鄂尔多斯盆地西缘北段银东地区层间氧化带型铀矿地质特征研究

李有民　门宏　狄颜宁

摘要：通过对鄂尔多斯盆地西缘北段的区域地质背景，沉积盖层特征，找矿目的层直罗组下段砂体的展布形态、岩石地球化学、沉积相特征及层间氧化带和铀矿化特征的综合研究与对比分析，认为该区的铀矿化主要受层间氧化带的控制，打破了长期以来对构造活动区不利于大型层间氧化带形成的传统观念，对下一步类似地区铀矿找矿工作具有一定的借鉴意义。

关键词：鄂尔多斯盆地西缘；含矿主岩；层间氧化带；铀矿化特征；成矿条件及前景

1. 地质概况：

银东地区处于鄂尔多斯盆地西缘构造带的北段，该单元西以贺兰山西麓断裂和青铜峡——固原断裂为界。南北宽约50km～120km。该带由10余条近南北向延伸的逆冲断裂及一些近东西向的平移断层组成构造骨架，背斜向斜发育（图1）。其中包括以下三个构造段：①乌达——桌子山段②贺兰——横山堡段③马家滩——甜水堡。

本区基底由一套海陆交互相、陆相沉积的碎屑岩建造，含煤建造和碳酸盐建造组成。

沉积盖层主要由中三叠统纸纺组和铜川组、上三叠统延长组、中侏罗统延安组、直罗组、安定组、下白垩统、新近系和第四系，缺失晚侏罗世和晚白垩世沉积，各组间均为不整合接触（表1）。

2. 含矿主岩特征

直罗组是区内最主要的含矿岩系，区内直罗组分布范围较广，但多被上覆第四系、白垩系及安定组覆盖，仅零星出露，与下伏延安组和上覆安定组均为不整合接触，由于受后期东西向构造应力的挤压，直罗组以褶皱形态产出，褶皱轴为南北向或近南北向，褶皱多被错断，呈断块状。

2.1 直罗组分布特征

直罗组在区内分布广泛，厚度变化很大，受区内褶皱冲断带的影响，使其形态变得非常复杂，厚度变化较大，主要表现为受断裂切割地层厚度分布不连续，在碎石井北部，鸳鸯湖北西部及马家滩东南部直罗组地层已被剥蚀殆尽，剥蚀线附近地层厚度明显变薄等特点，但从总体上来看，直罗组地层有从北向南，从西向东地层厚度加大的趋势，仅在局部地段由于受断裂褶皱构造的影响略有变化。埋藏情况具有与其相似的特点从北向南，从西向东埋深增大。

2.2 直罗组岩性的划分与对比

根据区内直罗组发育特点，直罗组可以划分为下、上两段：下段为粗碎屑岩段，岩性以灰白色、褐黄色、浅灰色中粗砂岩为主，夹有薄层铀砂岩和粉砂岩，局部夹有少量黑色泥岩透镜体，该段砂体厚度稳定，变化不大，一般为60m～100m，最大109.34m，具有1～3个下粗上细的沉积韵律，韵律层厚一般为20m～40m，分选好，磨圆中等，具大中型板状交错层理和槽状交错层理。上段以灰褐色、灰绿色、蓝灰色、紫红色细砂岩、粉砂岩、泥岩为主，夹有灰色、灰白色、褐黄色、砖红色中粗砂岩及泥岩，偶尔见有泥灰岩透镜体，上段总体为粉砂岩、泥岩、细砂岩分布，中砂岩、粗砂岩以透镜体形式夹于其中，厚度较小，一般小于20m。

2.3 直罗组下段砂体物质成份特征

直罗组下段以中粗砂岩为主，粉砂岩、泥岩较少。其岩石学特征如下：砂岩均以碎屑为主（表2），杂基含量较少。砂岩碎屑平均含量87.27%，杂基含量12.73%。碎屑成分以石英、长石为主，岩屑、云母、重矿物少量。石英含量一般56%～79%，最高79%，平均为68.82%。长石含量一般为25%，最高达30%，平均26.36%。岩屑和云母约占4.3%。从矿物成分分类图（图2）上可以看出，为净砂岩，大多为长石净砂岩，个别为长石石英净砂岩。从以上可以看出，本地区离物源较近，成分成熟度较低。

