四川盆地北部砂岩型铀矿床成矿物质来源和成矿模式

熊世荣，安国堡

四川盆地北部砂岩型铀矿床成矿物质来源和成矿模式

熊世荣，安国堡

（四川省核工业地质局二八二大队，四川 德阳 618000）

为了更好的指导四川盆地北部砂岩型铀矿床勘查和战略选区工作，本文以砂岩型铀矿成矿理论为指导，通过查明铀源体和铀源层及其分布特征，分析了铀成矿物质来源，探讨了矿床形成过程，初步建立了铀成矿模式。研究表明：①区域内铀含量最高的地层是铁船山组，其次是郭家坝组、龙马溪组和大隆组；②含矿主岩物源分析表明苍溪组沉积碎屑来自米仓山和龙门山两大蚀源区；③蚀源区含铀岩石在地表风化解体过程中，岩石中的铀被释放出来，进入地下水形成含铀溶液，含铀溶液在苍溪组砂岩层中流动，在碳质和黄铁矿发育的沼泽和停滞水还原环境，铀发生沉淀并能够保存形成铀矿体。

砂岩型铀矿；铀源岩；成矿模式；四川盆地北部

1 区域地质背景

1.1 构造

研究区大地构造位置位于上扬子陆块西北边缘，西北部、北部和中南部分别位于龙门山逆冲推覆带、米仓山基底逆冲带和四川陆内前陆盆地3个三级构造单元内（图1）。

图1 四川盆地北部构造纲要图（底图据李勇等，2011）

龙门山逆冲推覆带在西北角斜穿研究区。在研究区西北邻区，平武县东南古城与南坝附近，NE向青溪大断裂与南坝大断裂斜穿两地，其间为龙门山后山带。其中占主导地位的构造是北东向轿子顶复背斜。复背斜核部由中元古界通木梁群和晋宁期基性—中酸性侵入岩组成基底，为岛弧环境产物；两翼及周缘震旦—寒武系不整合覆于基底之上，形状如圈闭状短轴背斜，为稳定陆缘沉积残余。

区域上大致以广元-旺苍-南江-万源一线为界，北部为米仓山基底逆冲带（Pt2-T2），南部为四川前陆盆地（T3-K1）（李岩峰等，2008；李双建等，2018）。米仓山基底逆冲带由米仓山古岛弧和旺苍-南江陆棚２个四级单元组成。前者由火地垭群变质碳酸盐岩、火山碎屑岩、板岩以及晋宁—南华期侵入岩组合，为岛弧环境产物；后者主要发育南华纪后造山裂谷环境形成的中酸性火山岩建造铁船山组，以及震旦纪－中三叠世被动大陆边缘环境形成的浅海-滨海相碎屑岩-碳酸盐岩建造。

四川前陆盆地在川北地区包括川北坳陷和川中隆起2个四级构造单元。川北坳陷为晚三叠世－早白垩世前陆盆地沉积，以地表大面积分布白垩纪河流相砂砾岩-砂泥岩建造为特征；川中隆起包括梓潼苍溪前陆斜坡鼻状构造带和仪陇-平昌前陆斜坡平缓构造带。

1.2 地层

根据四川省区域地质志、四川省岩石地层、1∶20万区域地质报告（平武幅、广元幅、南江幅、镇巴幅、阆中幅）等区域地质资料，参考公开发表的相关论文文献，综合本队内部资料，梳理出研究区及其西北邻区出露地层见表1。

表1 四川盆地北部地层系统表

1.3 岩浆岩

区域内岩浆岩主要分布在盆地北缘米仓山基底逆冲带和盆地西北邻区龙门后山基底推覆带。

米仓山基底逆冲带火山岩主要存在于铁船山组中，少量分布在上两组中。侵入岩呈岩基、岩株、岩脉状侵入于火地垭群，沉积不整合于震旦系之下，侵入时代730～950Ma，为青白口（晋宁）期—南华期。岩石类型复杂，为同源多期次侵入产物。晋宁三期为花岗岩类侵入岩，主要有花岗闪长岩、黑云母花岗岩、斜长花岗岩、碱性花岗岩、花岗斑岩等。

