内蒙古二连盆地乌兰察布坳陷白垩系特征及铀成矿类型

旷文战， 蔡 彤， 严兆彬

(1.中核内蒙古矿业有限公司，内蒙古 呼和浩特 010010;2.核工业二O八大队，内蒙古 包头 014010;3.东华理工大学，江西 南昌 330013)

二连盆地乌兰察布坳陷的铀矿找矿工作开始于1950年代，是铀矿科研、勘查工作程度较高的地区之一，但长期以来局限于“就点找矿”方式，即根据地表铀矿化、异常信息开展铀矿勘查工作，导致成矿认识和找矿成果尤其是在“攻深找盲”方面未能取得大的突破。近年来随着沉积学的迅速发展并在二连盆地得到了推广应用，尤其是石油部门充分利用重、磁、电、地震等物探资料和深井钻探资料，采用层序地层学方法建立了二连盆地各个地质历史时期的构造格架、沉积体系等，对二连盆地的全貌有了更深的了解。近10年来，笔者一直在本区主持铀矿勘查工作，通过运用石油部门在盆地构造、沉积体系研究方面取得的成果，结合铀成矿理论和已知铀矿床特征的认识，对深部有利的铀成矿层位进行了积极探索，在多个层位均发现了不同类型的铀矿化。本文旨在初步探讨二连盆地乌兰察布坳陷主要含矿层沉积充填特征与铀成矿类型之间的有机联系。

1 区域地质背景

乌兰察布坳陷位于二连盆地的中西部，由北西部的巴音宝力格隆起和南部、南东部的温都尔庙隆起、苏尼特隆起所夹持，面积约1.6万km2。基底由元古界和古生界变质岩系及华力西—燕山期的基性—中酸性侵入岩构成，主体构造线为近东西向和北东东向，是古生代近东西向古构造经燕山期北东向构造叠加改造的结果(陈戴生等，2006;焦贵浩，2002)。中新生代沉积坳陷由早白垩世早中期断陷型盆地和早白垩世晚期—新生代坳陷型盆地叠合而成，主体构造线为北东向。

1.1 基本构造格局

乌兰察布坳陷分别以阿尔善特—本巴图凸起和江岸—塔木钦塔拉凸起分割成北、中、南三个次级凹陷带，包括陶格陶、艾勒格庙、额仁淖尔、准宝力格、准棚、古托勒、呼格吉勒图、格日勒敖都、齐哈日格图、脑木根及卫井等11个次级凹陷，总体呈北东向展布(图1)。

凹陷的构造形式分为箕状断陷和地堑式断陷两种，其两侧多以断裂为界(张成勇等，2012)。箕状断陷的一侧断裂活动性大，为活动边缘;另一侧断裂活动性小，为稳定边缘。地堑式断陷两侧均为活动断裂边缘。活动边缘位于活动断裂一侧，断裂活动时间长、落差大、断陷深，沉积厚度大，为凹陷沉降中心，发育扇三角洲及水下扇沉积(张文朝，1998);稳定边缘一侧，断裂活动性小，活动时间短，断陷深度不大，沉积厚度薄，沉积环境相对稳定，主要发育辫状河三角洲沉积。乌兰察布坳陷北西缘凹陷主要为箕状断陷，如额仁淖尔、艾勒格庙和陶格陶等凹陷，靠近巴音宝力格隆起一侧为稳定边缘，发育较稳定的斜坡带，靠近坳陷内部的南东缘为活动边缘(董庭宽等，2001);坳陷中部、南东部凹陷主要为地堑式断陷，如呼格吉勒图和脑木根凹陷等。

图1 乌兰察布坳陷中新生代构造分区图Fig.1 Mesozoic-Cenozoic tectonic zoning map in Ulanchabu depression

乌兰察布坳陷经历了早白垩世早中期断陷盆地发育阶段和早白垩世晚期及其之后的坳陷盆地发育阶段，北东向同沉积断裂构造发育在下白垩统巴彦花群阿尔善组(K1ba)和腾格尔组(K1bt)中，终止于巴彦花群赛汉组(K1bs)底部(图2)。阿尔善组和腾格尔组沉积时期发育由多个次级凹陷组成的断陷型盆地群，各凹陷相互独立，同沉积断裂构造控制了凹陷的展布方向和沉积作用;腾格尔组沉积结束后各凹陷基本填平，赛汉组及其上部层位沉积时期发育统一的坳陷型盆地，断裂构造不发育，沉积范围不受凹陷限制，以坳陷为沉积单元，覆盖了早期凸凹相间的构造格局。

