塔木素地区巴音戈壁组上段沉积体系与铀成矿模式探讨

邓继燕

（核工业208大队，内蒙古 包头 014010）

巴音戈壁盆地的铀矿地质勘查工作始于20世纪50年代，进入21世纪以来，该盆地已成为我国砂岩型铀矿找矿的又一主要地区，随着铀矿找矿工作力度的加大，目前在塔木素地区已发现了工业铀矿孔44个，显示出良好的找铀矿前景。然而对于整个盆地来说，目前铀矿勘查工作程度仍然很低，对于区内已知铀矿化成因研究还不够深入。鉴于这种情况，笔者归纳总结了塔木素地区巴音戈壁组上段沉积体系的特征，探讨了铀矿化与沉积环境的关系，建立了研究区巴音戈壁组上段铀成矿模式，对整个盆地铀矿找矿工作具有一定的指导意义。

1 区域地质背景

巴音戈壁盆地位于中蒙交界处，总面积约80 000 km2，盆地铀成矿的地质背景不仅复杂而且独特［1］，大地构造位置处于华北地台与天山地槽褶皱系的过渡部位，按板块观点，盆地横跨4个完全不同的大地构造单元，位于四大板块构造的结合部位［1-4］，由西向东，北部横跨哈萨克斯坦板块和西伯利亚板块等两大板块，南部横跨塔里木板块和华北板块等两大板块。研究区位于巴音戈壁盆地西南端因格井坳陷中（图1），该坳陷北缘与宗乃山—沙拉扎山隆起相接，南缘与巴彦诺尔公隆起相邻，东部呈齿状插入银根坳陷之中，坳陷总体呈NE向展布，面积约8 800 km2。

盆地基底由太古界、元古界和古生界等组成。盆地周边蚀源区大面积分布着变质岩和各个时期的侵入岩，铀丰度值和浸出率较高［5］。特别是二叠纪、三叠纪花岗岩和花岗闪长岩非常发育，其铀质量分数为4.3×10-6～5.8×10-6， 浸出率达 30%～70%［6］， 可为区内提供丰富的铀源。

表1 塔木素地区沉积盖层特征表Table 1 Characteristics of the sedimentary cover in Tamusu area

盆地盖层地层出露不全，主要有中下侏罗统、下白垩统、上白垩统和第四系（表1），其中下白垩统是盆地盖层的沉积主体，发育不全，但厚度较大，由下至上分为巴音戈壁组下段 （K1b1）和巴音戈壁组上段（K1b2）［7］。 其中巴音戈壁组上段是研究区含矿层位，是本文研究的重点。

2 巴音戈壁组上段沉积体系特征

2.1 下白垩统巴音戈壁组上段沉积体系空间展布

巴音戈壁组上段（K1b2）发育于断陷湖盆鼎盛阶段［8］，接受来自NW向的扇三角洲沉积，垂向上发育湖侵体系，水面扩大，垂向上整体表现为多个正韵律层叠加的沉积组合。扇三角洲沉积体系发育在由冲积扇向坳陷内延伸的带状地带，靠近蚀源区发育大面积扇三角洲平原亚相沉积，向坳陷内部逐渐过渡到扇三角洲前缘亚相和前扇三角洲亚相（湖相）沉积（图 2）。

2.2 巴音戈壁组上段沉积相特征

综合分析区域资料、露头及钻孔资料，巴音戈壁组上段扇三角洲沉积形成于潮湿温暖古气候条件下，西北蚀源区为其提供了丰富的物源。在沟谷、古构造和古地形的约束下，冲积扇直接进入浅湖区形成扇三角洲沉积体系（图2），可划分为扇三角洲平原亚相、扇三角洲前缘亚相和前扇三角洲亚相（湖相）。

2.2.1 扇三角洲平原亚相

扇三角洲平原亚相是扇三角洲的重要组成部分，位于塔木素地区北部，分布于因格井坳陷蚀源区边缘附近，总体呈现冲积扇相沉积特征，平面上为弯曲带状，呈近EW向展布，分布范围由下向上逐渐往南部扩展，宽度在±10 km。岩性主要为绿色、红色含砾-砾质不等粒长石砂岩、砂质砾岩与含砾含砂粉砂岩互层，碎屑分选性、磨圆度差，多呈次棱角状，杂基含量较高，以杂基支撑为主。为一套泥石流沉积。

2.2.2 扇三角洲前缘亚相

扇三角洲前缘亚相处于扇三角洲平原亚相和前扇三角洲亚相（湖相）之间过渡区域，是扇三角洲砂体发育最好的部分，主要见于塔木素地区陶勒盖地段钻孔中，目前区内已发现的工业铀矿体均位于该相带内，平面上呈近EW向展布，宽度为0.25～2.5 km。岩性主要为含砾中粗砂岩、粗砂岩，局部夹泥岩及粉砂岩薄层，砂岩的分选性明显比扇三角洲平原亚相区砂岩的分选性好，碎屑含量较高，主要为颗粒支撑。此亚相进一步划分为水下分流河道、水下河道间、河口砂坝、水下重力流微相。

