柴达木盆地北缘马海地区砂岩型铀成矿条件及找矿方向

赵兴齐, 崔守凯, 蔡 亚, 卢 冲, 杨鲜鲜,张 勇, 王 伟, 史清平

1)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;2)中国石油青海油田公司, 甘肃敦煌 736202

柴达木盆地是在前侏罗纪柴达木陆块上发育起来的中新生代陆内沉积盆地, 盆地中蕴藏着丰富的石油、天然气、煤、钾盐及铀矿等其它多能源矿产(党玉琪等, 2003; 刘林等, 2008, 2013; 权志高等,2014; 张金带等, 2015; 付锁堂等, 2016; 刘文进等,2019; 廉康等, 2020)。前人对盆地中煤、石油和天然气的研究程度较高, 而对砂岩型铀成矿条件及成矿潜力的研究程度仍比较低。目前盆地内铀矿找矿工作主要集中在柴北缘中、下侏罗统400 m以浅部位, 仅在地表及浅层发现了一系列铀矿点和矿化点(黄国龙和陈贤春, 2001; 刘林等, 2008, 2013; 权志高等, 2014; 刘文进等, 2019; 廉康等, 2020), 而对于盆地深部及古近系—新近系新层位砂岩型铀成矿环境及成矿潜力不明。近年来, 中国核工业集团有限公司、中国石油青海油田公司等相关单位加大了对柴达木盆地古近系—新近系砂岩型铀矿找矿工作的投入力度, 相继在盆地北缘及西北缘始新统下干柴沟组(E3g)、渐新统上干柴沟组(N1g)、中新统油砂山组(N2y)等层位中发现了多个铀工业孔、矿化孔及异常孔, 表明盆地古—新近系具有良好的砂岩型铀成矿条件及成矿潜力。根据钻测井资料及野外地质调查, 发现柴北缘马海地区地表具有明显的航放异常和自然伽马异常, 在马海背斜核部及两翼的 8个石油钻孔油田水中检测到明显的放射性异常和土壤氡气异常, 同时在该区13个石油钻井及2个铀矿钻孔中见铀矿化。铀矿化主要产于渐新统上干柴沟组和中新统下油砂山组, 其次是始新统下干柴沟组,反映马海地区古近系—新近系地层具有较好的砂岩型铀成矿潜力。鉴于此, 本文主要以柴北缘马海地区始新统下干柴沟组(E3g)、渐新统上干柴沟组(N1g)和中新统下油砂山(N21y)为重点研究层位, 系统分析了该区铀成矿环境及成矿条件, 大致查明了研究区铀源、构造、沉积建造、后生蚀变、水文地质及铀矿化等成矿地质特征, 初步指明了该区砂岩型铀成矿类型及找矿方向, 以期能为马海乃至整个柴达木盆地新层位砂岩型铀矿找矿突破及勘探部署提供科学依据和指导。

1 研究区地质概况

柴达木盆地北缘(简称柴北缘)位于柴达木盆地的东北部, 为柴达木盆地的一级构造单元, 属于祁连造山带类前陆逆冲推覆构造带, 其北以祁连山前深大断裂为界, 南以冷湖—陵间断裂—埃姆尼克山南缘深断裂为界, 主要包括鄂博梁构造带、冷湖构造带、南八仙构造带及马海构造带; 东西长约440 km,南北宽约65 km, 面积约3×104km2(党玉琪等, 2003;付锁堂等, 2016)。马海地区位于柴北缘西段, 是柴北缘的一个次级构造单元, 其周缘被马仙断裂、绿南断裂、陵间断裂和无极断裂所包围, 是赛什腾凹陷、伊北凹陷、鱼卡凹陷、尕丘和陵南次凹中侏罗系烃源岩生成油气的优势指向区, 主要以产气为主, 产油为辅(汪立群等, 2005; 刘元等, 2005)。马海背斜构造走向整体呈NW—近SN向, 是发育于中生界古凸起之上受断裂控制同沉积披覆构造, 构造顶部断层较发育, 在剖面上表现为受断层控制的宽缓背斜。马海地区自中生代以来一直处于隆升状态, 整体缺失中生界地层; 古—始新世(E1–E3), 柴北缘地区整体处于走滑-拉分裂陷期, 发育填平补偿性沉积, 但受早期构造隆升影响, 研究区中马北构造带高部位始新统路乐河组沉积基本缺失; 古—中新统早期(E3–N21),马海地区主要处于挤压凹陷演化阶段, 沉积了始新统下干柴沟组(E3g)、渐新统上干柴沟组(N1g)和中新统下油砂山组(N21y)地层; 中新统晚期以来(N22–Q)的中—晚喜山运动使研究区地层发生整体抬升(党玉琪等, 2003; 汪立群等, 2005), 导致上油砂山组(N22y)及上新统狮子沟组(N23s)地层遭受了不同程度的剥蚀, 研究区构造高部位第四系直接覆盖在渐新统上干柴沟组之上(图1)。

