巴音戈壁盆地塔木素鈾礦床成礦作用新認(rèn)識(shí)：熱水白云石化-滲出疊加-滲入改造模式

劉武生，李偉濤，楊喆，紀(jì)宏偉，張文東，邱林飛，張梓楠，李怡娟

（核工業(yè)北京地質(zhì)研究院 中核集團(tuán)鈾資源勘查與評(píng)價(jià)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029）

塔木素鈾礦床產(chǎn)于內(nèi)蒙古巴音戈壁盆地因格井凹陷，是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的大型鈾礦床，產(chǎn)出于下白堊統(tǒng)巴音戈壁組上段。它具有品位高、礦化層位多、礦體連續(xù)性差、礦石巖性多樣、礦石致密等特點(diǎn)，顯示其獨(dú)特的復(fù)雜性。有關(guān)其成因機(jī)制受到鈾礦地質(zhì)工作者廣泛關(guān)注，并提出了多種成因觀點(diǎn)，如鈾礦化具有沉積成巖及后期層間氧化疊加改造雙重成因［1-2］；礦床的形成是層間氧化作用、地層結(jié)構(gòu)、有機(jī)質(zhì)和還原流（氣）體等多因素耦合的結(jié)果［3］；塔木素鈾礦床是沉積-早成巖、早期氧化作用、熱改造和晚期氧化作用的產(chǎn)物［4-6］；礦床成因?yàn)樵缙谠练e-層間氧化疊加熱液改造［7-8］，總體上認(rèn)為塔木素鈾礦床成因是沉積成巖疊加了層間氧化成礦作用和熱改造作用，并以層間氧化作用為主體，但上述觀點(diǎn)難以解釋本礦床多層性、連續(xù)性差、高品位等礦化特征，也未體現(xiàn)斷裂構(gòu)造的控礦性。本文通過(guò)塔木素鈾礦床產(chǎn)出的礦床特征、礦石礦物特征、成礦流體及同位素年代學(xué)等的深入研究，系統(tǒng)闡述了塔木素鈾礦化過(guò)程中成礦物質(zhì)來(lái)源、鈾遷移形式及沉淀機(jī)制，重建了礦床的成礦模式，提練了控礦要素，以指導(dǎo)礦床外圍和深部擴(kuò)大，盆地內(nèi)類似地段砂巖型鈾礦的找礦突破。

1 成礦地質(zhì)背景

大地構(gòu)造位置：塔木素鈾床位于巴音戈壁盆地蘇亥圖坳陷北部的因格井凹陷東段北緣。因格井凹陷北緣為宗乃山-沙拉扎山隆起，南緣為巴彥諾爾公隆起，均受區(qū)域深大斷裂控制，南緣為巴丹吉林?jǐn)嗔?，北緣為宗乃?沙拉扎山南緣斷裂。

構(gòu)造演化特征：早白堊世以來(lái)，塔木素地區(qū)經(jīng)歷了強(qiáng)烈斷陷階段（135～97 Ma）—坳陷階段（95～65 Ma）—快速隆升階段（65～28 Ma）—差異升降階段（28～0 Ma）構(gòu)造演化過(guò)程［9］，進(jìn)而控制著鈾成礦作用類型。

生排烴史：銀根組和蘇紅圖組埋深普遍小于1 500 m，沒(méi)有進(jìn)入排烴門限，幾乎沒(méi)有烴類排出；巴音戈壁組暗色泥巖厚度大（＞300 m），有機(jī)質(zhì)類型主體以腐殖-腐泥或腐泥-腐殖型為主，烴源巖鏡質(zhì)體反射率（Ro）在0.8%～1.8%之間，至巴音戈壁組底部，Ro 基本都在1.0%以上，有機(jī)質(zhì)成熟度處于成熟生油-熱裂解生濕氣階段，為銀額盆地主要烴源巖排烴層。巴音戈壁組上段烴源巖在100～105 Ma 時(shí)Ro 達(dá)到0.5%，開(kāi)始進(jìn)入生烴門限；90 Ma 進(jìn)入中成熟階段；80 Ma 開(kāi)始進(jìn)入高成熟階段［10-11］。

