二连盆地努和廷铀矿床成矿作用及成矿模式

李洪军， 旷文战

（1.中国地质大学，湖北 武汉 430074；2.核工业208大队，内蒙古 包头 014010）

二连盆地努和廷铀矿床成矿作用及成矿模式

李洪军1，2， 旷文战2

（1.中国地质大学，湖北 武汉 430074；2.核工业208大队，内蒙古 包头 014010）

通过研究努和廷铀矿床地质特征、成矿作用及地球化学特征，认为努和廷矿床为同生沉积后生改造型铀矿床。晚白垩世二连期湖泊发育区控制了矿床定位。矿床成矿作用经历了同生沉积成矿、后生改造和表生作用3个阶段，成矿年龄为85 Ma、（41±5）Ma和6～13 Ma。在总结矿床成矿地质特征、成矿作用及地球化学特征基础上，建立了努和廷铀矿床成矿模式。

二连盆地；努和廷铀矿床；成矿作用；成矿模式

1 地质背景

努和廷铀矿床位于二连盆地乌兰察布坳陷北西部的额仁淖尔凹陷。石油勘探开发科学院常承录、王大器等对早白垩世额仁淖尔凹陷进行了研究，把凹陷分为淖东洼陷带、中央断裂构造带和淖西断阶带［1-2］。努和廷铀矿床位于中央断裂构造带中段的鞍部地段（图 1）。

图1 额仁淖尔凹陷构造纲要图（据常承录，等修改，1990）Fig.1 Structural outline map of Erennaoer sag（Modified after Chang Chenglu， et al.， 1990）

该区基底地层主要为上元古界艾勒格庙群，岩性为石英岩、绢云石英片岩、混合岩、板岩、灰岩和砂岩等。岩浆岩大面积发育，主要有二叠纪灰色、灰白色黑云母花岗岩、花岗闪长岩、钾长花岗岩（Pγ），白垩纪肉红色、浅黄色中细粒花岗岩（Kγ）。

沉积盖层主要包括上侏罗统查干诺尔组、下白垩统巴彦花群、上白垩统二连组、古新统脑木根组、始新统巴彦乌兰组、阿山头组和伊尔丁曼哈组、渐新统呼尔井组、上新统宝格达乌拉组和第四系等。

2 矿床地质特征

2.1 矿床地层

矿床内出露地层有上白垩统二连组、古近系，局部可见第四系；钻孔中遇到下白垩统巴彦花群赛汉组。二连组是铀矿体赋存层位，沉积厚度为10～184 m，可分为上、下两段。上段（K2e2）为灰色、黄绿色、 灰绿色泥岩、钙质泥岩、粉砂岩，具水平纹层理；下段（K2e1）下部为砖红色砂质砾岩、砂岩、泥质砂岩、粉砂岩、泥岩，上部为蓝灰色、深灰色细砂岩、泥质粉砂岩、泥岩，顶部为膏盐层。

2.2 矿体特征

铀矿体主要赋存于二连组下段上部灰色泥岩、粉砂岩中，在剖面上呈薄板状，延伸800～2 600 m。平面上呈不规则状，面积大于16 km2，矿化富集中心位于矿床的北东部［3-4］。矿体产状平缓，略具向下凸出的弧形，北西、南东侧微上翘， 倾角为 1°～2°［1，3-4］。 工业矿化累计厚度达0.87～3.99 m。

2.3 矿石特征

努和廷矿床矿石工业类型以富含黏土矿物的铀矿石为主。矿石具层状构造、水平纹层理构造、裂隙构造和浸染状构造等；矿石结构主要有充填结构、交代残余结构和包含结构等。

根据显微放射性照相结果，电子探针及电子显微镜鉴定矿石中铀的存在形式有两种：吸附态和铀矿物。其中吸附态是铀的主要存在形式，铀呈分散吸附态分布于泥质、有机质及黄铁矿中；铀矿物是铀的次要存在形式，以沥青铀矿单矿物形式存在，少量为铀石。沥青铀矿呈不规则状分布在泥质岩石中；铀石与含铀黏土和胶状黄铁矿一起分布于砂岩胶结物中［5-6］。另外。根据矿石中铀矿物电子探针数据分析结果，铀矿物主要以沥青铀矿为主（表1）。