图1 柴达木盆地北缘马海地区地质及地下水伽马异常分布图Fig.1 Geological map showing groundwater gamma-ray anomaly in Mahai area, northern margin of Qaidam Basin

始新统下干柴沟组—中新统下油砂山组沉积期, 马海地区构造整体较为平缓, 发育远源缓坡型冲积扇—辫状河—辫状河三角洲—湖泊相沉积体系(苏妮娜等, 2015), 骨架砂体呈扇状分布, 砂体厚度30～70 m, 岩性主要为灰色、浅灰色及灰白色粗砂岩、中砂岩、细砂岩和棕红色、黄褐色泥岩,泥-砂-泥结构稳定, 补-径-排体系完善且地表植被稀少, 有利于蚀源区含氧含铀水的渗入改造, 促使潜水氧化带型和层间氧化带型铀矿化的发育。

2 砂岩型铀成矿条件分析

2.1 铀源条件

马海地区铀源主要来自北部赛什腾山和东北部绿梁山的富铀花岗岩体和元古界、中生界中酸性侵入岩。通过对赛什腾山印支—海西期花岗岩分析, 区内花岗岩中Th含量比较稳定, 约20.0×10–6, 而U含量变化较大, 地表已风化的花岗岩(如灰白色花岗岩)铀含量较低, 仅4.3×10–6, Th/U为4.7; 而发育红化、钾长石化的花岗岩铀含量较高, 达 39.0×10–6, Th/U仅为 0.5。以上特征表明, 赛什腾山印支—海西期花岗岩中铀含量丰富, 且丢失的铀含量达(2～6)×10–6,表明赛什腾山地区铀源丰富, 能为盆地铀成矿提供丰富的铀源条件(黄世杰, 1994, 2018; 黄净白和李胜祥, 2007; 刘武生等, 2012)。绿梁山地区花岗岩体铀含量较高, 一般达(12～20)×10–6, 在易风化侵蚀的火山凝灰质砂岩中铀含量仅为 8×10–6, Th含量达30×10–6, Th/U可达3.8, 具有明显铀丢失现象, 能为该区砂岩型铀成矿提供丰富的铀源。马海地区具有渗入型承压自流水盆地特征, 地下水补给区主要为西北缘赛什腾山、东北缘绿梁山季节性洪流及基岩裂隙水的侧向补给, 排泄区主要为马海背斜核部深大断裂发育部位及以南湖盆区, 径流区为马海背斜构造两翼及以北宽缓斜坡构造发育区, 蚀源区大量活性铀源, 通过渗入地下水动力作用, 沿层间氧化砂体渗入径流。目前已在赛什腾山南缘地区中侏罗统大煤沟组和石门沟组、古近系—新近系地层中发现了多个砂岩型铀矿点和众多铀矿化点和异常点(刘林等, 2008, 2013; 权志高等, 2014; 刘文进等, 2019),同时在绿梁山南缘东侧发现多个铀矿化孔及异常孔(廉康等, 2020), 这表明赛什腾山和绿梁山蚀源区铀源条件丰富, 这些含铀和富铀层(体)能为盆地内砂岩型铀成矿提供丰富的铀源。

