德令哈坳陷新近系层间氧化带砂岩型铀矿成矿条件及成矿潜力

晁海德 ,陈建洲 ,李吉庆 ,赵维孝 ,任文恺 ,刘世明，蔡廷俊,赵洪岳,刘立波

（1.青海省第四地质勘查院，青海 西宁 810000;2.青海省页岩气资源重点实验室，青海 西宁 810000；3.青海省第二地质勘查院，青海 西宁 810000;4.河北工程大学，河北 邯郸 056009）

柴达木盆地作为我国第三大型内陆盆地[1]，中—新生代以来长期处于相对稳定的沉积状态，盆地边缘形成了稳定的斜坡带，新近纪以来，长期处于干旱-半干旱的气候条件，为砂岩型铀矿提供了良好的构造条件和气候条件。但已发现的砂岩型铀矿（化）点、矿床及众多异常带、点主要分布于盆地北缘、西缘[2-5]，盆地东北缘德令哈坳陷的研究相对薄弱[6,7]，尤其是新近系成矿潜力研究未取得实质性进展。

近年来，青海省第四地质勘查院在前人研究成果的基础上，在德令哈坳陷进行了大量地质调查工作，取得丰富的一手资料，并发现了一定规模的铀矿化体，但未研究该区砂岩型铀矿成矿条件和成矿潜力，这些都是亟待解决的科学问题。鉴于此，本文通过对铀源、古气候、沉积相、含矿建造、构造、水文地质的研究，结合成矿事实，对德令哈坳陷砂岩型铀矿成矿条件、成矿模式开展详细研究，以探讨研究区砂岩型铀矿成矿潜力及找矿远景。

1 研究区地质背景

1.1 地质条件

柴达木盆地位于欧亚大陆腹地，属塔里木-中朝板块，夹持于昆仑山、祁连山、阿尔金山三大山系之间。戴俊生,杨超认为柴达木盆地可划分出4个一级构造单元（北部块断带、茫崖坳陷、三湖坳陷、德令哈坳陷）[8-9]（图1-A）。德令哈坳陷位于柴达木盆地东北缘，北部以宗务隆山为界，南部与埃姆尼克山接壤，东部与牦牛山比邻，三面环山，面积约12 784 km2[10]。德令哈坳陷由北至南依次发育宗南断裂、欧北断裂、欧南断裂、埃北断裂、埃南断裂，这些断裂间形成隆坳相间的构造格架，可划分出德令哈凹陷、欧龙布鲁克凸起、埃北凹陷、埃姆尼克凸起等4个二级构造单元（图1-B）[11-12]。

图1 柴达木盆地德令哈坳陷地质概况综合图Fig.1 Comprehensive geological map of Delingha depression in Qaidam Basin

据区内的德页1 井、德参1 井数据，侏罗系直接上覆于石炭系之上，侏罗系之上依次为中生界白垩系犬牙沟组、新生界古近—新近系干柴沟组，新近系上新统油砂山组、狮子沟组[13-14]。其中油砂山组与下伏干柴沟组（局部为断层接触）、上覆狮子沟组均呈整合接触，厚540～1 450 m。

1.2 地球化学特征

德令哈坳陷内存在2处1∶20万放射性水系沉积物异常，分别为AS99丙ULiNbLaPThYZr 和AS152丁AgUNbWZrAsBaTh(Li)。U 元素峰值为3.17×10-6～5.34×10-6，异常规模较大，各元素套合较好（表1）。

表1 放射性水系异常特征表Table 1 Abnormal characteristics of radioactive water system

2 成矿地质条件

2.1 铀源条件

铀源是铀矿成矿的物质基础，是重要的成矿基础条件[15]。研究区铀源充足，具多铀源条件，具备了铀矿成矿的物质条件。区内铀源主要为坳陷北部宗务隆山-巴音山、东部旺尕秀-牦牛山、西部欧龙布鲁克山-埃姆尼克山一带的中酸性岩体及富铀地层（图2）。

图2 德令哈坳陷砂岩型铀矿成矿要素图Fig.2 Metallogenic elements of sandstone type uranium deposit in Delingha depression

