西宁盆地砂岩型铀矿成矿地质特征分析

荆国强， 宋宪生， 李 磊

（核工业二〇三研究所， 陕西 咸阳 712000）

西宁盆地砂岩型铀矿成矿地质特征分析

荆国强， 宋宪生， 李 磊

（核工业二〇三研究所， 陕西 咸阳 712000）

通过分析西宁盆地成矿区域地质、 岩性岩相及构造环境演化， 重点讨论了砂岩型铀矿化岩性岩相、构造、后生氧化作用及源区铀源特征。认为下元古界湟源群、蓟县系花石山群、基底发育的中酸性侵入岩、东部乐都北山岩体为成矿提供了铀源；研究区发育一套以河流相、三角洲相、滨浅湖相为主的杂色碎屑岩建造，砂体发育，局部夹有少量灰色岩层，是铀矿化发育的重要层位；由于后期构造对目的层的影响较弱，具备形成同生沉积叠加后生氧化改造的铀矿化，白垩纪早期形成的宽缓褶皱和各种正逆断层及白垩纪晚期的差异性升降运动形成的斜坡带为含铀含氧水提供了运移通道和富集场所，成矿有利位置为坳陷中部的扇前缘亚相。

砂岩型铀矿； 地质特征； 西宁盆地

西宁盆地位于青海省东部，大致以西宁市为中心， 南北长约 30～50 km ， 东西宽约30 km。 该盆地中、 新生代是一个与乐都、 民和盆地整体相连的断陷型盆地，是西宁—民河盆地的次级单元，构造上属于中祁连的中、新生代山间断陷盆地［1］。其南与近东西向的大规模逆断层和拉脊山的古老变质岩系相连，其北侧与逆断层和前三叠系相接触。区内除小峡南有两个早古生代的中酸性侵入体外，大部分地区均被巨厚的白垩系、古近系、新近系紫红色沉积建造所覆盖。

自侏罗纪以来，虽然发生过多次构造变动，但由于其南北两侧及西部山区强烈上升，使盆地一直处于相对下沉状态。白垩纪、古近纪、新近纪时盆地一直处于内陆山间盆地环境中，形成了巨厚的河流-湖泊相砂、 泥岩沉积。由于气候干燥，沉积物多呈紫红色或棕色。这套红色陆相碎屑岩建造不仅沉积相复杂，原生岩石地球化学类型多样，且铀成矿也具有一定的特殊性。笔者通过对西宁盆地成矿地质背景、目的层特征、构造环境演化、砂岩型铀矿化特征分析，讨论铀成矿特殊性，为该地区铀矿找矿提供思路。

1 区域地质概况

西宁盆地座落在祁连褶皱系的中祁连隆起带东段，盆地北起达坂山南缘断裂，南以拉脊山北缘断裂为界；西起牛心山—响水河构造岩浆岩带，东至红崖子沟断裂。达坂山断裂以北为北祁连优地槽褶皱带；拉鸡山断裂以南为加里东优地槽褶皱带，南北两条断裂之间为中祁连中间隆起带。该盆地具双层结构特征，基底构造层主要由中下元古界中、浅变质岩系组成，盖层由早中侏罗世以来的中新生代地层组成。

盆地基底主要有湟源群，蓟县系华石山群片岩、片麻岩、石英岩和大理岩；震旦系片岩夹大理岩、结晶灰岩、板岩；寒武系白云岩、 灰岩， 中基-中性熔岩、 火山碎屑岩夹硅质岩及结晶灰岩；奥陶系硅质岩、中-酸性熔岩、千枚岩、板岩，中酸性熔岩、火山碎屑岩；志留系变长石石英砂岩、片状砾岩，变质英安凝灰岩、安山玢岩、变质砂岩，灰岩、板岩、砂岩、砾岩；泥盆系砾岩、细砂岩、凝灰质砾岩；二叠系砾岩、砂岩及石灰岩；三叠系砂岩、板岩、页岩夹煤层等及加里东-海西期中-酸性岩浆岩。 其中前震旦系及花岗岩 是区内 的 铀 源 层（体）， 又是产铀层（体）［2］。

