内蒙古克鲁伦凹陷伊敏组下段砂岩铀成矿条件、特征及成因

黄少华，秦明宽*，周文博，刘章月，刘 彤，赵志伟，东 艳

(1. 核工业北京地质研究院，北京 100029； 2. 中核集团铀资源勘查与评价技术重点实验室，北京 100029； 3. 核工业二四三大队，内蒙古 赤峰 024000)

0 引 言

盆地砂岩型铀矿具有储量大、易开采、低成本、低污染以及绿色环保等优势，已在中国四大类型铀矿床中居首要地位[1-3]。随着矿区及外围找矿难度的增大，加大对盆地空白区铀矿资源的研究和勘探力度，对于丰富中国砂岩型铀矿成矿理论以及寻求找矿新突破具有重要的理论和现实意义[4-7]。内蒙古克鲁伦凹陷位于前寒武纪地块构造单位的额尔古纳—乔巴山大型、超大型U-Ag-Pb-Zn多金属矿床富集区[1]，具有与中国二连及蒙古产铀盆地十分相似的、有利于地浸砂岩型铀矿成矿的区域大地构造背景[2,5]。目前该区伊敏组下段(K1y1)已落实1个工业孔及大量矿化孔[1,3]，铀矿化特征与毗邻的蒙古哈拉特、那尔斯等大中型古潜水氧化带型铀矿床颇为相似[8-9]，总体上显示出比较良好的铀后生富集成矿作用和找矿前景。然而，不同学者对区内的主攻找矿目的层仍存在较大分歧。郭华等认为主攻找矿目的层为伊敏组[2]；罗毅等则认为主攻找矿目的层为大磨拐河组(K1d2)[3,10]；马汉峰等却认为更可能是伊敏组下段[1]。同时，前人开展了较多铀成矿条件研究。夏毓亮等得出了蚀源区海西期花岗岩和侏罗系中酸性火山岩原始铀和活性铀含量均较高，能为盆地铀成矿提供很好的铀源[11]；张志杰等认为该区目的层主要发育冲积扇相、扇三角洲相和湖泊相3种沉积体系，陆源粗碎屑沉积岩富含有机质、碳质和硫化物，为铀的富集创造了有利条件[10]；马汉峰等进一步研究得出该区含矿砂体形成于扇三角洲相沉积体系，砂体厚度较稳定，发育泥-砂-泥地层结构，以粗粒沉积岩为主，孔渗性好，但聚铀能力一般[12-14]；夏毓亮等得出了该区内(67±5)、(51±8)Ma两组U-Pb等时线年龄[15]，代表了古近纪期间的抬升剥蚀-氧化成矿作用；此外，马汉峰等还预测了楚东、楚中和楚西3个有利成矿远景区段[12]。总体上，克鲁伦凹陷伊敏组下段作为中国中新生代断陷盆地内一个非常典型的后生潜水氧化带型铀矿点，其目的层时代归属、构造-建造-改造3个关键控矿条件和矿化特征缺乏较系统的剖析和总结，且其成因和找矿方向仍不是十分清楚。基于前人研究成果及本次孢粉化石分析结果，本文较精确地厘定了内蒙古克鲁伦凹陷伊敏组下段的主攻找矿目的层；综合野外地质调查、伽马能谱测量结果和全岩U-Pb定年分析结果，系统总结了本区内外部铀源、构造环境、岩性-岩相特征及后生氧化作用等成矿主控因素以及矿化基本地质特征；根据铀成矿年龄和构造演化史，初步构建了伊敏组下段砂岩4个阶段的古潜水-层间氧化铀成矿模式；通过上述研究，为本区下一步的找矿工作部署和海拉尔盆地的找矿方向提供参考，也可为中国其他具有相似潜水氧化铀成矿地质背景地段的找矿提供案例。

1 区域地质概况

内蒙古克鲁伦凹陷(或称“巴彦呼舒凹陷”)是海拉尔盆地西南部扎赉诺尔坳陷的一个孤立二级负向次级构造单元[16](图1)。它是发育在古生代变质岩和海西期花岗岩基底之上的一个呈NE45°带状展布的典型狭长箕状断陷，具有两段窄、中间宽的似“S”型平面展布特征[17-18]，其南北长约86 km，东西宽12～26 km，长宽比为1∶4～1∶6，总面积约为1 470 km2[13,19]。构造位置上，该凹陷西部为额尔古纳褶皱带的塔尔巴格特隆起，东部为汗乌拉隆起，在空间上构成隆-陷-隆相间的构造格局(图1)。凹陷内主要发育3组正断裂，以NE向为主，其次为SN向，还有少量EW向[20]；断裂构造活动主要发生于早白垩世，之后强度逐渐减弱。其中，NE向主干断裂体系具有形成时间早、继承性持续发育的特征，尤其是西部的阿敦楚鲁基底断裂一直处于强烈活动状态，切穿侏罗系至第四系[19,21]，控制着凹陷的生成演化以及现今“东西分带、南北分块”的总体构造格局。