龙门山逆冲推覆带火山岩主要存在于通木梁群中。通木梁群呈NE-SW向延伸，构造上出露在青川轿子顶复背斜核部，不整合或假整合于震旦系之下。通木梁群下部和中部为云母石英片岩、中性火山熔岩、火山碎屑岩夹基性和酸性火山熔岩，上部为酸性火山熔岩、火山碎屑岩与中性火山碎屑岩不等厚互层。侵入岩主要为轿子顶斜长花岗岩体，为晋宁三期酸性侵入岩，呈NE-SW向岩基侵入于轿子顶复背斜核部通木梁群中。

1.4 区域铀矿化

川北地区铀矿化工业类型主要为砂岩型，其次为火山岩型、铝土页岩-炭质页岩型和炭硅板岩型。按成因类型划分，砂岩型铀矿化属浅成中低温热液型，火山岩型属火山热液型，铝土页岩-炭质页岩型属沉积型，炭硅板岩型属沉积变质型。铀矿床规模，除砂岩型铀矿床达到中型外，其它3类均为矿点或矿化点。砂岩型铀矿化分布于前陆盆地北部川北坳陷和川中隆起2个构造单元内，火山岩型和铝土页岩-炭质页岩型分布于米仓山基底逆冲带，炭硅板岩型产于龙门山逆冲推覆带。

2 各类岩石和地层中的铀分布

米仓山基底逆冲带近千个微量铀样品数据统计表明，研究区铀含量最高的岩石是炭质板岩，其铀含量最高达到14×10-6；其次是铁船山组凝灰熔岩和流纹岩，铀含量分别为7.3×10-6和7.2×10-6；第三是泥质、硅质页岩，铀含量为6.2×10-6。侵入岩中碱性花岗岩铀含量最高，达到6.0×10-6；其次是花岗岩和斜长花岗岩。大面积出露的岩石铀含量普遍偏低，如广泛分布的灯影组灰岩以及石英闪长岩和闪长岩等。

米仓山基底逆冲带野外能谱测量和取样分析结果显示，研究区铀含量最高的地层是铁船山组，其次是下寒武统郭家坝组、下志留统龙马溪组和上二叠统大隆组。

3 主要含铀层（体）及铀矿化异常特征

根据铀在各类岩石和地层中的含量统计结果，研究区影响砂岩型铀矿形成的地层和岩体主要是前中生代含铀地层和晋宁期花岗岩，这些含铀层（体）主要分布在盆地北缘米仓山基底逆冲带和盆地西缘龙门山推覆逆冲带。

3.1 米仓山基底逆冲带

米仓山基底逆冲带内，最主要的含铀层是下震旦统铁船山组和晋宁期花岗岩，其次是围绕褶皱基底层分布的古生代地层。

（1）铁船山组，在构造上位于上两-铁船山复背斜东端轴部，为区内最主要的含铀层位，地层和岩石铀含量统计表明，地层中流纹岩、凝灰熔岩、凝灰岩、凝灰质板岩具有较高的含铀底数。这些富铀岩石同时也是火山岩型铀矿（化）体的赋矿围岩。

（2）晋宁期碱性花岗岩，伽玛底数为20～40γ，铀的背景值为6×10-6～8×10-6，显示出较高的伽玛底数和铀背景含量。岩体内外接触带正长岩脉、正长细晶岩脉中发现有铀矿点和矿化点。

（3）古生代含铀地层，包括下寒武统郭家坝组、上奥陶统五峰组、下志留统龙马溪组、下二叠统梁山组、上二叠统吴家坪组和大隆组。这些地层下部黑色页岩、炭质页岩、黑色薄层硅质岩、硅质页岩具有较高的铀含量。部分与下伏地层平行不整合接触，在地层底部侵蚀面上还发育含黄铁矿粘土岩，如郭家坝组和龙马溪组，或铝土质粘土页岩，如梁山组和吴家坪组。由于在各类沉积岩中，粘土岩和页岩的铀含量较高，其中又以海相黑色页岩的铀含量最高，故以上6组含有黑色页岩和铝土质粘土（页）岩的古生代地层均具有较高的铀含量，符合一般铀分布规律。