盖层由侏罗系、白垩系、古近系、新近系和第四系组成，均为陆相沉积。中侏罗统窑街组（J2y）底部以黄色砂砾岩为主， 中上部以灰色、灰黑色页岩为主，夹细砂岩、粉砂岩和油页岩， 富含化石， 厚 120～130 m， 为河流-沼泽相含煤建造；下白垩统河口群（K1hk） 岩性主要为紫红-暗紫红色厚-巨厚层状砾岩、砂砾岩、砂岩及页岩，为红色碎屑岩建造，中部有油气显示，厚 1 213～1 367 m；上白垩统民和组（K2m）为陆相含盐碎屑岩，厚700～1 000 m， 主要为暗紫色-暗桔红色中-厚层砾岩、砂砾岩、紫红-灰绿色及黄褐色中-粗粒硬质长石砂岩、细粒石英长石质砂岩夹细砂岩、含铁钙质黏土岩及页岩；古近系西宁群为暗红色粉砂岩、泥岩夹砂岩、砾岩，含石膏； 新近系贵德 组 （N2g） 下 部 为 河 湖 相碎屑岩，上部为山麓洪积相砂砾岩；第四系（Q）主要由砾石、 黄土等残积物组成（图 1）。除第四系外的所有层位中均有铀矿化显示，其中，下白垩统河口群、上白垩统民和组为该区主要找矿目的层。

西宁盆地经历了两大构造发展阶段：基底构造发展阶段和盖层构造发展阶段。其中前者形成了正棋盘格子状、斜棋盘格子状构造， 后者形成了 “隐格” 构造。

基底构造的发展经历了3个阶段。古元古代末期， 本区遭受东西向挤压， 形成了 SN向褶皱和压性断裂以及 EW向张断裂。中元古代末转为 SN 向挤压， 形成了中元古界的EW 向褶皱、 压性断裂及 SN 向张断裂， 同时使古元古界中的断裂复活，并使其性质发生转化： SN 向的转化为张性， EW 向的转化成压性。这样，在元古宙构造层中，具有一定规模的 SN、 EW 向断裂与褶皱就形成了正棋盘格子状构造格局。古元古代末期，随着拉鸡山裂谷型盆地的封闭，区域主压应力方向转为 NE-SW 向， 早古生代构造层中形成区域性 NW 向褶皱带、 压性断裂带及 NE 向张断层。而对于已经变得刚性的元古宙构造层，褶皱的叠加则很微弱，以断裂复活为主，首先是 SN、 EW 向大断裂的复活， 同时大大强化了其中 NW、 NE 向断裂的形象。 这样， 在正棋盘格子之上又叠加了一个由 NW、 NE 向断裂构成的斜棋盘格子，这就是盆地基底的构造格局。盆地基底可分为大通坳陷、老爷山隆起、西宁坳陷、湟中低隆起、小峡隆起、平安驿坳陷及晁家庄隆起七个一级构造单元。根据重力勘探成果，可进一步划分为塔尔凹陷、尔麻凸起、七塔尔凹陷、双树凹陷、康家庄低凸起、甘家凹陷、上寺凹陷、双家堡凸起、维新凹陷、团结凹陷、沙沟凸起和乐都凹陷等 12 个二级构造单元（图 2）。 主要有NE 向和 NEE 向两组断裂发育。

图1 西宁盆地区域地质简图Fig.1 Regional geology sketch in Xining basin

盖层沉积期，随着青藏高原上板块依次向北（NE）叠瓦状俯冲， 大陆不断增生， 海洋不断向南（SW）后退， 各时代板块结合带依次远离，本区进入以差异性升降运动为主的时期。由于区域主压应力方向一直没有改变或改变不大，因此构造仍在原来的基础之上继承性发展。中侏罗世早期，本区进入内陆盆地发展阶段， 基底 SN、 EW 向大断裂的负向复合部位形成盆地， 次一级的 SN、 EW 向断层与 NE、 NW 向断层联合作用， 控制着盆内凸起、凹陷的形成。盖层构造简单，目的层多为平缓单斜层，只有少数宽缓褶皱发育。盆地东北及西南缘抬升掀斜，暴露地表，可以接受含铀含氧水进入目的层形成地下水的循 环 系 统 ， 进 而 发 育 层 间 氧 化 带 和 铀 矿 化［3］，有利于砂岩型铀的成矿。