图件引自文献[2]，有所修改图2 克鲁伦凹陷地层综合柱状图Fig.2 Comprehensive Stratigraphic Column of Kelulun Sag

研究区基底最大埋藏深约5 300 m，主要由中元古界佳疙瘩群、上元古界额尔古纳河群安娘娘组(Pt1a)及海西期酸性花岗岩构成[12-14]，此外还出露大量侏罗纪安山岩、凝灰岩、流纹岩等中酸性火山岩、火山碎屑岩以及燕山期花岗岩。这些基岩可为山前凹陷沉积建造形成提供丰富的物源和铀源[11,22]。区内盖层主要由白垩系组成，最大厚度超过4 400 m，自下而上依次为下白垩统铜钵庙组(K1t)、南屯组(K1n)、大磨拐河组(K1d)、伊敏组(K1y)，局部残留薄层上白垩统青元岗组(K2q)，缺失古近系，披覆第四系极薄层[16,20-21](图2)。其中，铜钵庙组是断陷强烈扩张阶段形成的一套以近物源为主的冲积扇相杂色砂砾岩和暗红色泥岩[16]；南屯组是断陷快速扩张时期形成的一套近岸扇三角洲相—半深湖相沉积，为重要的生烃和含油层位[21](图2)；大磨拐河组沉积时期是区内最大湖侵期，凹陷稳定扩张、整体下降，进入断坳转化阶段[20,22]，形成了较大的三角洲相和深湖相沉积(图2)，形成了一套稳定的区域性厚层泥岩盖层[18,21]；伊敏组沉积时期，凹陷进入断陷萎缩阶段，河沼相和湖沼相沉积广泛发育[17,23-24]，形成了一套有利成矿的暗色含煤碎屑岩沉积建造(图2)，其本身还原容量较高，局部泥-砂-泥地层结构较稳定，砂体发育，埋深相对较浅，孔渗性良好[24-25]，是一套较好的容矿层；青元岗组主要是坳陷阶段干旱气候条件下形成的一套杂色碎屑岩[17]，以河流相为主(图2)，分布范围较小。总体上，凹陷在伊敏组形成之后整体发生构造反转，由弱伸展往弱挤压构造环境转换，气候由温暖潮湿转变为炎热干旱[19,22]，湖盆逐渐萎缩，导致伊敏组地层遭受了较强烈的抬升剥蚀，且一直持续到新近纪，这为克鲁伦凹陷伊敏组砂岩铀成矿奠定了非常有利的区域构造-沉积-水文地质以及古气候条件。

2 样品采集与分析方法

为进一步精确厘定内蒙古克鲁伦凹陷主攻找矿目的层时代，自地表往钻孔深部系统采集了6件暗色泥岩样品(表1)，其中均含较多植物碳屑和茎干，植物化石保存条件较好[图3(a)～(c)]。所有样品清除表面泥浆、浮土等污染物后送至河北省任丘市邦达新技术有限公司依次进行碎样、称取、酸处理、水洗、一次离心、重液浮选、二次离心、制片等处理，最后在生物(莱卡)显微镜下进行孢粉鉴定，详细方法参考文献[26]和[27]。

与此同时，采集近地表阿敦楚鲁(102)铀矿点6件铀矿石样品(表1)，岩性主要为浅灰色、(浅)黄色砂砾岩和含砾粗砂岩[图3(d)～(f)]，属扇三角洲平原亚相、分流河道相沉积砂体，结构较松散—较疏松，中酸性火山岩、花岗岩等岩屑成分高，其次为石英，铀主要呈吸附状态赋存在杂基黏土表面或碎屑矿物溶蚀孔及裂隙中。将铀矿化砂岩样品机械破碎至200目之后，送至核工业北京地质研究院分析测试中心同位素实验室进行全岩U-Pb定年，仪器型号为ISOPROBE-T热表面电离质谱仪、Phoenix热表面电离质谱仪。同时，对样品进行Ra测试，以便后续开展U-Ra平衡校正，仪器型号为PC-2100氡(镭)分析仪。上述检测方法流程及计算公式见文献[15]。

表1 泥岩、铀矿化砂岩样品特征Tab.1 Characteristics of Mudstone and Uranium-mineralized Sandstone Samples