2.2 构造条件

柴达木盆地是典型的多期构造作用叠加改造的叠合盆地。马海地区中新生代主要经历了两期的拉张-挤压的构造演化: 早侏罗世—早白垩世(J1–K1)断坳复合阶段、晚白垩世(K2)挤压坳陷阶段, 古近纪—中新世早期(E–N21)断坳复合阶段和中新世晚期(N22)以来的挤压反转阶段(戴俊生和曹代勇, 2000; 刘志宏等, 2005; 陈宣华等, 2010)。马海凸起的边缘地区发育的中生界和古—始新统路乐河组向凸起高部位普遍存在地层超覆和削蚀的现象, 上覆始新统—中新统地层在凸起高部位明显变薄(汪立群等, 2005)。在地震剖面上, 马北 1井以西地区发育路乐河组(E1-2l), 而以东地区始新统下干柴沟组(E3g)地层直接覆盖在下伏基岩之上, 呈明显的角度不整合接触(图2), 表明马海地区在古近纪时期仍为古隆起区, 路乐河组(E1-2l)时期还处于填平补齐阶段, 主要沉积区位于马西地区及马北一号构造的部分区域, 往东地区为剥蚀区; 而到了下干柴沟组(E3g)时期, 马海地区才整体处于沉积区, 物源方向应来源于北偏西的赛什腾山; 上干柴沟组—上油砂山组(N1g–N21y)沉积期,马海地区主要处于挤压凹陷沉积期; 上油砂山组(N22–Q)沉积以来, 中—晚喜山运动导致马海地区构造高部位普遍缺失中新统上油砂山组(N22y)和上新统狮子沟组(N23s)地层, 有利于地表含氧含铀水的垂直和沿沉积地层顺层渗入, 形成潜水氧化带型及层间氧化带型铀矿化。

图2 柴北缘马海地区北东—南西向地震构造剖面图(剖面位置见图1和图8)Fig.2 NE–SW trending seismic tectonic profile of Mahai area, northern margin of Qaidam Basin(position of the profile shown in Fig.1 and Fig.8)

马海地区整体为一呈NW—近 SN走向的背斜构造带, 受构造断裂控制明显, 剖面上常呈宽缓的背斜形态。该区断裂构造较为发育, 整体受马仙走滑断裂及派生的次一级断裂构造控制明显(汪立群等, 2005; 王亮等, 2010), 目前在该区发现的放射性异常孔和地层水中检测到的高放射性异常和土壤氡气异常主要分布在马仙断裂及派生的沟通基底及上覆岩层的断裂构造附近。盆地围岩及基底发育铀含量较高的中酸性火山岩及各种花岗岩类, 这些沟通基底的深大断裂能为富铀地下水的运移提供有效的运移通道, 同时也能为深部还原性油气流体向上运移扩散提供条件。深部油气流体的渗入, 增加了上覆渐新统上干柴沟组(N1g)和中新统下油砂山组(N21y)砂体的还原容量, 扩大了有利容矿空间, 有利于砂岩型铀成矿。当地表含氧含铀地下水沿氧化砂体向下渗入过程中遇到向上逸散的还原性油气流体时, 易在接触部位形成氧化-还原地球化学障, 有利于铀的沉淀富集, 形成铀矿化(赵兴齐等, 2016,2019)。

2.3 沉积建造条件

马海地区古近系—新近系主要发育古—始新统路乐河组、始新统下干柴沟组、渐新统上干柴沟组和中新统下油砂山组。下油砂山组沉积后, 受中、晚喜山期构造作用影响, 马北地区普遍缺失中新统上油砂山组和狮子沟组地层, 仅在背斜两翼局部地段有少许残留(汪立群等, 2005)。研究区路乐河组(E1-2l)主要分布在马西地区, 主要发育冲积扇相沉积(图3),岩性主要以棕褐色砾状砂岩、砾岩及砂质泥岩互层为主, 但砂体中缺乏有机质, 且埋深整体超过1000 m, 因此认为该组不利于砂岩型铀成矿。始新统下干柴沟组(E3g)在马海地区分布较为广泛, 主要为一套河流相沉积, 仅在马西北部有少量冲积扇相出现, 岩性主要以棕红色、灰色泥岩、泥质粉砂岩及砂质泥岩为主, 夹粉砂岩、细砂岩、砾岩及砾状砂岩,在剖面上形成多个“泥-砂-泥”结构, 总体呈较明显的下粗上细的正韵律旋回沉积, 砂体厚度大, 单层砂体厚3～12 m, 砂体连续、稳定、较疏松、孔隙度及渗透率较高, 但埋深一般在700 m以深, 因此认为该组是马海地区铀矿找矿潜在的目标层位。