1.2 沉积充填特征

乌兰察布坳陷中新生代沉积盖层以下白垩统巴彦花群(K1b)为主体，上覆上白垩统二连组(K2e)、古近系(E)和新近系(N)(图3)等。巴彦花群自下而上分为:阿尔善组(K1ba)、腾格尔组(K1bt)和赛汉组(K1bs)，其与上、下层位及群内各组之间均为角度不整合接触。

图2 乌兰察布坳陷Ⅰ-Ⅰ'地质构造剖面图Fig.2 I-I′geological structure section in Ulanchabu depression

阿尔善组为一套紫红色、灰白色、杂色砾岩、砂质砾岩夹紫红色、灰绿色、深灰色泥岩、碳酸盐岩、凝灰质砂砾岩、玄武岩，局部夹炭质泥岩。

腾格尔组为一套灰色、深灰色泥岩夹砖红色、灰色砂质砾岩、砂岩及灰色、黑灰色泥质白云岩、油页岩、泥灰岩等。该组分为两段:下段显示下粗上细的正旋回，下部为灰色、灰绿色泥质砾岩、含砾泥岩、泥岩等夹砂岩，上部为大段较深湖环境下的灰色、深灰色和黑灰色泥岩;上段主要由砖红色、灰色砂质砾岩、砂岩和深灰色泥岩组成，显示下细上粗的反旋回，下部为灰绿、深灰色泥岩，夹泥质白云岩、油页岩、泥灰岩、云质灰岩和钙质砂岩，上部为砖红色、黄色、灰色砂质砾岩、砂岩夹砖红色泥岩，局部夹褐煤层。

赛汉组为一套曲流河、沼泽等环境沉积的碎屑岩建造、含煤泥质岩建造等，由下部亮黄色、灰色、灰白色砂质砾岩、砂岩和上部砖红色、灰色、黑色泥岩、褐煤等组成多个正韵律层(李洪军等，2012)。

二连组仅分布在坳陷北西部的额仁淖尔凹陷及二连盐池一带，与上、下层位为不整合接触，为一套冲积(扇)平原和湖泊沉积地层。下部为砖红色、黄色砂质砾岩、砂岩、泥质砂岩夹泥岩;中部为灰色、兰灰色、灰绿色细砂岩夹泥岩、粉砂岩薄层;上部为灰色、深灰色泥岩、粉砂岩、泥灰岩，具纹层理;顶部为膏盐层。

古近系和新近系分布广泛，厚度较小，与下部二连组为不整合接触，其内部各组之间多为平行不整合接触，为一套准平原环境沉积的曲流河、泛滥湖泊沉积的红色、杂色碎屑岩建造、泥质岩建造。岩性以红色、灰绿色、灰色泥岩为主，夹砂岩和泥灰岩薄层。

2 主要铀矿床特征

乌兰察布坳陷历经多年铀矿勘查工作，发现了努和廷超大型铀矿床、苏崩中型铀矿床、赛汉高毕中型铀矿床、道尔苏铀矿产地、齐哈日格图铀矿产地等。

2.1 努和廷和苏崩铀矿床

努和廷和苏崩铀矿床位于乌兰察布坳陷北西部的额仁淖尔凹陷中，二者铀矿化赋存层位及岩相、矿体矿石特征和成矿类型均具相似性。

矿床产在上白垩统二连组发育的冲积(扇)平原—湖泊沉积体系中的湖泊沉积层中(图4)。二连组下部为砖红色、黄色和灰绿色含砾中粗砂岩、中细砂岩夹含砾粉砂岩、泥岩等，构成两个下粗、上细的正韵律组合;上部为灰色、深灰色泥岩、粉砂岩和砂泥质膏盐层，夹薄层灰色细砂岩和灰白色泥灰岩，构成2～3个下细、上粗的反韵律组合。铀矿体产在上部灰色、深灰色泥岩、粉砂岩中，少数产在细砂岩、石膏岩和泥灰岩中。矿体剖面形态呈两端向中心缓倾斜的薄板状，总体产状近于水平(图5)。

图3 乌兰察布坳陷中新生代沉积盖层综合柱状图Fig.3 Mesozoic-Cenozoic Sedimentary cover integrated histogram in Ulanchabu depression

图4 乌兰察布坳陷额仁淖尔地区上白垩统二连组岩性-岩相分布图Fig.4 Lithology-facies map of upper Cretaceous Erlian formation in Erennaoe area in Ulanchabu depression

铀以分散吸附态形式为主，分布于泥质、有机质及黄铁矿中，部分以沥青铀矿形式存在(Yan et al.，2013)。主成矿年龄为85 Ma，与晚白垩世沉积期相对应(张如良等，1994)。铀矿成因类型为沉积成岩型。

