松辽盆地西南部钱家店矿田板状铀矿体成矿条件、特征及模式

黄少华，秦明宽，刘章月，刘佳林，郭强，贾立城，江文剑，张亮亮

（1.核工业北京地质研究院，北京 100029；2.核工业二四三大队，内蒙古 赤峰 024000）

不断创新发展矿床成矿和找矿模式是矿床学非常关键的组成部分［1-2］，也是合理指导多维度多尺度立体综合勘探的重要理论基础［3-4］。松辽盆地西南部钱Ⅱ块是该盆地突破的第一个砂岩型铀矿床［5］，具有构造剥蚀天窗控制的多源混合叠造复成因成矿模式［6-7］。随着近年来外围铀矿勘探的不断扩大和深入，钱家店铀矿田（钱Ⅱ、钱Ⅲ、钱Ⅳ、钱Ⅴ、宝龙山、DL、HLJ）范围已远远超出了白兴吐剥蚀天窗的控制区域［8-9］。目前已有的成矿模式和理论均难于完全准确解释新出现的一系列复杂地质现象和成矿特征，影响了对该类型矿床成因的深入认识和找矿方向的科学预测。例如，由于含矿层属于原生红杂色陆源沉积建造［10］，在区域上并不具备典型的层间氧化还原分区，原生带一般不发育［11］，残留的灰色地质体通常呈漂浮孤立的“甜点”状包裹于广泛发育的红色氧化带内，进而导致对区内后生氧化方向存在较大分歧：有学者认为是天窗含铀含氧水补给形成的局部层间氧化带［12］，也有学者则认为是盆地西南部蚀源区地下水补给形成的区域层间氧化带［13］。同时，断陷中部的钱家店矿床（钱Ⅱ、钱Ⅲ、钱Ⅳ、钱Ⅴ）后生氧化与矿体剖面上“脱节”明显［5］；而断陷边部多个新发现的矿床（如宝龙山）含矿层却纵向上存在上、下两层氧化带［14］，具有鲜明的“两红夹一灰”的氧化蚀变分带特征，这与典型的卷状矿体后生氧化分带特征相差较大，对其成因的合理解释至今还未有过报道。最新勘探结果还显示，断坳转换部位矿床的含矿目的层大多直接超覆于基底之上［15］，常缺失稳定的底板隔水层，而基底角度不整合面上部约10～20 m 就发育了区内规模最大、稳定性最好的下部主矿体，关于其成因研究相对不足，认识并不统一。此外，过去许多学者的研究均是针对某个单一矿床（如钱Ⅱ、宝龙山）单独开展的［16-17］，而缺少对整个铀矿田的全面剖析，整体及对比研究程度相对不足。因此，本文基于前人研究成果及近年来最新勘探成果，重新系统地开展了钱家店矿田成矿条件、特征、关键控矿因素的归纳总结及其成因机制和新模式的构建，这对进一步丰富完善该类型矿床成矿模式及指导新区找矿意义重大，必将带动国内外相似地区的“三新”（新区、新层位、新类型）和深部找矿取得新的突破。

1 区域地质概况

松辽盆地是我国东部中生代中晚期—新生代长期发育的大型断坳转换型叠合盆地［18］，可划分为7 个一级构造单元，即中央坳陷区、东北隆起区、东南隆起区、西南隆起区、西部斜坡区、北部倾没区和开鲁坳陷［10］。盆地目前已发现的砂岩型铀矿床主要分布于钱家店凹陷的北部［12］，属于西南隆起区与开鲁坳陷的过渡部位（图1a）。研究区东靠架玛吐隆起，西邻舍伯吐凸起，发育白兴吐构造剥蚀天窗（盆内背斜）、早期北东向F1、F2、F3主干断裂以及晚期北西向F4、F6切割断裂等构造（图1b），其直接控制着区内洼地、沉积地层发育和沉积相展布以及含水层中地下水、深部油气、热液流体的渗流和排泄等各类成矿条件［19］，最终影响了后生蚀变和砂岩型铀矿的发育和保存［20］。

图1 钱家店铀矿田构造位置（a）、铀矿地质［9］（b）及地层综合图（c）Fig.1 Technical location（a），uranium geology［9］（b）and stratigraphic column（c）of Qianjiadian uranium ore field