长石多为条纹长石，其次为斜长石，微斜长石。其后生变化中等——强，条纹长石、斜长石高岭土化，见斜长石绢云母化。碎屑受杂基及方解石溶蚀交代较强。普遍含云母，但含量低，含量均小于1%，黑云母和白云母均有，但以黑云母为主。多呈条带状沿层理面分布。多发生褪色蚀变，绿泥石化。多被挤压扭曲。普遍含岩屑，花岗岩、火山岩、变质岩等均有。但以花岗岩为主，花岗岩岩屑个别可达10%，平均4.3%。其他岩屑含量均小于1%，其岩性主要为石英岩，云母石英片岩，云母片岩。说明沉积物源为北部和西部蚀源区的侵入岩，变质岩，火山岩等。

重矿物含量均小于1%，以绿帘石、磁铁矿为主，锆石、石榴石少量。其轻重矿物组合为一种不稳定的组合形式，其母岩成份主要为沉积岩、变质岩和花岗岩等，说明其与岩屑特征基本一致，物源主要来自北部和西部蚀源区。胶结物以泥质为主，其次为铁质和钙质。泥质胶结物成份主要有水云母、高岭石，含量1%～8%。钙质胶结物为方解石，铁质胶结物为褐铁矿、针铁矿、黄铁矿。岩石中普遍有黄铁矿，其含量约1%，见有三种，标形特征：球粒状，形成于成岩早期；立方体状，多分布在填隙物中或碎屑裂隙中，后生期形成；结核状或不规则状，多充填在碎屑孔隙中，往往具正方形边级，为成岩晚期形成。支撑类型多为颗粒支撑，而杂基支撑较少。

2.4 直罗组下段岩性岩相特征

根据直罗组下段结构和岩性组合特征、粒度特征及测井相特征，分析认为直罗组下段为一套辫状河沉积体系，下段砂体具有粒序向上变细，多期次在垂向上互相叠置，侧向上互相连接的特点，砂体由多个近东西向展布的河流相砂体在侧向上互相叠加而形成的南北向泛连通的大型砂带。

2.4.1 岩石粒度结构特征

根据粒度分析结果，做出本区岩石粒度概率累计曲线图。粒度概率累计曲线一般多为二段式，较少为三段式。其特征如下：

（1）二段型

由跳跃次总体与悬浮次总体组成，分段明显（图3），以跳跃次总体为主体，约占成份组成的70%以上，其跳跃组份斜率为69°～72°，悬浮次总体斜率为36°～41°，含量较大，约占30%，偏态系数为0.38，标准偏差为0.35～0.86，平均粒径为0.59mm，细截点为φ1.4（0.38mm），为中砂级，分选性较好，从这些特征来看，反映了该区直罗组在其沉积时水动力条件较强，为辨状河河流相沉积。

（2）三段型

三段型由滚动次总体、跳跃次总体和悬浮次总体组成（图4），粗截点为φ0.4，细截点为φ1.9，分段较为明显，滚动次总体约占3.2%，跳跃次总体组份含量较大，达77%，其斜率分别为66.5°和72°，悬浮组份约占20%，岩石颗粒平均粒径为0.35mm，标准偏差0.74，偏态系数为0.28，为正偏态，砂岩分选性中等—较差，这些特征表明，直罗组在其沉积时水动力较强，属辫状河河道沉积。

2.4.2 原生沉积构造特征

通过大量野外调查和钻孔资料的分析认为，本区直罗组下段为辫状河沉积体系。这一点除本区的岩性变化特征外，还可从以下几个沉积体系的环境标志得到证明。

延安期末受燕山运动Ⅱ幕的影响，地壳上升，出现沉积间断，古气候逐渐趋于炎热，改变了延安期温暖潮湿气候及湖沼相发育的古地理景观，出现以河流相为主的沉积。据地面露头及岩心资料，磁窑堡一带砂岩中具板状交错层理，粉砂岩具微波状层理及水平层理，泥岩产植物化石。反映早期主要为辫状河沉积，晚期为曲流河沉积。其下段主要由含砾中粗砂岩、中砂岩、细砂岩、粉砂岩、泥岩组成。具大中型板状斜层理，槽状交错层理和楔形斜层理。反映了辫状河的沉积特征。其原生沉积构造反映了当时的水力学特征。辫状河砂体沉积时，其坡降大，水流速快，形成在剖面上表现为多个向上变细不完整的正韵律。直罗组下段形成的砂体规模较大，而且表现为一种泛连通砂体，砂体的宽厚比值大，而砂体间泛滥平原的区域则有限。空间上由西向东砂岩厚度减少，粒度变细，泥岩厚度增大。