图3 柴北缘马北—马海—南八仙地区沉积相联井剖面图(剖面位置见图1和图8)Fig.3 Sedimentary facies profile of joint wells in Mabei–Mahai–Nanbaxian area, northern margin of Qaidam Basin(position of the profile shown in Fig.1 and Fig.8)

渐新统上柴沟组(N1g)沉积期, 马北—马西地区主要发育一套辫状河沉积(图 3), 其下部主要发育辫状河三角洲前缘亚相沉积, 上部主要发育辫状河三角洲平原亚相沉积。岩性主要由棕红色泥岩、棕色泥质粉砂岩、灰色中-粗砂岩、细砂岩及含砾砂岩组成, 主要为岩屑长石砂岩, 岩屑成分主要为变质岩和火成岩。整体上, 该组泥-砂-泥结构稳定, 砂体厚度大, 单层砂体厚5～44 m, 砂体疏松-较疏松, 局部可见黄铁矿化和炭化植物碎屑, 单层氧化砂体厚5～9.5 m, 常见油浸砂岩。在该区12个石油钻孔上干柴沟中发现放射性异常, 异常厚度 3～9 m, 埋深17～934 m; 1个铀矿查证孔中见铀异常, 异常厚度0.4 m, 品位0.0067%。中新统下油砂山组(N21y)沉积期, 马海西缘南八仙地区沉积水体较深, 主要发育滨浅湖相沉积体系(图 3), 而马海地区主要发育辫状河三角相沉积, 岩性主要为棕黄色泥岩、砂质泥岩夹灰黄、黄棕色粉砂岩、泥质粉砂岩, 砂体厚度大,单层砂体厚度 1.1～14.2 m, 泥-砂-泥结构稳定,在2个石油钻孔及1个铀矿查证孔下油砂山组中见放射性异常。

综上所述, 马海地区古—新近系砂岩型铀矿找矿目标层主要为渐新统上干柴沟组(N1g)和中新统下油砂山组(N21y), 其次为始新统下干柴沟组(E3g), 主要找矿类型应以层间氧化带型为主, 其次为潜水氧化带型。

2.4 水文地质条件

马海地区整体具有北高南低的特征, 平面上主要为一向东南敞开的缓倾单斜构造, 具备完整的“补-径-排”水动力体系。地下水补给区主要为西北缘赛什腾山及东北缘绿梁山季节性洪流及基岩裂隙水的侧向补给, 排泄区主要为马海背斜核部深大断裂发育部位及以南湖盆区, 径流区主要为马海背斜两翼及以北斜坡区。