3 成矿作用

二连组中铀矿化严格受岩相控制。产于二连组下段中的努和廷矿床处于湖泊相发育部位，铀赋存于湖泊萎缩期的沼泽化沉积层中，含矿岩性主要为深灰、黑色泥岩、粉砂岩，少部分为砂岩。二连组沉积时，充足的铀源、有利的地球化学环境和古气候条件使区内铀矿化发生了大规模、大范围的富集。之后的漫长地史时期，杭盖敖包隐伏凸起上的二次铀源，在水动力、古气候和构造运动等因素的配合变化下，使铀在有利的二连组下段层位中进一步富集或改造，如图2所示。

3.1 杭盖敖包隐伏凸起对成矿的作用

该凸起是在早白垩世结束后形成的，对铀成矿先后起着形成二次铀源、充当有机源并提供异地还原介质的作用［5］。

表1 矿石中铀矿物电子探针数据Table 1 Electron probe results of uranium minerals in ores

图2 额仁淖尔凹陷二连组铀成矿演化示意剖面图 （据申科峰修改，1993）Fig.2 Schematic section of uranium metallogenic evolution in Erlian Formation of Erennaoer Sag（Modified after Shen Kefeng， 1993）

3.2 湖泊沉积对成矿的作用

湖泊萎缩期沉积了富含炭屑和黄铁矿（草莓状）的深灰色泥岩和粉砂岩，形成了强还原障，有利于吸附和沉淀活化铀；晚期蒸发作用强烈，形成富含石膏和方解石的泥质岩，铀质量分数较高，浓缩结晶进一步富集。

3.3 包尔断裂对成矿的作用

该断裂已被石油勘查证实，主要表现在巴彦花群。它能使油气上升运移携带还原介质，创造有利于成矿的环境；还能保持地下水位长期处于有利成矿层，以便长期接受含铀含氧水。而苏崩矿床附近没有这类断裂，在凹陷整体抬升没有接受古近系沉积时水位下降，矿体处于地下水位以上。

3.4 “淖尔”盐湖沉积形成的泥岩对成矿的作用

该套泥岩是绝对隔水层，它起着保护铀矿不受淋失破坏的作用，如杭盖敖包隐伏凸起上的矿化（811矿化点），就是因为没有这套泥岩而遭受剥蚀，成为二次铀源。

3.5 “平台”对成矿的作用

古近系沉积在区内南东部形成了高平台。它是由二连盆地南部向该凹陷超覆沉积的，在受到新构造差异升降后，在矿床南部边缘形成如今的地貌景观——“平台”。构成沉积岩性、水质类型的变异，使成矿环境有利；同时既淋滤迁出自身的铀，又减缓含铀水蒸发排泄，使铀充分富集。

4 地球化学特征

4.1 岩石地球化学环境特征

二连组岩石地球化学环境在垂向上具后生氧化—弱还原—原生氧化的特征。

其中二连组上段为黄色岩石，形成于弱氧化古气候环境，岩心中多发育褐铁矿化，以黄色斑点或条带状产出。

二连组下段的下部为红色岩石，形成于氧化古气候环境，上部为灰色岩石，形成于还原古气候环境，铀矿化均赋存在灰色类岩石中。下部红色类岩石中有机炭 （Corg）、低价硫（S2-）和全硫（Stot）质量分数均明显低于上部灰色类岩石。

矿体及邻近围岩中各环境指标无明显差异，有机炭（Ctot）质量分数为0.20%～0.86%，平均值为0.46%；低价硫（S2-）质量分数为0.40%～0.73%，平均值为0.62%；全硫（Stot）质量分数为0.83%～1.69%，平均值为1.14%；ΔEh值为31.86～50.50 mV，平均值为40.03 mV。总体反映主含矿层属于弱还原的沼泽化沉积产物。

4.2 气体地球化学环境特征

在额仁淖尔凹陷开展的7条土壤地球化学测量剖面上均发现有烃类异常和H2S异常，异常都分布在灰色岩石带上［4］。

土壤吸附烃指标及比值的总体特征：总烃平均质量浓度高，重烃占总烃比例大，重烃组分齐全；干燥系数（C1/Cn）中等偏低；湿度系数（C2-4/C1-4）较大； 平衡系数（C1-5/C3-5）较小。这些特征表明该区烃类气体属油气藏源成因。