2.4.3 测井相特征

从直罗组的测井曲线形态来看，下段以辫状河为主，主要由河道充填亚相组成，根据其曲线形态特征可以识别出：河道、心滩、河口坝和河道间四种微相（图5、图6）。

a. 河道；主要由含砾中粗砂岩构成，每个韵律层厚度约10m左右，砂体的底部常可见有河道滞留沉积和冲刷泥砾，以块状构造为主，其曲线形态表现为由多个箱形叠加而成齿化箱形，其特征为下界面突变，上界面渐变，视电阻率为高幅齿化，呈多个单体的复合形态。

b. 心滩：由中粗粒——中粒——中细粒砂岩构成，在垂向上其表现为下粗上细的正韵律，下部多为中粗砂岩，向上渐变为中砂、中细砂，在其顶部有时可见到薄层粉砂岩、泥岩或砂包泥的现象，砂体的厚度一般为20m±，其自然电位曲线形态表现为箱形，呈齿状负高偏变化幅度较河道形略小，视电阻率中高幅齿化。

c. 河口坝：主要由细砂岩、粉砂岩和泥岩组成，厚度一般小于5m，曲线形态一般表现为钟形。

d. 河道间：岩性主要为粉砂岩和泥岩组成，夹有薄层细砂岩，以块状构造为主，曲线形态表现为平直形。

从岩层粒度结构特征、原生沉积构造和测井相特征来看本区直罗组下段以辨状河沉积为主，上段沉积时期，本区地形平缓，发育有高弯度曲流河，在剖面结构上表现以代表河道沉积的中粗砂岩厚度较薄。而以泛滥平原沉积的细砂岩、粉砂岩厚度较大，为上段沉积的主体。

3. 层间氧化带特征

3.1 层间氧化带特征

区内层间氧化带主要发育在中侏罗统直罗组，层间氧化带发育规模大，延伸长，产出层位相对稳定，前锋线形态复杂，环境标志明显的特点。借助层间氧化带的外部标志型矿物和其控制因素，对本区的直罗组层间氧化带进行了划分，直罗组下段层间氧化带呈近南北向展布（见图7），氧化带前锋线位于磁窑堡——清水营——上海庙一带，长度达50km。氧化作用方向由西向东，氧化带前锋线在平面上表现为向东突出的蛇曲状，氧化带砂体厚度一般为16m～30m，最厚可达百米以上，埋深一般为100m～420m。本区层间氧化带最为突出的特点是氧化距离较短，从本含水岩组的出露区到氧化带前锋线处一般不超过3km，在层间氧化带内岩石颜色主要表现为棕红色和褐黄色，褐铁矿化及其发育，主要岩性为直罗组下段胶结疏松的含砾中粗砂岩。

3.2 层间氧化带的分带性特征。

本区的直罗组层间氧化带具有比较明显的分带性特点，根据对其颜色标志，矿物标志和岩石地球化学环境标志的研究发现，本区直罗组层间氧化带目前可划分出如下几个亚带：完全氧化带，不完全氧化带，过渡带（铀矿化带）和未蚀变岩石带。

完全氧化带：直罗组下段砂体被完全氧化，砂体的颜色普遍受到后生作用的改造，颜色表现为棕红色，褐黄色，玫瑰红，棕褐色，几乎充满整个含水岩组。从矿物组合特点来看（表3），完全氧化带岩石遭受强烈氧化，产生褐铁矿化，且部分脱水赤铁矿化，岩石颜色发红，有机质氧化消失，粘土矿物高岭土、伊利石被褐铁矿、针铁矿浸染，呈褐黄色。从岩石地球化学特点来看完全氧化亚带由于氧化作用强烈，S2-、FeS2、Fe2+/Fe3+达最低值，而Fe3+达最高值（表4），岩石呈现黄色调。

不完全氧化带：仅有部分砂体被氧化，氧化砂体厚度小于含水岩组厚度，砂体颜色主要表现为褐黄色，灰褐色及灰绿色等，黄铁矿和有机质未必被完全氧化，见有少量氧化植物残片。石英、长石和岩屑的蚀变与完全氧化带基本相似，主要区别在于褐铁矿化

