tǒng)小煤溝組、中侏羅統(tǒng)大煤溝組、石門溝組均為一套溫濕氣候條件下沉積的含煤碎屑巖建造，巖性主要為灰色中、細粒砂巖、粉砂巖和泥巖，少量為粗砂巖和含礫砂巖，厚幾百至上千米；平均鈾含量3.65×10－6、釷含量12.27×10－6，Th／U 值為3.29，為層間氧化帶砂巖型鈾礦含礦建造和找礦目的層。上侏羅統(tǒng)采石嶺組、紅水溝組[7－8]，為一套干旱氣候條件下形成的紅色、雜色碎屑巖系，巖性主要為紅色或雜色泥巖、泥質粉砂巖夾不同粒級的砂巖。

白堊系僅在局部見到下白堊統(tǒng)，為一套陸相紅色碎屑巖系，巖性主要為灰白色、棕黃色、淺紫紅色砂礫巖夾綠灰色泥巖，厚853～1173m。

古近系、新近系發(fā)育齊全，連續(xù)沉積總厚度近萬米，由古新統(tǒng)路樂河組、始新統(tǒng)下干柴溝組、漸新統(tǒng)上干柴溝組、中新統(tǒng)下油砂山組和上新統(tǒng)上油砂山組、獅子溝組構成，主要為一套陸相雜色碎屑巖建造，目前尚未發(fā)現(xiàn)有意義的鈾礦化。

第四系為一套沖、洪積相砂、礫沉積。

2 找礦目的層概況

2.1 沉積體系與沉積相

柴北緣地區(qū)砂巖型鈾礦主要找礦目的層中－下侏羅統(tǒng)主要為河流－三角洲－湖泊沉積體系。根據各類巖相在垂向上的組合關系及在平面上的分布，可識別出沖積扇、辮狀河、曲流河、辮狀河三角洲、曲流河三角洲和湖泊等6種沉積體系、18種沉積相和多種沉積類型[9－12]。

柴北緣賽南－魚卡－大煤溝－歐南－埃南地區(qū)以中、上侏羅統(tǒng)為主，下侏羅統(tǒng)僅在大煤溝、大頭羊和埃南地區(qū)發(fā)育。下侏羅統(tǒng)小煤溝組以辮狀河三角洲和沖積扇體系為主，其次為曲流河三角洲體系；中侏羅統(tǒng)大煤溝組以曲流河三角洲沉積體系為主，其次為辮狀河體系；中侏羅統(tǒng)石門溝組以湖泊沉積體系為主，其次為曲流河三角洲沉積體系。區(qū)內找礦目的層巖性類型豐富，從礫巖、含礫砂巖到細砂巖、粉砂巖和黏土巖均有分布。

中－下侏羅統(tǒng)沉積巖相圖 （圖2）顯示，柴北緣地區(qū)巖相發(fā)育較完全，主要有辮狀河三角洲相、河流沼澤相、濱淺湖相和半深湖相等，在德令哈坳陷中部以半深湖相為主，向西斷續(xù)延伸經歐南、大煤溝南、小柴旦至大柴旦北西一帶。濱淺湖相的分布范圍與其大致相當，在魚卡地區(qū)為獨立圈閉的東西向條帶。河流沼澤相主要分布于柴北緣的北部及東西兩端，辮狀河三角洲相在賽什騰山南連續(xù)分布，在達肯達坂山－宗務隆山及牦牛山一帶呈團塊狀分布。其中，賽什騰山南地區(qū)以辮狀河三角洲－河流沼澤相為主；魚卡地區(qū)以辮狀河三角洲相、河流沼澤相、濱淺湖相為主；綠草山－大煤溝地區(qū)主要發(fā)育辮狀河三角洲相、河流沼澤相、濱淺湖相和半深湖相；北大灘地區(qū)主要發(fā)育辮狀河三角洲相、河流沼澤相及濱淺湖相；德令哈北地區(qū)發(fā)育辮狀河三角洲相、河流沼澤相和濱淺湖相。

圖2 柴達木盆地北緣中－下侏羅統(tǒng)沉積相圖Fig.2 Sedimentary facies of middle－lower Jurassic in northern margin of Qaidam basin