烴源巖排烴特征：因格井凹陷深部發(fā)育厚大暗色泥巖，但由于埋深較淺（＜1 500 m），排烴量少，附近的烏力吉凹陷和托萊凹陷深部發(fā)育烴源巖，且有深部還原性流體通過(guò)F2、F3斷裂和角度不整合面運(yùn)移至礦區(qū)，使礦區(qū)地表重?zé)N平均含量達(dá)11.5 μL/kg，為正常背景值的2.5倍，具較強(qiáng)重?zé)N異常顯示［4］。

地層特征：礦區(qū)出露的沉積蓋層主要有中下侏羅統(tǒng)、下白堊統(tǒng)巴音戈壁組下段、下白堊統(tǒng)巴音戈壁組上段、上白堊統(tǒng)烏蘭蘇海組及新近系。其中，巴音戈壁組上段（K1b2）主要出露于塔木素的西南部，為濕熱-干旱古氣候環(huán)境下沉積的一套三角洲沉積體系，平均鈾含量達(dá)11.9×10-6，是本區(qū)鈾礦找礦的主要目的層［3］。

巖漿活動(dòng)：區(qū)域上玄武巖噴發(fā)事件發(fā)育兩期，第一期是巴音戈壁早期（132～128 Ma），第二期是巴音戈壁晚期－蘇紅圖早期（113～107 Ma）［12］。

2 礦床地質(zhì)特征

2.1 構(gòu)造特征

礦區(qū)發(fā)育有3 條構(gòu)造：F1、F2、F3，呈北東向展布（圖1a）。其中，F(xiàn)1斷裂相當(dāng)于區(qū)域上的烏蘭鐵布科斷裂，傾向北西，傾角為70°～85°，表現(xiàn)為逆沖斷層特點(diǎn)（圖1b）；F2距F1斷裂1～3.5 km，傾向北西，傾角為70°～87°，表現(xiàn)為逆斷層特點(diǎn)；F3斷裂傾向南東，傾角為57°～73°，表現(xiàn)為正斷層特點(diǎn)。礦區(qū)下白堊統(tǒng)巴音戈壁組下段底板埋深在陶勒蓋西南部，最深達(dá)1 200 m 以上，東部最大埋深900 m 以上，為一北東向展布的寬緩向斜，軸向北東東，傾角在10°～20°之間［4］（圖1）。3 條斷裂延伸均在40 km 以上，北東向斷裂形成于燕山期，在喜山期仍有活動(dòng)。上述向斜構(gòu)造和斷裂構(gòu)造有利于后期滲入和滲出成礦流體的改造作用。

2.2 建造特征

塔木素鈾礦床含礦層下白堊統(tǒng)巴音戈壁組上段為扇三角洲沉積體系。其中，扇三角洲平原亞相分布于盆緣一帶，巖性以磚紅色、黃色、褐色礫巖、砂礫巖、砂巖為主，夾粉砂巖和泥巖，平原亞相接近前緣亞相地帶，地層泥-砂-泥結(jié)構(gòu)良好，扇三角洲前緣亞相砂泥互層現(xiàn)象更為明顯，礫巖、砂礫巖逐漸被砂巖所替代，砂體相對(duì)平原亞相逐漸變薄而細(xì)碎屑巖厚度逐漸增加；前扇三角洲亞相和湖相難以區(qū)分，均以細(xì)碎屑巖沉積為主，時(shí)夾薄層砂巖，巖性為灰、灰黑色泥巖、頁(yè)巖、油頁(yè)巖、泥灰?guī)r、粉砂巖、灰?guī)r夾砂巖和石膏薄層，見(jiàn)有化石碎片，水平層理發(fā)育。因此，扇三角洲平原亞相和前緣亞相是區(qū)內(nèi)尋找砂巖型鈾礦的有利相帶［3］（圖2）。下白堊統(tǒng)巴音戈壁組上段揭露見(jiàn)有3 層良好的找礦砂體，單層砂體厚度一般在10～35 m 之間，含砂率為20%～70%，灰色砂體厚度為30～100 m，灰砂率為20%～60%（圖3、4）。含礦主巖主要有白云巖化砂巖、白云質(zhì)泥巖和白云巖化砂泥混合，砂巖以長(zhǎng)石砂巖為主，膠結(jié)較致密（圖5）。