3 目的层重新厘定

前人对于内蒙古克鲁伦凹陷含矿目的层时代一直存在较大分歧[1-3,7,9-11]，直接制约了该区地层划分和目的层沉积相分析，进而影响了有利砂体的预测和找矿方向的判断。本次6件泥岩样品中，有5件发现了极其丰富的孢粉化石。由于这些样品的总体化石组合特征较为相似，故合并在一起说明[图3(g)～(l)]。①裸子类花粉数量占比80.8%，居绝对领先地位；蕨类孢子数量占比15.4%，列第二位；藻类及被子类花粉很少。②裸子类花粉以无缝双囊粉类Dissacciatrileti为主体。其中，气囊分化完善的松科组分数量占比43.3%，占比由高到低依次为单束松粉属Abietineaepollenites、雪松粉属Cedripites[图3(j)]、双束松粉属Pinuspollenites[图3(l)]及云杉粉属Piceaepollenites；气囊分化欠佳的古老类型松柏类数量占比14.4%，占比由高到低依次为假云杉粉属Pseudopicea[图3(k)]、拟云杉粉属Piceites、原始松柏粉属Protoconiferus、原始云杉粉属Protopicea及二连粉属Erlianpollis；此外，罗汉松粉属Podocarpidites也常见到，数量占比4.8%。③无口器花粉皱球粉属Psophosphaera、无口器粉属Inaperturopollenites亦占一定比例；同时，发现少量苏铁粉属Cycadopites、杉粉属Taxodiaceaepollenites、周壁粉属Perinopollenites及四字粉属Quadraeculina等。④蕨类孢子中桫椤孢属Cyathidites最为发育，数量占比6.7%，其余有孔孢属Foraminisporis、无突肋纹孢属Cicatricosisporites[图3 (g)、(i)]、拟套环孢属Densoisporites、光面三缝孢属Leiostriletes、棒瘤孢属Baculatisporites、水藓孢属Sphagnumsporites及波缝孢属Undulatisporites等少量或零星出现。⑤藻类少量见到蝙蝠藻属Vesperopsis。⑥被子类个别发现星粉属Asteropollis、多孔粉属Multiporopollenites[图3 (h)]。

孢粉确定地层时代主要根据孢粉化石组合，而孢粉化石出现的时间延续较长[1,26-27]，这导致不同学者的孢粉化石组合划分相差较大。本文选取的化石组合以裸子类的无缝双囊粉类Dissacciatrileti发育为特点，伴之出现较多的桫椤孢属及少量的星粉属，这与叶德泉等撰写的《中国北方含油气区白垩系》第四章(海拉尔盆地白垩系)中的伊敏组孢粉第5、6组合带[26]较为相似；前人大量研究表明，伊敏组所产孢粉组合的另一个方面是开始出现少量的被子植物花粉，而大磨拐河组并不含被子类孢粉[27]。综上所述，克鲁伦凹陷含矿目的层时代定为伊敏组下段较为合适，地质时代大致对应于早白垩世巴列姆期(Barremian)。

4 关键控矿条件与矿化特征

4.1 内外部铀源

充足的铀源供给是后生水成砂岩型铀矿床形成的必要物质基础和矿床定位的主要控制因素之一[6,28]。铀的亲氧性和变价性地球化学特征表明，具有多旋回构造活动蚀源区(地壳成熟高)的富铀地质体(尤其是中酸性火山岩和花岗岩)起决定性作用[29]，是沉积盆地砂岩型铀矿(尤其是古潜水氧化带型)发育的必要条件[30]。造山带母岩不仅为盆地含矿建造在同沉积期的铀预富集提供了大量含铀碎屑和溶解微量铀(U6+)，决定了目的层砂岩本身的铀背景值(自身铀源)[31]，也能在后期成矿阶段释放出大量溶解态U6+，进而形成含氧富铀地下水，为其渗入氧化和铀成矿提供源源不断、充足的外部铀源[32-33]。因此，砂岩型铀矿的形成具有双重铀源供给特征，主要包括物源区各类基岩提供的外部铀源和含矿建造本身所含的内部铀源[6]。据俄罗斯、蒙古及澳大利亚的古潜水氧化带型铀矿资料[3]显示，由于潜水氧化带发育深度有限，地下水渗入常受下伏泥岩阻隔，所以该类型铀矿床明显较层间氧化带型铀矿需要更充足的铀源[30]，受富铀建造条件控制更为明显[7]，具有十分显著的富铀源依附性(相关性)。