2.2 赛汉高毕铀矿床和齐哈日格图铀矿产地

赛汉高毕铀矿床和齐哈日格图铀矿产地产在乌兰察布坳陷南东部赛汉组古河谷砂体中(图6)。古河谷砂体呈NE向带状展布，由1～3个正韵律叠置层组成，韵律层下部为亮黄色、褐红色、灰色砂岩、砂质砾岩夹灰色泥岩薄层，上部为鲜红色夹灰色泥岩。赛汉高毕铀矿床矿体产在古潜水氧化界面附近(图7)，齐哈日格图铀矿产地矿体产在河道侧帮氧化带前锋线附近的灰色砂体中(图8)。矿体在平面上呈NE向断续带状展布，剖面上呈层状、板状和透镜状。

含矿岩性为灰色含泥砂质砾岩、中粗砂岩和细砂岩等，砂体中含有机质和黄铁矿。铀的赋存形式为吸附态和铀矿物，主要铀矿物有菱钙铀矿、沥青铀矿、铀黑和铀的磷酸盐矿物等(刘杰等，2013)。

2.3 道尔苏铀矿产地

图5 努和廷铀矿床E336勘探线地质剖面示意图Fig.5 E336 geological section of Nuheting uranium deposit

该矿产地位于乌兰察布坳陷北西部额仁淖尔凹陷西缘，铀矿化赋存在下白垩统巴彦花群腾格尔组辫状河三角洲—湖泊沉积体系中(图9)。该组具下细、上粗的进积型反韵律层序，下部为灰色、深灰色泥岩、泥灰岩、粉砂岩等，中部为灰色、灰绿色泥岩、砂岩、砾岩等互层，上部为褐红色、黄色、灰白色砾岩、砂质砾岩、泥质砾岩、砂岩等夹褐红色、灰黑色泥岩、炭质泥岩和褐煤等。含矿岩性为灰色、灰黑色泥岩、炭质泥岩、褐煤层以及少量的含泥砂岩。

矿体上部围岩为辫状河三角洲平原沉积砂体，具明显后生氧化现象;矿体下部围岩为辫状河三角洲前缘沉积的灰色、灰绿色砂泥互层，为原生灰色层;铀矿体产在氧化还原过渡部位(图10)。铀成矿类型为同沉积叠加潜水—层间氧化改造型。

3 构造-沉积演化与铀成矿作用

乌兰察布坳陷不同地质历史时期发育的同沉积构造特征决定了沉积类型，也决定了同沉积型铀矿的产出特征;沉积期后构造特征决定了后生氧化改造型铀矿的产出部位。

3.1 同沉积与铀成矿作用

早白垩世阿尔善期，各次级凹陷快速下陷，古地形高差悬殊，主要接受一套充填式混杂堆积，该套地层不利于铀的成矿作用。

早白垩世腾格尔早期，各次级凹陷稳定沉降，主要发育一套退积式扇三角洲和湖泊沉积层，以大面积发育深湖、半深湖沉积为特点，湖盆两岸扇体规模小，沉积分异差，是主要的生油层，但不利于铀成矿作用。腾格尔晚期，沉积速率大于沉降速率，湖盆淤浅，发育一套进积型扇三角洲、辫状河三角洲和湖泊沉积层，湖盆两岸扇体向湖泊推进，在构造斜坡带或顺中央潜山带往往发育规模较大砂体，沉积分异作用良好，横向上较稳定且成熟度较高，为后生氧化改造砂岩型铀成矿提供了基本条件，同时扇三角洲、辫状河三角洲沉积层中往往发育泥炭或褐煤层，为铀的同沉积富集提供了场所。乌兰察布坳陷构造斜坡带或中央潜山主要发育在北西缘，具备铀成矿的有利条件。

早白垩世赛汉期，断陷活动基本停止，乌兰察布坳陷进入到坳陷盆地发育阶段，但腾格尔期形成的构造格局仍然制约着赛汉组的沉积作用。赛汉组主要顺次级凹陷中央纵向发育从南西向北东的河流沉积，该地层具备古河谷砂岩型铀成矿的基本条件。

图6 乌兰察布坳陷齐哈日格图—赛汉高毕地区赛汉组岩性岩相及地球化学分带图Fig.6 Lithology-facies and geochemical map of lower Cretaceous Saihan formation in Qiharigetu-Saihangaobi area in Ulanchabu depression