水下分流河道：具有与水上分流河道相同的岩性组合特征，区别在于水下分流河道砂体的上、下层位均为湖相沉积泥岩，而水上分流河道砂体的上部未见典型湖相泥岩覆盖。通过解释钻孔测井测量的视电阻率和自然电位参数，该微相岩性组合的视电阻率和自然电位曲线多呈不规则锯齿状。

水下河道间：与水下分流河道沉积交替出现，颜色以灰色、深灰色为主，岩性主要为泥岩夹粉砂岩，有机质含量较高，水平层理、波状层理及小型交错层理发育。通过解释钻孔测井测量的视电阻率和自然电位参数，该微相岩性组合的视电阻率和自然电位曲线呈锯齿状。

河口砂坝：常见于钻孔中，其发育程度不及水下分流河道沉积普遍。具有典型的倒粒序沉积韵律特征，反映扇三角洲进积过程中，河口砂体在湖流作用下所形成的由下向上粒度由细变粗的粒序组合特点。砂体厚度不均一，粒度明显比分流河道砂体粒度细，多为中细砂，其上、下夹湖相泥岩层，局部上覆分流河道沉积砂体。

水下重力流：岩性主要为块状砾岩与湖相泥岩互层。通过解释钻孔测井测量的视电阻率和自然电位参数，该微相岩性组合的视电阻率和自然电位曲线多呈漏斗状或锯齿状。

2.2.3 前扇三角洲亚相

前扇三角洲亚相（湖相）位于陶勒盖地段南部，岩性主要为泥岩、粉砂岩，夹薄层细砂岩和泥灰岩，发育水平层理，多见生物碎屑及痕迹，常见双壳类及螺类化石。通过解释钻孔测井测量的视电阻率和自然电位参数，该亚相沉积组合的视电阻率和自然电位曲线多呈类平直状。

3 铀矿化与沉积环境的关系

区内目前发现铀矿化有砂岩型和泥岩型两种类型，铀矿化点主要分布于巴音戈壁组上段扇三角洲沉积体系的前缘亚相中（图2）。

研究区发现的砂岩型铀矿化均产于扇三角洲中的前缘亚相和平原亚相砂体中，并且主体由水下分流河道砂体构成。该微相砂体发育较为稳定，单层砂体厚度10～80 m，大多在10～35 m之间，具备铀成矿所需的 “三性”要求（即，砂体的成层性、渗透性和连通性）［9］。该沉积环境内砂体层上、下湖相泥岩构成了其良好的上、下隔水岩层，即具备较好的砂岩型铀成矿的 “泥-砂-泥”地层结构条件。在潮湿、湿热古气候条件下，该沉积环境砂体富含有机质和炭屑，非常利于铀成矿，在晚白垩世乌兰苏海组沉积时古气候条件为干旱—半干旱，地表缺少有机质等还原性组分，这有利于氧化作用的持续发生，也有利于铀的迁移。席状砂体和河口沙坝砂体的发育程度明显比分流河道砂体差，其厚度小、粒度细，极难达到铀成矿作用对砂体的要求。

泥岩型铀矿化产于水下河道间微相部位，该沉积环境中的有机植物和炭屑，有利于铀元素的吸附、沉淀和富集成矿，但该沉积环境大多数沉积厚度较薄，产于此微相中的铀矿化多与沉积物中的有机植物、炭屑含量有关，有机质含量越高，往往品位较高，但厚度较薄。

4 铀成矿模式讨论

塔木素地区砂岩型铀矿的形成可归结为在沉积成岩预富集基础上后生层间氧化改造再富集、还原性热液流体长期富集改造的成矿模式。

4.1 容矿层沉积成岩铀预富集阶段

巴音戈壁组上段是断陷湖盆的扩张时期，塔木素西北部蚀源区富铀二叠纪、三叠纪花岗岩和花岗闪长岩体非常发育，为盆地提供碎屑物质和铀源。通过统计分析研究区盖层白垩系，总结出下白垩统巴音戈壁组上段铀含量整体较高，为后期铀聚集成矿奠定了基础。

在沉积成岩作用阶段，巴音戈壁组上段（K1b2）是在潮湿的古气候条件下接受沉积的，形成了一套富含有机质等还原剂的灰色岩系，同时出现了还原介质的吸附作用和成岩期压实和固结作用，使铀发生再分配，在沉积相带有利部位形成铀的预富集，并在局部形成一些铀矿化点带或铀异常晕。