据1∶200 000航放资料[3]显示，研究区存在多处NE向航空伽马(γ)能谱高场，主要与塔尔巴格特蚀源区分布的海西期花岗岩及侏罗纪中酸性火山岩、火山碎屑岩等富铀地质体有关(图1)。此外，U含量(质量分数，下同)偏高，还断续分布于盆地沉积盖层中，一般为(3.0～4.5)×10-6[2]，与该区地表存在多处铀矿化点(带)密切相关。例如，地表阿敦楚鲁铀(102)矿点为铀性高场(图1)，指示区内铀源条件十分丰富，且铀在局部地段还存在明显的后生富集作用。进一步的野外地面伽马能谱测量结果和室内岩石化学分析结果表明：花岗岩放射性强度一般为(2.23～8.17)×10-6，平均为4.30×10-6，U含量一般为(1.38～8.79)×10-6，平均为3.85×10-6；中酸性火山岩放射性强度一般为(1.41～4.34)×10-6，平均为3.14×10-6，U含量一般为(3.14～6.10)×10-6，平均为4.52×10-6(表2)。由此可见，这些富铀岩石中的U含量高，经长期风化剥蚀，其中的活性铀可大量活化迁出，并溶解于地下水中[6,34]，进而为海拉尔盆地伊敏组下段目的层砂岩铀成矿提供丰富的铀源。与此同时，目的层本身U含量本底值也高，具有十分良好的内部铀源。其中，原生灰色砂岩的放射性强度一般为(2.03～4.51)×10-6，平均为3.40×10-6，U含量一般为(1.48～5.50)×10-6，平均为3.22×10-6；原生灰色泥岩的放射性强度一般为(2.08～4.31)×10-6，平均为3.10×10-6，U含量一般为(3.28～18.60)×10-6，平均为7.33×10-6(表2)，为铀成矿提供了重要的二次铀源。此外，据区内129个地下水化学分析结果[2]还得出，U浓度大于45 μg·L-1的样品有66个，多产于第四系潜水和中—上侏罗统裂隙水中，其次产于各类花岗岩裂隙水中。目的层伊敏组孔隙水中的U浓度也较高，为1.30～204.00 μg·L-1，平均为45.17 μg·L-1(表2)。以上结果充分表明，同国内外其他产铀盆地[4-6,8,28-30]类比，区内蚀源区母岩和目的层本身的U含量及地下水中的活性铀含量普遍较高，能够为海拉尔盆地伊敏组砂岩后期铀成矿提供极为充足的铀源，内外部铀源条件均十分有利。

表2 基岩、伊敏组、地下水含铀性及伽马能谱测量结果Tab.2 Results of Uranium Contents and Gamma Energy Spectrometry of Bedrock, Yimin Formation and Groundwater

4.2 构造环境

克鲁伦凹陷位于额尔古纳—乔巴山前寒武纪中间地块的东南缘(图1)，是俄罗斯红石—蒙古乔巴山超大型铀矿床成矿带的重要组成部分[12]。该凹陷晚侏罗世之前在NW—SE向区域性挤压作用下经历了多期强烈的造山运动，发生了中基性和中酸性火山岩大规模喷发，几乎遍及全区，为后续山前凹陷含矿建造的形成和铀源供给奠定了丰富的物质基础[35]。自晚侏罗世以来，该区受深部地幔的热隆使得上地壳由挤压体制转化为拉张体制，从而进入了拉张伸展造盆阶段，并依次经历了5个主要的构造演化阶段[20-21,36-38]：①晚侏罗世初始张裂、断陷孕育阶段；②早白垩世早期断陷拉张及快速沉降阶段；③早白垩世晚期断陷萎缩阶段；④晚白垩世构造反转坳陷阶段；⑤古近纪以来的坳陷萎缩阶段。总体上，该凹陷具有与二连产铀盆地相似的中新生代断坳叠置区域构造演化过程[3-4]，形成了下灰上红的地层结构组合(图2)，在断陷萎缩阶段形成了伊敏组含煤碎屑岩主攻找矿层位，早白垩世以来存在两期剧烈的构造反转以及明显的全区抬升掀斜剥蚀事件[图4(a)、(b)]。第一期发生于早白垩世末—晚白垩世初，即伊敏组沉积之后和青元岗组沉积之前，形成了两者间的区域角度不整合接触[图4(b)]；第二期发生于晚白垩世末之后，即青元岗组沉积之后，使得上白垩统发生了挤压变形[图4(a)]。两期构造反转致使区内目前伊敏组普遍发育不全，仅有伊敏组下段(K1y1)得以较好保留，伊敏组中—上段(K1y2+3)几乎剥蚀殆尽[19-20]，这也为伊敏组砂岩后期铀成矿奠定了充足的时间和空间窗口[39-45]。同时，区内喜马拉雅期新构造活动具有较弱挤压、整体抬升、差异升降的断块式运动继承性[12-13]，地貌上表现为三级构造夷平面[图4(c)]，进而使得西北部宽缓斜坡带断坳转换期形成的伊敏组接受了长时间缓慢的含氧富铀水改造，含矿目的层上部泥岩顶板剥蚀缺失，具备古潜水氧化带型(局部古潜水-层间氧化带型)铀成矿的有利构造条件[45]，控制着氧化带前锋线及其铀矿体的形成和展布。此外，区域地质调查资料显示，该凹陷自伊敏组以来是一个向南掀斜的晚中生代碟状凹陷。其中，西北部是一个地层产状平缓(5°～10°)的构造和现代地貌斜坡带，其前缘广泛发育NE、NEE向泄水断裂构造(尤以克鲁伦河为典型)(图1)，成为主要的局部地下水排泄源带[2,12]，具有完整独立的地下水补给、径流和排泄条件。

图(a)引自文献[37]，有所修改；N为新近系；K2为上白垩统坳陷层；K1为下白垩统断陷层；T02为新近系呼查山组与上白垩统青元岗组角度不整合界面；T04为下白垩统伊敏组与上白垩统青元岗组角度不整合界面图4 不同时期构造活动响应典型照片Fig.4 Typical Photographs Response to Tectonic Activity in Different Periods