马海地区地表见航放异常及水化异常(图 4),同时在马海背斜核部及两翼的8个石油钻孔油田水中检测到明显的伽马放射性异常, 根据石油钻孔资料、野外地质调查及地表放射性异常特征, 可将马海地区划分为3个放射性异常带(图1)。A1异常带主要位于马北地区, 异常呈东西向展布, 长约10 km, 宽约4.5 km, 异常段API值200～520, 埋深234.3～934.6 m, 异常厚 1～9 m, 异常赋存层位为上、下干柴沟组和下油砂山组。A2异常带主要位于马海背斜的北东翼, 由马深7、新马中2、马中2、马中1、马中心3共5个石油钻井中承压水引起的放射性异常控制, 异常呈北西向展布, 与马海背斜轴向近平行, 长约10 km, 宽约3 km, 地面伽马能谱测量铀含量(28.40～288.77)×10–6, 异常赋存层位为上、下干柴沟组。A3异常带主要位于马海背斜的西南翼, 由新深5、马深4、马深2共3个石油钻井中承压水引起的放射性异常控制, 异常呈北西向展布, 与马海背斜轴向近平行, 长约 7 km, 宽约2.8 km, 地面伽马能谱测量铀含量(22.51～800)×10–6,异常赋存层位为上、下干柴沟组和下油砂山组。经室内实验分析, 马海背斜地区石油钻井承压水中铀含量仅为(2.0～12.4)×10–9, 而镭含量高达(1.0～10.6) Bq/g, 铀镭平衡系数Kp达40～680, 明显偏镭,表明排泄区含矿目的层中铀矿化遭到严重破坏, 铀丢失严重(赵凤民, 2002)。因此, 认为马海地区地表的航放异常 HFU-1和HFU-2与石油钻孔自涌水密切相关, 是地下水冲刷铀矿体后经断裂等输导体系渗出地表, 在地表地势地洼处经蒸发浓缩作用而形成的铀异常, 这说明该区地下水上游方向(径流区)应存在规模较大铀矿体。

图4 柴达木盆地北部水中铀异常分布图Fig.4 Distribution of uranium anomalies in northern Qaidam Basin

2.5 后生蚀变特征

根据马海地区构造演化史、沉积相特征、古气候特征、水文地质条件及油气埋藏史特征综合分析认为, 该区主要发育地表含氧含铀水的渗入氧化和深部还原性油气流体的渗出还原蚀变作用。马海地区经历了中生代隆起、古近纪整体沉降和新近纪抬升剥蚀三个阶段(陈宣华等, 2010)。根据构造演化特征, 下干柴沟组沉积期南八仙构造已初具雏形, 而且出现了马仙断裂, 补-径-排体系完善, 有利于渗入氧化作用发育。钻孔岩心揭露, 马北地区下油砂组(N21y)含矿目的层中发育 3～4层弱氧化砂体, 岩性主要为浅黄色粗砂岩、黄色细砂岩及含砾粗砂岩, 砂体疏松, 未见明显的褐铁矿化氧化蚀变, 单层氧化砂体厚 5～12 m, 常见油浸砂岩(图 5)。其背斜区上干柴沟(N1g)含矿目的层中发育3～5层弱氧化、氧化砂体, 单层砂体厚 5～44 m, 泥质胶结为主, 砂体疏松-较疏松, 单层氧化砂体厚 5～10 m, 局部可见黄铁矿化和炭化植物碎屑, 油浸砂岩较发育。研究区这种渗入氧化-渗出还原蚀变为砂岩型铀成矿提供了有利条件。

图5 柴北缘马北地区钻孔岩心中氧化及油气还原蚀变砂体Fig.5 Oxidized and oil-gas reduced altered sand bodies in borehole cores in Mabei area, northern margin of Qaidam Basin

马海地区周缘被多个侏罗系生烃凹陷包围, 北有赛什腾和鱼卡中侏罗统生油凹陷, 南有伊北下侏罗统生油凹陷, 自身有尕丘、陵南中侏罗次凹(汪立群等, 2005; 刘元等, 2005)。根据该区烃源岩发育特征及生排烃史可知, 研究区油气主要来自中、下侏罗统煤系烃源岩在成熟-高成熟阶段形成的煤成油气, 其次为上干柴沟组成熟度较低的生物成因油气(张洪等, 2004; 汪立群等, 2005)。研究区不同生烃凹陷中、下侏罗统烃源岩在 E3–N2晚期开始大量生排烃, 一直持续到第四纪(Q)沉积前(王永卓和徐景祯, 2003; 张洪等, 2004; 汪立群等, 2005), 形成的油气通过断裂、不整合面及渗透性好的砂体向中浅部地层及地表运移、逸散, 有利于砂岩型铀成矿。目前, 马海地区已发现的放射性异常石油井大都位于隐伏断裂周缘, 推测该区深大断裂有效地沟通了深部烃源岩与上部有利储集砂体。这些渗出或向上逸散的油气流体在进入上部储集砂体过程中遇到向下渗入的含氧含铀地下水时, 在接触部位形成氧化-还原地球化学障, 从而有利于层间氧化带型铀矿化的发育(张金带, 2016; 黄世杰, 2018)。深部渗出的还原性油气流体, 一方面增加了砂体的还原容量,有利于砂岩型铀成矿; 另一方面, 持续充注的油气流体使含矿目的层中早期形成的铀矿体整体处于还原环境中, 避免再次受到活化迁移, 对铀矿体具有明显保护作用(Tuo et al., 2007; 李子颖等, 2007; 赵兴齐等, 2016)。

