巴音戈壁盆地塔木素地区砂岩型铀矿预测及找矿方向

李晓翠， 刘武生， 贾立城， 张成伟

(核工业北京地质研究院，中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029)

巴音戈壁盆地地处中蒙交界处，位于塔里木、哈萨克斯坦、西伯利亚和华北四大板块的结合部位，地跨4个性质不同的大地构造单元(何中波等，2010;吴仁贵等，2008;潘家永等，2009)。巴音戈壁盆地的铀矿地质勘查工作始于1950年，随着铀矿勘查工作的不断深入，近年来，铀矿地质工作者在巴音戈壁盆地塔木素地区发现了较好的工业铀矿化，按成因可分为三类:沉积成岩型、潜水氧化带型和层间氧化带型。层间氧化带型以塔木素铀矿床为典型，该类型具有良好的找矿潜力，是该区主攻类型。本文采用矿床模型综合地质信息预测技术，在GIS平台上应用MRAS软件，对巴音戈壁盆地塔木素地区层间氧化带型铀矿进行了预测，进一步明确了该地区层间氧化带型铀矿的找矿前景。

1 区域成矿地质背景

塔木素地区位于巴音戈壁盆地南缘西段，即宗乃山和沙拉扎山的北缘，主要包括苏红图坳陷、尚丹坳陷及本巴图坳陷三个二级构造单元。巴音戈壁盆地构造演化有利于砂岩型铀成矿，古生代和早中生代期，盆地结晶基底受到西伯利亚板块向南的碰撞作用的影响，表现强烈的岩浆活动，在其中广泛发育大型富铀的中、晚海西期、印支期花岗岩岩基、岩株，成为盆地富铀建造及铀成矿的主要铀源体;侏罗纪末期，受燕山运动影响，盆地处于隆升剥蚀期，使先成的富铀花岗岩遭受强烈的风化剥蚀及准平原化，为盆地白垩纪沉积建造的形成及铀成矿的有利构造环境造就了条件;巴音戈壁晚期，扇三角洲平原及前缘亚相砂体相对较为发育，地层泥砂泥结构明显，良好的砂体为铀成矿提供了空间场所;苏红图期，研究区巴音戈壁组上段直接出露地表遭受剥蚀，有利于含铀含氧地下水及大气降水的渗入，在砂岩、砂砾岩发育地段形成了潜水氧化带，而在具泥岩、粉砂岩相对隔水层的地段由潜水转为层间水而发生层间氧化作用形成层间氧化带，砂体中铀开始预富集作用;晚白垩世，研究区下白垩统巴音戈壁组上段和苏红图组一直接受含铀含氧水的长期渗入，使早期形成的层间氧化带持续向前发育;第四纪构造运动主要表现为隆起抬升，地表水和地下水对隆起区和下白垩统中的含铀含水层进行侵蚀、改造，使铀发生活化迁移，最终导致层间氧化带砂岩型铀矿的形成。

2 典型矿床建模

塔木素铀矿床位于巴音戈壁盆地南部苏红图坳陷因格井凹陷东段北缘。属典型的层间氧化带型矿床，铀矿化大多位于层间氧化带的弱氧化带中，个别钻孔控制到卷头部位。通过对前人研究工作的综合分析(何中波等，2010;吴仁贵等，2008;潘家永等，2009)，塔木素铀矿床主要受铀源、构造、含矿层位、沉积建造、沉积相等要素控制，见表1。

表1 塔木素层间氧化带型铀矿床成矿要素表Table1 Ore-forming elements of interlayer oxidation zone type uranium deposit in Tamusu area

塔木素铀矿化为沉积成岩叠加层间氧化带型铀矿床，成矿作用分为两个阶段:

(1)沉积成岩预富集阶段(K1)。沉积成岩期铀的预富集主要受蚀源区的富铀性岩石和含矿层的沉积相双重控制。

塔木素矿区北部蚀源区主要为沙拉套尔汗花岗岩体，该岩体曾证明迁出了大量的活性铀，在因格井凹陷边缘见航放铀、钍、钾高场、铀含量及活性铀含量高场，证明蚀源区为凹陷提供过丰富的铀。