其中，宗务隆山-巴音山出露地层为震旦系、志留系、石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系。另外，宗务隆山地区出露大量侵入体，基性-酸性岩均有发育，以中酸性-酸性岩为主。其中酸性侵入岩中花岗岩的铀元素含量为1.04×10-6～4.61×10-6，尤其是海西期中酸性侵入岩呈岩基状产出,出露面积广,铀元素含量达4.2×10-6[16]。旺尕秀-牦牛山一带主要出露震旦系、奥陶—志留系、泥盆系、石炭系、侏罗系、白垩系及古近—新近系，侏罗系铀含量较高，可达11×10-6[6]。欧龙布鲁克山-埃姆尼克山一带主要铀源层为牦牛山组，其流纹岩伽马值为37×10-6～43×10-6、火山角砾岩伽马值为33×10-6～36×10-6，粗面岩伽马值800×10-6～2 500×10-6，最高可达3 489×10-6[17]。另外陈贵华通过古铀场计算[6],德令哈坳陷周边各种地质体均有铀的活化、丢失。其中,泥盆纪、石炭纪、三叠纪地层活化铀丢失量均大于1.0×10-6,铀活化率在17.5%～33.5%。侵入岩活化铀含量大于2.0×10-6,局部高达5.1×10-6,铀源体中铀活化率为25.9%～60.5%，表明蚀源区岩石具铀含量高、活化率高的特征，具备为坳陷盖层提供成矿物质来源的基础。

2.2 岩性-岩相条件

油砂山组砂岩颜色有灰、灰白色，受后期氧化作用影响，部分地段呈土黄、浅褐色，少量呈灰绿色，总体显示半湿润-半干旱气候环境。据沉积特征，在该区共识别出滨湖相、浅湖相、辫状河三角洲、辫状河相等4个沉积相。据我国层间氧化带砂岩型铀矿成矿规律，三角洲相、辫状河相有利于砂岩型铀矿的成矿（图2，3）。

滨湖相主要为土黄、灰色砂质泥岩、泥质砂岩、粉砂岩等，局部见粗砂岩、含砾砂岩。粉砂岩内见波状水平层理，泥岩中可见断续水平层理。

浅湖湘主要为土黄、灰色泥岩、粉砂质泥岩水平层极发育，局部见泥灰质粉砂岩，泥岩中见泥质结核。

辫状河相由灰、灰褐、褐黄色细砂岩、中砂岩、粗砂岩、含砾砂岩组成，砂岩成分以石英为主，长石、岩屑少量。分选性、磨圆度中等，多见大型斜层理、冲刷构造。

辫状河三角洲相由砾岩、含砾砂岩、细砂岩等组成，局部夹薄层粉砂岩、泥岩。砂岩发育板状、槽状交错层理。

由底至顶呈“粉砂岩、泥岩-含砾砂岩、细砂岩”特征（图3），顶部为厚层的狮子沟组粉砂岩、细砂岩，整体反映出一定的“泥-砂-泥”结构特征。顶部狮子沟组粉砂岩、细砂岩和底部的粉砂岩、泥岩（厚123.89～144.74 m），可作为中部含矿层（含砾砂岩、细砂岩）隔水层阻隔含氧富铀水的纵向运移，为层间氧化带砂岩型铀矿成矿创造有利的建造条件。

图3 德令哈坳陷油砂山组沉积综合柱状图Fig.3 Comprehensive sedimentary histogram of Youshashan formation in Delingha depression

2.3 构造演化条件

铀矿化的形成与区域性地质构造演化相联系，是地质构造演化的产物[18]。刘大鹏，彭德华，王冰等人认为德令哈坳陷经历了早期引张[11,19-20]、晚期挤压的构造演化过程，主要经历了中晚侏罗—早白垩世的伸展拗陷阶段、古近纪的张扭拗陷阶段和第四纪的挤压拗陷阶段，整体上新构造运动强烈,但主体相对稳定（图1-C）。受多期构造活动影响，区内断裂构造发育，形成“两隆加两陷”的构造格局（图1），也造就了德令哈凹陷、埃北凹陷、埃姆尼克凸起内新近系埋深大于1 000 m的分布现状，由此认为欧龙布鲁克凸起是研究区内重点找矿地段。