4.2 层间氧化作用成矿阶段

在湖盆形成的晚期，构造出现反转，表现为断陷转为逆冲抬升，早期形成的巴音戈壁组上段（K1b2）层位逆冲抬升后地层南倾，长期暴露地表并遭受长期的风化剥蚀，古气候由潮湿、湿热转变为干旱、半干旱，蚀源区和容矿层的含氧含铀地下水沿层间砂体源源不断的渗入，首先经过渗透性极好的扇三角洲平原相的分流河道砂体，往盆地中心渗入时经过扇三角洲前缘分流河道或河口坝砂体，从而形成由北向南发育的黄色或红色多层层间氧化带。同时，来自蚀源区和容矿层氧化带的铀不断向承压水水力梯度降低的方向迁移，随着渗入水中的氧逐渐消耗，铀在有机质碎屑及油气含量较高的层间氧化还原过渡带被还原、吸附而沉淀下来，在氧化还原界面附近不断聚集，最终形成层间氧化带卷状砂岩型铀矿化或铀矿化体（图3）。同时砂体中的薄层灰色泥岩或粉砂岩夹层由于含有较丰富的有机质和黄铁矿等还原剂，不断吸附氧化砂岩中的铀导致在砂、泥边界处形成铀矿（化）体，砂体顶底板附近细碎屑岩中的铀矿化也是这种后生作用形成的。

4.3 还原性热液流体改造阶段

油气通过断裂以及裂隙向上运移，很大程度上提高了上部岩石的还原能力，为铀成矿作用提供了良好的还原介质［10］。据石油系统资料，巴音戈壁组上段存在大片的油田水异常、烃类异常和硫化氢异常，这就表明，该区在构造发育的局部地段有后期油气的参与或成矿之后进行了后期油气还原叠加。深部气体的加入增强了地层的还原能力，使地球化学障的衬度进一步加大，在F2断裂偏向氧化作用发育的一侧，促使含氧含铀地下水中铀还原沉淀，形成工业铀矿体（图3）。

在研究区铀矿石中见有硒铅矿、斜方硒铁矿、硒铜蓝、硒铜镍矿和含硒黄铜矿等一系列硒的独立矿物，这类硒矿物常形成于中—低温物理化学条件。同时砂岩型铀矿石中的方铅矿与闪锌矿等金属硫化物及矿石中的绿泥石化等蚀变也可能与中—低温热液作用有关。铀的存在形式中见有钛铀矿和含铀钛铁矿，砂岩型铀矿中钛铀矿也跟后期的热液改造作用相关［11］。对钻孔中黄铁矿的硫同位素组成研究认为具有明显的负值，表明硫很可能来源于生物还原作用。

种种迹象表明，该地段铀成矿过程中可能有热液流体的参与或成矿之后进行了热流体的改造。深部油气体的加入增强了地层的还原能力，热液作用强化了铀沉积富集。

5 结 论

巴音戈壁组上段沉积特点是冲积扇快速入湖前的过渡部位常形成扇三角洲体系，其平原亚相和前缘亚相存在一定厚度的砂体，为砂岩型铀成矿提供较好的储矿空间。特别是前缘亚相具有较好的泥-砂-泥地层结构，具有发育层间氧化带的条件，在还原剂充足和铀源丰富的条件下，可以形成一定规模的层间氧化带砂岩型铀矿床。河道间湾中的泥岩、粉砂岩由于强的吸附作用则形成泥岩型工业铀矿体。因此，在以巴音戈壁组上段为找矿目的层时，重点应放在扇三角洲前缘亚相的水下分流河道微相中，以寻找层间氧化带砂岩型铀矿为主攻类型。

［1］吴仁贵，周万蓬，刘平华．巴音戈壁盆地塔木素地段砂岩型铀矿成矿条件及找矿前景分析［J］．铀矿地质， 2008， 24（1）:24-31.

［2］卫平生，张虎权，陈启林．银根—额济纳旗盆地油气地质特征及勘探前景［M］．北京：石油工业出版社，2006.

［3］吴少波，白玉宝．银根盆地下白垩统石油地质特征及含油气远景评价［J］．石油勘探与开发，2003，30（6）:17-19.

［4］ 张万良．内蒙古查干德勒苏地区下白垩统巴音戈壁组沉积体系及其对可地浸砂岩型铀矿的制约［J］．铀矿地质， 2002， 18（3）:144-149.

［5］ 孙 圭．内蒙古巴音戈壁盆地可地浸砂岩铀矿选区［R］．咸阳：核工业西北地质局217大队，1998.

［6］ 张万良，付 湘．巴音戈壁盆地层间氧化带砂岩型铀矿找矿目的层选择［J］．铀矿地质，2002，18（2）:85-88.

［7］ 宁夏地质局区域地质调查队．区域地质调查报告：银根幅（地质部分）［R］．北京：地质出版社，1980:12-24.

［8］ 何中波，罗 毅，马汉峰．巴音戈壁盆地含矿目的层沉积相特征与砂岩型铀矿化的关系［J］．世界核地质科学， 2010， 27（1）:11-18.

［9］ 吴仁贵，余达淦．辫状沉积砂体与砂岩型铀矿的关系剖析［J］．铀矿地质， 2005， 21（2）:92-96.

［10］卫平生，张虎权，陈启林．银根—额济纳旗盆地油气地质特征及勘探前景［M］．北京：石油工业出版社，2006:66-77.

［11］聂逢君．巴音戈壁盆地构造演化、沉积体系与铀成矿条件研究［R］．抚州：东华理工大学，2011.