2 含矿层

图2 西宁盆地构造单元图Fig.2 Structure unit of Xining basin

根据有关资料，我国中、新生代砂岩型铀矿有利相位集中三角洲相的三角洲前缘及三角洲平原、砂质辫状河相、曲流河相及冲积扇扇前湖沼相和扇前沼化洼地相。其中三角洲相的三角洲前缘及三角洲平原亚相的分流河道、河口坝、席状砂等微相砂体是极好的地浸砂岩容矿砂体，有着一定的分布范围和厚度， 粒度结构适中［4］， 是本地区形成铀矿重要的成矿环境。

2.1 下白垩统河口群岩性岩相

该组主要出露于小峡至田家寨及沙沟地区，以灰紫及红棕色砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩为主夹灰色层。依据岩性特征、沉积旋回等进一步划分为上、 下两个岩组（图 3）。 下岩组自下而上由砾岩、 砂砾岩-泥岩、页岩夹砂岩-砂砾岩、 砂岩夹泥岩-泥岩夹砂岩四部分组成，故分为四个岩性段；上岩组自下而上由砂岩、泥岩夹砂岩、砂岩夹泥岩三部分组成，分为三个岩性段。上下岩组间为整合接触。

早白垩世早期，小峡一带以细粒的三角洲沉积为主，沙沟一带为粗粒滨湖沉积。其中三角洲相又可细分为辫状河流亚相、三角洲前缘亚相及前三角洲亚相。该时期，小峡一带盆地和水体范围扩展明显，岸线与中侏罗世晚期相比，向西推进。沙沟一带，湖水直抵拉鸡山北缘，湖岸很陡。西宁古湖在此时转化为淡水湖，岸边河流纵横，植被发育，沉积物以棕灰、紫灰、棕、灰绿等暗色、杂色为主， 含黄铁矿及碳屑（图 3、 4）。

早白垩世中期，河口群上岩组出露于古城沙沟一带，小峡背斜核部及其北缘。古城—沙沟一带为滨湖相，田家寨一带为河流相，小峡一带为三角洲相。该期水体继续向西扩展，由于小峡断裂的复活，小峡背斜以西成为三角洲沉积区，岸线向前推进，南部、古城一线开始接受沉积，小峡凸起呈半岛状伸入湖中。其上河流冲积扇发育。南缘拉鸡山上升明显，使上岩组沉积物粒度总体变粗。沉积物颜色变红，湖泊从淡水湖逐渐转变为咸水湖， 古气候已转为干热（图 3）。

2.2 上白垩统民河组岩性岩相

图3 西宁盆地综合地层柱状图Fig.3 Comprehensive stratigraphic column in Xining basin

图 4 西宁盆地早白垩世岩相古地理略图 （据 1:5 万西宁幅地质调查报告修改）Fig.4 Lithofacies paleogeography map of Xining basin in Early Cretaceous（After Regional Geological Survery Report of Xining， 1:50 000， odified）

该组主要出露于盆地中部小峡—河湾一带、盆地东南部石灰窑—沙沟及东部大侠等地。西宁盆地南缘刹乙岭—石沟沿一带岩性主要以棕红色、砖红色泥岩为主，中间夹有薄层或细层棕红色、灰色细砂岩，与下白垩统河口群呈角度不整合接触。西宁盆地东缘汗庄地段上白垩统民和组层位分布稳定、埋藏浅，为一套辫状河流相砂岩沉积，岩性主要由棕红色、砖红色泥岩、砂岩、砂砾岩组成。

晚白垩世，自南而北存在三个明显不同的岩相古地理区［2］， 条岭—石沟沿以南为冲积扇砂砾岩相，以北至白草湾—平安驿一线为咸水湖-盐湖泥岩相及砂岩-泥岩相， 白草湾—平安驿以北为盐湖钙芒硝岩-泥岩相及泥岩-钙芒硝岩相。该时期， 由于拉鸡山的强烈上升，冲积扇向湖泊方向超覆，水体范围退缩。此时也是西宁古湖地形分异最大的时期，自南而北由白草湾水下高地、五其村水下高地将盆地中南部分为逐渐加深的三级凹地：洪水泉凹地，总寨—平安凹地，双数湾凹地。在东西方向上，小峡岛、田家寨水下高地又将盆地中南部分为东、西两部分，西高东低，沉积中心位于小峡以东的平安凹地中（图 5）。 该时期古城及条岭及乐都一带发育辫状河流及三角洲相，有利于砂岩型铀矿的富集成矿。