欧龙布鲁克凸起内褶皱发育（图4-A），褶皱两翼倾角5°～27°，与AMT剖面TM模式二维反演结果一致（图4-B），表明褶皱两翼缓倾斜坡带发育，可有效增加水岩作用时间、距离[21]。由于后期的整体持续隆升作用,上覆的第四纪沉积物在一些地区遭受剥蚀,促使层间水持续不断地向深部渗透，沿褶皱两翼缓倾斜坡带发育层间氧化带。

图4 德令哈坳陷氧化带分布（a）及AMT剖面TM模式二维反演图（b）Fig.4 Distribution of oxidation zone in Delingha depression（a）and twodimensional inversion map of TM model of AMT section（b）

2.4 水文地质条件

德令哈坳陷为长期强烈活动带中的相对稳定地块，东、西、北三面环山，造就南部底，东、西、北3 面高的地势，具备完善的“补-径-排”水动力体系。北部宗务隆山、西部埃姆尼克山、东部牦牛等基岩山区地形切割强烈，利于大气降水及高山融雪水形成的地表水与地下水源源不断地侧向补给坳陷平原区地下水，山前的第四系、古近—新近系透水层为径流区，素棱郭勒河、柴达木河、托素湖等为排泄区（图5）。

图5 德令哈坳陷层间氧化带砂岩型铀矿成矿模式简图Fig.5 Schematic diagram of metallogenic model of sandstone type uranium deposit in interlayer oxidation zone of Delingha depression

据陈贵华等人的研究[6]，德令哈坳陷周边地下水源点中铀含量0.13～13 μg/L，其中13 μg/L源于补给区的埃南冲积扇下降泉，0.13 μg/L 源于排泄区诺北断裂控制的上升泉，表明来自补给区的含氧富铀水在径流区遇到氧化还原障时发生铀沉淀，部分地段富集成铀矿。

2.5 后生蚀变特征

欧龙布鲁克凸起内褶皱两翼沿缓倾斜坡带均发育层间氧化带，延伸长度大于9 km，真厚度53.82 m（YP2）～160.25 m（LX13）（图4-A）。张玉龙研究表明[1]，柴达木盆地内大部分层位的Fe2+含量低于Fe3+含量(表2)，表明柴达木盆地地球化学背景以氧化条件为主,还原条件较弱，弱氧化-弱还原的层位有早—中侏罗世和中上新世。另外，德令哈坳陷内德参1井在不同深度见3 处油砂岩屑，9 次气测异常，电测深综合解释可能含油层9层，总厚39.4 m[12]。它们均为还原环境下的产物，又为还原剂，是盆地覆盖层中重要的还原条件，主控盆地氧化-还原过渡带(地球化学障),这些还原物质沿断裂等通道运移至有效砂体内，是促成砂岩型铀矿形成的重要条件之一[22-24]。表明德令哈坳陷具备发育氧化-还原过渡带的条件。

表2 柴达木盆地中新生代地球化学环境Table 2 Mesozoic Cenozoic geochemical environment in Qaidam Basin

据岩性观察、岩矿分析以及氧化还原条件将层间氧化带划分为氧化带、过渡带、还原带[25]。氧化带：颜色以褐黄、黄色为主，局部浅黄色，发育强褐铁矿化，黄铁矿、碳屑等被完全氧化，未见植物化石。长石蚀变较强，常见高岭土化、绢云母化。过渡带：颜色以灰、青灰色为主，钙质胶结为主，见少许黄铁矿。长石发育高岭土化、绢云母化。还原带：颜色以灰白、灰色为主，局部灰绿色，岩石内见植物根茎化石，黄铁矿含量增多。长石见弱高岭土化、绢云母化。

利用加拿大PICO Enviroec公司PGIS-2 能谱仪对德令哈坳陷内油砂山组开展概查，测得当量铀含量（eU）3×10-6～150×10-6，其中氧化带eU 含量为3×10-6～14×10-6，过渡带eU含量30×10-6～150×10-6，还原带eU含量3×10-6～9×10-6。说明不同分带的放射性强度不均一，过渡带放射性最强，氧化带次之，还原带最低。