圖2 塔木素礦區(qū)巴音戈壁組上段沉積體系圖（部分鉆孔數(shù)據(jù)來(lái)自文獻(xiàn)［3］）Fig.2 Sedimentary faces map of the upper member of Bayingebi Formation in Tamusu mineralization area（some data cited from reference［3］）

圖3 塔木素礦區(qū)巴音戈壁組上段含砂率圖（部分鉆孔數(shù)據(jù)來(lái)自文獻(xiàn)［3］）Fig.3 Contour map of sandstone percentage of the upper member of Bayingebi Formation in Tamusu mineralization area（some data cited from reference ［3］）

圖4 塔木素礦區(qū)巴音戈壁組上段灰砂率圖（部分鉆孔數(shù)據(jù)來(lái)自文獻(xiàn)［3］）Fig.4 Contour map of gray sandstone percentage of the upper member of Bayingebi Formation in Tamusu mineralization area（some data cited from reference ［3］）

圖5 塔木素鈾礦床地層柱狀圖Fig.5 Stratigraphic column of Tamusu uranium deposit

2.3 蝕變特征

塔木素礦床主要發(fā)育白云石化、滲出還原和滲入氧化蝕變。

白云石化：礦區(qū)含礦層下白堊統(tǒng)巴音戈壁組上段下部巖性普遍發(fā)育白云石化，包括鐵白云石、含鐵白云石和白云石，且鐵白云石往往出現(xiàn)在核部，含鐵白云石出現(xiàn)在中間部位，白云石在最外部（圖6a）。依據(jù)白云石呈角礫狀，說(shuō)明白云石位于熱液噴流中心附近，結(jié)合該套白云石展現(xiàn)方沸石＋白云石＋黏土礦物＋長(zhǎng)石（無(wú)石英）組合，進(jìn)一步說(shuō)明該白云石為熱水成因（圖6b）［13］。陰極發(fā)光下不含鐵的白云石則具有鮮亮的橙紅、桔紅等顏色（圖6c），推測(cè)塔木素含鈾砂巖中的白云石為準(zhǔn)同生成因［2］。同時(shí)，也說(shuō)明塔木素鈾礦床含礦砂體致密是在準(zhǔn)同生期由于白云石化形成的。

滲出還原蝕變：塔木素附近的烏力吉凹陷和托萊凹陷深部巴音戈壁組于80 Ma 開(kāi)始進(jìn)入高成熟階段，油氣沿?cái)嗔褲B出至塔木素含礦層中，在白云石化致密砂體的裂隙內(nèi)見(jiàn)殘留的地瀝青（圖6d）；沿不同的巖性界面滲透，將滲透性好的砂體（一般為中粗砂巖）褪色為淺色（灰色）（圖6e）；同時(shí)，為砂體中帶入大量流動(dòng)態(tài)有機(jī)質(zhì)，增加砂體的還原容量，有利于下一步滲入氧化成礦作用（圖6f）［14-15］。

滲入氧化蝕變：礦區(qū)于70 Ma 以來(lái)，開(kāi)始進(jìn)入快速抬升剝蝕階段，含礦目的層廣泛出露地表，來(lái)自宗乃山的含氧含鈾水沿不同巖性界面、砂體內(nèi)裂隙滲入自含礦砂體內(nèi)（圖6g），將準(zhǔn)同生成因的鐵白云石和含鐵白云石中的鐵氧化成赤鐵礦（圖6h），將早期殘留的地瀝青周邊褐鐵礦化（圖6i）。在受后期層間滲透氧化的部位，可見(jiàn)白云石、含鐵白云石、黃鐵礦、斜長(zhǎng)石等礦物被水針鐵礦交代（圖7a、b），鐵含量較高的鐵白云石及含鐵白云石等受后期氧化作用明顯，含鐵白云石和鐵白云石中的鐵可被氧化成水針鐵礦等鐵的氧化物，從而在原鐵白云石位置形成了“紅色的核”（圖7c）。

圖7 塔木素鈾礦床不同滲入氧化現(xiàn)象Fig.7 Oxidation by different infiltration in Tamusu uranium deposit