3 构造环境

侏罗纪祁连造山带可能与东昆仑造山带一样处于造山带伸展垮塌的动力学背景中，其结果是山前或者山间开始了断陷盆地的发育，结合区域资料分析，这些相互隔绝的独立原型湖盆，一般多为不对称型，或北断南超，或南断北超，它们并未连成一体。至侏罗纪晚期，推测为广盆阶段，沉积范围不断扩大，相互隔绝的独立盆地可能连为一体，西宁盆地之雏形形成。

图 5 西宁盆地晚白垩世岩相古地理略图 （据 1:5 万西宁幅地质调查报告修改）Fig.5 Lithofacies paleogeography map of Xining basin in Late Cretaceous（After Regional Geological Survery Reportof Xining， 1:50 000， modified）

白垩纪的大部分时间里，由于中特提斯洋的迅速扩张的远程效应，使祁连造山带各块体间在挤压应力的背景中通过走滑断裂进行相应位置的调整，以适应新的动力学体系。在中祁连北缘右行走滑断裂和中祁连南缘右行走滑断裂的联合控制下，盆地两侧以走滑造山为主，相应形成西宁拉分盆地。白垩纪晚期，由于印度洋强烈扩张的远程效应，挤压应力进一步增强，走滑的古老造山带活化再生，并进一步壮大，且向盆地发生对冲、推覆，使其地壳产生了弹性挠曲沉降，萌生了前陆盆地。

古近纪由于印度板块的持续北移和陆内俯冲的应力传递，使古老的造山带进一步活化再生，在走滑造山的同时并向盆地发生强烈的对冲，使盆地对冲扩展，前陆盆地得以持续发展壮大，并最终定型。

新近纪末至早更新世，盆地发生反转而趋于消亡，其沉降中心可能向东迁移至兰州一带，该期造山以大规模的山体隆升为特征，其结果是将侏罗纪-新近纪沉积物抬升到山顶，并缺失早更新世沉积。中更新世以来新的沉降盆地形成间歇性的沉积过程中堆积了近 400 m 厚的松散堆积物（图 6）。

4 铀矿化

西宁盆地目的层砂体发育，地表调查和钻探显示， 目的层下白垩统河口群（K1hk）中发育 4～11 层砂体（表1）， 厚度一般 5.0～26.7 m，最大厚度 53.4 m， 岩性以疏松灰色、 浅褐黄色、棕红色含砾粗砂岩、中砂岩和细砂岩为主。 上白 垩 统 民 和 组 （K2m）发 育 3～7 层 砂体 ， 一 般 23.91～51.47 m， 岩 性 以 疏 松 棕 红色、浅黄色含砾细砂岩、粗砂岩为主，局部见有褐铁矿化。上述灰色砂体中含有少量炭屑及大量的黄铁矿结核，具有较强的还原能力。

图6 西宁盆地构造演化示意图Fig.6 Sketch map of structure evolution in Xining basin

盆地层间氧化带主要发育在盆地的北缘和东缘。 河口群（K1hk）发育 3～5 层， 厚 1.0～21.3 m， 前 锋 线 附 近 见长 度 约 2.4 km 的 铀 矿化带； 民和组（K2m）发育 1～2 层层间氧化带，埋深 101.5～148.0 m， 厚度 3.4～9.0 m（表1）；在层间氧化带前锋线附近也见有铀矿化显示。西宁盆地南缘以发育潜水氧化为主。

西宁盆地发现层间氧化带型铀矿化。铀矿化产于灰色、棕红泥岩、铁质砂岩与含炭砂岩当中，沉积粒度较细，属滨-浅湖相沉积，铀矿化与铁质和炭质吸附有关。在铁质砂岩与含炭砂岩中伽马强度较高，局部见有次生铀矿物产出， 厚 0.3～0.5 m。 铀矿化产于层间氧化带上下翼（图 7），含矿岩性一般为疏松浅黄色夹灰色细-中砂岩。 在西宁盆地东北缘预富集铀经氧化还原后形成铀矿化体，赋矿岩性分别为疏松灰色细砂岩，炭屑，褐铁矿化发育及疏松灰色、浅黄色细砂岩，含大量炭质碎屑、黄铁矿等还原物质。