3 铀异常特征及成矿预测模型

3.1 铀异常特征及找矿标志

(1)铀异常特征

目前在马海地区 13个石油钻井中发现铀异常,异常埋深17～934 m, 厚0.2～9.0 m, 异常强度一般为300～800 API, 最大值为马北121井的1213 API,平均687 API; 其中异常强度大于500 API的钻孔有3个。铀异常主要分布在渐新统上干柴沟组(N1g)和中新统下油砂山组(N21y)目的层中, 含矿主岩以浅灰色中砂岩、细砂岩和粉砂岩为主, 次为暗色泥岩; 含矿层段中常见油浸砂, 局部可见植物炭屑及褐铁矿化发育。在该区 ZKMB0-1钻孔下油砂山组中发现1层铀异常, 品位 0.0056%, 异常厚度较薄, 仅为0.20 m, 埋深122.90～123.10 m, 含矿主岩为浅灰色泥质粉砂岩。含矿目的层下油砂山组中发育 8层厚度不一的砂体, 单层砂体厚1.20～8.52 m, 氧化砂体欠发育, 仅见2层浅黄色弱氧化砂体。根据研究区铀异常发育特征及铀成矿条件综合分析认为, 马海地区主要发育潜水氧化带型、潜水-层间氧化带型及层间氧化带型三种铀矿化(张金带等, 2010; 权志高等,2014; Akhtar et al., 2016; 黄世杰, 2018)。

(2)铀成矿找矿标志

综合分析认为, 水中放射性异常和土壤氡气异常是马海地区砂岩型铀矿找矿的重要标志。由上文可知, 马海地区地表存在A1、A2、A3三个水中放射性异常带(图 1), 目前研究区发现的铀异常孔几乎都集中分布在这 3个放射性异常带中, 因此认为水中放射性异常可作为马海地区砂岩型铀矿找矿的重要标志。马海地区这 3个水中放射性异常带主要处于地下水的排泄区, 因此找矿应注重马海背斜两翼斜坡构造带及以北缓倾斜坡带的地下水径流区。

马海地区土壤氡气剖面形态上显示为一高异常和“两高夹一低”异常(李必红等, 2007; 刘武生等, 2015), 在马北地区土壤氡气面积测量结果显示,马北地区石油钻井中的铀矿化孔及铀异常孔主要位于土壤氡气高异常 15 500～33 000 Bq/m3附近或“两高夹一低”的低值部位。在单峰异常中, 铀矿化主要处于土壤氡气高异常向正常晕过渡的缓坡部位; 而在土壤氡气剖面形态“两高夹一低”异常中,石油钻孔中的铀矿化孔及异常孔常定位于两高相夹的低值部位, 土壤氡值处于正常晕范围7600～9500 Bq/m3。根据马北地区砂岩型铀成矿条件及该区石油钻井资料综合分析, 在干柴沟组地层中初步推测出层间氧化带前锋线位置。该前锋线总体呈近NE向展布, 长约15 km, 宽约1.5 km, 在平面上氧化带前锋线呈港湾状或蛇曲形态(图 6), 受扇状辫状河三角洲砂体控制。结合研究区地质特征、沉积体系及砂体发育特征综合分析认为, 马海地区砂岩型铀成矿条件好, 铀成矿潜力较大。

图6 柴北缘马北地区土壤氡气等值线图Fig.6 Contour map of soil radon in Mabei area, northern margin of Qaidam Basin