图(a)引自文献[3]，有所修改图5 伊敏组下段古潜水氧化连井剖面及典型氧化砂岩照片Fig.5 Paleophreatic Oxidation Well-tie Profile and Its Typical Oxidation Sandstone Photographs of the Lower Member of Yimin Formation

4.3 岩性-岩相特征

通过野外露头剖面观测及钻孔资料综合分析得出，克鲁伦凹陷西北部伊敏组下段主要为一套近源、结构成熟度和成分成熟度均较低的沉积产物。在平面上，该凹陷自盆缘往盆内依次发育上扇三角洲平原、下扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲4个亚相[3]，并进一步识别出泥石流、主河道、片汜(冲积平原)、辫状分流河道、泛滥平原、河间洼地、水下分流河道、河口坝及席状砂等9种微相[10]；在垂向上，自下而上发育扇三角洲前缘和平原亚相[图5(a)]，反映了一套水退型沉积体系，是区域性整体构造隆升导致湖盆萎缩的沉积响应。此时，凹陷构造沉降速率不断小于沉积速率，处于过补偿状态[16,23]。其中，扇三角洲平原亚相的辫状分流河道微相主要由砾岩、砂砾岩组成(图2、3、5)，含少量粗砂岩。后期强水动力条件的水流完全冲刷掉早期的细粒沉积，使得多期河道砂砾岩建造相互叠置，而泥岩多呈透镜体薄层产出，泥-砂-泥地层结构相对较差，不太利于层间氧化带的形成，但对潜水氧化十分有利。扇三角洲前缘亚相水下分流河道微相砂体十分发育，底部亦可见底冲刷构造和底砾岩，与河道间湾和泛滥平原微相细粒沉积(一般厚1～2 m)组成了较稳定的泥-砂-泥地层结构(局部顶板后期剥蚀强烈)。目前控制的含矿砂体发育规模较大，埋深一般为66.8～246.2 m，单层厚1.2～7.8 m，总厚一般为10～40 m，横向和纵向延伸分别为500～1 000、200～800 m[13-14]；砂体岩性主要为粗粒长石岩屑砂岩[图5(a)]，其次为含碳屑岩屑细砂岩，碎屑成分主要为中酸性火山岩、石英和长石，泥质胶结疏松，颗粒支撑结构，分选性较差—差，磨圆度中等偏好，主要发育块状层理、正递变层理，少量发育槽状和板状交错层理[图5(b)]。总体上，区内伊敏组扇三角洲相陆源粗碎屑沉积岩地层结构较好[14,23,25]，砂体的岩性、厚度、规模均较好，结构疏松，透水性好，具有形成地浸砂岩型铀矿较有利的岩性-岩相条件。

4.4 后生氧化作用

野外调查发现，研究区伊敏组下段砂岩地表差异性后生氧化带极其发育且强度较大，呈面状分布，直接上覆薄层第四系砂土[图5(a)]，多缺失泥岩顶板隔水层。后生氧化砂体岩性以砂砾岩、中粗砂岩为主，其次为细砂岩和粉砂岩，泥质胶结疏松。氧化砂岩颜色不均一，主要呈褐红色、(浅)红色、褐黄色、(浅)黄色等暖色[图5(b)～(e)]，为后生差异氧化所致；蚀变矿物组合主要为褐铁矿-高岭石组合，褐铁矿常呈团斑状、点状、裂隙状和面状分布；砂岩中局部可见残留的黑褐色氧化碳屑和灰色泥砾。进一步的钻孔资料显示，该氧化带主要为古潜水氧化成因，发育深度为22～147 m不等(表3)，长为80 km，宽为10～15 km，分布面积1 000 km2以上[3]，这是晚白垩世以来目的层遭受长期抬升剥蚀(长达近90 Ma)、含氧地下水不断淋虑氧化作用的结果[44]，且使得砂岩中的U、Mo、Se、Sc、Re等氧化-还原性元素均有不同程度的迁出。

表3 砂岩古潜水氧化带及其主要矿体埋深Tab.3 Paleophreatic Oxidation Zone and Burial Depth of Main Orebodies of Sandstones

进一步分析结果表明，区内地表和钻孔内伊敏组下段砂岩铀矿化均与古潜水氧化具有密切的成因和空间分布关系，两者正相关性明显(表3)。例如，地表阿敦楚鲁铀矿化点含矿岩性主要为褐色粗粒岩屑砂岩，为扇三角洲平原亚相分流河道微相砂体，由3个地表铀矿化体组成，矿体长为15～220 m，宽为4～5 m，U品位为0.02%～0.13%[2]，属古潜水氧化带型成因。钻孔中的铀矿化主要产于古潜水氧化-还原界面附近[图5(a)、表3]，赋矿岩性主要为(水下)分流河道微相浅灰色和灰色含碳屑砂砾岩、岩屑砂岩，受古潜水氧化-还原带和古潜水-层间氧化-还原带控制，顶板泥岩隔水层不稳定，断续透镜状展布[图5(a)]，底板泥岩隔水层发育稳定，呈厚层状。矿体埋深为51.85～122.25 m(表3)，厚度一般为0.6～4.8 m，U品位为0.010 0%～0.015 5%，每平方米U质量为0.46～1.00 kg，主要呈透镜状和似层状，少量呈似卷状，延伸200～600 m不等[3]。由于核工业系统早期绝大部分钻孔的揭露深度一般为200 m左右，均小于300 m，深部砂岩后生氧化及铀矿化信息目前并不明朗。综上所述，研究区伊敏组砂岩具有明显的后生氧化蚀变及铀矿化信息，深部隐伏型铀矿成矿潜力及找矿前景较大。