3 矿化特征

以3倍背景值做异常带下限（30×10-6），在层间氧化带内圈定伽马能谱异常带1条（图4），长度大于9 km，真厚度27.08 m（LX15）～27.25 m（LX13）。带内岩性有黄褐色粗砂岩、青灰色含砾粗砂岩、土黄色、灰白色细砂岩等。各岩性eU 含量为30×10-6～150×10-6，个别地段小于30×10-6，整体上青灰色含砾粗砂岩中当量铀含量明显高于其他岩性。能谱异常带与层间氧化带内还原带相吻合，带内定矿化体1 条（图4），赋矿岩性为青灰色、灰色含砾粗砂岩,长度5.5 km，真厚度2.07 m（YP2）～10.99 m（YP4），铀品位0.008 36%～0.017 60%，平均品位0.014 6%。

另外，中国地质科学院地质力学研究所在德令哈坳陷东部施工的青德参1 井油砂山组内（238 m）发现铀矿化段1处，γ幅值可达250 API，层位稳定、砂体发育。参照中国石油天然气股份有限公司青海油田分公司2020年开展的“青海省柴达木盆地砂岩型铀矿调查评价成果”，自然伽马强度值（API）与γ强度值（CPS）之间存在y=1.027x+143.23 的线性关系，并利用公式1换算成铀含量，最终算得U含量104×10-6，达矿化规模。

式中：c为铀含量；γ为定量伽马；0.011 52为照射量率换算系数；30.32为铀含量换算系数。

4 成矿潜力分析

砂岩型铀矿成矿与铀源、岩性岩相、构造演化、地下水、后生蚀变的关系紧密，地球化学特征及铀矿化信息是富集铀矿的间接或直接指示[26-29]。德令哈坳陷北部祁连山-宗务隆山、东部牦牛山、西部埃姆尼克山等蚀源区的富铀岩石，在干旱、半干旱的气候条件下，易溶的U+6溶于富氧的地表水中，沿第四系七个泉组及狮子沟组中的断裂、裂隙、松散胶结层运移至盆地前缘的辫状河相、三角洲相等区域，在地球化学环境发生变化、氧化环境向还原环境过渡时，在适宜的地段还原成U+4，另外深部油气、烃源岩中烃类等还原性物质也可促进U+6还原成U+4。最终在多种成矿作用叠加下在褶皱两翼缓倾斜坡带等适宜的地段富集成铀矿床（图5）[30-31]。

综合分析认为，德令哈坳陷具多铀源条件，层间氧化带分带特征较明显，“补-径-排”体系完善，辫状河相、辫状河三角洲相广泛分布，缓倾斜坡带发育，“泥-砂-泥”相对稳定，但坳陷内能谱异常、铀矿化程度较低，铀元素品位最高只有0.0176%。总体特征表明，德令哈坳陷新近系油砂山组具备了赋存砂岩型铀矿的成矿条件，成矿潜力较好，但其规模还有待探究。坳陷中部欧龙布鲁克凸起内油砂山组发育地段，尤其与辫状河相、辫状河三角洲相叠合的地段是找矿重点区域（图2）。

5 结论

综合对德令哈坳陷层间氧化带砂岩型铀矿的地质背景、成矿条件及铀异常特征等方面的研究，得出以下几点认识：

（1）德令哈坳陷北部宗务隆山-巴音山、东部旺尕秀-牦牛山、西部欧龙布鲁克山-埃姆尼克山一带发育大规模的中酸性岩体及侏罗系等富铀地层，为铀矿成矿提供了丰富的成矿物质来源。新近纪时期主要处于半干旱-半温湿的古气候环境，辫状河、辫状河三角洲沉积体系发育，岩性组合也呈相对稳定“泥-砂-泥”结构。整体相对稳定的构造演化造就褶皱两翼发育缓倾斜坡带，也造就了发育完善的“补-径-排”水动力体系，另外区内层间氧化带发育且分带性明显。总体特征表明：研究区新近系具备了砂岩型铀矿成矿的物质条件和环境条件。

（2）德令哈坳陷新近系油砂山组砂岩型铀矿成矿潜力较好，但铀元素品位最高仅0.0176%，其成矿规模还有待进一步探究。

（3）德令哈坳陷中部欧龙布鲁克凸起内油砂山组发育地段，尤其是与辫状河相、辫状河三角洲相叠合的区域是新近系层间氧化带砂岩型铀矿的重点找矿地段。