總體上，根據(jù)礦石中蝕變礦物的交切關(guān)系，可以確定白云石化發(fā)育最早，生成于沉積同生期；其次為滲出還原蝕變，發(fā)育于80～65 Ma；最后，65 Ma 以來(lái)，發(fā)育滲入氧化作用。

2.4 鈾礦化特征

塔木素鈾礦床礦體有數(shù)層，多呈透鏡狀，部分呈板狀，除主礦體外，礦體大多連續(xù)性較差；鈾礦帶總長(zhǎng)約5 800 m，最大寬度為1 300 m；礦體產(chǎn)狀平緩，一般為3°～5°；礦體埋深186.66～646.40 m，主要礦體埋深一般為300～530 m；礦床平均厚度為 1.54 m，平均品位為0.099%［3］（圖8）。

圖8 塔木素鈾礦床H32 剖面后生蝕變圖Fig.8 Epigenetic alteration map of H32 section in Tamusu uranium deposit

2.5 鈾成礦時(shí)代

針對(duì)巴音戈壁盆地塔木素鈾礦床全品位段開(kāi)展全巖U-Pb 測(cè)年（表1）［2-3，8，16］，主要得到年齡為113.3～109.7 Ma，為早白堊世巴音戈壁晚期，與目的層年齡和玄武巖噴發(fā)年齡一致；王鳳崗等通過(guò)品位大于2%的富礦石采用挑瀝青鈾礦方法測(cè)得U-Pb 年齡為69.6 Ma 和45.4 Ma；本次測(cè)試分析通過(guò)對(duì)品位大于0.15%的富礦石進(jìn)行全巖UPb 測(cè)年，得到34.7 Ma 和20.6 Ma，其成礦年齡均與滲入氧化蝕變時(shí)期相當(dāng)，說(shuō)明滲入氧化主要形成品位大于0.1%的富礦化。

表1 塔木素鈾礦床鈾成礦年齡表Table 1 Uranium mineraliziton age of Tamusu uranium deposit

3 礦石礦物特征

3.1 礦石特征

塔木素鈾礦床礦石以砂巖型為主，其次為泥巖型，少量為混合型。其中，砂巖型礦石主要為長(zhǎng)石砂巖，其次為巖屑長(zhǎng)石砂巖；砂巖型礦石普遍發(fā)育白云石化，白云石或含鐵白云石含量約占全巖的12%左右，鐵白云石含量相對(duì)較低，其含量約占全巖的7%，砂巖礦石顏色多樣，見(jiàn)有灰色（圖9a）、灰白色（圖9b）、紅色（圖9c）；塔木素砂巖型鈾礦石密度介于2.06～2.51 g/cm3之間，平均為2.33 g/cm3；滲透系數(shù)為0.29～1.67 m/d，為致密、低滲透的鈾礦石。泥巖型鈾礦石通常為灰色（圖9d），部分發(fā)育順層白云石化呈灰白色（圖9e）。混合巖型鈾礦石主要為白云石化的砂巖－粉砂巖－泥巖混合在一起，難以區(qū)分，呈灰白色（圖9f）。

圖9 塔木素鈾礦床不同巖性礦石Fig.9 Different types of ores in Tamusu uranium deposit

3.2 礦物特征

塔木素鈾礦床鈾的存在形式有3 種：一是鈾礦物；二是膠結(jié)物中的鈾；三是植物碎屑等吸附的鈾［6］。其中，鈾礦物以瀝青鈾礦為主，其次為鈾石，部分鈾礦物含鈦；主要賦存在砂巖粒間孔隙及砂巖裂縫中（圖10a），部分充填于碎屑礦物的溶蝕孔洞中（圖10b）。鈾礦物常與中低溫標(biāo)型礦物閃鋅礦（圖10c）、黃鐵礦（圖10d）、TiO2（金紅石）共生，并且以礦物包裹體的形式賦存于黃鐵礦和螢石脈中（圖10e）。鈾礦物與金紅石伴生（圖10f），指其形成與熱液體活動(dòng)關(guān)系密切［6］。