3.2 铀成矿预测模型

马海地区砂岩型铀成矿受富铀基底、缓倾斜坡带、区域性层间氧化带控制明显, 铀成矿过程大致可分为三个阶段, 即早期沉积成岩预富集阶段、中新世下油砂山组晚期—上新世狮子沟组沉积早期古潜水氧化和古层间氧化成矿阶段、上新世晚期以来的改造保矿阶段(黄净白和李胜祥, 2007; 张金带等,2010, 2015)。

(1)早期沉积成岩期铀预富集阶段

燕山运动晚期以来, 柴达木盆地北缘经历了多期挤压抬升, 元古宙结晶岩系、古生代变质岩系及海西期花岗岩体被抬升、风化、剥蚀。至渐新统干柴沟组和中新统油砂山组沉积期, 马海地区含矿目的层上干柴沟组(N1g)和下油砂山组(N21y)为一套冲积扇-辫状河-三角洲沉积体系, 在半干旱、半潮湿气候条件下, 隆起区的富铀岩石碎屑和溶于水的活化铀等成矿元素, 被搬运至盆地内, 在富含有机质的浅灰-深灰色细砂岩、中粗砂岩中发生铀的吸附作用, 达到铀的预富集。

(2)潜水、层间氧化作用成矿阶段

古近纪以来, 柴达木盆地北缘地区持续受喜马拉雅造山运动影响, 导致马海地区早期油气藏被破坏, 油气沿断裂、不整合面及连通砂体向上和横向运移、逸散渗出至上覆干柴沟组和油砂山组含矿目的层中, 由于砂体上部泥岩、泥质粉砂岩隔水顶板的遮挡作用, 导致油气主要富集在砂体上部, 并主要沿砂体向氧化带方向运移扩散形成局部的氧化-还原地球化学障。中新世晚期(N22)以来持续的挤压抬升, 导致马海地区形成浅埋缓倾斜坡带, 含矿目的层广泛出露地表, 含氧含铀水渗入至含矿建造层的承压层间水中, 发育大规模的层间氧化作用, 当盆地深部逸散的烃类流体与层间含氧含铀地下水相遇时, 在氧化还原地球化学障附近能直接将活化的U6+还原成稳定的 U4+铀矿物, 形成渗入-渗出复合型铀矿体(图7)。油气为该区铀成矿提供了丰富的还原剂, 增大了砂体还原容量, 扩大了有利容矿空间,有利于砂岩型铀成矿(Wu et al., 2009; Cumberland et al., 2016; 赵兴齐等, 2019)。

图7 柴北缘马海地区砂岩型铀成矿预测模型(据张洪等, 2004修改)Fig.7 Prediction model of sandstone-type uranium mineralization in Mahai area, northern margin of Qaidam Basin(modified after ZHANG et al., 2004)

(3)改造保矿阶段

狮子沟组(N23s)沉积后发生的晚喜山运动导致马海地区整体发生抬升, 构造高部位遭受强烈的剥蚀, 第四系地层直接覆盖在渐新统上干柴沟组地层之上。地表含氧含铀水的持续注入, 将对早期形成的铀矿体进行淋蚀、贫化改造, 铀等矿化元素沿氧化砂体向下部及深部迁移, 在潜水氧化带下部的潜水面附近重新富集改造成矿。目前, 马海凸起周边及下部中下侏罗统烃源岩仍处于生排烃阶段(汪立群等, 2005; 马新民等, 2014), 这些持续生成的油气通过深大断裂、不整合面及连通性较好的砂体进入早期形成的铀矿体后, 对早期形成的铀矿体进行叠加改造; 同时这些还原性油气流体的注入会使氧化还原障向渗入水氧化相反的方向迁移, 将早期形成的铀矿体置于还原环境中, 避免了再次活化迁移遭受破坏的可能, 对早期形成的铀矿体具有明显的保矿作用。

