“鸡与蛋之争”——油与铀富集之谜

■ 激 扬

勘探开发

“鸡与蛋之争”——油与铀富集之谜

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在自然科学，尤其是在生物学中，“先有鸡”还是“先有蛋”是一个让人百思不得其解的古老谜题。其实，鸡与鸡蛋无非是一个循环中的两个不同元素，少了其中任何一个这种循环都无法继续存在，因此鸡与鸡蛋不存在孰先孰后的问题。受进化论的启发，科学界将这种看似“风马牛不相及”但又相互依存的自然现象比喻为“鸡与蛋”的关系。

自20世纪80年代以来，中国北方一些中—新生代盆地的铀矿勘查工作取得了较快的进展和重要成果，如在伊犁、吐哈、鄂尔多斯、二连和松辽等盆地相继发现了一些大型/超大型砂岩型铀矿床。这些产铀盆地多为油气、煤等有机矿藏产出的沉积盆地，且处于中—东亚成矿带内。学者们对此现象感到困惑——究竟是石油“吸附”了铀元素，还是铀“富集”了石油？这也成为一个“先有鸡”还是“先有蛋”的命题。

费解的时空配置现象

辽河油田因在松辽盆地开鲁坳陷的某些油井发现铀异常，从而由点及面进行铀矿勘探，发现了钱家店铀矿床。近期鄂尔多斯盆地大营超大型砂岩型铀矿床的发现则是以煤炭资料为基础。据此，地质工作者们提出了包括“铀—煤兼探”“铀—油兼探”在内的多种能源矿藏（产）协同勘探的找矿新思路。

世界范围内超过80%的产铀盆地兼有油气、煤产出，多种能源矿产同盆成藏已被广泛认同。在我国，西起里海、东止于松辽盆地长达6000千米的中—东亚成矿带，在特定的地质背景影响下，有机—无机矿产（藏）广泛富集产出。北纬30°附近的中—东亚成矿带是世界上油气、煤资源的主要产出区域之一，同时也蕴含丰富的铀矿资源。

我国已探明的砂岩型铀矿床主要分布在北方的沉积盆地内，尽管云南滇西盆地及四川盆地等地也发现了该类型的铀矿床（点），但与北方发现的该类型铀矿床相比较，不论从铀矿床产出的数量还是铀的储量都无法相比。

在这些产铀/已发现铀异常信息的盆地中，鄂尔多斯盆地、准格尔盆地及塔里木盆地都是年产油气量大于10吨的大型/超大型盆地，二连、吐哈以及海拉尔等盆地也有油气产出，而伊犁盆地发现了油气信息。我国北方盆地蕴含丰富的煤炭资源，主要产于石炭纪—二叠纪、侏罗纪地层中。产煤盆地（尤其是西北的盆地）多见铀资源产出。

油气、煤、铀因各自成矿（藏）机理不同，在平面上矿产（藏）产出的位置也各有特点。砂岩型铀矿多表现出近源成矿的特点。伊犁盆地南缘产出系列铀矿床，成为由达拉地、蒙其古尔、扎吉斯坦、乌库尔其、库捷尔太、洪海沟及肯尔扎特等数个铀矿床及一些铀矿点、矿化点组成的矿集区，形成了东西长80千米的铀成矿带，而盆地北部发现较多铀异常点有待进一步勘探。鄂尔多斯盆地产出的铀矿床分布在盆地周缘，二连盆地巴彦乌拉铀矿位于巴彦宝力格隆起带附近。但也有例外，钱家店铀矿床产出在松辽盆地开鲁坳陷内的隆起附近，前人研究认为钱家店铀矿床属复合成因砂岩型铀矿成矿类型。

油气、煤与铀成藏（矿）于同一沉积盆地，砂岩型铀矿与油气、煤的空间分布密切关联，其联系在垂向的赋存层位上表现得尤为密切。前人对鄂尔多斯盆地乃至我国北方主要产铀盆地油气、煤、铀赋存层位进行综合对比研究。从新疆伊犁盆地、吐哈盆地等诸盆地，经鄂尔多斯盆地、二连盆地，到东北的松辽盆地，产于同一盆地的油气、煤、铀的赋存层位具有相同、相邻或彼此相间的特征。