以上巖相分布特征，反映出賽什騰、魚卡、綠草山－大煤溝、北大灘和德令哈北地區(qū)有可能發(fā)育有利于砂巖型鈾礦形成的砂體，是找礦的有利地區(qū)。

2.2 巖石地球化學特征

2.2.1 巖石U、Th及有機碳、CO2、∑S含量特征

柴北緣地區(qū)找礦目的層中下侏羅統(tǒng)巖石的U、Th含量分析結果顯示 （表1），其U、Th含量及Th／U值與巖石的碎屑粒度有關。一般情況下，粒度越細U、Th含量及Th／U值越高，粒度越粗，U、Th含量及Th／U值越低。由泥巖→粉砂巖→細砂巖→中砂巖→粗砂巖→礫巖，平均U含量依次為4.94×10－6、4.69×10－6、3.79×10－6、3.30×10－6、3.07×10－6、2.14×10－6；平均Th含量 依 次 為 19.54 ×10－6、18.33× 10－6、10.95×10－6、9.20×10－6、7.75×10－6、7.89×10－6；Th／U 值依次為3.96、3.91、2.89、2.79、2.52、3.68。這可能反映了相當一部分鈾為吸附賦存狀態(tài)，細粒巖石由于比表面積較大，因而具有較高的U含量。巖石的有機碳、CO2、∑S的分析結果 （表1）表明：有機碳含量與巖石碎屑的粒度成反比，即粒度越細，含量越高，粒度越粗，則含量越低。這可能與巖石沉積的巖相古地理條件有關。巖石的CO2、∑S含量與碎屑粒度大小關系不大，反映這兩者主要為后生地質作用的產物，在后期地質作用過程中活動性較強。

表1 柴北緣地區(qū)中侏羅統(tǒng)U、Th、CO2、∑S及有機碳含量分析結果Table 1 Analytic results of U，Th，CO2，∑S and organic carbon of middle Jurassic rocks in northern margin of Qaidam basin

2.2.2 找礦目的層巖石原生地球化學類型

巖石原生地球化學類型是中新生代盆地砂巖型鈾礦成礦潛力評價的重要指標，目前國內外在中新生代盆地中發(fā)現(xiàn)的砂巖型鈾礦床均形成于黑色、灰色原生地球化學類型巖石中，在紅色、雜色原生地球化學類型巖石中幾乎未發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)意義的砂巖型鈾礦床。柴北緣地區(qū)找礦目的層中下侏羅統(tǒng)，原生灰色巖石有機碳含量變化范圍為0.13%～0.16%，加權平均值為0.15%；Fe3＋／Fe2＋值變化范圍為0.51～7.66，加權平均值為0.74。對比前蘇聯(lián)學者的原生巖石地球化學類型劃分方案[13]，區(qū)內找礦目的層中－下侏羅統(tǒng)巖石應屬灰色原生地球化學類型，有利于砂巖型鈾礦的形成。

3 水文地質條件

柴北緣具有較典型的滲入型承壓自流水盆地特征，北部祁連山冰雪融水、山區(qū)暴雨形成的洪流、山前出露的泉水及基巖裂隙水是盆地地下水補給源；盆內零星分布的湖泊、沼澤、濕地是主要排泄區(qū)；山前戈壁帶 （無湖沼、濕地）的廣大地區(qū)是地下水徑流區(qū)。該區(qū)地下水的補排高差較大，水動力條件比較好。此外，局部排泄窗的存在，改變了地下水的流動速度和方向，有利于形成較大規(guī)模的層間氧化帶。北緣的祁連褶皺系是盆地地下水的主要補給區(qū)，單泉流量為0.5～10.0L／s以上，礦化度＜1g／L；水化學成分測試表明其為HCO3型水。