有利于塔木素铀矿化的沉积相是在温湿古气候的匹配下沉积的扇三角洲平原亚相和扇三角洲前缘亚相。这种铀成矿的沉积亚相环境，通常富含有机炭、胶黄铁矿、草莓状黄铁矿、菱铁矿等还原剂，有利于铀的吸附而富集。在两层砂体间发育的泥岩性铀矿化即是沉积成岩期铀预富集的佐证(何中波等，2010)。

(2)层间氧化成矿阶段(K2-Q)。晚白垩世，在燕山运动第Ⅴ幕作用下，研究区北部持续隆升，在干旱-半干旱气候条件下，在缓倾向斜的一翼，自苏红图期开始未接受沉积，含矿层下白垩统巴音戈壁组上段广泛出露地表，遭受剥蚀，接受地表含氧富铀地下水的垂向和侧向补给，在透水性好的含矿层砂岩层中，形成广泛的后生氧化蚀变。浅部以发育潜水氧化作用为主，深部主要发育层间氧化作用。由于研究区北部始终处于挤压隆升环境，层间氧化作用能够达到500 m以下的深度。在层间氧化带前锋线附近不断氧化、还原、吸附成矿。在层间氧化带前锋线附近的铀矿化严重偏镭即说明该铀矿化主要为后生氧化成因。受韵律层结构控制，发育多层层间氧化带相互叠至，受氧化带控制矿体也具多层性。

塔木素铀矿床的理想化成矿模式见图1。

3 成矿要素特征

巴音戈壁盆地塔木素地区铀矿预测类型为塔木素式层间氧化带型，找矿目的层主要为下白垩统巴音戈壁组上段，通过典型矿床研究和区域成矿规律总结。通过典型矿床建模认为，铀源、构造、含矿层位展布、目的层底板埋深、沉积相、层间氧化作用等是塔木素地区的主要成矿要素，结合物化遥分析，认为航放异常、航磁异常是该地区的找矿要素，具体如下:

图1 塔木素典型铀矿床成矿模式图Fig.1 Metallogenesis model of typical uranium deposits in Tamusu area

(1)铀源要素。研究区存在两种铀源(吴仁贵等，2008)，一是外部铀源，来源于塔木素地区北部蚀源区，蚀源区发育大量二叠纪复式花岗岩，岩石铀含量偏高，地面伽玛强度达 5.5～5.8 nc·kg－1·h－1，地表有较多铀异常，并长期处于风化剥蚀状态，风化壳较厚，花岗岩铀浸出率高，一般为30% ～49.2%，最高达 77.78%;二是内部铀源，即含矿建造本身富铀，下白垩统巴音戈壁组上段平均铀含量达 11.9 ×10－6，其中，灰色炭质泥岩达 12.6×10－6～64.2 ×10－6，灰色砂岩铀含量达 5.2 ×10－6～36.6 ×10－6。

(2)构造要素。塔木素地区整体为一个箕状向斜，表现北缓南陡、东强西弱的特征。塔木素北部为一个向盆内倾斜的宽缓向斜，轴向NEE，倾角10°～20°，此单斜地层有助于地下水向盆地内渗入。东部银根和本巴图地区褶皱较发育，下白垩统发育多个宽缓短轴褶皱，轴向在北东60°～70°，两翼倾角一般10°左右，局部近断裂处可达49°。综合物化遥信息解译出NE向和NW向控矿断裂6条，这些断裂大都位于缓倾斜坡带上，形成局部排泄带，完善的补-径-排体系，有利于层间氧化带型铀矿的形成。

(3)含矿层位要素。塔木素地区含矿层主要为下白垩统巴音戈壁组上段，因此巴音戈壁组上段出露区的大小、离蚀源区的远近与铀成矿具有一定的关系。一般来说，含矿目的层出露面积越大，离蚀源区越近，对铀成矿越有利。