二连盆地巴彦乌拉铀矿床位于马尼特坳陷内塔北次级凹陷西部。据钻孔揭露资料，矿床自下而上揭遇地层有：下白垩统赛汉组下段、赛汉组上段及古近系伊尔丁曼哈组。其中，赛汉组上段砂体是主要赋矿砂体，赛汉组下段以泥岩和粉砂岩为主，砂岩不发育，且铀矿区部分钻井揭露赛汉组下段泥岩明显炭化。地处巴彦乌拉铀矿床东部的芒来煤矿产出层位就是赛汉组下段。努和廷铀矿床位于吉格森油田顶部和边部，铀矿床赋铀层位上白垩统二连组埋藏深度在100米以内，而吉格森油田主要含油气层系腾格尔组腾一段、阿尔善组顶部埋藏深度超过1000米，二者埋藏层位深度差大。油气赋存于鼻状构造、长短轴背斜等的核部，这些局部构造进一步隆升剥蚀，形成构造天窗，构造天窗的翼部是砂岩型铀矿的有利产出位置。

配置之谜

我国北方中—西部诸盆地主要赋铀层位为侏罗纪地层，容矿砂体的形成时代同样是煤炭资源广泛发育的时代。中—西北（尤其是西北）产铀盆地铀矿区及附加多见煤炭产出。伊犁盆地南缘铀矿与煤炭层在垂向上相互夹持，二连盆地巴彦乌拉铀矿床底板泥岩隔水层即是煤炭产出的层位。煤炭层在温暖潮湿的古气候环境下形成，古气候的细微变动造就了赋矿砂体，并使赋矿砂体中含大量有机质（如炭屑、黄铁矿等）。在这种情况下形成的有机质与含铀砂体是同期形成的，若不考虑油气的渗入、煤层气的产生，有机质的含量及生成位置固定不变。后期含氧含铀流体的渗入具有长期性，随着含氧含铀流体的持续渗入，地层从外界接受的氧和铀不断增加，含氧流体氧化地层中的有机质，使得氧化前锋线向远离蚀源区方向推进。其作用的结果是沉淀后再氧化已沉淀的铀，汇入不断推移的氧化—还原过渡带中。该过程持续的时间越长，砂岩中铀的含量增加，矿体规模越大。

赋矿层位及邻近地层包括容矿砂岩及其邻近与铀成矿有关的地层。容矿砂岩是砂岩型铀矿的赋存场所，其分布特征、岩性—岩相变化明显控制着铀的富集，关系到铀成矿规模及铀矿体的空间展布情况。赋矿砂体发育于温暖潮湿的古气候，铀赋存在辫状河、扇三角洲沉积的砂体中居多。温暖潮湿的古气候环境形成的砂体富含有机质（黄铁矿、炭屑等），为后期氧化—还原过渡带的形成及铀的沉淀富集提供还原剂。

铀能在容矿砂岩中保留下来需要顶、底板的存在，顶、底板多为温暖潮湿环境下形成的湖相泥岩沉积，有些铀矿床的顶、底板泥岩因炭质含量较高，具有明显炭化现象。伊犁盆地南缘系列铀矿床赋矿砂体与煤炭层相互叠置，煤炭层充当了赋矿砂体的顶、底板，底板作为隔水层，顶板阻隔外界氧的渗入并提供还原环境，起到保矿作用。

铀矿本身为金属矿产，但铀易被氧化溶于流体中而迁移。在沉积盆地，含铀流体受重力作用渗入砂体中，运移至氧化—还原过渡带富集成矿。这一成矿过程在一定程度上与流体矿藏成藏特性类似，决定了砂岩型铀矿的成矿与油气成藏对某些地质事件有共同的响应。

砂岩型铀矿的成矿过程始于盆地演化过程中的一些地质事件，构造运动（如次造山运动）引起盆地边缘抬升或盆地内部隆起，打破了盆内地块结构、地温及压力等的平衡，促使盆内元素的再分配。盆地边缘或盆内隆起富铀岩体风化剥蚀，铀受氧化被流体浸出，向盆内运移。地质构造环境的改变同样对矿藏的空间展布及规模产生影响，其中，以流体有关的矿藏受影响尤甚。一般情况下，铀矿的成矿年龄较新，铀矿化多发生在新生代，而油气、煤的成藏（矿）时间相对更早。构造运动是铀成矿作用开始的诱发因素，同样可能引起成藏（矿）于同一盆地油气藏的聚散以及煤质、煤级的变化。

实验证实，含氧含铀流体渗入到容矿砂体中与还原介质发生反应，形成氧化—还原过渡带。目前，已发现的还原介质可分无机和有机两类。其中，无机矿物以黄铁矿为主，有机介质有油气、煤、炭屑。其中，黄铁矿的形成也是受有机还原介质影响。各有机还原介质对铀富集还原作用的主次具有较为明显的分区性。研究表明，铀矿成矿年龄与天然气充注最早年龄相近，二者对盆地构造抬升事件响应明显。盆地构造事件对促发铀成矿作用以及油气的运聚具有同时性。含氧含铀流体中的氧与油气等还原剂相互作用，共同控制着氧化—还原过渡带的规模及空间展布，进而决定铀矿床矿体的规模、空间展布情况。