3.2 龙门山推覆逆冲带

（1）通木梁群火山岩和轿子顶斜长花岗岩龙门山推覆逆冲带内，通木梁群中、上部，尤其是上部酸性火山熔岩和火山碎屑岩极为发育，延伸长度和厚度均较大。晋宁期轿子顶斜长花岗岩侵入中-酸性火山岩地层中。通木梁群中—酸性火山岩和轿子顶斜长花岗岩不仅为中生代砂岩中的铀矿化提供了铀源，同时也为围绕其发育的下寒武统邱家河组提供了铀源，后者也是区内砂岩型铀矿的重要铀源层。

（2）古生代含铀地层 龙门山推覆逆冲带已发现的铀矿化主要分布在邱家河组中。邱家河组平行不整合于上震旦统元吉组之上，分3个岩性段。中段为深灰—黑色炭硅质板岩、炭硅质千枚岩、含锰硅质千枚岩、硅质岩、白云质灰岩韵律式互层夹劣质铁锰矿多层，劣质铁锰矿中伴生有铀、钴等有用元素。铀在铁锰矿层中富集与炭质吸附、引起菱锰矿沉淀的还原环境和上震旦统元吉组顶部沉积间断面有关。

3.3 含铀岩石组合特征

按岩性特征，区内含铀地层和岩体可归纳为以下4类含铀岩石组合：⑴酸性火山熔岩-火山碎屑岩含铀建造：分布于铁船山组和通木梁群中，主要含铀岩性为流纹岩、凝灰熔岩、凝灰岩、凝灰质板岩，为区内最重要的含铀建造；⑵花岗岩类含铀建造：在米仓山上两—官坝一带，含铀花岗岩主要为斜长花岗岩和碱性花岗岩；在龙门后山平武轿子顶花岗岩体出露地段，含铀花岗岩主要为斜长花岗岩和二长花岗岩；⑶炭质页岩-硅质（页）岩-铁锰（铝土质）粘土岩含铀建造，米仓山6组古生界含铀地层均属这类含铀建造；⑷炭硅质板岩-千枚岩夹菱锰矿含铀建造，龙门山褶皱带邱家河组所特有的建造。以上各含铀建造中分别发育火山岩型、花岗岩型、沉积型和沉积变质型铀矿化，表明这些含铀地层不仅具有较高的铀背景含量，同时还具有较高的铀浸出率。岩石具有较高的含铀量和较高的铀浸出率，是岩石作为铀源岩的重要特征（张祖还等，1984）。

4 含矿主岩物源分析

4.1 苍溪组沉积碎屑来自米仓山和龙门山两大蚀源区

油气地质研究学者李双建等（李双建等，2018；白华青，2011）的研究成果表明，从下侏罗统开始，米仓山和龙门山为川北地区的主要物源区，下白垩统苍溪组的物源区主要是龙门山、米仓山和大巴山山前带古生代沉积岩区。铀矿地质物源专题研究①三○二地区铀矿普查区域评价报告，四川省核工业地质局二八二大队，1981.（陈建英和王云，2019）进一步表明，苍溪组沉积时期研究区西部主要受龙门山北段物源控制，东部主要受米仓山物源控制。从区域铀矿化与龙门山、米仓山两大蚀源区的地理分布，结合苍溪组河流相岩相古地理特点均可以做出合理的推断：位于川北坳陷西部剑阁梓潼凹陷—川中隆起梓潼苍溪前陆斜坡鼻状构造带内的铀矿化主要受龙门山古陆控制，川北坳陷东部旺苍通江凹陷内的铀矿化主要受米仓山古陆控制。