表1 西宁盆地东北缘白垩系（K1hk， K2m）砂体、 氧化带Table 1 Sand body and oxidation zone of Cretaceous in the northeast of Xining basin（K1hk， K2m）

图7 西宁盆地X号勘探线地质剖面图Fig.7 The geological section of Line X in Xining basin

下 白 垩 统 河 口 群 铀 矿 化 埋 深 85.10 ～201.20 m， 品位 0.017 8% ～0.023 5% ， 厚 度0.20 ～1.00 m； 上 白 垩 统 民 和 组 铀 矿 化 埋 深108.95～124.55 m， 厚度大小不等，最厚可达5.50 m， 最薄仅为 0.50 m， 品位一般在 0.012 6%～0.041 7%， 最 大 0.099 3%。

5 铀成矿地质特征分析

5.1 岩性岩相

区内早白垩世及晚白垩世在盆地边缘地区分别发育河流砂砾岩相及冲积扇砂砾岩相，主要沉积以中-细粒为主的砾岩，渗透性好，基本以近源砾岩为主，继承原岩的颜色，未经后生氧化蚀变，因此限制了铀的富集。由盆缘向盆地中心，早白垩世西宁盆地北缘互助地区及南缘小峡一带以一套河流、滨浅湖相的碎屑岩为主，其中辫状河亚相及三角洲前缘亚相砂体发育， 具有泥-砂-泥结构。 而晚白垩世的条岭及乐都地区局部发育辫状河流相及三角洲相，是砂岩型铀成矿的有利岩性岩相。

5.2 构造

西宁盆地是由晚印支运动受断裂控制的断陷盆地，在凹凸相间的基底之上，形成了较为稳定的沉积盖层，只有少数宽缓的褶皱发育。在稳定凹陷带中的单斜构造斜坡地带，白垩纪早期形成宽缓的褶皱和断层为含铀含氧地下水提供了富集场所和运移通道，晚白垩世由于由于差异性升降作用使目的层暴露地表，接受含铀含氧水的再次氧化和富集沉淀。由于后期改造作用对目的层的改造较弱，因此具备形成砂岩型铀矿化的条件。如西宁盆地北缘苏家堡—上台斜坡，找矿目的层为一向南缓倾的单斜构造。以及西宁盆地东缘平安县张家寨—乐都县水磨营，湟水河谷以北地区，该区地处乐都—民和盆地东北缘，乐都凹陷斜坡地带，物源来自乐都北山地区。

5.3 后生氧化改造

白垩系是在干旱与潮湿环境交替环境下的产物［5］， 但局部发育的河流相及三角洲相限制了目的层形成大规模的层间氧化现象。然而只有在干旱-半干旱气候条件下，水中的氧才能不被地表潮湿气候条件下土壤中广泛出现的有机质所消耗而渗入含水层发生层间氧化。在干旱-半干旱气候条件下， 水中铀才能达到较高的浓度，并在氧化带趋于尖灭的氧化-还原过渡带附近沉 淀 富 集 而 成矿［6］。由于构造运动对西宁盆地目的层的影响相对较小 ， 地 层 产 状平缓［7］， 因 此 局 部 的 层 间 氧化现象依然存在，铀预富集后接受含氧水氧化，二者叠加后，加之少量的还原物质就容易形成铀矿化。经钻探查证，在层间氧化改造后的同生沉积灰色层中发现铀矿化，并且铀矿化产于氧化带前锋线附近的氧化-还原过渡带。

在干旱、半干旱环境下以季节性或间歇性水流为主，为短暂的洪水期与较长时间的枯水期 交 替 变 化［7］， 在洪泛 期 以 红 色沉积为主。主洪水期则以粗碎屑沉积为主，在冲积扇、河流、三角洲等相带形成大套砂岩。这一时期由于水流较大、水位较高，规模较大的氧 化作 用难 以 发生［8］， 因 此 也限制了该地区的成矿前景，经钻探查证，层间氧化作用厚度小、呈现出星点黄色等局部氧化现象。