侏羅系含水層的孔隙度為10%～17%，滲透系數為0.5～2.7m／d，礦化度12～62g／L，水化學類型屬Cl·HCO3－Na或Cl·SO4－Na·Mg型水。由西至東以馬海、大柴旦、小柴旦、托索湖等為排泄源，在其附近地下水埋深1～1.5m，單泉涌水量均小于0.01L／s，礦化度為100～300g／L，高者達600g／L；水化學成分屬Cl－Na或Cl－Mg型水。在含鈾礦化點較集中的綠草山地區(qū)，元古界富鈾混合巖、片麻巖為地下水補給區(qū)。流經侏羅系后，該帶地下水中氧含量為2.5～9.0mg／L，Eh值為146～216mV，游離CO2一般為2.2～8.4mg／L，化學耗氧量中等，還原劑增加，水中鐵以Fe3＋為主，并遷移形成地表鐵帽和褐色沉積帶。在柴北緣地區(qū)，賽什騰山、達肯達坂山、宗務隆山及歐龍布魯克山－牦牛山、綠梁山－錫鐵山－埃姆尼克山山前構造斜坡帶，地下水補－徑－排系統(tǒng)發(fā)育較完善，有利于發(fā)育層間氧化帶。

4 層間氧化帶特征

柴北緣地區(qū)層間氧化帶主要發(fā)育在冷湖、賽什騰、魚卡、北大灘、德令哈北等地區(qū)的中侏羅統(tǒng)大煤溝組、石門溝組中。層間氧化帶巖石以淺黃色、黃色、淺褐黃色和褐黃色為主，其次為玫瑰紅色、褐紅色。層間氧化帶埋深15.80～375m，平均160.50m。在北大灘地區(qū)層間氧化帶埋藏較淺，埋藏深度小于100m；在魚卡、冷湖地區(qū)埋深較大，埋藏深度大于200m。這兩地的層間氧比帶發(fā)育深度差異較大，主要與所處部位新構造作用的影響程度有關。層間氧化帶厚度為1.2～98.50m，平均13.60m，變化范圍較大，主要受砂體厚度及巖石自身的滲透性所控制。層間氧化帶具有多層性的特點，為1～13層。在剖面上，層間氧化帶的形狀主要顯示為板狀，多層的層間氧化帶則呈疊瓦狀；平面上，層間氧化帶前鋒線呈蛇曲狀、港灣狀。

根據巖石的顏色和礦物成分變化 （低價鐵礦物的轉變），炭屑、有機質含量及Fe3＋／Fe2＋等地化參數的分析對比，層間氧化帶大致可劃分為氧化帶、氧化－還原過渡帶和原生巖石帶。氧化帶巖石主要呈深淺不一的黃色、褐黃色、褐紅色，上下兩翼可見灰白色，巖石中的低價鐵礦物 （黃鐵礦、菱鐵礦）全部或部分氧化成褐鐵礦，并渲染了巖石中的碎屑和膠結物，沿著孔隙、裂隙發(fā)育；黑云母呈褐色團塊或消失；巖石中較少見到炭屑，有機碳含量為0.01%～0.11%，平均為0.05%；Fe3＋／Fe2＋值為0.44～12.85，平均為3.71，變化范圍較大，反映了氧化作用的不均勻性；∑S為0.02%～0.12%，平均為0.05%。氧化－還原過渡帶位于層間氧化帶的前端及兩翼，巖石多呈深灰色、灰色、灰白色，局部含褐黃色斑點，黏土化較為發(fā)育（主要為高嶺石化，其次為伊利石化），呈松散狀，多見粉末狀黃鐵礦和炭質碎屑；巖石中鈾含量為0.01%～0.491%，鈾可能呈吸附態(tài)存在，有機碳含量為0.12%～1.03%，平均0.43%，明顯高于氧化帶；Fe3＋／Fe2＋值為0.48～4.34，平均為2.00；∑S為0.12%～0.25%，平均0.17%。原生巖石帶由灰色、深灰色、灰白色砂巖、含礫砂巖等組成，巖石中黃鐵礦、炭屑、菱鐵礦、黑云母未發(fā)生明顯變化，僅見長石、黑云母有輕微的水解現(xiàn)象，其有機碳含量為0.03%～2.63%，平均為0.37%；Fe3＋／Fe2＋值為0.75～9.12，平均為3.03；∑S為0.05%～2.34%，平均為0.40%。

5 鈾礦化基本特征

柴北緣地區(qū)由于工作程度較低，以及新生代構造改造作用強烈等原因，目前還沒有發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)價值的砂巖型鈾礦床，僅見一些鈾礦點、礦化點。這些礦點、礦化點按含礦主巖不同，總體上可以劃分為砂 （礫）巖型、含鈾煤型兩種亞類型。