圖10 塔木素鈾礦床與鈾共伴生典型礦物組合Fig.10 Typical minerals coexisted -associated with uranium in Tamusu uranium deposit

3.3 礦石元素地球化學(xué)特征

3.3.1 主量元素特征

通過(guò)對(duì)比分析塔木素鈾礦床高品位（鈾含量大于0.2%）和低品位（鈾含量小于0.05%）鈾礦石主量元素特征，結(jié)果顯示，富礦石中SiO2含量均值為41.79%，CaO 含量為3.54%～39.89%，平均值達(dá)14.10%，燒失量均值為10.65%，全鐵含量均值為5.10%，F(xiàn)e3+含量均值為3.90%，F(xiàn)e2+含量均值為1.20%，P2O5含量均值為3.74%，有機(jī)碳含量均值為0.29%；低品位礦石中SiO2含量均值為48.64%，CaO 含量均值為10.74%，燒失量均值為10.74%，全鐵含量均值為2.80%，F(xiàn)e3+含量均值為1.80%，F(xiàn)e2+含量均值為1.00%，P2O5含量均值為1.60%（表2）。

分析表明，礦石中CaO 含量高、燒失量高是由于塔木素鈾礦石大都發(fā)育白云石化所致；SiO2含量低是由于白云巖為熱水成因，以方沸石＋白云石＋黏土礦物＋長(zhǎng)石（無(wú)石英）組合為特征；低有機(jī)碳含量（砂巖礦石中有機(jī)碳含量為0.5%以上）表明礦石中有外來(lái)還原容量加入；高P2O5含量說(shuō)明為沉積期產(chǎn)物。同時(shí)，對(duì)比高品位和低品位礦石發(fā)現(xiàn)，高品位礦石中SiO2含量更低、CaO 含量更高、燒失量更高，說(shuō)明高品位礦石熱水白云石化程度更高；從全鐵、Fe2+含量對(duì)比發(fā)現(xiàn)，高品位礦石均高，說(shuō)明鐵白云石和含鐵白云石越多越有利于鈾成礦；且高品位礦石Fe3+含量比低品位礦石高2 倍多，說(shuō)明高品位礦石遭受后期滲入氧化作用較強(qiáng)，將鐵白云巖和含鐵白云石中的鐵褐鐵礦化，形成Fe3+。

3.3.2 微量元素特征

通過(guò)對(duì)比分析塔木素高品位（鈾含量大于0.2%）和低品位（鈾含量小于0.05%）鈾礦石的微量元素特征，結(jié)果顯示，富礦石中Th 含量均值為58.98×10-6，Co 均值 為10.63×10-6，Ni 均值為29.72×10-6，Pb 均值為72.99×10-6，Zn 均值為108.01×10-6，Re 均值為2.46×10-6，Mo 均值為58.90×10-6，V 均值為43.60×10-6；低品位礦石中Th 含量均值為28.56×10-6，Co 均值為6.31×10-6，Ni 均值為14.84×10-6，Pb 均值為18.06×10-6，Zn均值為32.24×10-6，Re 均值為0.72×10-6，Mo 均值為10.20×10-6，V 均值為39.38×10-6（表2）。

分析表明，礦石中Co、Ni、Pb、Zn 含量高，主要是與深部熱流體滲出有關(guān)［17］；礦石中Re、Mo、V 含量較高與滲入氧化有關(guān)。對(duì)比高品位和低品位礦石發(fā)現(xiàn)，高品位礦石中滲出熱水成因元素Co、Ni、Pb、Zn 和滲入氧化成因元素Re、Mo、V 含量增較低品位礦石高，說(shuō)明高品位礦石遭受滲出熱水作用和滲入氧化作用強(qiáng)，該認(rèn)識(shí)與主量元素一致。

Sr/Ba 可作為古鹽度識(shí)別的靈敏標(biāo)志，一般淡水沉積相中Sr/Ba 值＞1，半咸水相為1～0.6，微咸水相＜0.6［18］。從塔木素鈾礦床Sr/Ba 值看，該地區(qū)Sr/Ba 值普遍偏高，平均值超過(guò)2.2，顯然，塔木素地區(qū)成巖的環(huán)境并不是在淡水中進(jìn)行的，而是具有一定的礦化度的（鹽水），即成巖時(shí)期的地下水為礦化度較高的鹵水。