4.2 苍溪组含有蚀源区含铀岩石组分的岩相学新证据

笔者近年来参与了川北地区铀矿地质调查项目，发现碎屑岩中岩屑类型与源区母岩性质密切相关，通过分析碎屑岩中岩屑组合可以得到与母岩和物源方向相关的信息（叶素娟等，2014）。苍溪组含矿主岩，经前人大量岩矿标本鉴定，多为砾岩和岩屑砂岩。研究区西南部6051铀矿点含矿砂岩岩屑母岩为龙门山蚀源区邱家河组含铀硅质板岩、千枚岩、通木梁群中—酸性火山岩和轿子顶花岗岩；研究区东部301铀矿点含矿砂岩岩屑物源方向，通过岩屑种类对比可以判断，灰岩、粘土岩岩屑来自米仓山古生代盖层未变质的海相沉积岩，片岩、板岩、千枚岩来自基底火地垭群变质岩，霏细岩、花岗斑岩来自基底花岗岩，英安岩、熔岩等来自铁船山组，轻重矿物来自铁船山组火山岩和花岗岩等侵入岩。

根据采集到的铀矿石标本并进行的岩矿鉴定和扫描电镜分析，这些鉴定和分析结果肯定了前人对川北砂岩铀矿成矿物源的认识。南江北极地区301等铀矿点铀矿化中、细粒岩屑砂岩中含有酸性火山岩碎屑,如具霏细结构的火山岩碎屑和具流动构造的流纹岩碎屑（图2a、b），指示含铀砂岩岩屑来自米仓山古陆铁船山组酸性火山碎屑岩和变质流纹岩。一般而言，长石碎屑主要来自花岗岩（曾允孚和夏文杰，1986）。铀矿石中长石碎屑有斜长石、微斜长石和条纹长石等（图2c、d），微斜长石和条纹长石等钾长石碎屑应来自铁船山等地碱性花岗岩。锆石具有较好的磨圆度（图2e、f），应来自北部米仓山火山岩和花岗岩（图3a）。

a.具霏细结构的火山岩碎屑（KD3-b2，正交偏光）；b.具流动构造的流纹岩碎屑（KD3-b2）；c.显微条纹长石碎屑（其中较亮的钠长石条带）（LD3-b1，正交偏光）；d.具格子双晶的微斜长石碎屑，其上为具聚片双晶的斜长石碎屑（标本KDHT-b2，正交偏光）e.锆石碎屑（标本KDht-b1显微照片，正交偏光）f.锆石碎屑，磨圆较好（标本LD4-b1显微照片，正交偏光）

扫描电镜分析结果显示，米仓山硅化碎裂蚀变流纹岩热液型铀矿化体含有钛铀矿、铀石、沥青铀矿等铀矿物和锆石、独居石、褐帘石等富铀副矿物（图3）。砂岩铀矿石中锆石重矿物示踪砂岩碎屑主要来自米仓山蚀源区的变质流纹岩和花岗岩。矿化蚀变流纹岩中铀主要存在于铀矿物中，部分存在于黑云母等深色造岩矿物以及锆石、独居石、褐帘石等富铀副矿物中。这些富铀的造岩矿物和副矿物，不仅为米仓山火山岩和花岗岩型热液铀矿化提供了铀源，同时也为盆地砂岩型铀矿化提供了直接或间接铀源。

5 铀矿床成因探讨

5.1 成矿阶段划分

本区侏罗—白垩系河流相砂（砾）泥岩韵律互层中的铀矿化是大地构造演化的产物，铀富集成矿经历了三个阶段：

（1）龙门山—米仓山古陆中元古—早震旦世铀源层（体）形成阶段。中元古代在扬子陆块西北缘龙门山—米仓山岛弧形成通木梁群含铀酸性火山熔岩-火山碎屑岩建造和晋宁期斜长花岗岩、碱性花岗岩含铀建造，晚元古代早震旦世在米仓山古岛弧形成造山裂谷环境铁船山组中酸性火山岩含铀建造。这些中、晚元古代酸性火山岩和花岗岩构成了本区砂岩铀矿的初始铀源岩，它们不仅为古生代含铀炭硅泥岩建造提供了铀源，而且为川北坳陷—川中隆起中生代砂岩铀矿的形成提供了直接铀源。

a.硅化碎裂蚀变流纹岩，造岩矿物是钠长石，金属矿物中含有锆石和钛铀矿，锆石呈自形长方形状；b.硅化碎裂蚀变流纹岩，造岩矿物主要是石英，金属矿物中含有独居石和铀石。（“⊕”和小数字表示测点位置及编号；测试单位为核工业北京地质研究院，2019）