非常发育，岩石中的铁矿物（磁铁矿、黄铁矿）和含铁矿物（黑云母等）强烈蚀变为褐铁矿或针铁矿。炭质物经氧化后绝大部分遭破坏，致使岩石中碳含量过低。另外在岩屑或杂基中也时有褐铁矿化或不均匀的分散状褐铁矿染。矿物组合特点是长石、岩屑泥化成灰白色、白色斑点状，磁铁矿、黄铁矿、黑云母等矿物多变为尘埃状褐铁矿或呈黑云母假象的针铁矿，有少量的炭屑及微晶黄铁矿。粘土矿物多为高岭石，少量蒙脱石和混在其内的绿泥石。

过渡带是铀的聚集带，位于氧化带舌状体前缘。在该带中黄铁矿和褐铁矿（包括针铁矿）共存是其主要特征，同时见微晶石英、玉髓、绿泥石和炭屑。铀矿物主要有沥青铀矿、铀石等。粘土矿物主要为高岭石、伊利石，其他矿物很少见到。

从岩石地球化学特点来看过渡带长石、岩屑粘土化；S2-、FeS2、Fe2+/Fe3+普遍升高，并保持一定水平；黄铁矿、白铁矿、褐铁矿、水针铁矿、赤铁矿共存是最大特征，岩石颜色由黄色调转为暗色调，呈现不均匀灰色；铀矿物为沥青铀矿、铀石、含铀炭屑、含铀地沥青；还原环境的交替带过渡带，也是铀成矿作用的关键地带。还原剂主要是黄铁矿、有机质和还原性气体（如烃类）。

铀矿化带：在颜色上主要表现为灰白色，浅灰色及灰绿色，并可见极少量的褐黄色斑点。见有褐铁矿化与黄铁矿共生现象，焊有丰富的炭化植物碎屑和有机质，其地球化学环境指标中Fe2+含量明显偏高，该带宽度一般不超过500m，存在明显的铀矿化。

未蚀变岩石带即原生岩石带，基本上未受后期氧化作用，颜色保持原生深灰——灰色。有较多的炭质碎屑和有机质、黄铁矿未受蚀变。粘土矿物少量，偶见水云母化。

未蚀变岩石带：岩石颜色主要为灰色和深灰色，黄铁矿和有机质均未被氧化，未见褐铁矿化，铀含量为正常值。从岩石地球化学特点来看

原生带长石、岩屑，局部有粘土化；S2-、Fe2+/Fe3+低于过渡带，FeS2高于过渡带，黄铁矿、白铁矿未蚀变；岩石为均匀的暗灰色；有机碳含量恢复正常值。

1. 延安组；2. 直罗组；3. 安定组；4. 地层平行不整合界线；5. 地层角度不整合界线；6. 逆断层；7. 向斜；8. 背斜；9. 以往施工钻孔；10. 2007年施工钻孔；11. 工业孔；12. 矿化孔；13. 异常孔；14. 无矿孔；15. 直罗组层间氧化带前锋线；16. 直罗组底板埋深等值线。

4. 铀矿化特征

4.1 铀矿化空间分布特征

铀矿化主要产于直罗组下段辫状砂体中，矿化赋存位置受含水岩组渗透性能的影响存在较大差异，已发现的铀矿化主要赋存与直罗组下段砂体的底部。铀矿化体顺层发育，产状大致与地层产状一致，铀矿化体在剖面上呈现较为规则的卷状和板状。在平面上表现为与层间氧化带相一致的蛇曲带状。在相对均匀的砂岩中形成简单矿卷。矿卷基本对称。测井曲线反映的是一完整的单锋值。在不均匀、相变剧烈的砂体中往往出现多层矿卷。矿卷上下翼形成几个薄层不对称的似卷状矿体，卷头参差不齐，测井曲线反映的是多峰值。下翼矿体为平整的板状，紧贴底板隔水层发育，具有薄而长的特点。上翼矿体不发育，主要为透镜状。下翼比上翼矿体连续性好、厚度大、延伸距离长，部分矿体只发育卷头矿体或下翼矿体。

4.2 铀矿化的控制因素

① 地层及岩性岩相控矿：磁窑堡地区的含矿层主要为中侏罗统直罗组下段，铀矿化主要产于直罗组下岩段辫状河多期复合河道砂体中。岩性主要为灰色中粗砂岩，浅灰色中砂岩、中细砂岩、中细砂岩，分选性中等——差，磨圆度低，杂基支撑。

② 层间氧化带控矿：铀矿化位于层间氧化带的前锋线附近，砂体主要呈卷状，其发育方向与层间氧化带的发育方向一致，基本是由西向东发育。氧化带岩石以黄褐色为主其中褐铁矿化发育，可见氧化碳屑，未氧化岩石富含有机质，黄铁矿。