5.4 蚀源区铀源

铀源是构成铀矿床的物质基础。尽管砂岩型铀矿床属于外生后成铀矿床类，铀从其源岩中迁出、运移直至沉淀富集的轨迹相对于内生铀矿床来说更容易追溯。对于局部性层间氧化带来说，外部蚀源区的铀源似乎更重要［6］。 西宁盆地下元古界湟源群、 蓟县系花石山群岩性为片岩、板岩、千枚岩夹石英岩、大理岩及英安质凝灰岩，原岩为海相陆源细碎屑岩夹碳酸盐岩、火山岩建造，平均铀含量高达 6.5×10-6， 钍含量 20.6×10-6， 钾含量4.43%，钍铀比为 3.2，既是区内的铀源层，又是产铀层。 633 矿化点产于湟源群刘家台组的含黄铁矿、 石墨石英云母片岩中，402 矿化点产于花石山群的碳酸盐岩中， 207 矿化点赋存在湟中群青石坡组的含磷结晶灰岩中；西宁盆地周边蚀源区或基底发育的中酸性侵入岩，以产出加里东中期花岗岩类为主，岩体中花岗伟晶岩脉、细晶岩脉发育。花岗闪长岩呈灰白、肉红色，块状构造，中粒花岗结构，岩脉较发育。以上两种岩石中岩脉均发育，说明曾经历多期构造运动，普遍存在着碳酸盐化，这为铀的活化迁移创造了有利条件。花岗岩的铀含量较高，且有 1005 矿点、 152矿化点等一批铀矿点、矿化点和异常点、带，东部乐都北山岩体为产铀岩体，它们是盆地重要的铀源之一。

6 结论

1） 西宁盆地中下元古界湟源群、 蓟县系花石山群，基底发育的中酸性侵入岩，东部乐都北山岩体为产铀岩体，它们是盆地重要的铀源层与产铀层。

2） 从蚀源区发育的冲积扇相到沉积物最终堆积的湖相大面积分布，中间发育以河流相、三角洲相、甚至有水体覆盖的滨浅湖相红色岩层沉积，砂体发育，河流相、三角洲相局部发育少量的受后期氧化的灰色岩层是该地区铀矿化发育的重要层位。

3） 由于后期改造作用对目的层的改造作用较弱，因此具备形成层间氧化与同生沉积叠加后的铀矿化。白垩纪早期形成的宽缓褶皱和各种正逆断层及白垩纪晚期的差异性升降运动都为含铀含氧水的提供运移通道和富集场所。铀成矿作用主要发生于挤压抬升阶段，成矿有利位置为坳陷中部的扇前缘亚相。

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Aanalysis on metallogenic geological characteristics of sandstone-type uranium deposit in Xining basin

JING Guoqiang， SONG Xiansheng， LI Lei
（Research Institute No.203，CNNC，Xianyang， Shaanxi 712000， China）

By analyzing the regional geological background， feature of lithology and lithofacies and structural evolution of Xining basin， the characteristics of the lithology and lithofacies， structure，epigenetic oxidation and source of uranium for sandstone-type uranium mineralization were discussed mainly.Lower Proterozoic Huangyuan Group and Jixian System Huashishan Group， acidic intrusive rocks in the basement and Beishan rock in eastern Ledu were considered to provide source for uranium mineralization.The sand bodies and some gray rocks developed， which motley sedimentary rock of the fluvial facies， delta facies and shallow lake facies in Xining basin were the important horizon for uranium mineralization.Due to the weak influence of late tectonic action on the target layer， this basin bears the condition of uranium mineralization by the syngenetic sedimentation and epigenetic modification.Wide gentle folds formed in Lower Cretaceous and slope belt formed by differential lifting movement normal and reverse faults in Upper Cretaceous provided transport channel and enrichment sites for water with oxygen and uranium.The fan front subfacies of cetral depression were mineraliztion favorable position.

sandstone-type uranium deposit；geologicalcharacteristics； Xining basin

P619.14

A

1672-0636（2017）02-0070-10

10.3969/j.issn.1672-0636.2017.02.002

中国核工业地质局（编号： 201149）和中国地质调查局（编号： 1212011140125）铀矿评价项目资助。

2016-09-20；

2016-10-21

荆国强（1983— ）， 男， 宁夏固原人， 硕士， 工程师， 主要从事铀矿地质研究工作。E-mail:276185772@qq.com