酸解烃分析结果表明：岩矿石总烃质量浓度较高， 平均值达 8 253 μL·kg-1， 最高值可达 18 217 μL·kg-1， 重烃占总烃的比例大（22%），重烃组分齐全。岩矿石酸解烃各项指标及比值同样也反映矿床的烃类气体属于油气藏源成因。

4.3 同位素地球化学环境特征

黄铁矿和石膏是努和廷矿床主要的含硫矿物，其中黄铁矿还是铀矿石中最常见的金属矿物［4，6］。根据核工业北京地质研究院牛林等提供的分析结果（1994）［6］， 该区黄铁矿和石膏中δ34S差异较大，黄 铁 矿中 δ34S值为-50.44‰ ～-32.11‰ ； 石 膏 中 δ34S值 为11.5‰～14.9‰。引起硫同位素分馏的主要因素可能与细菌对硫酸盐的还原作用有关，细菌还原硫酸盐所产生的硫化氢使硫的同位素32S富集，而在其残留的硫酸盐中积聚了34S，由于细菌具有很强的还原能力，且该区的硫酸盐质量浓度较高，从而使硫同位素分馏达到很高的程度，并认为，由细菌还原硫酸盐所产生的硫化氢为易溶的U6+还原成不易溶解的U4+而富集成矿提供了条件。

5 成矿模式

根据核工业北京地质研究院对矿石中沥青铀矿单矿物进行的U-Pb同位素年龄测定，铀成矿年龄为85、 40和 10 Ma 3期［6］， 分别与晚白垩世同沉积期及古近纪、新近纪内部的沉积间断期相对应。其成矿过程可分为同生沉积期、后生改造期和表生期3个阶段。

5.1 同生沉积期

在晚白垩世二连组沉积时，在前期填平补齐的基础上，额仁淖尔凹陷形成了以苏崩—努和廷—章古音为中心的统一整体，形成了一个统一的地表水、地下水汇集中心；全区均以冲积扇→滨-浅湖相沉积为主。

蚀源区含铀岩体中的铀通过地表水和地下含氧水被氧化成高价状态，以水溶液形式迁移带入附近封闭-半封闭的蓄水盆地中，从而导致湖水中铀质量浓度增高。

在最大湖泛面或次级湖泛面附近，水中矿化度较低，水质类型以碳酸盐型为主，该期化学沉积特点主要为碳酸盐沉积，局部出现低品位铀矿化。

湖泊萎缩初期，水体变浅，沼泽化、蒸发浓缩作用增强，水中矿化度和铀质量浓度均增高，水质类型以碳酸盐-硫酸盐型为主。该时期的早期沉积颗粒较细，并含大量有机质、黄铁矿，形成还原环境，有利于吸附水中的铀；干热的氧化环境也有蒸发和浓缩铀的作用［7］。该时期成矿作用发生的范围广、规模大，是努和廷主成矿期，发生时间在85 Ma前后。

湖泊萎缩后期，水中矿化度进一步增高，水质类型以硫酸盐型为主，沉积了一套膏盐层。

湖水面的交替升降，沉积特点出现周期性变化。每次湖泊萎缩沼化期都形成一次铀矿化，因而在每个湖泛面的上部均出现规模不等的铀矿层，最大湖泛面的上部发育努和廷矿床规模最大的1号主矿体。

5.2 后生改造期

在古近纪始新世晚期额仁淖尔凹陷逐渐开始抬升，直到始新世未，该区已全部升起，区域上造成了广泛的沉积间断。该阶段气候炎热、干旱，含氧的大气降水将蚀源区富铀岩层中的活性铀带出，渗入补给凹陷内的含水层。由于抬升剥蚀作用，使部分含铀入渗水进入隔水—半隔水的泥岩、粉砂岩的微裂隙中，并与其中的还原性物质发生作用，使水中的铀在岩石界面泥岩中富集叠加；同时，油田边缘的局部区域，由于构造导通，使深部还原性气液上升，并受到泥岩顶板的阻挡而在泥岩和砂岩含水层的交界处及其周围聚集，与含水层中的富氧含铀水发生作用，形成铀的进一步富集［8］。该阶段铀成矿作用发生时间为（41±5）Ma。