（2）古陆周缘古生代浅海泻湖沼泽相炭硅泥岩铀富集阶段。晚震旦世－中三叠世在古陆周缘形成了被动大陆边缘环境浅海-滨海相碎屑岩-碳酸盐岩建造。不整合于中元古代古陆基底和下震旦统火山岩铀源层（体）之上，古生界含铀地层不仅具有较高的铀含量，而且下寒武统郭家坝组和邱家河组、上二叠统吴家坪组3套地层中已查明赋存铀矿化异常。这些古生代黑色页岩和碳、硅、泥岩在沉积岩形成的成岩阶段发生铀的聚集形成铀含量较高的铀源层，同时在有利的岩相古地理条件，如泥炭沼泽相沉积、河湖交汇部位等形成明显受岩性和层位控制的铀矿化，铀矿化工业类型为铝土页岩-炭质页岩型（郭家坝组和吴家坪组）和炭硅质板岩-千枚岩型（邱家河组），铀矿化成因类型为（沉积）成岩型和沉积变质型。

（3）前陆盆地北部川北坳陷—川中隆起晚侏罗-早白垩世河流相砂（砾）泥岩韵律层铀富集成矿阶段。该阶段形成本区最重要的砂岩型铀矿化。

5.2 成矿模式

5.2.1 风化作用中铀的释放和迁移

米仓山和龙门山蚀源区含铀地层和岩体遭受变形变质、长期隆起、风化剥蚀、岩石碎屑搬运沉积等一系列地质作用，使存在于黑云母等造岩矿物和锆石、独居石等富铀副矿物以及钛铀矿、铀石等铀矿物中的铀被分离和释放出来，被水带走形成含铀溶液。含矿主岩的胶结物主要为方解石，表明铀以碳酸合铀酰离子UO(CO3)34-的形式存在和迁移。富含游离氧和碳酸根的地表水和地下水，流过铀含量较高的铀源层及其风化残积、坡积和河流冲积物后，岩石中分散状态的铀被氧化形成可溶的碳酸合铀酰离子并带出从而形成含铀溶液。

5.2.2 铀矿床在后生热液作用中富集形成

（1）同生和成岩阶段不具备铀沉淀和富集的条件。本区早期铀矿勘查文献将砂岩型铀矿成因类型定义为沉积型。但根据沉积学理论（刘宝珺，1980），沉积演化的同生作用阶段是在开放的体系中进行的，沉积物可与底层水发生作用，介质为酸性氧化性质，缺乏使铀酰离子中的高价铀还原成低价铀矿物的还原环境。成岩作用阶段是沉积物在被埋藏以后到固结为坚硬岩石以前所发生的变化，是本层物质的迁移、重新分配组合，很少或无外来物质参加，在低温低压碱性还原条件下进行，封闭的碱性还原环境没有含铀溶液的持续加入，故该阶段也不可能有铀矿化的生成。

（2）铀矿床是铀在后生作用阶段富集形成的。只有在含矿主岩固结成岩，地层发生褶皱，层间滑动带或层间破碎裂隙带形成以后，含铀热液流经氧化还原过渡部位时才有可能发生铀的沉淀和富集。铀矿床是铀元素后生富集作用的产物，表现在以下几个方面：①野外观察和伽玛测量表明，铀矿化异常沿垂直或斜交地层裂隙发育，在层间破碎带中铀矿化最强，向两侧围岩铀矿化强度逐渐减弱，表现出后生穿层的性质；②自生矿物具嵌晶胶结结构和交代结构，为典型的后生作用特征，如岩石碎屑和草莓状黄铁矿集合体被方解石胶结和包裹，斜长石、条纹长石被方解石交代，石英被重晶石交代；③由于方解石强烈交代石英、长石等碎屑，结果使含铀岩石与不含铀岩石相比，SiO2减少，CaO增加，表明铀矿化作用过程中伴随着物质的带入和带出，为后生富集成因。