研究区基底主要由前震旦系结晶基底和古生代褶皱基底组成［11］，且包含一些海西期和燕山期花岗岩系；沉积盖层主要为白垩系和第四系［5］，大面积缺失古近系（图1c），总体具有与松辽盆地相似的断陷、坳陷、坳陷萎缩的三阶段构造-沉积演化过程［18，21］：早白垩世时期，区内相继发育九佛堂组、沙海组和阜新组断陷层序地层（图1c），主要为一套温湿古气候条件下形成的暗灰色含油夹煤建造，含有丰富的还原性流体［22］；晚白垩世期间，区内依次沉积了泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组坳陷层序地层（图1c），整体为一套半干旱-干旱间夹短期温湿古气候条件下发育的红杂色河湖相碎屑岩建造［23］，其中主要含矿层姚家组在区内可分为上、下两段，厚度通常在120～380 m 之间，底板埋深一般在200～720 m 之间［24］，地层厚度及底板埋深均有由北东向南西逐渐变大的趋势；嫩江组沉积之后，该区受东部太平洋板块多阶段不同方向俯冲挤压作用发生了多期次构造反转，结束了泛坳陷沉积，仅局部沉积了薄层的上白垩统四方台组及其以上地层，是深部流体幕式渗出以及地层抬升剥蚀-后生氧化耦合叠加成矿的主要阶段［7］。研究区古近纪期间发生了基性岩浆侵入事件（图1b），钻孔中可见大量辉绿岩呈岩墙和岩床产状产于嫩江组及其以下地层，使得钱家店矿田具有渗出和渗入双混合流体叠加复成因成矿特征［25］。至第四纪期间，该区才再次缓慢沉降接受少量沉积，局部发育潜水氧化，铀矿体得以较好地再次改造富集和保存。

2 典型矿床特征

研究区自20 世纪90 年代末首次发现钱Ⅱ块砂岩型铀矿床以来［12］，后续又在矿区外围取得了一系列重大的找矿进展，相继发现并探明了钱Ⅲ块、钱Ⅳ块、钱Ⅴ块和宝龙山等中大型铀矿床以及DL、SB、HLJ 等诸多个具大型乃至超大型矿床规模潜力的新的铀矿产地［6，8］，总体构成了一个长约50～70 km，宽10～20 km 呈北东向展布的钱家店超大型铀矿田。据最新的勘查成果，区内砂岩型铀矿的形成主要受控于辫状河道、灰色层以及层间氧化带，具有统一的区域成矿地质背景和控矿因素。

研究表明，研究区存在多层矿化特征［14］，主要含矿目的层为上白垩统姚家组下段（K2y1），其次为姚家组上段（K2y2）和青山口组（K2qn）（表1，图2）。其中，姚家组下段在区内为一套砂质辫状河流相沉积［16］，河道砂体发育，单层砂一般厚30～40 m，总厚在200～350 m 之间，规模、稳定性和连通性均较好，其间发育不同规模的泛滥平原相红色偶夹灰色泥岩夹层，构成了泥-砂-泥互层的有利岩性-岩相组合［26-27］。垂向上，除了断陷中央的钱家店矿床（钱Ⅱ、钱Ⅲ、钱Ⅳ、钱Ⅴ）泥-砂-泥地层结构稳定之外，矿体与后生氧化带存在明显的“脱节”现象，即红色氧化带与灰色矿体之间发育一定规模灰色、灰白色不含矿带［5］。其他处于断坳转换部位矿床的含矿层多有直接超覆于周边古凸起的石炭系-二叠系变质岩和海西期花岗岩体之上，局部缺失底板隔水层（表1），且所有的铀矿体均产于上、下氧化带之间的残留灰色砂体中（图2）。其中，上部氧化带一般沿青山口组顶部红色泥岩隔水层之下发育，规模较大，厚60～100 m，岩性主要为砖红色夹褐黄色中细砂岩，结构疏松，渗透性好；下部氧化作用比较均匀，主要发育青山口组下段底部（图2），规模较小，厚10～20 m，岩性主要为褐黄色、浅黄色中粗砂岩夹砂砾岩。

钱家店铀矿田的同一层位一般发育多层板状矿体，其中底部第一层矿体规模最大，稳定性最好，下氧化带控矿相对更明显。剖面上，矿体形态简单，均呈板状、饼状、似层状，少量呈透镜状［17］，产状平缓，与地层产状基本一致（图2）；矿体平米铀量一般为2～8 kg/m2；埋深为130～680 m（表1），与后生氧化带一样具有自北东向南西逐渐变大的趋势。总体上，矿田含矿层灰色层控矿十分明显，且两者之间有时发育灰白色漂白带；含矿主岩主要为灰、灰白色中、细砂岩（表1），其次为灰、灰白色粗砂岩、砂砾岩，少量灰色泥岩［16］；赋矿砂岩的分选性和磨圆度均中等偏差，成分和结构成熟度较差，一般泥质胶结疏松，透水性好，少数钙质胶结致密；矿石中肉眼可见少量黑色炭屑及星点状黄铁矿，本身具有一定的原生还原容量［10］；铀的存在形式可分为吸附铀、铀矿物及含铀矿物三类，主要分布于黏土杂基及碎屑孔洞中，其次产于各类炭屑及黄铁矿中。前人通过全岩及单矿物U-Pb 同位素测试，获得了（40±3）Ma、（53±3）Ma、（67±5）Ma、（96±14）Ma 等成矿年龄数据［6］，表明本区铀成矿具有多期多阶段成矿特征［28］。此外，区内深部油气和热液流体活动强烈［19，25］，对砂岩铀成矿具有重要的叠加富矿作用。

图2 钱家店铀矿田DL 矿床后生氧化-灰色体-矿体典型剖面展布特征Fig.2 Tipical section of epigenetic oxidation belt，gray body and ore body from deposit DL of Qianjiadian uranium ore field