③ 铀矿化与炭质及黄铁矿等还原物质关系密切。从环境指标样、岩矿样、铀样分析结果可以看出，氧化岩石其有机碳、黄铁矿含量低，铀含量也很低，氧化还原过渡岩石有机碳、黄铁矿含量高，铀含量也高。

④ 矿化发育在褶皱有利于发育层间氧化带的一翼。在工作中发现，由于盆地的抬升，背斜轴部被剥蚀，砂岩直接暴露地表或间接暴露地表，从背斜的轴部向向斜的核部顺层氧化发育，有利于层间氧化带的形成，因此矿化多在背斜的东翼。

⑤ 直罗组含矿层砂岩的硅酸盐全分析结果与砂岩克拉克值对比表明，含矿砂岩的SiO2较低，而K2O、Na2O含量较高，表明成矿有碱交代作用。Al2O3含量较高，说明砂岩中粘土质成份较多。这也与本区长石粘土化较强一致。而且TFe203、MgO含量较高，Fe203、MgO一般存在于粘土矿物的晶格中，由于粘土较多，因而TFe203、MgO的含量相对较高。

⑥ 砂岩的烧矢量均较高，即使除去与CaO相当量的CO2外，仍比砂岩的克拉克值高，说明直罗组砂岩有机质含量较高。

5. 铀成矿条件分析及前景

5.1 铀成矿条件分析

构造条件：鄂尔多斯盆地北西缘处于大型内陆坳陷盆地的边缘部位，构造抬升幅度适中，直罗组呈波浪状缓倾斜，地层倾角为10°～20°，构造环境对铀成矿非常有利。区内发育的断裂构造对地下水的渗入和排泄起到了积极的促进作用，因而本区具备了形成水成铀矿有利的构造和古水动力条件。

岩性岩相条件：主要找矿目的层直罗组下段为一套辫状河沉积体系，岩性以含砾中粗砂岩为主，砂体厚度适中，胶结疏松，岩石以空隙式胶结为主，渗透性能良好，其上下具有稳定的隔水层分布，为层间氧化带型铀矿的形成提供了良好的空间。

岩石地球化学条件：中侏罗直罗组沉积时，气候条件温暖潮湿，物源丰富，沉积物富含有机质，炭屑和黄铁矿等还原能力较强的自生矿物，为后生铀成矿作用创造了条件。

水动力条件：西缘构造带的活动，起到一种类似的造山运动，增强了地下水向纵深运移的驱动力，有利于渗入作用的进行。

铀源条件：该区中侏罗统沉积层的主要物源来自元古界和古生界的剥蚀，物源较近，远比经过二次搬运沉积而形成的碎屑岩类铀丰度值要高。

5.2 铀成矿前景

铀成矿条件分析表明，无论是其所处的构造位置，岩性岩相条件，岩石地球化学条件，水动力条件，铀源条件，还是其所具有的铀矿化信息，均显示了本区具备了形成层间氧化带铀矿有利条件。中侏罗统直罗组层间氧化带的广泛发育和众多的铀矿化信息显示了其良好的找矿前景。

参考文献：

[1] 内蒙古自治区地质矿产局《内蒙古自治区区域地质志》地质出版社1991.7.

[2] 内蒙古煤田地质勘探公司（1∶20万）电测深曲线图册1998.

[3] 内蒙古煤田地质局《鄂尔多斯盆地聚煤规律及煤炭资源评价》1992.

[4] 中国煤田地质总局王双明主编《鄂尔多斯盆地聚煤规律及煤炭资源评价》煤炭工业出版社1996.7.

[5] 焦养泉等《河流和湖泊三角洲沉积体系及典型骨架砂体内部构成分析——鄂尔多斯盆地东缘精细露头储层研究考察指南》中国地质大学出版社1995.7.

[6] 李思田等《含能源盆地沉积体系》中国地质大学出版社1996.5.

[7] 核工业203所王金平等《陕甘宁盆地北部下白垩统层间氧化带型铀矿成矿远景及地浸地质条件研究》1994.3.-1996.3.

[8] 霍改兰，屈永清，马少华，李虎平.鄂尔多斯盆地地热资源形成条件研究[J].西部资源，2011（05）.

[9] 祁占虎，蒋艳春.鄂尔多斯盆地西部砂岩型铀矿目的层中侏罗世古压榨水头探讨[J].西部资源，2015（02）.