砂巖型鈾礦化主要分布在柴北緣的中－下侏羅統(tǒng)陸源碎屑巖建造中，嚴格受層位、巖性、巖相所控制。如產于中下侏羅統(tǒng)的石地26、北大灘102、路樂河203－2、綠草山303、304、8等鈾礦 （化）點。含鈾煤型主要分布在柴北緣西段，礦化層位為中－下侏羅統(tǒng)炭質頁巖及劣質煤層，礦化多呈似層狀、透鏡狀及不規(guī)則的團塊狀，異常地段黃鐵礦、褐鐵礦含量較多，鈾多呈吸附狀態(tài)存在。代表性的礦點有五彩山301、綠草山301、路樂河123和旺尕秀等。

砂巖型鈾礦化與層間氧化帶發(fā)育存在直接的成因關系，故將其劃歸為層間氧化帶砂巖型鈾礦化。在冷湖、魚卡、德令哈北、北大灘等地區(qū)均發(fā)現(xiàn)了發(fā)育良好的層間氧化帶和鈾礦化體。如北大灘地區(qū)的ZKB2－2號孔，鈾礦化位于層間氧化帶前峰線，礦化巖石為淺灰色 （夾褐黃色）細砂巖、褐黃色粗砂巖，最高品位達0.0828%，平均品位為0.015%，見礦厚度3.20m，平米鈾含量1.04kg／m2。

6 鈾成礦潛力評價

前已述及，柴北緣地區(qū)中新生代盆地鈾礦找礦目的層為中－下侏羅統(tǒng)含煤碎屑巖系。區(qū)內具有有利的地質構造演化背景，發(fā)育構造斜坡帶，目的層的巖性巖相、鈾源、地下水水文地質條件等均有利于層間氧化帶發(fā)育，具備形成層間氧化帶砂巖型鈾礦的基本地質條件。上侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)及古近系、新近系均為紅色或雜色碎屑巖系，目前尚未發(fā)現(xiàn)有工業(yè)意義的鈾礦化，基本不具有找礦潛力。

通過對區(qū)內不同地段地質條件的綜合對比分析，筆者初步篩選出冷湖、魚卡東、北大灘、綠草山南等4片地區(qū)作為層間氧化帶砂巖型鈾礦找礦遠景區(qū)。

冷湖地區(qū)找礦目的層為下侏羅統(tǒng)小煤溝組含煤碎屑巖系，目前已在該層位發(fā)現(xiàn)工業(yè)鈾礦化孔1個及數個礦化異常孔，其礦化類型為層間氧化帶砂巖型。魚卡東、北大灘地區(qū)的含礦層位和找礦目的層為中侏羅統(tǒng)石門溝組含煤碎屑巖系，目前已在魚卡東發(fā)現(xiàn)工業(yè)鈾礦化孔1個，礦化異常孔5個；在北大灘發(fā)現(xiàn)工業(yè)鈾礦化孔1個，礦化異?？?個。這兩地的礦化類型均為層間氧化帶砂巖型。綠草山地區(qū)找礦目的層為中侏羅統(tǒng)大煤溝組含煤碎屑巖系，地表工作已發(fā)現(xiàn)砂巖型鈾礦化異常帶3處，斷續(xù)延伸10余公里。上述地區(qū)通過進一步工作，均有望落實中、小型鈾礦床。

此外，柴北緣地區(qū)也是青海省重要的煤資源分布區(qū)，中小型煤礦眾多，在煤層中已發(fā)現(xiàn)多處鈾礦點和異常帶，主要有五彩山、旺尕秀、結綠素等。這些地區(qū)工作程度低，通過進一步工作，有望發(fā)現(xiàn)煤巖型鈾礦床。

柴北緣地區(qū)鈾成礦、找礦的主要不利因素為：新構造活動劇烈，斷裂構造發(fā)育、變形作用強烈，地層產狀普遍較陡，對地浸砂巖型鈾礦床的形成不利；由于逆沖推覆構造作用造成盆緣強烈隆升，在盆內堆積了較厚的第四系沉積物，使得找礦目的層中侏羅統(tǒng)在盆內普遍埋深較大。

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