表1 钱家店铀矿田各矿床基本地质特征Table 1 Geological characteristics of deposits from Qianjiadian uranium ore field

3 控矿条件及特征

3.1 内外部铀源

铀的亲氧性和变价性地球化学特征决定了早期形成的古陆块和成熟陆壳中的中酸性岩浆岩是最好的铀源载体［29］，主要包括花岗岩、凝灰岩及各类中酸性火山岩、火山碎屑岩等，它们可为盆地内沉积建造中铀富集成矿提供丰富的铀源［30］。国内外大量研究表明，砂岩型铀矿成矿物质具有内源和外源双重铀源供给系统［31］。

松辽盆地西南部周边的张广才岭、大兴安岭等蚀源区发育大量海西期、印支期花岗岩及中生代（侏罗系）流纹岩、粗面岩、凝灰岩、安山岩等中酸性火山岩，这些可为区内容矿建造的形成和砂岩铀成矿提供丰富的碎屑物源和成矿物质［17］。例如，钱家店矿田上白垩统含矿层姚家组和青山口组主物源来自于大兴安岭南段和华北地台北缘康平-法库丘陵带晚古生代-中生代的中酸性、中偏碱性岩浆岩，其花岗岩类铀含量一般可达（20～46）×10-6，酸性火山岩类铀含量一般为（35～44）×10-6，中基性火山岩铀含量较低，一般为（16～21）×10-6［14］。可见，蚀源区基底成熟度较高，基岩本身的原始铀含量高，其中大量富含铀钍矿和褐帘石等副矿物中的活动态铀能被氧化水溶液溶解、淋滤和搬运，进而为盆地内砂岩中铀的预富集及其后期铀成矿提供丰富的外部铀源。与此同时，近年来不同含矿层铀及环境地球化学指标统计结果也表明，尽管不同学者的测试结果有所差异，但研究区姚家组、青山口组不含矿灰色砂体和泥岩本身的铀含量总体较高（表2），一般在5×10-6以上，存在较强的同沉积铀预富集作用，且本身具有一定的还原能力；此外，所有矿床内含矿段矿石岩性均或多或少存在一定的泥岩，局部泥岩矿石的铀含量可达1 000×10-6以上；这些足以说明含矿层本身丰富的内部铀源为后期成矿奠定了重要的物质基础［32］，是成矿的主要控制因素之一。

表2 钱家店铀矿田含矿层灰色泥岩和砂岩铀含量及环境地化指标统计表Table 2 Statistics on uranium content and environmental geochemical indexes of gray host sandstone and mudstone from Qianjiadian uranium ore field

3.2 构造条件

构造是盆地砂岩铀成矿最为关键的先决条件和主导因素［33-35］。它制约着铀成矿的铀源、岩性-岩相、水文地质及后生改造等各类成矿条件，从而直接或间接控制了铀矿化特征、类型及规模［27，36-37］。研究表明，松辽盆地西南部砂岩铀成矿的构造演化和构造环境等条件非常有利［13］。在区域构造演化方面，钱家店矿田所处的开鲁坳陷自形成以来总体依次经历了前中生代克拉通基底→晚侏罗世-早白垩世裂谷断陷→晚白垩世早期热降坳陷→晚白垩世晚期挤压掀斜隆升萎缩剥蚀→古新世-始新世挤压隆升剥蚀→渐新世-第四纪差异升降的演化发育过程［18］，直接控制了区内富铀源体形成→富铀沉积建造、生油层形成→后生氧化还原、铀矿床、油气藏形成和保存的全过程，具有十分有利于砂岩成矿的由构造伸展向构造挤压转变的构造演化条件［28］。构造环境方面，钱家店矿田明显受控于断陷东北部的北西向架玛吐隆起构造（图3），它不仅控制了钱家店凹陷上白垩统坳陷层沉积期的古洼地地貌格局，围限、阻隔着北东向纵向辫状河流径流和汇聚，还控制着后期北东向含铀含氧地下水的流向，进而影响了区内原生含有机质灰色有利砂体的空间展布及其铀成矿过程［14］。断陷内部受晚期构造挤压逐渐隆起形成的白兴吐剥蚀天窗（背斜）处于盆内地层和地下流体压力释放的低势区，直接控制着钱家店、宝龙山等多个矿床的形成、保存和空间展布（图3）。越来越多的深孔资料揭示，白兴吐剥蚀天窗及其周边的姚家组仅发育较浅的潜水氧化［24］，深部灰色体相对更发育，似乎并不是过去认为的地下水补给区（完全强氧化带）。它可能在晚白垩世末初始成矿期和古近纪主成矿期是区域性氧化地下水和深部还原性流体共同渗出排泄通道［8］；而在新近纪目的层出露地表后又构成了含铀含氧水渗入潜水氧化叠加改造的补给窗口［6］，具有不同时期内构造天窗渗出-渗入双重耦合控矿作用。