(4)目的层底板埋深要素。下白垩统巴音戈壁组上段底板最大埋深在研究区南西部，达700 m以上，北部和东部较浅，最大埋深450 m。研究区整体为一北东向展布的箕状向斜，呈北缓南陡、东浅西深态势。塔木素式层间氧化带型铀矿化大都赋存于含矿层底板埋深小于450 m的区域。

(5)沉积相要素。塔木素地区含矿目的层下白垩统巴音戈壁组上段主要发育一套扇三角洲－湖泊沉积体系。其中，扇三角洲相为塔木素地区铀成矿有利相带，主要分布于塔木素地段、乌力吉地段、银根地段和本巴图地段(图2)。

(6)层间氧化带要素。层间氧化作用是层间氧化带型铀矿床形成的必要条件，层间氧化带发育的完善程度和发育规模控制着层间氧化带型铀矿化的强弱(刘武生等，2011)。巴音戈壁组上段的铀矿化严格受层间氧化带控制(潘家永等，2009)。剖面上，铀矿化主要产于氧化砂岩与泥岩相邻部位，砂岩中铀矿化的形成与红色、黄色两种氧化作用有关，铀矿(化)体多产于红色、黄色两种氧化作用的叠加部位，单独的红色、黄色氧化砂岩中少见工业铀矿体的产出。平面上，层间氧化带前锋线在塔木素、银根、本巴图等地区呈蛇曲状展布。铀矿(化)体呈板状，单层厚度较薄，为翼部矿体。

图2 塔木素地区沉积相图Fig.2 Sedimentary facies of Tamusu area

(7)航放异常要素。航空放射性异常一般对应着铀源丰富区和矿体地表出露区。研究区航空U异常值＞2×10－6的区域与铀矿化具有很好的对应关系，其中，塔木素地段航空放射性U值为(3～4)×10－6，本巴图地段航空放射性 U值达 6×10－6，乌力吉和那仁地段 U 值达(2 ～4)×10－6，对铀成矿有利。

(8)航磁异常要素。航磁异常反映了各隐伏花岗岩体的边界及局部隆起区，据此可大致圈定铀矿化产出部位。预测区内航磁ΔT异常(异常值0～0.03 nT的区域)反映的的斜坡带展布及深大断裂带均与铀成矿密切相关，这些区域主要集中在塔木素、本巴图、乌力吉和那仁等地段。

4 成矿预测

(1)预测变量构置。本次预测采用矿床模型综合地质信息预测技术(叶天竺等，2007)，基于GIS平台，应用MRAS软件，采用特征分析法进行靶区的圈定，这就要求将预测要素信息转换成有效的GIS的图层(点、线、面)变量。根据总结的预测要素，结合实际情况构置了预测变量(表2)。

(2)预测区圈定。将以上构置的9个预测变量依次代入MRAS软件的特征分析法模块，利用平方和法计算各个变量的权重(表3)，从表中可以看出，氧化带前锋线、扇三角洲相和铀矿化信息三个变量所占权重最大，这与地质事实相符。

表2 塔木素式层间氧化带型铀矿预测变量构置表Table2 Construction of prognosis variations of Tamusu-form interlayer oxidation zone type uranium deposit

表3 平方和法计算塔木素地区巴音戈壁组上段各预测变量权重值一览表Table3 List of weights of different prognosis variations calculated by sum of squares in upper section of Bayingebi formation，Tamusu area

运用最小预测区的圈定原则(黄文斌等，2011)，结合实际地质成矿条件，最终圈定、优选成矿远景区4片(图3)，其中Ⅰ级成矿远景区2片、Ⅱ级成矿远景区1片、Ⅲ级成矿远景区1片。