V/（V+Ni）：V 在氧化環(huán)境被吸附富集，Ni 則在還原環(huán)境更易富集。V/（V+Ni）＞0.82，反映水體分層及底層水體出現(xiàn)H2S 的厭氧環(huán)境；0.56～0.82 為中等比值范圍，反映其水體分層不強(qiáng)的厭氧環(huán)境；＜0.56，反映水體未分層的弱氧化環(huán)境［18］。由計(jì)算結(jié)果可以看出，塔木素礦石V/（V+Ni）值主要介于058～0.72 之間，顯示該地區(qū)水體環(huán)境主要為分層不強(qiáng)的厭氧環(huán)境。受滲入氧化影響，部分樣品如GM2021-130、GM2021-132、GM2021-143、GM2021-150、GM2021-151、GM2021-165 號(hào)樣品，鈾含量均值達(dá)1.42%，V/（V+Ni）值變小，均小于0.5，顯示其受氧化作用改造明顯，也從另外一個(gè)角度證明了塔木素鈾礦床在局部范圍內(nèi)滲入氧化作用是存在的。

3.4 礦石流體包裹體特征

3.4.1 流體包裹體分析

對(duì)塔木素砂巖鈾礦石中的透明碎屑礦物及蝕變礦物開(kāi)展了流體包裹體巖相學(xué)研究。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，含礦砂巖粒間孔隙中普遍富含黑褐色的有機(jī)質(zhì)（圖11a），孔隙熒光較弱，僅少部分賦礦砂巖孔隙中顯示較強(qiáng)淺藍(lán)色的熒光（圖11b），指示有機(jī)質(zhì)可能經(jīng)歷一定程度的熱演化作用。這些呈黑色的富有機(jī)質(zhì)包裹體在碎屑石英礦物的次生微裂隙中分布（圖11c），包裹體大小為5～30 μm不等，形狀以長(zhǎng)條狀、不規(guī)則狀為主。后經(jīng)掃描電鏡和激光拉曼分析，結(jié)果表明，含礦砂巖石英碎屑顆粒中沿切穿微裂隙呈帶狀分布的黑色“物質(zhì)”主要有兩類，一類為黃鐵礦，一類為碳質(zhì)（為可溶性有機(jī)質(zhì)經(jīng)熱演化的產(chǎn)物），石英碎屑顆粒中的成礦期包裹體成分主要為碳質(zhì)和氧氣，未見(jiàn)其他氣體成分。此外，在部分沿碎屑石英礦物微裂隙中分布的包裹體內(nèi)，還同時(shí)檢測(cè)出了黃鐵礦＋碳質(zhì)＋碳酸鹽子礦物（方解石＋白云石），指示成礦流體為富Ca、Fe等的富有機(jī)質(zhì)的弱堿性流體。

圖11 塔木素鈾礦床礦石孔隙流體及其流體包裹體顯微特征Fig.11 Microscopic characteristics of fluid and inclusions in the pore of ore in Tamusu uranium deposit

3.4.2 流體包裹體鹽度和溫度

顯微測(cè)溫結(jié)果表明，礦石石英碎屑中沿溶蝕孔洞或微裂隙成呈帶狀分布，與液烴（或?yàn)r青）包裹體、鐵質(zhì)包裹體共生的次生富液鹽水包裹體的均一溫度為89～211 ℃，平均值為129 ℃，具有兩個(gè)峰值溫度，分別為110～130 ℃和150～170 ℃（圖12a），鹽度變化范圍較大，從2.24%～16.24% NaCleqv不等（圖12b）。流體包裹體均一溫度與鹽度相關(guān)圖顯示，塔木素鈾礦床砂巖碎屑石英礦物中，鈾成礦相關(guān)的流體包裹體均一溫度與鹽度具有從相對(duì)高溫（＞150 ℃）、較高鹽度（＞10% NaCleqv）向相對(duì)低溫（＜130 ℃）、低鹽度（＜6% NaCleqv）演化的特征。上述研究指示了成礦流體可能為深部相對(duì)較高溫、較高鹽度的熱鹵水與淺部低溫低鹽度表生流體混合所形成的流體，不同階段蝕變礦物記錄不同來(lái)源、不同性質(zhì)的流體［15］。