区内北东向F1控凹主干断裂及其派生的不同类型次级断裂（如F2、F3断裂）直接控制着矿床尺度内含矿层原生灰色砂体的沉积发育和矿体的具体产出部位（图3），主要表现在：1）沟槽断裂发育部位既是沉降沟谷发育区，水体相对较深，多沉积原生还原容量较高的灰色砂体，也有利于后期成矿溶液的缓慢聚集，延长和促进成矿作用［13，31］；2）研究区（半）干旱气候下形成的上白垩统原生弱还原性层必须叠加外来还原剂才可构成良好的成矿层位，否则只能形成矿化或异常，而连接下白垩统断陷层的贯通性断裂是深部还原性流体（热液或油气等）的垂向渗出通道［37-38］，进而控制强还原能力灰色砂体和（富）矿体的发育和展布；3）北东向切割坳陷层的断裂在成矿期是含矿含水层中地下水的局部排泄源［39-40］，也是浅部渗入的含铀含氧水和深部渗出的还原性流体耦合相互叠加作用的有利场所［36］，进而直接控制了现今矿体的具体发育和保存位置。

图3 钱家店铀矿田北西向构造-水文-后生氧化-矿体空间展布图［15］Fig.3 Spatial distribution of structure，hydrology，epigenetic oxidation and ore body from Qianjiadian uranium ore field［15］

3.3 沉积建造

砂岩型铀矿对沉积容矿建造的形成环境、岩石组合类型和沉积体系具有明显的选择性［41］。钱家店凹陷总体经历了断陷、坳陷、坳陷萎缩三阶段构造-沉积演化过程，相应的形成了K1断陷层、K2q-K2n坳陷超覆层和K2s-K2m坳陷萎缩退覆层以及局部薄层的新近系和第四系，地层的三元结构特征明显，这对坳陷层砂岩铀成矿十分有利。矿田内含矿目的层均属于河流相沉积（图2、3），河流二元结构较明显；其中，主要目的层姚家组下段属于一套自西南往东北发育的长轴纵向辫状河流相，砂体发育，连通性好，泥-砂-泥地层结构较稳定［30］；次要含矿层姚家组上段和青山口组为曲流河相沉积体系，泥岩相对较发育，砂体相对较少，地下水渗流相对较差。目前，区内已发现的矿床主要产于河道砂体中（图3），尤其与心滩微相有关。通过对矿区钻孔岩心观察和连孔剖面的对比发现，赋矿砂体发育的优势沉积亚相和微相具有相似共同特征［27］。在垂向上，铀矿体主要位于正旋回沉积的上部，具体产于心滩或边滩中上部和顶部河漫滩沉积的中、细砂岩和粉砂岩、泥岩。这是由于该部位泥质含量增加，含铀氧化流体的流速减缓，且具有较丰富的黄铁矿、有机质等还原性物质［31］，有利于氧化-还原反应的长时间进行，铀离子更易被吸附、还原、沉淀，从而有利于铀矿形成［28］。而位于河床底部滞留沉积的、具较好渗透率和较高孔隙度的含砾粗砂岩、粗砂岩中矿体却相对不发育，地下水运移速度过快［16］，不利于铀的卸载。

前人将陆相盆地划分为3 种沉积建造：陆相暗色（灰色）含煤碎屑沉积建造、陆相红杂色岩屑沉积建造、陆相红色含膏盐沉积建造［41］。钱家店矿床含矿层为典型的上白垩统原生红杂色岩系，有别于传统的暗灰色含煤碎屑岩含矿建造［28-29］，其中姚家组和青山口组含矿主岩岩性主要为冷色调（浅灰色、灰色）中、细砂岩（图2、3），结构疏松，透水性较好，均属于成熟度较低的岩屑砂岩或长石岩屑砂岩，以及少量冷色调泥岩和砂砾岩。同时，灰色层内部常肉眼或多或少可见少量黑色炭屑或碳质条带，局部发育较明显次生还原作用，可见少量残留油斑、油气漂白和灰绿色后生蚀变，以上指示了含矿层具有铀成矿所需的良好原生和后生还原能力。

3.4 水文地质条件

研究区属于西辽河冲积低平原潜水、承压水亚区，依次经历了晚侏罗世火山穹隆开放型淋滤、早白垩世（K1sh-K1f）断陷扩张封闭型、晚白垩世（K2q-K2n）坳陷封闭型、晚白垩世晚期至第四纪（K2s-Q）隆升剥蚀径流型4 种水文地质演化旋回［14］。剖面上，矿区自下而上形成了白垩系裂隙-孔隙层间承压水、第四系孔隙承压水、第四系孔隙潜水含水层相叠置的水文地质结构［6］。其中，白垩系含水层又包括下白垩统碎屑岩类含煤、生油建造、上白垩统碎屑岩类承压水含水岩组，前者水交替滞缓-停滞，处于还原环境，渗出的还原性流体为后者提供了充足的外部还原剂［23］；后者地下水交替中等-强烈（图3），处于氧化-还原过渡带，渗入、渗出型流体在此双重耦合叠加［11，20］，控制了地层中铀元素的氧化迁移、还原和沉淀富集成矿。