5 成矿时代

砂岩型铀矿的形成是一个长期的地下水氧化作用不断导致铀富集的动态过程，铀矿石会受到后期的改造和破坏，成矿体系是完全开放的，而不是一个封闭体系，进而导致目前砂岩型铀矿定年一直是一个亟待解决的世界性难题[11,15]。近年来，有学者开始利用铀矿物微区定年手段来厘定砂岩型铀矿的成矿年龄，但由于无精准标样、基体效应，铀矿物通常小于激光数斑大小以及不同部位铅丢失程度不一等因素影响[41]，该方法目前测得的年龄绝大部分小于5 Ma，误差有时也很大，具有一定应用局限性，相关文献报道也很少，仅有少量探索性研究。虽然同位素稀释-热电离质谱法前处理的化学流程比较繁琐，费时费力，但精度高、准确度好，而且不需要相应的矿物标样作校正，避免了寻找和制备标样的困难以及给测试结果带来的影响；同时，还可后续利用U-Ra平衡校正U含量，以消除铀迁移对成矿时代计算的影响。此外，由于砂岩型铀矿品位低，铀矿物单颗粒挑选极为困难，且其常与黏土和细分散状有机质交织在一起，或赋存在黄铁矿边缘和碎屑颗粒裂隙或溶蚀孔中，进而导致挑选的铀矿物纯度较低[15]。总之，U-Ra平衡系数校正的全岩U-Pb定年应该仍然是砂岩型铀矿定年的首选方法。

图(a)、(b)引自文献[15]图6 全岩U-Pb等时线年龄图解Fig.6 Diagrams of U-Pb Isochron Ages of Whole-rock

本次铀矿化砂岩样品全岩U-Pb年龄分析结果见表4。由表4可知，样品U含量为(162～664)×10-6，Pb含量为(15.4～33.0)×10-6，Ra比活度为2.36～12.70 Bq·g-1，238U/204Pb值为751.621～2 902.071，208Pb/204Pb值为38.874～39.848，207Pb/204Pb值为16.107～17.875，206Pb/204Pb值为26.442～63.542。对样品H18-2、3、5、6进行U-Pb等时线拟合，获得克鲁伦凹陷砂岩铀成矿年龄为(67.1±5.9)Ma[图6(c)]；对样品H18-2、3、4、5进行U-Pb等时线拟合，获得克鲁伦凹陷砂岩铀成矿年龄为(63.7±5.2)Ma[图6(d)]。这与前人对区内26件钻孔岩矿样得出的(67±7)Ma年龄[12]很吻合，是晚白垩世—古近纪早期构造抬升剥蚀事件的成矿响应，也间接说明了此次全岩U-Pb定年方法的合理性和准确性。结合前人获得的(51±8)、(51±5)和(67±5)Ma等时线年龄认为，研究区伊敏组砂岩的主成矿时期应为67～51 Ma，与晚白垩世—古近纪长时间地壳抬升掀斜的构造活动及剥蚀作用有关，此时古气候为干旱—半干旱炎热气候，正是含铀含氧水形成和铀成矿的有利时期。

6 古潜水-层间氧化成矿过程

通过对克鲁伦凹陷内外部铀源条件[1,3,11]、构造环境[37-38,42]、伊敏组下段岩性-岩相特征[10,12-14]及其后生氧化与矿化作用[3]等4个关键控矿因素的综合分析，基于砂岩铀矿化地质特征[1,3]及其主成矿时代[15]，结合晚中生代以来的构造演化过程[37]，初步构建了伊敏组下段砂岩4个阶段古潜水-层间氧化铀成矿模式，并客观评价了区内铀成矿潜力。

表4 铀矿化砂岩全岩U-Pb年龄分析结果Tab.4 Analysis Results of Whole-rock U-Pb Ages of Uranium-mineralized Sandstones