圖12 塔木素鈾礦床流體包裹體均一溫度直方圖（a）及溫度-鹽度散點(diǎn)圖（b）Fig.12 Homogeneous temperature histogram（a）and temperature-salinity scatter diagram（b）of fluid inclusions in Tamusu uranium deposit

4 鈾成礦作用和成礦模式

基于因格井凹陷構(gòu)造演化史、沉積充填史和生排烴史特征，結(jié)合塔木素鈾礦床構(gòu)造、建造、蝕變、鈾礦化、鈾成礦時(shí)代特征，通過(guò)礦石礦物學(xué)、礦石元素地球化學(xué)、礦石包裹體分析，建立了塔木素鈾礦沉積成巖期熱液成礦作用—晚白堊世滲出成礦作用—新生代滲入成礦作用三階段鈾成礦模式［19-23］（圖13），其主要內(nèi)容闡述如下：

圖13 巴音戈壁盆地塔木素鈾礦床成礦模式圖Fig.13 Metallogenic model of Tamusu uranium deposit in Bayin Gobi Basin

1）沉積成巖期熱水白云石化成礦作用

在沉積成巖過(guò)程中，受玄武巖噴發(fā)事件影響，滲出的富含U、Fe、Co、Ni、Ca、流動(dòng)態(tài)有機(jī)質(zhì)的高礦化度熱鹵水與沉積的碎屑物發(fā)生了水巖作用，形成白云石。由于白云石化作用，消耗了地下鹵水中的碳酸根等陰離子，造成了鈾酰離子與碳酸根分離，并析出鈾礦物，白云石中呈現(xiàn)環(huán)帶狀的瀝青鈾礦（圖14），指示瀝青鈾礦是在白云石生長(zhǎng)過(guò)程中與白云石共沉淀，即是最好的佐證。地下熱鹵水與圍巖間進(jìn)行的水巖反應(yīng)是鈾成礦的前期條件，是形成白云石化及鈾礦化的“發(fā)動(dòng)機(jī)”，因此，鈾礦化的程度與白云石化的規(guī)模存在正相關(guān)關(guān)系，鈾礦中的白云石含量（包括鐵白云石和含鐵白云石）明顯高于圍巖的含量及鈾礦化巖石的含量。

圖14 白云石中環(huán)帶狀瀝青鈾礦賦存Fig.14 Photo showing the zoned pitchblende in dolomite

水受水巖作用程度不同及擴(kuò)散機(jī)制的制約，水巖作用最強(qiáng)烈的地區(qū)也是最有利于鈾集中、富集的地區(qū)。通常，粗砂巖、不同巖性接觸的層里面因滲透性或水通過(guò)性相對(duì)更好，故在上述位置水巖作用更充分，替換出來(lái)的鈣離子相對(duì)活度也更高，在此處形成白云石化強(qiáng)度高，鈾礦化富集濃度大，最終形成小于0.05%的鈾礦化。同時(shí)，部分熱液型礦物閃鋅礦、金紅石、螢石、磷灰石、石膏等，與鈾礦物共伴生。

熱液成因白云石、致密礦石、礦石中高Ca、P2O5含量，富含Co、Ni、Pb、Zn 等深部元素，微粒狀或者短柱狀磷灰石，包裹體的均一溫度達(dá)129 ℃、113.3～109.7 Ma 鈾成礦年齡等即是沉積成巖期熱液成礦作用的證據(jù)。