区域上，松辽盆地西南部具有西南高东北低的地形地貌特征，地下水总体由周边高势区向中间低洼区域汇聚［12］，并在西辽河或新开河等河流、水泡子、剥蚀天窗、断裂构造等地带蒸发、排泄（图1b）。研究区主要目的层泥-砂-泥结构总体较稳定（图2、3），砂体均较发育，厚度大、延伸稳定，连通性及渗透性较好，层间地下水渗流通畅，有利于形成稳定的补-径-排水动力系统［42］。例如，区内姚家组地下水水化学类型较为简单，补给区为HCO3-Na 型水，溶解氧大于3 mg/L，矿化度为0.1～0.5 g/L，呈弱酸性-中性；径流区地下水为HCO3-Cl·Na 型水，溶解氧小于3 mg/L，矿化度较高，达0.85～2.53 g/L，地下水的pH 值为7.5～8.3，Eh 为140～430 mV，属于偏弱碱性水［23］。补给区和径流区Eh 一般为0～50 mV，盆地内水泡子发育地带、西辽河下游及局部构造排泄区附近地下水的Eh 小于0，H2S 含量也有所增加，是地下水的排泄区［40］。目前发现的钱家店矿田主要位于地下水径流向排泄转换部位（图1b），相对靠近白兴吐构造剥蚀天窗及北东向贯穿断裂构造排泄区。

3.5 古气候条件

钱家店矿田姚家组和青山口组含矿层均是在干旱-半干旱古气候条件下形成的原生红杂色碎屑岩建造，打破了盆地早期砂岩型铀矿找矿只针对暗灰色含煤碎屑岩建造的传统认识。越来越多的研究也表明，不同古气候环境条件下形成的具较高还原能力的灰色层均能构成一套良好的找矿目标层［31］。松辽盆地火石岭组代表了湿润温带环境；沙河子组时期气候整体为温暖潮湿；营城组沉积时期为暖温带型气候；登娄库组、泉头组时期气候炎热干旱；青山口组时期气候温暖潮湿且有降温趋势；姚家组沉积时期气候炎热干旱-半干旱；嫩江组沉积时期气候最为潮湿，温度有下降趋势；而四方台组时期，气候转为暖干；明水组时期气候经历先温暖潮湿后干旱的变化过程［12］。由此可见，研究区白垩纪期间自火石岭-明水期经历3 个潮湿-半干旱气候的转变和3 个温带-热带气候的转变［5］，两次湖海沟通事件期间的气候总体温暖潮湿，且在嫩江期形成了广泛的湖侵泥岩，构成了稳定的区域顶板隔水层［11］。热带、半干旱、红层三者之间并非一一对应，红层多形成于半干旱-半湿润环境，与冷暖并无相关性，其特征表现为：第1 个半干旱期为沙河子期，第1 个热带期为登楼库期，二者均未见有红层沉积；第2 个半干旱期为泉头早期，与泉头组早期红层相对应，泉头组上部红层为半干旱-半湿润气候；第2 个热带期为姚家期，与姚家组红层对应；第3 个半干旱期和第3 个热带期为四方台期与四方台组红层相对应。总体上，研究区上白垩统泉头组-姚家组沉积时气候偏干旱-半干旱，但总体为半湿润与半干旱转折过渡或交替时期，是区内红杂色含矿目的层的主要形成阶段；晚白垩世末以来古气候整体逐渐转变为长期（半）干旱环境，是主要的后生氧化还原铀成矿阶段。

3.6 后生氧化作用

根据最新的勘探资料，钱家店矿田矿体的形成均明显受控于后生氧化带，具体位于红色氧化带和灰色还原带之间的过渡部位［9］，但平面上不具典型的氧化还原分区。区内含矿层后生氧化带与矿体总体存在两种不同类型的空间展布关系，即断陷中央“脱节型”（图4）和断陷边部“两红夹一灰型”（图5）。其中，断陷中央的钱家店矿床（钱Ⅱ、钱Ⅲ、钱Ⅳ、钱Ⅴ）姚家组和青山口组泥-砂-泥结构稳定，底部为下白垩统断陷层；其红色氧化带与矿体具有明显脱节现象，两者之间的灰色无矿带规模较大；矿化一般位于氧化带前锋的灰色砂体中，港湾状氧化带和层状“卫星”矿体发育均不太连续（图4），且灰色层明显较其他矿区多，氧化砂岩也主要呈浅红色，较其他矿区色浅，这可能是这些矿床位置相对更靠近F1主干断裂，晚期油气次生还原叠加作用所致［22］。断坳转换部位的所有矿床（宝龙山、DL、HLJ）含矿层局部直接超覆于基底之上，剖面上均发育上、下两层氧化带，主要表现出“两红夹一灰”的后生氧化蚀变分带特征（图5），其间有时发育褪色漂白带。其中，下氧化带控矿作用较明显，而上氧化带内多含小型矿体、薄层弱的矿化或异常；矿体形态主要为板状、层状、透镜状，紧靠泥岩隔水层的砂体全氧化，不发育翼部和卷头矿体；氧化砂体的颜色一般较深，多呈紫红、褐红及砖红色，指示了强氧化作用；油气次生还原现象明显减弱，宏观及微观识别标志不显著；灰色含矿与不含矿地质体呈“还原泡”的形式残留包裹在大套的红色氧化带内（图2），受北东向断裂控制十分明显。