4 找矿方向探讨

马海地区渐新统上干柴沟组(N1g)—中新统下油砂山组(N21y)沉积期为半干旱、半温湿古气候环境下沉积的红夹灰的碎屑岩建造(贾艳艳等, 2015),主要发育辫状河-三角洲相沉积体系, 扇状砂体发育, 单层砂体厚度大, 泥-砂-泥结构稳定; 中新世晚期(N22–Q)以来的挤压反转作用, 导致研究区大部缺失中新统上油砂山组(N22y)和上新统狮子沟组(N23s)地层, 有利含矿目的层下油砂山组及上干柴沟组出露地表, 遭受了不同程度的剥蚀, 有利于潜水氧化和层间氧化作用的发育。同时, 沿不整合面、断裂构造等输导体系向上运移、逸散的油气流体进入到研究区上干柴沟组及下油砂山组地层中, 增加了地层中砂体还原容量, 有利于砂岩型铀成矿。

综上所述, 马海地区新层位渐新统上干柴沟组、中新统下油砂山组具有以下有利铀成矿条件: 稳定的构造斜坡及背斜构造、丰富的铀源条件和有利的河流三角洲沉积砂体、补-径-排体系发育、富含有机质及油气等还原性流体、氧化-还原过渡带发育、具有水中放射性异常和土壤氡气异常找矿标志、发育沟通基底及上部砂体的深大断裂、见多个铀矿化孔和异常孔, 因此认为马海地区具有较好的砂岩型铀成矿条件及找矿潜力。该区砂岩型铀矿找矿主攻层位为渐新统上干柴沟组和中新统下油砂山组, 其次为始新统下干柴沟组(E3g)和中新统上油砂山组(N22y); 找矿类型主要以层间氧化带型、潜水-层间氧化带型为主, 其次为潜水氧化带型; 找矿有利地段为马海背斜两翼斜坡构造带及以北缓倾斜坡带的地下水径流区, 即马仙断裂附近的辫状河河道亚相及三角洲平原分流河道亚相发育部位应是马海地区砂岩型铀矿找矿的重点方向(图8)。

图8 柴北缘马海地区上干柴沟组砂岩型铀矿成矿远景预测图Fig.8 Metallogenic prospective area of Upper Ganchaigou Formation sandstone-type uranium deposits in Mahai area,northern margin of Qaidam Basin

5 结论与认识

(1)马海地区找矿目的层为渐新统上干柴沟组和中新统下油砂山组, 该区整体为两翼产状较为平缓的背斜构造; 渐新世—中新世早期, 主要处于半干旱-半温湿-干旱的古气候环境, 辫状河-辫状河三角洲沉积体系发育, 泥-砂-泥结构稳定, “补-径-排”水动力体系发育完善, 铀源条件丰富, 发育潜水氧化和层间氧化铀成矿作用, 砂岩型铀成矿与深部还原性油气流体关系密切。

(2)马海地区铀成矿过程大致可分为三个阶段,即渐新世—中新世早期沉积成岩预富集阶段、中新世晚期—上新世早期古潜水氧化和古层间氧化成矿阶段和上新世晚期以来的改造、保矿阶段。

(3)马海地区砂岩型铀矿找矿应以层间氧化带型和潜水-层间氧化带型为主、次为潜水氧化带型, 主要找矿目标层位为渐新统上干柴沟组和中新统下油砂山组, 具水化异常、土壤氡气高异常和“两高夹一低”的铀矿找矿标志, 马海背斜两翼斜坡构造带、马仙断裂附近的辫状河河道亚相及三角洲平原分流河道亚相发育部位应是马海地区砂岩型铀矿找矿的重点方向。

致谢:核工业北京地质研究院刘武生研究员、刘红旭研究员、李西得研究员、张字龙研究员及其他同事在工作中给予悉心指导和帮助, 核工业二〇三研究所柴达木项目组陈擎高级工程师、廉康高级工程师、王继斌工程师、张淼工程师等全体项目组成员在野外工作过程中提供了大量的帮助和支持; 评审专家对本文进行了认真审阅, 并提出了具体、宝贵的修改意见, 在此一并表示衷心的感谢！

Acknowledgements:

This study was supported by China National Uranium CO., LTD.(Nos.201829-2 and 202118-3), and National Program on Key Basic Research Project (973 Program) (No.2015CB453004).