5.2.3 后生作用中铀的迁移和聚集

早白垩世晚期，在七曲寺组（K1）沉积之后，在NW-SE向挤压缩短作用下，地层发生了褶皱（陶卫中，1989；沈传波等，2007）。褶皱一方面使地层隆起掀斜并暴露地表遭受剥蚀，接受地表来自蚀源区的含铀溶液。另一方面，褶皱使地层产生层间滑动和层间破碎裂隙，从而导通了与外部水体的水力联系，为含矿热液在侏罗—白垩纪古河流冲刷面上渗透性良好的砂、砾岩层中流动创造了条件。在砂、泥岩呈韵律互层的岩层内，含铀地下水被限制在砂岩中流动，在碳质和黄铁矿发育的沼泽和停滞水还原环境，如河流冲刷凹槽、砂岩中的炭质泥岩透镜体等，铀发生沉淀并能够保存，逐步形成有工业价值的铀矿体。

6 结论

（1）四川盆地北部砂岩型铀矿成矿物质来源于米仓山—龙门山古陆，最主要的铀源岩是中元古代通木梁群含铀酸性火山熔岩-火山碎屑岩、晋宁期斜长花岗岩和碱性花岗岩，以及晚元古代早震旦世铁船山组酸性火山熔岩和火山碎屑岩。其次是古陆周缘古生代浅海泻湖沼泽相炭硅泥岩铀富集沉积建造。

（2）盆地砂岩型铀矿化经历了中元古—早震旦世米仓山—龙门山古陆铀源层（体）形成、古陆周缘古生代泥炭沼泽相炭硅泥岩建造中铀的富集和川北坳陷—川中隆起中生代河流相砂（砾）泥岩韵律互层中铀富集成矿三个阶段。

（3）砂岩型铀矿床是成矿元素在含矿主岩形成以后，含铀热液流经有利的构造和氧化-还原环境时，铀重新沉淀和逐步富集形成的。铀矿化成因类型为浅成中低温热液型。

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Source and Metallogenic Model of Sandstone Type Uranium Deposits in Northern Sichuan Basin

XIONG Shi-Rong AN Guo-bao

(No. 282 team of Sichuan Nucleus Industrial Geology Bureau; DeYang, Si Chuan 6180002)

In order to better guide the exploration and strategic selection of sandstone type uranium deposits in the northern Sichuan Basin, this paper takes sandstone type uranium mineralization theory as the guidance, through identifying uranium source body and uranium source layer and their distribution characteristics, analyzes the source of uranium metallogenic material, discusses the formation process of the deposit, and preliminarily establishes the uranium metallogenic model. The research shows that: (1) The Tiechuanshan Formation has the highest uranium content, followed by the Guojiaba Formation, Longmaxi Formation and Dalong Formation. (2) The source analysis of ore-bearing rock shows that the sedimentary debris of the Cangxi Formation comes from Micang Mountain and Longmen Mountain. (3) During the weathering and disintegration of the uranium-bearing rocks in the erosion source area, the uranium in the rocks was released and entered the groundwater to form the uranium-bearing solution. The uranium-bearing solution flowed in the sandstone layer of the Cangxi Formation. In the swampy and stagnant water reduction environment where carbon and pyrite were developed, the uranium precipitated and could be preserved to form uranium ore bodies.

sandstone type uranium deposit; uranium source rock; Metallogenic model; Northern Sichuan Basin

P619.14

A

1006-0995（2022）04-0596-07

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.04.010

2022-08-22

熊世荣（1968— ），男，四川江安人，工程师，研究方向：主要从事地质矿产勘查与研究工作