图4 断陷中央矿床后生氧化与矿体“脱节型”空间展布［24］Fig.4 Disjointed spatial distribution of epigenetic oxidation and ore body of the deposits from the center of Qianjiadian depression［24］

图5 断陷边缘矿床后生氧化与矿体“两红夹一灰型”空间展布［15］Fig.5 Gray ore body wrapped within oxidized belt from the deposits at the edge of Qianjiadian depression［15］

3.7 深部流体改造作用

前人研究表明，钱家店矿田的多个矿床含矿层中存在明显的油气渗出还原现象，油源主要来自于深部下白垩统九佛堂组湖相泥岩［11，22］。本次研究也发现，矿区姚家组主要发生的是含少量石油的气还原作用，目前残留的直接含油证据较少，以钱家店矿床发现含油斑、沥青质砂岩等宏观标志最明显（图6a），但气还原现象普遍，宏观上岩层中发育明显的后期油气漂白和灰绿色还原蚀变，微观上可见碎屑颗粒边部的轻烃液态流体呈浅蓝色孔隙荧光（图6b），有的还发育切穿石英的呈带状、裂隙状分布的含烃流体包裹体（图6c）。据有效烃源岩的生烃史得出［43］，区内油气的主生排烃时期发生在阜新组沉积之后至姚家组沉积末，可能发生过嫩江期末、明水期末和泰康期三幕式主要的油气成藏、调整、逸散事件，与强构造活动息息相关［37］。尽管无法准确定量得出区内油气作用对铀成矿的影响程度、范围、强度和绝对时间，但矿区姚家组铀成矿表现了较明显的油-铀时空伴生关系已是不争的事实，两者总体呈现了“内部油气、近边部铀矿，深部油气、浅部铀矿，构造高部位（指背斜等正构造的顶部）油气、构造低部位（指沟槽部位）铀矿”的空间分布规律［44］。因此，研究区深部的油气流体通过反转断层多幕式贯入至原生偏弱还原性目的层砂体中［36］，不仅为砂岩提供了充足次生还原剂，促进后期铀的沉淀富集成矿［20］，还具有保护早期矿体免遭氧化破坏的正面作用［38］。

图6 钱家店铀矿田深部流体作用宏观及微观照片Fig.6 Macro-and microphotographs of deep fluid alteration in the Qianjiadian uranium ore field

与此同时，矿田内大量钻孔均揭露到辉绿岩呈脉状穿插于青山口组和姚家组含矿层中，最终呈岩床产在嫩江组内［19］。岩心观察发现，在辉绿岩和姚家组砂岩断面均发育了后期热液成因的碳酸盐脉体（图6d、e），指示了岩浆期后热液流体改造作用；镜下可见强烈的铁白云石化，对石英、岩屑等碎屑矿物发生了强交代作用，并伴生少量热液成因黄铁矿（图6f）。前人大量的K-Ar 和Ar-Ar 定年工作获得了辉绿岩的形成年龄主要集中在53～45 Ma 之间［45］，位于姚家组古近纪主成矿阶段［6］，两者在时间链上具有高度一致性。总之，辉绿岩侵入事件引起的热液活动势必对含矿层砂岩铀成矿产生一定的影响：1）辉绿岩具有低孔、低渗的特点，本身可以作为良好的滞水层，进而延长含矿层中水-岩反应时间，导致含氧、含铀流体有充分的时间与还原物质相互作用形成规模较大的铀矿床；2）热事件加速了含矿层中的炭屑等有机质的热演化，形成了大量的烃类流体，促使了铀的还原沉淀；3）热液流体中的CO32-、Ca2+与U（Ⅵ）在高温下会使得早期矿体重新溶解形成稳定的Ca2UO2（CO3）3、CaUO2（CO3）32-络合物运移［25］，并在局部地段形成高品位巨量铀堆积。

4 板状铀矿体成因

4.1 断坳转换型盆地构造-沉积格局

松辽盆地是我国东北部中新生代大型断坳转换复合型盆地，其白垩系具有典型的二元结构［43］，即底部为温湿古气候条件下形成的下白垩统断陷沉积，为一套生油、含煤建造，分布面积小，后期能为浅部地层提供大量外来还原剂；上部则总体为干热古气候条件下形成的上白垩统红杂色岩系，往周边古凸起不断超覆沉积，坳陷沉积面积不断扩大（图7），与基岩直接角度不整合接触，这种“牛角式”的构造-沉积演化特征明显有别于我国西北塔里木、准噶尔、伊犁、吐哈及鄂尔多斯等前陆或山间产铀沉积盆地［28］，进而在找矿目的层分布、铀成矿特征及成矿模式上也有所差异。