2）滲出還原成礦作用

80～65 Ma，烏力吉和托萊深部巴音戈壁組烴源巖達(dá)高成熟，進(jìn)入大量排烴時(shí)期，油氣通過(guò)F2、F3斷裂、裂隙、巖性界面滲出至塔木素含礦砂體中，將原生紅雜色礦石褪色成淺灰色、灰色，并發(fā)育鈾的疊加富集。對(duì)含瀝青脈及灰色脈的巖石進(jìn)行初步的巖礦鑒定、掃描電鏡發(fā)現(xiàn)灰色細(xì)脈部位賦存較多的鈾礦物（圖15a、b），與之接觸的紅色巖石中發(fā)現(xiàn)少量鈾礦物，這可能表明油氣滲出還原作用疊加富集鈾礦化。分析數(shù)據(jù)中紅雜色礦石中的有機(jī)碳平均含量為0.29%，而灰色礦石中有機(jī)碳平均含量達(dá)1.86%，佐證了褪色化鈾礦石中存在外來(lái)流動(dòng)有機(jī)碳的加入。塔木素礦石中瀝青脈的穿插關(guān)系，瀝青表面被氧化，69.6 Ma 鈾成礦年齡等即是80～65 Ma 滲出還原鈾成礦作用的證據(jù)。

圖15 滲出-滲入疊合鈾成礦作用現(xiàn)象圖Fig.15 Photo showing the metallogenic phenomenon by exudation-infiltration superposition

3）滲入氧化成礦作用

65 Ma 以來(lái)，塔木素礦區(qū)由弱伸展構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓環(huán)境，礦區(qū)北部緩慢抬升，形成寬緩斜坡帶，上部地層烏蘭蘇海組逐漸剝蝕，部分目標(biāo)層巴音戈壁組上段出露地表，接受含氧含鈾水滲入，并沿巖性界面、裂隙和粗砂滲透至早期形成的鈾礦化體中，進(jìn)行氧化-還原改造，部分被破壞的鈾礦化累積至氧化還原過(guò)渡帶附近，形成富礦體（圖15c、d）。

礦石中大量沿裂隙、巖性界面發(fā)育的嵌入式褐鐵礦化，富礦石（鈾含量大于0.1%）中Re、Mo、V 等元素較富集，富礦石中Fe3+含量較貧礦石豐富，富礦石中V/（V+Ni）值小于0.5，鐵白云石中的紅色“霧心”，富礦石的45.4 Ma、34.7 Ma和20.6 Ma 鈾成礦年齡等現(xiàn)象均說(shuō)明塔木素鈾礦床后期經(jīng)歷了滲入氧化作用，形成富礦化。

5 結(jié)論

1）塔木素鈾礦床含礦目的層為下白堊統(tǒng)巴音戈壁組上段，受扇三角洲沉積體系、20%～70%含砂率、20%～60%灰砂率、深切箕狀凹陷、斷裂、白云石化-滲出還原-滲入氧化蝕變等要素控制。

2）塔木素鈾礦石主要為不同顏色的白云石化致密砂巖，白云石成因?yàn)橥练e期熱水成因，白云石化程度與鈾的富集濃度呈正比，全巖白云石（包括含鐵白云石和鐵白云石）含量達(dá)12%以上，以富含Ca、Fe、P2O5，低SiO2含量為特征。

3）塔木素鈾礦床鈾含量高，平均品位達(dá)0.099%，礦石中富含Co、Ni、Pb、Zn 等深部元素。通過(guò)富礦石（品位大于0.2%）與貧礦石（品位小于0.05%）對(duì)比，富礦石較富集Re、Mo、V 等表生兩性元素，礦石中的Fe3+含量也高出3 倍。

4）塔木素鈾礦床成礦年齡多樣，可分為三期。第一期為全巖年齡113.3～109.7 Ma，與沉積成巖期相當(dāng)；第二期為富礦石瀝青鈾礦年齡70.9 Ma、69.6 Ma，與油氣大規(guī)模滲出時(shí)間相吻合；第三期是富礦石瀝青鈾礦年齡45.4 Ma、34.7 Ma 和20.6 Ma，與區(qū)內(nèi)擠壓快速抬升蝕剝時(shí)間相符。

5）建立了塔木素砂巖鈾礦床滲出復(fù)成因型鈾成礦模式，認(rèn)為在沉積成巖階段發(fā)育與白云石化有關(guān)的熱液鈾成礦作用，形成品位于小于0.05%鈾礦化；在80～65 Ma，發(fā)育滲出還原疊加鈾成礦作用；65 Ma以來(lái)，發(fā)育滲入氧化鈾活動(dòng)再富集鈾成礦作用，形成品位大于0.2%的富礦化。