晚白垩世二连期，乌兰察布坳陷在整体抬升的背景下发生局部沉降，沉降区主要发生在额仁淖尔凹陷。该区形成了多个近南北向展布的次级凹陷，每个次级凹陷均发育冲积(扇)平原和湖泊沉积体系。各次级凹陷相对封闭，有利于铀在湖泊中聚集，具备沉积成岩型铀矿的有利条件。

古近纪—新近纪，乌兰察布坳陷具有间歇性整体沉降特点，该时期是在准平原化地貌背景下接受曲流河和泛滥湖泊沉积，河流从南向北发育，坳陷北部大面积接受湖泊沉积。由于该时期湖域面积较广泛，主要物源来自南部蚀源区，而南部蚀源区铀源条件不及北西部蚀源区，因此铀在该层位湖泊沉积层的聚集程度不及二连组，但也能形成局部铀富集(卫三元等，2006;祝玉衡等，1999)。

图7 赛汉高毕铀矿床T0号勘探线地质剖面示意图Fig.7 T0 geological section of Saihangaobi Uranium deposit

图8 齐哈日格图铀矿产地E1056号勘探线地质剖面示意图Fig.8 E1056 geological section of Qiharigetu uranium mine

3.2 沉积期后铀成矿作用

阿尔善组沉积结束后一直处于深埋状态，不利于后生氧化改造成矿作用。

图9 乌兰察布坳陷道尔苏地区腾格尔组岩性岩相及地球化学分带图Fig.9 Lithology – facies and geochemical map of lower Cretaceous Tenggeer formation in Daoersu area in Ulanchabu depression

腾格尔组沉积结束后，在坳陷中央接受了厚层赛汉组沉积，坳陷北西缘和南东缘赛汉组沉积厚度较薄或未接受沉积，二连组沉积范围局限，因此早白垩世晚期—晚白垩世在坳陷北西缘和南东缘腾格尔组处于暴露状态，有利于后生氧化改造成矿作用，坳陷中央腾格尔组处于深埋状态，不利于后生氧化改造成矿作用。古近纪—新近纪，乌兰察布坳陷具有间歇性整体沉降特点，腾格尔组被覆盖，该层位的后生氧化改造成矿作用处于停滞状态。第四纪，坳陷北西缘在构造掀斜和河道下切等综合作用下，腾格尔组再次在北西缘大面积暴露，有利于进一步氧化改造成矿。

图10 道尔苏铀矿产地E167号勘探线地质剖面示意图Fig.10 E167 geological section of Daoersu uranium mine

赛汉组沉积结束后，由于二连组沉积范围局限，因此在晚白垩世时期，赛汉组大面积暴露地表，有利于后生氧化改造成矿作用(赵凤民，1993)。古近纪—至今，赛汉组被古近系和新近系覆盖，该层位处于封存状态，后生氧化改造成矿作用难以进行。所以，赛汉组有利的后生氧化改造成矿时期为晚白垩世。

二连组沉积结束后，古近纪—新近纪，二连组深埋，成岩压实作用使沉积层中的铀进一步富集。第四纪，该层位在构造掀斜和河道下切等综合作用下，北西缘出露地表，中部和南东部等大面积仍被覆盖，但由于出露地表部分主要为冲积(扇)平原沉积的砂体，以砖红色泥质砂岩(洪泛成因)为主，岩石渗透性较差，松散的砂岩、砂质砾岩(河道成因)呈透镜体，规模较小，横向上连续性和稳定性较差(聂逢君等，2010)，造成二连组中北西向南东的后生氧化改造作用较弱，所以目前在该层位未发现后生氧化改造的砂岩型铀矿。

古近系和新近系长期暴露地表，处于完全氧化状态，缺乏原生灰色砂体，不具备形成后生氧化改造砂岩型铀矿条件。

4 结论

乌兰察布坳陷主要存在二连组、赛汉组、腾格尔组等三个含矿层位，具有沉积成岩型、古河谷型、同沉积叠加潜水—层间氧化改造型等3种铀成矿类型。

(1)二连组主要产出有沉积成岩型铀矿，铀矿体产在湖泊萎缩期沉积的泥岩、粉砂岩、泥质砂岩、泥灰岩和石膏层中。

(2)赛汉组主要产出有古河谷砂岩型铀矿，铀矿体产在潜水氧化—还原界面或层间氧化带前锋线附近的灰色砂岩中。

(3)腾格尔组主要产出有同沉积叠加潜水—层间氧化改造型铀矿，铀矿体赋存在辫状河三角洲平原与前缘过渡部位的灰色、灰黑色泥岩、炭质泥岩、褐煤和泥质砂岩中。

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