图7 松辽盆地西南部不同级别构造单元区划简图Fig.7 Division of different secondary structural units in the southwest of Songliao Basin

通常，退覆式叠瓦状沉积层边部多与早期沉积建造接触，无法接受基岩富铀裂隙水的渗入，必须接受目的层剥露区近地表浅部含铀含氧水的贯入才能成矿。开鲁坳陷由众多的断陷群组成，断坳转换期形成的坳陷层在各次级断陷边部表现为典型的超覆式沉积特征，即地层直接角度不整合伏于早期的富铀基岩之上［12］。因此，超覆坳陷层的补给方式既可像前陆和山间盆地一样由地层出露部位的浅（上）部含铀含氧水渗入，也会大量来源于目的层与富铀基岩接触部位的含铀裂隙水贯入或越流补给［29，35］，如此即使这些目的层砂体上部被本身所含的或其他组的泥岩（如嫩江组）隔水层掩盖，只要凹陷内部存在天窗或断裂等泄水构造，则能形成完善的补径排水动力系统［42］，从而使得盆地腹部（古潜山）具有了较有利的成矿潜力和找矿前景。这种补给方式形成的氧化带一般为局部性层间氧化带，渗入地下水来自周边早期隔离各次级断陷之间的古凸起，并没有一个统一的补给方向，但均往盆内天窗或断裂泄水区汇聚，具有统一的排泄方向（图3）；同时，这些泄水构造部位也是深部还原性流体（油气和热液）渗出指向区［20］，控制了富还原介质灰色砂体的空间展布，故易于在此（断坳转换过渡带）形成强还原衬度的地球化学场，并在后期发生强烈的氧化-还原成矿作用。

4.2 五位一体铀成矿模式

盆地尺度多维度综合研究矿床成矿规律及成矿过程有助于深化矿床成因［3］，指导沉积盆地立体综合勘探［4］，服务能源矿产资源国家战略布局和社会重大需求。基于以上研究结果，初步建立了松辽盆地西南部红杂色超覆坳陷层的“基底角度不整合界面、古洼地辫状河道灰色砂体、后生氧化带、深部流体渗出、天窗及断裂等泄水构造”五位一体的板状铀矿体成矿模式（图8）。

早白垩世期间，松辽盆地西南部开鲁坳陷由10 多个次级断陷组成（图7），表现为多凹多凸的古构造古地貌格局［43］；各次级断陷之间相互独立，各自具有自身的沉积和水文地质特征，主要形成了一套暗灰色生（含）油含煤建造。

早白垩世末，开鲁坳陷由断陷转为坳陷演化阶段［21］，并开始依次形成了泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组超覆式沉积建造，沉积面积逐渐扩大，地层逐步超覆在早期的古凸起之上（图2），并在嫩江最大湖侵期与狭义的松辽盆地连为一体，总体表现为水退沉积体系特征。其中，泉头组-姚家组总体为河流相粗粒原生红杂色沉积建造（图2、3），构成了良好的含矿层位；下白垩统阜新组或义县组泥岩构成了区域底板隔水层（图5），嫩江组广泛发育的湖相泥岩则构成了稳定的区域顶板隔水层（图1c）。同时，含矿坳陷层在沉积-成岩阶段均能发生一定的铀预富集作用，对应前人在钱家店-宝林山测得的86～70 Ma 的成矿年龄［6］。

嫩江期末，区内发生了坳陷演化以来的首次较弱的构造反转［21］，沉积范围不断缩小并往西迁移，湖盆萎缩，断坳转换期形成的超覆式坳陷层开始接受了油气、热液、含铀含氧水等多重流体耦合渗入-渗出叠合主成矿作用（图6）。其中，深部烃类和热液还原流体幕式渗出对提高泉头组-姚家组还原容量［22，25］，铀成矿起到了建设性作用，那些叠加了次生还原的灰色层构成了非常有利的成矿建造。目的层在该阶段早期可能长时间处于嫩江组泥岩超覆掩盖期，并未很快就被剥露地表，仅断坳转换部位周边早期古凸起基岩内部的富铀裂隙水此时侧向越流贯入至目的层中（图8），并往凹陷内部天窗或断裂释压区排泄（图3），进而发生氧化还原铀沉淀富集成矿［32］，并形成下氧化带及主矿体（图2）。姚家组目的层在该阶段晚期才接受了不同部位上部含铀含氧水的贯入氧化还原成矿作用，形成了上氧化带及其伴生的铀矿体［9］。该阶段铀成矿事件对应于前人获得的60～25 Ma 间的一系列全岩U-Pb 等时线年龄［12］。

新近纪以来，白兴吐剥蚀天窗的姚家组可能才被逐步剥露至地表，发生了一定的潜水（局部转层间）氧化作用，天窗此时转变为地下水的渗入通道（图8），各次级断裂构成局部排泄源，进而对早期形成的矿体具有叠加改造作用，对应于前人在该区获得的小于20 Ma 的年轻成矿年龄［5-6］。此外，钱家店矿床地段在该阶段晚期（泰康期）又可能发生过一期沿F1控凹断裂的油气渗出还原作用，进而使得这些矿床出现后生氧化与矿体脱节（图4），灰色层明显更多、红色砂岩呈港湾状以及油气作用显示强等复杂地质特征。