5 靶区评述及找矿方向

(1)塔木素Ⅰ级远景区。塔木素地段位于研究区西南部，该地段总体上具备以下有利成矿条件:①铀源丰富。该区北部的宗乃山隆起中广泛出露石炭-二叠纪复式花岗岩，岩石铀含量较高，加之含矿建造本身铀含量偏高，构成了双重铀源;②有利的构造特征。本区位于苏红图坳陷的北坡，即处于箕状向斜的缓坡侧，表现为向南缓倾的宽缓斜坡，有助于地下水下渗发育层间氧化作用;③有利的沉积相特征。含矿层巴音戈壁组上段主要为冲积扇前缘-扇三角洲相沉积;④发育三层规模较大的层间氧化带，稳定性好，分带明显且见矿性好;⑤铀矿化信息丰富。已落实了塔木素矿化集中区及一些矿(化)点、异常点和放射性异常点，有望发展成特大型铀矿产地。

图3 塔木素地区铀矿预测成果图Fig.3 Result of uranium resources prognosis in Tamusu area

(2)银根-本巴图Ⅰ级远景区。银根-本巴图地段位于研究区东部，该地段有利成矿条件主要有:①铀源丰富。该区位于沙拉扎山隆起带的南侧，隆起带内广泛出露石炭-二叠纪复式花岗岩，岩石铀含量较高，加上含矿建造本身铀含量偏高，构成了双重铀源;②有利的构造特征。在大单斜的背景下发育多个宽缓短轴褶皱，两翼倾角一般小于10°，对地下水的下渗较为有利，NE向和NW向控矿断裂完善了补-径-排体系，有利于层间氧化带型铀成矿;③有利的沉积相特征。含矿层巴音戈壁组上段主要发育冲积扇-扇三角洲-湖泊沉积体系，控矿的扇三角洲相环盆缘展布，相带较宽;④有利的砂体特征。含水层砂体多为一层，上下隔水层稳定，厚度适中、埋深较浅且延伸稳定，砂岩呈灰色，还原能力强;⑤发育单层规模较大的层间氧化带，稳定性好，分带明显且见矿性好;⑥以本巴图矿点为代表，发现了十几处矿(化)点和异常点。综合成矿信息分析，该远景区具备中大型铀成矿潜力，应进一步加强地质勘查工作。

(3)乌力吉Ⅱ级远景区。位于巴音戈壁盆地中部乌力吉地段，该区补-径-排系统较完善，铀源丰富，沉积相带有利，以往工作在该区发现矿化点或异常点4处，成矿地质条件较为有利，是开辟新找矿地段的有利地区。

(4)苏红图Ⅲ级远景区。该区以往铀矿地质找矿工作主要集中在地表的潜水氧化带型找矿工作上，发现了一些矿化线索，依据目的层底板埋深及层间氧化带发育特征，指示该区深部300～450 m内，具有形成层间氧化带型铀矿化的条件。

6 结论

(1)通过对巴音戈壁盆地塔木素典型矿床的解剖，厘定了该矿床的成矿要素，建立了塔木素矿床理想化的成矿模式。

(2)通过区域成矿条件分析，结合典型矿床建模、航放、航磁信息，构置了控矿构造、含矿层出露区、底板埋深＜450 m、扇三角洲相、氧化带前锋线缓冲区、铀矿化信息、水中铀含量异常、航放异常区、航磁异常区等9个预测变量。

(3)利用9个预测变量，基于GIS平台，采用矿床模型综合信息预测技术，对塔木素地区层间氧化带型铀矿进行了预测，圈定Ⅰ级远景区2片、Ⅱ级远景区1片、Ⅲ级远景区1片。

何中波，罗毅，马汉峰.2010.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，27(1):11-18.

吴仁贵，周万蓬，刘平华，等.2008.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，24(1):24-31.

潘家永，刘成东，郭国林，等.2009.内蒙塔木素砂岩型铀矿中硒矿物的发现与意义[J].矿物学报，29(1):44-48.

刘武生，贾立城.2011.应用矿床模型综合地质信息法评价砂岩型铀资源潜力——以伊犁盆地南缘层间氧化带型铀矿为例[J].铀矿地质，27(6):352-358.

叶天竺，肖克炎，严光生.2007.矿床模型综合地质信息预测技术研究[J].地学前缘，14(5):11-19.

黄文斌，肖克炎，丁建华，等.2011.基于GIS的固体矿产资源潜力评价[J].地质学报，85(11):1834-1843.