6.1 成矿前富铀建造准备阶段

晚侏罗世时期，受库拉板块向欧亚大陆俯冲作用的影响[42-43]，NW—SE向逆冲推覆构造导致岩层增厚、地面成山和下伏岩石下沉增温以至部分重熔；浅部山体重力和深部热隆的联合作用下，晚造山伸展垮塌，进而使得研究区处于大规模伸展构造环境和裂陷火山活动，广泛发育了塔木兰沟组和伊列克得组中基性火山岩以及上库力组中酸性火山岩(图1)，与海西期花岗岩共同组成了凹陷内地层沉积重要的物源和铀源[11-12]。此时，克鲁伦凹陷的雏形形成[18]，之后依次进入早白垩世早期断陷初始张裂、快速拉张、稳定扩张的断陷重力流沉积阶段，相应地自下而上形成了一套铜钵庙组快速堆积的冲积扇相磨拉石沉积、南屯组扇三角洲相—湖相泥砂岩沉积和大磨拐河组深湖相厚层黑色泥岩沉积[21](图2)，这是一个明显的水进序列，沉积物粒度由粗到细。这些断陷期形成的地层埋深大，受正断层控制明显，砂体相对不发育[20]，后生改造成矿潜力小，但为晚期牵引流作用形成水退序列粗粒含矿建造起到填平补齐的作用。

6.2 含矿目的层形成阶段

早白垩世中晚期伊敏组沉积阶段，研究区处于断-坳转换期[18,25]，即断陷萎缩阶段，断裂活动明显变弱，构造环境总体比较稳定，自盆缘向盆内发育了一套扇三角洲相—滨浅湖相沉积，相带展布较完善，为一套水退型沉积序列[1,25]。随着周缘的扇三角洲、辫状河三角洲快速向盆地中心推进，大面积湖泊淤浅，湖域面积逐渐缩小、淤塞沼泽化，可容空间增加速率小于沉积物的供应速率，使得三角洲平原和前缘亚相的(水下)分流河道微相有利成矿砂体发育[10,13](图5)。其中，相对靠近盆缘的三角洲平原亚相具有形成古潜水氧化带型铀矿的砂体，这是由于分流河道砂体的顶板泥岩多被后期强水动力条件的水流冲刷而缺失，局部泥岩隔水层呈透镜体产出，进而使多期扇体形成的砂体相互叠置成一厚大砂体，下部底板泥岩隔水层多为目的层底部的大磨拐河组厚层湖相泥岩。相对靠近盆内的三角洲前缘亚相还能形成一定的泥-砂-泥地层结构，这些部位水动力相对较弱，底冲刷相对偏弱，多期水下分流河道砂体与间湾泥岩组成了有利于层间氧化带型铀矿形成的泥砂互层地层组合[图5(c)]，且同沉积正断层适当强度的活动可能会使得这些部位的水下分流河道往两侧转弯；不同扇体前缘的裙带相连，形成分布面积更大的连片厚大有利砂体，不同砂体间相互连通、透水性好。此时，古气候温暖潮湿，植被发育[图2和图3(a)～(c)]，灰色砂体中富集了大量的植物碎屑、碳屑和黄铁矿颗粒，原生还原容量较高，是一套良好的铀容矿层[34,40]。值得指出的是，由于蚀源区母岩的铀源供给丰富，伊敏组砂岩本身沉积时可能还存在一定的铀预富集，这是后期潜水氧化成矿的关键条件之一[6,30]。

6.3 主成矿阶段

早白垩世末—晚白垩世初，海拉尔盆地在太平洋板块向欧亚板块俯冲旋转挤压作用影响下全面发生了构造反转[21]，由前期的伸展环境转为挤压环境，盆地性质开始由断陷转为坳陷(图2)。研究区也由热隆伸展向热沉降转化，并形成了青元岗组内陆河流相红色沉积以及伊敏组和青元岗组间的区域性不整合面[36,42][图4(b)]，但由于海拉尔盆地离古太平洋域相对较远，该期遭受的构造挤压作用强度明显较松辽盆地弱[28,34]，这从区域上地层展布[37,42]、角度不整合和构造样式[36]、地震资料和古应力场反演均可以得到反映[38]，进而使得伊敏组砂岩此时只发育了小规模的成矿作用。

更大规模构造挤压隆升应该发生在上白垩统青元岗组沉积之后[38,42]，此时锡霍特—阿林边缘盆地关闭，锡霍特—阿林岛弧和阿穆利雅地块靠近并发生碰撞[36]，产生NW—SE向挤压应力作用[图4(a)]。在该挤压应力作用下，研究区发生了强烈的差异升降掀斜构造活动，具备了较好的成矿构造条件[45]，为区内伊敏组下段砂岩铀成矿提供了充足的时间和空间。含矿目的层被大范围以极低角度抬升至地表遭受含铀含氧水的后生潜水氧化改造(图5)[12]，属于建造间古潜水氧化[43]，局部存在古潜水-层间氧化作用；加上古近纪时期为干旱炎热古气候[3,18]，地表水发育较少，保证了铀、氧毫无阻挡地渗入深部，进而发育了大面积的古潜水(局部古潜水-层间)氧化带及铀矿体[图7(a)、(b)]，成为砂岩型铀矿的主成矿阶段。这从夏毓亮等获得的区内砂岩铀成矿年龄结果[15]也可得到佐证(表4、图6)。而伊敏组及其之上的地层则被逐步剥蚀殆尽，残留面积小，找矿前景小。