图8 钱家店铀矿田超覆层多重流体耦合叠加铀成矿模式示意图Fig.8 Model of multi-fluids coupling superposition of overburden layer in Qianjiadian uranium ore field

值得说明的是，研究区坳陷层基岩富铀裂隙水侧向补给成矿持续时间可能很长，贯穿于嫩江期末到古近纪末的大部分时间，导致底部主矿体的稳定性和规模性最好；而上部含铀含氧水的贯入补给改造成矿时间较短，是形成上部氧化带和鸡窝状矿体或矿化体的主要原因。基于以上认识，我们认为松辽盆地西南部基岩与目的层接触的基底式角度不整合面越流补给窗口、含铀含氧水形成的后生氧化带、构造剥蚀天窗及断裂等渗入-渗出双重耦合的泄水构造、辫状河流相灰色砂体容矿建造及深部还原流体叠加是区内上白垩统红杂色超覆式沉积建造砂岩铀成矿的五大关键控矿因素。

5 地质意义

理想的成矿模式对找矿具有十分重要的理论和指导意义。以上新认识和新模式深化完善了不同类型盆地的砂岩型铀矿成矿和找矿模式，无疑极大地扩大了沉积盆地的“三新”找矿空间，解决了盆内或深部找矿地下水补给的科学难题，突破了以往盆缘找矿的约束和局限。它不仅对各类型盆地边缘泥岩超覆区沉积层的铀矿找矿，也对我国东北部二连、海拉尔等断-坳转换型盆地腹部坳陷层（赛汉组、伊敏组）以及其他类型盆地内部古潜山（低凸起）部位的深部铀矿找矿有着重要的指导作用。例如，松辽盆地西南部断坳转换填平补齐期形成的泉头组-姚家组坳陷层的水文条件和铀成矿可能是自成体系：铀矿找矿应聚焦于早期各次级断陷发育部位及发育隐伏断裂的边部，即早期小型断陷群的继承性沉陷区是深水辫状河流相灰色层的有利发育部位；断陷内部的挤压剥蚀天窗和断坳转换部位的复活断层及其次级断裂不仅是深部流体的贯入通道和运移指向区，也是铀成矿层间地下水的排泄区和汇聚区；断陷期古隆起发育部位和坳陷沉积边界（基底角度不整合面）则是地层挤压翘倾成矿时富铀裂隙地下水的侧向渗入补给点。后期挤压作用形成的剥蚀天窗和断裂带均是重要的控矿构造因素，两者作用相似；盆地内找矿不能按过往只关注发育构造反转剥蚀天窗的部位，那些发育隐伏的复活反转断裂也是地下流体渗入-渗出的排泄源，是多重流体氧化还原铀成矿作用的有利场所。

总之，以区域盖层嫩江组为界，松辽盆地西南部深部泉头组和青山口组等湖盆扩张期形成的超覆沉积建造具有与姚家组同样相似的有利成矿潜力和找矿前景，找矿思路和方向相似；而之上挤压背景下发育的四方台组、明水组等退覆式沉积建造中含铀含氧水仅可能来自于浅部渗入，具备经典的层间氧化带型铀矿成矿模式和找矿思路。此外，盆地边缘超覆沉积区（如西北缘斜坡带）深部可能仍具有十分有利的成矿潜力和找矿前景。

6 结论

1）松辽盆地西南部铀源、构造-建造-改造、水文地质及古气候等关键铀成矿条件十分有利；周缘蚀源区晚古生代-中生代中酸性岩浆岩、火山碎屑岩为盆地富铀建造形成及其后期铀成矿提供了丰富的碎屑物源及铀源；断陷、坳陷和萎缩三阶段的构造-沉积演化控制了区内“牛角式”沉积建造的形成和展布，并影响着深部流体渗出和浅部流体渗入相互作用的演化过程，最终制约着超覆式坳陷层砂岩型铀矿的形成及空间定位。

2）钱家店矿田是区内各类成矿要素相互配置下多重流体耦合叠加作用的综合产物，铀矿化主要产在上白垩统姚家组和青山口组红杂色沉积建造中，发育断陷边缘“两红夹一灰”型和断陷中央“脱节”型两种后生氧化蚀变分带特征。区内多重成矿流体具有多向补给和统一方向排泄的渗流方式，构造剥蚀天窗和断裂存在不同时期渗出-渗入双重耦合控矿作用。

3）构建了研究区泉头组-姚家组超覆式坳陷层板状铀矿体的基底角度不整合界面、河流相灰色砂体、后生氧化带、深部流体叠加、泄水构造联合控制的“五位一体”多阶段成矿模式：①早白垩世生油含煤断陷层形成阶段；②泉头-嫩江期超覆式含矿建造形成及埋深成岩阶段；③嫩江期末-古近纪流体渗出和渗入耦合主成矿阶段；④新近纪表生流体叠加改造阶段。