5.3 表生期

主成矿期后，额仁淖尔凹陷长期处于炎热-干旱的气候条件下。在新近纪中新世受新构造运动的影响，该区仍在上升隆起，使晚白垩世地层抬升至地表。当时，在干旱气候和抬升条件下，地下水位逐渐下降，使部分铀矿体上升到地下水位以上，从而使其免遭含氧地下水的破坏迁移；而在地下水位以下的铀矿体，由于含水层中普遍为含氧的偏碱性地下水，对含矿层中已形成的部分铀矿体进行改造，使矿石发生褪色、溶蚀或充填，使铀矿化分布不均匀，铀-镭平衡遭到破坏［8］。这一次改造而形成的铀矿化为该区第3期，即表生期成矿作用，其形成时间约为6～13 Ma。

6 结 论

（1）努和廷矿床定位受到晚白垩世湖泊沉积相控制。

（2）矿体均赋存在上白垩统二连组下段湖泊沉积层中，严格受沉积等时面控制，而不完全受岩性控制，在湖盆中央浅湖沉积区中含矿岩性主要为泥岩，在两侧滨湖沉积区中含矿岩性主要为粉砂岩。

（3）同生沉积是矿床的主要成矿作用方式；表生氧化和油气上升是成矿期后作用，对矿床起到进一步富集和改造作用。

（4）努和廷矿床属于同生沉积后生改造型铀矿床。

［1］旷文战，李洪军，郝金龙，等.内蒙古二连盆地努和廷矿床铀矿普查2008年度成果报告［R］.包头：核工业208大队，2008.

［2］赵世勤，田 儒，姜晓东，等.额仁淖尔凹陷层间氧化带型砂岩铀矿成矿远景［R］.北京：核工业北京地质研究院，1994.

［3］彭云彪，于恒旭，王佩华，等.内蒙古二连盆地努和廷矿床及其外围铀矿普查评价报告［R］.包头：核工业208大队，1996.

［4］徐建章，霍全生，李有民，等.内蒙古二连盆地额仁淖尔—脑木根地区砂岩型铀矿普查阶段性总结报告［R］.包头：核工业208大队，1994.

［5］彭云彪，申科峰.内蒙古苏右旗额仁淖尔地区铀矿普查（资料综合整理）报告［R］.包头：核工业208大队，1995.

［6］牛 林，黄树桃，杨贵生.额仁淖尔凹陷努和廷矿床铀矿化特征［R］.北京：核工业北京地质研究院， 1994.

［7］罗 毅，马汉峰，夏毓亮，等.松辽盆地钱家店铀矿床成矿作用特征及成矿模式［J］. 铀矿地质，2007， 23（4）:193-199.

［8］王志明，李 森，肖 丰，等.二连盆地额仁淖尔凹陷砂岩型铀矿床水文地质条件及层间氧化带发育特征［R］.北京：核工业北京地质研究院，1994.

Metallogenesis and metallogenic model of Nuheting uranium deposit in Erlian Basin

LI Hong-jun1，2， KUANG Wen-zhan2
（1.China University of Geosciences， Wuhan， Hubei 430074，China；2.Geologic Party No.208， CNNC， Baotou， Inner Mongolia 014010， China）

Based on the study on geological characteristics，metallogesis and geochemical features in Nuheting uranium deposit，it is considered that the deposit belongs to syn-sedimentary and epigenetic reworking type.The deposit position was controlled by the lake area developed during Erlian period in Late Cretaceous.Themetallognesishasexperienced threestages， theyaresyn-sedimentary metallogenesis， epigenetic reworking metallogenesis and exogenic metallogenesis.The ore-forming ages are respectively 85 Ma， （41±5）Ma and 6～13 Ma.Based on the summary of metallogenic geological features， metallogenesis and geochemical features， the metallogenic model of Nuheting uranium deposit has been established.

Erlian Basin； Nuheting uranium deposit；metallogenesis； metallogenic model

P619.14；P598

A

1672-0636（2010）03-0125-05

10.3969/j.issn.1672-0636.2010.03.001

2009-10-10；

2009-10-15

李洪军（1975—），男，辽宁建昌人，在读工程硕士研究生，高级工程师，长期从事铀矿地质工作。E-mail:208lhj@163.com