6.4 成矿停滞保存阶段

新近纪以来，研究区处于十分缓慢的整体断块式抬升阶段[20]，构造环境稳定，挤压掀斜作用极弱，古气候变为寒冷且较极度缺水的干旱气候[2]，含铀含氧地下水渗入动力可能较小，伊敏组目的层砂岩铀成矿过程几乎停滞不前，导致矿体往深部和前部发育的潜力受到一定限制，这从地表露头发育褐黄色条带状突变型近现代潜水缺水氧化现象[图7(c)、(d)]以及至今钻孔深部和地表矿石样品均未测到后期改造的年轻铀成矿年龄数据可以侧面得到证明。因此，区内主成矿阶段应该仅为古近纪期间的某个时间段，与伊犁南缘512等诸多矿床至今仍在成矿不同，研究区后期(至少是新近纪以来)可能并未发生多期多阶段地下水持续贯入向下推进的反复滚动式铀成矿过程，矿体仍大致保存在原部位，无法被进一步富集，进而可能会一定程度上影响单个矿体的发育规模。尽管区内找到单个大型、超大型铀矿床的可能性很小，但古近纪长期的地层抬升剥蚀-氧化作用仍足以形成具工业价值的单个中小型砂岩型铀矿床。

图(a)引自文献[3]；剖面位置见图1图7 古潜水氧化带型铀矿垂向分带模型及典型照片Fig.7 Vertical Zonal Model of Paleophreatic Oxidation Zone Type of Uranium Deposit and Its Typical Photos

另一方面，极缓慢的隆起过程也使得伊敏组下段矿体未被完全剥蚀而得以保存，埋深不会太大，可能小于500 m。目前控制矿化的信息均主要与盆缘古潜水氧化带密切相关，两者埋深都小于200 m；而相对靠近盆内更深部的古潜水-层间氧化带及其铀矿体并未完全控制。此外，虽然单个古潜水氧化带型铀矿体规模较小，但这种类型的潜水面状氧化常容易形成数量众多的小型矿体群，区域上的矿床总体规模也可能达到中型甚至大型级别。因此，克鲁伦凹陷深部(<500 m)仍具有相对较有利的古潜水-层间氧化带型铀矿的成矿潜力和找矿前景，但不同部位的找矿类型和找矿方向可能有所不同。盆缘扇三角洲平原亚相分流河道砂体规模大，岩性以砂砾岩为主，连通性好，而由于水动力强，泥岩常被水流冲刷而呈透镜体展布，延伸较短，有利于潜水渗入氧化，所以矿化多产于泥岩、粉砂岩夹层等细粒沉积物中。由于该部位主河道水流方向垂直蚀源区展布方向，故应垂直蚀源区布置钻孔，重点寻找古潜水氧化带型铀矿。相对靠近盆地内部的扇三角洲前缘亚相水下分流河道砂体规模较大，岩性以含砾粗砂岩为主，疏松透水，由于水流速率相对变小，泥岩增多，泥-砂-泥地层结构稳定[图5(c)]，有利于层间水的形成和渗入，所以矿化多产于透水性好的砂体中。由于该相带近似平行蚀源区展布方向呈环带状展布，水下分流河道快速向盆内歼灭，相变为滨浅湖相，故应平行蚀源区展布方向布孔，以寻找古潜水-层间氧化带型铀矿为主。以上新认识不仅科学合理地回答了区内古潜水-层间氧化带型铀矿的成矿潜力，也能为海拉尔盆地其他部位的找矿提供参考。

7 结 语

(1)内蒙古克鲁伦凹陷主攻找矿目的层为伊敏组下段，具备与邻区二连产铀盆地相似的铀源、构造、建造和改造等有利铀成矿条件。基岩、目的层及地下水U含量高，内外部铀源非常充足；目的层发育较大规模扇三角洲相(水下)分流河道微相的灰色含碳屑砂体，透水性良好，还原沉淀富集铀能力强，且后期发生了强烈的古潜水(局部古潜水-层间)氧化作用。

(2)克鲁伦凹陷目前控制的铀矿化明显受控于古潜水氧化-还原过渡带，具有埋深较浅、品位偏低、规模偏小的特点；不同品位铀矿化砂岩全岩U-Pb定年获得了(67.1±5.9)、(63.7±5.2)Ma等多个等时线年龄，指示了主成矿阶段为67～51 Ma，响应于古近纪构造挤压-地层抬升剥蚀氧化事件。

(3)克鲁伦凹陷伊敏组下段具备成矿前富铀建造准备、含矿目的层形成、古近纪主成矿和新近纪成矿停滞保存阶段4个古潜水-层间氧化铀成矿模式。其单个矿体规模小，但矿体群总量大，深部(<500 m)仍存在较好的古潜水-层间氧化带型铀矿成矿潜力和找矿前景。