砂岩型铀矿具有渐进成矿的特点，聚集成矿需要比较漫长的时间。构造事件之后，相对稳定的构造环境，由温暖潮湿向干旱转变的古气候有利于铀的缓慢富集沉淀。此时，油气运聚可能致使深部的油气藏消耗，甚至消耗殆尽或在浅部形成新的油气藏。此过程煤炭的煤质、煤级可能改变。

在已探明的煤矿及邻近区域，若伽马测井在煤炭层的邻近地层中有铀异常反映，可分析该铀异常段及上下地层的岩性—岩相变化特征，查找有利于铀赋存的辫状河、扇三角洲砂体存在与否以及空间展布情况。结合盆地构造演化、铀异常段与可能铀源区的位置关系等。分析砂岩型铀矿成矿潜力，指导下一步铀矿勘探工作。

向上运移的油气与渗入的含氧含铀流体在砂体中随时间推移均呈动态增加，二者形成两股“力量”，即含氧含铀流体的氧化“力量”、油气等还原剂的还原“力量”。两股“力量”在砂体中相互作用，充分反应，促使铀沉淀富集而成矿。与煤相比较，油气与铀的时空配置、对铀聚集沉淀作用表现得不是十分明显。目前，在铀矿层及其附近并未发现油气藏的存在。松辽盆地钱家店铀矿床产出在油气勘探的外围，鄂尔多斯盆地东胜铀矿床附近也未发现油气田，这些与油气作用成矿有关的铀矿床只在铀矿层及其附近发现油气信息。二连盆地努和廷铀矿床分布位于油田顶部和边部，但含铀层位与油气藏埋藏深度相差千米。

找矿新思路

铀是地壳中高度分散的金属元素，其成矿作用所需的地质条件十分特殊。我国北方多数砂岩型铀矿床的成矿与油气、煤有关。目前我国地质科技人员已经探明了众多的此类矿产资源。有理论认为，铀可以大量存在于生物体内，而生物体形成的有机质是形成石油的基本物质，当然自然界中复杂的化学反应也是不可缺少的重要因素，这也可以为寻找更多的铀矿和石油提供了依据。

以松辽盆地北部为例，大庆长垣和西部斜坡区深部/浅部大量产出油气，并发现在该区域大量油气井中存在铀异常，但仅有为数不多的井达到高铀异常，未能形成具有工业意义的铀矿体，且铀矿化砂体处于还原环境中。大庆长垣属盆内隆起，地层遭受剥蚀形成构造天窗，与钱家店铀矿床所在隆起类似。而西部斜坡为自西向东缓单倾的斜坡，与伊犁盆地南缘颇有相似之处。松辽盆地白垩纪末期及后期经历构造反转，西部斜坡整体倾斜，大庆长垣背斜隆起。使油气顺断裂向上运移，在浅部形成新的油气藏或逸散，还原运移途经的砂体同时促发了铀的运移、沉淀富集，但此时并未形成铀矿床。因还原“因素”占上风，氧化砂体被还原，氧化—还原带向盆缘推进，形成大片的铀矿化。而二连盆地努和廷铀矿床位于油气田上部和边部，但因埋藏深度差大，深部油气藏可能难以为浅部含铀砂体提供大量的油气还原介质，铀得以富集成矿。

砂岩型铀矿与油气、煤成矿（藏）于同一盆地现象普遍。铀与油气、煤具有特殊的时空配置，存在一定的规律。铀矿分布于盆地边缘/盆内隆起，煤在盆内广泛发育。铀与煤在平面上产出位置相同或邻近、垂向上赋存层位相邻或相间。铀矿区及其附近多未发现油气藏，但存在油气信息。即便探明在铀矿区下部地层中有油气藏存在，二者成矿（藏）的深度差较大。

温暖潮湿的古气候条件形成煤炭层、泥岩及富含有机质的容矿砂体，为后期铀元素的沉淀聚集提供还原剂和顶、底板。依据铀和煤赋存空间位置相邻、煤炭层和容矿砂体成因的关系，在煤炭层的邻近地层查找铀异常，结合区域地质背景，分析铀异常段及上下地层的成矿潜力，指导下一步铀矿勘探工作。

构造运动、油气的运聚以及铀元素的成矿具有同时性。构造运动打破了盆内地块结构、温压平衡，趋使盆内元素的再分配。促发铀元素的浸出、迁移，同时形成/活化深部断裂，使深埋地下的油气顺着断裂向上运移。